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Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Rundballenpresse zum Pressen von landwirtschaftlichem Erntegut.
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Rundballenpressen sind mit fester und mit variabler Presskammer bekannt. Rundballenpressen mit fester Presskammer nehmen im Betrieb zunächst eine große Menge Erntegut bei geringer Verdichtung auf, und beginnen erst dann, das Erntegut zu verdichten, wenn es anderenfalls keinen Platz mehr in der Presskammer findet. So entstehen Rundballen, die im Zentrum vergleichsweise gering, im Außenbereich hingegen stark verdichtet sind. Aus
DE 10 2014 200 449 A1 ist eine Ballenpresse diese Typs bekannt, bei der die Wickelvorrichtung während des Umwickelns oder Bindens eines fertigen Ballens mit höherer Geschwindigkeit betreibbar ist als während des Aufwickelns des Ernteguts.
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Diese herkömmliche Ballenpresse umfasst eine Wickelvorrichtung mit einer von mehreren Führungsrollen und einem um diese geschlungenen endlosen Pressriemen begrenzte Presskammer und eine Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen von Erntegut vom Boden und Zuführen des Ernteguts zu der Presskammer. Eine Wickelvorrichtung und Aufnahmevorrichtung sind von einem Zugfahrzeug über eine gemeinsame Zapfwelle und ein Verteilergetriebe angetrieben. Um eine Anpassung an unterschiedliche Arten bzw. Qualitäten des Erntegutes zu ermöglichen, ist zwischen dem Verteilergetriebe und der Wickelvorrichtung eine Gangschaltung vorgesehen.
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Rundballen mit variabler Presskammer sind in der Lage, bereits bei Beginn der Ballenbildung das Erntegut stark zu verdichten, haben aber das Problem, dass die Presskraft, die auf den Ballen ausgeübt wird, sich in dem Maße, wie der Durchmesser des Ballens anwächst, auf eine immer größere Oberfläche verteilt. Um dennoch eine gleichmäßige Verdichtung zu erreichen, muss deswegen die Spannung des Pressriemens mit dem Durchmesser des Ballens wachsen, was insbesondere gegen Ende der Ballenbildung zu hoher Spannung und dementsprechend starkem Verschleiß des Pressriemens führt. Eine Steigerung der Presskraft mit zunehmender Ballengröße ist zwar realisierbar, indem dadurch, dass die Führungswalzen vor dem wachsenden Ballen zurückweichen, Rückstellfedern zunehmend gespannt werden, doch ist es schwierig, die Rückstellfedern so zu konstruieren, dass ihre Rückstellkraft tatsächlich proportional zum Ballendurchmesser ist. Abweichungen von dieser Proportionalität führen dazu, dass die Dichte des Ballens sich über dessen Radius hinweg ändert. Der Zusammenhang zwischen Radius und Dichte ist durch die Bauart der Presse und der Rückstellfedern vorgegeben und nicht variabel.
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Landwirte, die beide Typen von Ballen, sowohl den für die Festkammerpresse typischen Ballen mit lockerem Kern und stark verdichteter äußerer Schale als auch den mit der Presse mit variabler Presskammer fertigbaren homogener verdichteten Ballen benötigen, waren daher lange Zeit gezwungen, für beide Typen die jeweils geeignete Ballenpresse vorzuhalten.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Rundballenpresse anzugeben, die die Fertigung von Ballen mit unterschiedlichen Verdichtungsprofilen ermöglicht. Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung einer Rundballenpresse, bei der der Verschleiß eines Pressriemens reduziert ist.
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Die Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst, indem bei einer landwirtschaftlichen Rundballenpresse, insbesondere zum Pressen halmartigen Ernteguts zu Rundballen, mit
einer Mehrzahl von Führungsrollen, die sich in einer Querrichtung der Rundballenpresse erstrecken und von denen wenigstens eine angetrieben ist,
einem Pressriemen, der in Form eines Endlosriemens ausgebildet und um die Führungsrollen gelegt ist, um eine Presskammer zu begrenzen,
einem Übersetzungsgetriebe, das in einem Antriebsstrang zwischen einer Antriebswelle und der angetriebenen Führungsrolle angeordnet ist, um das Übersetzungsverhältnis zwischen beiden zu variieren,
eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, um das Übersetzungsverhältnis abhängig von der Ballengröße zu variieren.
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Je schneller bei gegebener Zufuhrrate des Ernteguts zur Presskammer der Pressriemen umläuft, umso kleiner ist die Schichtdicke des sich außen an den Ballen anlagernden Ernteguts, und umso stärker wird dieses bei gegebener Spannung des Pressriemens verdichtet. Indem somit die Umlaufgeschwindigkeit des Pressriemens erhöht wird, kann eine sonst nur durch Steigerung der Riemenspannung erreichbare Verdichtung erzielt werden. Insbesondere gegen Ende der Ballenbildung kann daher ein den Pressriemen stark beanspruchender Betrieb bei maximaler Riemenspannung vermieden werden, indem die Geschwindigkeit des Riemens heraufgesetzt wird, ohne dass dies das Verdichtungsergebnis beeinträchtigt. Ferner ist es durch eine gezielte Steuerung der Geschwindigkeit des Riemens möglich, Ballen mit einem gewünschten, willkürlich festlegbaren Dichteprofil zu erzeugen, so dass eine einzige erfindungsgemäße Ballenpresse genügt, um sowohl homogene Ballen als auch solche mit lockerem Kern und stark verdichtetem Mantel zu erzeugen.
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Um die Ballen exakt mit gewünschtem Dichteprofil fertigen zu können, ist es zweckmäßig, wenn das Übersetzungsgetriebe ein stufenloses Getriebe, insbesondere ein Variatorgetriebe oder ein Hydraulikgetriebe, ist.
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Um insbesondere gegen Ende der Ballenbildung eine ausreichende Verdichtung zu erzielen, sollte die Steuereinrichtung ausgelegt sein, um die Drehzahl der angetriebenen Führungsrolle im Verhältnis zur Drehzahl der Antriebswelle mit zunehmendem Ballendurchmesser zu steigern.
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Um unterschiedliche Typen von Ballen zu produzieren, kann die Steuereinrichtung ausgelegt sein, das Drehzahlverhältnis in Abhängigkeit vom Ballendurchmesser nach wählbaren Kennlinien zu variieren.
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Eine Aufnahmevorrichtung zum Zuführen des Ernteguts zur Presskammer sollte ebenfalls über die Antriebswelle angetrieben sein.
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Um einen unnötig schnellen, energieaufwendigen Lauf der Aufnahmevorrichtung zu vermeiden, während der Pressriemen mit hoher Geschwindigkeit läuft, ist die Aufnahmevorrichtung vorzugsweise über ein Verteilergetriebe angetrieben, und das Übersetzungsgetriebe ist im Antriebsstrang zwischen dem Verteilergetriebe und der angetriebenen Führungsrolle angeordnet.
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An der Aufnahmevorrichtung kann ein Sensor zum Erfassen des Erntegutdurchsatzes vorgesehen sein; dieser ermöglicht eine Anpassung der Geschwindigkeit des Pressriemens, um trotz schwankendem Durchsatz der Aufnahmevorrichtung die Dicke der sich an den Ballen neu anlagernden Erntegutschicht - und damit auch deren Verdichtung - im Wesentlichen konstant zu halten.
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Die Anpassung der Geschwindigkeit des Pressriemens kann erfolgen über Mittel zum Steuern der Drehzahl der Antriebswelle anhand eines Messsignals des Sensors. So wird ggf. auch die Geschwindigkeit der Aufnahmevorrichtung anhand der Menge des aufzunehmenden Ernteguts gesteuert, um eine Überlastung oder Verstopfung der Aufnahmevorrichtung zu vermeiden. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Aufnahmevorrichtung über Einrichtungen zum Zerkleinern oder anderweitigen Konditionieren des Ernteguts aufweist, die durch eine übermäßige Menge von Erntegut in der Aufnahmevorrichtung blockiert werden könnten.
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Die Aufgaben werden ferner gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Rundballenpresse der oben beschriebenen Art, mit den Schritten
- - Messen eines Durchmessers eines in der Presskammer entstehenden Pressballens;
- - Festlegen einer Drehzahl der angetriebenen Führungsrolle anhand des gemessenen Durchmessers.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
- 1. Einen schematischen Schnitt durch eine Rundballenpresse,
- 2 eine erste Ausgestaltung eines Übersetzungsgetriebes der Rundballenpresse aus 1;
- 3 eine zweite Ausgestaltung des Übersetzungsgetriebes; und
- 4a, b Beispiele für Kennlinien des Übersetzungsverhältnisses des Übersetzungsgetriebes und der Spannung des Pressriemens in Abhängigkeit vom Ballendurchmesser.
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1 zeigt einen Schnitt durch eine Rundballenpresse 1. Diese umfasst ein zweiteiliges Gehäuse 3, das auf einem Chassis 16 mit Rädern 18 montiert ist und einen Innenraum 4 aufweist, sowie eine innerhalb des Innenraums 4 mittels eines Pressriemens 8 begrenzte Presskammer 12, innerhalb derer in dem in 1 gezeigten Zustand gerade ein Rundballen 2 gepresst wird. Wie durch die innere Struktur des Rundballens in 1 angedeutet, setzt der Rundballen sich aus einer spiralförmig aufgewickelten und verdichteten Matte aus Erntegut zusammen. Der Pressriemen 8 ist mittels einer Mehrzahl von Führungsrollen 7 innerhalb des Innenraums 4 geführt, wobei eine der Führungsrollen 7 als Antriebsrolle ausgeführt und z.B. über ein Getriebe 19 und eine Zapfwelle 20 an den Motor eines nicht dargestellten Zugfahrzeugs gekoppelt ist. Auf diese Weise ist der endlose sowie in sich flache Pressriemen 8 fortlaufend um die Führungsrollen 7 bewegbar. Letzte erstrecken sich parallel zu einer Querrichtung der Rundballenpresse 1.
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Die Rundballenpresse 1 weist eine Aufnahmevorrichtung 5 zum Aufnehmen des zu pressenden Ernteguts vom Boden auf, die eine drehangetriebene Welle mit mehreren, z.B. vier in Umfangsrichtung der Welle verteilten, sich ausgehend von einer äußeren Mantelfläche der Welle in radialer Richtung erstreckenden Förderelementen ausgestattet, die bei der Drehung der Welle entgegen der Fahrtrichtung der Rundballenpresse 1 über den Boden streichen und dabei das Erntegut vor sich herschieben, bis es sich hoch genug aufstaut, um von der Drehung der Welle angehoben und in einen Förderkanal 14 eingespeist zu werden. An dem Förderkanal 14 ist ein Sensor 21 zum Erfassen der Schichtdicke des Ernteguts angeordnet. Eine Steuereinrichtung 22 ist an den Sensor 21 und an einen nicht dargestellten Drehzahlsensor der Zugmaschine gekoppelt, um anhand der Schichtdicke und der Fördergeschwindigkeit der Aufnahmeeinrichtung 5 den Erntegutdurchsatz der Aufnahmeeinrichtung 5 abzuschätzen. Das Messergebnis des Sensors 21 wird von der Steuereinrichtung 22 genutzt, um die Umlaufgeschwindigkeit des Pressriemens 8 so an den Erntegutdurchsatz anzupassen, dass jeweils eine Erntegutschicht von gewünschter Dicke in die Presskammer 12 eingespeist wird. Zum anderen kann das Messergebnis über eine Datenleitung 35 an eine Steuereinheit der Zugmaschine weitergegeben werden, um diese zu veranlassen, die Drehzahl der Zapfwelle 20 und/oder ihre eigene Fahrgeschwindigkeit an den Erntegutdurchsatz anzupassen, indem z.B. bei hoher Dichte des Ernteguts am Boden die Zugmaschine einen Gang herunterschaltet, um die Drehzahl der Zapfwelle 20 zu erhöhen oder die Fahrgeschwindigkeit zu reduzieren.
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In dem in 1 gezeigten Beispiel umfasst die Aufnahmevorrichtung 5 ferner eine Schneideinrichtung 15, die am Förderkanal 14 angeordnet ist, um das darin geförderte Erntegut vor Erreichen der Presskammer 12 zu zerkleinern und dadurch seine Verdichtbarkeit zu verbessern. Das Erntegut tritt schließlich durch einen Übertrittsquerschnitt 6 hindurch in die Presskammer 12 ein.
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Dabei lagert es sich an den Umfang des bereits in der Presskammer 12 befindlichen Ballens 2 an und bildet dort eine Schicht, deren Dicke umgekehrt proportional zur Umfangsgeschwindigkeit des Ballens 2, d.h. zur Umlaufgeschwindigkeit des Pressriemens 8, ist und die sobald sie in Kontakt mit dem Pressriemen 8 tritt, zwischen diesem und dem Ballen 2 verdichtet wird.
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Um den Pressriemen 8 im Zuge des Anwachsens des Rundballens 2 entsprechend nachführen zu können, verfügt die Rundballenpresse 1' über eine Stelleinrichtung 9. Diese umfasst einen Schwenkarm 23, der um eine am Gehäuse 3 feste Schwenkachse 24 verschwenkbar gelagert ist. Ein Drehwinkelsensor 36 ist an dem Schwenkarm 23 angeordnet und mit der Steuereinrichtung 22 verbunden, um dieser anhand der Stellung des Schwenkarms 23 eine Abschätzung des Durchmessers des Ballens 2 zu ermöglichen. An einem von der Schwenkachse 24 abgewandten Ende des Schwenkarms 23 verfügt die Stelleinrichtung 9 über zwei Stellrollen 10, 11. Diese sind im Zuge einer Verschwenkung des Schwenkarms 23 um dessen Schwenkachse 24 innerhalb des Innenraums 4 verlagerbar, sodass eine mittels der Stellrollen 10, 11 bewirkte Umlenkung des Pressriemens 8 gleichermaßen verlagerbar ist. Die Stelleinrichtung 9 wirkt hier mit einer den Stellrollen 10, 11 zugeordneten Umlenkrolle 17 zusammen, die beabstandet von den Stellrollen 10, 11 angeordnet ist. Der Pressriemen 8 ist dabei derart geführt, dass er sich ausgehend von der ersten Stellrolle 10 zu der Umlenkrolle 17 und sodann von der Umlenkrolle 17 zu der zweiten Stellrolle 11 erstreckt. Durch eine Schwenkbewegung des Schwenkarms 23 im Gegenuhrzeigersinn nähern sich die Stellrollen 10, 11 der Umlenkrolle 17. Weiterhin wirkt die Rundballenpresse 1' mit einer Spannvorrichtung 25 zusammen, die unter Einwirkung einer Rückstellfeder 26 den Pressriemen 8 spannt. Die Spannung der Rückstellfeder 26, hier einer Zugfeder, ist umso größer, je weiter sie durch das Wachstum des Ballens 2 ausgelenkt ist.
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Benachbart zur Umlenkrolle 17 verläuft eine Achse, um die die zwei Teile 3', 3" des Gehäuses 3 in fachüblicher Weise gegeneinander schwenkbar sind, um den Rundballen 2 nach Fertigstellung auszuwerfen. Der Ballen 2 ist fertig, wenn die Stellrollen 10, 11 die Umlenkrolle 17 erreicht haben. In dieser Stellung der Stellrollen 10, 11 können die Gehäuseteile 3', 3" auseinandergeklappt werden, ohne dass dadurch die Auslenkung der Rückstellfeder 26 wesentlich ändert.
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2 zeigt eine erste Ausgestaltung des Getriebes 19 in einer schematischen Darstellung. Die Zapfwelle 20 bildet den Eingang eines Verteilergetriebes 27. Das Verteilergetriebe 27 hat zwei Ausgänge, die im hier gezeigten Fall jeweils in einem festen Drehzahlverhältnis zum Eingang rotieren. Der Ausgang 28 des Verteilergetriebes 27 treibt die Aufnahmeeinrichtung 5 an. An den anderen Ausgang ist als stufenloses Übersetzungsgetriebe 29 ein Variatorgetriebe angeschlossen. Das Variatorgetriebe umfasst zwei Räder 30, 31, die jeweils zwei einander gegenüberliegende Kegelflächen aufweisen, auf denen die Flanken eines Keilriemens 32 laufen. Durch gegenläufiges Variieren der Abstände der Kegelflächen der beiden Räder 30, 31 ist deren wirksamer Durchmesser, auf dem der Keilriemen 32 umläuft, und mit diesem das Übersetzungsverhältnis unter der Kontrolle der Steuereinrichtung 22 stufenlos variabel.
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In der Ausgestaltung der 3 ist als stufenloses Übersetzungsgetriebe 29 ein Hydraulikgetriebe mit einer Pumpe 33 und einem von der Pumpe 33 angetriebenen Hydraulikmotor 34 vorgesehen. Von Pumpe 33 und Hydraulikmotor 34 hat in an sich bekannter Weise wenigstens eins, vorzugsweise der Hydraulikmotor 34, eine variable Verdrängung.
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Die Aufnahmeeinrichtung 5 ist bei den Getrieben 19 der 2 und 3 über das Verteilergetriebe 27 mit einem festen Übersetzungsverhältnis an die Zapfwelle 20 gekoppelt, um eine ausreichende, zur Fahrtgeschwindigkeit der Zugmaschine proportionale Drehzahl der Welle der Aufnahmevorrichtung 5 zu gewährleisten.
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Die Arbeitsweise der Steuereinrichtung 22 ist unabhängig von der Bauart des Getriebes 19 und wird anhand der Diagramme der 4 a und b erläutert. Die beiden Diagramme zeigen jeweils als durchgezogene Kurven Kennlinien der Spannung T des Pressriemens 8 und als gestrichelte Kurven Kennlinien des Übersetzungsverhältnisses n des stufenlosen Übersetzungsgetriebes 29 als Funktion des Durchmessers D des Ballens 2. Derartige Kennlinien können zu mehreren in der Steuereinrichtung 22 gespeichert sein, und eine Benutzerschnittstelle ist vorgesehen, um einem Benutzer die Auswahl zwischen den verschiedenen Kennlinien zu ermöglichen. Die Benutzerschnittstelle kann insbesondere am Armaturenbrett des Zugfahrzeugs vorgesehen sein.
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In 4a nimmt vom Beginn der Ballenbildung bei D=0 bis zu einem Zwischenwert D1 die Spannung des Pressriemens 8 linear zu, während das Übersetzungsverhältnis n konstant bleibt. Wenn gleichzeitig die pro Einheit des von der Ballenpresse 1 zurückgelegten Wegs aufgenommene Erntegutmenge konstant ist, dann wird in dieser Zeit eine Erntegutschicht von gleichbleibender Dicke in die Presskammer 12 eingespeist. Der Durchmesser D des Ballens 2 wächst kontinuierlich, und proportional zum Durchmesserzuwachs wird der Schwenkarm 23 ausgelenkt und die Rückstellfeder 26 gespannt. Im Idealfall einer linearen Federcharakteristik wächst somit die Rückstellkraft der Feder 26 und mit ihr die Spannung des Pressriemens 8 linear proportional zum Durchmesser, und der Druck, den der Pressriemen auf die Oberfläche des Ballens 2 ausübt, bleibt konstant. So wird, bis der Durchmesser D1 erreicht ist, ein Ballen mit homogener Verdichtung gebildet. Wird der Durchmesser D1 überschritten, dann nimmt die Rückstellkraft der Feder 26 nicht weiter zu, und der Druck des Pressriemens 8 auf den weiter wachsenden Ballen 2 wird allmählich geringer. Um dennoch weiterhin eine homogene Verdichtung des Ballens 2 zu erreichen, wird von nun an mit steigendem Durchmesser das Übersetzungsverhältnis n heraufgesetzt, um durch erhöhte Umlaufgeschwindigkeit des Pressriemens 8 dieselbe hohe Verdichtung wie zuvor auch jenseits des Durchmessers D1 aufrechtzuerhalten.
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In der Praxis muss die Rückstellkraft der Feder 26 nicht exakt linear proportional zu ihrer Auslenkung sein. In Analogie zum oben Beschriebenen können solche Abweichungen von der Linearität kompensiert werden durch eine entsprechende Anpassung des Übersetzungsverhältnisses, d.h. wenn die Rückstellkraft stärker als linear mit der Auslenkung zuwächst, dann kann die Steuereinrichtung 22 dies durch eine Herabsetzung des Übersetzungsverhältnisses kompensieren; ist der Zuwachs kleiner als linear, dann wird das Übersetzungsverhältnis heraufgesetzt.
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4b veranschaulicht die Nachbildung des Verhaltens einer Festkammer-Ballenpresse durch die erfindungsgemäße Ballenpresse. In einer Anfangsphase der Ballenbildung, die der Zeitspanne entspricht, in der das gesammelte Erntegut die Presskammer der Festkammer-Ballenpresse unvollständig oder locker ausfüllt, läuft der Pressriemen mit geringer Geschwindigkeit, so dass das Erntegut als eine dicke Schicht in die Presskammer 12 eingespeist wird, die im Laufe der Drehung des Ballens 12 auch nur gering verdichtet wird. Wenn der Ballen einen intermediären Durchmesser D2 erreicht hat, sollen die nun noch außen an den Ballen 2 angelagerten Erntegutschichten stark verdichtet werden. Zu diesem Zweck wird jenseits von D1 das Übersetzungsverhältnis - stufenweise in einem diskreten Schritt oder, wie in der 4b gezeigt, kontinuierlich - gesteigert, um die Umlaufgeschwindigkeit des Pressriemens 8 heraufzusetzen und eine geringere Dicke und entsprechend höhere Verdichtung der von nun an dem Ballen 2 außen anwachsenden Schichten zu erreichen. Die Spannung des Pressriemens 8 kann mit dem Durchmesser des Ballens 2 weiter anwachsen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rundballenpresse
- 2
- Rundballen
- 3
- Gehäuse
- 4
- Innenraum
- 5
- Zuführeinrichtung
- 6
- Übertrittsquerschnitt
- 7
- Führungsrolle
- 8
- Pressriemen
- 9
- Stelleinrichtung
- 10
- Stellrolle
- 11
- Stellrolle
- 12
- Presskammer
- 14
- Förderkanal
- 15
- Schneideinrichtung
- 16
- Chassis
- 17
- Umlenkrolle
- 18
- Rad
- 19
- Getriebe
- 20
- Zapfwelle
- 21
- Sensor
- 22
- Steuereinrichtung
- 23
- Schwenkarm
- 24
- Schwenkachse
- 25
- Spannvorrichtung
- 26
- Rückstellfeder
- 27
- Verteilergetriebe
- 28
- Ausgang
- 29
- Übersetzungsgetriebe
- 30
- Rad
- 31
- Rad
- 32
- Keilriemen
- 33
- Pumpe
- 34
- Hydraulikmotor
- 35
- Datenleitung
- 36
- Winkelsensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014200449 A1 [0002]
- DE 102007031187 A1 [0003]
