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Verfahren zur zentralisierten SOLL-Wertvorgabe für geregel-
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te Befeuchtungsanlagen sowie Steuervorrichtung zur zentralisierten
SOLL-Wertvorgabe Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur zentralisierten
SOLL-Wertvorgabe für geregelte Befeuchtungsanlagen mit Feuchtigkeitsmessonden zur
Abgabe eines feuchtigkeitsentsprechenden IST-Wertsignales und mit Befeuchtungsstellgliedern
sowie eine Steuervorrichtung zur zentralisierten SOLL-Wertvorgabe für geregelte
Befeuchtungsanlagen mit Feuchtigkeitsmesssonden zur Abgabe eines elektrischen Signals,
entsprechend einem lokalen Feuchtigkeits-IST-Wert und mit Befeuchtungsstellgliedern.
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Geregelte Befeuchtungsanlagen sind bekannt. Sie umfassen eine Mehrzahl
auf oder im Boden angeordneter Feuchtigkeitsmessonden, welche ein Signal entsprechend
einem lokalen Feuchtigkeits-IST-Wert abgeben, welches dazu verwendet wird, Berieselungsanlagen
ein- resp. abzuschalten. Die zu diesem Zweck verwendeten bekannten Messonden messen
eine relative Feuchtigkeit mit Bezug auf einen Vergleichswert, was beispielsweise
so ausgeführt wird, dass die Kapazität des Bodens, welche feuchtigkeitsabhängig
ist, im Vergleich mit einer vorgebbaren diskreten Kapazität, beispielsweise in einer
Messbrücke, erfasst wird. Die Zuordnung der Messonden-Ausgangssignale zu absoluten
Feuchtigkeitswerten muss in Abhängigkeit der Bodenbeschaffenheit für jede angeordnete
Sonde getrennt vorgenommen werden. In Abhängigkeit u.a. der Bodenbeschaffenheit
wird an jeder Messonde festgelegt, ab welchem Ausgangssignalwert eine zugeordnete
Befeuchtungseinrichtung ein- resp. abgeschaltet werden soll. Die Verstellung dieser
EIN- resp AUS-Schaltwerte muss bei jeder Sonde getrennt vorgenommen werden.
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Berücksichtigt man nun, dass die gewünschte Feuchtigkeitsverteilung
in einem mit Messonden und entsprechenden Befeuchtungsanlagen
versehenen
Feld nur äusserst grob ein für allemal festgelegt werden kann, beispielsweise entsprechend
der angepflanzten Kultur, und dass es wünschbar ist, beispielsweise anhand der WachstumsverhAltnisse
der genannten Kultur, die Feuchtigkeitsverteilung im Boden optimal nachzusteuern,
so ist ersichtlich, dass dies bei lediglich an den Sonden vorgesehenen Verstellmöglichkeiten
äusserst aufwendig ist. Dies ist insbesondere dort der Fall, wo die Messonden nicht
als Oberflächensonden ausgebildet sind, sondern abgestimmt auf das Wurzelwerk vorgesehener
Kulturen in bestimmter Tiefe vergraben sind. Im weiteren haben solche Anlagen den
Nachteil, dass die vorliegende Feuchtigkeitsverteilung nicht zentral, ohne grossen
Aufwand, ermittelt werden kann, sondern lediglich aus dem gesteuerten Verhalten
der Befeuchtungsaggregate oder aber nach Massgabe von Ablesungen an jeder der vorgesehenen
Sonden.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt ein Verfahren sowie eine Steuervorrichtung
zu schaffen, welche die obgenannten Nachteile bekannter Anlagen behebt und eine
zentrale Steuerung der Feuchtigkeitsverteilung ermöglicht.
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Zu diesem Zweck zeichnet sich das vorliegende Verfahren dadurch aus,
dass man - die Ausgangsgrössen der Feuchtigkeitsmessonden auf eine zentrale Steuereinheit
führt, - dort die Ausgangsgrössen der Messonden mit einstellbaren SOLL-Grössen vergleicht,
- entsprechend den Vergleichsresultaten von der Steuereinheit aus die Befeuchtungsstellglieder
ansteuert.
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Beabsichtigt man alle Messonden gleichzeitig nach ihren erfassten
Feuchtigkeits-IST-Werten abzufragen und ebenfalls
gleichzeitig die
entsprechenden Befeuchtungsstellglieder anzusteuern, so wird vorgeschlagen, alle
Ausgangsgrössen der Messonden gleichzeitig mit einer je zugeordneten einstellbaren
SOLL-Grösse zu vergleichen und entsprechend jedem Vergleichsresultat den einzelnen
Messonden je zugeordnete Stellglieder anzusteuern. Dadurch wird ermöglicht, ohne
jeglichen Zeitverzug, die Feuchtigkeitsverteilung entsprechend vorgegebenen Werten
auszuregeln und zentral durch Verstellung der SOLL-Grössen für jedes Messonden/Stellgliedpaar
diese Verteilung zu ändern.
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Berücksichtigt man, dass es sich bei der Feuchtigkeitsregelung ohnehin
um eine relativ träge Regelung handelt, so ist der Nachteil, dass nicht gleichzeitig
alle Messonden/Stellgliederpaare ununterbrochen nachgeregelt werden, sondern nur
in einem vorgegebenen Rhythmus gegenüber der Schaltungsaufwand-Einsparung vernachlässigbar,
wenn man die Ausgangsgrössen der Messonden sequentiell je mit einer zugeordneten
einstellbaren SOLL-Grösse vergleicht und sequentiell entsprechend den jeweiligen
Vergleichsresultaten den einzelnen Messonden je zugeordnete Stellglieder ansteuert.
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Eine weitere Reduktion des Schaltungsaufwandes ergibt sich, indem
man sequentiell alle Ausgangsgrössen mit einer einstellbaren SOLL-Grösse vergleicht
und sequentiell entsprechend den jeweiligen Vergleichsresultaten den einzelnen Messonden
je zugeordnete Stellglieder ansteuert.
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Obwohl generell die Vorgabe von SOLL-Werten je für eine Messsonden/Stellgliedstrecke
die Berücksichtigung unterschiedlicher Bodenverhältnisse für die Steuerung der Stellglieder
ermöglicht, bleiben dabei trotzdem die der zentralen Steuereinheit zugeführten Sondenausgangssignale,
unter anderem auch durch Exemplarstreuungen bedingt, unterschiedlich, so dass für
gleiche Feuchtigkeitsverhältnisse an unterschiedlichen Sonden und/oder in unterschiedlichen
Bodenverhältnissen auch
unterschiedliche Signale vorliegen. Deshalb
kann es wünschenswert sein, Sonden- und Bodenunterschiede nicht mit den SOLL-Werten
zu berücksichtigen, sondern dadurch, dass man die Ausgangsgrössen der Messonden
in der zentralen Steuereinheit vor der Vornahme des Vergleichs je einstellbar verstärkt
resp.
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abschwächt. Durch diese Massnahme wird die ganze Feuchtigkeits/ Ausgangssignal-Uebertragungskennlinie
der einzelnen Messonden messonden- resp. bodenspezifisch abgleichbar, so dass nach
vorgenommenem Abgleich alle Messonden für gleiche Feuchtigkeitswerte des sie umgebenden
Bodens gleiche Ausgangssignale erzeugen.
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Die vorgeschlagene Steuervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass
- Eingänge für die Sondensignale vorgesehen sind sowie - Ausgänge für Steuersignale
für die Stellglieder sowie - Vergleichsmittel, welche eingangsseitig mit den Eingängen
sowie mit einstellbaren SOLL-Wertvorgabemitteln verbunden sind und ausgangsseitig
mit den Ausgängen der Steuereinheit.
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Zur gleichzeitigen Regelung aller Messonden/Stellglieder-Strekken
wird vorgeschlagen, dass die Vergleichsmittel einzelne Vergleichseinheiten umfassen,
welche eingangsseitig mit je einem Eingang für ein Sondensignal verbunden sind sowie
je mit einer SOLL-Wertvorgabeeinheit.
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Geht man von einer parallelen Verarbeitung auf allen Messonden/ Stellgliedstrecken
zu einer seriellen über, so wird eine massgebliche Einsparung mit Bezug auf den
Schaltungsaufwand erreicht. Dies dadurch, dass die Vergleichsmittel eine Vergleichseinheit
umfassen, welche mit einem Eingang mit einer Mehrzahl von ersten Polen von ersten
Multiplexerschaltern verbunden ist, mit einem zweiten Eingang mit einer Mehrzahl
von
ersten Polen von zweiten Multiplexerschaltern und deren Ausgang
mit einer Mehrzahl von ersten Polen von dritten Multiplexerschaltern verbunden ist,
wobei die zweiten pole der ersten Schalter mit den Sondeneingängen, diejenigen der
zweiten mit einer entsprechenden Anzahl einstellbarer SOLL-Wertvorgabemittel und
diejenigen der dritten mit den Ausgängen zu den Stellgliedern verbunden sind.
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Dadurch wird lediglich eine Vergleichseinheit benötigt. Diese Einsparung
der beispielsweise mit Operationsverstärkern realisierten Vergleichseinheiten wiegt
stärker als der durch die Multiplexer bedingte Mehraufwand, da heute auf dem Markt
mittels Analogschaltern realisierte Multiplexer für eine Vielzahl von Kanälen erhältlich
sind. Kann mindestens für eine Anzahl der Gesamtzahl vorgesehener Messonden ein
gleicher SOLL-Wert vorgegeben werden, so wird vorgeschlagen, dass die Vergleichsmittel
eine Vergleichseinheit umfassen, welche mit einem Eingang mit einer Mehrzahl von
ersten Polen von ersten Multiplexerschaltern verbunden ist, mit einem zweiten Eingang
mit einer SOLL-Wertvorgabeeinheit und welche mit ihrem Ausgang mit einer Mehrzahl
von ersten Polen von zweiten Multiplexerschaltern verbunden ist, wobei die zweiten
Pole der ersten Multiplexerschalter mit den Eingängen für die Sondensignale, diejenigen
der zweiten mit den Ausgängen zu den Stellgliedern verbunden sind.
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Da die Stellglieder üblicherweise lediglich eine Zweipunktsteuerung
entsprechend EIN/AUS ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Vergleichsmittel
eine Vergleichshysterese aufweisen und ein Zweiwertausgangssignal abgeben.
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Obwohl durch Vorsehen separater Stellglieder für jede Sonden/ Stellgliedstrecke
das Verhalten der Strecken entsprechend Exemplarstreuungen der Sonden und/oder unterschiedlicher
Bodenbeschaffenheiten eingestellt werden kann, kann es wünschenswert
sein,
die Sondenausgangssignale derart aufzubereiten, dass sie zur Ermittlung der momentanen
Feuchtigkeitsverteilung untereinander verglichen werden können.
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Dies wird dadurch erreicht, dass den Eingängen für die Sondensignale
und den Vergleichsmitteln Verstärker resp. Abschwächer zwischengeschaltet sind.
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Eine äusserst einfache Ansteuerung allenfalls vorgesehener Multiplexerschalter
wird dadurch erreicht, dass sie sequentiell mittels einer Verteileinheit für Ansteuersignale,
z.B. mittels eines Schieberegisters, angesteuert werden.
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Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren
erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 den möglichen Aufbau bekannter Feuchtigkeitsmessonden,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit zur SOLL-Wertvorgabe mit
je einer Vergleichseinheit pro Sonden/Stellgliedstrecke, Fig. 3 eine schematische
Darstellung einer Vergleichseinheit für Zweiwertausgangssignale mit Vergleichshysterese,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit mit einer Vergleichseinheit
und je einer SOLL-Wertvorgabeeinheit pro Sonden/Stellgliedstrecke, Fig. 5 eine schematische
Darstellung einer Steuereinheit mit einer Vergleichseinheit und einer SOLL-Wertvorgabeeinheit
für alle Sonden/Stellgliedstrecken sowie mit Abstimmitteln zur Abstimmung der Sondenausgangssignale.
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In Fig. 1 ist ein möglicher, grundsätzlicher Aufbau einer Feuchtigkeitsmessonde,
beruhend auf dem Kapazitäts-Messprinzip dargestellt. Das Ausgangssignal eines Oszillators
1, welcher über Leitungen 3 extern gespiesen ist, wird einer Messbrücke 5 zugeführt,
wie sie für die Kapazitätsmessung bekannt ist. Sie umfasst eine vorgegebene Kapazität
C0 und weist Anschlüsse 7 auf, welche in das die Sonde umgebende Erdreich einragen,
derart, dass zwischen die Anschlüsse 7 die Bodenprobenkapazität Cx erscheint. Die
Kapazität Cx ist abhängig von der jeweiligen Feuchtigkeit des Bodens, so dass Feuchtigkeitsänderungen
sich in einer Aenderung des Brückenstromes I manifestieren, welcher einem Verstärker
9 zugeführt wird, der ein entsprechendes Wechselsignal an seinem Ausgang 11 abgibt.
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Die Amplitude dieses Signals ist ein Mass für die feuchtigkeitsabhängige
Kapazität Cx des die Sonde umgebenden Erdreichs.
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Das Ausgangssignal des Verstärkers 9 wird in einer Einheit 13 gleichgerichtet,
dann über ein Tiefpassfilter 15 geführt, so dass am Ausgang 17 dieses Tiefpassfilters
eine Gleichspannung als Mass für die feuchtigskeitsabhängige Kapazität Cx resp.
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den Feuchtigkeitsgrad erscheint.
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Gemäss Fig. 2 umfasst eine zentrale Steuereinheit 19 Vergleichseinheiten
21a, 21b' 21c bis 21n entsprechend der Anzahl vorgesehener Sonden/Stellgliedstrecken.
Je einem ersten Eingang 23a bis 23n der Vergleichseinheiten 21X werden die Ausgänge
17a bis 17n von Messonden 25 zugeführt, welche beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt,
aufgebaut sind.
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Einem zweiten Eingang 27a bis 27 der Vergleichseinheiten 21 n n x
wird ein, mittels Stellgliedern 29a bis 29n einstellbares SOLL-Wertsignal zugeführt.
Die Ausgänge 31a bis 31n der Vergleichseinheiten 21X werden den schematisch dargestellten
Stellgliedern 33 zugeführt, welche entsprechend den Signalen an den Vergleichseinheitsausgängen
31 bis 31 die Ausflussmenge eines a n Befeuchtungsmediums, beispielsweise von Wasser,
steuern. Bei den Stellgliedern 33 handelt es sich um elektrisch betätigbare
Durchflussventile,
welche kontinuierlich einstellbar oder aber als Zweipunktstellglieder für EIN/AUS-Betrieb
ausgebiidet sind. Handelt es sich bei den Stellgliedern 33 um Zweipunktstellglieder,
so werden die Vergleichseinheiten 21X vorzugsweise als Spannungskomparatoren mit
einem Zweizustands-Ausgangssignal an den Ausgängen 3r= ausgebildet. Derartige x
Komparatoren sind bekannt und im Handel erhältlich.
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Die Stellglieder 29x können beispielsweise mit Potentiometern realisiert
werden, wobei eine dort verstellbare Teilspannung den Vergleichseinheiten 21X als
SOLL-Wert zugeführt wird. Insbesondere bei der Verwendung von Spannungskomparatoren
mit einem Zweizustands-Ausgangssignal für die EIN/AUS-Steuerung der Stellglieder
ist es wünschenswert, die Vergleichseinheiten resp. Komparatoren mit einer Schalthysterese
zu versehen, damit ein geringfügiges Oszillieren des Sondenausgangssignals um den
vorgegebenen SOLL-Wert nicht ein oszillierendes Ein/ Ausschalten der Stellglieder
bewirkt. Zu diesem Zweck wird ein handelsüblich erhältlicher Komparator mit Schmittrigger-Eingang
verwendet, der grundsätzlich eine Vergleichskennlinie aufweist, wie dies in Pig.
3 dargestellt ist.
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Ander Steuervorrichtung 35 gemäss Fig. 4 sind die Ausgänge 17a bis
17n auf gleichbezeichnete Eingänge geschaltet, welche je über erste Multiplexerschalter
Saul, Sbl bis 5n1 gemeinsam auf einen Eingang 37 einer einzelnen Vergleichseinheit
39 geschaltet sind. Einem zweiten Eingang 41 der Vergleichseinheit 39 werden über
zweite Multiplexerschalter Sa2' Sb2 bis Sn2 SOLL-Wertvorgabeeinheiten 43 bis 43
zugeschaltet. Der Ausa n gang 45 der Vergleichseinheit 39 ist über dritte Multiplexerschalter
S bis S mit Ausgängen 47 bis 47 zu den Stella n3 a n gliedern 33 verbunden. Die
Multiplexerschalter Sxl bilden einen ersten, die Schalter Sx2 einen zweiten und
die Schalter 5x3 einen dritten Multiplexer. Die drei Multiplexerschalter werden
über eine Zeitsteuervorrichtung 47 jeweils synchron angesteuert, beispielsweise
in der Schaltreihenfolge a, b,
c ... n, a, b, n. Ist ein Trippel
der Multiplexerschalter Sil' Si2' Si3 geschlossen, so wird ein jeweiliger Eingangw
-mit der Vergleichseinheit 37 verbunden. Gleichzeitig wird die entsprechende SOLL-Wertvorgabeeinheit
43i mit dem zweiten Eingang der Vergleichseinheit verbunden und das Vergleichsresultat
wird auf das entsprechende Stellglied 33 geführt. Als Zeitsteuervorrichtung 47 wird
beispielsweise ein Schieberegister verwendet, welches durch einen Oszillator 49
getrieben wird.
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Durch die Wahl der Pulsfrequenz am Oszillator 49 wird die Zeitspanne
vorgegeben, mit welcher sequentiell die entsprechenden Sonden/Stellgliedstrecken
zur Regelung freigegeben werden.
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Als Multiplexer können vorzugsweise im Handel erhältliche Analogschalter
verwendet werden.
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Auch hier ist die Vergleichseinheit 39 entsprechend den verwendeten
Stellgliedern 33, als Komparator mit einem Zweiwertausgangssignal und vorzugsweise
mit Schalthysterese,ausgebildet.
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Die Einheiten 43 können als Potentiometer ausgebildet sein.
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x Mit Hilfe der SOLL-Wertvorgabe an den Einheiten 43x wird die Umschaltschwelle
vorgegeben, d.h. das Sondenausgangssignal, bei welchem das Ausgangssignal der Vergleichseinheit
39 die Stellglieder 33 von EIN nach AUS resp. umgekehrt schaltet. Mit Hilfe dieser
Vorgabeeinheiten können wohl sondenspezifische Unterschiede in ihrer Uebertragungscharakteristik
Ausgangssignal/Feuchtigkeit berücksichtigt werden, ebenso wie Unterschiede, bedingt
durch verschiedene Bodenbeschaffenheiten in unmittelbarer Umgebung der Sonden, jedoch
werden die Ausgangssignale an den Eingängen 17x von verschiedenen Messonden herrührend
bei gleichen Feuchtigkeitsverhältnissen unterschiedlich sein, bedingt durch genannte
Unterschiede in ihrer Uebertragungscharakteristik. Ein unmittelbarer Vergleich der
anstehenden Sondenausgangssignale an den Eingängen 17x zur Ermittlung der momentanen
Feuchtigkeitsverteilung in einem mit Messonden versehenen Grundstück, ist deshalb
nicht ohne weiteres
möglich. Wird jedoch, wie dies gemäss Fig.
5 dargestellt ist, anstelle sondenspezifischer SOLL-Wertvorgabeeinheiten 43x jedes
Sondenausgangssignal nach den Eingängen 17 x in Verstärker- resp. Abschwächeinheiten
51a bis 51 vern stärkt resp. abgeschwächt, so können die der Vergleichseinheit 39
zugeführten Sondenausgangssignale derart abgestimmt werden, durch entsprechende
Abstimmung der Verstärkungskonstanten Ka bis Kn, dass für gleiche Feuchtigkeitswerte
an den Sonden auch gleiche Signalwerte der Vergleichseinheit 39 zugeführt werden.
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Damit können die momentan vor den Multiplexerschaltern Sxl anstehenden
Signale, beispielsweise über Anzeigegeräte 53 jederzeit miteinander verglichen werden,
was eine unmittelbare Kontrolle der momentanen Feuchtigkeitsverteilung in dem mit
Messonden und Stellgliedern versehenen Geländeabschnitt ermöglicht. Die Vergleichseinheit
39 ist nun lediglich mit einer einzigen SOLL-Wertvorgabeeinheit 55 verbunden, da
durch Vorgabe der Verstärkungskonstanten K sondenspezifisch x auch vorgegeben werden
kann, bei welcher Feuchtigkeit die Vergleichseinheit 39 ansprechen soll.
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Mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der beschriebenen Steuervorrichtung
wird ermöglicht, zentral die Bewässerung, ob überirdisch durch Berieselung oder
unterirdisch durch Zuleitung von Wasser, in einem beliebig grossen Geländeabschnitt
segmentweise oder gesamthaft zu steuern, indem mittels Vorgabemitteln grundsätzlich
eine SOLL-Feuchtigkeitsverteilung vorgegeben wird, deren Erreichen durch Zweipunktregelung
oder durch kontinuierliche Regelung bewerkstelligt wird.
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L e e r s e i t e