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Die
Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur mobilen Ertragserfassung
für geerntete Getreidekörner in einem Mähdrescher,
wobei unter Getreide auch Raps und andere Körnerfrüchte
verstanden werden sollen. Dabei kann mit der Erfindung sowohl das
geerntete Getreidekörnervolumen, wie auch die Gesamtmasse
der geernteten Getreidekörner bestimmt werden.
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Der
Begriff „Precision Farming” hat sich in der Agrartechnik
seit einigen Jahren durchgesetzt, da geeignete Ertragsmesssysteme
an den unterschiedlichsten Erntemaschinen und auch an Mähdreschern
bereits eingesetzt werden.
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Insbesondere
bei der Ertragsbestimmung von geernteten Getreidekörnern
wird bisher das jeweilige Volumen bestimmt. Hierfür wird
beispielsweise über die erfasste Drehzahl eines Zellenrades
mit bekannter Zellengröße oder über die
Bestimmung der Höhe von Getreidekörnerhäufchen
auf Elevatorpaddeln, die die Getreidekörner zum Korntank
fördern, die Bestimmung durchgeführt. Da aber
die jeweilige Dichte der Getreidekörner, deren Feuchtigkeitsgehalt,
die Form der einzelnen Getreidekörner sowie eine mögliche
Neigung eines Mähdreschers während der Erntearbeiten
sich ständig ändernde Parameter darstellen, sind
die so ermittelten Ertragskennwerte stark fehlerbehaftet. Um diesen
Fehlern entgegenzuwirken, werden häufig Kalibrierungen durchgeführt,
die einen erheblichen Zeitaufwand erfordern und zu Ausfallzeiten
führen. Insbesondere wegen der sich häufig und
stark verändernden Parameter Feuchtigkeitsgehalt und Dichte
der geernteten Getreidekörner ist es eigentlich erforderlich,
die Kalibrierung ständig durchzuführen, was aber
nicht praktikabel ist. Mit den bekannten Kalibriermöglichkeiten lassen
sich auch nicht sämtliche Einflussgrößen
eliminieren bzw. berücksichtigen. Eine Ausführungsform,
bei der eine Volumenbestimmung mit einem Zellenrad erfolgen soll,
ist aus
US 6,584,424
B2 bekannt. Dabei sind aber die Elemente zur Bestimmung der
Masse und des Volumens von geerntetem Getreide voneinander getrennt.
Für eine Kalibrierung eines Messbehälters zur
Massebestimmung erfolgt mit einem gesonderten Vergleichsbehälter
oder einer Kalibriermasse, so dass ggf. auftretende Veränderungen der
Eigenmasse des eigentlichen Messbehälters zu Fehlern führen
können. Auftretende Störgrößen
wirken dabei nicht gleich auf den Mess- und den Vergleichbehälter
oder Kalibriermasse, so dass dadurch Messfehler auftreten können,
die nicht kompensiert werden können.
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Wie
schon erwähnt, soll dass Volumen mit einem Zellenrad bestimmt
werden. Dabei ist die Rotationsachse horizontal ausgerichtet und
die einzelnen Zellenwände der Zellen rotieren um diese
Achse. Hierbei ist es aber auch bei anderen Anwendungen bekannt,
dass es zu Verklemmungen kommt, die zu Ausfällen führen
und Wartungsarbeiten erforderlich machen. Es treten auch prinzipbedingt
Messfehler auf, da jede einzelne Zelle nicht immer vollständig befüllbar
ist. Bei ölhaltigen Körnerfrüchten, wie
z. B. Raps, kann Öl und bei anderen Körnerfrüchten Feuchtigkeit
am Zellenrad austreten, was ebenfalls Wartung bzw. eine Reinigung
erforderlich macht. Es besteht auch die Gefahr, dass sich Erde ablagert, was
durch Öl oder Feuchtigkeit noch unterstützt auftreten
kann. Werden diese Ablagerungen nicht erkannt und beseitigt, treten
Messfehler auf.
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Eine
andere Art und Weise der Ertragsbestimmung beruht dabei auf der
Messung von Kräften. Hierbei werden die Kräfte
an einer Prallplatte erfasst, die auftreten, wenn Getreidekörner
gegen diese Prallplatte geschleudert werden. Untersuchungen hierzu
haben aber ergeben, dass auch diese Vorgehensweise stark vom jeweiligen
Erntegut, also den unterschiedlichst geernteten Getreidekörnern
und anderen Umgebungsparametern, wie z. B. Temperatur und Luftdruck,
stark beeinflusst werden. Die erhaltenen Messergebnisse sind daher
ebenfalls erheblich fehlerbehaftet und können keine ausreichend eindeutigen
Aussagen über den tatsächlich erwirtschafteten
Ernteertrag liefern.
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Dabei
sollte auch beachtet werden, dass es von den Landwirten gewünscht
ist, den jeweils geernteten Ertrag auf die jeweilige Ackerfläche
beziehen zu können, um beispielsweise durch nachfolgend durchzuführende
lokal gezielte Düngung den Ertrag bei nachfolgenden Ernten
positiv beeinflussen zu können und Überdüngungen
zu vermeiden.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, die erreichbare Genauigkeit bei
der Bestimmung von Erträgen geernteter Getreidekörner
zu erhöhen und dabei den hierfür erforderlichen
Aufwand in Grenzen zu halten.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe mit einem System, das die Merkmale des Anspruchs 1
aufweist, gelöst. Es kann mit einem Verfahren gemäß Anspruch
6 gearbeitet werden. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen
der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen
bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
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Bei
der Erfindung werden eine Einrichtung zur Bestimmung des Volumens
geernteter Getreidekörner und eine Einrichtung zur Bestimmung
der Masse geernteter Getreidekörner an einem Mähdrescher
eingesetzt. Dabei erfolgt eine Bestimmung des gesamten Volumens
an geernteten Getreidekörnern, wohingegen lediglich die
Masse eines relativ geringen Teils der geernteten Getreidekörner
bestimmt wird. Um dies zu erreichen, wird eine zyklische Volumenbestimmung
der geernteten Getreidekörner mit bekannten Teilvolumina
durchgeführt. Aus diesen jeweiligen Teilvolumina werden
dann ebenfalls jedoch häufig in größeren
Abständen Teilvolumen abgezweigt und dann eine Massebestimmung
an den abgezweigten Teilvolumen durchgeführt.
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Für
die zyklische Bestimmung des Volumens geernteter Getreidekörner
mit zyklisch erhaltenen Teilvolumina ist an der Einrichtung zur
Bestimmung des Volumens ein Drehantrieb für mindestens
zwei vertikal oben offene und voneinander getrennte Behältnisse
vorhanden. Die jeweiligen Innenvolumen der Behältnisse
sind dabei bekannt.
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Eine
solche Vorrichtung kann beispielsweise an einem Mähdrescher
im Bereich eines Elevatorkopfes angeordnet sein. Die geernteten
Getreidekörner können dann von oben in die offenen
Behältnisse eingefüllt werden. Dabei soll die
Befüllung so erfolgen, dass die Behältnisse randvoll
gefüllt sind. Gleichzeitig mit bzw. nach einer Befüllung
werden die Behältnisse dann um die Vertikalachse gedreht
und zumindest eines der Behältnisse entsprechend positioniert,
dass darin enthaltene Getreidekörner nach Öffnung
einer verschließbaren Öffnung als bekanntes Teilvolumen
in einen Behälter der Einrichtung zur Bestimmung der Masse
gelangen kann. Ist der Behälter mit dem Teilvolumen der
Getreidekörner gefüllt worden, kann die Masse
des befüllten Behälters bestimmt werden. Da die
Eigenmasse des Behälters bekannt ist, lässt sich
die Masse der dabei gemessenen Getreidekörner ohne weiteres
und sehr genau berechnen.
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Bei
der Erfindung besteht die Möglichkeit, das für
die Massebestimmung genutzte Teilvolumen relativ klein zu halten,
wodurch die für die Bestimmung der Masse erforderliche
Zeit erheblich verlängert werden kann, was sich durch mögliche
Mehrfachmessungen und ggf. auch dabei durchzuführende Korrektur
die Messgenauigkeit bei der Massebestimmung deutlich erhöhen
lässt.
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Dabei
können dann bevorzugt kleinere Behältnisse vorgesehen
werden, aus denen dann bekannte Teilvolumen für die Massebestimmung
abgezweigt werden können, als dies bei einem oder mehreren
Behältnis(sen), die auch und ausschließlich für die
Volumenbestimmung eingesetzt werden. Bei einer Mehrzahl solcher
Behältnisse, die dann ähnlich wie bei einem Karussell
angeordnet sein können, besteht aber auch die Möglichkeit,
die jeweilige Anzahl an Behältnissen mit verschließbarer Öffnung
kleiner zu halten, so dass auch dadurch der Anteil an Getreidekörnern,
bei denen auch eine Massebestimmung durchgeführt wird,
deutlich reduziert werden kann. Dieser Anteil sollte bei maximal
33% des Gesamtvolumens geernteter Getreidekörner liegen.
Bevorzugt sind aber noch deutlich kleinere Anteile.
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Neben
diesen erwähnten Möglichkeiten besteht aber auch
die Möglichkeit, eine Abzweigung eines Teilvolumens nicht
bei jeder Umdrehung der Behältnisse um die Rotationsachse
vorzusehen, sondern dies im Abstand nach mindestens einer Umdrehung,
bei der keine Abzweigung vorgenommen worden ist, durchzuführen.
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Die
vertikal oben offenen Behältnisse sollten mit ihrer Längsachse
möglichst vertikal ausgerichtet, angeordnet sein. Es können
zylindrische, leicht konische oder auch ähnlich wie Tortenstücke
geformte Behältnisgeometrien für Behältnisse
eingesetzt werden.
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Um
zu gewährleisten, dass die Behältnisse bei der
Volumenbestimmung der geernteten Getreidekörner gleichmäßig,
also bevorzugt randvoll, gefüllt sind, kann mindestens
ein Füllstandssensor, beispielsweise ein Ultraschallabstandssensor
oder auch eine optische Lichtschrankenanordnung vorhanden sein,
der auf dem jeweiligen Aufbau mit den drehbaren Behältnissen
aufgesetzt sein kann und sich dann an einem Kasten, der als Pufferbehälter
für vorab geerntete Getreidekörner dienen kann,
angeordnet sein. Aus einem solchen Pufferbehälter können
dann die Getreidekörner, bevorzugt gravitationskraftbedingt,
in die offenen Behältnisse gelangen, wobei dies bei gleichzeitiger
Drehung der Behältnisse in einem bestimmten vorgegebenen
Winkelteilbereich der Kreisbahn, um die sich die Behältnis se
drehen, erfolgen sollte. Allein oder zusätzlich kann hierfür auch
ein Abstreicher vorhanden sein, der dann bündig mit den
Oberkanten der Behältnisse abschließen sollte,
um zu gewährleisten, dass eine gleichmäßige Befüllung
der Behältnisse bei der Volumenbestimmung erreicht ist.
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Bei
der Volumenbestimmung sollte die jeweilige Umdrehungsdrehzahl bestimmt
werden, um mit deren Hilfe aus den ermittelten Teilvolumina das
Gesamtvolumen an geernteten Getreidekörnern bestimmen zu
können.
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Bei
der bereits angesprochenen Einrichtung zur Bestimmung der Masse
geernteter Getreidekörner besteht, wegen der lediglich
zyklisch und in Abständen durchgeführten Massebestimmung
von abgezweigten Teilvolumen von Getreidekörnern auch die
Möglichkeit, in mehr oder weniger großen Zeitabständen
die Eigenmasse des für die Masse eingesetzten Behälters,
also ohne darin enthaltene Getreidekörner, zu bestimmen.
Werden bei dieser Eigenmassebestimmung Abweichungen von einer vorgegebenen
Größe erkannt, kann ein Warnsignal generiert werden,
das einen Bediener auf einen Fehler hinweist, so dass von ihm eine
Reinigung des Behälters oder eine Entfernung von darin
enthaltenen Verunreinigungen veranlasst werden kann.
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Bei
einer Einrichtung zur Bestimmung der Masse der geernteten Getreidekörner,
die eine gravitationskraftbedingte Förderung der Getreidekörner
in dem Korntank nicht möglich macht, besteht die Möglichkeit,
mit einer zusätzlichen Fördereinrichtung, z. B.
einem Schneckenförderer, dieses Teilvolumen von Getreidekörnern
wieder zum Elevator zu fördern, was dazu führt,
dass dieses Teilvolumen erneut einer Volumenbestimmung unterzogen
wird. Da aber das Volumen bekannt ist, lässt sich der daraus
resultierende Fehler leicht herausrechnen. Mit einer zusätzlichen
Fördereinrichtung kann dieses Getreide aber auch in den
Körnertank gefördert werden.
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Wie
bereits angesprochen, kann während der für die
Bestimmung der Masse zur Verfügung stehenden größeren
Zeit auch eine Mehrzahl an Einzelmessungen, bei denen die in einem
Behälter aufgenommene Menge an Getreidekörner,
als bekanntes Teilvolumen enthalten ist oder die Bestimmung der Eigenmasse
eines leeren Behälters, mehrfach durchgeführt
werden, so dass durch geeignete mathematische Berechnung im einfachsten
Fall eine Mittelwertbildung, ggf. aber auch eine Filterung von Messsignalen,
mit der krasse Messfehler eliminiert werden können, durchführbar
ist. Solche krassen Messfehler können beispielsweise durch
starke Erschütterung oder auch eine Neigung des jeweiligen
Mähdreschers bei der Ernte hervorgerufen werden. Unter Berücksichtigung
dieses Aspektes kann aber auch mindestens ein Beschleunigungssensor
vorhanden sein, mit dem erhöhte Störbeschleunigungen
am Mähdrescher erfasst und bei der Massebestimmung berücksichtigt
werden können. Neigungseinflüsse bei der Ernte
in Hanglagen können mit mindestens einem vorhandenen Neigungssensor
kompensiert werden. Bei auftretenden Störeinflüssen
können diese bei der Bestimmung durch geeignete Berechnung berücksichtigt
und insbesondere bei sehr großen Störwerten kann
auch ein dabei erfasster Messwert verworfen und für die
Bestimmung nicht berücksichtigt werden.
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Vorteilhaft
ist es außerdem, einen Mähdrescher gemeinsam mit
der Erfindung und einem an sich bekannten Positionsbestimmungssystem,
die in der Regel GPS-basiert sind, einzusetzen, so dass der jeweilige
Ern teertrag kleinparzellig auf einem Acker zuordenbar ist.
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Aus
den bestimmten einzelnen Massen der abgezweigten Teilvolumen und
in Kenntnis des Gesamtvolumens der geernteten Getreidekörner
kann in einfacher Form und deutlich weniger fehlerbehaftet als dies
beim Stand der Technik der Fall ist, die Gesamtmasse der geernteten
Getreidekörner berechnet werden. Es können also
klare Aussagen für den Ernteertrag in t/Flächeneinheit
erhalten werden.
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Für
die Verringerung von Messfehlern wirkt es sich auch vorteilhaft
aus, wenn Behältnisse und/oder Behälter mit Antihaftwirkung
aufweisende Beschichtungen versehen sind. Behälter, die
für die Bestimmung der Masse vorgesehen sind, können
im Bodenbereich auch Durchbrechungen aufweisen, durch die ggf. Wasser
abfließen kann. Selbstverständlich sollten solche
Durchbrechungen entsprechend dimensioniert sein, so dass keine Getreidekörner
hindurch fallen oder auch darin steckenbleiben können.
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Nachfolgend
soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert
werden.
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Dabei
zeigen:
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1 in
schematischer Form ein Beispiel für den Aufbau eines erfindungsgemäßen
Systems;
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2 ein
zweites Beispiel, ebenfalls in schematischer Form und
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3 eine
schematische Ansicht von oben mit Behältnissen zur Volumenbestimmung
und einem Behälter zur Bestimmung der Masse.
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In
den 1 und 2 sind in schematischer Form
mögliche Ausbildungen eines erfindungsgemäßen
Systems gezeigt. Die geernteten Getreidekörner gelangen
mittels eines Elevators 4 in an sich bekannter Form zu
einer Einrichtung 1, mit der das Volumen der gesamten geernteten
Getreidekörner bestimmt werden kann. An der Einrichtung 1 sind
Behältnisse 1.1–1.N vorhanden,
die oben offen sind, so dass die Getreidekörner eingefüllt
werden können. Sie können um die vertikal ausgerichtete
Rotationsachse A gedreht werden. In den 1 und 2 ist
gezeigt, wie das jeweils links außen dargestellte Behältnis 1.1 vollständig
befüllt werden kann. Dies wird mit einem Füllstandssensor 3 überwacht. Nach
dem das Behältnis 1.1 vollständig befüllt
ist, wird die Einrichtung gedreht, so dass ein nachfolgendes Behältnis 1.2 befüllt
werden kann.
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Mindestens
ein Behältnis 1.X ist dabei so ausgebildet, dass
das enthaltene Getreide in einen Behälter 2.1 der
Einrichtung 2 zur Bestimmung der Masse gelangt. Dies können
alle Getreidekörner aus diesem Behältnis 1.X oder
ein bestimmter und bekannter Volumenanteil aus diesem Behältnis 1.X sein.
Für die Massebestimmung können an der Einrichtung 2 geeignete
Sensoren, wie z. B. Dehnungsmessstreifen oder andere Kraftsensoren
vorhanden sein.
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Da
nicht das Gesamtvolumen der geernteten Getreidekörner auch
gewogen werden soll, sondern nur ein bekanntes Teilvolumen, steht
für die Massebestimmung mehr Zeit zur Verfügung,
wie im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits erläutert.
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An
einem Behältnis 1.X kann am Boden eine schräg
geneigte Fläche 5 vorhanden sein, wie in 2 gezeigt.
Dieses Behältnis 1.X kann dann radial außen
eine Öffnung aufweisen, durch die die Getreidekörner
in den Behälter 2.1 gelangen können.
Diese Öffnung kann mit einer Klappe versehen, die zur Entleerung
des Behältnisses 1.X in den Behälter 2.1 geöffnet
werden kann, wenn die Behältnisse 1.1–1.N so gedreht
worden sind, dass das Behältnis 1.X mit der Öffnung
in Bezug zu dem Behälter 2.1 positioniert ist und
dann das Behältnis 1.X in den Behälter 2.1 entleert
werden kann. Der gefüllte Behälter 2.1 kann dann
gewogen und die Masse des enthaltenen Getreides bestimmt werden.
Werden die Behältnisse 1.1–1.N weiter
gedreht, kann die Klappe 5 wieder geschlossen werden.
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Die
geneigte Fläche 5 kann, wie dargestellt eben oder
auch in gekrümmter Form ausgebildet sein. Dabei kann mit
dem Neigungswinkel und der Oberflächenkontur das Abfließen
der Getreidekörner in den Behälter 2.1 optimiert
werden.
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3 zeigt
schematisch von oben eine Möglichkeit zur Ausbildung von
Behältnissen 1.1–1.N einer Einrichtung 1 zur
Volumenbestimmung. Hier sind die Behältnisse 1.1–1.N alle
gleich groß gewählt, so dass sie gleich große
Innenvolumen aufweisen. Rechts ist in der Darstellung ein Behälter 2.1 dargestellt,
der einen bestimmten Winkelbereich der drehbaren Behältnisse 1.1–1.N abdeckt.
Wird also ein mit einer verschließbaren Öffnung
versehenes Behältnis 1.X so positioniert, dass
es in Bezug zu dem Behälter 2.1 ausgerichtet ist,
kann es geöffnet und das enthaltene Getreide in den Behälter 2.1 entleert
und darin gewogen werden kann.
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In
den Figuren ist nicht dargestellt, dass alle oder einige der Behältnisse 1.1–1.N einen
verschließbaren Boden, z. B. in Form einer Klappe aufweisen
können, die bei der Drehung in bestimmten Positionen geöffnet
werden kann, so dass die enthaltenen Getreidekörner gravitationskraftbedingt
daraus entfernt und dem Körnertank zugeführt werden
können. Während der Befüllphase ist die
eine Klappe oder es sind die Klappen geschlossen.
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Das
Entleeren der Behältnisse 1.1–1.N nach der
Volumenbestimmung kann aber auch mit Hilfe einer geschlossenen mit
mindestens einer Austrittsöffnung versehenen Bodenplatte
erreicht werden, über die die dann bodenlosen Behältnisse 1.1–1.N gedreht
werden. So verschließt die Bodenplatte beim Befüllen
die Behältnisse 1.1–1.N und
beim weiter drehen der Behältnisse 1.1–1.N gelangen
diese dann in den Bereich der Austrittsöffnung und können
dabei entleert werden.
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Vorteilhaft
und ebenfalls hier nicht dargestellt, kann an Behältnissen 1.1–1.N eine
Einrichtung zur Notentleerung vorgesehen sein, die bei Havarien und
Störungen den Weiterbetrieb des Mähdreschers, dann
ohne Ertragsbestimmung ermöglicht. Dies ist wieder mit
Verschlusselementen, die an Behältnissen 1.1–1.N vorhanden
sein können, möglich, die bei Bedarf geöffnet
werden können, so dass Getreidekörner dann gleich
in den Körnertank gelangen können. Hierfür
kann aber auch ein zusätzlicher Kanal vorhanden sein, der
einen Bypass bilden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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