DE102004055221A1 - Modular lamps for promoting growth in biological systems operate according to the needs of a biological system ranging from the cultivation of plants up to living cultures and livestock husbandry - Google Patents

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Abstract

First (3), second (3') and third (3'') modules are each selected according the needs of a biological system (2) and then arranged on a support corresponding to requirements. The number of single lamps (1) depends on the geometrical dimensions of a biological system to be irradiated.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Leuchte und einem Verfahren zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme, insbesondere mit einer Leuchte, deren Strahlungsbereich auf die spezifischen Absorptionsspektren der zu beleuchtenden biologischen Systeme ausgewählt ist.The The present invention relates to a luminaire and a method to promote the growth of biological systems, in particular with a lamp, their radiation range on the specific absorption spectra the biological systems to be illuminated is selected.

Derartige Leuchten sind im Stand der Technik als so genannte Wachstumsleuchten (Pflanzenlicht) bekannt und werden mittels Metalldampflampen, Leuchtstoffröhren oder Glühlampen aufgebaut. Diese Leuchten weisen eine Reihe von unterschiedlichen Merkmalen auf, die vom Endverbraucher als nachteilig empfunden werden. Beispielsweise werden für biologische Systeme Absorptionsspektren benötigt, deren Maxima bei ca. 450 Nanometer (nm) und 650 nm Wellenlänge liegen. Das Maximum einer Glühlampe beginnt beispielsweise erst bei ca. 700 nm, so dass die benötigte Strahlung das biologische System überhaupt nicht erreicht. Bei Leuchtstoffröhren liegt das Strahlungsmaximum etwa bei 600 nm und das Strahlungsspektrum einer Metalldampflampe liegt bei ca. 550 nm, so dass die wesentliche Strahlung dieser genannten Wachstumsleuchten primär im Bereich nicht benötigter Strahlung liegt. Ferner wird es als nachteilig empfunden, dass derartige Leuchten einen hohen Stromverbrauch und eine relativ begrenzte Lebensdauer aufweisen. Weiter wird als nachteilig an diesen Wachstumsleuchten erachtet, dass sie im eingeschalteten Zustand eine verhältnismäßig hohe Wärmeentwicklung abstrahlen, die in unmittelbarer Nähe der Lampe zu Verbrennungen der Pflanzen führen kann. Ferner weisen die bekannten Wachstumsleuchten einen relativ großen Abstrahlungswinkel in die Umgebung auf, so dass ein Teil der Lichtmenge das biologische System nicht erreicht.such Luminaires are known in the art as so-called growth lights (Plant light) known and are using metal halide lamps, fluorescent tubes or lightbulbs built up. These lights have a number of different ones Characteristics that are perceived by the end user as disadvantageous. For example, for biological systems requires absorption spectra whose maxima at approx. 450 nanometers (nm) and 650 nm wavelength. The maximum of a light bulb begins For example, only at about 700 nm, so that the required radiation the biological system at all not reached. For fluorescent tubes the maximum radiation is at about 600 nm and the radiation spectrum a metal halide lamp is at about 550 nm, so the essential radiation of these mentioned growth lamps primarily in the area of unnecessary radiation lies. Furthermore, it is considered disadvantageous that such lights a high power consumption and a relatively limited life exhibit. Next will be detrimental to these growth lamps considers that when switched on a relatively high heat generation radiate, which burns in the immediate vicinity of the lamp Lead plants can. Furthermore, the known growth lamps have a relative huge Radiation angle in the environment, so that part of the amount of light the biological system is not reached.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effektiveLeuchtenvorrichtung und ein Verfahren zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme bereitzustellen, die einen geringen Energieverbrauch aufweisen und einfach und kostengünstig in der Herstellung sind.Therefore It is an object of the present invention to provide an effective lighting device and a promotion procedure the growth of biological systems that provide a low Have energy consumption and easy and inexpensive in of production.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Hauptansprüche gelöst.These The object is achieved with the characterizing features of the main claims.

Erfindungsgemäß ist die Leuchte zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme gekennzeichnet durch eine Anordnung von Lichtquellen mit unterschiedlichen Strahlungsspektren.According to the invention Luminaire for promotion the growth of biological systems characterized by an arrangement of light sources with different radiation spectra.

Die erfindungsgemäße Methode zur Erzeugung eines Lichtspektrums elektromagnetischer Strahlung zur Wachstumsförderung biologischer Systeme ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Lichtquellen mit unterschiedlichen Strahlungscharakteristika ausgewählt und nach einem vorbestimmten Muster auf einem Lichtquellenträger aufgebracht wird.The inventive method for generating a light spectrum of electromagnetic radiation for growth promotion biological systems is characterized in that a plurality of light sources with different radiation characteristics selected and applied to a light source carrier according to a predetermined pattern becomes.

Dabei ist es vorteilhaft, für die Lichtquellen Leuchtdioden (LED) zu verwenden, deren Wellenlängen im Spektralbereich zwischen 400 nm und 800 nm liegen.there it is beneficial for the light sources use light emitting diodes (LED) whose wavelengths are in the Spectral range between 400 nm and 800 nm.

Ferner ist es vorteilhaft, die Anordnung der Lichtquellen in einem vorbestimmten Muster vorzunehmen, das ein besonders effektives Gesamtstrahlungsspektrum ergibt.Further it is advantageous, the arrangement of the light sources in a predetermined Pattern, which is a particularly effective overall radiation spectrum results.

Dabei ist es vorteilhaft, die ausgewählten Lichtquellen auf einer herkömmlichen Europlatine als Träger anzuordnen.there It is beneficial to the selected light sources on a conventional Europlatine as carrier to arrange.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, die Lichtquellen so auszuwählen, dass die Strahlungsmaxima zwischen 300 nm und 500 nm sowie zwischen 600 nm und 700 nm liegen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Leuchte in Modulbauweise zusammengestellt wird, wobei die Bauart der Gesamtleuchte von den geometrischen Ausmaßen des biologischen Systems abhängig ist.All It is particularly advantageous to select the light sources so that the radiation maxima between 300 nm and 500 nm and between 600 nm and 700 nm. Another advantage is the fact that the lamp is assembled in modular design, the type the total luminaire of the geometric dimensions of the biological system dependent is.

Vorteilhaft ist es ferner, dass die ausgewählten Lichtquellen überwiegend in violett (420 nm), in rot (660 nm), in ultraviolett (407 nm), in luxeon-royalblue (470 nm), in luxeon-rot (625 nm) und in luxeon-weiß (5000 K) strahlen.Advantageous it is further that the selected Light sources predominantly in violet (420 nm), in red (660 nm), in ultraviolet (407 nm), in luxeon-royalblue (470 nm), luxeon-red (625 nm) and luxeon-white (5000 K) radiate.

Im nun Folgenden wird die Erfindung anhand von graphischen Darstellungen näher erläutert. Es zeigt:in the The invention will now be described with reference to graphical representations explained in more detail. It shows:

1: eine schematische Blockdarstellung erfindungsgemäßer Leuchten (1) über einem zu beleuchtenden biologischen System (2); 1 : a schematic block diagram of luminaires according to the invention ( 1 ) over a biological system to be illuminated ( 2 );

2: das Absorptionsspektrum von Chlorophyll a und Chlorophyll b als Funktion der Wellenlänge; 2 : the absorption spectrum of chlorophyll a and chlorophyll b as a function of wavelength;

3a: das Strahlungsspektrum (Balkendiagramm) einer Metalldampflampe im Vergleich mit dem Absorptionsspektrum (weiße Linie) eines biologischen Systems; 3a : the radiation spectrum (bar chart) of a metal halide lamp in comparison with the absorption spectrum (white line) of a biological system;

3b: das Strahlungsspektrum (Balkendiagramm) einer Leuchtstoffröhre im Vergleich mit dem Absorptionsspektrum (weiße Linie) eines biologischen Systems; 3b : the radiation spectrum (bar chart) of a fluorescent tube in comparison with the absorption spectrum (white line) of a biological system;

3c: das Strahlungsspektrum (Balkendiagramm) einer Glühlampe im Vergleich mit dem Absorptionsspektrum (weiße Linie) eines biologischen Systems; 3c : the radiation spectrum (bar chart) of an incandescent lamp compared with the absorption spectrum (white line) of a biological system;

4: eine schematische Draufsicht auf einen Lichtquellenträger (8); 4 : a schematic plan view of a light source carrier ( 8th );

5: das Strahlungsspektrum einer erfindungsgemäßen Leuchte (1) als Funktion der Wellenlänge. 5 : the radiation spectrum of a luminaire according to the invention ( 1 ) as a function of wavelength.

In 1 ist eine schematischer Darstellung der erfindungsgemäßen Leuchte 1 über einem biologischen System 2 gezeigt. Die Leuchte 1 wird je nach Verwendungszweck modular aufgebaut, wobei die einzelnen Module 3, 3', 3'' je nach Bedarf des biologischen Systems ausgewählt und auf dem Träger (8) entsprechend den Erfordernissen angeordnet werden. Die Anzahl der einzelnen Leuchten 1 hängt von den geometrischen Ausmaßen des zu bestrahlenden biologischen Systems 2 ab. Die Leuchten 1 sind dabei in einem herkömmlichen Gehäuse 9 angeordnet, wobei das Gehäuse 9 keinen speziellen Anforderungen genügen muss. Die biologischen Systeme reichen von Pflanzenzüchtungen bis hin zu lebenden Kulturen oder Tierzüchtungen.In 1 is a schematic representation of the lamp according to the invention 1 over a biological system 2 shown. The lamp 1 Depending on the intended use, it is modularly constructed, with the individual modules 3 . 3 ' . 3 '' selected according to the needs of the biological system and on the support ( 8th ) are arranged according to the requirements. The number of individual lights 1 depends on the geometric dimensions of the biological system to be irradiated 2 from. The lights 1 are doing in a conventional housing 9 arranged, the housing 9 does not have to meet any special requirements. The biological systems range from plant breeding to living cultures or animal breeding.

In 2 ist das Absorptionsspektrum als Funktion der Wellenlänge zweier biologischer Systeme, Chlorophyll (a) 10 und Chlorophyll (b) 11, dargestellt. Hierbei liegen die Absorptionsmaxima von Chlorophyll (a) bei ca. 430 nm und das Maximum von Chlorophyll b bei ca. 480 nm. Weitere relative Maxima der Absorptionsspektren liegen bei ca. 650 nm. Diese beiden Spektren (10, 11) sind zwei ausgewählte Absorptionsspektren, die zeigen, dass die Intensität der benötigten Strahlung für verschiedene biologische Systeme bei ganz unterschiedlichen Wellenlängen liegen. Die im Stand der Technik verwendeten Wachstumsleuchten sind in den 3a bis 3c dargestellt. In 3a ist zu erkennen, dass für eine Metalldampflampe, deren Strahlungsmaxima einerseits bei ca. 400 Nanometer und 530 Nanometer liegen, für das benötigte Absorptionsspektrum eines biologischen Systems (weiße Linie) bei weitem nicht ausreicht, um die benötigte Strahlungsintensität zur Wachstumsförderung des biologischen Systems zu erreichen. Ähnlich ist es im Falle einer Leuchtstoffröhre (3b), deren Strahlungsspektrum zwar breiter ist, aber die Maxima nicht mit der weißen Absorptionslinie des zu bestrahlenden biologischen Systems übereinstimmen. Das Gleiche gilt für eine Glühlampe, deren Strahlungsspektrum völlig unzureichend für ein biologisches System ist, da ihr Strahlungsmaximum außerhalb des Absorptionsspektrums des biologischen Systems 2 liegt.In 2 is the absorption spectrum as a function of the wavelength of two biological systems, chlorophyll (a) 10 and chlorophyll (b) 11 represented. Here, the absorption maxima of chlorophyll (a) at about 430 nm and the maximum of chlorophyll b at about 480 nm. Further relative maxima of the absorption spectra are approximately 650 nm. These two spectra ( 10 . 11 ) are two selected absorption spectra, which show that the intensity of the required radiation for different biological systems at very different wavelengths. The growth lamps used in the prior art are in the 3a to 3c shown. In 3a It can be seen that for a metal halide lamp whose radiation maxima are on the one hand about 400 nanometers and 530 nanometers, for the required absorption spectrum of a biological system (white line) is far from sufficient to achieve the required radiation intensity for growth promotion of the biological system. Similarly in the case of a fluorescent tube ( 3b ), whose radiation spectrum is wider, but the maxima do not match the white absorption line of the biological system to be irradiated. The same applies to an incandescent lamp whose radiation spectrum is completely inadequate for a biological system, since its radiation maximum is outside the absorption spectrum of the biological system 2 lies.

In 4 ist eine schematische Draufsicht auf einen Lichtquellenträger 8 gezeigt. Der Lichtquellenträger 8 kann eine genormte Europlatine sein; um die Kosten für das Layout einer jeweils neuen Platine zu sparen. Auf diesem Träger 8 sind die ausgewählten Leuchtdioden in Gruppen zusammengestellt, wobei die Strahlungsmaxima der ausgewählten Gruppen bei unterschiedlichen Wellenlängen liegen. Die Mehrzahl der Leuchtdioden 4, 5, 6 liegt im violetten, roten und ultravioletten Spektralbereich und die Leuchtdioden 6 in der Mitte des Trägers durch mehrere Kreise dargestellt, sind in der Anzahl weit geringer und umfassen die LED's für luxeon-royalblue, luxeon-rot und luxeon-weiß. An den Stirnseiten der Platine ist jeweils eine Klemmleiste 12, 12' angeordnet, durch zwei Klemmensymbole angedeutet, angeordnet, die zur Stromversorgung der Platine und Verschaltung mit anderen Modulen dient. An geeigneter Stelle sind spezielle Sicherungen 13 für die Luxeon-Lichtquellen 6 vorgesehen. Ein derartiges Leuchtenmodul weist eine elektrische Leistung von ca. 19 Watt auf, was nur einen Bruchteil der elektrischen Leistung der oben erwähnten Wachstumsleuchten entspricht. Dementsprechend ist auch die Wärmeentwicklung einer derartigen Leuchte 1 verhältnismäßig gering. Somit wird infolge der spezifischen Auswahl der Lichtquellen für spezifische biologische Systeme 2 ein spezifisches gleichmäßiges Wachstumslichtspektrum ohne überflüssige Leistung erzeugt. Die Leistung wird von einem entsprechend kleinen Netzteil bereitgestellt, das im Leuchtengehäuse 9 untergebracht ist.In 4 is a schematic plan view of a light source carrier 8th shown. The light source carrier 8th may be a standardized Europlatine; to save the costs for the layout of each new board. On this carrier 8th the selected light emitting diodes are arranged in groups, with the radiation maxima of the selected groups being at different wavelengths. The majority of light emitting diodes 4 . 5 . 6 lies in the violet, red and ultraviolet spectral range and the light emitting diodes 6 in the middle of the carrier represented by several circles, are in the number far smaller and include the LEDs for luxeon-royalblue, luxeon-red and luxeon-white. At the front sides of the board is in each case a terminal block 12 . 12 ' arranged, indicated by two terminal symbols, arranged, which serves to power the board and interconnection with other modules. In a suitable place are special fuses 13 for the Luxeon light sources 6 intended. Such a lighting module has an electrical power of about 19 watts, which corresponds to only a fraction of the electrical power of the above mentioned growth lamps. Accordingly, the heat development of such a lamp 1 relatively low. Thus, due to the specific choice of light sources for specific biological systems 2 produces a specific uniform growth light spectrum without unnecessary power. The power is provided by a correspondingly small power supply in the luminaire housing 9 is housed.

In 5 wird beispielhaft das Strahlungsspektrum einer erfindungsgemäßen LED-Leuchte als Funktion der Wellenlänge in nm gezeigt. Das absolute Maximum liegt bei 410 nm, während die relativen Maxima bei 450 nm und bei 660 nm liegen.In 5 For example, the radiation spectrum of an LED luminaire according to the invention is shown as a function of the wavelength in nm. The absolute maximum is 410 nm, while the relative maxima are 450 nm and 660 nm.

Claims (15)

Leuchte (1) zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme (2), gekennzeichnet durch eine Anordnung von Lichtquellen (4, 5, 6) mit unterschiedlichen Strahlungsspektren.Lamp ( 1 ) to promote the growth of biological systems ( 2 ), characterized by an arrangement of light sources ( 4 . 5 . 6 ) with different radiation spectra. Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (4, 5, 6) Leuchtdioden (LED) sind.Luminaire according to claim 1, characterized in that the light sources ( 4 . 5 . 6 ) Light emitting diodes (LED) are. Leuchte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlängen der Leuchtquellen (4, 5, 6) im Spektralbereich zwischen 350 nm und 800 nm liegen.Luminaire according to claim 1 and 2, characterized in that the wavelengths of the light sources ( 4 . 5 . 6 ) in the spectral range between 350 nm and 800 nm. Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Lichtquellen (4, 5, 6) in einem vorbestimmten Muster erfolgt, das von der Art der verwendeten Lichtquellen (4, 5, 6) abhängt.Luminaire according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement of the light sources ( 4 . 5 . 6 ) takes place in a predetermined pattern that depends on the type of light sources used ( 4 . 5 . 6 ) depends. Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (LED's) auf einer herkömmlichen Europlatine (8) angeordnet sind.Luminaire according to one of the preceding Claims, characterized in that the light sources (LED's) on a conventional Europlatine ( 8th ) are arranged. Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsmaxima der Lichtquellen (4, 5, 6) zwischen 300 nm und 500 nm sowie zwischen 600 nm und 700 nm liegen.Luminaire according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation maxima of the light sources ( 4 . 5 . 6 ) are between 300 nm and 500 nm and between 600 nm and 700 nm. Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchte (1) in Modulbauweise zusammengestellt ist.Luminaire according to one of the preceding claims, characterized in that the luminaire ( 1 ) is assembled in modular construction. Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsmaxima der Leuchte zwischen 350 nm und 500 nm und 600 nm und 750 nm liegen.Luminaire according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the radiation maxima of the luminaire between 350 nm and 500 nm and 600 nm and 750 nm. Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Module (3, 3', 3'') in einem Gehäuse (9) angeordnet sind.Luminaire according to one of the preceding claims, characterized in that the individual modules ( 3 . 3 ' . 3 '' ) in a housing ( 9 ) are arranged. Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der unterschiedlichen Leuchtquellen (4, 5, 6) abhängig ist von dem zu bestrahlenden Absorptionsspektrums des biologischen Systems (2).Luminaire according to one of the preceding claims, characterized in that the number of different light sources ( 4 . 5 . 6 ) depends on the absorption spectrum of the biological system to be irradiated ( 2 ). Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Lichtquellen überwiegend die Farben violett (420 nm), rot (660 nm), ultraviolett (407 nm), luxeonroyalblue (470 nm), luxeon-rot (625 nm) und luxeon-weiß (5000 K) aufweisen.Luminaire according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the selected Light sources predominantly the colors violet (420 nm), red (660 nm), ultraviolet (407 nm), luxeonroyalblue (470 nm), luxeon-red (625 nm) and luxeon-white (5000 K). Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchte überwiegend Lichtquellen im violetten, roten und ultravioletten Bereich aufweisen und eine geringe Anzahl von Leuchtquellen in luxeon-royalblue, luxeon-rot und luxeon-weiß strahlen.Luminaire according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the lamp predominantly light sources in have violet, red and ultraviolet range and a low Number of light sources in luxeon-royalblue, luxeon-red and luxeon-white. Verfahren zur Erzeugung eines Spektrums elektromagnetischer Strahlung zur Beleuchtung biologischer Systeme (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (4, 5, 6) mit unterschiedlichen Strahlungscharakteristika ausgewählt und nach einem vorbestimmten Schema auf einem Lichtquellenträger (8) aufgebracht werden.Method for generating a spectrum of electromagnetic radiation for illuminating biological systems ( 2 ), characterized in that the light sources ( 4 . 5 . 6 ) are selected with different radiation characteristics and according to a predetermined scheme on a light source carrier ( 8th ) are applied. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die Auswahl der Lichtquellen (4, 5, 6) so vorgenommen wird, dass der Strahlungsbereich zwischen 350 nm und 800 nm liegt.Method according to claim 13, characterized by the selection of the light sources ( 4 . 5 . 6 ) is made so that the radiation range is between 350 nm and 800 nm. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die Auswahl der Lichtquellen (4, 5, 6) so vorgenommen wird, dass deren Strahlungsmaxima zwischen 350 nm und 500 nm und 600 nm und 750 nm liegen.Method according to claim 13, characterized by the selection of the light sources ( 4 . 5 . 6 ) is made so that their maximum radiation is between 350 nm and 500 nm and 600 nm and 750 nm.
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