WO2024068171A1 - Device for cultivating and growing plants - Google Patents

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Publication number
WO2024068171A1
WO2024068171A1 PCT/EP2023/073785 EP2023073785W WO2024068171A1 WO 2024068171 A1 WO2024068171 A1 WO 2024068171A1 EP 2023073785 W EP2023073785 W EP 2023073785W WO 2024068171 A1 WO2024068171 A1 WO 2024068171A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rearing
panel
cultivation
plants
growing
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/073785
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Manuel Hodrius
Enrico Ehrhardt
Original Assignee
Storagepackaging Ug (Haftungsbeschränkt)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Storagepackaging Ug (Haftungsbeschränkt) filed Critical Storagepackaging Ug (Haftungsbeschränkt)
Publication of WO2024068171A1 publication Critical patent/WO2024068171A1/en

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Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G31/00Soilless cultivation, e.g. hydroponics
    • A01G31/02Special apparatus therefor
    • A01G31/04Hydroponic culture on conveyors
    • A01G31/045Hydroponic culture on conveyors with containers guided along a rail

Definitions

  • the present invention relates to a device for growing and raising plants, in particular to an automated device for growing various types of cultivated plants using an aeroponics method.
  • Aeroponic cultivation is to grow plants hanging in an enclosed or semi-enclosed environment by spraying the hanging roots and lower stem of the plant with an atomized or sprayed, nutrient-rich water solution (R.J. Stoner and J.M. Clawson, “A High Performance, Gravity Insensitive, Enclosed Aeroponic System for Food Production in Space”; Principal Investigator, NASA SBIR NAS10-98030 (1997-1998)).
  • This means that such cultivation methods are also suitable for new planting concepts such as vertical farming, in which three-dimensional cultivation volumes can be used instead of conventional two-dimensional cultivation areas to make optimal use of space in a limited space.
  • Disclosure of the invention It is therefore an object of the present invention to provide a device for cultivating and growing plants which has a particularly compact and simple structure compared to the prior art and leads to an improved growing result.
  • the invention relates to a device for growing plants, comprising a growing panel with a plurality of openings for inserting plants, the growing panel having a shoot side and a root side for the plants; a conveyor system for transporting the growing panel along a growing path; an aeroponic spray system, designed to supply the growing panel on the root side with a nutrient solution, the growing panel and the conveyor system being designed to prevent the shoot side from being sprayed or contaminated with the nutrient solution; a lighting system, designed to illuminate the growing panel on the shoot side, the growing panel and the conveyor system being designed to prevent the root side from being illuminated; the aeroponic spray system and the lighting system being arranged as fixed components along the growing path and the growing panel being transported past it by the conveyor system.
  • a cultivation panel (also referred to as a cultivation plate or cultivation surface element) can in particular be a substantially flat structure. Such a structure has a corresponding front and a back.
  • the cultivation panel has a plurality of openings for inserting plants, whereby the plants can be inserted with the roots in one direction. Accordingly, the side on which the roots are located is referred to as the root side and the side on which the sprouts are located is referred to as the sprout side.
  • the shoot side of the cultivation panel is intended to contain the main part of the shoot axis and the leaves of the plant, while the root side is intended to contain the main part of the root of the plant.
  • the cultivation panel can preferably consist of a fabric-covered frame, whereby the plants are inserted into openings in the stretch fabric or planted directly in them.
  • the openings can be designed asymmetrically on both sides, so that the root side and the shoot side of the growing panel can also be used without plants inserted can be distinguished based on their shape.
  • the rearing panels can be designed as a flat structure or with a geometry that provides shape and stability, but have an essentially flat appearance.
  • the rearing panel can preferably be made of plastic, metal, or another water- and/or moisture-resistant material.
  • the openings are preferably arranged vertically to a surface of the rearing panel or on an angled geometric surface of the rearing panel, the arrangement angle being at least 30°, preferably 45° and at most 60°.
  • the openings can be designed in a round, oval, or slot-like geometry.
  • the trajectory of a rearing panel transported by the conveyor system which is predetermined by the conveyor system within the device according to the invention, is referred to as the rearing path.
  • the rearing panels can be freely swinging or rigidly attached to the conveyor system.
  • the conveyor system can preferably be arranged on a traverse system as a holder.
  • the traverse system can also be used as a holder for the spray and lighting system.
  • the aeroponic spray system can comprise a large number of individual spray devices along the cultivation path.
  • the spray system preferably produces droplets of the nutrient solution with a size of 20-200 pm.
  • the droplets can preferably be produced by nebulizing the pressurized liquid or by nebulizing using compressed air.
  • the spray parameters at different sections of the device can thus be regulated or set differently.
  • the spray devices can preferably spray the nutrient solution at electronically or mechanically controlled intervals.
  • the term nutrient solution is used in this application as a generic collective term for a liquid-based supply of the plants. In particular, this should also be understood to mean the pure solvent for dissolving nutrients without additional nutrient addition. In this respect, for example, pure or distilled water should also be understood in this application as a nutrient solution with a negligible nutrient content.
  • the lighting system can preferably consist of horizontally or vertically arranged lighting elements, in particular individual LED lighting elements.
  • the main lighting direction of the lighting system should preferably be directed directly at the shoot side of the plants.
  • the lighting parameters at different sections of the device can thus be regulated or set differently.
  • the growing panel and the conveyor system are designed to prevent spraying or contaminating the sprout side with the nutrient solution from the aeroponic spray system to prevent. This is intended to prevent the liquid from being transferred into the sprout zone.
  • the openings can be designed in such a way that they are arranged obliquely within the rearing panel, so that the edge of the openings can serve as a cover.
  • the openings can also have a seal in the area of the plant passage, which prevents liquid from passing through.
  • the conveyor system can have an appropriate seal around the transported rearing panel.
  • the rearing panel and the conveyor system are further designed to prevent the root side from being illuminated by the lighting system. In principle, this can also be done using the means listed above purely as examples to prevent the liquid from being transferred into the sprout zone.
  • Another example is the integration of an optical filter element to filter out the illumination radiation both in the openings of the rearing panel and within the conveyor system.
  • the aeroponic spray system and the lighting system are arranged as fixed components along the cultivation path.
  • the cultivation panel is transported past this by the conveyor system. This has the advantage over the cultivation systems described in the prior art that the cultivation panel does not include any active technical components and can be easily inserted into the device or replaced as an inexpensive passive element.
  • the aeroponic spray system and the lighting system do not have to be moved, which significantly simplifies the construction of the device according to the invention and leads to a more compact system structure.
  • the device according to the invention preferably further comprises a control device, designed to adapt control parameters of the aeroponic spray system and/or the lighting system depending on the position of the cultivation panel along the cultivation path.
  • Control parameters of the aeroponic spray system can in particular be the composition of the nutrient solution and/or variables for the amount of nutrient solution and for the time control of the aeroponic spray system.
  • Possible control parameters of the lighting system can be the illuminance, a time control, the emitted light spectrum and/or a direction of incidence.
  • the control device can also be designed to carry out further control tasks.
  • the control device can also take over the control of the conveyor system, i.e. to control the transport of the cultivation panel through the device.
  • the control device can preferably carry out control on the basis of individual, preferably integrated into a computer network, further control and measuring devices.
  • the cultivation path is preferably closed, preferably meandering or spiraling.
  • a closed cultivation path has the advantage that common positions can be provided for introducing and removing the plants. Plants that have been raised can thus be removed and plants that are intended for cultivation can be inserted in one step.
  • a meandering cultivation path can be implemented in a particularly compact and space-efficient manner.
  • a spiraling cultivation path can in particular be a concentric arrangement of interconnected circular ring sections with increasing radius and a radial feed to the center of the circular structure. The aim here is always optimal adaptation to a specific available spatial geometry.
  • the rearing panel When properly arranged within the conveyor system, the rearing panel preferably has at least one flexible bending element aligned perpendicular to the rearing path for simplified passage of curved sections along the rearing path.
  • a bending element can, for example, be a rubber connection between two adjacent sections of an otherwise rigid and torsion-resistant rearing panel.
  • the rearing panel is modularly composed of several individual elements that can be connected to one another. This enables the size of the rearing panel to be easily adjusted. Furthermore, different designs can be combined with one another in a variable manner, for example with regard to the size and arrangement of the openings. The individual elements then form a rearing panel as an overall element when combined.
  • the device according to the invention further comprises a drainage and/or recycling system designed to collect excess nutrient solution from the sprayed root side of the rearing panel.
  • the drainage and/or recycling system can ensure that there is no accumulation and inadvertent distribution of nutrient solution within the device.
  • a recycling system has the advantage that the nutrient solution can be reused for spraying, which means that the device can be operated in a particularly efficient and resource-saving manner.
  • the drainage and/or recycling system can collect excess liquid on the spray side, preferably in that there is a drainage channel below the spray side, the upper edge of which is arranged approximately at the level of the lower edge of the rearing panel arranged in the device as intended.
  • the drain channel can be designed to be lowered as the distance from the rearing panel increases, resulting in a Accumulation of liquid in the lowering area.
  • the drainage channel can also have a lateral slope in an axis parallel to the rearing path.
  • the openings in the growing panel are designed for direct insertion of plants.
  • the openings can be equipped with permanently installed elements that enable seedlings to be gently clamped.
  • the young plants can be inserted into the openings of the growing panel by hand or by machine.
  • the rearing panel equipped in this way can then be inserted into the device according to the invention and connected to the conveyor system.
  • the openings can preferably be funnel-shaped, with the roots emerging through the narrower end.
  • the openings in the cultivation panel have holders for holding plant inserts.
  • the use of plant inserts offers the advantage that the plants can be inserted into the cultivation panel and removed again using the plant inserts. This simplifies the handling of the plants.
  • the holders can preferably be made of plastic, metal, or another water and/or moisture-resistant material.
  • the plant inserts are preferably designed as funnel-shaped plant containers or with a funnel-shaped geometry.
  • the plant inserts can have a hook for tip-free locking in the device according to the invention. It is preferred that after a plant has been grown, it is inserted into the cultivation panel of the device when a root of the plant penetrates one end of the plant container.
  • a funnel-shaped design enables the plant containers to be easily filled, with the roots emerging through the narrower end.
  • the roots of the plants growing in them should be able to protrude further into the root side, with the geometry of the plant container ensuring that the roots are kept at a distance from the cultivation panel.
  • the plant inserts for cultivation are preferably filled with an agar solution of at least 0.5%, preferably 1% to 3%, as a plant substrate.
  • the substrate solution can consist mainly of water or distilled water and is preferably enriched with plant nutrients, salts and/or phytohormones.
  • the plant insert can therefore be used both for growing and growing the plants. As a result, the necessary work steps when preparing and equipping the device according to the invention with plants can be reduced and the growing process can be simplified overall.
  • seeds or from one are placed on the plant inserts Calli grown in stock solution were applied. Plants can also preferably be grown through differentiation using phytohormones.
  • the conveyor system is preferably a hanging conveyor system designed to transport the rearing panel with a carriage along a guide rail that follows the rearing path.
  • the rearing panel can preferably be hung in the carriage on hooks or similar.
  • the conveyor system is set up to transport at least two rearing panels arranged one behind the other. It is particularly preferred for a large number of rearing panels to be arranged one behind the other along the entire rearing path.
  • the transport of the rearing panels can in particular be set in such a way that the rearing is completed after one or more cycles along a closed rearing path and the fully grown plants or the associated plant inserts can be removed immediately.
  • the rearing panels are transported by the conveyor system at a constant distance and at a uniform speed along the rearing path. Since the spray system and the lighting system are fixed in place so that the transport of the rearing panels is independent of them, the rearing panels are guided past the respective spray and lighting elements at a constant speed.
  • rearing panels arranged immediately one behind the other can be connected to one another via connecting elements, the connecting elements being designed to prevent the shoot side of the rearing panels from being sprayed or contaminated with the nutrient solution and to prevent the root side of the rearing panels from being illuminated.
  • the connecting elements can correspond to the protective mechanisms for the rearing panel and the conveyor system already described above.
  • the rearing panels can be connected to one another by the connecting elements at their respective opposite vertical side edges, this connection being movable in a hinge-like manner about a vertical axis, whereby the rearing panels should be movable at a variable angle to one another.
  • a force transmission between connected rearing panels can take place through the connection on the vertical side edges.
  • the number of drives in the conveyor system can be reduced by using appropriately connected rearing panels.
  • an automated device for the cultivation and rearing of plants using the aeroponics method in particular an automated device for the cultivation of various types of plants, which has static devices for the automated spraying of the roots, as well as a static lighting system, a hanging conveyor for the further transport of cultivation panels, as well as moving cultivation panels, in which plants can be inserted for cultivation using plant inserts.
  • the device has the task of supplying plants with light, water and necessary nutrients during cultivation and transporting them along a predetermined cultivation path.
  • the further transport is preferably carried out by a hanging conveyor in the assembly line principle, whereby young plants can be used at the beginning of the system with a closed cultivation path (i.e. the cultivation panels are transported back to the beginning of the system in a closed circuit), and, due to a preferably uniform and to the The conveyor speed is adapted to the growth time of the plants, so that adult plants can be harvested at another point (the end of the device).
  • a particularly high level of cost-effectiveness can be achieved by using the cultivation panels, which enable the plants to be grown with constant further transport, without water, nutrient solution, steam, or other media having to be transported through the cultivation panels to irrigate the plants.
  • the aeroponic spray system is fixed on the root side of the growing panels and does not move with the growing panels. The rearing panels are therefore not connected to the spray system as in the prior art.
  • the control of the individual Spraying devices of the spraying system remains consistent, but may be different for each of the spraying devices. The fact that the growing panels continue to move ensures that all plants undergo the same changes throughout the growing cycle.
  • a technical advantage of the present invention is that only the weight of the plants and the growing panels has to be transported through the device, and thus the energy required for transport compared to conventional ones Devices is reduced. In addition, the technical complexity is reduced and lower material consumption is achieved.
  • the root and shoot zones are separated. This physical separation prevents light from the illuminated shoot zone from reaching the unlit root zone. This can limit the growth of undesirable algae and microorganisms.
  • the cultivation panels have openings into which the plants can be inserted, for example using plant inserts.
  • This has the advantage that cultivation is largely substrate-free, i.e. no soil, rock wool or other substrates have to be used. This enables cheaper and more resource-efficient cultivation.
  • Preferably, only nutrient agar is used in the plant inserts and used in the cultivation phase of the plants. This can be washed out or decomposes naturally, and is no longer of great relevance during the later cultivation phase within the device according to the invention.
  • Seedlings can be cultivated in an agar substrate, for example, by spreading seeds on the surface or by inserting them into the agar substrate or spreading the undifferentiated Kal I i.
  • the openings in the cultivation panels can be arranged offset from one another (optimized circular packing) in order to achieve a higher packing density for the plants.
  • the openings can preferably be designed as round, lozenge-shaped or slit-shaped openings.
  • the rearing panels can preferably be arranged on the hanging conveyor system using hooks or similar. This has the advantage of easy installation of the rearing panels.
  • the cultivation panels can be designed with geometries to ensure greater rigidity. They can also have connecting elements on the edges that allow the individual cultivation panels to be connected. This means that the physical separation between the root and shoot sides can also be maintained at the connection points between the cultivation panels.
  • the cultivation panels can vary in their width and design.
  • the cultivation panels can preferably have at least one vertical fold as a flexible bending element. This enables easier transport of the panels in curved areas and smaller curve diameters, which is beneficial to a compact design of the system. In addition, the number of slides required for connection to the overhead conveyor system can be reduced.
  • the plant inserts can preferably be made of plastic, in particular polypropylene.
  • plastic in particular polypropylene.
  • materials that are colored dark and light-tight are particularly preferred.
  • different materials can also be combined with each other.
  • Biodegradable materials or the at least partial use of recycled materials are also particularly preferred.
  • the plants can be grown in or on agar using plant inserts.
  • the plant inserts can simply be filled with agar. After cultivation, the plants can be placed in the plant inserts used for cultivation in the device according to the invention or in the cultivation panels.
  • the plant inserts fulfill several functions. Essentially, these enable easy handling and movement of seedlings, with a uniform geometry or shape supporting automated handling of the plant inserts during cultivation and in particular for inserting the plants into the growing panels. A uniform geometry or shape can also ensure that the plants are firmly seated in the openings of the growing panels.
  • a funnel-shaped geometry with a large upper opening and a smaller lower opening is particularly preferred. Seeds can be easily inserted through the upper opening. The roots of the plants can then grow through the lower opening. The plant inserts then also form a sprout side. and a root side, which can be aligned with the respective sides of the cultivation panels when used as intended in the device according to the invention.
  • the lower opening of the plant inserts can be closed with a break-out plug or connected via a predetermined breaking point.
  • the plug can be opened manually or automatically.
  • the geometry of the lower opening is preferably dimensioned such that it is completely filled with roots and the growing plants anchor themselves firmly in it. This ensures that the plants remain anchored even when the agar has dried out.
  • the plant inserts preferably have an edge. This is to prevent the plants from falling through the openings in the cultivation panels.
  • the edge should overlap the opening when inserted into the cultivation panels.
  • the edge can also prevent light from entering the root area, which can prevent the growth of certain microorganisms.
  • Additional hooks on the plant inserts enable them to be locked in the, preferably slanted, openings of the growing panels. This can prevent the plant inserts from tipping over if their center of gravity shifts forward due to plant growth.
  • any other types of mounting e.g. snap hooks, press fit, loose fit, etc.
  • any other types of mounting can also be provided for fastening in the openings of the rearing panels.
  • the plant inserts can be provided in different colors for better differentiation. Depending on the plants to be grown, plant inserts with different volumes and diameters can also be used. The length of the plant inserts can preferably be varied in order to change the root depth within the plant insert.
  • the plant inserts can be pre-filled with agar.
  • the molds can be sealed to preserve the nutrient agar and prevent it from drying out before later opening and seeding.
  • Appropriate methods from the prior art can be used for this purpose. Sealing can preferably be done using heat sealing technology (industry standard).
  • all common films from the packaging sector can be used, in particular polypropylene with barrier properties against water vapor or aluminum.
  • the plant inserts can then be prepared for use by simply removing the sealing foil and bending/unscrewing the lower closure. After removing the seal, seeds can be planted immediately.
  • the inserts are product-sterile and can be filled and sold including the plant-specific agar-substrate mixture.
  • the plant inserts thus enable easy handling of plants and seedlings inside and outside the device according to the invention as well as a long-term secure hold of the plants in the system. They thus provide an adapter between the biological system (plants) and the mechanical system (cultivation panel). The roots are kept away from the wall of the cultivation panel by a preferred 45° position and the depth of the plant inserts. This allows the nutrient uptake in the aeroponic system to be maximized.
  • a nutrient medium can be prepared which is formulated based on a nutrient medium described in the literature (T. Murashige and F. Skoog, “A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures”, Physiologia plantarum 15.3 (1962)).
  • the nutrient medium is mixed with a defined concentration of a nutrient agar and then adjusted to a pH value of 5.7 (solution A).
  • solution A The solution is then autoclaved (121°C for 45 min) and then continuously heated to at least 50 °C.
  • a nutrient media-free agar solution can be prepared and autoclaved (solution B).
  • the agar concentration of the solutions can be variably adapted to the requirements of the target cultures and is preferably 0.5-5%.
  • 3D-printed models can be used as plant pots.
  • the plant pots can also be produced using any other method, e.g. using an injection molding process.
  • the preferably funnel-shaped plant inserts can be designed as described above. These preferably have an opening on the top and bottom, which can be specifically varied and adapted depending on the area of application. There are preferably recesses on the back of the molds so that fixation in the cultivation panels of the device according to the invention can be ensured.
  • the lower opening of the plant containers is preferably initially closed and can be opened by an automated process step.
  • a closed form is initially preferred for filling the containers with solution A or B.
  • the containers are sterilized with 70% ethanol before use, although product-sterile packaging can also be used in combination with radiation sterilization. After the ethanol has been completely removed or the product packaging has been removed, the plant containers can be completely filled with solution A.
  • Another embodiment of the method provides for shielding solution A by layering it with solution B.
  • 2-layer bottom: solution A; top: solution B
  • 3-layer bottom: solution A; middle: solution B; top: solution A
  • agar systems can be used.
  • the layering is preferably carried out approx. 15 minutes after the lower agar layer has cooled down.
  • the plant containers produced can then be filled directly with plant seeds or preserved as consumables. For preservation, an additional sealing of the containers on the top is preferred after the solutions have completely cooled down. 3) Sowing or planting in planters
  • the susceptibility to yield losses during germination means that the initial growth of the seedling requires controlled environmental conditions. Corresponding parameters can be set precisely using a nutrient matrix. Due to the variability in setting the strength of the nutrient medium, an individual placement depth for the seeds can be used.
  • One embodiment of the method provides that seeds are placed on the nutrient matrix (solution A) and then covered with solution B.
  • the seeds of the plants are chemically disinfected using a defined protocol, regardless of the depth at which they are planted.
  • Various solutions such as 70% ethanol, 1-3% sodium hypochlorite solution or distilled water can be used.
  • the protocol is specifically adapted to the direct cultivation of young plants.
  • the seeds can be placed on the agar layer of the planters and grown under sterile conditions.
  • the composition of the nutrient agar surface varies depending on the type of plant. It is preferable to sow around 3-15 seeds per container, so that the yield of the system can be optimized by orders of magnitude and the risk of crop failure can be minimized.
  • the bottom of the plant containers can be opened so that the developing roots emerge and can then be supplied with liquid medium.
  • the process can also be carried out analogously with preserved seeds. For this purpose, physically disinfected seeds can be packaged and then placed on the agar matrix.
  • the seeds are preferably in product-sterile and water-permeable membrane casings, which dissolve on contact with the nutrient matrix.
  • Another alternative embodiment of the method involves the cultivation of young plants based on callus cultures.
  • callus cultures are cultivated on the basis of sterile plants. Callus formation and growth can be achieved by a defined phytohormone concentration on nutrient agar media (solution A).
  • solution A nutrient agar media
  • the resulting calli are further divided and transferred to adapted formulations of solution A with a specific phytohormone content for culture maintenance or differentiation, whereby the cultivation of new young plants can be established independently of seeds and sterilization processes.
  • Callus-based cultivation of young plants can also be carried out using the plant containers described above and, analogous to the seed-based cultivation method, enables the cultivation of several young plants in one plant container.
  • the plant containers can be transferred to adapted holding devices and cultivated under species-specific conditions until the roots penetrate the nutrient matrix on the underside of the plant container. At this point, the plant containers are preferably still located in an area separated from the cultivation system of the device according to the invention.
  • a functionalizable gel-based nutrient matrix with embedded substrates ensures efficient germination with rapid and robust root and shoot formation. After germination or differentiation of root and shoot, the seedling can be transferred within the planters into a vertical planting system, in particular a device according to the invention.
  • a problem in traditional agriculture is pricking out plants. This is particularly true for plants that are not sown directly but have to be pre-grown as cuttings. During the transfer, components of the roots are injured, causing young plants to suffer physiological stress and some of them fail.
  • the automation of transferring the pre-culture into further cultivation systems poses a problem due to the sensitivity of the roots and shoots. This should be overcome using the plant-enclosing nutrient matrix within the specially designed planters and the risk of process-related yield losses should be minimized.
  • the roots After being transferred to the cultivation system, the roots are located on the root side of the cultivation panels and can be further supplied with nutrient solutions (spray system).
  • the planters are intended to ensure that the plants are firmly anchored within the growing device.
  • the remaining agar can be dried or retained depending on the humidity setting, which ensures a continuous supply of nutrients in the upper root area of the plants.
  • the young plants within the vertical planting system are then preferably illuminated exclusively via the shoot side.
  • the cultivation method described is particularly suitable for agricultural and pharmaceutical crops and enables seasonally independent, sustainable and cost-effective automation and parallelization of seed germination and young plant cultivation under individually optimizable culture conditions and, from a technical point of view, represents the necessary and innovative interface to a further and automated cultivation system
  • the cultivation process also offers the advantage of a closed system, which, in addition to being independent of weather conditions, ensures an environment protected against vandalism and theft compared to conventional cultivation.
  • the preferred embodiments of the process include the production and packaging of ready-to-use planters with prefabricated nutrient matrix for target cultures, the individual option for producing nutrient media with regard to composition and strength, and product-sterile packaging of seeds in water-permeable casings for seed preservation.
  • inert agar solutions to improve the shelf life of the nutrient media and the embedding of seeds in the nutrient matrix and overlaying them with inert medium to ensure nutrient supply and reduce microbiological contamination can be provided.
  • Young plants can be grown on the basis of callus cultures. The cultivation of young plants and seed germination can preferably take place in adapted rearing panels of a rearing device according to the invention.
  • the cultivation panels are, in particular, specially shaped flat structures for transporting the plants within a device according to the invention. These can preferably be made of plastic, in particular ABS.
  • the rearing panels preferably have an opaque, especially black or dark gray, color. A preferred thickness is 2-3 mm, with the rearing panels preferably being manufactured using a thermoforming process.
  • the rearing panels preferably have a large number of openings, which can be designed as recesses. These can allow the insertion of holders into which the plants can be placed.
  • the openings are preferably arranged uniformly, although a mutual offset in the vertical direction is preferred. This enables maximum plant growth without collision and the resulting limitation of the growth of the plants with each other. Thus, the plants can adopt a close packing arrangement in 3-dimensional space to maximize the number of plants for a given space.
  • a modular arrangement of the openings allows different lengths (number of rows with openings) and widths (number of columns with holes).
  • the vertical distance between the openings can be adjusted, with the horizontal distance being determined by the free space around the openings.
  • the diameter and/or the geometry of the openings can preferably be changed.
  • the rearing panels have a wave pattern.
  • the wave pattern can contribute to the mechanical reinforcement of the rearing panels in the vertical direction.
  • the pattern can allow a slight horizontal offset between the individual openings. of the cultivation panels to allow as much space as possible for the roots to hang down.
  • stiffening elements are inserted at the top and bottom of the rearing panels, which can provide additional stiffening.
  • an area between suspension holes can be stiffened.
  • Such suspension holes can be used for fastening to carriages along a guide rail that follows the rearing path. Due to their rounded geometry, suspension holes in conjunction with a carriage allow rotation on the associated carriage arms, and thus movement around the conveyor system, particularly in curved sections of the conveyor system.
  • the specific type and geometry of the individual suspensions or the fastening itself can also be adapted to specific requirements (e.g. for use in zero gravity).
  • the conveyor system is used to transport the rearing panels along the rearing path. It preferably consists of a housing, a stepper or servo motor for driving, a spindle connected to the motor, and a linear axis to prevent rotation around the spindle.
  • a carriage can be attached to the spindle and can be moved linearly by it.
  • the position of the carriage can be calculated using the thread pitch multiplied by the number of revolutions performed.
  • the position is reset to zero each time the carriage is retracted in order to avoid a slow drift of the position counter due to mechanical tolerances and rounding errors in the calculation.
  • a driver can be arranged on the carriage, which can swing freely in one direction and is prevented from swinging in the other direction by a stop. This allows the carriage to slide freely over the pins of the carriage when moving in one direction (retraction direction), while these are moved further by the driver when traveling in the other direction (advance direction).
  • the carriages therefore preferably comprise a base body; the driver, which is attached to the base body in a freely swinging manner; fasteners; a laser sensor for detecting the rotation of the driver; and a button to set the zero point of the carriage.
  • the motor and spindle can thus provide a linear drive for the carriage.
  • the speed of the carriage depends on the direction of movement and can be controlled by a control device.
  • the speed of movement in the retraction direction is much faster than in the advance direction in order to ensure that the advance is as constant as possible.
  • the speed of movement in the advance direction preferably corresponds to a target propulsion speed of the device according to the invention.
  • the transport direction of the conveyor system can be determined by the orientation during assembly.
  • the transport speed is freely adjustable.
  • Detecting whether the driver is in contact with the pin of a slide can preferably be done using a laser sensor.
  • a laser beam can be interrupted by the driver if it is not in contact with a pin.
  • the laser beam can preferably be interrupted through a small opening in the driver through which the laser beam is transmitted. If the driver is tilted, the opening is also tilted and transmission is thus interrupted.
  • the conveyor system continuously runs through the same programmed loop:
  • step 4) In the case of a closed breeding path, you can continue immediately with step 1). If the breeding path is open, the support system must first be reset before starting again with step 1).
  • the presented conveyor system has a very simple structure and there is no need to integrate a direct drive. This allows flexible use of drive components in any number. In particular, the number and position of the respective drive modules can be tailored to the specific requirements of the system design. Synchronization of the individual drive modules across the device according to the invention (i.e. along the breeding path) is not necessary.
  • Adjustments can be made to the conveyor system, particularly in terms of the length of the transport module, the choice of motors used and the materials used for the drive and the housing. Spindles with different diameters and pitch heights can be used to influence the robustness, the maximum drive force and the drive accuracy/speed. Furthermore, the number of drives per rearing panel can be varied (scaling of the system size). The drives are preferably evenly distributed over the entire device system so that a single drive only has to move a fraction of the total load. This can expressed by the size of the rearing panels divided by the number of drives used.
  • the truss system can be a system for mounting rails specially designed to meet the requirements of the device according to the invention as a hanging system.
  • it can be a modular system consisting of rails (plastic extrusions), adapters for joining the rails together, plugs for reinforcing the connection of the rails and optionally angles for mounting on beams preferably extending from a ceiling.
  • the rails are preferably designed as a hollow geometry for low material use with high continuity.
  • a channel is provided for guiding the wheels of an associated carriage.
  • An additional vertical wall can be provided to prevent the carriage from derailing from the rails of the traverse system.
  • the truss system presents no additional floor guidance for the rearing panels is required.
  • the device according to the invention can then be used with rearing panels hanging freely on the truss system.
  • the guidance via a truss system also enables easy cleaning and the removal of liquids, as they naturally run off the rearing panels due to gravity.
  • the transport mechanism is protected from contamination as it cannot be flooded. Work safety is also increased because the entire device can be mounted on the ceiling and is therefore difficult to reach for users.
  • the truss system also offers an optimal infrastructure for the concealed laying of cables, hoses, etc.
  • the carriages preferably consist of a main element that has two “arms” that allow panels to be hung on the hanging holes of the rearing panels and at least one wheel, preferably with an integrated ball bearing.
  • the wheel preferably has a grooved profile that has its counterpart in an associated traverse system.
  • the running surface of the wheel is preferably inclined outwards towards the centre.
  • the wheel therefore has self-centring running properties that allow it to be centred can run in a profile.
  • the wheel is preferably made in two parts. A ball bearing inserted into it can be fixed using a screwable insert.
  • the carriage can have an element for inserting a fastening screw, a stop for the wheel and a hook which is mounted with a projection vertically above the center of the wheel.
  • reinforcing ribs that are optimized for production using a 3D printing process (FDM/FFF process) can be present.
  • the hook of the main element is preferably attached above the running center of the wheel in order to enable several carriages to be guided by means of connecting elements. Thanks to the central connection, pulling/pushing on the hook does not result in rotation around the vertical axis, as the center of force is located vertically above the support point of the wheel. The rotation around the wheel axis is compensated for by the weight of a suspended rearing panel.
  • the hook can have an additional security feature so that the connecting elements are prevented from accidentally slipping out.
  • the hook can also be used as a point of attack for the propulsion system.
  • the carriages thus enable a flexible and modular structure of the device according to the invention.
  • the wheels allow the carriages to be guided along a profile that defines the rearing path. This enables the rearing panels to advance and thus automate the device according to the invention.
  • the distance between the arms, the vertical distance from the rearing panel to the wheel and the distance between the hook and the wheel can be varied. Additional optimizations for greater strength and production-specific geometry adjustments can be made.
  • the spraying devices preferably have spray nozzles with colliding outlet streams to ensure a finer and more even particle distribution and to enable a higher throughput of nutrient solution.
  • a function based on the Venturi principle is preferred, so that the liquid medium is already sucked in by the escaping air stream, but this can also be supplied by pumps. Due to the flow difference between the air stream and the supplied nutrient solution, atomization already takes place within the nozzle.
  • the droplet/air mixture thus generated is carried outwards by the air stream and preferably deflected via the baffle plate in order to achieve a desired spray cone.
  • a preferred channel size is larger than 3 mm to prevent clogging and to ensure largely trouble-free operation of the system.
  • a vertical guide rod may have a mounting hole for cable ties or similar.
  • the advantage of the spray devices described is a fully integrated and wear-free spray mechanism. Nevertheless, individual spray nozzles can be easily replaced.
  • the functional principle presented enables the generation of uniform and small particle sizes in order to optimally deliver the nutrient solution to roots hanging in the air.
  • the spray properties can be adjusted via the design of the baffle plate, the diameter of the channels, the angle of the outlet openings to one another and the length and diameter of the internal geometry of the spray devices. Furthermore, the spray properties can be influenced by the detailed routing of the channels.
  • Fig. 1 is an exemplary representation of a partial view of an embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 2 schematic representations of the general structure of an embodiment of a device according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of the conceptual structure of an embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 4 shows schematic views of the a) front and b) rear views of an embodiment of a device according to the invention with two exemplary rearing panels arranged one behind the other,
  • Fig. 5 is a schematic detailed representation of an exemplary traverse system according to the invention of a device according to the invention
  • FIG. 6 shows schematic detailed representations of an exemplary plant insert according to the invention of a device according to the invention, 7 a) a schematic detailed representation of the driver principle according to the invention and b) sectional view of a driver according to the invention of an embodiment of a device according to the invention,
  • FIG. 8 shows an exemplary schematic representation of a carriage according to the invention of the conveyor system of a device according to the invention in a) overall view and as b) sectional view, and
  • Fig. 9 is an exemplary schematic representation of a spray nozzle according to the invention of the aeroponic spray system of a device according to the invention in a) overall view and as b) sectional view.
  • FIG. 1 shows an exemplary representation of a partial view of an embodiment of a device according to the invention.
  • the device shown for growing plants P comprises a growing panel 10 with a plurality of openings 12 for inserting plants P, the growing panel 10 having a shoot side S and a root side W for the plants P; a conveyor system 20 for transporting the rearing panel 10 along a rearing path A; an aeroponic spray system 30, designed to supply the growing panel 10 on the root side W with a nutrient solution NSL, the growing panel 10 and the conveying system 20 being designed to prevent spraying or contamination of the shoot side S with the nutrient solution NSL; a lighting system 40 configured to illuminate the growing panel 10 on the shoot side S, the growing panel 10 and the conveyor system 20 being designed to prevent illumination of the root side W; wherein the aeroponic spray system 30 and the lighting system 20 are arranged as fixed components along the growing path A and the growing panel 10 is transported past them by the conveyor system 20.
  • the conveyor system 20 is designed to transport at least two rearing panels 10, 10' arranged one behind the other, wherein rearing panels 10, 10' arranged directly behind the other can be connected to one another via connecting elements 18, wherein the connecting elements 18 are designed to prevent spraying or contamination of the shoot side S of the rearing panels 10, 10' with the nutrient solution NSL and to prevent illumination of the root side W of the rearing panels 10, 10'.
  • a part of the conveyor system together with a general holding system (ceiling mount) forms the traverse system.
  • this can also be composed modularly from several individual elements 10a, 10b (two individual elements) that can be connected to one another.
  • Figure 2 shows schematic representations of the general structure of an embodiment of a device according to the invention.
  • an oblique view is shown under a) and a side view of the structure under b).
  • the aeroponic spray system 30 acts in particular on the root side W
  • the lighting system 40 is intended to act on the opposite shoot side S.
  • the two representations correspond largely to the device according to the invention shown in Fig. 1.
  • the individual reference symbols and their assignment to individual features therefore apply accordingly.
  • a control device 50 and a drainage and/or recycling system 60 are also shown schematically compared to Fig. 1.
  • Figure 3 shows a schematic representation of the conceptual structure of an embodiment of a device according to the invention.
  • Several devices according to the invention can be set up and operated in a hall or a hangar, for example.
  • the reference numbers and their assignment correspond to those of the previous figures.
  • Figure 4 shows schematic views of the a) front and b) rear view of an embodiment of a device according to the invention with two exemplary cultivation panels 10, 10' arranged one behind the other.
  • the openings 12 in which the plants P are inserted can be clearly seen here.
  • the passages of the openings 12 are shown in the illustration with the root side W inclined downwards, the opposite shoot side S is thus slightly higher at each opening 12 in the intended hanging position of the cultivation panels 10, so that no nutrient solution NSL can get through the openings 12 when spraying.
  • several carriages 24 are shown running in a common guide rail 22 in the views.
  • Figure 5 shows a schematic detailed representation of an exemplary traverse system according to the invention of a device according to the invention.
  • the representation shows a rearing panel 10 arranged hanging on a carriage 24 in a guide rail 22.
  • the carriage 24 has a wheel which is guided on the inside of a C-shaped guide rail.
  • FIG. 6 shows schematic detailed representations of an exemplary plant insert 70 according to the invention of a device according to the invention.
  • the opening 12 shown in the cultivation panel has a holder 16 for receiving the plant insert 70.
  • the plant insert 70 can be arranged in the openings 12 of the cultivation panel 10 with or without a plant P.
  • Figure 7 shows a schematic a) detailed representation of the driver principle according to the invention and b) sectional representation of a driver according to the invention of an exemplary embodiment of a device according to the invention.
  • Figure 8 shows an exemplary schematic representation of a carriage 24 according to the invention of the conveyor system 20 of a device according to the invention in a) overall view and as b) sectional view.
  • Figure 9 shows an exemplary schematic representation of a spray nozzle according to the invention of the aeroponic spray system 30 of a device according to the invention in a) overall view and as b) sectional view.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Cultivation Of Plants (AREA)

Abstract

The invention relates to a device for cultivating and growing plants, in particular an automated device for growing different types of cultivated plants using an aeroponic method. A device according to the invention for growing plants (P) comprises a growing panel (10) with a plurality of openings (12) for inserting plants (P), said growing panel (10) having a sprouting side (S) and a root side (W) for the plants (P); a conveyor system (20) for transporting the growing panel (10) along a growing path (A); an aeroponic spraying system (30) which is designed to supply the growing panel (10) with a nutrient solution (NSL) on the root side (W), said growing panel (10) and conveyor system (20) being designed to prevent a spraying or contamination of the sprouting side (S) with the nutrient solution (NSL); and a lighting system (40) which is designed to illuminate the growing panel (10) on the sprouting side (S), said growing panel (10) and conveyor system (20) being designed to prevent an illumination of the root side (W); wherein the aeroponic spraying system (30) and the lighting system (20) are arranged along the growing path (A) as stationary components, and the growing panel (10) is transported past said components by the conveyor system (20).

Description

Vorrichtung zur Anzucht und Aufzucht von Pflanzen Device for growing and cultivating plants
Beschreibung Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzucht und Aufzucht von Pflanzen, insbesondere ein automatisierte Vorrichtung zur Aufzucht verschiedenster Arten von angezüchteten Pflanzen unter Verwendung eines Aeroponics-Verfahrens. The present invention relates to a device for growing and raising plants, in particular to an automated device for growing various types of cultivated plants using an aeroponics method.
Stand der Technik State of the art
Das Grundprinzip des aeroponischen Anbaus besteht darin, Pflanzen hängend in einer geschlossenen oder halbgeschlossenen Umgebung zu züchten, indem die herabhängenden Wurzeln und der untere Stängel der Pflanze mit einer zerstäubten oder versprühten, nährstoffreichen Wasserlösung besprüht werden (R.J. Stoner and J.M. Clawson, “A High Performance, Gravity Insensitive, Enclosed Aeroponic System for Food Production in Space”; Principal Investigator, NASA SBIR NAS10-98030 (1997-1998)). Es werden somit weder Erde oder ein Nährboden für die Aufzucht benötigt und die Wurzeln der Pflanzen können passend zum jeweiligen Entwicklungsstand unmittelbar mit Nährstoffen und der benötigten Menge an Feuchtigkeit versorgt werden. Aeroponische Anbauverfahren sind daher ideal für eine Aufzucht auch unter schwierigen Bedingungen geeignet, etwa wenn kein nährstoffreicher und fruchtbarer Boden für eine konventionelle Aufzucht zur Verfügung steht. Damit bieten sich solche Aufzuchtverfahren auch für neuartige Pflanzkonzepte wie etwa die vertikale Landwirtschaft (engl. „vertical farming“) an, bei der zur optimalen Raumnutzung bei einem begrenztem Platzangebot anstatt herkömmlicher zweidimensionaler Anbauflächen dreidimensionale Anbauvolumen genutzt werden können. The basic principle of aeroponic cultivation is to grow plants hanging in an enclosed or semi-enclosed environment by spraying the hanging roots and lower stem of the plant with an atomized or sprayed, nutrient-rich water solution (R.J. Stoner and J.M. Clawson, “A High Performance, Gravity Insensitive, Enclosed Aeroponic System for Food Production in Space”; Principal Investigator, NASA SBIR NAS10-98030 (1997-1998)). This means that neither soil nor a growing medium is required for cultivation and the roots of the plants can be directly supplied with nutrients and the required amount of moisture according to their respective stage of development. Aeroponic cultivation methods are therefore ideal for cultivation even under difficult conditions, for example when nutrient-rich and fertile soil is not available for conventional cultivation. This means that such cultivation methods are also suitable for new planting concepts such as vertical farming, in which three-dimensional cultivation volumes can be used instead of conventional two-dimensional cultivation areas to make optimal use of space in a limited space.
Es existieren bereits eine ganze Vielzahl unterschiedlicher Vertical-Farming-Systeme auf dem Markt. Die US 2018/014471 A1 beschreibt hierzu beispielsweise ein geschlossenes System aus langen Kammern, die während des Aufzuchtprozesses weitertransportiert werden. Aus der US 2017/142912 A1 sind bewegliche Panels mit integrierter Sprüheinrichtung zum Anbau von Pflanzen bekannt. Die beiden hier nur beispielhaft genannten Vertical-Farming-Systeme sind jedoch sehr komplex aufgebaut und verursachen relative hohe Kosten sowohl zu ihrer Herstellung als auch im laufenden Betrieb, so dass insbesondere für eine Anwendung aeroponischen Aufzuchtsysteme in Entwicklungs- und Schwellenländer deren Komplexität verringert und diese somit vor allem für den Massenmarkt tauglich gemacht werden müssen. There are already a wide variety of different vertical farming systems on the market. US 2018/014471 A1, for example, describes a closed system made up of long chambers that are transported further during the rearing process. Movable panels with an integrated spray device for growing plants are known from US 2017/142912 A1. However, the two vertical farming systems mentioned here only as examples are very complex and cause relatively high costs both for their production and for ongoing operation, so that their complexity is reduced, particularly for the application of aeroponic rearing systems in developing and emerging countries Above all, they need to be made suitable for the mass market.
Offenbarung der Erfindung Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Anzucht und Aufzucht von Pflanzen bereitzustellen, welche einen besonders kompakten und einfachen Aufbau gegenüber dem Stand der Technik aufweist und zu einem verbesserten Aufzuchtergebnis führt. Disclosure of the invention It is therefore an object of the present invention to provide a device for cultivating and growing plants which has a particularly compact and simple structure compared to the prior art and leads to an improved growing result.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden. These tasks are achieved according to the invention by the features of patent claim 1. Appropriate embodiments of the invention are contained in the dependent claims. The features listed individually in the patent claims can be combined with one another in a technologically sensible manner and can be supplemented by explanatory facts from the description and/or details from the figures, with further embodiment variants of the invention being shown.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufzucht von Pflanzen, umfassend ein Aufzuchtpanel mit einer Vielzahl von Öffnungen zum Einsetzen von Pflanzen, wobei das Aufzuchtpanel eine Sprossseite und eine Wurzelseite für die Pflanzen aufweist; ein Fördersystem zum Transport des Aufzuchtpanels entlang eines Aufzuchtpfades; ein aeroponisches Sprühsystem, dazu eingerichtet, das Aufzuchtpanel auf der Wurzelseite mit einer Nährstofflösung zu versorgen, wobei das Aufzuchtpanel und das Fördersystem ausgebildet sind, ein Besprühen oder Kontaminieren der Sprossseite mit der Nährstofflösung zu verhindern; ein Beleuchtungssystem, dazu eingerichtet, das Aufzuchtpanel auf der Sprossseite zu beleuchten, wobei das Aufzuchtpanel und das Fördersystem ausgebildet sind, ein Beleuchten der Wurzelseite zu verhindern; wobei das aeroponische Sprühsystem und das Beleuchtungssystem als feststehende Komponenten entlang des Aufzuchtpfades angeordnet sind und das Aufzuchtpanel durch das Fördersystem an diesen vorbeitransportiert wird.The invention relates to a device for growing plants, comprising a growing panel with a plurality of openings for inserting plants, the growing panel having a shoot side and a root side for the plants; a conveyor system for transporting the growing panel along a growing path; an aeroponic spray system, designed to supply the growing panel on the root side with a nutrient solution, the growing panel and the conveyor system being designed to prevent the shoot side from being sprayed or contaminated with the nutrient solution; a lighting system, designed to illuminate the growing panel on the shoot side, the growing panel and the conveyor system being designed to prevent the root side from being illuminated; the aeroponic spray system and the lighting system being arranged as fixed components along the growing path and the growing panel being transported past it by the conveyor system.
Bei einem Aufzuchtpanel (auch als Aufzuchtplatte oder Aufzuchtflächenelement bezeichnet) kann es sich insbesondere um eine im Wesentlichen flächig ausgebildete Struktur handeln. Eine solche Struktur weist hierbei eine entsprechende Vorder- und eine Rückseite auf. Das Aufzuchtpanel weist eine Vielzahl von Öffnungen zum Einsetzen von Pflanzen auf, wobei die Pflanzen jeweils mit den Wurzeln in eine Richtung eingesetzt werden können. Entsprechend wird diejenige Seite, an der sich die Wurzeln befinden, als Wurzelseite und diejenige Seite, an der sich die Sprossen befinden als Sprossseite bezeichnet. Mit anderen Worten, auf der Sprossseite des Aufzuchtpanels sollen sich bestimmungsgemäß der Hauptteil der Sprossachse und die Blätter der Pflanze befinden, während sich auf der Wurzelseite der Hauptteil der Wurzel der Pflanze befinden soll. Bevorzugt kann das Aufzuchtpanel aus einem stoffbespannten Rahmen bestehen, wobei die Pflanzen in Öffnungen des Spannstoffes eingesetzt oder unmittelbar darin eingepflanzt werden. A cultivation panel (also referred to as a cultivation plate or cultivation surface element) can in particular be a substantially flat structure. Such a structure has a corresponding front and a back. The cultivation panel has a plurality of openings for inserting plants, whereby the plants can be inserted with the roots in one direction. Accordingly, the side on which the roots are located is referred to as the root side and the side on which the sprouts are located is referred to as the sprout side. In other words, the shoot side of the cultivation panel is intended to contain the main part of the shoot axis and the leaves of the plant, while the root side is intended to contain the main part of the root of the plant. The cultivation panel can preferably consist of a fabric-covered frame, whereby the plants are inserted into openings in the stretch fabric or planted directly in them.
Die Öffnungen können zu beiden Seiten asymmetrisch ausgebildet sein, so dass die Wurzelseite und die Sprossseite des Aufzuchtpanels auch ohne eingesetzte Pflanzen aufgrund der Form unterschieden werden können. Die Aufzuchtpanels können als ebene Struktur oder mit einer form- und stabilitätsgebenden Geometrie ausgebildet sein, jedoch eine im Wesentlichen flächige Erscheinungsform besitzen. Das Aufzuchtpanel kann vorzugsweise aus Kunststoff, Metall, oder einem anderen wasser- und/oder feuchtigkeitsbeständigen Material ausgebildet sein. The openings can be designed asymmetrically on both sides, so that the root side and the shoot side of the growing panel can also be used without plants inserted can be distinguished based on their shape. The rearing panels can be designed as a flat structure or with a geometry that provides shape and stability, but have an essentially flat appearance. The rearing panel can preferably be made of plastic, metal, or another water- and/or moisture-resistant material.
Bevorzugt sind die Öffnungen vertikal zu einer Oberfläche des Aufzuchtpanels oder an einer gewinkelten Geometriefläche des Aufzuchtpanels befindlich angeordnet, wobei der Anordnungswinkel mindestens 30°, bevorzugt 45° und höchstens 60° beträgt. Die Öffnungen können in einer runden, ovalen, oder schlitzartigen Geometrie ausgestaltet sein. The openings are preferably arranged vertically to a surface of the rearing panel or on an angled geometric surface of the rearing panel, the arrangement angle being at least 30°, preferably 45° and at most 60°. The openings can be designed in a round, oval, or slot-like geometry.
Als Aufzuchtpfad wird die durch das Fördersystem innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgegebene Trajektorie eines vom Fördersystem transportierten Aufzuchtpanels bezeichnet. Die Aufzuchtpanels können frei schwingend oder starr an dem Fördersystem befestigt sein. Bevorzugt kann das Fördersystem an einem Traversensystem als Halterung angeordnet sein. Das Traversensystem kann auch als auch Halterung für das Sprüh- und Beleuchtungssystem genutzt werden. The trajectory of a rearing panel transported by the conveyor system, which is predetermined by the conveyor system within the device according to the invention, is referred to as the rearing path. The rearing panels can be freely swinging or rigidly attached to the conveyor system. The conveyor system can preferably be arranged on a traverse system as a holder. The traverse system can also be used as a holder for the spray and lighting system.
Das aeroponische Sprühsystem kann eine Vielzahl von einzelnen Sprüheinrichtungen entlang des Aufzuchtpfades umfassen. Vorzugsweise werden durch das Sprühsystem Tröpfchen der Nährstofflösung mit der Größe von 20-200 pm erzeugt. Eine Erzeugung der Tröpfchen kann dabei bevorzugt durch eine Vernebelung von der unter Druck stehenden Flüssigkeit oder durch eine Vernebelung mittels Druckluft erfolgen. Die Sprühparameter an verschiedenen Abschnitten der Vorrichtung können somit unterschiedlich geregelt bzw. eingestellt werden. Die Sprüheinrichtungen können die Nährstofflösung vorzugsweise in elektronisch oder mechanisch gesteuerten Intervallen versprühen. Der Begriff Nährstofflösung wird im Rahmen dieser Anmeldung als generischer Sammelbegriff für eine flüssigkeitsbasierte Versorgung der Pflanzen verwendet. Insbesondere soll darunter auch das reine Lösungsmittel für die Lösung von Nährstoffen ohne eine zusätzliche Nährstoffbeigabe verstanden werden. Insofern soll im Rahmen dieser Anmeldung also beispielsweise auch reines oder destilliertes Wasser als Nährstofflösung mit einem verschwindenden Nährstoffgehalt verstanden werden. The aeroponic spray system can comprise a large number of individual spray devices along the cultivation path. The spray system preferably produces droplets of the nutrient solution with a size of 20-200 pm. The droplets can preferably be produced by nebulizing the pressurized liquid or by nebulizing using compressed air. The spray parameters at different sections of the device can thus be regulated or set differently. The spray devices can preferably spray the nutrient solution at electronically or mechanically controlled intervals. The term nutrient solution is used in this application as a generic collective term for a liquid-based supply of the plants. In particular, this should also be understood to mean the pure solvent for dissolving nutrients without additional nutrient addition. In this respect, for example, pure or distilled water should also be understood in this application as a nutrient solution with a negligible nutrient content.
Das Beleuchtungssystem kann bevorzugt aus horizontal oder vertikal angeordneten Beleuchtungselementen, insbesondere von einzelnen LED-Leuchtelementen, erfolgen. Die Hauptbeleuchtungsrichtung des Beleuchtungssystems sollte dabei vorzugsweise unmittelbar auf die Sprossseite der Pflanzen ausgerichtet sein. Die Beleuchtungsparameter an verschiedenen Abschnitten der Vorrichtung können somit unterschiedlich geregelt bzw. eingestellt werden. The lighting system can preferably consist of horizontally or vertically arranged lighting elements, in particular individual LED lighting elements. The main lighting direction of the lighting system should preferably be directed directly at the shoot side of the plants. The lighting parameters at different sections of the device can thus be regulated or set differently.
Das Aufzuchtpanel und das Fördersystem sind ausgebildet, ein Besprühen oder Kontaminieren der Sprossseite mit der Nährstofflösung aus dem aeroponischen Sprühsystem zu verhindern. Ein Übertrag der Flüssigkeit in die Sprosszone soll dadurch verhindert werden. Bei dem Aufzuchtpanel können beispielsweise die Öffnungen derart ausgebildet sein, dass diese schräg innerhalb des Aufzuchtpanels angeordnet sind, so dass der Rand der Öffnungen als Blende dienen kann. Die Öffnungen können auch eine Dichtung im Bereich der Pflanzendurchführung aufweisen, welche einen Flüssigkeitsdurchtritt verhindert. Das Fördersystem kann eine entsprechende Abdichtung um das transportierte Aufzuchtpanel herum aufweisen. The growing panel and the conveyor system are designed to prevent spraying or contaminating the sprout side with the nutrient solution from the aeroponic spray system to prevent. This is intended to prevent the liquid from being transferred into the sprout zone. In the rearing panel, for example, the openings can be designed in such a way that they are arranged obliquely within the rearing panel, so that the edge of the openings can serve as a cover. The openings can also have a seal in the area of the plant passage, which prevents liquid from passing through. The conveyor system can have an appropriate seal around the transported rearing panel.
Das Aufzuchtpanel und das Fördersystem sind weiterhin ausgebildet, ein Beleuchten der Wurzelseite durch das Beleuchtungssystem zu verhindern. Dies kann im Prinzip ebenfalls durch die voranstehend rein beispielhaft aufgeführten Mittel zur Verhinderung eines Übertrags der Flüssigkeit in die Sprosszone erfolgen. Ein weiteres Beispiel ist die Integration eines optischen Filterelements zum Herausfiltern der Beleuchtungsstrahlung sowohl in den Öffnungen des Aufzuchtpanels als auch innerhalb des Fördersystems. The rearing panel and the conveyor system are further designed to prevent the root side from being illuminated by the lighting system. In principle, this can also be done using the means listed above purely as examples to prevent the liquid from being transferred into the sprout zone. Another example is the integration of an optical filter element to filter out the illumination radiation both in the openings of the rearing panel and within the conveyor system.
Das aeroponische Sprühsystem und das Beleuchtungssystem sind als feststehende Komponenten entlang des Aufzuchtpfades angeordnet. Das Aufzuchtpanel wird durch das Fördersystem an diesen vorbeitransportiert. Dies hat gegenüber den im Stand der Technik beschriebenen Aufzuchtsystemen den Vorteil, dass das Aufzuchtpanel keinerlei aktive technische Komponenten umfasst und als preisgünstiges passives Element einfach in die Vorrichtung eingesetzt bzw. darin ersetzt werden kann. Zudem müssen das aeroponische Sprühsystem und das Beleuchtungssystem nicht mit bewegt werden, was die Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich vereinfacht und zu einem kompakteren Systemaufbau führt. The aeroponic spray system and the lighting system are arranged as fixed components along the cultivation path. The cultivation panel is transported past this by the conveyor system. This has the advantage over the cultivation systems described in the prior art that the cultivation panel does not include any active technical components and can be easily inserted into the device or replaced as an inexpensive passive element. In addition, the aeroponic spray system and the lighting system do not have to be moved, which significantly simplifies the construction of the device according to the invention and leads to a more compact system structure.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin eine Steuerungseinrichtung, dazu eingerichtet, Steuerungsparameter des aeroponisches Sprühsystems und/oder des Beleuchtungssystems abhängig von der Position des Aufzuchtpanels entlang des Aufzuchtpfades anzupassen. Steuerungsparameter des aeroponischen Sprühsystems können dabei insbesondere die Zusammensetzung der Nährstofflösung und/oder Variablen zur Menge der Nährstofflösung und zur Zeitsteuerung des aeroponischen Sprühsystems sein. Mögliche Steuerungsparameter des Beleuchtungssystems können die Beleuchtungsstärke, eine Zeitsteuerung, das abgegebene Lichtspektrum und/oder eine Einstrahlrichtung sein. Die Steuerungseinrichtung kann neben den aufgeführten Steuerungsoptionen auch zur Durchführung weiter Steuerungsaufgaben ausgebildet sein. Insbesondere kann die Steuerungseinrichtung auch die Steuerung des Fördersystems, d. h. zur Steuerung des Transports des Aufzuchtpanels durch die Vorrichtung, übernehmen. Die Steuerungseinrichtung kann eine Steuerung vorzugsweise auf Basis individueller, bevorzugt in ein Computernetzwerk eingebundener, weiterer Steuerungs- und Messgeräte vornehmen. Bevorzugt ist der Aufzuchtpfad geschlossen, vorzugsweise mäanderförmig oder spiralartig auslaufend, ausgebildet. Ein geschlossener Aufzuchtpfad hat den Vorteil, dass gemeinsame Positionen zum Einbringen und zur Entnehmen der Pflanzen vorgesehen sein können. Es können somit in einem Arbeitsschritt aufgezogene Pflanzen entnommen und zur Aufzucht vorgesehene angezüchtete Pflanzen eingesetzt werden. Ein mäandrierender Aufzuchtpfad kann dabei besonderes kompakt und raumnutzend realisiert werden. Bei einem spiralartig auslaufenden Aufzuchtpfad kann es sich insbesondere um eine konzentrische Anordnung aus miteinander verbundenen Kreisringabschnitte mit zunehmenden Radius und einer radialen Zuführung zum Zentrum der Kreisstruktur handeln. Das Ziel ist hierbei stets eine optimale Anpassung an eine bestimmte verfügbare Raumgeometrie. The device according to the invention preferably further comprises a control device, designed to adapt control parameters of the aeroponic spray system and/or the lighting system depending on the position of the cultivation panel along the cultivation path. Control parameters of the aeroponic spray system can in particular be the composition of the nutrient solution and/or variables for the amount of nutrient solution and for the time control of the aeroponic spray system. Possible control parameters of the lighting system can be the illuminance, a time control, the emitted light spectrum and/or a direction of incidence. In addition to the control options listed, the control device can also be designed to carry out further control tasks. In particular, the control device can also take over the control of the conveyor system, i.e. to control the transport of the cultivation panel through the device. The control device can preferably carry out control on the basis of individual, preferably integrated into a computer network, further control and measuring devices. The cultivation path is preferably closed, preferably meandering or spiraling. A closed cultivation path has the advantage that common positions can be provided for introducing and removing the plants. Plants that have been raised can thus be removed and plants that are intended for cultivation can be inserted in one step. A meandering cultivation path can be implemented in a particularly compact and space-efficient manner. A spiraling cultivation path can in particular be a concentric arrangement of interconnected circular ring sections with increasing radius and a radial feed to the center of the circular structure. The aim here is always optimal adaptation to a specific available spatial geometry.
Vorzugsweise weist das Aufzuchtpanel bei einer bestimmungsgemäßen Anordnung innerhalb des Fördersystems mindestens ein senkrecht zum Aufzuchtpfad ausgerichtetes flexibles Biegeelement zur vereinfachten Passage von Kurvenabschnitten entlang des Aufzuchtpfades auf. Bei einem Biegeelement kann es sich beispielsweise um eine Gummiverbindung zwischen zwei aneinander grenzende Abschnitte eines ansonsten starr und verwindungssteif ausgebildeten Aufzuchtpanels handeln. When properly arranged within the conveyor system, the rearing panel preferably has at least one flexible bending element aligned perpendicular to the rearing path for simplified passage of curved sections along the rearing path. A bending element can, for example, be a rubber connection between two adjacent sections of an otherwise rigid and torsion-resistant rearing panel.
Vorzugsweise ist das Aufzuchtpanel modular aus mehreren miteinander verbindbaren Einzelelementen zusammengesetzt. Dies ermöglicht insbesondere eine einfache Anpassung der Größe des Aufzuchtpanels. Weiterhin können dadurch auch unterschiedliche Ausführungsformen, beispielsweise hinsichtlich der Größe und Anordnung der Öffnungen variabel miteinander kombiniert werden. Die Einzelelemente bilden dann in einem Verbund ein Aufzuchtpanel als Gesamtelement aus. Preferably, the rearing panel is modularly composed of several individual elements that can be connected to one another. This enables the size of the rearing panel to be easily adjusted. Furthermore, different designs can be combined with one another in a variable manner, for example with regard to the size and arrangement of the openings. The individual elements then form a rearing panel as an overall element when combined.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin ein Ablauf- und/oder Recyclingsystem, dazu eingereicht, überschüssige Nährstofflösung von der besprühten Wurzelseite des Aufzuchtpanels aufzufangen. Durch das Ablauf- und/oder Recyclingsystem kann sichergestellt werden, dass es zu keiner Ansammlung und unbeabsichtigter Verteilung von Nährstofflösung innerhalb der Vorrichtung kommt. Ein Recyclingsystem hat dabei den Vorteil, dass die Nährstofflösung zum Besprühen wiederverwendet werden kann, wodurch ein besonders effizienter und ressourcenschonender Betrieb der Vorrichtung erreicht werden kann. Preferably, the device according to the invention further comprises a drainage and/or recycling system designed to collect excess nutrient solution from the sprayed root side of the rearing panel. The drainage and/or recycling system can ensure that there is no accumulation and inadvertent distribution of nutrient solution within the device. A recycling system has the advantage that the nutrient solution can be reused for spraying, which means that the device can be operated in a particularly efficient and resource-saving manner.
Das Ablauf- und/oder Recyclingsystem kann überschüssige Flüssigkeit auf der Sprühseite bevorzugt dadurch auffangen, dass sich unterhalb der Sprühseite ein Ablaufkanal befindet, wobei dessen Oberkante in etwa auf Höhe der Unterkante des in die Vorrichtung bestimmungsgemäß angeordneten Aufzuchtpanels angeordnet ist. Der Ablaufkanal kann mit zunehmender Entfernung vom Aufzuchtpanel abgesenkt ausgebildet sein, was zu einer Ansammlung von Flüssigkeit im Absenkbereich führt. Der Ablaufkanal kann zudem in einer Achse parallel zum Aufzuchtpfad ein seitliches Gefälle aufweisen. The drainage and/or recycling system can collect excess liquid on the spray side, preferably in that there is a drainage channel below the spray side, the upper edge of which is arranged approximately at the level of the lower edge of the rearing panel arranged in the device as intended. The drain channel can be designed to be lowered as the distance from the rearing panel increases, resulting in a Accumulation of liquid in the lowering area. The drainage channel can also have a lateral slope in an axis parallel to the rearing path.
Vorzugsweise sind zumindest einige der Öffnungen des Aufzuchtpanels zum direkten Einstecken von Pflanzen ausgebildet. Insbesondere können die Öffnungen mit fest verbauten Elementen ausgestattet sein, die ein schonendes Einklemmen von Keimlingen ermöglichen. Nachdem beispielsweise Samen angezüchtet wurden und sich bereits erste Wurzeln ausgebildet haben, können die Jungpflanzen jeweils händisch oder maschinell in die Öffnungen des Aufzuchtpanels eingesteckt werden. Das so bestückte Aufzuchtpanel kann anschließend in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt und mit dem Fördersystem verbunden werden. Die Öffnungen können dabei vorzugsweise trichterförmig ausgebildet sein, wobei die Wurzeln durch das engere Ende austreten sollen. Preferably, at least some of the openings in the growing panel are designed for direct insertion of plants. In particular, the openings can be equipped with permanently installed elements that enable seedlings to be gently clamped. For example, after seeds have been grown and the first roots have already formed, the young plants can be inserted into the openings of the growing panel by hand or by machine. The rearing panel equipped in this way can then be inserted into the device according to the invention and connected to the conveyor system. The openings can preferably be funnel-shaped, with the roots emerging through the narrower end.
Vorzugsweise weisen zumindest einige der Öffnungen des Aufzuchtpanels Halterungen zur Aufnahme von Pflanzeinsätzen auf. Im Gegensatz zu einem direkten Einstecken von Pflanzen in die Öffnungen des Aufzuchtpanels bietet die Verwendung von Pflanzeinsätzen den Vorteil, dass die Pflanzen mit den Pflanzeinsätzen in das Aufzuchtpanel eingesetzt und auch wieder aus diesem entfernt werden können. Dadurch wird die Handhabung der Pflanzen vereinfacht. Die Halterungen können bevorzugt aus Kunststoff, Metall, oder einem anderen wasser- und/oder feuchtigkeitsbeständigen Material ausgebildet sein. Preferably, at least some of the openings in the cultivation panel have holders for holding plant inserts. In contrast to directly inserting plants into the openings in the cultivation panel, the use of plant inserts offers the advantage that the plants can be inserted into the cultivation panel and removed again using the plant inserts. This simplifies the handling of the plants. The holders can preferably be made of plastic, metal, or another water and/or moisture-resistant material.
Vorzugsweise sind die Pflanzeinsätze als trichterförmige Pflanzgefäße bzw. mit einer trichterförmigen Geometrie ausgebildet. Die Pflanzeinsätze können über einen Haken zur kippfreien Arretierung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verfügen. Bevorzugt ist, dass ein Einsetzen in das Aufzuchtpanel der Vorrichtung nach der Anzucht einer Pflanze ab dem Durchdringen einer Wurzel der Pflanze an einem Ende des Pflanzgefäßes erfolgt. Eine trichterförmige Ausbildung ermöglicht ein einfaches Bestücken der Pflanzgefäße, wobei die Wurzeln durch das engere Ende austreten sollen. Insbesondere sollen die Wurzeln der darin wachsenden Pflanzen weiter in die Wurzelseite ragen können, wobei durch die Geometrie des Pflanzgefäßes ein Abstand der Wurzeln vom Aufzuchtpanel gewährleistet werden kann.The plant inserts are preferably designed as funnel-shaped plant containers or with a funnel-shaped geometry. The plant inserts can have a hook for tip-free locking in the device according to the invention. It is preferred that after a plant has been grown, it is inserted into the cultivation panel of the device when a root of the plant penetrates one end of the plant container. A funnel-shaped design enables the plant containers to be easily filled, with the roots emerging through the narrower end. In particular, the roots of the plants growing in them should be able to protrude further into the root side, with the geometry of the plant container ensuring that the roots are kept at a distance from the cultivation panel.
Vorzugsweise sind die Pflanzeinsätze zur Anzucht mit einer Agarlösung aus mindestens 0,5 %, bevorzugt 1 % bis 3 %, als Pflanzsubstrat befüllt. Die Substratlösung kann hauptsächlich aus Wasser bzw. destilliertem Wasser bestehen und ist bevorzugt mit Pflanzennährstoffen, Salzen und/oder Phytohormonen angereichert. Der Pflanzeneinsatz kann somit sowohl zur Anzucht als auch zur Aufzucht der Pflanzen verwendet werden. Dadurch können die notwendigen Arbeitsschritte bei der Bereitstellung und Bestückung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Pflanzen reduziert und insgesamt der Aufzuchtprozess vereinfacht werden. Vorzugsweise werden auf die Pflanzeinsätze Saatgut oder aus einer Stammlösung herangezüchtete Kalli ausgebracht. Eine Anzucht von Pflanzen kann bevorzugt auch durch Ausdifferenzierung mittels Phytohormonen erfolgen. The plant inserts for cultivation are preferably filled with an agar solution of at least 0.5%, preferably 1% to 3%, as a plant substrate. The substrate solution can consist mainly of water or distilled water and is preferably enriched with plant nutrients, salts and/or phytohormones. The plant insert can therefore be used both for growing and growing the plants. As a result, the necessary work steps when preparing and equipping the device according to the invention with plants can be reduced and the growing process can be simplified overall. Preferably, seeds or from one are placed on the plant inserts Calli grown in stock solution were applied. Plants can also preferably be grown through differentiation using phytohormones.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fördersystem um ein Hängefördersystem, dazu ausgebildet, das Aufzuchtpanel mit einem Fahrschlitten entlang einer dem Aufzuchtpfad folgenden Führungsschiene zu transportieren. Das Aufzuchtpanel kann dabei vorzugsweise in den Fahrschlitten an Haken oder ähnlichem eingehängt werden. The conveyor system is preferably a hanging conveyor system designed to transport the rearing panel with a carriage along a guide rail that follows the rearing path. The rearing panel can preferably be hung in the carriage on hooks or similar.
Vorzugsweise ist das Fördersystem zum Transport von mindestens zwei hintereinander angeordneten Aufzuchtpanels eingerichtet. Besonderes bevorzugt sind entlang des gesamten Aufzuchtpfades eine Vielzahl von Aufzuchtpanelen hintereinander angeordnet. Der Transport der Aufzuchtpanels kann dabei insbesondere derart eingestellt sein, dass die Aufzucht nach einem oder mehreren Umläufen entlang eines geschlossenen Aufzuchtpfades beendet ist und die fertig aufgezogenen Pflanzen bzw. die zugehörigen Pflanzeinsätze unmittelbar entnommen werden können. Preferably, the conveyor system is set up to transport at least two rearing panels arranged one behind the other. It is particularly preferred for a large number of rearing panels to be arranged one behind the other along the entire rearing path. The transport of the rearing panels can in particular be set in such a way that the rearing is completed after one or more cycles along a closed rearing path and the fully grown plants or the associated plant inserts can be removed immediately.
Vorzugsweise werden die Aufzuchtpanels durch das Fördersystem mit gleichbleibendem Abstand und einheitlicher Geschwindigkeit entlang des Aufzuchtpfades transportiert. Da das Sprühsystem und das Beleuchtungssystem ortsfest fixiert sind, so dass der Transport der Aufzuchtpanels von diesen unabhängig ist, werden die Aufzuchtpanels an den jeweiligen Sprüh- und Beleuchtungselementen in einer gleichbleibenden Geschwindigkeit vorbeigeführt.Preferably, the rearing panels are transported by the conveyor system at a constant distance and at a uniform speed along the rearing path. Since the spray system and the lighting system are fixed in place so that the transport of the rearing panels is independent of them, the rearing panels are guided past the respective spray and lighting elements at a constant speed.
Vorzugsweise sind jeweils unmittelbar hintereinander angeordnete Aufzuchtpanels über Verbindungselemente miteinander verbindbar, wobei die Verbindungselemente ausgebildet sind, ein Besprühen oder Kontaminieren der Sprossseite der Aufzuchtpanels mit der Nährstofflösung und ein Beleuchten der Wurzelseite der Aufzuchtpanels zu verhindern. Die Verbindungselemente können dabei den obenstehend bereits beschriebenen Schutzmechanismen beim Aufzuchtpanel und dem Fördersystem entsprechen. Insbesondere können die Aufzuchtpanels durch die Verbindungselemente an ihren jeweils gegenüberliegenden vertikalen Seitenkanten miteinander verbunden sein, wobei diese Verbindung scharnierartig um eine vertikale Achse beweglich ist, wodurch die Aufzuchtpanele in einem variablen Winkel zueinander beweglich sein sollen. Bevorzugt kann dabei durch die Verbindung an den vertikalen Seitenkanten eine Kraftübertragung zwischen verbundenen Aufzuchtpanelen erfolgen. Die Anzahl der Antriebe im Fördersystem kann durch eine entsprechende Mitnahme miteinander verbundener Aufzuchtpanele reduziert werden. Preferably, rearing panels arranged immediately one behind the other can be connected to one another via connecting elements, the connecting elements being designed to prevent the shoot side of the rearing panels from being sprayed or contaminated with the nutrient solution and to prevent the root side of the rearing panels from being illuminated. The connecting elements can correspond to the protective mechanisms for the rearing panel and the conveyor system already described above. In particular, the rearing panels can be connected to one another by the connecting elements at their respective opposite vertical side edges, this connection being movable in a hinge-like manner about a vertical axis, whereby the rearing panels should be movable at a variable angle to one another. Preferably, a force transmission between connected rearing panels can take place through the connection on the vertical side edges. The number of drives in the conveyor system can be reduced by using appropriately connected rearing panels.
Erfindungsgemäß wird somit insbesondere eine automatisierte Vorrichtung zur Anzucht und Aufzucht von Pflanzen unter Verwendung des Aeroponics-Verfahrens, insbesondere eine automatisierte Vorrichtung zur Aufzucht verschiedenster Arten von Pflanzen, das über statische Einrichtungen zum automatisierten Besprühen der Wurzeln verfügt, sowie einer statischen Beleuchtungsanlage, einem Hängeförderer zum Weitertransport von Aufzucht- panels, sowie sich in Bewegung befindlichen Aufzuchtpanels, in denen mittels Pflanzeinsätzen Pflanzen zur Aufzucht eingesteckt werden können, bereitgestellt. According to the invention, an automated device for the cultivation and rearing of plants using the aeroponics method is provided, in particular an automated device for the cultivation of various types of plants, which has static devices for the automated spraying of the roots, as well as a static lighting system, a hanging conveyor for the further transport of cultivation panels, as well as moving cultivation panels, in which plants can be inserted for cultivation using plant inserts.
Die Vorrichtung hat die Aufgabe, Pflanzen während der Aufzucht mit Licht, Wasser und notwendigen Nährstoffen zu versorgen, und diese dabei entlang eines vorgegebenen Aufzuchtpfades zu transportieren. Der Weitertransport geschieht bevorzugt durch einen Hängeförderer im Fließbandprinzip, wobei Jungpflanzen bei einem geschlossenen Aufzuchtpfad (d. h. die Aufzuchtpanels werden in einem geschlossenen Kreislauf wieder an den Anfang des Systems zurücktransportiert) am Beginn des Systems eingesetzt werden können, und, aufgrund einer bevorzugt gleichmäßigen und an die Wachstumszeit der Pflanzen angepassten Fördergeschwindigkeit, die ausgewachsene Pflanzen an einer anderen Stelle (dem Ende der Vorrichtung) geerntet werden können. The device has the task of supplying plants with light, water and necessary nutrients during cultivation and transporting them along a predetermined cultivation path. The further transport is preferably carried out by a hanging conveyor in the assembly line principle, whereby young plants can be used at the beginning of the system with a closed cultivation path (i.e. the cultivation panels are transported back to the beginning of the system in a closed circuit), and, due to a preferably uniform and to the The conveyor speed is adapted to the growth time of the plants, so that adult plants can be harvested at another point (the end of the device).
Durch die damit statischen Punkte zum Einbringen und Entnehmen der Pflanzen, sowie eine platzsparende Bauweise der Vorrichtung, kann ein erhöhter Ertrag pro Grundfläche, sowie durch optimierte Aufzuchtbedingungen ein schnelleres Pflanzenwachstum erreicht werden.Thanks to the static points for inserting and removing the plants, as well as the space-saving design of the device, an increased yield per area can be achieved, as well as faster plant growth thanks to optimized growing conditions.
Eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit kann erreicht werden, indem die Aufzuchtpanels eingesetzt werden, die eine Aufzucht der Pflanzen unter konstantem Weitertransport ermöglichen, ohne dass durch die Aufzuchtpanels Wasser, Nährstofflösung, Dampf, oder andere Medien zur Bewässerung der Pflanzen transportiert werden müssen. Stattdessen befindet sich das aeroponische Sprühsystem fixiert auf der Wurzelseite der Aufzuchtpanels, und bewegt sich also nicht mit den Aufzuchtpanelen mit. Die Aufzuchtpanele sind daher nicht wie im Stand der Technik mit dem Sprühsystem verbunden. A particularly high level of cost-effectiveness can be achieved by using the cultivation panels, which enable the plants to be grown with constant further transport, without water, nutrient solution, steam, or other media having to be transported through the cultivation panels to irrigate the plants. Instead, the aeroponic spray system is fixed on the root side of the growing panels and does not move with the growing panels. The rearing panels are therefore not connected to the spray system as in the prior art.
Aufgrund des Transports der Aufzuchtpanele vorbei am Sprühsystem wird ermöglicht, dass eine Variation von Nährstofflösung und Variablen zur Menge und Zeitsteuerung, etc. über den Aufzuchtzyklus der Pflanzen hinweg möglich ist, die für alle in der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgezogenen Pflanzen gleich ist: Die Steuerung der einzelnen Sprüheinrichtungen des Sprühsystems bleibt beständig, kann jedoch für jede der Sprüheinrichtung unterschiedlich sein. Dadurch, dass sich die Aufzuchtpanele weiterbewegen, kann insbesondere gewährleistet werden, dass alle Pflanzen über den Aufzuchtzyklus hinweg die gleichen Veränderungen erfahren. Due to the transport of the cultivation panels past the spray system, it is possible to vary the nutrient solution and variables for quantity and time control, etc. over the cultivation cycle of the plants, which is the same for all plants grown in the device according to the invention: the control of the individual Spraying devices of the spraying system remains consistent, but may be different for each of the spraying devices. The fact that the growing panels continue to move ensures that all plants undergo the same changes throughout the growing cycle.
Analog gilt dasselbe auch für das Beleuchtungssystem, bei dem insbesondere die Beleuchtungsstärke, die Zeitsteuerung, das abgegebene Lichtspektrum und/oder Richtung verändert werden können. The same applies analogously to the lighting system, in which in particular the illuminance, the time control, the emitted light spectrum and/or direction can be changed.
Ein technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass somit ausschließlich das Gewicht der Pflanzen und der Aufzuchtpanels durch die Vorrichtung weitertransportiert werden muss, und somit die benötigte Energie zum Transport gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen reduziert wird. Zudem wird die technische Komplexität reduziert und ein geringerer Materialverbrauch erreicht. A technical advantage of the present invention is that only the weight of the plants and the growing panels has to be transported through the device, and thus the energy required for transport compared to conventional ones Devices is reduced. In addition, the technical complexity is reduced and lower material consumption is achieved.
Es findet erfindungsgemäß eine Trennung von Wurzel- und Sprosszone statt. Durch diese physische Trennung kann verhindert werden, dass Licht von der beleuchteten Sprosszone in die unbeleuchtete Wurzelzone gelangt. Dies kann das Wachstum von unerwünschten Algen und Mikroorganismen einschränken. According to the invention, the root and shoot zones are separated. This physical separation prevents light from the illuminated shoot zone from reaching the unlit root zone. This can limit the growth of undesirable algae and microorganisms.
Die Aufzuchtpanele besitzen Öffnungen, in denen die Pflanzen beispielsweise mithilfe von Pflanzeinsätzen eingesteckt werden können. Dies hat zum Vorteil, dass eine weitgehend substratfreie Aufzucht ermöglicht wird, also keine Erde, Steinwolle, oder andere Substrate zum Einsatz kommen müssen. Dadurch ist eine günstigere und ressourcenschonendere Aufzucht möglich. Bevorzugt wird lediglich Nähragar in den Pflanzeinsätzen verfällt und in der Anzuchtphase der Pflanzen eingesetzt. Dieser kann ausgewaschen werden bzw. baut sich natürlich ab, und ist während der späteren Aufzuchtphase innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht mehr von großer Relevanz. Eine Anzucht von Keimlingen in einem Agarsubstrat kann beispielsweise durch das Ausbringen von Saatgut auf die Oberfläche oder durch Einstecken in das Agarsubstrat bzw. das Ausbringen der undifferenzierten Kal I i erfolgen. Die Öffnungen der Aufzuchtpanele können versetzt voneinander angeordnet sein (optimierte Kreispackung), um eine höhere Packungsdichte für die Pflanzen zu erreichen. Die Öffnungen können dabei bevorzugt als runde, pastillen- oder schlitzförmige Öffnungen ausgebildet sein.The cultivation panels have openings into which the plants can be inserted, for example using plant inserts. This has the advantage that cultivation is largely substrate-free, i.e. no soil, rock wool or other substrates have to be used. This enables cheaper and more resource-efficient cultivation. Preferably, only nutrient agar is used in the plant inserts and used in the cultivation phase of the plants. This can be washed out or decomposes naturally, and is no longer of great relevance during the later cultivation phase within the device according to the invention. Seedlings can be cultivated in an agar substrate, for example, by spreading seeds on the surface or by inserting them into the agar substrate or spreading the undifferentiated Kal I i. The openings in the cultivation panels can be arranged offset from one another (optimized circular packing) in order to achieve a higher packing density for the plants. The openings can preferably be designed as round, lozenge-shaped or slit-shaped openings.
Bei einer Ausbildung des Fördersystems als Hängefördersystem können die Aufzuchtpanele bevorzugt über Haken oder ähnliches an dem Hängefördersystem angeordnet werden. Dies hat den Vorteil einer einfachen Installation der Aufzuchtpanele. If the conveyor system is designed as a hanging conveyor system, the rearing panels can preferably be arranged on the hanging conveyor system using hooks or similar. This has the advantage of easy installation of the rearing panels.
Die Aufzuchtpanele können mit Geometrien ausgestattet sein, um eine höhere Steifigkeit zu gewährleisten. Weiterhin können diese an den Kanten über Verbindungselemente verfügen, die eine Verbindung der einzelnen Aufzuchtpanele ermöglicht. Damit kann erreicht werden, dass die physische Trennung zwischen Wurzel- und Sprossseite auch an den Verbindungsstellen zwischen den Aufzuchtpanelen aufrechterhalten werden kann. Die Aufzuchtpanele können in ihrer Breite und Ausbildung variieren. Die Aufzuchtpanele können bevorzugt mindestens einen eingebrachten, vertikalen Falz als flexibles Biegeelement aufweisen. Dies ermöglicht einen einfacheren Transport der Panels in Kurvenbereichen und kleinere Kurvendurchmesser, was einer kompakten Bauweise der Anlage zuträglich ist. Zudem kann so die Anzahl der zur Verbindung mit dem Hängefördersystem benötigten Schlitten reduziert werden. The cultivation panels can be designed with geometries to ensure greater rigidity. They can also have connecting elements on the edges that allow the individual cultivation panels to be connected. This means that the physical separation between the root and shoot sides can also be maintained at the connection points between the cultivation panels. The cultivation panels can vary in their width and design. The cultivation panels can preferably have at least one vertical fold as a flexible bending element. This enables easier transport of the panels in curved areas and smaller curve diameters, which is beneficial to a compact design of the system. In addition, the number of slides required for connection to the overhead conveyor system can be reduced.
Die besonderen Vorteile der Erfindung gegenüber dem bekannten Stand der Technik sind somit eine konsequente Umsetzung des Fließbandprinzips bei der Aufzucht von Pflanzen, wobei eine besonders hohe Effizienz erreicht werden kann, ein geringeres Transportgewicht gegenüber wasserführenden Systemen, wodurch eine Reduzierung der technischen Komplexität, des Materialverbrauchs, der Kosten, des Energieverbrauchs, sowie eine einfachere Ernte und Instandhaltung erreicht werden können. Es kann eine Anordnung mehrerer Pflanzen bei optimierter Packungsdichte umgesetzt werden, wodurch ein höherer Ertrag pro Fläche und geringerer Overhead von Material erreicht werden kann. Zudem lässt sich ein geringerer Materialverbrauch durch in die Aufzuchtpanele direkt eingebrachte Geometrien erzielen, wodurch eine höhere Steifigkeit bei geringem Materialverbrauch erreicht werden kann. The particular advantages of the invention over the known prior art are a consistent implementation of the assembly line principle in the cultivation of plants, whereby a particularly high level of efficiency can be achieved and a lower transport weight compared to water-bearing systems, thereby achieving a reduction in technical complexity, material consumption, costs, energy consumption, as well as easier harvesting and maintenance. An arrangement of multiple plants can be implemented with optimized packing density, achieving higher yield per area and lower material overhead. In addition, lower material consumption can be achieved through geometries incorporated directly into the growing panels, which means that higher rigidity can be achieved with low material consumption.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den jeweiligen Unteransprüchen genannten Merkmalen. Further preferred embodiments of the invention result from the features mentioned in the respective subclaims.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar. The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless stated otherwise in individual cases.
Im Folgenden sind weitere konkrete Ausgestaltungen der einzelnen Elemente der Vorrichtung sowie des zugehörigen Anzucht- und Aufzuchtverfahrens aufgeführt. Further specific designs of the individual elements of the device as well as the associated cultivation and rearing process are listed below.
Pflanzeinsätze Plant inserts
Die Pflanzeinsätze können vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere Polypropylen, ausgebildet sein. Um Durchdringen von Licht zu verhindern, sind dabei insbesondere dunkel und lichtdicht eingefärbte Materialien bevorzugt. Es können jedoch auch verschiedene Materialien miteinander kombiniert werden. Besonders bevorzugt sind weiterhin biologisch abbaubare oder die zumindest teilweise Verwendung von recycelten Materialien. The plant inserts can preferably be made of plastic, in particular polypropylene. In order to prevent light from penetrating, materials that are colored dark and light-tight are particularly preferred. However, different materials can also be combined with each other. Biodegradable materials or the at least partial use of recycled materials are also particularly preferred.
Anstelle von herkömmlichen Substraten für die Anzucht, können die Pflanze mit den Pflanzeinsätzen in bzw. auf Agar angezogen werden. Hierzu können die Pflanzeinsätze einfach mit Agar gefüllt werden. Nach der Anzucht können die Pflanzen in den jeweiligen zur Anzucht benutzten Pflanzeinsätze in die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. die Aufzuchtpanele eingesetzt werden. Instead of using conventional substrates for cultivation, the plants can be grown in or on agar using plant inserts. To do this, the plant inserts can simply be filled with agar. After cultivation, the plants can be placed in the plant inserts used for cultivation in the device according to the invention or in the cultivation panels.
Die Pflanzeinsätze erfüllen dabei mehrere Funktionen. Im Wesentlichen ermöglichen diese eine einfache Handhabung und ein Bewegen von Keimlingen, wobei eine einheitliche Geometrie bzw. Formung ein automatisiertes Handling der Pflanzeneinsätze während der Anzucht und insbesondere zum Einsetzen der Pflanzen in die Aufzuchtpanele unterstützt. Durch eine einheitliche Geometrie bzw. Formung kann auch ein fester Sitz der Pflanzen in den Öffnungen der Aufzuchtpanele sichergestellt werden. The plant inserts fulfill several functions. Essentially, these enable easy handling and movement of seedlings, with a uniform geometry or shape supporting automated handling of the plant inserts during cultivation and in particular for inserting the plants into the growing panels. A uniform geometry or shape can also ensure that the plants are firmly seated in the openings of the growing panels.
Insbesondere eine trichterförmige Geometrie mit einer großen oberen Öffnung und einer kleineren unteren Öffnung ist dabei bevorzugt. Durch die obere Öffnung kann ein einfaches Einsetzen von Saatgut erfolgen. Durch die untere Öffnung können dann die Wurzeln der Pflanzen wachsen. Entsprechend bilden die Pflanzeinsätze dann ebenfalls eine Sprossseite und eine Wurzelseite aus, die bei bestimmungsgemäßem Verwenden in der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den jeweiligen Seiten der Aufzuchtpanele in Übereinstimmung gebracht werden können. A funnel-shaped geometry with a large upper opening and a smaller lower opening is particularly preferred. Seeds can be easily inserted through the upper opening. The roots of the plants can then grow through the lower opening. The plant inserts then also form a sprout side. and a root side, which can be aligned with the respective sides of the cultivation panels when used as intended in the device according to the invention.
Die untere Öffnung der Pflanzeinsätze kann mit einem herausbrechbaren Stopfen verschlossen bzw. über eine Sollbruchstelle verbunden sein. Der Stopfen kann dabei manuell oder automatisch geöffnet werden. Die Geometrie der unteren Öffnung ist vorzugsweise derart bemessen, dass diese von den Wurzeln vollständig ausgefüllt wird, und sich die wachsenden Pflanzen fest darin verankern. Somit kann eine Verankerung der Pflanzen auch sichergestellt werden, wenn der Agar ausgetrocknet ist. The lower opening of the plant inserts can be closed with a break-out plug or connected via a predetermined breaking point. The plug can be opened manually or automatically. The geometry of the lower opening is preferably dimensioned such that it is completely filled with roots and the growing plants anchor themselves firmly in it. This ensures that the plants remain anchored even when the agar has dried out.
Die Pflanzeinsätze verfügen vorzugsweise über einen Rand. Dieser soll ein Hindurchfallen durch die Öffnungen der Aufzuchtpanels verhindern. Der Rand sollte dabei beim Einsetzen in die Aufzuchtpanele die Öffnung überlappen. Der Rand kann somit auch einen Einfall von Licht in den Wurzelraum unterbinden, wodurch ein Wachstum von bestimmten Mikroorganismen verhindert werden kann. The plant inserts preferably have an edge. This is to prevent the plants from falling through the openings in the cultivation panels. The edge should overlap the opening when inserted into the cultivation panels. The edge can also prevent light from entering the root area, which can prevent the growth of certain microorganisms.
Zusätzliche Haken an den Pflanzeinsätzen ermöglichen eine Arretierung in den, vorzugsweise schräg gestellten, Öffnungen der Aufzuchtpanele. Dadurch kann ein Kippen der Pflanzeinsätze verhindert werden, sollte sich deren Schwerpunkt aufgrund des Pflanzenwachstums nach vorne verlagern. Anstatt der Haken können jedoch auch beliebige andere Halterungsarten (z. B. Schnapphaken, Presspassung, loser Sitz etc.) für eine Befestigung in den Öffnungen der Aufzuchtpanele vorgesehen sein. Additional hooks on the plant inserts enable them to be locked in the, preferably slanted, openings of the growing panels. This can prevent the plant inserts from tipping over if their center of gravity shifts forward due to plant growth. Instead of the hooks, however, any other types of mounting (e.g. snap hooks, press fit, loose fit, etc.) can also be provided for fastening in the openings of the rearing panels.
Die Pflanzeinsätze können zur besseren Unterscheidung in unterschiedlichen Farben bereitgestellt werden. Abhängig von den aufzuziehenden Pflanzen können auch Pflanzeinsätze mit unterschiedlichen Volumina und Durchmessern verwendet werden. Bevorzugt kann die Länge der Pflanzeinsätze variiert werden, um die Wurzeltiefe innerhalb des Pflanzeinsatzes zu verändern. The plant inserts can be provided in different colors for better differentiation. Depending on the plants to be grown, plant inserts with different volumes and diameters can also be used. The length of the plant inserts can preferably be varied in order to change the root depth within the plant insert.
Wie bereits beschrieben, können die Pflanzeinsätze mit Agar vorgefüllt werden. Zur Haltbarmachung und Verhinderung von Austrocknung des Nähragars vor der späteren Öffnung und Aussaht können die Formen versiegelt werden. Hierzu können entsprechende Methoden aus dem Stand der Technik verwendet werden. Vorzugsweise kann eine Versiegelung mittels Heißsiegeltechnik (Industriestandard) erfolgen. Dabei können im Prinzip alle gängigen Folien aus dem Verpackungsbereich, insbesondere Polypropylen mit Barriereeigenschaften gegen Wasserdampf oder Aluminium, verwendet werden. As already described, the plant inserts can be pre-filled with agar. The molds can be sealed to preserve the nutrient agar and prevent it from drying out before later opening and seeding. Appropriate methods from the prior art can be used for this purpose. Sealing can preferably be done using heat sealing technology (industry standard). In principle, all common films from the packaging sector can be used, in particular polypropylene with barrier properties against water vapor or aluminum.
Die Pflanzeinsätze können anschließend durch einfaches Abziehen der Siegelfolie und durch Abknicken/Aufdrehen des unteren Verschlusses zur Verwendung vorbereitet werden, wobei nach Entfernung der Siegel unmittelbar eine Bestückung mit Samen erfolgen kann. Damit sind die Einsätze produktsteril und können inklusive pflanzenspezifischen Agar-Substrat-Gemisch abgefüllt und verkauft werden. The plant inserts can then be prepared for use by simply removing the sealing foil and bending/unscrewing the lower closure. After removing the seal, seeds can be planted immediately. The inserts are product-sterile and can be filled and sold including the plant-specific agar-substrate mixture.
Die Pflanzeinsätze ermöglichen somit ein einfaches Handling von Pflanzen und Keimlingen innerhalb und außerhalb der erfindungsgenmäßen Vorrichtung sowie einen langfristig sicheren Halt der Pflanzen im System. Diese stellen somit ein Adapter zwischen dem biologischen System (Pflanzen) und mechanischem System (Aufzuchtpanel) bereit. Durch eine bevorzugte 45°-Stellung und der Tiefe der Pflanzeinsätze werden die Wurzeln von der Wand des Aufzuchtpanels entfernt gehalten. Dadurch kann die Nährstoffaufnahme im aeroponischen System maximiert werden. The plant inserts thus enable easy handling of plants and seedlings inside and outside the device according to the invention as well as a long-term secure hold of the plants in the system. They thus provide an adapter between the biological system (plants) and the mechanical system (cultivation panel). The roots are kept away from the wall of the cultivation panel by a preferred 45° position and the depth of the plant inserts. This allows the nutrient uptake in the aeroponic system to be maximized.
Anzucht Cultivation
Für die Produktion von Nutzpflanzen existieren automatisierte Kultivierungssysteme in horizontaler oder vertikaler Bauart, welche unter Verwendung künstlicher Beleuchtungs-, Bewässerungs- und Transportsysteme eine effiziente Pflanzenzucht ermöglichen. Für die Bestückung der Systeme werden stets Jungpflanzen benötigt, welche zuvor separat herangeführt werden müssen. Häufig wird hierbei auf konventionelle (erdbasierte) Methoden bzw. auf den Einsatz von Steinwolle zurückgegriffen. For the production of crops, there are automated cultivation systems in horizontal or vertical design, which enable efficient plant cultivation using artificial lighting, irrigation and transport systems. Young plants are always required to populate the systems, which must be brought in separately beforehand. Conventional (soil-based) methods or the use of rock wool are often used for this.
Bei erdbasierten Aufzuchtverfahren kommt es jedoch häufig zu einer Verschmutzung von Pumpen, Düsen und Medien insbesondere in Vertical-Farming-Systemen. Ein Anzucht auf Steinwolle hat insbesondere Nachteil durch eine fehlende biologische Nachhaltigkeit, die notwendige Entsorgung sowie der Gefahr der Verstopfung von Düsen. However, soil-based cultivation methods often result in contamination of pumps, nozzles and media, especially in vertical farming systems. Cultivation on rock wool is particularly disadvantageous due to a lack of biological sustainability, the necessary disposal and the risk of nozzles becoming clogged.
Weiterhin bieten bisherige Methoden keine geeigneten Schnittstellen für die Automatisierung und prozesstechnische Anbindung der Pflanzenkeimung und Aufzucht erntefähiger Nutzpflanzen. Bei der Jungpflanzenaufzucht stellt die Qualität des Saatguts und die damit einhergehende Auskeimungsrate den wichtigsten Qualitäts- und Erfolgsfaktor dar. Die Auskeimung der Samen bedingt grundsätzlich andere Umgebungsparameter (Licht, Feuchtigkeit, Nährstoffe) im Vergleich zur adulten Pflanze. Des Weiteren benötigt die Entwicklung einer Jungpflanze bis zum Keimblattstadium einen ähnlichen Zeitraum, wie die Aufzucht einer ertragsproduzierenden adulten Pflanze. Hinzu kommen Ertragsausfälle infolge von Schimmelsporen auf dem Saatgut, geringen Auskeimungsraten und verfahrensbedingter Zerstörung von Gewebestrukturen der Zielpflanzen während des Pikierens. Furthermore, previous methods do not offer suitable interfaces for the automation and process-technical connection of plant germination and the cultivation of harvestable crops. When raising young plants, the quality of the seed and the associated germination rate are the most important quality and success factors. The germination of seeds requires fundamentally different environmental parameters (light, moisture, nutrients) compared to the adult plant. Furthermore, the development of a young plant up to the cotyledon stage requires a similar amount of time as the cultivation of a yield-producing adult plant. In addition, there are yield losses due to mold spores on the seed, low germination rates and process-related destruction of tissue structures of the target plants during pricking out.
Eine Verbesserung genannter Nachteile kann durch den Einsatz von Agar-basierten Nährmedien gewährleistet werden. Hierzu wurde ein Verfahren entwickelt, welches unter Verwendung definierter Nährlösungen und Prozessschritte den gesamten Prozess der Jungpflanzenanzucht effizient und automatisierbar gestaltet und weiterhin eine direkte Schnittstelle zu den erfindungsgemäßen Anzuchtpanelen darstellt. 1 ) Bereitstellung von Agar-basierten Nährmedien The above-mentioned disadvantages can be improved by using agar-based nutrient media. For this purpose, a method was developed which, using defined nutrient solutions and process steps, makes the entire process of growing young plants efficient and automatable and also represents a direct interface to the cultivation panels according to the invention. 1 ) Provision of agar-based culture media
Für die Bereitstellung geeigneter Medien für die Keimung und Jungpflanzenaufzucht kann ein Nährmedium hergestellt werden, welches in Anlehnung an ein in der Literatur beschriebenes Nährmedium (T. Murashige and F. Skoog, “A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures”, Physiologia plantarum 15.3 (1962)) formuliert ist. Das Nährmedium wird hierbei mit einer definierten Konzentration eines Nähragars versetzt und anschließend auf einen pH-Wert von 5,7 eingestellt (Lösung A). Die Lösung wird anschließend autoklaviert (121°C für 45 min) und danach kontinuierlich auf mind. 50 °C temperiert. Zusätzlich kann eine Nährmedien-freie Agarlösung hergestellt und autoklaviert werden (Lösung B). Die Agarkonzentration der Lösungen kann variabel auf die Anforderungen der Zielkulturen angepasst und beträgt vorzugsweise 0,5-5 %. To provide suitable media for germination and young plant cultivation, a nutrient medium can be prepared which is formulated based on a nutrient medium described in the literature (T. Murashige and F. Skoog, “A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures”, Physiologia plantarum 15.3 (1962)). The nutrient medium is mixed with a defined concentration of a nutrient agar and then adjusted to a pH value of 5.7 (solution A). The solution is then autoclaved (121°C for 45 min) and then continuously heated to at least 50 °C. In addition, a nutrient media-free agar solution can be prepared and autoclaved (solution B). The agar concentration of the solutions can be variably adapted to the requirements of the target cultures and is preferably 0.5-5%.
2) Bereitstellung von Pflanzgefäßen mit Agarfüllung 2) Provision of planters filled with agar
Als Pflanzgefäße können insbesondere 3D-gedruckte Modelle (Herstellung vorzugsweise mit einem SLA-Drucker) verwendet werden. Die Pflanzgefäße können jedoch auch mit einem beliebigen anderen Verfahren, z. B. mittels eines Spritzgussverfahrens, hergestellt werden. Die vorzugsweise trichterförmigen Pflanzeinsätze können entsprechend der voranstehenden Beschreibung ausgebildet sein. Vorzugsweise verfügen diese über je eine Öffnung auf der Ober- und Unterseite, welche abhängig vom Anwendungsgebiet spezifisch variiert und angepasst werden kann. Auf der Rückseite der Formen befinden sich vorzugsweise Vertiefungen, sodass eine Fixierung in den Aufzuchtpanelen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet werden kann. In particular, 3D-printed models (preferably produced using an SLA printer) can be used as plant pots. However, the plant pots can also be produced using any other method, e.g. using an injection molding process. The preferably funnel-shaped plant inserts can be designed as described above. These preferably have an opening on the top and bottom, which can be specifically varied and adapted depending on the area of application. There are preferably recesses on the back of the molds so that fixation in the cultivation panels of the device according to the invention can be ensured.
Die untere Öffnung der Pflanzgefäße ist vorzugsweise zunächst verschlossen und kann durch einen automatisierbaren Prozessschritt geöffnet werden. Für die Befüllung der Gefäße mit Lösung A bzw. B ist jedoch zunächst eine geschlossene Form bevorzugt. Die Gefäße werden vor Verwendung mit 70 % Ethanol sterilisiert, wobei weiterführend auch produktsterile Verpackungen in Kombination mit Strahlensterilisation angewendet werden können. Nach der vollständigen Entfernung des Ethanols bzw. Entfernung der Produktverpackung können die Pflanzgefäße vollständig mit Lösung A befüllt werden. The lower opening of the plant containers is preferably initially closed and can be opened by an automated process step. However, a closed form is initially preferred for filling the containers with solution A or B. The containers are sterilized with 70% ethanol before use, although product-sterile packaging can also be used in combination with radiation sterilization. After the ethanol has been completely removed or the product packaging has been removed, the plant containers can be completely filled with solution A.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, eine Abschirmung von Lösung A durch eine Schichtung mit Lösung B zu erzielen. Hierzu können sowohl 2- (unten: Lösung A; oben Lösung B) bzw. 3-schichtige (unten: Lösung A; Mitte: Lösung B; oben: Lösung A) Agarsysteme angewendet werden. Die Überschichtung erfolgt vorzugsweise ca. 15 min nach dem Auskühlen der unteren Agarschicht. Die hergestellten Pflanzgefäße können anschließend direkt mit Pflanzensamen bestückt oder als Verbrauchsmaterial konserviert werden. Für die Konservierung ist nach dem vollständigen Auskühlen der Lösungen eine zusätzliche Versiegelung der Gefäße auf der Oberseite bevorzugt. 3) Aussaat bzw. Bestückung von Pflanzgefäßen Another embodiment of the method provides for shielding solution A by layering it with solution B. For this purpose, 2-layer (bottom: solution A; top: solution B) or 3-layer (bottom: solution A; middle: solution B; top: solution A) agar systems can be used. The layering is preferably carried out approx. 15 minutes after the lower agar layer has cooled down. The plant containers produced can then be filled directly with plant seeds or preserved as consumables. For preservation, an additional sealing of the containers on the top is preferred after the solutions have completely cooled down. 3) Sowing or planting in planters
Die Anfälligkeit für Ausbeuteverluste während der Keimung bedingt, dass das initiale Wachstum des Keimlings kontrollierte Umgebungsbedingungen benötigt. Entsprechende Parameter können exakt anhand einer Nährmatrix eingestellt werden. Durch die Variabilität in der Einstellung der Festigkeit des Nährmediums kann eine individuelle Ablagetiefe für die Samen angewendet werden. The susceptibility to yield losses during germination means that the initial growth of the seedling requires controlled environmental conditions. Corresponding parameters can be set precisely using a nutrient matrix. Due to the variability in setting the strength of the nutrient medium, an individual placement depth for the seeds can be used.
Ein Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass Samen auf die Nährmatrix (Lösung A) gesetzt und anschließend mit Lösung B überschichtet werden. Im Prozess werden die Samen der Pflanzen unabhängig von der Ablagetiefe anhand eines definierten Protokolls chemisch desinfiziert. Es können verschiedene Lösungen wie bspw. 70 %-iger Ethanol, 1-3 %-ige Natriumhypochloridlösung oder destilliertes Wasser eingesetzt werden. Dabei wird das Protokoll speziell auf die direkte Anzucht der Jungpflanzen angepasst. Im Anschluss an die Desinfektion können die Samen auf die Agarschicht der Pflanzgefäße gesetzt und unter sterilen Bedingungen angezogen werden. One embodiment of the method provides that seeds are placed on the nutrient matrix (solution A) and then covered with solution B. During the process, the seeds of the plants are chemically disinfected using a defined protocol, regardless of the depth at which they are planted. Various solutions such as 70% ethanol, 1-3% sodium hypochlorite solution or distilled water can be used. The protocol is specifically adapted to the direct cultivation of young plants. Following disinfection, the seeds can be placed on the agar layer of the planters and grown under sterile conditions.
Die Bestückung der Oberfläche des Nähragars ist je nach Pflanzenart variabel. Bevorzugt ist vorgesehen, ca. 3-15 Samen pro Gefäß auszusähen, sodass die Ausbeute des Systems um Größenordnungen optimiert und das Risiko von Ernteausfällen minimiert werden kann. Nach Ausbringung der Samen kann die Unterseite der Pflanzgefäße geöffnet werden, sodass die entstehenden Wurzeln austreten und anschließend mit flüssigem Medium versorgt werden können. Analog kann das Verfahren auch mit konservierten Samen durchgeführt werden. Hierzu können physikalisch desinfizierte Samen verpackt und anschließend auf die Agarmatrix gesetzt werden. Die Samen befinden sich hierbei vorzugsweise in produktsterilen und wasserpermeablen Membranhüllen, welche bei Kontakt mit der Nährmatrix aufgelöst werden.The composition of the nutrient agar surface varies depending on the type of plant. It is preferable to sow around 3-15 seeds per container, so that the yield of the system can be optimized by orders of magnitude and the risk of crop failure can be minimized. After the seeds have been sown, the bottom of the plant containers can be opened so that the developing roots emerge and can then be supplied with liquid medium. The process can also be carried out analogously with preserved seeds. For this purpose, physically disinfected seeds can be packaged and then placed on the agar matrix. The seeds are preferably in product-sterile and water-permeable membrane casings, which dissolve on contact with the nutrient matrix.
Eine weitere alternative Ausführungsform des Verfahrens sieht eine Aufzucht von Jungpflanzen auf der Basis von Kalluskulturen vor. Die Aufzucht einer Kalluskultur erfolgt im Gegensatz zur samenbasierten Anzucht auf der Basis von sterilen Pflanzen. Die Kallusbildung sowie das Wachstum kann durch definierte Phytohormonkonzentration auf Nähragarmedien (Lösung A) erzielt werden. Die entstandenen Kalli werden weiterführend aufgeteilt und für die Kulturerhaltung bzw. für die Differenzierung auf angepasste Formulierungen von Lösung A mit spezifischem Phytohormongehalt überführt, wodurch die Nachzucht neuer Jungpflanzen unabhängig von Saatgütern und Sterilisationsprozessen etabliert werden kann. Die kallusbasierte Jungpflanzenaufzucht kann ebenfalls unter Verwendung der voranstehend beschrieben Pflanzgefäße durchgeführt werden und ermöglicht analog zur samenbasierten Anzuchtmethode die Anzucht mehrerer Jungpflanzen in einem Pflanzgefäß. Another alternative embodiment of the method involves the cultivation of young plants based on callus cultures. In contrast to seed-based cultivation, callus cultures are cultivated on the basis of sterile plants. Callus formation and growth can be achieved by a defined phytohormone concentration on nutrient agar media (solution A). The resulting calli are further divided and transferred to adapted formulations of solution A with a specific phytohormone content for culture maintenance or differentiation, whereby the cultivation of new young plants can be established independently of seeds and sterilization processes. Callus-based cultivation of young plants can also be carried out using the plant containers described above and, analogous to the seed-based cultivation method, enables the cultivation of several young plants in one plant container.
4) Keimung und Jungpflanzenaufzucht in Pflanzgefäßen Nach Ausbringung der Samen bzw. Kalli auf die Agarmatrix können die Pflanzgefäße in angepasste Haltevorrichtungen überführt und unter artspezifischen Bedingungen kultiviert werden, bis die Wurzeln die Nährmatrix auf der Unterseite des Pflanzgefäßes durchdringen. Bevorzugt befinden sich zu diesem Zeitpunkt die Pflanzgefäße nach wie vor in einem vom Aufzuchtsystem der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgetrennten Bereich. 4) Germination and cultivation of young plants in plant containers After the seeds or calli have been placed on the agar matrix, the plant containers can be transferred to adapted holding devices and cultivated under species-specific conditions until the roots penetrate the nutrient matrix on the underside of the plant container. At this point, the plant containers are preferably still located in an area separated from the cultivation system of the device according to the invention.
Die Nutzung einer funktionalisierbaren gelbasierten Nährmatrix mit eingebetteten Substraten gewährleistet eine effiziente Auskeimung mit schneller und widerstandsfähiger Wurzel- und Sprossbildung. Nach der Auskeimung bzw. Differenzierung von Wurzel und Spross kann der Keimling innerhalb der Pflanzgefäße in ein vertikales Pflanzsystem, insbesondere eine erfindungsgemäße Vorrichtung, überführt werden. The use of a functionalizable gel-based nutrient matrix with embedded substrates ensures efficient germination with rapid and robust root and shoot formation. After germination or differentiation of root and shoot, the seedling can be transferred within the planters into a vertical planting system, in particular a device according to the invention.
5) Überführung von Jungpflanzen in vertikales Pflanzsystem 5) Transferring young plants to vertical planting system
Ein Problem der traditionellen Landwirtschaft stellt das Pikieren von Pflanzen dar. Dies gilt insbesondere für Pflanzen, welche nicht als Direktsaat ausgesäht, sondern als Stecklinge vorgezüchtet werden müssen. Während des Umsetzens werden Bestandteile der Wurzeln verletzt, wodurch Jungpflanzen physiologischen Stress erleiden und zum Teil ausfallen. Die Automatisierung zur Überführung der Vorkultur in weiterführende Anzuchtsysteme stellt aufgrund der Empfindlichkeit der Wurzeln und des Sprosses ein Problem dar. Diese soll mittels der pflanzenumschließenden Nährmatrix innerhalb der speziell konstruierten Pflanzgefäße überwunden und das Risiko für verfahrensbedingte Ertragsverluste minimiert werden. A problem in traditional agriculture is pricking out plants. This is particularly true for plants that are not sown directly but have to be pre-grown as cuttings. During the transfer, components of the roots are injured, causing young plants to suffer physiological stress and some of them fail. The automation of transferring the pre-culture into further cultivation systems poses a problem due to the sensitivity of the roots and shoots. This should be overcome using the plant-enclosing nutrient matrix within the specially designed planters and the risk of process-related yield losses should be minimized.
Die Wurzeln befinden sich nach der Überführung in das Aufzuchtsystem auf der Wurzelseite der Aufzuchtpanele und können weiterführend mit Nährlösungen versorgt werden (Sprühsystem). Die Pflanzgefäße sollen dabei eine feste Verankerung der Pflanzen innerhalb der Aufzuchtvorrichtung gewährleisten. Der verbleibende Agar kann je nach Einstellung der Luftfeuchtigkeit eingetrocknet bzw. beibehalten werden, wodurch eine kontinuierliche Nährstoffversorgung im oberen Wurzelbereich der Pflanzen gewährleistet werden kann. Die Beleuchtung der Jungpflanzen innerhalb des in vertikale Pflanzsystems erfolgt dann vorzugsweise ausschließlich über die Sprossseite. After being transferred to the cultivation system, the roots are located on the root side of the cultivation panels and can be further supplied with nutrient solutions (spray system). The planters are intended to ensure that the plants are firmly anchored within the growing device. The remaining agar can be dried or retained depending on the humidity setting, which ensures a continuous supply of nutrients in the upper root area of the plants. The young plants within the vertical planting system are then preferably illuminated exclusively via the shoot side.
Das beschriebene Anzuchtverfahren ist insbesondere für landwirtschaftliche und pharmazeutische Nutzpflanzen geeignet und ermöglicht eine saisonal unabhängige, nachhaltige und kostengünstige Automatisierung und Parallelisierung der Saatgutkeimung und Jungpflanzenanzucht unter individuell optimierbaren Kulturbedingungen und stellt aus technisches Gesichtspunkten die notwendige und innovative Schnittstelle zu einem weiterführenden und automatisierten Aufzuchtsystem dar. Des Weiteren bietet das Anzuchtverfahren den Vorteil eines geschlossenen Systems, welches neben der Unabhängigkeit der Wetterbedingungen, eine vor Vandalismus und Diebstahl gesicherte Umgebung im Vergleich zur konventionellen Anzucht gewährleistet. Als bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sind somit die Herstellung und Verpackung anwendungsbereiter Pflanzgefäße mit vorgefertigter Nährmatrix für Zielkulturen, die individuelle Möglichkeit zur Anfertigung von Nährmedien hinsichtlich der Zusammensetzung und Festigkeit sowie eine produktsterile Verpackung von Saatgut in wasserpermeablen Hüllen zur Saatgutkonservierung zu nennen. Weiterhin können die Verwendung von inerten Agarlösungen zur Verbesserung der Haltbarkeit der Nährmedien und die Einbettung von Samen in Nährmatrix und Überschichtung mit Inertmedium zur Gewährleistung der Nährstoffversorgung und Verminderung mikrobiologischer Kontaminationen vorgesehen sein. Eine Anzucht von Jungpflanzen kann auf Basis von Kalluskulturen erfolgen. Bevorzugt können die Jungpflanzenanzucht und Samenkeimung in angepassten Aufzuchtpanelen einer erfindungsgemäßen Aufzuchtvorrichtung erfolgen. The cultivation method described is particularly suitable for agricultural and pharmaceutical crops and enables seasonally independent, sustainable and cost-effective automation and parallelization of seed germination and young plant cultivation under individually optimizable culture conditions and, from a technical point of view, represents the necessary and innovative interface to a further and automated cultivation system The cultivation process also offers the advantage of a closed system, which, in addition to being independent of weather conditions, ensures an environment protected against vandalism and theft compared to conventional cultivation. The preferred embodiments of the process include the production and packaging of ready-to-use planters with prefabricated nutrient matrix for target cultures, the individual option for producing nutrient media with regard to composition and strength, and product-sterile packaging of seeds in water-permeable casings for seed preservation. Furthermore, the use of inert agar solutions to improve the shelf life of the nutrient media and the embedding of seeds in the nutrient matrix and overlaying them with inert medium to ensure nutrient supply and reduce microbiological contamination can be provided. Young plants can be grown on the basis of callus cultures. The cultivation of young plants and seed germination can preferably take place in adapted rearing panels of a rearing device according to the invention.
Aufzuchtpanele Rearing panels
Bei den Aufzuchtpanelen handelt es insbesondere um speziell geformte flächige Strukturen zum Transport der Pflanzen innerhalb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Diese können vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere ABS, ausgebildet sein. Die Aufzuchtpanele weisen vorzugsweise eine opake, insbesondere schwarze oder dunkelgraue, Farbe auf. Eine bevorzugte Dicke beträgt 2-3 mm, wobei die Aufzuchtpanele vorzugsweise in einem Thermoformverfahren hergestellt werden. The cultivation panels are, in particular, specially shaped flat structures for transporting the plants within a device according to the invention. These can preferably be made of plastic, in particular ABS. The rearing panels preferably have an opaque, especially black or dark gray, color. A preferred thickness is 2-3 mm, with the rearing panels preferably being manufactured using a thermoforming process.
Die Aufzuchtpanele weisen bevorzugt eine hohe Anzahl von Öffnungen auf, die als Aussparungen ausgestaltet sein können. Diese können das Einsetzen von Halterungen ermöglichen, in die die Pflanzen eingebracht werden können. Die Öffnungen sind vorzugsweise gleichmäßig angeordnet, wobei jedoch ein gegenseitiger Versatz in vertikaler Richtung bevorzugt ist. Dies ermöglicht ein maximal hohes Pflanzenwachstum, ohne eine Kollision und einer dadurch erfolgenden Begrenzung des Wachstums der Pflanzen untereinander. Somit können die Pflanzen im 3-dimensionalen Raum eine Anordnung einer dichtesten Kugelpackung einnehmen, um die Anzahl der Pflanzen für ein gegebenes Raumangebot zu maximieren. Durch eine modulare Anordnung der Öffnungen sind unterschiedliche Längen (Anzahl der Reihen mit Öffnungen) und Breiten möglich (Anzahl der Spalten mit Löchern). Insbesondere der vertikale Abstand der Öffnungen kann angepasst werden, wobei der horizontale Abstand vom Freiraum um die Öffnungen herum bestimmt wird. Weiterhin können bevorzugt der Durchmesser und/oder die Geometrie der Öffnungen verändert werden. The rearing panels preferably have a large number of openings, which can be designed as recesses. These can allow the insertion of holders into which the plants can be placed. The openings are preferably arranged uniformly, although a mutual offset in the vertical direction is preferred. This enables maximum plant growth without collision and the resulting limitation of the growth of the plants with each other. Thus, the plants can adopt a close packing arrangement in 3-dimensional space to maximize the number of plants for a given space. A modular arrangement of the openings allows different lengths (number of rows with openings) and widths (number of columns with holes). In particular, the vertical distance between the openings can be adjusted, with the horizontal distance being determined by the free space around the openings. Furthermore, the diameter and/or the geometry of the openings can preferably be changed.
Vorzugsweise weisen die Aufzuchtpanele ein Wellenmuster auf. Das Wellenmuster kann zur mechanischen Verstärkung der Aufzuchtpanele in vertikaler Richtung beitragen. Durch das Muster kann gleichzeitig ein leichter horizontaler Versatz zwischen den einzelnen Öffnungen der Aufzuchtpanele eingestellt werden, um so einen möglichst großen Freiraum für das Herabhängen der Wurzeln zu ermöglichen. Preferably, the rearing panels have a wave pattern. The wave pattern can contribute to the mechanical reinforcement of the rearing panels in the vertical direction. At the same time, the pattern can allow a slight horizontal offset between the individual openings. of the cultivation panels to allow as much space as possible for the roots to hang down.
Vorzugsweise sind am oberen und unteren Ende der Aufzuchtpanele Versteifungselemente eingebracht, welche eine zusätzliche Versteifung ermöglichen können. Insbesondere am oberen Ende kann dadurch ein Bereich zwischen Aufhängelöchern versteift werden. Solche Aufhängelöcher können zur Befestigung an Fahrschlitten entlang einer dem Aufzuchtpfad folgenden Führungsschiene verwendet werden. Aufhängelöcher erlauben aufgrund der abgerundeten Geometrie im Zusammenspiel mit einem Fahrschlitten ein rotieren auf den zugehörigen Schlittenarmen, und so eine Bewegung um das Fördersystem, insbesondere in Kurvenabschnitten des Fördersystems. Die spezifische Art und Geometrie der einzelnen Aufhängungen bzw. die Befestigung an sich können jedoch auch an bestimmte Erfordernisse (z. B. bei einer Anwendung in Schwerelosigkeit) angepasst werden. Preferably, stiffening elements are inserted at the top and bottom of the rearing panels, which can provide additional stiffening. In particular, at the top end, an area between suspension holes can be stiffened. Such suspension holes can be used for fastening to carriages along a guide rail that follows the rearing path. Due to their rounded geometry, suspension holes in conjunction with a carriage allow rotation on the associated carriage arms, and thus movement around the conveyor system, particularly in curved sections of the conveyor system. However, the specific type and geometry of the individual suspensions or the fastening itself can also be adapted to specific requirements (e.g. for use in zero gravity).
Fördersystem conveyor system
Das Fördersystem dient zum Transport der Aufzuchtpanels entlang des Aufzuchtpfades. Es besteht vorzugsweise aus einem Gehäuse, einem Stepper- oder Servomotor zum Antrieb, einer mit dem Motor verbundenen Spindel, einer Linearachse zur Verhinderung eines Drehens um die Spindel. An der Spindel kann ein Fahrschlitten befestigt sein, der durch diese linear bewegt werden kann. Die Position des Fahrschlittens kann dabei rechnerisch durch die Gewindesteigung mal der Anzahl der geleisteten Umdrehungen ermittelt werden. Bevorzugt wird bei jedem Zurückziehen des Fahrschlittens die Position erneut genullt, um einen langsamen Drift des Positionszählers durch mechanische Toleranzen und Rundungsfehler bei der Berechnung zu vermeiden. The conveyor system is used to transport the rearing panels along the rearing path. It preferably consists of a housing, a stepper or servo motor for driving, a spindle connected to the motor, and a linear axis to prevent rotation around the spindle. A carriage can be attached to the spindle and can be moved linearly by it. The position of the carriage can be calculated using the thread pitch multiplied by the number of revolutions performed. Preferably, the position is reset to zero each time the carriage is retracted in order to avoid a slow drift of the position counter due to mechanical tolerances and rounding errors in the calculation.
Am Fahrschlitten kann ein Mitnehmer angeordnet sein, der in eine Richtung frei schwingen kann, und in die andere Richtung durch einen Anschlag am Schwingen gehindert ist. Dadurch kann der Fahrschlitten bei Bewegung in eine Richtung (Rückzugsrichtung) frei über Zapfen der Fahrschlitten hinweggleiten, währen diese bei Fahrt in die andere Richtung (Vortriebsrichtung) vom Mitnehmer weiterbewegt werden. A driver can be arranged on the carriage, which can swing freely in one direction and is prevented from swinging in the other direction by a stop. This allows the carriage to slide freely over the pins of the carriage when moving in one direction (retraction direction), while these are moved further by the driver when traveling in the other direction (advance direction).
Die Fahrschlitten umfassen daher vorzugsweise einen Grundkörper; den Mitnehmer, wobei dieser frei schwingend am Grundkörper befestigt ist; Befestigungselemente; einen Lasersensor zur Rotationserkennung des Mitnehmers; und einen Taster um den Nullpunkt des Fahrschlittens einzustellen. The carriages therefore preferably comprise a base body; the driver, which is attached to the base body in a freely swinging manner; fasteners; a laser sensor for detecting the rotation of the driver; and a button to set the zero point of the carriage.
Durch Motor und Spindel kann somit ein Linearantrieb des Fahrschlittens erfolgen. Die Geschwindigkeit des Fahrschlittens ist von der Bewegungsrichtung abhängig und kann über eine Steuerungseinrichtung gesteuert werden. Die Bewegungsgeschwindigkeit in Rückzugsrichtung ist wesentlich schneller als in Vortriebsrichtung, um einen möglichst konstanten Vortrieb zu gewährleisten. Die Bewegungsgeschwindigkeit in Vortriebsrichtung entspricht vorzugsweise einer Soll-Vortriebsgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Transportrichtung des Fördersystems kann durch die Orientierung bei der Montage bestimmt werden. Die Transportgeschwindigkeit ist dabei frei einstellbar. The motor and spindle can thus provide a linear drive for the carriage. The speed of the carriage depends on the direction of movement and can be controlled by a control device. The speed of movement in the retraction direction is much faster than in the advance direction in order to ensure that the advance is as constant as possible. The speed of movement in the advance direction preferably corresponds to a target propulsion speed of the device according to the invention. The transport direction of the conveyor system can be determined by the orientation during assembly. The transport speed is freely adjustable.
Eine Erkennung, ob der Mitnehmer am Zapfen eines Schlittens anliegt, kann vorzugsweise mittels eines Lasersensors erfolgen. Ein Laserstahl kann durch den Mitnehmer unterbrochen werden, wenn dieser nicht an einem Zapfen anliegt. Die Unterbrechung des Laserstrahls kann bevorzugt durch eine kleine Öffnung im Mitnehmer erfolgen, durch die der Laserstrahl transmittiert wird. Ist der Mitnehmer gekippt, wird auch die Öffnung gekippt, und eine Transmission wird somit unterbrochen. Detecting whether the driver is in contact with the pin of a slide can preferably be done using a laser sensor. A laser beam can be interrupted by the driver if it is not in contact with a pin. The laser beam can preferably be interrupted through a small opening in the driver through which the laser beam is transmitted. If the driver is tilted, the opening is also tilted and transmission is thus interrupted.
Vorzugsweise durchläuft das Fördersystem kontinuierlich dieselbe programmierte Schleife: Preferably, the conveyor system continuously runs through the same programmed loop:
1) Schnelles Zurückziehen des Schlittens, bis der Taster berührt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der Fahrschlitten den Nullpunkt erreicht hat. 1) Quickly retract the carriage until the button is touched. This ensures that the carriage has reached the zero point.
2) Schnelle Bewegung in Transportrichtung, bis ein Kontakt mit einem Zapfen erkannt wird. 2) Rapid movement in the transport direction until contact with a pin is detected.
3) Verfahren des Fahrschlittens mit einer vorgegeben Transportgeschwindigkeit bis eine Endposition erreicht ist. 3) Moving the carriage at a specified transport speed until an end position is reached.
4) Im Falle eines geschlossenen Aufzuchtpfades kann unmittelbar mit Schritt 1) fortgefahren werden. Bei einem offenen Aufzuchtpfade muss zunächst ein Reset des Fördersystems vollzogen werden, bevor erneut mit Schritt 1) begonnen wird. 4) In the case of a closed breeding path, you can continue immediately with step 1). If the breeding path is open, the support system must first be reset before starting again with step 1).
Das vorgestellte Fördersystem hat einen sehr einfachen Aufbau und es besteht keine Notwendigkeit zur Integration eines direkten Antriebs. Dadurch kann ein flexibler Einsatz von Antriebskomponenten in beliebiger Anzahl ermöglicht werden. Insbesondere können die Anzahl und Position der jeweiligen Antriebsmodule auf die spezifischen Anforderungen des Anlagendesigns abgestimmt werden. Eine Synchronisierung der einzelnen Antriebsmodule über die erfindungsgemäße Vorrichtung hinweg (d. h. entlang des Aufzuchtpfads) ist nicht notwendig. The presented conveyor system has a very simple structure and there is no need to integrate a direct drive. This allows flexible use of drive components in any number. In particular, the number and position of the respective drive modules can be tailored to the specific requirements of the system design. Synchronization of the individual drive modules across the device according to the invention (i.e. along the breeding path) is not necessary.
Bei dem Fördersystem können Anpassungen insbesondere über die Länge des Transportmoduls, die Auswahl der verwendeten Motoren und die für den Antrieb und das Gehäuse verwendeten Materialien vorgenommen werden. Es können Spindeln mit verschiedenen Durchmessern und Steigungshöhen eingesetzt werden, um die Robustheit, die maximale Antriebskraft und die AntriebsgenauigkeitAgeschwindigkeit zu beeinflussen. Weiterhin kann die Anzahl der Antriebe pro Aufzuchtpanel variiert werden (Skalierung der Anlagengröße). Die Antriebe sind dabei vorzugsweise gleichmäßig über das gesamte Vorrichtungssystem verteilt, sodass ein einzelner Antrieb nur einen Bruchteil der Gesamtlast fortbewegen muss. Dies kann mittels der Maßgröße der Aufzuchtpanele geteilt durch die Anzahl der eingesetzten Antriebe ausgedrückt werden. Adjustments can be made to the conveyor system, particularly in terms of the length of the transport module, the choice of motors used and the materials used for the drive and the housing. Spindles with different diameters and pitch heights can be used to influence the robustness, the maximum drive force and the drive accuracy/speed. Furthermore, the number of drives per rearing panel can be varied (scaling of the system size). The drives are preferably evenly distributed over the entire device system so that a single drive only has to move a fraction of the total load. This can expressed by the size of the rearing panels divided by the number of drives used.
T raversensystem T raverse system
Bei dem Traversensystem kann es sich um ein System zur Montage von speziell auf die Anforderungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgelegten Schienen als hängendes System handeln. Es kann sich dabei insbesondere um ein modulares System bestehend aus Schienen (Kunststoffextrusionen), Adaptern zum Zusammenfügen der Schienen, Stopfen zur Verstärkung der Verbindung der Schienen sowie optional Winkeln zur Montage an bevorzugt von einer Decke herausreichenden Balken handeln. The truss system can be a system for mounting rails specially designed to meet the requirements of the device according to the invention as a hanging system. In particular, it can be a modular system consisting of rails (plastic extrusions), adapters for joining the rails together, plugs for reinforcing the connection of the rails and optionally angles for mounting on beams preferably extending from a ceiling.
Die Schienen sind dabei vorzugsweise als Hohlgeometrie für geringen Materialeinsatz bei hoher Stetigkeit ausgebildet. Vorzugsweise ist eine Rinne zur Führung von Rädern eines zugehörigen Fahrschlittens vorgesehen. Eine zusätzliche Vertikalwand kann zur Verhinderung eines Entgleisen der Fahrschlittens aus den Schienen des Traversensystems vorgesehen sein. The rails are preferably designed as a hollow geometry for low material use with high continuity. Preferably, a channel is provided for guiding the wheels of an associated carriage. An additional vertical wall can be provided to prevent the carriage from derailing from the rails of the traverse system.
Durch das vorgestellte Traversensystem ist keine zusätzliche Bodenführung der Aufzuchtpanele erforderlich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dann mit frei am Traversensystem hängenden Aufzuchtpanelen verwendet werden. Dadurch könne die Arbeiten in hohen Räumen auf einfache Art und Weise beliebig in Richtung der Z-Achse (d. h. nach unten in Richtung Boden) dimensioniert werden. Bereits bestehende Räumlichkeiten können dadurch genutzt werden und die erfindungsgemäße Vorrichtung flexibel an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden. Die Führung über ein Traversensystem ermöglicht zudem eine einfache Reinigung und den Abtransport von Flüssigkeiten, da diese aufgrund der Schwerkraft auf natürliche Weise von den Aufzuchtpanels ablaufen. Zudem wird der Transportmechanismus vor Verschmutzung geschützt, da dieser nicht überflutet werden kann. Auch die Arbeitssicherheit wird erhöht, da die gesamte Vorrichtung an der Decke montiert werden kann und somit für Anwender schwer erreichbar ist. Das Traversensystem bietet gleichzeitig eine optimale Infrastruktur zur verdeckten Verlegung von Kabeln, Schläuchen, etc. an. Thanks to the truss system presented, no additional floor guidance for the rearing panels is required. The device according to the invention can then be used with rearing panels hanging freely on the truss system. This means that work in high rooms can be easily dimensioned in any direction along the Z axis (i.e. downwards towards the floor). Existing rooms can therefore be used and the device according to the invention can be flexibly adapted to the respective circumstances. The guidance via a truss system also enables easy cleaning and the removal of liquids, as they naturally run off the rearing panels due to gravity. In addition, the transport mechanism is protected from contamination as it cannot be flooded. Work safety is also increased because the entire device can be mounted on the ceiling and is therefore difficult to reach for users. The truss system also offers an optimal infrastructure for the concealed laying of cables, hoses, etc.
Fahrschlitten Driving carriage
Die Fahrschlitten bestehen vorzugsweise aus einem Hauptelement, das zwei “Arme” aufweist, die das Einhängen von Panels an Aufhängelöchern der Aufzuchtpanele ermöglichen soll und mindestens ein Rad, vorzugsweise mit einem integrierten Kugellager. Das Rad weist vorzugsweise ein Rillenprofil auf, das sein Gegenstück in einem zugehörigen Traversensystem hat. Bevorzugt ist die Lauffläche des Rades nach außen hin Richtung Zentrum geneigt. Damit weist das Rad selbstzentrierende Laufeigenschaften auf, die es mittig in einem Profil laufen lassen kann. Bevorzugt ist das Rad zweiteilig ausgebildet. Mittels eines schraubbaren Einsatzes kann ein darin eingelegtes Kugellager fixiert werden. The carriages preferably consist of a main element that has two “arms” that allow panels to be hung on the hanging holes of the rearing panels and at least one wheel, preferably with an integrated ball bearing. The wheel preferably has a grooved profile that has its counterpart in an associated traverse system. The running surface of the wheel is preferably inclined outwards towards the centre. The wheel therefore has self-centring running properties that allow it to be centred can run in a profile. The wheel is preferably made in two parts. A ball bearing inserted into it can be fixed using a screwable insert.
Weiterhin kann der Fahrschlitten ein Element zum Durchstecken einer Befestigungsschraube, einen Anschlag für das Rad und einen Haken, der mit einem Vorsprung vertikal über der Zentrum des Rades angebracht ist, aufweisen. Zur Verstärkung des Fahrschlittens können Verstärkungsrippen, die für die Herstellung in einem 3D-Druck-Verfahren (FDM/FFF- Verfahren) optimiert sind, vorhanden sein. Der Haken des Hauptelements ist vorzugsweise über der Laufmitte des Rades angebracht, um so eine Führung mehrerer Schlitten mittels Verbindungselementen zu ermöglichen. Durch die zentrale Anbindung führt ein Ziehen/Schieben am Haken nicht zu einer Rotation um die vertikale Achse, da sich das Kraftzentrum vertikal über dem Auflagepunk des Rades befindet. Die Rotation um die Radachse wird durch das Gewicht eines eingehängten Aufzuchtpanels kompensiert. Der Haken kann eine zusätzliche Sicherung aufweisen, so dass ein versehentliches Herausrutschen der Verbindungselemente verhindert wird. Der Haken kann außerdem als Angriffspunkt für das Vortriebssystem genutzt werden. Furthermore, the carriage can have an element for inserting a fastening screw, a stop for the wheel and a hook which is mounted with a projection vertically above the center of the wheel. To reinforce the carriage, reinforcing ribs that are optimized for production using a 3D printing process (FDM/FFF process) can be present. The hook of the main element is preferably attached above the running center of the wheel in order to enable several carriages to be guided by means of connecting elements. Thanks to the central connection, pulling/pushing on the hook does not result in rotation around the vertical axis, as the center of force is located vertically above the support point of the wheel. The rotation around the wheel axis is compensated for by the weight of a suspended rearing panel. The hook can have an additional security feature so that the connecting elements are prevented from accidentally slipping out. The hook can also be used as a point of attack for the propulsion system.
Die Fahrschlitten ermöglichen somit einen flexiblen und modularen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Durch die Räder können die Schlitten entlang eines den Aufzuchtpfad vorgebenden Profils geführt werden. Dies ermöglicht einen Vortrieb der Aufzuchtpanele und damit eine Automatisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. The carriages thus enable a flexible and modular structure of the device according to the invention. The wheels allow the carriages to be guided along a profile that defines the rearing path. This enables the rearing panels to advance and thus automate the device according to the invention.
Zur Anpassung der Fahrschlitten kann vorzugsweise der Abstand der Arme, der vertikale Abstand von Aufzuchtpanel zu Rad, sowie der Abstand zwischen Haken zu Rad variiert werden. Zusätzliche Optimierungen für höhere Festigkeit, sowie herstellungsspezifische Geometrieanpassungen können vorgenommen werden. To adapt the carriages, the distance between the arms, the vertical distance from the rearing panel to the wheel and the distance between the hook and the wheel can be varied. Additional optimizations for greater strength and production-specific geometry adjustments can be made.
Sprüheinrichtungen Spraying equipment
Die Sprüheinrichtungen weisen vorzugsweise Sprühdüsen mit kollidierenden Austrittsströmen auf, um eine feinere und gleichmäßigere Partikelverteilung zu gewährleisten und einen höheren Durchsatz von Nährstofflösung zu ermöglichen. Dabei wird eine Funktionsweise nach dem Venturi-Prinzip bevorzugt, sodass durch den austretenden Luftstrom bereits ein Ansaugen des Flüssigmediums sichergestellt wird, das jedoch auch per Pumpen zugeliefert werden kann. Durch die Strömungsdifferenz zwischen Luftstrom und zugeleiteter Nährstofflösung findet eine Zerstäubung bereits innerhalb der Düse statt. Das so erzeugte Tröpfchen/Luft-Gemisch wird durch den Luftstrom nach außen getragen und vorzugsweise über die Prellplatte abgelenkt, um einen gewünschten Sprühkegel zu erreichen. Eine bevorzugte Kanalgrößen liegt dabei bei größer als 3 mm, um ein Verstopfen zu verhindern und einen weitgehend störungsfreien Betrieb der Anlage zu gewährleisten. Zur Montage an einem vertikalen Führungsstab kann eine Befestigungsöffnung für die Aufnahme von Kabelbindern o. ä. vorhanden sein. The spraying devices preferably have spray nozzles with colliding outlet streams to ensure a finer and more even particle distribution and to enable a higher throughput of nutrient solution. A function based on the Venturi principle is preferred, so that the liquid medium is already sucked in by the escaping air stream, but this can also be supplied by pumps. Due to the flow difference between the air stream and the supplied nutrient solution, atomization already takes place within the nozzle. The droplet/air mixture thus generated is carried outwards by the air stream and preferably deflected via the baffle plate in order to achieve a desired spray cone. A preferred channel size is larger than 3 mm to prevent clogging and to ensure largely trouble-free operation of the system. For installation on A vertical guide rod may have a mounting hole for cable ties or similar.
Der Vorteil der beschriebenen Sprüheinrichtungen ist ein vollständig integrierter und verschleißfreier Sprühmechanismus. Dennoch wird ein einfacher Austausch von einzelnen Sprühdüsen ermöglicht. Das vorgestellte Funktionsprinzip ermöglicht die Erzeugung von gleichmäßigen und kleinen Partikelgrößen, um die Nährstofflösung optimal an in der Luft hängende Wurzeln zu bringen. The advantage of the spray devices described is a fully integrated and wear-free spray mechanism. Nevertheless, individual spray nozzles can be easily replaced. The functional principle presented enables the generation of uniform and small particle sizes in order to optimally deliver the nutrient solution to roots hanging in the air.
Eine Anpassung der Sprüheigenschaften kann über die Ausgestaltung der Prellplatte, dem Durchmesser der Kanäle, dem Winkel der Austrittsöffnungen zueinander sowie der Länge und dem Durchmesser der Innengeometrie der Sprüheinrichtungen erfolgen. Weiterhin kann durch die Detailführung der Kanäle auf die Sprüheigenschaften Einfluss genommen werden. The spray properties can be adjusted via the design of the baffle plate, the diameter of the channels, the angle of the outlet openings to one another and the length and diameter of the internal geometry of the spray devices. Furthermore, the spray properties can be influenced by the detailed routing of the channels.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigen: The invention and the technical environment are explained in more detail below using the accompanying figures. It should be noted that the invention is not intended to be limited by the exemplary embodiments given. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and combine them with other components and findings from the present description. Show it:
Fig. 1 eine beispielhafte Darstellung einer Teilansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 1 is an exemplary representation of a partial view of an embodiment of a device according to the invention,
Fig. 2 schematische Darstellungen des allgemeinen Aufbaus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 schematic representations of the general structure of an embodiment of a device according to the invention,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des konzeptionellen Aufbaus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 3 is a schematic representation of the conceptual structure of an embodiment of a device according to the invention,
Fig. 4 schematische Ansichten der a) Vorder- und b) Rückansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei hintereinander angeordneten beispielhaften Aufzuchtpanelen, 4 shows schematic views of the a) front and b) rear views of an embodiment of a device according to the invention with two exemplary rearing panels arranged one behind the other,
Fig. 5 eine schematische Detaildarstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Traversensystems einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 5 is a schematic detailed representation of an exemplary traverse system according to the invention of a device according to the invention,
Fig. 6 schematische Detaildarstellungen eines beispielhaften erfindungsgemäßen Pflanzeinsatzes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 7 a) eine schematische Detaildarstellung des erfindungsgemäßen Mitnehmerprinzips sowie b) Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Mitnehmers einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 6 shows schematic detailed representations of an exemplary plant insert according to the invention of a device according to the invention, 7 a) a schematic detailed representation of the driver principle according to the invention and b) sectional view of a driver according to the invention of an embodiment of a device according to the invention,
Fig. 8 eine beispielhafte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrschlittens des Fördersystems einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in a) Gesamtansicht und als b) Schnittdarstellung, und 8 shows an exemplary schematic representation of a carriage according to the invention of the conveyor system of a device according to the invention in a) overall view and as b) sectional view, and
Fig. 9 eine beispielhafte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Sprühdüse des aeroponischen Sprühsystems einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in a) Gesamtansicht und als b) Schnittdarstellung. Fig. 9 is an exemplary schematic representation of a spray nozzle according to the invention of the aeroponic spray system of a device according to the invention in a) overall view and as b) sectional view.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Detailed description of the drawings
Figur 1 zeigt eine beispielhafte Darstellung einer Teilansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die gezeigte Vorrichtung zur Aufzucht von Pflanzen P umfasst ein Aufzuchtpanel 10 mit einer Vielzahl von Öffnungen 12 zum Einsetzen von Pflanzen P, wobei das Aufzuchtpanel 10 eine Sprossseite S und eine Wurzelseite W für die Pflanzen P aufweist; ein Fördersystem 20 zum Transport des Aufzuchtpanels 10 entlang eines Aufzuchtpfades A; ein aeroponisches Sprühsystem 30, dazu eingerichtet, das Aufzuchtpanel 10 auf der Wurzelseite W mit einer Nährstofflösung NSL zu versorgen, wobei das Aufzuchtpanel 10 und das Fördersystem 20 ausgebildet sind, ein Besprühen oder Kontaminieren der Sprossseite S mit der Nährstofflösung NSL zu verhindern; ein Beleuchtungssystem 40, dazu eingerichtet, das Aufzuchtpanel 10 auf der Sprossseite S zu beleuchten, wobei das Aufzuchtpanel 10 und das Fördersystem 20 ausgebildet sind, ein Beleuchten der Wurzelseite W zu verhindern; wobei das aeroponische Sprühsystem 30 und das Beleuchtungssystem 20 als feststehende Komponenten entlang des Aufzuchtpfades A angeordnet sind und das Aufzuchtpanel 10 durch das Fördersystem 20 an diesen vorbeitransportiert wird. Figure 1 shows an exemplary representation of a partial view of an embodiment of a device according to the invention. The device shown for growing plants P comprises a growing panel 10 with a plurality of openings 12 for inserting plants P, the growing panel 10 having a shoot side S and a root side W for the plants P; a conveyor system 20 for transporting the rearing panel 10 along a rearing path A; an aeroponic spray system 30, designed to supply the growing panel 10 on the root side W with a nutrient solution NSL, the growing panel 10 and the conveying system 20 being designed to prevent spraying or contamination of the shoot side S with the nutrient solution NSL; a lighting system 40 configured to illuminate the growing panel 10 on the shoot side S, the growing panel 10 and the conveyor system 20 being designed to prevent illumination of the root side W; wherein the aeroponic spray system 30 and the lighting system 20 are arranged as fixed components along the growing path A and the growing panel 10 is transported past them by the conveyor system 20.
Das Fördersystem 20 ist in der Darstellung zum Transport von mindestens zwei hintereinander angeordneten Aufzuchtpanels 10, 10‘ eingerichtet, wobei jeweils unmittelbar hintereinander angeordnete Aufzuchtpanele 10, 10‘ über Verbindungselemente 18 miteinander verbindbar sind, wobei die Verbindungselemente 18 ausgebildet sind, ein Besprühen oder Kontaminieren der Sprossseite S der Aufzuchtpanels 10, 10‘ mit der Nährstofflösung NSL und ein Beleuchten der Wurzelseite W der Aufzuchtpanels 10, 10‘ zu verhindern. Ein Teil des Fördersystems zusammen mit einem allgemeinen Haltesystem (Deckenhalterung) bildet das T raversensystem aus. Bei einem der gezeigten Aufzuchtpanele 10 ist angedeutet, dass dieses auch modular aus mehreren miteinander verbindbaren Einzelelementen 10a, 10b (zwei Einzelelemente) zusammengesetzt sein kann. Figur 2 zeigt schematische Darstellungen des allgemeinen Aufbaus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei ist unter a) eine Schrägansicht und unter b) eine Seitenansicht des Aufbaus dargestellt. Es ist in diesen Darstellungen deutlich zu erkennen, dass das aeroponische Sprühsystem 30 insbesondere auf der Wurzelseite W wirkt, und das Beleuchtungssystem 40 auf der dazu entgegengesetzten Sprossseite S wirken soll. Die beiden Darstellungen korrespondieren weitgehend mit der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die einzelnen Bezugszeichen und deren Zuordnung zu einzelnen Merkmalen gelten daher entsprechend. Zusätzlich schematisch eingezeichnet sind gegenüber Fig. 1 weiterhin eine Steuerungseinrichtung 50 sowie ein Ablauf- und/oder Recyclingsystem 60.In the illustration, the conveyor system 20 is designed to transport at least two rearing panels 10, 10' arranged one behind the other, wherein rearing panels 10, 10' arranged directly behind the other can be connected to one another via connecting elements 18, wherein the connecting elements 18 are designed to prevent spraying or contamination of the shoot side S of the rearing panels 10, 10' with the nutrient solution NSL and to prevent illumination of the root side W of the rearing panels 10, 10'. A part of the conveyor system together with a general holding system (ceiling mount) forms the traverse system. In one of the rearing panels 10 shown, it is indicated that this can also be composed modularly from several individual elements 10a, 10b (two individual elements) that can be connected to one another. Figure 2 shows schematic representations of the general structure of an embodiment of a device according to the invention. In this case, an oblique view is shown under a) and a side view of the structure under b). It can be clearly seen in these representations that the aeroponic spray system 30 acts in particular on the root side W, and the lighting system 40 is intended to act on the opposite shoot side S. The two representations correspond largely to the device according to the invention shown in Fig. 1. The individual reference symbols and their assignment to individual features therefore apply accordingly. In addition, a control device 50 and a drainage and/or recycling system 60 are also shown schematically compared to Fig. 1.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung des konzeptionellen Aufbaus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen können hierbei beispielsweise in einer Halle oder einem Hangar aufgebaut und betrieben werden. Die Bezugszeichen und deren Zuordnung entsprechen denen der vorhergehenden Figuren. Figure 3 shows a schematic representation of the conceptual structure of an embodiment of a device according to the invention. Several devices according to the invention can be set up and operated in a hall or a hangar, for example. The reference numbers and their assignment correspond to those of the previous figures.
Figur 4 zeigt schematische Ansichten der a) Vorder- und b) Rückansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei hintereinander angeordneten beispielhaften Aufzuchtpanelen 10, 10‘. Die Öffnungen 12, in denen die Pflanzen P eingesetzt werden, sind hierbei deutlich zu erkennen. Die Durchgänge der Öffnungen 12 sind in der Darstellung mit der Wurzelseite W nach unten geneigt gezeigt, die gegenüberliegende Sprossseite S liegt damit bei jeder Öffnung 12 in vorgesehener hängender Lage der Aufzuchtpanele 10 etwas höher, so dass keine Nährstofflösung NSL beim Besprühen durch die Öffnungen 12 gelangen kann. Weiterhin sind in den Ansichten mehrere Fahrschlitten 24 in einer gemeinsamen Führungsschiene 22 laufend dargestellt. Figure 4 shows schematic views of the a) front and b) rear view of an embodiment of a device according to the invention with two exemplary cultivation panels 10, 10' arranged one behind the other. The openings 12 in which the plants P are inserted can be clearly seen here. The passages of the openings 12 are shown in the illustration with the root side W inclined downwards, the opposite shoot side S is thus slightly higher at each opening 12 in the intended hanging position of the cultivation panels 10, so that no nutrient solution NSL can get through the openings 12 when spraying. Furthermore, several carriages 24 are shown running in a common guide rail 22 in the views.
Figur 5 zeigt eine schematische Detaildarstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Traversensystems einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. In der Darstellung ist eine an einem Fahrschlitten 24 in einer Führungsschiene 22 hängend angeordnete Aufzuchtpanele 10 gezeigt. Der Fahrschlittens 24 weist hierbei ein Rad auf, welches im Inneren einer C-förmig ausgebildeten Führungsschiene an deren Innenseite geführt wird. Figure 5 shows a schematic detailed representation of an exemplary traverse system according to the invention of a device according to the invention. The representation shows a rearing panel 10 arranged hanging on a carriage 24 in a guide rail 22. The carriage 24 has a wheel which is guided on the inside of a C-shaped guide rail.
Figur 6 zeigt schematische Detaildarstellungen eines beispielhaften erfindungsgemäßen Pflanzeinsatzes 70 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die gezeigte Öffnung 12 des Aufzuchtpanels weist eine Halterung 16 zur Aufnahme des Pflanzeinsatzes 70 auf. Der Pflanzeinsatz 70 kann in den Öffnungen 12 des Aufzuchtpanels 10 mit oder ohne Pflanze P angeordnet werden. Figure 6 shows schematic detailed representations of an exemplary plant insert 70 according to the invention of a device according to the invention. The opening 12 shown in the cultivation panel has a holder 16 for receiving the plant insert 70. The plant insert 70 can be arranged in the openings 12 of the cultivation panel 10 with or without a plant P.
Figur 7 zeigt eine schematische a) Detaildarstellung des erfindungsgemäßen Mitnehmerprinzips sowie b) Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Mitnehmers einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Figur 8 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrschlittens 24 des Fördersystems 20 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in a) Gesamtansicht und als b) Schnittdarstellung. Figure 7 shows a schematic a) detailed representation of the driver principle according to the invention and b) sectional representation of a driver according to the invention of an exemplary embodiment of a device according to the invention. Figure 8 shows an exemplary schematic representation of a carriage 24 according to the invention of the conveyor system 20 of a device according to the invention in a) overall view and as b) sectional view.
Figur 9 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Sprühdüse des aeroponischen Sprühsystems 30 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in a) Gesamtansicht und als b) Schnittdarstellung. Figure 9 shows an exemplary schematic representation of a spray nozzle according to the invention of the aeroponic spray system 30 of a device according to the invention in a) overall view and as b) sectional view.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
10, 10‘ Aufzuchtpanels 10, 10' rearing panels
10a, 10b Einzelelemente 10a, 10b individual elements
12 Öffnungen 12 openings
14 Biegeelement 14 Bending element
16 Halterungen 16 brackets
18 Verbindungselemente 18 fasteners
20 Fördersystem 20 conveyor system
22 Führungsschiene 22 guide rail
24 Fahrschlitten 24 carriages
30 aeroponisches Sprühsystem 30 aeroponic spray system
40 Beleuchtungssystem 40 lighting system
50 Steuerungseinrichtung 50 Control device
60 Ablauf- und/oder Recyclingsystem60 Drainage and/or recycling system
70 Pflanzeinsätze 70 plant stakes
P Pflanzen P Plants
S Sprossseite S Sprout side
W Wurzelseite W root side
NSL Nährstofflösung NSL nutrient solution
A Aufzuchtpfad A rearing path

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Vorrichtung zur Aufzucht von Pflanzen (P), umfassend: ein Aufzuchtpanel (10) mit einer Vielzahl von Öffnungen (12) zum Einsetzen von Pflanzen (P), wobei das Aufzuchtpanel (10) eine Sprossseite (S) und eine Wurzelseite (W) für die Pflanzen (P) aufweist; ein Fördersystem (20) zum Transport des Aufzuchtpanels (10) entlang eines Aufzuchtpfades (A); ein aeroponisches Sprühsystem (30), dazu eingerichtet, das Aufzuchtpanel (10) auf der Wurzelseite (W) mit einer Nährstofflösung (NSL) zu versorgen, wobei das Aufzuchtpanel (10) und das Fördersystem (20) ausgebildet sind, ein Besprühen oder Kontaminieren der Sprossseite (S) mit der Nährstofflösung (NSL) zu verhindern; ein Beleuchtungssystem (40), dazu eingerichtet, das Aufzuchtpanel (10) auf der Sprossseite (S) zu beleuchten, wobei das Aufzuchtpanel (10) und das Fördersystem (20) ausgebildet sind, ein Beleuchten der Wurzelseite (W) zu verhindern; wobei das aeroponische Sprühsystem (30) und das Beleuchtungssystem (20) als feststehende Komponenten entlang des Aufzuchtpfades (A) angeordnet sind und das Aufzuchtpanel (10) durch das Fördersystem (20) an diesen vorbeitransportiert wird. 1. Device for growing plants (P), comprising: a growing panel (10) with a plurality of openings (12) for inserting plants (P), the growing panel (10) having a shoot side (S) and a root side (W ) for the plants (P); a conveyor system (20) for transporting the rearing panel (10) along a rearing path (A); an aeroponic spray system (30), set up to supply the rearing panel (10) on the root side (W) with a nutrient solution (NSL), the rearing panel (10) and the conveying system (20) being designed to prevent spraying or contamination of the Shoot side (S) with the nutrient solution (NSL); a lighting system (40) designed to illuminate the rearing panel (10) on the shoot side (S), the rearing panel (10) and the conveyor system (20) being designed to prevent the root side (W) from being illuminated; wherein the aeroponic spray system (30) and the lighting system (20) are arranged as fixed components along the growing path (A) and the growing panel (10) is transported past them by the conveyor system (20).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , weiterhin umfassend eine Steuerungseinrichtung (50), dazu eingerichtet, Steuerungsparameter des aeroponisches Sprühsystems (30) und/oder des Beleuchtungssystems (40) abhängig von der Position des Aufzuchtpanels (10) entlang des Aufzuchtpfades (A) anzupassen. 2. Device according to claim 1, further comprising a control device (50) configured to adapt control parameters of the aeroponic spray system (30) and/or the lighting system (40) depending on the position of the cultivation panel (10) along the cultivation path (A).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , wobei der Aufzuchtpfad (P) geschlossen, vorzugsweise mäanderförmig oder spiralartig auslaufend, ausgebildet ist. 3. Device according to claim 1 or 2, wherein the rearing path (P) is closed, preferably meandering or spiral-like.
4. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufzuchtpanel (10) bei einer bestimmungsgemäßen Anordnung innerhalb des Fördersystems (30) mindestens ein senkrecht zum Aufzuchtpfad (A) ausgerichtetes flexibles Biegeelement (14) zur vereinfachten Passage von Kurvenabschnitten entlang des Aufzuchtpfades (A) aufweist. 4. Device according to one of the preceding claims, wherein the rearing panel (10) when arranged as intended within the conveyor system (30) has at least one flexible bending element (14) aligned perpendicular to the rearing path (A) for simplified passage of curve sections along the rearing path (A). having.
5. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufzuchtpanel (10) modular aus mehreren miteinander verbindbaren Einzelelementen (10a, 10b) zusammengesetzt ist. 5. Device according to one of the preceding claims, wherein the rearing panel (10) is modularly composed of several individual elements (10a, 10b) that can be connected to one another.
6. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein Ablauf- und/oder Recyclingsystem (60), dazu eingereicht, überschüssige Nährstofflösung (NSL) von der besprühten Wurzelseite (W) des Aufzuchtpanels (10) aufzufangen. 6. Device according to one of the preceding claims, further comprising a drainage and / or recycling system (60) designed to collect excess nutrient solution (NSL) from the sprayed root side (W) of the rearing panel (10).
7. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einige Öffnungen (12) des Aufzuchtpanels (10) zum direkten Einstecken von Pflanzen (P) ausgebildet sind. 7. Device according to one of the preceding claims, wherein at least some openings (12) of the cultivation panel (10) are designed for the direct insertion of plants (P).
8. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einige der Öffnungen (12) des Aufzuchtpanels (10) Halterungen (16) zur Aufnahme von Pflanzeinsätzen (70) aufweisen. 8. Device according to one of the preceding claims, wherein at least some of the openings (12) of the rearing panel (10) have holders (16) for receiving plant inserts (70).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Pflanzeinsätze (70) als trichterförmige Pflanzgefäße ausgebildet sind und ein Einsetzen in das Aufzuchtpanel (10) der Vorrichtung nach der Anzucht einer Pflanze (P) ab dem Durchdringen einer Wurzel der Pflanze (P) an einem Ende des Pflanzgefäßes erfolgt. 9. The device according to claim 8, wherein the plant inserts (70) are designed as funnel-shaped planters and insertion into the growing panel (10) of the device after the cultivation of a plant (P) from the penetration of a root of the plant (P) at one end of the planter.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Pflanzeinsätze (70) zur Anzucht mit einer Agarlösung aus mindesten 0,5 %, bevorzugt 1 % bis 3 %, als Pflanzsubstrat befüllt sind. 10. The device according to claim 8 or 9, wherein the plant inserts (70) for cultivation are filled with an agar solution of at least 0.5%, preferably 1% to 3%, as a plant substrate.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei auf die Pflanzeinsätze (70) Saatgut oder aus einer Stammlösung herangezüchtete Kalli ausgebracht werden. 11. Device according to one of claims 8 to 10, wherein seeds or calli grown from a stock solution are applied to the plant inserts (70).
12. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Fördersystem (20) um eine Hängefördersystem handelt, dazu ausgebildet, das Aufzuchtpanel (10) mit einem Fahrschlitten (24) entlang einer dem Aufzuchtpfad (P) folgenden Führungsschiene (22) zu transportieren. 12. Device according to one of the preceding claims, wherein the conveyor system (20) is a hanging conveyor system, designed to move the rearing panel (10) with a carriage (24) along a guide rail (22) following the rearing path (P). transport.
13. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fördersystem (20) zum Transport von mindestens zwei hintereinander angeordneten Aufzuchtpanels (10, 10‘) eingerichtet ist. 13. Device according to one of the preceding claims, wherein the conveyor system (20) is arranged to transport at least two rearing panels (10, 10') arranged one behind the other.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Aufzuchtpanels (10, 10‘) durch das Fördersystem (20) mit gleichbleibendem Abstand und einheitlicher Geschwindigkeit entlang des Aufzuchtpfades (A) transportiert werden. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei jeweils unmittelbar hintereinander angeordnete Aufzuchtpanels (10, 10‘) über Verbindungselemente (18) miteinander verbindbar sind, wobei die Verbindungselemente (18) ausgebildet sind, ein Besprühen oder Kontaminieren der Sprossseite (S) der Aufzuchtpanels (10. 10‘) mit der Nährstofflösung (NSL) und ein Beleuchten der Wurzelseite (W) der Aufzuchtpanels (10, 10‘) zu verhindern. 14. The device according to claim 13, wherein the rearing panels (10, 10 ') are transported by the conveyor system (20) at a constant distance and at a uniform speed along the rearing path (A). Device according to claim 13 or 14, wherein rearing panels (10, 10') arranged immediately one behind the other can be connected to one another via connecting elements (18), the connecting elements (18) being designed to prevent spraying or contamination of the sprout side (S) of the rearing panels (10 . 10') with the nutrient solution (NSL) and to prevent the root side (W) of the rearing panels (10, 10') from being illuminated.
PCT/EP2023/073785 2022-09-26 2023-08-30 Device for cultivating and growing plants WO2024068171A1 (en)

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