DE102013113695B3

DE102013113695B3 - Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen

Info

Publication number: DE102013113695B3
Application number: DE102013113695.8A
Authority: DE
Inventors: Oliver Weiss; Sven Linow; Maike Klumpp; Jan Böttcher
Original assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Current assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2033-12-10
Also published as: WO2015086358A1

Abstract

Bekannte Bestrahlungsvorrichtungen zur Bestrahlung von Pflanzen weisen ein eine Anbauebene E definierendes Trägerelement zur Kultivierung der Pflanzen, mehrere Strahlungsquellen zur Bestrahlung der Pflanzen mit sichtbarer und/oder ultravioletter Strahlung und mehrere Infrarotstrahler zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung auf. Um hiervon ausgehend eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen anzugeben, die eine hohe Lebensdauer aufweist, eine gleichmäßige Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung gewährleistet und die darüber hinaus einfach und kostengünstig zu fertigen ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Infrarotstrahler offene Strahler mit einem für eine Betriebstemperatur von 900 °C bis 1.200 °C ausgelegten Heizfilament sind, das an einer Fixiereinheit aus einem elektrisch isolierenden, Infrarotstrahlung reflektierenden Werkstoff gehaltert ist, wobei mindestens eine Halteleiste zur Infrarotstrahler-Halterung vorgesehen ist, die sich in einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Strahlerzone Z derart erstreckt, dass sich Bestrahlungsbereiche benachbarter Infrarotstrahler auf der Anbauebene E derart überlappen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E zwischen 10 Watt/m2 und 100 Watt/m2 mit einer Schwankungsbreite von maximal 50% um ihren Mittelwert beträgt, und dass eine Mess- und Regeleinrichtung zur Ermittlung und Regelung der Heizfilament-Temperatur auf Betriebstemperatur vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen, aufweisend ein eine Anbauebene E definierendes Trägerelement zur Kultivierung der Pflanzen, mehrere Strahlungsquellen zur Bestrahlung der Pflanzen mit sichtbarer und/oder ultravioletter Strahlung und mehrere Infrarotstrahler zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung.
Stand der Technik
Bei der Aufzucht und Kultivierung von Pflanzen, beispielsweise in Gewächshäusern und im Etagenanbau werden künstliche Lichtquellen eingesetzt. Das Emissionsspektrum dieser Lichtquellen ist in der Regel an das Absorptionsspektrum des grünen Blattfarbstoffes des Chlorophylls und der Carotine angepasst.
Unter der Bezeichnung Chlorophyll und Carotin sind mehrere natürliche Farbstoffe zusammengefasst, die wesentlich an der Photosynthese beteiligt sind. Die Absorptionsspektren dieser in Lösungsmitteln gelösten Farbstoffe weisen zwei ausgeprägte Absorptionsmaxima auf, nämlich ein Absorptionsmaximum im violetten und blauen Spektralbereich zwischen 400 nm und 500 nm sowie ein weiteres Absorptionsmaximum, das im roten Spektralbereich zwischen 600 nm und 700 nm des sichtbaren Lichts liegt.
Um eine effiziente Bestrahlung der Pflanzen zu gewährleisten, weist das Emissionsspektrum künstlicher Lichtquellen zur Bestrahlung von Pflanzen große Strahlungsanteile in den beiden oben genannten Wellenlängenbereichen auf.
Als Lichtquellen werden beispielsweise Gasentladungslampen oder Leuchtdioden (LEDs) eingesetzt. Gasentladungslampen bestehen aus einer mit einem Füllgas gefüllten Entladungskammer, in der zwei Elektroden angeordnet sind. In Abhängigkeit einer an den Elektroden angelegten Spannung findet in der Entladungskammer eine Gasentladung statt, die mit der Emission optischer Strahlung verbunden ist. Die Wellenlänge der emittierten Strahlung kann durch eine Auswahl des Füllgases beeinflusst werden und an das Absorptionsspektrum des Chlorophylls angepasst werden, beispielsweise durch eine entsprechende Dotierung des Füllgases. LEDs hingegen emittieren nur Licht in einem begrenzten Spektralbereich, so dass zur Erzeugung eines an das Absorptionsspektrum des Chlorophylls angepassten Emissionsspektrums mehrere LEDs unterschiedlicher Wellenlänge miteinander kombiniert werden müssen. So ist beispielsweise aus der US 2009/0251057 A1 eine künstliche Lichtquelle mit mehreren LEDs bekannt, bei der zur Erzeugung von künstlichem Sonnenlicht Leuchtdioden mit unterschiedlichen Emissionsspektren kombiniert werden.
Allerdings hängt eine effiziente Aufzucht der Pflanzen nicht nur von der Anregung der Photosynthese, sondern auch vom Wasser- und Nährstofftransport in der Pflanze und von der Kohlendioxid-Assimilation ab. Sowohl der Wasser- und Nährstofftransport in der Pflanze als auch die Kohlendioxid-Assimilation werden vom Spaltöffnungsapparat der Pflanze beeinflusst. Durch die Spaltöffnungen (Stomata) der Pflanze reguliert die Pflanze den Gasaustausch mit der Umgebungsluft, insbesondere die Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft und die Abgabe von Sauerstoff an die Luft. Darüber hinaus wird auch der Wasserhaushalt der Pflanze durch die Öffnungsweite der Stomata beeinflusst. So führen geöffnete Stomata zu einer verstärkten Wasserverdunstung, die einen Transpirationssog erzeugt, so dass insgesamt der Wasser- und Nährstofftransport (Saftfluss) von der Wurzel zu den Blättern gesteigert wird.
Die Öffnungsweite der Stomata kann durch mehrere Faktoren reguliert werden, zu denen beispielsweise die Temperatur und Feuchtigkeit der umgebenden Atmosphäre, die Verfügbarkeit von Wasser, die Kohlendioxid-Konzentration im Blattinneren und die Absorption von Licht zählen. Durch eine gezielte Bestrahlung mit Infrarotstrahlung kann die Spaltöffnungsweite und damit die Effektivität der Photosynthese reguliert werden.
In der WO 2010/044662 A1 ist eine Bestrahlungsvorrichtung für Pflanzen mit einer Kammer vorgeschlagen, bei der neben Strahlungsquellen zur Bestrahlung der Pflanzen mit sichtbarer oder ultravioletter Strahlung mehrere an einer Seitenwand der Kammer angeordnete Infrarotstrahler zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung vorgesehen sind. Durch die Infrarotstrahler werden die Blätter der Pflanzen derart erwärmt, dass sich die Stomata öffnen, so dass eine Stimulation der Austauschvorgänge der Pflanze mit ihrer Umgebung erreicht wird.
Infolge der seitlichen Anordnung der Infrarotstrahler haben die einzelnen Pflanzen in Abhängigkeit von ihrer Pflanzposition auf der Anbauebene jeweils einen unterschiedlichen Abstand zu den Infrarotstrahlern und werden deshalb ungleichmäßig bestrahlt. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die äußeren Bereiche der Anbaufläche verglichen mit den inneren Bereichen der Anbaufläche höheren Bestrahlungsintensitäten ausgesetzt sind. Um eine effiziente Aufzucht der Pflanzen zu gewährleisten, sind ein gleichmäßiges Wachstum der Pflanzen und damit eine homogene Bestrahlung aller Pflanzen aber grundsätzlich wünschenswert.
Bei einer seitlichen Anordnung der Infrarotstrahler wird darüber hinaus bezogen auf die Anbaufläche eine große Anzahl von Strahlern benötigt, die, um die Pflanzen im äußeren Bereich der Anbaufläche nicht durch übermäßige Erwärmung zu schädigen, eine geringe Leistung aufweisen müssen. Infrarotstrahler haben aber typischerweise eine hohe Leistung; Strahler geringer Leistung sind in Bezug auf die vom einzelnen Strahler abgegebene Leistung aufwendig zu fertigen und weisen zumeist nur eine eingeschränkte Lebensdauer auf.
Darüber hinaus trägt die seitliche Anordnung der Infrarotstrahler auch zu einer Bestrahlung und Erwärmung der weiteren in der Bestrahlungsvorrichtung vorgesehen Bauteile, beispielsweise der Elektroleitungen und Montageelemente für die Strahlungsquellen, sowie auch der in der Bestrahlungsvorrichtung vorgesehen Strahlungsquellen bei, wobei durch die Bestrahlung die Lebensdauer dieser Bauteile verkürzt wird. Eine seitliche Anordnung der Infrarotstrahler geht daher mit hohen Betriebskosten und einer geringen Energie-Effizienz einher.
Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen anzugeben, die eine hohe Lebensdauer aufweist, eine gleichmäßige Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung gewährleistet, die darüber hinaus einfach und kostengünstig zu fertigen ist, und die im Betrieb eine ausgesprochen hohe Energie Effizienz aufweist.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Bestrahlungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Infrarotstrahler offene Strahler mit einem für eine Betriebstemperatur von 900 °C bis 1.200 °C ausgelegten Heizfilament sind, das an einer Fixiereinheit aus einem elektrisch isolierenden, Infrarotstrahlung reflektierenden Werkstoff gehaltert ist, wobei mindestens eine Halteleiste zur Infrarotstrahler-Halterung vorgesehen ist, die sich in einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Strahlerzone Z derart erstreckt, dass sich Bestrahlungsbereiche benachbarter Infrarotstrahler auf der Anbauebene E derart überlappen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E zwischen 10 Watt/m² und 100 Watt/m² mit einer Schwankungsbreite von maximal 50% um ihren Mittelwert beträgt, und dass eine Mess- und Regeleinrichtung zur Ermittlung und Regelung der Heizfilament-Temperatur auf Betriebstemperatur vorgesehen ist.
Sonnenlicht, das Pflanzen unter natürlichen Bedingungen zu ihrem Wachstum benötigen, weist Strahlungsanteile ultravioletter, sichtbarer und infraroter Strahlung auf. Für die Nachbildung natürlicher Wachstumsbedingungen weist die künstliche Bestrahlungsvorrichtung daher neben Strahlern zur Erzeugung ultravioletter und/oder sichtbarer Strahlung (im Folgenden auch kurz als UV- und VIS-Strahler bezeichnet) auch Infrarotstrahler auf. Durch den Einsatz dieser Strahlertypen werden die Pflanzen unter künstlichen Aufzuchtbedingungen einerseits mit der für die Photosynthese benötigten Strahlung versorgt und andererseits kann über die Infrarotstrahlung die Öffnungsweite der Spaltöffnungen der Blätter so reguliert werden, dass sich ein optimaler Wasser- und Stofftransport innerhalb der Pflanze einstellt. Durch diese Maßnahmen werden ein schnelles Pflanzenwachstum und eine hohe Produktivität gewährleistet.
Für ein optimales Wachstum der Pflanzen ist das Emissionsspektrum der Infrarotstrahler wesentlich. Das Absorptionsspektrum von Pflanzen ist durch hohe Absorptionen im Wellenlängenbereich unterhalb von 700 nm sowie oberhalb von 2,5 µm gekennzeichnet. Im Bereich zwischen 0,7 µm und 2,5 µm werden eine Grundabsorption von etwa 5% und eine nahezu ungerichtete Streuung beobachtet. Strahlung mit Wellenlängen in diesem Bereich ist geeignet, die obersten Blattschichten einer Pflanze zu durchdringen; sie steht grundsätzlich auch für eine Bestrahlung der unteren Blattschichten zur Verfügung, wird jedoch nur zu geringen Anteilen absorbiert. Es hat sich gezeigt, dass ein optimales Pflanzenwachstum erzielt wird, wenn die Infrarotstrahler ein Heizfilament aufweisen, das für eine Filament-Temperatur von 900 °C bis 1.200 °C ausgelegt ist.
Strahler, die bei Nennspannung eine Filament-Temperatur im oben genannten Bereich aufweisen, emittieren Strahlung mit einem Intensitätsmaximum bei Wellenlängen im Bereich von 2,0 µm bis 2,5 µm.
Dabei ist zu unterscheiden zwischen Anwendungen, die auf eine optimale Bestrahlung nur der oberen Blattebenen abzielen, und solchen, bei denen auch die unteren Blattebenen bestrahlt werden sollen. Der Einsatz mittelwelliger thermischer Infrarotstrahler ist vorteilhaft, wenn nahezu die gesamte Strahlung an der obersten Blattschicht absorbiert oder reflektiert werden soll. Derartige Strahler weisen bei Nennspannung eine Filament-Temperatur im Bereich zwischen 800 °C und 1.000 °C auf. Kurzwellige thermische Infrarotstrahler mit einer Filament-Temperatur bei Nennspannung im Bereich zwischen 1.400 °C und 2.200 °C, vorzugsweise zwischen 1.400 und 1.800 °C, sind insbesondere zur Durchdringung der oberen Blattschichten geeignet.
Strahlung, die mit Filament-Temperaturen im Übergangsbereich, insbesondere zwischen 900 °C und 1.200 °C, erzeugt wird, erzielt eine Mischung aus beiden Mechanismen. Infrarotstrahler mit einer Heizfilament-Temperatur in diesem Bereich emittieren sowohl Strahlungsanteile, die von oberen Blattschichten als auch von unteren Blattschichten absorbiert werden können. Aufgrund dieser Anpassung des Emissionsspektrums an die physiologischen Vorgänge in der Pflanze, tragen die Infrarotstrahler gemäß der Erfindung zu einem verbesserten Pflanzenwachstum bei.
Erfindungsgemäß ist ferner eine Mess- und Regeleinrichtung vorgesehen, die einerseits die Heizfilament-Ist-Temperatur erfasst und die die Heizfilament-Temperatur auf Soll-Betriebstemperatur regelt. Die Soll-Betriebstemperatur ist auf die zu bestrahlenden Pflanzen abgestimmt; sie trägt dazu bei, dass ein optimiertes Pflanzenwachstum erreicht werden kann. Dadurch, dass die Heizfilament-Ist-Temperatur während des Betriebs der Bestrahlungsvorrichtung im Bereich der Soll-Betriebstemperatur gehalten werden kann, wird einer übermäßigen Bestrahlung der Pflanzen entgegengewirkt. Gleichzeitig ist das Strahlungsspektrum an die zu bestrahlenden Pflanzen, deren Absorptionseigenschaften und deren Wuchshöhe anpassbar.
Dadurch, dass erfindungsgemäß als Infrarotstrahler offene Strahler eingesetzt werden, wird eine kostengünstige Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung ermöglicht. Bei offenen Strahlern ist das Heizfilament offen der Atmosphäre ausgesetzt. Sie ermöglichen einen einfachen Wechsel des Heizfilaments und sind einfach und kostengünstig zu fertigen.
Um weiterhin ein möglichst gleichmäßiges Pflanzenwachstum zu gewährleisten, ist es allerdings notwendig, die Pflanzen möglichst gleichmäßig, das heißt mit einer nahezu konstanten Bestrahlungsstärke, zu bestrahlen. Dies gilt insbesondere für die Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung. Eine lokal zu hohe Infrarot-Bestrahlungsstärke führt zu einer Schädigung der betroffenen Pflanzen. Bei einer zu niedrigen Bestrahlungsstärke verliert sich hingegen der Effekt der Infrarotstrahlung auf die Öffnungsweite der Spaltöffnungen; sie führt zu einem geringen Pflanzenwachstum.
Um bei der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung eine insgesamt gleichmäßige Bestrahlungsfläche auf der Anbauebene E zu erreichen, sind die Infrarotstrahler an mindestens einer Halteleiste gehaltert, die sich in einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Strahlerzone Z erstreckt. In der Strahlerzone Z können mehrere Halteleisten mit Infrarotstrahlern vorgesehen sein, wobei sich die Halteleisten in der Strahlerzone Z vorzugsweise derart erstrecken, dass ihre Längsachsen parallel zueinander verlaufen. Durch die parallele Anordnung wird einfach eine flächenhafte Abstrahlung der Infrarotstrahlung gewährleistet. Eine solche Anordnung trägt daher zu einer gleichmäßigen Bestrahlung einer durch den Pflanzenwuchs festgelegten Pflanzenebene beziehungsweise der Anbauebene E bei. In diesem Zusammenhang hat es sich insbesondere bewährt, wenn in der Strahlerzone Z mehrere, äquidistant verlaufende Halteleisten angeordnet sind. Dadurch, dass die Haltleisten den gleichen Abstand zueinander aufweisen, wird eine besonders gleichmäßige Verteilung der Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E ermöglicht.
Insbesondere soll durch eine gleichmäßige Verteilung der Infrarotstrahler in der Strahlerzone Z nicht in Kauf genommen werden, dass die UV- und VIS-Strahler eine Abschattung auf der Anbauebene erfahren. Angestrebt wird somit nicht nur eine gleichmäßige Infrarot-Bestrahlung, sondern auch eine Minimierung der Abschattung der UV- und VIS-Strahlung auf der Anbauebene E.
Oberhalb der Strahlerzone Z weist die erfindungsgemäße Bestrahlungsvorrichtung einen Bauraum B auf. In diesem Bauraum sind eine Vielzahl von Bauteilen angeordnet, die für den Betrieb der Bestrahlungsvorrichtung benötigt werden, beispielsweise Elektroleitungen oder Montageelemente für die Infrarotstrahler oder weitere Strahlungsquellen. Es ist daher grundsätzlich wünschenswert, eine übermäßige Erwärmung der Bauteile des Bauraumes durch Infrarot-/Wärmestrahlung zu vermeiden.
Zur Vermeidung einer übermäßigen Erwärmung des Bauraums und der darin befindlichen Bauteile trägt erfindungsgemäß bei, dass das Heizfilament an einer Fixiereinheit aus einem elektrisch isolierenden, Infrarotstrahlung reflektierenden Werkstoff gehaltert ist. Die Fixiereinheit dient dabei neben der mechanischen Stabilisierung des Heizfilaments insbesondere dazu eine Bestrahlung des Bauraums zu verringern, indem durch die Fixiereinheit die Ausbreitung der emittierten Infrarotstrahlung in Richtung des Bauraumes verringert wird.
Neben einer Verringerung der Ausbreitung der emittierten Infrarotstrahlung in Richtung des Bauraumes spielt die Abstrahlcharakteristik der Infrarotstrahler eine wichtige Rolle. Sie soll dafür sorgen, dass die Infrarotstrahlung nicht einfach nur nach unten reflektiert, sondern auf einen breiten Bestrahlungsbereich verteilt wird.
Hierzu sind die Halteleisten in der Strahlerzone Z derart angeordnet, dass sich die Bestrahlungsbereiche benachbarter Infrarotstrahler auf der Anbauebene E überlappen, wobei die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E zwischen 10 Watt/m² und 100 Watt/m² beträgt. Um eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene zu erreichen, ist es darüber hinaus erforderlich, dass die mittlere Bestrahlungsstärke eine geringe Schwankungsbreite aufweist. Unter der Schwankungsbreite wird die maximale Abweichung der tatsächlichen Bestrahlungsstärke in einem Punkt der Anbauebene E von der mittleren Bestrahlungsstärke verstanden. Gemäß der Erfindung weicht die tatsächliche Bestrahlungsstärke um höchstens ± 50% von der mittleren Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E ab. Die Abweichung von der mittleren Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene beträgt vorzugsweise 20%, besonders bevorzugt 10%.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene 10 Watt/m² bis 50 Watt/m² beträgt.
Die notwendige mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene hängt von der zu kultivierenden Pflanzenart sowie weiteren Umgebungsbedingungen ab. Es hat sich gezeigt, dass für viele Pflanzenarten eine Bestrahlungsstärke im Bereich von 10 Watt/m² bis 50 Watt/m² zu einem beschleunigten Wachstum und somit zu einer kürzeren mittleren Verweildauer der Pflanzen in der Aufzuchtkammer führt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist vorgesehen, dass das Heizfilament aus Molydän-Disilikat, einer Legierung mit dem Hauptbestandteil Molybdän-Disilikat gefertigt ist.
Molybdän-Disilikat weist einen hohen Schmelzpunkt von 2.030 °C und eine gute elektrische Leitfähigkeit auf. Darüber hinaus bildet Molybdän-Disilikat bei hohen Temperaturen eine Passivierungsschicht aus Siliziumdioxid aus, die es vor weiterer Oxidation schützt. All dies trägt dazu bei, dass Molybdän-Disilikat und Molybdän-Disilikat basierte Werkstoffe für den Einsatz als Heizfilament geeignet sind. Derartige Heizfilamente können dauerhaft Heizfilament-Temperaturen im Bereich von 900 °C bis 1.200 °C standhalten. Aufgrund des spröden mechanischen Materialverhaltens von Molybdän-Disilikat kommen entsprechende Heizfilamente in Form gestreckter, oder gegebenenfalls gebogener oder mäanderförmiger Drähte zum Einsatz.
In einer weiteren, ebenso bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist das Heizfilament aus einer Legierung mit den Legierungsbestandteilen Chrom, Aluminium und Eisen gefertigt.
Legierungen mit den Haupt-Legierungsbestandteilen Chrom, Aluminium und Eisen weisen einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand auf. Sie sind daher geeignet, elektrische Energie in Wärmeenergie umzuwandeln. Darüber hinaus vermögen derartige Legierungen hohen Temperaturen standzuhalten und sind ferner auch bei mehrmaligem Erwärmen korrosionsfest. Heizelemente aus einer solchen Legierung können als Heizleiter, bevorzugt in Form von gewickelten Wendeln, in offenen Infrarotstrahlern eingesetzt werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Mess- und Regeleinrichtung zur Ermittlung der Heizfilament-Temperatur ein Quotienten-Pyrometer aufweist.
Quotienten-Pyrometer erfassen die Heizfilament-Temperatur berührungslos; sie zeichnen sich durch kurze Messzeiten und eine hohe Messgenauigkeit aus. Eine Mess- und Regeleinrichtung mit einem Quotienten-Pyrometer trägt dazu bei, dass die Infrarot-Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E schnell und einfach erfasst werden kann. Dabei wird mit dem Quotienten-Pyrometer die Heizfilament-Ist-Temperatur ermittelt. In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn die Heizfilament-Ist-Temperatur die Regelgröße der Mess- und Regeleinrichtung bildet.
Es hat sich bewährt, wenn die Fixiereinheit aus einem wärmebeständigen, elektrisch isolierenden, Infrarotstrahlung reflektierenden Material, vorzugsweise aus Aluminiumoxid, gefertigt ist.
Die Fixiereinheit ist während des Betriebs des Heizelements regelmäßig hohen Temperaturen ausgesetzt. Sie kann beispielsweise aus weiß oder metallisch eingefärbtem Kunststoff oder aus Keramik gefertigt sein. Eine Fixiereinheit aus eingefärbtem Kunststoff ist einfach und kostengünstig zu fertigen; sie weist darüber hinaus ein geringes Gewicht auf. Fixiereinheiten aus Keramik, insbesondere aus Aluminiumoxid, weisen gute isolierende Eigenschaften und eine hohe Schmelztemperatur (Aluminiumoxid: 2.072 °C) auf. Sie sind auch für einen Betrieb des Infrarotstrahlers mit einer Filament-Temperatur im Bereich von 900 °C bis 1.200 °C geeignet.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Infrarotstrahler für eine Nennleistung im Bereich von 2,5 W bis 25 W bei einer Nennspannung im Bereich von 6 V bis 24 V ausgelegt sind.
Die Nennleistung der Infrarotstrahler hat Einfluss auf die Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E sowie auf die Bestrahlungsstärke auf einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Pflanzenebene. Infrarotstrahler mit einer Nennleistung im Bereich von 2,5 W bis 25 W können in Abhängigkeit von ihrer Anzahl eine mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E zwischen 10 Watt/m² und 100 Watt/m² erzielen. Dadurch, dass die einzelne Nennleistung eines Infrarotstrahlers maximal 25 W beträgt, wird die Gefahr einer lokalen Bestrahlung von Pflanzen mit einer zu hohen Infrarot-Bestrahlungsstärke verringert. Bei einer Nennleistung von weniger als 2,5 W wird eine vergleichsweise große Anzahl an Strahlern benötigt, um die oben genannten Bestrahlungsstärken auf der Anbauebene E zu erreichen.
Es hat sich bewährt, wenn mehrere Infrarotstrahler in Reihe geschaltet sind. Sind die Infrarotstrahler einer Halteleiste in Reihe geschaltet, muss im Fehlerfall nur diese Leiste überprüft werden. Darüber hinaus addieren sich bei Wechselspannung die einzelnen Lampenteilspannungen, so dass oft eine Gesamtspannung oberhalb von 24 V erreicht werden wird. Bei Abwägung der Aufwände für Wartung ist eine Reihenschaltung von ausreichend vielen Strahlern zum Erreichen von Netzspannung möglich. Dies trägt dazu bei, dass nur eine geringe Anzahl an Transformatoren benötigt wird, so dass beispielsweise Transformator-bedingte Wärmeverluste gering gehalten werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung weisen benachbarte Halteleisten einen Abstand im Bereich von 0,5 m bis 1,5 m auf.
Um eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene E mit Infrarotstrahlung möglichst kostengünstig zu gewährleisten, ist grundsätzlich ist eine geringe Strahlerdichte der Infrarotstrahler wünschenswert. Ein Abstand benachbarter Halteleisten von weniger als 0,5 m führt jedoch zu einer vergleichsweise hohen Strahlerdichte, einhergehend mit einer geringen Nennleistung pro Strahler und hohen Installations- und Betriebskosten. Weisen benachbarte Halteleisten einen Abstand von mehr als 1,5 m auf, ist eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene E mit Infrarotstrahlung nur aufwendig zu erreichen.
Es hat sich bewährt, wenn die Halteleiste aus wärmebeständigem, elektrisch isolierendem und Infrarotstrahlung reflektierenden Material gefertigt ist.
Vorzugsweise ist die Halteleiste aus weiß oder metallisch eingefärbtem Kunststoff gefertigt. Eine derartige Halteleiste ist einfach und kostengünstig in verschiedenen Formen zu fertigen; sie weist darüber hinaus ein geringes Gewicht auf.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung weist die Halteleiste eine Aussparung für die Infrarotstrahler-Aufnahme auf.
Die Halterung eines oder mehrerer Infrarotstrahler in einer oder mehreren Aussparungen trägt zu einer kompakten Bauform der Halteleisten bei. Ein in einer Aussparung angeordneter Infrarotstrahler ist in gewissem Maße vor mechanischen Einwirkungen geschützt. Darüber hinaus wird durch diese Anordnung eine Abstrahlung von Strahlung in den Bauraum entgegengewirkt. Die vom Infrarotstrahler emittierte Strahlung steht dabei im Wesentlichen für eine Bestrahlung der Pflanzen und der Anbauebene zur Verfügung.
In diesem Zusammenhang hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Aussparung eine konische, parabolische oder hyperbolische Grundform aufweist.
Die Aussparung ist in eine Halteleiste eingelassen, die eine Längsachse aufweist. Unter der Grundform der Aussparung wird die zweidimensionale Form der Aussparung in einer Schnittebene verstanden, deren Normalenvektor in Richtung der Längsachse verläuft. Die Aussparung weist daher im Querschnitt zur Längsachse der Halteleiste einen konischen, parabel- oder hyperbelförmigen Verlauf auf. Eine derartige Form der Aussparung trägt dazu bei, dass die von dem Infrarotstrahler emittierte Infrarotstrahlung in Richtung der Anbauebene E reflektiert wird und auf die Anbauebene E gerichtet wird, so dass dieses – abgesehen von Verlusten, beispielsweise durch Absorption – für eine Bestrahlung der Pflanzen zur Verfügung steht.
Dabei hat es sich bewährt, wenn die Aussparung in eine Basisfläche der Halteleiste eingelassen ist, und wenn der in der Aussparung angeordnete Infrarotstrahler die Basisfläche in Richtung der Anbauebene E nicht überragt.
Ein die Basisfläche in Richtung der Anbauebene E nicht überragender Infrarotstrahler ist in der Aussparung vor mechanischen Einwirkungen geschützt angeordnet. Darüber hinaus kann die von dem Infrarotstrahler seitlich und in Richtung des Bauraums emittierte Strahlung über die Wandung der Aussparung effektiv in Richtung der Anbauebene E umgelenkt werden. Auf diese Weise wird eine besonders energieeffiziente Bestrahlungsvorrichtung erhalten.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Aussparung in der Basisfläche eine kreisförmige oder ovale Öffnung hat.
Durch eine kreisförmige oder ovale Öffnung der Aussparung kann emittierte und reflektierte Strahlung in Richtung auf die Anbauebene E gleichmäßig abgestrahlt werden. Eine solche Form der Öffnung trägt zu einer gleichmäßigen Bestrahlungsstärke-Verteilung auf der Anbauebene bei.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist das Heizfilament von einem Schutzgitter abgeschirmt.
Ein Schutzgitter bietet Schutz vor versehentlicher Berührung des Heizelements. Es ist vorzugsweise aus einer temperaturbeständigen Metalllegierung wie zum Beispiel 1.4404 gefertigt. Es hat sich bewährt, wenn das Schutzgitter ein Drahtgitter ist, das eine Drahtstärke im Bereich von 0,4 bis 2,0 µm aufweist. Ein derartiges Drahtschutzgitter weist einerseits eine gute mechanische Stabilität auf und andererseits werden durch die geringe Drahtstärke nur geringe Strahlungsverluste am Schutzgitter beobachtet.
Das Schutzgitter kann in geringem Abstand vom Heizfilament angebracht sein, so dass im Falle eines mechanischen Versagens des Heizfilaments ein Teil des Filaments das Gitter berührt. Durch den dadurch zustande kommenden elektrischen Kontakt kann der Ausfall eines Heizfilaments einfach detektiert werden, beispielsweise mit einem Fehlerstromschutzschalter.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen benachbarte Infrarotstrahler einen Abstand zueinander im Bereich von 0,5 m bis 1,5 m auf.
Um eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene sowohl mit ultravioletter/sichtbarer Strahlung als auch mit Infrarotstrahlung möglichst kostengünstig zu gewährleisten, sind zueinander im Widerstreit stehende oder sich gegenseitig beeinflussende Eigenschaften zu optimieren, wie etwa die Strahlerleistung, Strahlergröße und Strahler-Belegungsdichte.
Grundsätzlich ist eine geringe Strahlerdichte der Infrarotstrahler wünschenswert. Ein Abstand benachbarter Infrarotstrahler von weniger als 0,5 m führt jedoch zu einer vergleichsweise hohen Strahlerdichte, einhergehend mit einer geringen Nennleistung pro Strahler und hohen Installations- und Betriebskosten. Weisen benachbarte Infrarotstrahler in Richtung ihrer Längsachsen einen Abstand von mehr als 1,5 m auf, ist eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene mit Infrarotstrahlung nur aufwendig zu erreichen.
Es hat sich bewährt, wenn die Infrarotstrahler von der Anbauebene E einen Abstand im Bereich von 1,0 m ± 0,5 m aufweisen.
Der Abstand der Infrarotstrahler und der Anbauebene E beeinflusst die Bestrahlungsstärke und deren Verteilung auf der Anbauebene E. Je nach Pflanzenart hat sich ein Abstand der Infrarotstrahler von der Anbauebene von 0,5 m bis 1,5 m bewährt. Bei einem Abstand von weniger als 0,5 m können nur Pflanzen bis zu einer geringen Wuchshöhe bestrahlt werden. Ein Abstand der Infrarotstrahler von mehr als 1,5 m beeinträchtigt eine kompakte Bauform der Bestrahlungsvorrichtung.
Eine diffuse Reflektion von Licht tritt beispielsweise auf, wenn Licht auf eine raue Oberfläche trifft, die mehrere Flächenelemente mit unterschiedlichen Orientierungen aufweist. Ein auf eine diffus reflektierende Oberfläche auftreffender Lichtstrahl wird durch die Oberflächenstruktur in viele verschiedene Richtungen zurückgeworfen, so dass Streulicht erhalten wird. Streulicht ist insbesondere für eine Erzeugung gleichmäßiger Bestrahlungsintensitäten geeignet, da Maxima in der Bestrahlungsstärke abgeschwächt werden und der Unterschied zwischen minimaler und maximaler Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E verringert wird.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn mit der Halteleiste Seitenflügel verbunden sind, wobei die Seitenflügel mit der Horizontalen jeweils einen Winkel α im Bereich zwischen 20° bis 50° einschließen.
Die Seitenflügel verringern insbesondere eine Abstrahlung von Infrarotstrahlung in Richtung des Bauraums. Darüber hinaus können die Seitenflügel auch eine seitliche Abstrahlung von Infrarotstrahlung in Richtung der UV-/VIS-Strahlungsquellen in der Strahlerzone verringern. Sie tragen daher zu einer hohen Energieeffizienz der Bestrahlungsvorrichtung bei.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Bestrahlungsvorrichtung ein Gehäuse mit Seitenwänden umfasst, wobei auf mindestens eine der Seitenwände eine Reflektorfolie, beispielsweise aus Aluminium, aufgebracht ist.
Eine reflektierende Innenauskleidung durch eine auf die Seitenwände der Bestrahlungsvorrichtung aufgebrachte Reflektorfolie verringert in erster Linie Bestrahlungsverluste und kann zu einer gleichmäßigen Verteilung der Bestrahlungsintensität bezogen auf die Anbauebene beitragen. Eine besonders symmetrische, homogene Strahlungsverteilung wird erhalten, wenn auf zwei gegenüberliegenden beziehungsweise auf allen vier Seitenwänden eine Reflektorfolie aufgebracht ist.
Bei Verwendung einer reflektierenden Innenauskleidung können insbesondere Halteleisten mit Infrarotstrahlern verwendet werden, bei denen ein Teil der emittierten Infrarotstrahlung in einem auf die Horizontale bezogenen flachen Winkel nach unten, in weiter von der Halteleiste entfernte Bereiche abgestrahlt wird, was zu einem Überlappen der Bestrahlungsbereiche, auch mit über den nächsten Nachbarn hinausgehenden, parallel angeordneten Halteleisten, und einer gleichmäßigen Verteilung der Bestrahlungsintensität bezogen auf die Anbauebene E beiträgt.
Wird keine reflektierende Innenauskleidung verwendet, können insbesondere Halteleisten verwendet werden, die so gestaltet sind, dass der überwiegende Teil der Strahlung in Bereiche unterhalb der Halteleiste abgestrahlt wird, so dass eine Überlappung der Bestrahlungsbereiche hauptsächlich mit der nächsten, parallel dazu angeordneten Halteleiste gegeben ist.
Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Im Einzelnen zeigt in schematischer Darstellung:
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen mit einer Halteleiste zur Aufnahme und Halterung der Infrarotstrahler,
2 eine erste Ausführungsform eines Infrarotstrahlers zum Einsatz in eine Halteleiste der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung gemäß 1,
3 eine zweite Ausführungsform eines Infrarotstrahlers zum Einsatz in eine Halteleiste der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung gemäß 1,
4 eine erste Ausführungsform einer Halteleiste zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung in einem Längsschnitt,
5 die Halteleiste gemäß 4 in einer Ansicht von unten,
6 eine zweite Ausführungsform einer Halteleiste zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung in einer Ansicht von unten, und
7 die Halteleiste gemäß 6 in einer Seitenansicht.
1 zeigt eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen, der insgesamt die Bezugsziffer 1 zugeordnet ist. Die Bestrahlungsvorrichtung 1 ist für den Etagenanbau vorgesehen und umfasst ein Gehäuse 15 mit fünf darin übereinander angeordneten Pflanzmodulen (Etagen) zum Anbau von Pflanzen, von denen in 1 zum Zwecke der Vereinfachung nur zwei Pflanzmodule 10, 20 dargestellt sind. Die nicht dargestellten Pflanzmodule sind identisch zu den Pflanzmodulen 10, 20 ausgebildet. Auf beide Seitenwände 16, 17 des Gehäuses ist jeweils eine Reflektorfolie 18a, 18b aufgebracht.
Die Pflanzmodule 10, 20 umfassen ein Trägerelement 2 sowie einen oberhalb des Trägerelements 2 angeordneten Bauraum B, der Elektroleitungen und Montageelemente aufweist, sowie die unterhalb des Bauraums angeordnete Strahlerzone Z. Das Trägerelement 2 ist mit Erde gefüllt und mit mehreren Pflanzen 3 bepflanzt. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) sind die Pflanzen jeweils in einzelnen Pflanztöpfen auf dem Trägerelement 2 angeordnet. Die Oberfläche des bepflanzten Trägerelements legt eine Anbauebene E fest. Die Strahlerzone Z befindet sich oberhalb der Anbauebene E. In der Strahlerzone Z sind LED-Leisten 4a, 4b, 4c angeordnet, die im Wesentlichen optische Strahlung 5 mit Wellenlängen im sichtbaren und im ultravioletten Bereich emittieren. In der Strahlerzone Z sind ebenfalls mehrere Halteleisten 7 zur Aufnahme und Halterung von Infrarotstrahlern 8 vorgesehen, die Pflanzen 3 mit Infrarotstrahlung 6 bestrahlen. Jedem Infrarotstrahler 8 ist ein Bestrahlungsbereich F auf der Anbauebene zugeordnet ist, der durch gestrichelt eingezeichnete Linien 6 angedeutet ist, welche die Infrarot-Bestrahlung symbolisieren.
Die Infrarotstrahler 8 sind offene Strahler, die ein offen liegendes Heizfilament mit einer Nenntemperatur von 950 °C aufweisen.
Auf der der Anbauebene E zugewandten Seite der Halteleisten 7 ist ein Reflektor angeordnet, der die Ausbreitung der vom jeweiligen Infrarotstrahler 8 emittierten Infrarotstrahlung nach oben in Richtung des Bauraums B und seitlich in Richtung der LED-Leisten 4a, 4b, 4c verringert. Ferner sind mit der Halteleiste 7 zwei Seitenflügel 9a, 9b verbunden. Beide Seitenflügel 9a, 9b schließen mit der Horizontalen jeweils einen Winkel von 30 ° ein. Die des Reflektors und der Seitenflügel 9a, 9b ist aus gehämmertem Aluminium gefertigt; sie wirkt diffus reflektierend.
In Richtung der Längsachsen der Halteleisten 7 sind mehrere baugleiche Infrarotstrahler 8 hintereinander angeordnet (nicht dargestellt). Benachbarte Infrarotstrahler 8 weisen in Richtung der Längsachse einen Abstand zueinander von 1,54 m auf. Der Abstand parallel zueinander angeordneter, benachbarter Infrarotstrahler senkrecht zur Richtung ihrer Längsachsen beträgt 1,65 m. Zur Anbauebene E weisen die Infrarotstrahler einen Abstand von 1,0 m auf.
Die Infrarotstrahler 8 in der Strahlerzone Z so angeordnet, dass sich ihre Bestrahlungsbereiche F seitlich so überlappen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene 40 Watt/m² beträgt. Die Schwankungsbreite der Bestrahlungsstärke beträgt weniger als 50%.
Zu einer geringen Schwankungsbreite trägt auch eine Mess- und Regeleinrichtung bei, bei der zur Ermittlung der Heizfilament-Temperatur ein Quotienten-Pyrometer vorgesehen ist (nicht dargestellt). Die von dem Pyrometer erfasste Heizfilament-Temperatur liegt als Eingangsgröße einer Regelung der Heizfilament-Temperatur zugrunde.
2 zeigt eine erste Ausführungsform eines Infrarotstrahlers, dem insgesamt die Bezugsziffer 200 zugeordnet ist. Der Infrarotstrahler 200 umfasst ein Heizfilament 201, das an einer Fixiereinheit 202 gehaltert ist.
Das Heizfilament 201 ist eine Glühwendel aus einer FeCrAl-Legierung, das eine elektrische Nennleistung von 24 W bei 6 V Nennspannung und eine Nenntemperatur von 950 °C aufweist. Die Glühwendel ist während des Betriebs offen der Atmosphäre ausgesetzt.
Die Fixiereinheit 202 dient der mechanischen Stabilisierung der Glühwendel; sie vereinfacht darüber hinaus die Montage des Infrarotstrahlers 200 in einer Fassung einer Halteleiste. Die Fixiereinheit 202 ist aus einer wärmbeständigen, elektrisch isolierenden Al₂O₃-Keramik gefertigt, die zur Reflexion von Infrarotstrahlung geeignet ist. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) ist vorgesehen, dass die Fixiereinheit 202 eine konische, parabolische, elliptische oder hyperbolische Form aufweist, so dass die reflektierte Infrarotstrahlung auf einen Bestrahlungsbereich gelenkt werden kann. Darüber hinaus können mit der Fixiereinheit 202 ein oder mehrere Halteelemente verbunden sein, die das Filament zusätzlich mechanisch stabilisieren.
Es hat sich bewährt, wenn in einer Bestrahlungsvorrichtung benachbarte Halteleisten, in die die Infrarotstrahler 200 eingesetzt werden, sowie benachbarte Infrarotstrahler 200 einen Abstand zueinander von jeweils 0,75 m aufweisen. Hierdurch wird auf einer Fläche von 0,75 m × 0,75 m eine homogene Bestrahlung mit Infrarotstrahlung einer theoretischen mittleren Bestrahlungsstärke von etwa 43 W/m² ermöglicht. Unter Berücksichtigung von Verlusten, beispielsweise der Absorption im Reflektor, wird bei einer solchen Anordnung eine mittlere Bestrahlungsstärke von etwa 30 W/m² erhalten.
Die Infrarotstrahler einer Halteleiste sind vorzugsweise in Reihe geschaltet. Bei einer Halteleiste mit einer Länge von 6 m, sind insgesamt 8 Heizelemente in Reihe geschaltet, so dass diese mit einer Wechselspannung von 48 V und einem Nennstrom von etwa 4 A betrieben werden können. Deine solche Anordnung hat weiterhin den Vorteil, dass im Falle eines Fehlers genau eine Leiste überprüft werden muss. Darüber hinaus umfasst die Mess- und Regeleinheit einen Betriebsstundenzähler, der auf einen bevorstehenden Austausch eines Infrarotstrahlers hinweist.
In 3 zeigt eine Ausführungsform eines Infrarotstrahlers 300, der in eine Halteleiste 7 der Bestrahlungsvorrichtung gemäß 1 eingesetzt ist. Der Infrarotstrahler 300 weist ein Heizfilament 301, eine Fixiereinheit (nicht dargestellt) und ein mit der Fixiereinheit verbundenes Stützelement 303 für das Heizfilament 301 auf.
Das Heizfilament 301 ist aus Molybdän-Disilikat gefertigt. Zur elektrischen Kontaktierung des Heizfilaments 301 ist dieses an seinen Enden mit elektrischen Anschlusselementen 304a, 304b versehen. Das Heizfilament 301 ist über eine Steckverbindung der Anschlusselemente 304a, 304b an der Halteleiste 7 befestigt. Das Heizfilament 301 weist eine Länge von 50 mm auf. Die Nominal-Leistung des Infrarotstrahlers beträgt 50 W, bei einer nominalen Spannung von 12 V.
In der Halteleiste 7 ist das Heizfilament 301 von einem Draht-Schutzgitter 305 umgeben. Das Drahtschutzgitter 305 ist aus einer Legierung gefertigt, die eine hohe Beständigkeit bei Temperaturen bis zu 550 °C aufweist, nämlich aus Edelstahl 1.4404. Die Drahtdicke des Drahtschutzgitters 305 beträgt 0,7 µm, so dass Verluste durch Strahlungsabsorption am Drahtschutzgitter 305 möglichst gering gehalten werden.
Der Abstand des Heizfilaments 301 vom Draht-Schutzgitter 305 beträgt minimal 6 mm. Aufgrund des geringen Abstandes ist bei einem Ausfall des Heizfilaments gewährleistet, dass ein Teil des Heizfilaments auf dem Gitter aufliegt. Durch den elektrischen Kontakt des Heizfilaments 301 mit dem Drahtschutzgitter 305 kann der Ausfall des Heizfilaments 301 einfach detektiert werden, beispielsweise mit einem Fehlerstromschutzschalter (nicht dargestellt).
Die 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform einer Halteleiste 400 zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung in einem Längsschnitt beziehungsweise in einer Ansicht von unten.
Die Halteleiste 400 ist aus wärmebeständigem weißem Kunststoff gefertigt. In die Halteleiste 400 sind kreisrunde, konisch zulaufende Aussparungen 404 eingelassen, in denen jeweils ein Infrarotstrahler 401 angeordnet ist. Eine konisch zulaufende Aussparung 404 wirkt als Reflektor; sie reflektiert die vom Infrarotstrahler 401 emittierte Strahlung auf die Anbauebene E. In einer alternativen Ausführungsform der Halteleiste 400 (nicht dargestellt) weist die Aussparung 404 eine parabolische, elliptische oder hyoperbolische Geometrie auf. Darüber hinaus können in der Aussparung 404 ein oder mehrere Infrarotstrahler 401 angeordnet sein.
Der Infrarotstrahler 401 weist eine Fixiereinheit (nicht dargestellt) und ein Heizfilament 405 auf, dessen Enden mit elektrischen Anschlusselementen 403a, 403b verbunden ist. Das Heizfilament 405 ist aus einer FeCrAl-Legierung gefertigt und weist eine Filament-Länge von 40 mm auf.
Die Aussparung 404 ist ferner mit elektrischen Anschlussbuchsen 402a, 402b zur Aufnahme der Anschlusselemente 403a, 403b des Heizfilaments 405 versehen; sie dienen der mechanischen Befestigung des Infrarotstrahlers 401. Der Infrarotstrahler 401 ist in der Halteleiste 400 derart versenkt angebracht, dass er die untere Oberfläche 407 der Halteleiste 400 nicht überragt. Die Aussparung 404 ist mit einem Drahtgitter 406 abgedeckt. Das Drahtgitter 406 ist mit einem ringförmigen Befestigungselement 408 an der Halteleiste 400 befestigt.
In den 6 und 7 ist eine zweite Ausführungsform einer Halteleiste 600 dargestellt. 6 zeigt die Halteleiste 600 in einer Ansicht von unten und 7 zeigt die Halteleiste in einer Seitenansicht.
Die Halteleiste 600 ist aus metallisch eingefärbtem Kunststoff gefertigt; sie weist eine Basisplatte 602 auf, an der vier Reflektorbleche 603a, 603b, 603c, 603d angebracht sind. Die Basisplatte 602 weist eine Länge L von 1.100 mm und eine Breite B von 100 mm auf. Die Reflektorbleche 603a, 603b, 603c, 603d sind gegenüber der Basisplatte 602 um einen Winkel α von 45 °C abgewinkelt. Die Länge l der Reflektorbleche 603a–d beträgt 70,7 mm. An der Basisplatte 602 der Halteleiste 600 sind drei Infrarotstrahler 601a, 601b, 601c über eine Steckverbindung befestigt. Die Infrarotstrahler 601a, 601b, 601c sind identisch ausgebildet. Sie weisen jeweils ein Heizfilament 605a, 605b, 605c auf, das die Basisfläche 602 überragt. An den Enden ist das Heizfilament 605a, 605b, 605c zur elektrischen Kontaktierung mit Anschlusselementen 606 versehen. Die Heizfilamente 605a, 605b, 605c sind aus einer FeCrAl-Legierung gefertigt und weisen jeweils eine Filament-Länge von 40 mm auf. Der Abstand a benachbarter Infrarotstrahler 601a–c beträgt 430 mm.
Die Heizfilamente 605a–d sind jeweils von einem Draht-Schutzgitter 607a, 607b, 607c umgeben, die aus einer 1.4404-Legierung gefertigt sind. Die Drahtdicke der Drahtschutzgitters 607a, 607b, 607c beträgt 0,7 µm.

Claims

Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen, aufweisend ein eine Anbauebene E definierendes Trägerelement zur Kultivierung der Pflanzen, mehrere Strahlungsquellen zur Bestrahlung der Pflanzen mit sichtbarer und/oder ultravioletter Strahlung und mehrere Infrarotstrahler zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahler offene Strahler mit einem für eine Betriebstemperatur von 900 °C bis 1.200 °C ausgelegten Heizfilament sind, das an einer Fixiereinheit aus einem elektrisch isolierenden, Infrarotstrahlung reflektierenden Werkstoff gehaltert ist, wobei mindestens eine Halteleiste zur Infrarotstrahler-Halterung vorgesehen ist, die sich in einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Strahlerzone Z derart erstreckt, dass sich Bestrahlungsbereiche benachbarter Infrarotstrahler auf der Anbauebene E derart überlappen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E zwischen 10 Watt/m² und 100 Watt/m² mit einer Schwankungsbreite von maximal 50% um ihren Mittelwert beträgt, und dass eine Mess- und Regeleinrichtung zur Ermittlung und Regelung der Heizfilament-Temperatur auf Betriebstemperatur vorgesehen ist.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene 10 Watt/m² bis 50 Watt/m² beträgt.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizfilament aus Molydän-Disilikat, einer Legierung mit dem Hauptbestandteil Molybdän-Disilikat gefertigt ist.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizfilament aus einer Legierung mit den Legierungsbestandteilen Chrom, Aluminium und Eisen gefertigt ist.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Regeleinrichtung zur Ermittlung der Heizfilament-Temperatur ein Quotienten-Pyrometer aufweist.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinheit aus einem wärmebeständigen, elektrisch isolierenden, Infrarotstrahlung reflektierenden Material, vorzugsweise aus Aluminiumoxid, gefertigt ist.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahler für eine Nennleistung im Bereich von 2,5 W bis 25 W bei einer Nennspannung im Bereich von 6 V bis 24 V ausgelegt sind.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Strahlerzone Z mehrere, äquidistant verlaufende Halteleisten angeordnet sind.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Halteleisten einen Abstand im Bereich von 0,5 m bis 1,5 m aufweisen.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteleiste aus wärmebeständigem, elektrisch isolierenden und Infrarotstrahlung reflektierenden Material gefertigt sind.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteleiste eine Aussparung für die Infrarotstrahler-Aufnahme aufweist.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung eine konische, parabolische oder hyperbolische Grundform aufweist.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung in eine Basisfläche der Halteleiste eingelassen ist, und dass der in der Aussparung angeordnete Infrarotstrahler die Basisfläche in Richtung der Anbauebene E nicht überragt.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung in der Basisfläche eine kreisförmige oder ovale Öffnung hat.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizfilament von einem Schutzgitter abgeschirmt ist.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Infrarotstrahler einen Abstand zueinander im Bereich von 0,5 m bis 1,5 m aufweisen.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahler von der Anbauebene E einen Abstand im Bereich von 1,0 m ± 0,5 m aufweisen.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteleiste eine diffus reflektierende Oberfläche aufweist.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Halteleiste Seitenflügel verbunden sind, wobei die Seitenflügel mit der Horizontalen jeweils einen Winkel α im Bereich zwischen 20° bis 50° einschließen.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankungsbreite maximal 20%, vorzugsweise maximal 10%, der mittleren Bestrahlungsstärke beträgt.