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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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So ist aus
DE 38 07 492 C1 eine Erntegutmesseinrichtung für Mähdrescher bekannt, bei der Messbehälter eingesetzt werden, die mit Erntegut befüllt und dann mit Bestimmung des Massenträgheitsmoments der bewegten Messbehälter die Masse des enthaltenen Ernteguts bestimmt werden kann.
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Die
EP 1 518 452 A1 betrifft ein Wägesystem einer landwirtschaftlichen Maschine mit einem Aufnahmebehältnis, einer Wiegezelle sowie einer Referenzwaage, die ein Wägesystem bilden.
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In
AT 301 236 ist eine Vorrichtung zur elektronischen Messung der Körnermenge eines Mähdreschers beschrieben.
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In
GB 2 087 704 A ist eine Möglichkeit zur Volumenbestimmung offenbart, die der aus
US 6,584,424 bekannten technischen Lehre ähnelt.
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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 sollen mit ihrer Längsachse 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 Behältnisse 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 Ernteertrag 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.
