Freitag, 6. April 2018

Sensoren, Microprozessor, Aktoren

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Microprozessoren sind heute allgegenwärtig. Sie benötigen Sensoren und Aktoren, um komplexe Funktionen ausführen zu können, etwa eine differenzierte Terrariensteuerung. Die dafür erforderlichen Sensoren für Luftfeuchte und Temperatur sind einfach zu realisieren. Das Problem sind die Aktoren. Ich habe begonnen, Aktoren als Prototypen zu bauen. Der hier beschriebene Prototyp eines UV-Lichtkastens mit geregelter Ventilation ist - wie bei Prototypen wohl unvermeidlich - kompliziert und sperrig geraten. Das muss man in Kauf nehmen. Aber er erfüllt seine Aufgabe perfekt (Abb. 1).

Abb. 1

















Das zentrale Element ist eine 9 W Entkeimungslampe. Sie erzeugt UV Licht im gesamten Spektrum. UV-A und UV-B gelangen durch ein dünnes Borofloatfenster ins Terrarium. UV-C wird resorbiert und von den Sichtblenden absorbiert. Durch die UV-C Strahlung im Lüfterkanal wird die Luft weitgehend  entkeimt. Damit wird ein altes Problem in der Terraristik, insbesondere bei Feuchtterrarien, gelöst: die hohe Keimbelastung.

Unmittelbar auffällig war der Rückgang von verpilzten Gelegen in Terrarien mit dieser Technik. Schwer nachzuweisen ist die mittelbare Wirkung durch die Entlastung des Immunsystems der Frösche und die Auswirkung auf Resistenz und Vitalität. Die Keimbelastung in herkömmlichen Terrarien mit Kaminlüftung - Lufteinlass unter der Frontscheibe, Luftauslass im Dach - ist ein Vielfaches von derjenigen im Biotop und  immer noch ein Mehrfaches von derjenigen der Umgebungsluft. Getestet wurde das mittels  Petrischalen mit sterilem Standardnährboden. Die erste Schale wurde für 3 Stunden offen in der Umgebungsluft aufgestellt, die zweite in ein eingefahrenes Feuchtterrarium und die dritte in einem Terrarium, in welchem die Entkeimung drei Wochen in Betrieb war. Danach wurden die Petrischalen für 72 h bei 37 ° inkubiert (Abb. 2).

Abb. 2

   
Im Lüfterkanal befinden sind ausser der UV Lampe und zwei Sichtblenden, die  das UV-C begrenzen, ein Feuchte- und ein Temperatursensor unter einer Schutzhaube, weiter drei Ventilatoren. Zwei Flachventilatoren werden im unteren Drehbereich betrieben und sind dadurch praktisch geräuschlos. Sie werden durch einen Zufallsgenerator angesteuert und erzeugen so eine zugfreie Luftumwälzung. Der dritte dient dem Luftaustausch nach aussen. Er wird gezielt zur Regelung der Luftfeuchte und der Temperatur betrieben. Aus dem Feuchte- und dem Temperaturwert wird der Taupunkt ermittelt und durch Steuerung der Lüftung ein Beschlagen der Scheiben verhindert.

Nach dem Beregnen sollte eine rasche Abtrocknung der Blätter einen Algenbelag und ein Abfaulen neuer Triebe und Blütenansätze (besonders bei Orchideen) vermeiden. Das ist unter natürlichen Bedingungen gegeben. Die solare Einstrahlung beträgt in tropischen Breiten 1,3 kW/m2. Dadurch kommt es bereits unmittelbar nach einem mittäglichen Regenguss zu einer starken IR-Einstrahlung, selbst wenn es noch diesig verhangen ist und die Sonne noch nicht durchdringt. Im Terrarium lässt sich dieser Vorgang bisher nur durch eine starke Ventilation mit Luftaustausch simulieren. Dabei sinken Temperatur und Luftfeuchte, ein unerwünschter Effekt. Durch eine nur temporär zugeschaltete Wärmequelle (die eingestrahlte Wärme wird durch Verdunstungskälte neutralisiert) und eine Steuerung der Luftfeuchte mit Hilfe der Ventilatoren wird vermieden, dass der Taupunkt überschritten wird. Dann könnte keine Verdunstung mehr stattfinden und ein unmittelbarer Temperaturanstieg wäre die Folge. Durch die Prozessorsteuerung der Wärmequelle und der Ventilatoren bleiben Temperatur und Luftfeuchte erhalten. Die im Terrarium fehlende Albedo wird ersetzt. Während der forcierten Abtrocknung entstehen durch die Ablösung des Wasserfilms von den Blattoberflächen negative Ionen in grosser Zahl die einen „arousal effect“ haben. Ich habe immer wieder diesen erstaunlichen, vitalisierenden Effekt nach tropischen Regengüssen erlebt, bis ich die Ursache verstand – negative Luftionen.

Die Prozessorsteuerung macht es überdies möglich, die Parameter Temperatur, Feuchte und Luftbewegung täglich zu variieren und so den stimulierenden Effekt des „Wetters“ im Terrarium zu erhalten. Ausserdem wird es möglich, die Tageslängenvariation einzubeziehen. Dieser Effekt ist lange bekannt, wird aber wegen des Aufwandes bisher im Terrarium nicht berücksichtigt. Dabei ist es eine jährlich sich wiederholende Erfahrung, dass die Tiere „das Frühjahr“ spüren, selbst wenn das länger werdende Tageslicht nur einen geringen Anteil an der Gesamthelligkeit im Terrarium ausmacht. In der kommerziellen Hühnerhaltung ist eine Verlängerung der Tageslänge über den 21.6. hinaus zur Erhaltung der Legebereitschaft üblich. Die Variation um 1 min pro Tag reicht aus, um das endokrine System  zu stimulieren. Dazu gibt es viele weitere Beispiele in der Chronobiologie. Oft sind zwei Faktoren involviert, Tageslänge und Temperatur oder beginnende Regenperiode z.B.. Wenn eine Synchronisation der Geschlechter nicht sicher gelingt, sind die Gelege oft nicht befruchtet. Der geringe Mehraufwand könnte eine optimale Haltung sichern 
(Abb. 3).


Abb. 3: Tageslängen gegen geographische Breite (oben) und gegen Jahreszeiten, nördliche Halbkugel (unten). Nach www.kamelien.de/zitate/periode.htm.


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