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Die
Erfindung betrifft eine Trocknungsanlage zur Ernteguttrocknung auf
selbstfahrenden Mähdreschern, die die Trocknungsenergie
aus der Abwärme der Mähdrescherantriebsmaschine
bezieht und die gefilterte Trocknungsluft mit Hilfe eines Gebläses
in das im Korntank befindliche Erntegut einbläst, dadurch
gekennzeichnet, dass der in das Erntegut eingeblasenen Trocknungsluft
mit Hilfe einer durch einen Motor oder eine andere automatische
Stellvorrichtung bewegte Luftleitklappe der Weg über einen von
zwei alternativen Kanälen vorgegeben wird, wobei die Luft
nur in einem der beiden Kanäle erwärmt wird und
im anderen der beiden Kanäle ihre Temperatur beibehält,
so dass entweder heiße oder kalte (d. h. nicht erwärmte)
Luft in das Erntegut eingeblasen wird. Die Trocknungsvorrichtung
wird eingesetzt, um das bei der Ernte häufig aufgrund zu
hoher Fechte noch nicht lagerfähige Erntegut bereits während
des Erntevorgangs auf dem Feld zu trocknen. Hierzu wird die vom
Antrieb des Mähdreschers erzeugte Abwärme, die
sonst ungenutzt an die Umwelt abgegeben wird, als kostengünstige
Energiequelle für die Trocknung des Erntegutes genutzt.
Die Trocknungsluft wird dabei mit einer verstellbaren Klappe entweder durch
mit Motorwärme beaufschlagte Wärmetauscher geleitet
und von diesen erwärmt oder aber an diesen Wärmetauschern
vorbeigeleitet so dass sie ihre Ausgangstemperatur (die Umgebungstemperatur)
beibehält. Auf diese Weise kann je nach Stellung der Luftleitklappe
mit einem Gebläse heiße oder kalte Luft in das
Erntegut eingeblasen und somit der Grad der Trocknung reguliert
werden. Durch diese Regelung lässt sich zum Einen eine
zu starke Trocknung des Erntegutes vermeiden und zum Anderen kann das
Erntegut am Ende des Trocknungsvorgangs wieder gekühlt
und somit lagerfähig gemacht werden. Mit einer geeigneten
Steuerungseinheit versehen kann eine solche Trocknungsanlage auch
vollautomatisch arbeiten.
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Eine
derartige Vorrichtung ist insbesondere im Rahmen landwirtschaftlicher
Erntearbeiten gewerblich anwendbar, der Vorteil liegt in einer Verringerung
des in landwirtschaftlichen Betrieben für die Getreidetrocknung
anfallenden Energieverbrauchs. Diese Einsparung bedeutet neben einer
Kostenreduktion auch eine geringere Emission von Schadstoffen und
Treibhausgasen. Gegenüber bekannten Lösungen weist
die erfindungsgemäße Vorrichtung Verbesserungen
auf hinsichtlich
- • Vermeidung einer Überhitzung
des Erntegutes und
- • Rückführung der Temperatur des
Erntegutes auf ein lagerfähiges Maß, bevor es
vom Mähdrescher abgegeben wird,
- • Automatisierung/Einfachheit der Bedienung,
- • Nachrüstfähigkeit,
- • Nicht-Beeinträchtigung anderer Baugruppen
des Mähdreschers sowie schließlich
- • Höhe des Wirkungsgrades.
Zur Erläuterung
der vorstehenden Punkte wird auf die nachstehenden Abschnitte [0023]
bis [0026] verwiesen.
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Stand der Technik
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Selbstfahrende
Mähdrescher gehören heute zu den Basismaschinen
der modernen Landwirtschaft. Im Laufe der Zeit hat sich eine Bauform
etabliert, bei der die Pflanzen von einem Schneidwerk im vorderen
Teil der Maschine abgemäht und gesammelt werden. Die Pflanzen
gelangen dann durch einen Zuführungskanal in das Dreschwerk.
Dort wird das Erntegut, z. B. Getreidekörner, von den Ernteresten,
z. B. Stroh, separiert. Während die Erntereste die Maschine
im hinteren Teil wieder verlassen, wird das Erntegut in der Regel
mit einem Elevator in einen Sammelbehälter (Korntank) gefördert.
Dieser befindet sich meistens im oberen Teil der Maschine, direkt hinter
der Fahrerkabine. Wenn der Korntank gefüllt ist, wird das
Erntegut vom Mähdrescher auf einen seitlich neben dem Mähdrescher
stehenden oder fahrenden Transportwagen übergeben. Dies
geschieht gewöhnlich unter Verwendung einer Förderschnecke,
deren Einlauf sich am tiefsten Punkt des Korntanks befindet und
die den Korntank somit vollständig entleeren kann. Das
Erntegut weist bei der Übergabe in etwa den Feuchtegehalt
auf, den es auch vor Beginn des Erntevorganges auf dem Feld stehend
hatte. Teilweise wird das Erntegut, wenn es beim Dreschvorgang mit
noch nicht abgereiften Pflanzen, grünen oder nassen Stängeln
etc. in Verbindung kommt, angefeuchtet, so dass sich sein Feuchtegehalt
bisweilen sogar erhöht. Eine Trocknung des Erntegutes erfolgt
im Mähdrescher hingegen nicht. Zur dauerhaften Lagerung
ist der Feuchtegehalt des Erntegutes jedoch oft zu hoch, so dass
in nachgeschalteten Arbeitsgängen eine Trocknung erfolgen
muss.
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Der
Grundgedanke, die Getreidetrocknung in einen selbstfahrenden Mähdrescher
zu integrieren und hierfür die Abwärme der im
Mähdrescher verbauten Antriebsmaschine zu nutzen, ist seit
langem bekannt. So wurde bereits 1946 hierfür ein US-Patent beantragt
(siehe
US2537186 (A) ).
Die grundsätzliche Idee ist naheliegend, werden doch in
den nach Stand der Technik zu Antriebszwecken eingebauten Verbrennungskraftmaschinen
bekanntlich nur etwa 1/3 der im Kraftstoff enthaltenen Energie in
mechanische Arbeit umgesetzt, während etwa 2/3 in Form
ungenutzter Abwärme entweichen.
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So
sind bis heute eine Vielzahl von Erfindungen zu diesem Zweck gemeldet
worden, allerdings hat sich die Technik bisher insofern nicht am
Markt durchgesetzt, als dass derartige Trocknungsvorrichtungen in
praktisch genutzten, in Serie produzierten Mähdreschern
nicht anzutreffen sind. Auch z. B. Nachrüstungen solcher
Trocknungsvorrichtungen finden derzeit in der Praxis nicht statt.
Hierfür sind verschiedene Gründe anzugeben. Neben
den – hier nicht relevanten – wirtschaftlichen
Gründen, die im Wesentlichen darin bestehen, dass der Energiepreis zu
Zeiten der frühen Erfindungen auf diesem Gebiet derart
niedrig war, dass die eingesparte Energiemenge kostenmäßig
nicht ausreichend ins Gewicht fiel, sind auch technische Unzulänglichkeiten
bisheriger Lösungen für das Ignorieren dieser
Techniken in der praktischen Anwendung zu nennen. In den Folgenden
Abschnitten werden die Unzulänglichkeiten bisheriger Lösungen
an einigen Erfindungen beispielhaft erläutert.
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Aus
DE000001134546B ist
eine Getreide-Trocknungsvorrichtung für Mähdrescher
bekannt, die die Abwärme des Motors nutzt und dadurch gekennzeichnet
ist, dass dem Korntank eine Trocknungsvorrichtung vorgeschaltet
wird. Diese Trocknungsvorrichtung ist so ausgestaltet, dass Wärme der
Auspuffgase und Kühlerwärme des Motors zur äußeren
Beheizung von Trocknungstrommeln bzw. zur Erzeugung eines durch
das in der Trommel befindliche Erntegut ziehenden und somit trocknenden Luftstroms
genutzt wird. Nachteilig ist hierbei, dass der Antrieb der Trocknungstrommeln
und des Gebläses ungeklärt ist. Die Positionierung
der vorgeschalteten Trocknungseinheit auf dem Drescher ist schon bei
einer Neuentwicklung schwer lösbar, im Rahmen einer Nachrüstung
wohl in der Regel unmöglich. Es kann vor allen Dingen bei
dieser Vorrichtung nicht ausgeschlossen werden, dass das Erntegut
zu stark getrocknet wird und in Extremfall gar verkohlt, da die Anlage
nicht regelbar ist.
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In
DE3627267A1 wird
unter anderem eine Lösung beschrieben, bei der heiße
Luft in den Korntank eingeblasen und zur Trocknung des Erntegutes verwendet
wird. Auch ist dort das Einblasen nicht erhitzter „Spülluft” beschrieben.
Wesentliche Mangel der dort beschriebenen Trocknungslösung
bestehen darin, dass der Grad der Trocknung nicht beeinflusst werden
kann und es – wie im vorausgegangenen Abschnitt erläutert – zu
einer zu starken Trocknung des Erntegutes kommen kann. Zwar könnte
die Trocknung/Lüftung vom Fahrer grundsätzlich
manuell ein bzw. ausgeschaltet werden. Abgesehen davon, dass die
Konzentration des Fahrers beim Dreschvorgang ohnehin stark durch
die übrigen Aufgaben zur Bedienung der Maschine beansprucht
ist, besteht ein weiterer Nachteil darin, dass der Fahrer nicht
informiert wird, wann das Erntegut genügend getrocknet
ist, also, wann die Trocknung ausgeschaltet werden sollte. Weiterhin
ist bei den genannten Ausführungen nicht bedacht, dass
die Trocknungs- wie übrigens auch etwaige „Spülluft” den
Weg des geringsten Widerstands wählt und daher ab einem
gewissen Füllstand des Korntanks zu einem großen
Teil durch die untere Förderschnecke, die zur Entleerung
des Korntanks zwingend notwendig ist, entweichen wird. Der Trocknungseffekt
in Bezug auf das weiter oben befindliche Erntegut kommt dann weitgehend
zum Erliegen. Ein weiterer und sehr wesentlicher Nachteil besteht
darin, dass das Erntegut aufgrund der Trocknungswärme den
Mähdrescher in der Regel mit derart hoher Temperatur verlässt,
dass es in einem weiteren Arbeitsgang (außerhalb des Mähdreschers)
gekühlt werden müsste um nicht später
im Lager zu verhitzen. Das Ziel, eine bessere Lagerfähigkeit
zu erreichen, wird damit verfehlt.
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In
DE19700646C1 wird
eine Lösung beschrieben, bei der die Motorabwärme
zu einem unter dem Korntank liegenden Wärmetauscher geführt wird.
Unter diesem befindet sich wiederum ein Gebläse, welches
von außen angesaugte Luft durch den Wärmetauscher
und anschließend durch den Korntank drückt, aus
dem sie nach oben entweicht. Die vom Wärmetauscher erhitzte
Luft soll bei ihrer Passage durch den Korntank das Erntegut trocknen.
Es sind unter anderem ein in Abhängigkeit der Dreschleistung
und des Füllstandes des Konrtanks regelbares Gebläse
sowie ein Luftfilter vorgesehen. Auch diese Variante wird insbesondere
aus den folgenden Gründen in der Praxis nur schwer zufriedenstellend
funktionieren: Es ist erstens ungeklärt, wie die Trocknungseinrichtung
im Zusammenhang mit der Vorrichtung zur Entleerung des Korntanks
funktionieren soll. Im Ausführungsbeispiel aus der zitierten Schrift
bedeckt der Wärmetauscher den gesamten Boden des Korntanks,
welcher eben ausgeführt ist. Um eine vollständige
Entleerung des Tanks zu ermöglichen müsste letzterer
hingegen trichterförmig ausgestaltet sein und im tiefsten
Punkt den Zulauf der Entleerungseinrichtung aufweisen. Es ist nicht möglich,
die dargestellte Trocknungsanlage mit einem solchen trichterförmigen
Korntank sinnvoll zu kombinieren, da das Gebläse notwendigerweise
in einer Ebene rotiert und man durch einen darüber liegenden
Trichter zu viel Raum ungenutzt lassen müsste, was das
Fassungsvermögen des Korntanks erheblich reduzieren würde.
Zweitens würde, selbst wenn man diesen Nachteil in Kauf
nähme und die Ausführung dahingehend abänderte,
das Problem bestehen, dass die Trocknungsluft durch die Entleerungseinrichtung
(Förderschnecke) entweicht, ohne das Erntegut zu passieren
und somit ohne eine Trocknung desselben zu bewirken. Abgesehen davon
wäre drittens das vorgesehene Axialgebläse bauartbedingt
nicht in der Lage, einen zur Durchströmung des weitgehend
gefüllten Korntanks ausreichenden Luftdruck aufzubauen.
Viertens ist nicht geklärt, wie eine Übertrocknung
des Erntegutes vermieden werden kann und wie sichergestellt werden kann,
dass das Erntegut zum Zeitpunkt der Übergabe an den Transportwagen
keine für eine langfristige Lagerung zu hohe Temperatur
aufweist.
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Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Trocknungseinheit für
einen selbstfahrenden Mähdrescher zu entwickeln, die leicht
in bestehende Maschinen nachgerüstet werden kann, die Funktion anderer
Baugruppen der Maschine nicht beeinträchtigt, durch Automatisierung
einfach zu bedienen ist und sich vor allem selbsttätig
derart regelt, dass zum Einen eine Überhitzung des Erntegutes
im Trocknungsprozess wirksam verhindert und zum Anderen die Temperatur
des Erntegutes nach dem Trocknungsvorgang auf ein lagerfähiges
Maß reduziert wird, ohne dass weitere Arbeitsschritte zur
Temperaturrückführung außerhalb des Mähdreschers
unternommen werden müssen. Zudem soll ein möglichst hoher
Wirkungsgrad erreicht werden, insbesondere dadurch, dass die Möglichkeit
eines ungenutzten Entweichens der Trocknungsluft verhindert bzw.
erheblich erschwert wird.
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Lösungsansätze und kennzeichnende
Merkmale
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Erfindungsgemäß wird
auf einem selbstfahrenden Mähdrescher eine Trocknungsanlage
zur Ernteguttrocknung installiert, die die Trocknungsenergie aus
der Abwärme der Mähdrescherantriebsmaschine bezieht
und die gefilterte Trocknungsluft mit Hilfe eines Gebläses
in das im Korntank befindliche Erntegut einbläst und dadurch
gekennzeichnet ist, dass der in das Erntegut eingeblasenen Trocknungsluft
mit Hilfe einer durch einen Motor oder eine andere automatische
Stellvorrichtung bewegte Luftleitklappe der Weg über einen
von zwei alternativen Kanälen vorgegeben wird, wobei die
Luft nur in einem der beiden Kanäle erwärmt wird
und im anderen der beiden Kanäle ihre Temperatur beibehält,
so dass entweder heiße oder kalte (d. h. nicht erwärmte)
Luft in das Erntegut eingeblasen wird. Die Vorrichtung kann so ausgeführt
werden, dass sie die vorstehend in Absatz [0009] dargestellten Eigenschaften
aufweist.
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Das
Trocknungsmodul ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Gebläse
Luft über einen Luftfilter ansaugt und diese mit Überdruck
durch Kanäle und gegebenenfalls durch Wärmetauscher
in das Erntegut ein- und durch dieses hindurchbläst.
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Im
Unterschied zu früheren Lösungsansätzen
ist eine Verzweigung des Hauptluftkanals in zwei parallele, jeweils
ebenso große Kanäle, die sich später
wieder vereinigen, vorgesehen. Mit dem einen Kanal wird die Luft
durch den oder die Wärmetauscher geführt (und
somit dort erwärmt). Der andere Kanal fungiert als Bypass
und führt die Luft an den Wärmetauschern vorbei
(so dass sie sich nicht erwärmt). Der oder die Wärmetauscher
werden ebenfalls von heißem Kühlwasser bzw. von
heißen Abgasen des Motors durchströmt und erhalten
auf diese Weise die Wärmeenergie, die sie dann an die Trocknungsluft übertragen.
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Durch
eine im Hauptluftkanal angeordnete Luftleitklappe wird bestimmt,
welcher Anteil der ins Erntegut eingeblasenen Luft den einen Weg
durch die Wärmetauscher bzw. den anderen Weg über
den Bypass nimmt (d. h. erwärmt wird oder nicht). Diese Luftleitklappe
wird durch einen Stellmotor oder eine andere automatische Stellvorrichtung
positioniert. Die Positionierung kann in Stufen oder stufenlos erfolgen.
Durch die Stellung der Luftleitklappe wird somit die Temperatur
der Trocknungsluft bestimmt.
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Im
Korntank des Mähdreschers wird die Luft so eingeblasen,
dass das Erntegut möglichst gleichmäßig
durchströmt wird. Dazu bieten sich ein flächiger
Siebboden oder entsprechend angeordnete durchlöcherte oder
mit Düsen versehene Rohre im unteren Bereich des Korntanks
an. Der Durchmesser der Öffnungen im Siebboden bzw. in
den Rohren ist dabei jeweils so zu wählen, dass das Erntegut
nicht hindurchfallen kann.
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Um
ein Entweichen der Trocknungsluft auf dem Weg des geringsten Widerstands
durch die regelmäßig ebenfalls im unteren Bereich
des Korntanks angeordnete Entleerungsöffnung des Korntanks
weitgehend zu verhindern und um somit einen möglichst hohen
Wirkungsgrad zu erzielen, wird die Entleerungsöffnung (bei
Serienmähdreschern ist dies heutzutage der Zulauf für
eine Austragungsschnecke) mit einer Art „Ventil” abgesperrt.
Diese Vorrichtung ist so konstruiert, dass sie bei leerem Korntank
die Entleeröffnung nicht ganz verschließt, so
dass das zu Beginn gedroschene Erntegut an der „Ventilklappe” vorbeifallen
kann und dann den Hohlraum unterhalb des Ventils zu füllen
beginnt. Hat sich der Hohlraum gefüllt, stützt
das vorbeigefallene Erntegut die Ventilklappe von unten, so dass
diese auch dann geschlossen bleibt, wenn der Korntank mehr und mehr
gefüllt wird und das oberhalb des Ventils liegende Erntegut
mit seinem Gewicht auf den Ventilklappen lastet. In dieser Stellung
verbleibt auch für die Trocknungsluft nur ein schmaler
Spalt, so dass sie im Wesentlichen den Korntank nach oben verlassen
und dabei das Erntegut passieren muss. Wird der Korntank entleert,
befördert die Entleevorrichtung (Austragschnecke) das unter
dem „Ventil” liegende Erntegut aus dem Mähdrescher.
Die Ventilklappen verlieren ihre Unterstützung und öffnen,
so dass das ein zügiges Entleeren des Korntanks wie gewohnt möglich
ist.
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Ist
eine Automatisierung gewünscht, wird die Vorrichtung mit
einer Steuerungseinheit mit Mirkocontroller und entsprechenden Sensoren
versehen. Die Steuerungseinheit hat die Funktion, die Anlage anhand
von Bedienervorgaben und Sensormesswerten zu regeln. Sie kann die
Gebläsegeschwindigkeit und die Stellung der Luftleitklappe
im Hauptluftkanal regeln. Es sind vier Betriebsmodi vorgesehen: „Aus”, „Warmblasen”, „Kaltblasen” und „Auto”.
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Für
die Steuereinheit werden die folgenden Sensoren im Luftkanal bzw.
im Korntank verbaut:
Ein Temperatursensor im Luftkanal (im
Folgenden S1) ermittelt die Temperatur der ins Erntegut einströmenden
Luft. Mit diesem Sensorwert kann die Steuereinheit verhindern, dass
das Erntegut durch zu heiße Trocknungsluft beschädigt
wird. Ein weiterer Temperatursensor (im Folgenden S2) wird im unteren Drittel
des Korntanks platziert. Das untenliegende Erntegut wird am stärksten
getrocknet und wird, sobald das enthaltene Wasser verdunstet ist,
erwärmt. Mit diesem Sensor kann die Steuereinheit verhindern,
dass das Erntegut zu stark getrocknet und durch Überhitzung
beschädigt wird. Ein weiterer Sensor (im Folgenden S3)
dient dazu, festzustellen, wann der Korntank so weit gefüllt
ist, dass nun bis zur nächsten Entleerung nur noch Kaltluft
durch das Erntegut geblasen werden sollte um das Erntegut bis zum
Entleeren auf eine lagerfähige Temperatur zurückgeführt
zu haben. Dieser letztgenannte Sensor kann verschiedener Bauart
sein, in Betracht kommen z. B. Photosensoren (sobald das Erntegut
die Sensorhöhe überflutet hat, wird es um den
Sensor dunkel), Ultraschall- oder Radar-Abstanssensoren, die oben
im Korntank mit „Blickrichtung” nach unten verbaut
werden (je voller der Korntank desto geringer der gemeldete Abstand
zwischen Sensor und Erntegut) oder auch so genannte „Schwimmschalter” deren
Schwimmer so beschaffen sind, dass sie auf dem Erntegut schwimmen.
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An
der Steuereinheit kann der Bediener Voreinstellungen für
die Maximaltemperatur an Sensor S1 und an Sensor S2 treffen. Im
Falle der Verwendung eines Abstandsgebers als Sensor S3 ist ebenso eine
Voreinstellung für den Abstand vorzusehen, bei dessen Unterschreitung
nur noch Kaltluft eingeblasen werden soll.
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Die
Steuerung ist so auszulegen, dass sie sich wie folgt verhält:
Im Betriebsmodus „Aus” wird das Gebläse
abgeschaltet, eine Trocknung findet nicht statt.
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Im
Betriebsmodus „Warmblasen” wird dem Erntegut Warmluft
zugeführt. Sollten die Sensoren S1 und S2 eine zu hohe
Temperatur melden, lässt die Steuereinheit durch veränderte
Stellung der Luftleitklappe mehr Kaltluft einströmen bis
die von den Sensoren gemessenen Temperaturen wieder im vorgeschriebenen
Bereich liegen. Der Sensor S3 hat in diesem Betriebsmodus keine
Funktion, d. h. auch mit vollem Korntank wird noch getrocknet und
eine Temperaturrückführung des Erntegutes mit
Kaltluft findet nicht statt. Im Ergebnis wird mit diesem Betriebsmodus
eine maximale Trocknungsleistung erreicht, eine Kühlung
des Erntegutes ist gegebenenfalls in nachgelagerten Arbeitsschritten
außerhalb des Mähdreschers vorzunehmen.
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Im
Betriebsmodus „Kaltblasen” setzt die Steuerungseinheit
die Luftleitklappe so, dass die Luft nur über den Bypass
strömen kann. Eine Erwärmung durch die Wärmetauscher
findet nicht statt. Entsprechend gering ist der Trocknungseffekt.
Die Sensorwerte sind in diesem Betriebsmodus nicht relevant und
werden ignoriert. Im Ergebnis kann mit diesem Betriebsmodus z. B.
dann, wenn an einem heißen Tag trockenes und heißes
Erntegut gedroschen wird, dieses auf Umgebungstemperatur herabgekühlt
werden.
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Im
Betriebsmodus „Auto” regelt die Steuerung die
Stellung der Luftleitklappe zunächst so, dass sich am Sensor
S1 die für diesen Sensor bestimmte Maximaltemperatur einstellt.
Sobald Sensor S2 eine Überschreitung seiner Maximaltemperatur
meldet, wird die Luftleitklappe so weit in Richtung „kalt” verstellt,
bis auch dieser Grenzwert eingehalten wird. Auf diese Weise wird
eine maximale Trocknung unter Berücksichtigung der Grenzwerte
für ein überhitzen des Erntegutes erreicht. Meldet
der Füllstandssensor (S3) dass der Korntank bis zum vorherbestimmten Punkt
gefüllt ist, wird die Luftleitklappe so verstellt, dass
nur noch Kaltluft in den Korntank einströmen kann. Bei
geeigneter Einstellung des Sensors S3 wird dadurch erreicht, dass
das Erntegut nach der Trocknungsphase wieder auf einen lagerfähigen Wert
herabgekühlt wird. Bei geeigneter Voreinstellung der Grenzwerte
für die Sensoren funktioniert das Trocknungsmodul in diesem
Betriebsmodus daher vollautomatisch und erzielt ohne weitere Bedienereingaben
das bestmögliche Ergebnis.
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Darstellung der Lösungsvorteile
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Die
in den vorstehenden Absätzen beschriebene Lösung
ist gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft, da nicht
nur Heißluft ins Erntegut eingeblasen werden kann, sondern – gegebenenfalls
in stufenlos regelbarem Mischungsverhältnis – auch Kaltluft
(nicht erwärmte Luft). Dadurch wird eine Beschädigung
des Erntegutes durch Überhitzen vermieden und es kann eine
Rückführung der Ernteguttemperatur auf ein lagerfähiges
Maß erreicht werden.
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Die
Trocknungsluft wird zudem durch die automatische Steuereinheit bei
Bedarf automatisch temperiert, so dass Eingriffe des Bedieners im
laufenden Betrieb nicht erforderlich sind. Die Aufmerksamkeit des
Mähdrescherfahrers wird somit nicht zusätzlich
beansprucht. Gleichzeitig bleibt eine manuelle Bedienung des Trocknungsmoduls über
die Einstellung der Betriebsmodi – bis hin zu einer Vollabschaltung – möglich. Über
die Einstellmöglichkeit der Grenzwerte für die
Sensoren kann zudem das Verhalten der Vorrichtung im Automatikmodus
in einem weiten Bereich an die jeweiligen Einsatzbedingungen angepasst
werden.
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Der
Wirkungsgrad ist gegenüber bisherigen Lösungsansätzen
höher, da die Trocknungsluft wegen des „Ventils” nicht
mehr ungenutzt durch die Entleerungsöffnung des Korntanks
entweichen kann.
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Die
Vorrichtung kann in jeden Serienmähdrescher nachgerüstet
werden oder in neu entwickelte Maschinen von Beginn an integriert
werden. Die übrigen Funktionen des Mähdreschers
werden nicht beeinträchtigt.
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Zeichnungen und Ausführungsbeispiele
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In
den folgenden Absätzen werden die beiliegenden Zeichnungen,
die denkbare Ausführungsbeispiele der hier gegenständlichen
Erfindung darstellen, im Detail erläutert. Die Zeichnungen
und Ihre Beschreibung haben beispielhaften Charakter und stellen
nicht die einzig möglichen Ausführungen der Erfindung
dar. In 1 ist der grundsätzliche
Aufbau der Vorrichtung an einem Beispiel gezeigt. 2a und 2b bilden
eine Ausführung des „Ventils”, welches
das ungenutzte Entweichen der Trocknungsluft verhindert, im Detail
ab. Die 3 schließlich zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der gesamten Vorrichtung
als Nachrüstung auf einem Serienmähdrescher. Die
Figuren sind zwecks besserer Lesbarkeit nicht maßstabsgerecht.
Einige naheliegende Alternativlösungen zu den hier im Detail
erläuterten Bauformen sind in den Absätzen [0041]
bis [0047] aufgeführt. Auch diese Aufzählung ist
beispielhaft und nicht abschließend.
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Der
grundsätzliche Aufbau des Trocknungsmoduls in einer zweckmäßigen
Ausführungsvariante ist in 1 schematisch
dargestellt: Vom Luftfilter (1) gelangt die Trocknungsluft über
den Hauptluftkanal (2) zur Verzweigung (3). Dort
befindet sich die Luftleitklappe (4) die über
einen Stellmotor (5) eingestellt wird. Die Luftleitklappe
(4) kann dabei – wie vom Doppelpfeil angedeutet – zwischen
den beiden durch die durchgezogene Linie bzw. durch die gestrichelte Linie
markierten Extrempositionen bewegt werden. Je nach Stellung der
Luftleitklappe (4) strömt mehr oder weniger (bis
gar keine) Luft durch den oberen Parallelkanal (6). Die
restliche Luft strömt dem entsprechend durch den unteren
Parallelkanal (7). Die Luft, welche durch den oberen Parallelkanal
(6) strömt, passiert die beiden Wärmetauscher
(8 und 9) und wird von diesen erhitzt. Die Luft,
welche den unteren Parallelkanal (7) durchströmt,
wird hingegen nicht erhitzt. An der Y-Weiche (10) vereinigen
sich die Luftkanäle wieder und die Luft – egal
auf welchem Weg sie gekommen ist – wird in ins Gebläse
(11) gesaugt. Dabei tritt die Luft in der Nähe
des Drehpunktes des Axiallüfters in das Gebläse
ein. Der Lüfter dreht sich in Pfeilrichtung und drückt
die Luft tangential aus dem Gebläse in den Einblasluftkanal
(12), in dem sich der Sensor S1 (13) befindet,
welcher die Temperatur der eingeblasenen Luft misst. Durch eine geeignete
Vorrichtung, hier einen Siebboden (14) wird die Luft unter
dem Korntank (15) verteilt, so dass sie das Erntegut möglichst
gleichmäßig durchströmen kann. Das „Ventil” (16)
verhindert dabei ein Entweichen der Luft nach unten durch die Entleerungsvorrichtung
(17). (Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel dieses „Ventils” ist
in den nachfolgenden 2a und 2b detailliert
dargestellt.) Die Steuereinheit (18) befindet sich in der
nicht dargestellten Fahrerkabine und ist mit den drei Sensoren S1
(13), S2 (19) und S3 (20) jeweils über
Kabel (21) verbunden. Der Temperatursensor S2 (19)
und der Füllstandssensor S3 (20) sind im Korntank
(15) angebracht. Die Steuereinheit (18) wertet
die Daten der Sensoren aus und regelt in Verbindung mit dem Betriebsmodus
und den vorgegebenen Grenzwerten die Umdrehungsgeschwindigkeit des
Gebläses (11) und die Stellung der Luftleitklappe
(4), mit welchen sie ebenfalls über Kabel (21)
verbunden ist. Kühlwasserschläuche (22) führen
das Kühlwasser, welches in Pfeilrichtung fließt,
vom Motor (23) des Mähdreschers zunächst zum
Luft-Wasser-Wärmetauscher (8), dann zum werksseitigen
Kühler (24) und von dort wieder zurück zum
Motor (23). Der Abgaswärmetauscher (9)
ist mit dem Auspuff (25) des Mähdreschermotors
(23) verbunden, die Abgase strömen dabei in Pfeilrichtung vom
Motor (23) durch den Abgaswärmetauscher (9).
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In
der zweiten Figur wird der Aufbau des „Ventils” dargestellt,
welches das Entweichen der Trocknungsluft durch die Entleerungsöffnung
des Korntanks verhindert. 2a zeigt
dieses „Ventil” in der Seitenansicht. Unten ist
die Austragungsschnecke (26) dargestellt. Darüber
ist ein senkrecht stehendes Rohr (27) angeordnet. Im oberen
Bereich dieses Rohres ist ein Steg (28) angebracht, der
das Rohr (27) durchmisst. An diesem Steg (28)
sind mit einem Doppelscharnier (29) zwei Ventilklappen
(30) angebracht. Der Steg (28) ist dabei breiter
als der Abstand der Drehpunkte. Dadurch können die Ventilklappen
(30) maximal bis in eine waagerechte Position bewegt werden.
Die Feder (31) drückt die Ventilklappen nach außen/oben,
so dass diese im Normalzustand die waagerechte Position einnehmen,
bei Belastung von oben jedoch nach unten öffnen können.
Die Seitenansicht zeigt das „Ventil” in geöffneter Stellung.
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Im
Gegensatz dazu stellt die 2b eine Draufsicht
auf das „Ventil” in geschlossenem Zustand dar.
Außen ist das Rohr (32) bzw. dessen Rand erkennbar.
Dargestellt ist ein Vierkantrohr. Die Form des Rohrquerschnitts
ist für das Funktionsprinzip nicht entscheidend. In der
Mitte ist der Steg (33) abgebildet. Die Ventilklappen (34)
sind hier in geschlossenem Zustand dargestellt. In den diagonal
gegenüberliegenden Ecken ist der Spalt (35) dargestellt,
der es dem Erntegut ermöglicht, in kleinen Mengen am geschlossenen „Ventil” vorbeizufallen.
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In 3 wird
ein Ausführungsbeispiel der hier gegenständlichen
Trocknungsvorrichtung als Nachrüstung auf einem Serienmähdrescher
gezeigt. Die Figur zeigt einen Querschnitt. Über dem Gehäuse
des Mähdreschers ist im hinteren oberen Bereich zunächst
der Luftfilter (36) dargestellt, von dem aus die Luft durch
den Ansaugkanal (37) zum Gebläse (38)
gelangt, welches in diesem Beispiel als Radiallüfter (38a)
mit Antrieb durch einen Elektromotor (38b) ausgeführt
ist. Das Gebläse (38) dreht sich in Pfeilrichtung
und der dadurch erzeugte Luftstrom dient als Trocknungsluft (bzw.
Kühlungsluft). Der Luftfilter (36) sorgt dafür,
dass der in der Umgebung des laufenden Mähdreschers in
der Regel entstehende Staub aus der Trocknungsluft entfernt wird.
Der Staub kann somit weder die Trocknungsanlage noch das Erntegut
verunreinigen. Das Gebläse (38) ist derart ausgestaltet,
dass es sowohl einen der Größe des Korntankes
(39) angemessenen Volumenstrom erzeugen als auch einen
ausreichenden Druck aufbauen kann, so dass der Luftstrom in der
Lage ist, das Erntegut auch dann noch zu durchdringen, wenn der Korntank
(39) gefüllt ist.
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Der
vom Gebläse erzeugte Luftstrom wird durch den Hauptluftkanal
(40) zur Luftleitklappe (41) befördert.
Ein Stellmotor, hier als Servomotor (42) ausgeführt,
steuert die Stellung der Luftleitklappe (41) stufenlos
und bestimmt so, welcher Teil der Luft durch den ersten Parallelkanal
(43) in Richtung der Wärmetauscher fließt
und welcher Teil über den zweiten Parallelkanal (44)
an den Wärmetauschern vorbeigeleitet wird. In der Skizze
ist eine Mittelstellung der Luftleitklappe (41) dargestellt,
in der beide Parallelkanäle von einem Teil der Luft durchströmt werden.
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Im
ersten Parallelkanal (43) sind in diesem Ausführungsbeispiel
zwei Wärmetauscher angebracht. Als erstes passiert die
Luft den mit relativ niedrigerer Temperatur arbeitenden Luft-Wasser-Wärmetauscher
(45), welcher an die Wasserkühlung des Mähdreschermotors
angeschlossen ist. Dieser Anschluss ist so ausgestaltet, dass das
der Wärmetauscher im Kühlwasserkreislauf zwischen
dem Motor des Mähdreschers und dem werksseitig eingebauten
Kühler angeordnet ist, so dass das heiße Kühlwasser
vom Motor zunächst durch den Luft-Wasser-Wärmetauscher
(45) geleitet wird und von dort in den werksseitig eingebauten
Kühler gelangt. Motor, Kühler und die benötigten
Schläuche sind der Übersichtlichkeit halber in
der 3 nicht eingezeichnet, da das hier vorzugsweise
zu verwendende Einbauprinzip bereits in 1 dargestellt
wurde.
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Nach
dem Luft-Wasser-Wärmetauscher (45) ist ein Abgaswärmetauscher
(46) als Luft-Luft-Wärmetauscher angeordnet. Dieser
erwärmt die vom Luft-Wasser-Wärmetauscher (45)
vorgeheizte Luft weiter. Der Abgaswärmetauscher (46)
wird an den Auspuff des Mähdreschermotors angeschlossen.
Es sollte darauf geachtet werden, dass die Abgase nach dem Passieren
des Abgaswärmetauschers (46) so weit entfernt
vom Luftfilter (36) an die Umwelt abgegeben werden, dass
keine Abgase in die Trocknungsluft gelangen.
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Von
den Wärmetauschern gelangt die erhitzte Luft weiter in
Richtung des Vereinigungsbereichs (47), wo sich die beiden
Parallelkanäle (43 und 44) zum Einblasluftkanal
(48) wieder vereinigen. Im Einblasluftkanal (48)
vermischen sich der heiße und der kalte Luftstrom und die
resultierende Lufttemperatur wird vom ersten Temperatursensor S1
(49) gemessen.
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Der
Einblasluftkanal (48) leitet die Luft bis in den Korntank
(39). Als Einblasvorrichtung wird in diesem Ausführungsbeispiel
ein Siebboden (50) verwendet, unterhalb dessen sich die
Trocknungsluft flächig verteilt um dann nach oben durch
die Sieböffnungen zu entweichen und das Erntegut (51)
zu durchströmen.
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Um
das Entweichen der Luft durch die Entleerungsvorrichtung (52)
des Korntankes (39) zu verhindern, ist der Hohlraum unter
dem Siebboden (50) gegen die Entleerungsöffnung
(52) mit einem Rohr (53) luftdicht verschlossen.
Das Rohr (53) ist so bemessen, dass seine Länge
größer ist als sein Halbmesser und dass seine
Querschnittsfläche größer ist als die
Querschnittsfläche der Entleerungsvorrichtung (52).
Im oberen Bereich des Rohrs (53) ist ein Steg (54)
angebracht, der das Rohr (53) quer durchmisst. An diesem
Steg (54) sind mit einem Scharnier (55) zwei in
sich starre, Ventilklappen (56) so befestigt, dass sie
nach unten unbegrenzt öffnen und nach oben nur bis maximal
in die Waagerechte bewegt werden können. Die Form dieser
Ventiklappen (56) entspricht im Wesentlichen der Form der
von ihnen zu verschließenden Fläche zwischen dem
Steg (54) und dem jeweiligen Rand des Rohrs (53)
Dabei ist darauf zu achten, dass an mindestens einer Stelle ein kleiner
Zwischenraum zwischen dem Rand der Ventilklappen (56) und
dem sie umgebenden Rohr (53) verbleibt, durch den das Erntegut
(51) auch bei waagerecht stehenden Ventilklappen (56)
in kleinen Mengen in das Rohr (53) fallen kann. Unterhalb
der Ventilklappen (56) ist eine Feder (57) angebracht, die
so stark ausgelegt ist, dass die Ventilklappen (56) bei leerem
Korntank (39) in der Waagerechten gehalten werden, aber
durch das Gewicht des Erntegutes nach unten öffnen, wenn
bei einigermaßen gefülltem Korntank das Rohr (53)
durch die Entleerungsvorrichtung (52) entleert wird. Ist
der Korntank vollständig entleert worden, klappt das Ventil
in die Ausgangsstellung zurück, d. h. die Ventilklappen
(56) stehen wieder annähernd waagerecht.
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Etwas
oberhalb des Siebbodens (50) ist im Korntank (39)
der zweite Temperatursensor S2 (58) angebracht, der eine Überhitzung
des Erntegutes verhindern soll.
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Am
oberen Rand des Korntanks (39) ist der Füllstandssensor
S3 (59), hier in Form eines Ultraschall-Abstandssensors,
angebracht, mit dem der Füllstand des Korntanks (39)
bestimmt wird.
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In
der Fahrerkabine (60) ist die Steuerungseinheit (61)
mit Bedienerterminal und Mikroprozessor angebracht. Die Steuerungseinheit
(61) ist über Kabel mit verschiedenen Komponenten
des Trocknungsmoduls verbunden. Eine Verbindung geht zum Motor des
Gebläses (38b) und dient zum ein- und ausschalten
bzw. zur Drehzahlregelung dieses Motors. Eine zweite Verbindung
geht zum Stellmotor (42), so dass die Steuerungseinheit
(61) die Stellung der Luftleitklappe (41) regeln
kann. Um die Werte der Sensoren auslesen zu können und
darauf basierend entsprechende Regelungseingriffe vorzunehmen, ist die
Steuerungseinheit (61) ebenfalls mit den beiden Temperatursensoren
(49 und 58) sowie mit dem Füllstandssensor
(59) verbunden. Diese Kabelverbindungen sind in der 3 der Übersichtlichkeit
halber nicht abgebildet, da diese Verbindungen bereits in 1 dargestellt
wurden.
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Die
Ausführung der Vorrichtung kann in vielen Punkten vom hier
vorgestellten Beispiel abweichen. So ist es beispielsweise möglich,
die Bauteile der Trocknungsvorrichtung an einer anderen Stelle auf
oder im Mähdrescher zu platzieren. Insbesondere dann, wenn
die Vorrichtung nicht nachgerüstet, sondern in ein neues
Modell integriert wird, wird man in der Regel andere Installationspositionen
auswählen.
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In
Bezug auf die Wärmetauscher kann die Vorrichtung statt
mit je einem Luft-Wasser-Wärmetauscher und einem Luft-Luft-Wärmetauscher
(Abgaswärmetauscher) auch nur mit einem Luft-Wasser-Wärmetauscher
oder nur mit einem Luft-Luft-Wärmetauscher betrieben werden.
Dies führt zu geringeren Kosten und Platzansprüchen,
ist aber auch mit einer verminderten Wärmeleistung verbunden,
da jeweils nur eine der beiden Abwärmequellen des Motors
verwendet wird.
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Zudem
können der oder die Wärmetauscher und die parallelen
Luftkanäle statt nach dem Gebläse auch vor dem
Gebläse positioniert werden. Im letzteren Fall wird die
Luft durch die Wärmetauscher gesaugt statt gedrückt.
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Statt
der zuvor dargestellten Verteilung der Trocknungsluft über
einen Siebboden ist auch die Installation von einem oder mehreren,
sich verzweigenden Rohren mit Löchern oder Düsen
im Korntank möglich.
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Anstelle
des vorstehend beschriebenen Ultraschall-Abstandssensors kann auch
jeder andere Abstandssensor verwendet werden. In einer simpleren
Ausführung kann auch mit einfacheren Sensoren ermittelt
werden, ob ein bestimmter Füllstand überschritten
ist. Hierfür kommen insbesondere Helligkeitssensoren, Lichtschranken
oder Schwimmschalter in Betracht. Diese letztgenannten Sensorarten sollten
gegenüber der Darstellung in 3 zweckmäßigerweise
an einer tieferen Position im Korntank angebracht werden, da sie
ansonsten erst bei vollständiger Füllung des Korntanks
und somit zu spät auslösen würden.
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Der
Antrieb des Gebläses kann über alle auf dem Mähdrescher
verfügbaren Energiequellen erfolgen, alternativ zum elektrischen
Antrieb kann ein Hydraulikmotor verwendet werden oder das Gebläse kann
mit Riemen und/oder Zahnrädern und/oder Wellen direkt mit
der Hauptwelle des Mähdreschermotors verbunden werden.
Im letztgenannten Fall ist auch eine Kupplung zur Trennung und damit
zum Ausschalten des Gebläses bei laufender Maschine vorzusehen.
Schließlich kann auch eine eigene kleine Verbrennungskraftmaschine
als Gebläseantrieb verwendet werden. Diese sollte zweckmäßigerweise mit
demselben Kraftstoff wie der Hauptmotor arbeiten um den Kraftstoff
aus dem vorhandenen Kraftstofftank der Antriebsmaschine beziehen
zu können.
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Die
Klappen des „Ventils”, welche das ungenutzte Entweichen
der eingeblasenen Luft minimieren sollen, können statt
aus einem in sich starren Material auch aus einem flexiblem Material
gefertigt werden. Dann kann bei optimaler Materialsteifigkeit gegebenenfalls
auf die Feder verzichtet werden, die die Ventilklappen bei leerem
Korntank in der Waagerechten halten.
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Zusammenfassung
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Inhalt
der Erfindung ist ein vollautomatisches, nachrüstbares
oder ab Werk integrierbares Trocknungssystem für einen
Mähdrescher. Das System nutzt die Abwärme des
Motors zur Erwärmung der Trocknungsluft. Neben derart erhitzter
Trocknungsluft kann das System auch Kaltluft (Umgebungstemperatur)
in das Erntegut einblasen. Durch Sensoren und eine entsprechende
Steuerung wird das Mischverhältnis von warmer und kalter
Luft und folglich die Temperatur der ins Erntegut eingeblasenen
Luft so geregelt, dass ein Überhitzen des Erntegutes verhindert
wird. Zudem kann das Erntegut nach der Trocknung mit Kaltluft wieder
gekühlt werden, so dass es bei Entleerung des Mähdreschers eine
lagerfähige Temperatur aufweist. Dieser Vorgang kann vollautomatisch
geregelt werden. Eine spezielle Vorrichtung verhindert, dass die
eingeblasene Luft durch die Entleerungsöffnung des Korntanks
ungenutzt entweicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2537186
(A) [0004]
- - DE 000001134546 B [0006]
- - DE 3627267 A1 [0007]
- - DE 19700646 C1 [0008]