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Die Erfindung betrifft eine Futtererntemaschine mit einer vorausschauenden Ansteuerung von Betriebsparametern.
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Stand der Technik
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In der Landwirtschaft werden verschiedene Arten von Pflanzen angebaut, die für unterschiedliche Zwecke dienen und aufgrund ihrer unterschiedlichen Beschaffenheiten und Verwendungszwecke mit unterschiedlichen Maschinen geerntet werden.
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Bei manchen Pflanzen sind die Früchte interessant, die daher von verbleibenden Erntegutresten getrennt werden. Die Erntegutreste werden wiederum auf dem Feld verteilt oder separat eingesammelt und genutzt. Derartige Pflanzen sind beispielsweise Getreidepflanzen wie Weizen, Soja oder Mais, deren Körner durch die Erntemaschine, bei der es sich in der Regel um einen Mähdrescher handelt, abgetrennt und in einem Tank gesammelt und letztlich auf ein Transportfahrzeug überladen werden. Die Trennung erfolgt innerhalb des Mähdreschers durch Dresch-, Trenn- und Reinigungseinrichtungen, wobei bei bestimmten Pflanzen schon eine Vortrennung im Erntevorsatz erfolgen kann, z.B. in einem Maispflücker oder einem Abstreifer-Schneidwerk.
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Für die Verwendung als Futter oder als Biomasse zur Energieerzeugung werden die erwähnten oder andere Pflanzen angebaut, deren oberirdischen Teile komplett von der Erntemaschine aufgenommen und gesammelt oder bereits während des Erntevorgangs auf ein Transportfahrzeug überladen werden. Derartige Pflanzen sind beispielsweise Gras und Mais oder andere stängelartige Pflanzen. Während Gras üblicherweise in mehreren Arbeitsgängen geerntet wird, nämlich Mähen, Wenden, Schwaden und letztlich Aufsammeln, werden Mais, Getreidepflanzen (zur Erzeugung von Ganzpflanzensilage) und andere als Grüngut zu erntende Pflanzen in einem einzigen Arbeitsgang abgeschnitten und gesammelt. Hierzu dienen Mähvorsätze zur Maisernte und so genannte Grüngutschneidwerke für kleinere Pflanzen. Für das Aufsammeln geschwadeten Ernteguts, wie Gras, verwendet man so genannte Aufnehmer (Pick-Up), die das Erntegut einer Ballenpresse oder einem Ladewagen oder einem Feldhäcksler zuführen, wo es noch einmal geschnitten werden kann und letztlich zu einem Ballen gebunden und auf dem Feld abgelegt oder direkt im Ladewagen oder vom Feldhäcksler auf ein Transportfahrzeug überladen und abtransportiert wird. Ballenpressen werden auch verwendet, um einen von einem Mähdrescher abgelegten Erntegutresteschwad aufzunehmen und zu Ballen zu pressen.
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Es gibt auch eine Reihe anderer angebauter Pflanzen und zugehöriger (Spezial-) Erntemaschinen, wie Zuckerrohrernter und Baumwollpflücker, die nicht Gegenstand der vorliegenden Ausführungen sind.
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Mähdrescher sind relativ komplexe Maschinen, an denen eine Reihe von Einstellungen durchzuführen sind, um Betriebsparameter des Mähdreschers an die abhängig von der Art des Ernteguts und an dessen örtlich variierenden Eigenschaften anzupassen. Um den Bediener zu entlasten, sind im Stand der Technik verschiedene Automatisierungen für Mähdrescher vorgeschlagen worden.
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Man unterscheidet dabei zwischen Steuerungen ohne geschlossene Rückkopplungsschleife (so genannten „open loop“-Systemen), die eine bestimmte Eigenschaft des Ernteguts mittels eines Sensors erfassen, z.B. die Feuchte oder den Durchsatz, und einen Aktor davon abhängig verstellen, und Regelungen mit geschlossener Rückkopplungsschleife („closed loop“), die eine Auswirkung eines Betriebsparameters auf das Erntegut mittels eines Sensors erfassen, z.B. die Verluste einer Reinigungseinrichtung, und davon abhängig den Betriebsparameter verstellen.
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Die Erfassung von Ernteguteigenschaften kann durch vorausschauende Sensoren, z.B. Kameras oder Laserscanner, erfolgen oder die zu erwartenden Ernteguteigenschaften werden aus einer im Vorab, z.B. bei einem vorherigen Erntevorgang erzeugten oder anhand eines Pflanzenwachstumsmodells erzeugten Karte (ortsspezifisch und vorausschauend) ausgelesen oder man verwendet die bei einer vorherigen Überfahrt auf einer benachbarten Spur („pass to pass“) erfassten Werte, was es ermöglicht, die Steuerung so auszugestalten, dass ein Betriebsparameter schon dann verstellt wird, bevor die jeweilige Stelle auf dem Feld erreicht ist. Dadurch vermeidet man eine zu späte Anpassung des Betriebsparameters an das Erntegut, die u.a. zu Staus führen kann. Es ist auch vorgesehen worden, die vorausschauend erfassten oder in einer Karte eingetragenen Ernteguteigenschaften mit einem Sensor an Bord der Erntemaschine nachzukalibrieren („ground truthing“), insbesondere um relative Werte in absolute Werte umzurechnen, oder um den Zusammenhang zwischen den vorausschauend erfassten Signalen und zugehörigen Ernteguteigenschaften zu bestimmen. Hierzu sei beispielsweise auf den Stand der Technik nach
US 5 995 895 A und
EP 2 586 286 A1 verwiesen.
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Bei Regelungen mit geschlossener Rückkopplungsschleife ist eine vorausschauende Sensierung der Auswirkung des Betriebsparameters auf das Erntegut jedoch naturgemäß nicht möglich, sodass man sich hierzu allenfalls auf im Vorab abgespeicherte oder modellierte oder im Betrieb erfasste Relationen zwischen Betriebsparameter und zugehöriger Auswirkung beschränken muss, z.B. so genannte Kennfelder, die eine Relation zwischen Betriebsparameter und zugehörigem Ergebnis repräsentieren (s.
EP 2 401 905 A2 ), oder man verwendet hierfür ein Modell für das Verhalten der Maschine (
EP 3 348 130 A1 ). Diese Relationen oder Modelle erfordern jedoch einigen Aufwand bei der Erstellung und leiden darunter, dass nicht immer alle relevanten Ernteguteigenschaften berücksichtigt werden (können). Eine nur auf Sensoren beruhende Rückkopplungsschleife hat den Nachteil, dass man erst sehr verzögert auf Änderungen der Ernteguteigenschaften regieren kann, was in der Zwischenzeit zu nicht optimal verarbeitetem Erntegut oder zu Störungen (Verstopfungen etc.) führen kann.
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Aufgrund der Vielzahl der Ein- und Ausgangsparameter, die man für eine optimale Einstellung benötigen würde und der Komplexität der Zusammenhänge wurden selbstlernende System vorgeschlagen, denen einerseits Signale hinsichtlich der aktuellen Ernteguteigenschaften und der aktuellen Betriebsparameter der Erntemaschine und andererseits Signale hinsichtlich der Ergebnisse zugeführt werden. Anhand der Ergebnisse und der zugehörigen Ernteguteigenschaften und Betriebsparameter wird in einer selbstlernenden Weise (z.B. mittels eines Neuro-Fuzzy-Netzwerks, s.
EP 1 277 388 A1 ) ermittelt, welcher Betriebsparameter bei welchen Ernteguteigenschaften zu brauchbaren Ergebnissen führt. Hierbei ist noch keine vorausschauende Kontrolle möglich.
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Eine ähnliche Vorgehensweise sieht vor, dass die Ernteguteigenschaft mittels einer Kamera vorausschauend ermittelt und, basierend auf der sensierten Ernteguteigenschaft, durch einen Algorithmus ein Betriebsparameter selbsttätig eingestellt wird. Durch einen Bediener oder einen Sensor erfolgt eine Eingabe eines Signals hinsichtlich des Ergebnisses der Erntegutbearbeitung. Dadurch wird in einer selbstlernenden Weise der besagte Algorithmus modifiziert (
EP 3 403 485 A1 ). Hier ist zwar eine vorausschauende Ansteuerung möglich, jedoch nur abhängig von der jeweils sensierten Ernteguteigenschaft, die nicht unbedingt optimal zur Bestimmung des Betriebsparameters geeignet sein muss.
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Ein anderer Ansatz schlägt vor, im Vorab in einer Karte eine erste Eigenschaft des Felds abzuspeichern, während bei der Ernte ein lokaler Sensor auf der Erntemaschine, bei der es sich u.a. um einen Feldhäcksler handeln kann, eine zweite Eigenschaft misst. Anhand der Karte und der Signale des Sensors wird ein Modell erzeugt, das eine Beziehung zwischen der zweiten Eigenschaft und der ersten Eigenschaft repräsentiert. Anhand des Modells wird eine neue Karte erzeugt, in der die zweite Eigenschaft ortsspezifisch eingetragen ist (
EP 3 861 842 A1 und
EP 3 861 843 A1 ). Bei der ersten Eigenschaft kann es sich um eine Vegetationskarte handeln und bei der zweiten Eigenschaft um den Ertrag oder die Bestandshöhe des Ernteguts oder Ergebnisse des Erntevorgangs, wie Verluste, Arbeitsqualität, Betriebsstoffverbrauch und Wirkungsgrad. Anhand der neuen Karte wird vorausschauend identifiziert, in welcher einer Anzahl möglicher Zonen des Felds die Maschine fahren wird. Derjeweiligen Zone werden Einstellparameter für verstellbare Untersysteme der Erntemaschine zugeordnet, die ggf. rechtzeitig vor Erreichen einer neuen Zone angesteuert werden. Die Kontrollalgorithmen für die verstellbaren Untersysteme können, basierend auf bestimmten Kriterien, insbesondere Bedienereingaben zur Übersteuerung der angesteuerten Werte, selbstlernend ausgeführt sein.
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Wie bereits erwähnt, weisen Mähdrescher eine Vielzahl an zu verstellenden Betriebsparametern auf, und die zitierte Literatur zur vorausschauenden und ggf. selbstlernenden Ansteuerung von Betriebsparametern bezieht sich fast ausschließlich auf Mähdrescher, während bei Futtererntemaschinen, bei denen es sich gemäß der vorliegenden Offenbarung um Feldhäcksler, Ballenpressen und Ladewagen handelt, wesentlich weniger Betriebsparameter verstellbar sind. Im konkreten geht es bei den Futtererntemaschinen um die Aufnahme und den Transport des Ernteguts innerhalb der Erntemaschine, ggf. dessen Schneiden und Nachbearbeiten zum Aufschluss von Körnern und das Ablegen im Behälter des Ladewagens, das Pressen zu einem Ballen in einer Ballenpresse sowie das Überladen auf ein Transportfahrzeug bei einem Feldhäcksler. Das sind relativ einfache Vorgänge, für die man - anders als beim Mähdrescher - bisher keine selbstlernende, vorausschauende Steuerung vorgesehen bzw. keine detaillierten Einzelheiten offenbart hat. Die Automatisierung beruht allenfalls auf open oder closed loop Systemen.
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Aufgabe
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Futtererntemaschine bereitzustellen.
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Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
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Es wird demnach eine vorausschauende, selbstlernende Steuereinrichtung für eine Futtererntemaschine beschrieben. Anhand eines ersten, vorausschauenden Signals hinsichtlich agronomischer Eigenschaften des Felds und/oder des darauf vorhandenen Ernteguts und eines räumlich mit dem ersten Signal korrelierten, d.h. auf dieselbe oder eine benachbarte Position bezogenen, zweiten Signals hinsichtlich der aktuellen Erntegutaufnahme und/oder Erntegutbearbeitung in der Futtererntemaschine wird in selbstlernender Weise ein Modell erstellt, das zu einer vorausschauenden Ansteuerung von Betriebsparametern der Erntemaschine verwendet wird. Während des Erntevorgangs lernt das Modell demnach eine Relation zwischen dem ersten und zweiten Signal, die nachfolgend zur vorausschauenden Ansteuerung von Betriebsparametern der Futtererntemaschine anhand des ersten Signals dient.
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Ausführungsbeispiel
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In den Zeichnungen sind zwei nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine schematische, teilgeschnittene Seitenansicht einer Futtererntemaschine in Form eines Feldhäckslers,
- 2 eine Draufsicht auf einen Erntevorsatz für den Feldhäcksler der 1,
- 3 ein Schema der Steuereinrichtung des Feldhäckslers der 1,
- 4 ein Flussdiagramm zur Arbeitsweise der Steuereinrichtung, und
- 5 eine seitliche Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Futtererntemaschine in Form einer Ballenpresse.
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Futtererntemaschine
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In der 1 ist eine Futtererntemaschine 10 in Form eines Feldhäckslers in schematischer Seitenansicht dargestellt. Die Futtererntemaschine 10 baut sich auf einem Fahrgestell 12 auf, das von vorderen angetriebenen Rädern 14 und lenkbaren rückwärtigen Rädern 16 getragen wird. Die Bedienung der Futtererntemaschine 10 erfolgt von einer Fahrerkabine 18 aus, von der aus ein Erntevorsatz 20 in Form einer Maschine zum Mähen von stängelartigem Erntegut für die Maisernte einsehbar ist. Mittels des Erntevorsatzes 20 vom Boden aufgenommenes Erntegut, z. B. Mais oder dergleichen wird im Erntebetrieb über einen Einzugsförderer mit oberen Vorpresswalzen 30 und unteren Vorpresswalzen 32, die innerhalb eines Einzugsgehäuses 34 an der Frontseite der Futtererntemaschine 10 angeordnet sind, einer unterhalb der Fahrerkabine 18 angeordneten Häckseltrommel 22 zugeführt, die es in kleine Stücke häckselt und es einer Fördervorrichtung 24 aufgibt. Das Gut verlässt die Futtererntemaschine 10 zu einem nebenher fahrenden Transportfahrzeug über einen um eine etwa vertikale Achse drehbaren und in der Neigung verstellbaren Auswurfkrümmer 26. Zwischen der Häckseltrommel 22 und der Fördervorrichtung 24 ist eine Nachbearbeitungseinrichtung mit zwei zusammenwirkenden Walzen 28 angeordnet, durch die das geförderte Gut der Fördervorrichtung 24 tangential zugeführt wird. Im Folgenden beziehen sich Richtungsangaben, wie seitlich, unten und oben, auf die Vorwärtsrichtung V der Futtererntemaschine 10, die in der 1 nach links verläuft. Die Vortriebsgeschwindigkeit der Futtererntemaschine 10 wird durch einen Aktor 148 kontrolliert.
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Das Einzugsgehäuse 34 ist mittels eines Aktors 42 um die sich horizontal und quer zur Vorwärtsrichtung V erstreckende Drehachse der Häckseltrommel 22 verschwenkbar, um die Höhe des Erntevorsatzes 20 gegenüber dem Erdboden verstellen zu können.
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In der 1 ist aus Gründen der besseren Anschaulichkeit der Erntevorsatz 20 in einer von der Futtererntemaschine 10 demontierten Position gezeigt. Die Befestigung des Erntevorsatzes 20 an der Futtererntemaschine 10 erfolgt mittels eines Zwischenrahmens 36, der an der Vorderseite des Einzugsgehäuses 34 angebracht wird und in der 1 ebenfalls in einer abgenommenen Position dargestellt ist. Der Zwischenrahmen 36 ist gegenüber dem Einzugsgehäuse 34 um eine virtuelle horizontale Achse schwenkbar gelagert, wozu sich Rollen 38 des Zwischenrahmens an einem Halter 46 an der Vorderseite des Einzugsgehäuses 34 abstützen. Der Zwischenrahmen 38 weist in seinem oberen Bereich an beiden Seiten je eine Befestigungseinrichtung 40 auf, die in Form von Stiften realisiert sind. Der Erntevorsatz 20 ist in seinem rückwärtigen, oberen Bereich wiederum mit Haken 48 ausgestattet, die im montierten Zustand die Befestigungseinrichtungen 40 von oben her umgreifen und den Erntevorsatz 20 am Zwischenrahmen 36 arretieren.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist ein vorderer Teil des Zwischenrahmens 36 fest mit dem Erntevorsatz 20 verbunden und der Zwischenrahmen 36 umfasst einen gegenüber dem vorderen Teil pendelnd gelagerten, rückwärtigen Teil, der lösbar am Einzugsgehäuse 34 befestigt wird.
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Die 2 zeigt eine Draufsicht auf den Erntevorsatz 20, in der auch schematisch die Vorpresswalzen 30 dargestellt sind. Der Erntevorsatz 20 weist einen Querträger 56 auf, der einteilig sein oder sich aus mehreren Segmenten zusammensetzen kann, von denen die äußeren Segmente zum Transport auf einer Straße durch Hydraulikzylinder um eine parallel zur Vorwärtsrichtung V verlaufende Achse nach oben schwenkbar sind. Am Querträger sind acht Mäh- und Einzugseinrichtungen 58a bis 58d seitlich nebeneinander abgestützt. Es kann auch eine beliebige andere Anzahl an Mäh- und Einzugseinrichtungen 58 verwendet werden. Die Mäh- und Einzugseinrichtungen 58 weisen untere Schneidscheiben und darüber angeordnete Fördertrommeln mit um ihren Umfang verteilten Aussparungen zur Aufnahme von Pflanzenstängeln auf. Ihnen sind größere Stängelteiler 60 und dazwischen angeordnete kleinere Stängelteiler 62 vorgelagert.
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Die Querförderung des Ernteguts wird durch Querfördertrommeln 64a, 64b unterstützt, die im Zwickelbereich rückwärtig benachbarter Mäh- und Einzugseinrichtungen 58 angebracht sind. An den Rückseiten der der Längsmittelebene 66 benachbarten Mäh- und Einzugseinrichtungen 58 befinden sich Abgabeförderer 68 in Form so genannter Schrägfördertrommeln. Beim Erntevorgang drehen sich die Mäh- und Einzugseinrichtungen 58 in den durch die Pfeile angedeuteten Richtungen. Sie trennen das Erntegut durch ihre Schneidscheiben vom Erdboden ab und nehmen es in den Aussparungen ihrer Förderscheiben auf. Es wird dann an ihren Rückseiten durch die Querfördertrommeln 64a, 64b im Zusammenwirken mit den Rückseiten der Mäh- und Einzugseinrichtungen 58 in Richtung auf die Längsmittelebene 66 des Erntevorsatzes 20 transportiert. Dann wird es durch die Abgabeförderer 68 übernommen, die es zunächst in Richtung auf die Längsmittelebene 66 zu und dann nach hinten und oben in das Einzugsgehäuse 34 der Futtererntemaschine 10 fördern. Weitere Einzelheiten zum Erntevorsatz 20 und möglichen Antrieben finden sich in der
DE 10 2013 212 174 A1 , deren Offenbarung durch Verweis mit in die vorliegenden Unterlagen aufgenommen wird.
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Steuereinrichtung
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Die Futtererntemaschine 10 umfasst eine gewisse Anzahl an veränderbaren Betriebsparametern, die einen sehr erfahrenen Bediener erfordern, um sie optimal auf die jeweilige Betriebssituation (Erntegut) abzustimmen. Das wären beispielsweise die Höhe des Erntevorsatzes 20 über dem Boden bzw. die Auflagekraft des Erntevorsatzes 20 auf dem Boden, die durch den Aktor 42 vorgegeben werden, die Drehzahl der angetriebenen Elemente des Erntevorsatzes 20, die gemeinsam über einen Motor 138 (oder getrennte Motoren für die Schneidmesser der Mäh- und Einzugseinrichtungen 58, für die Einzugstrommeln der Mäh- und Einzugseinrichtungen 58 und für die Querfördertrommeln 64a, 64b sowie für die Abgabeförderer 68) vorgegeben werden, der sie über eine Welle 140 antreibt, die Drehzahl der Vorpresswalzen 30, die über einen weiteren Motor 136 vorgegeben wird und die bei gegebener Drehzahl der Häckseltrommel 22 die erzielte Schnittlänge des Ernteguts definiert, sowie den mittels eines Aktors 134 verstellbaren Abstand zwischen den Walzen 28 der Nachbearbeitungseinrichtung und/oder deren Drehzahldifferenz, und letztlich die durch den Aktor 148 definierte Vortriebsgeschwindigkeit. Da einerseits zumindest die erzielte Schnittqualität und Wirkung der Nachbearbeitungseinrichtung für den in der Kabine 18 sitzenden Bediener nicht erkennbar ist, da er dazu das auf einem nebenher fahrenden Transportfahrzeug landende Erntegut untersuchen müsste, der Bediener aber andererseits auch den Überladevorgang überwachen und, wenn er nicht selbsttätig gesteuert wird, von Hand steuern muss, ist eine automatische Kontrolle aller oder zumindest eines Teils der Betriebsparameter der Futtererntemaschine 10 vorgesehen, die auf einer selbstlernenden, vorausschauenden Vorgehensweise beruht.
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Hierzu ist, wie in
3 gezeigt, eine elektronische Steuereinrichtung 122 vorhanden, die mit den erwähnten Aktoren 134, 136, 138, 148 und 42 kontrollsignalübertragend verbunden ist und Rückkopplungswerte hinsichtlich der aktuellen Betriebsparameter der Aktoren 134, 136, 138, 148 und 42 bzw. davon beeinflusster Werte von nicht gezeigten Sensoren erhält, die beispielsweise die Position oder Drehzahlen oder Drücke erfassen. Zudem ist die Steuereinrichtung 122 mit einer Bedienerschnittstelle 142 verbunden, die in der Kabine 18 angeordnet ist und mit Ein- und Ausgabemitteln ausgestattet ist. Die Steuereinrichtung 122 ist mit einer Positionsbestimmungseinrichtung 120, die Signale eines globalen Satellitennavigationssystems (GNSS), wie GPS oder Galileo oder Glonass empfängt und die jeweilige Position der Futtererntemaschine 10 bestimmt verbunden. Die Steuereinrichtung 122 ist zudem mit einer elektronischen Karte 146 verbunden, in der eine oder mehrere agronomische Größen des abzuerntenden Felds georeferenziert abgespeichert sind. Die Steuereinrichtung 122 ist mit einer Kamera 124 mit Bildverarbeitungssystem verbunden, die vom Dach der Kabine 18 nach vorn blickt und das Erntegut vor der Futtererntemaschine 10 erfasst und/oder die Annahme und Förderung des Ernteguts innerhalb des Erntevorsatzes 20 erkennt. Anstelle der Kamera 124 oder zusätzlich dazu könnte auch ein Laser-Scanner Verwendung finden (vgl.
EP 1 271 139 A2 ). Weiterhin ist die Steuereinrichtung 122 signalübertragend mit einem Inhaltsstoffsensor 130 verbunden, der am Auswurfkrümmer 26 innerhalb eines Gehäuses 126 angeordnet ist und auf das mittels einer Beleuchtungseinrichtung 132 beleuchtete, innerhalb des Auswurfkrümmers 26 strömende Erntegut blickt. Der Inhaltsstoffsensor 130 kann insbesondere als Nahinfrarotsensor ausgeführt sein. Zudem ist im Gehäuse 126 eine zweite Kamera 128 angeordnet, die auf das Erntegut blickt und deren Bildsignale durch ein Bildverarbeitungssystem verarbeitet werden, das mit der Steuereinrichtung 122 verbunden ist (vgl.
EP 1 956 361 A2 ).
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Arbeitsweise der Steuereinrichtung
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Hierzu wird auf die 4 verwiesen, die ein Flussdiagramm der Arbeitsweise der Steuereinrichtung 122 zeigt. Nach dem Start im Schritt 200 wird im Schritt 202 ein erstes Signal und ein zweites Signal empfangen.
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Das erste Signal lässt sich Erntegut zuordnen, das gerade von der Futtererntemaschine 10 verarbeitet wird. Es kann in einer möglichen Ausführungsform aus der Karte 146 entnommen werden, aus der eine oder mehrere agronomische Eigenschaften des Felds und/oder des darauf vorhandenen Ernteguts anhand der mit der Positionsbestimmungseinrichtung 120 erfassten Position ausgelesen werden. Dabei wird die zum Auslesen der Karte 146 verwendete Position derart gewählt, dass durch Sensoren der Futtererntemaschine 10 sensierte, zweite Signale hinsichtlich der aktuellen Erntegutaufnahme und/oder Erntegutbearbeitung in der Futtererntemaschine 10 sich innerhalb angemessener Genauigkeitsgrenzen mit den ersten Signalen örtlich korreliert sind. Die ersten und zweiten Signale entsprechen somit demselben Erntegut bzw. der Stelle, von der es aufgenommen wurde.
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Die ersten Signale können alternativ oder zusätzlich anhand der Signale der ersten Kamera 124 gewonnen werden, die auf das Erntegut vor der Futtererntemaschine 10 blickt. Aus den Signalen der Kamera 124 wird die Farbe, Bestandsdichte und/oder Höhe des Ernteguts abgeleitet und als erstes Signal der Steuereinrichtung 122 zugeführt. Zudem oder alternativ können die ersten Signale aus den zweiten Signalen abgeleitet werden, die an einer benachbarten Stelle des Felds bei einer vorherigen Überfahrt gewonnen wurden („pass to pass“).
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Die ersten Signale repräsentieren demnach eine oder mehrere agronomische Eigenschaften des Feldes oder des darauf stehenden Erntegutes. Die zweiten Signale enthalten eine Information zur Qualität der aktuellen Erntegutaufnahme und/oder Erntegutbearbeitung in der Futtererntemaschine 10. Sie können durch die Kamera 124 und ihre Bildverarbeitung gewonnen werden und die Annahme und Förderung und Abgabe des Ernteguts im Erntevorsatz 20 darstellen, oder dort entstehende Erntegutverluste. So lassen sich im Bild der Kamera 124 von Maisstängeln abfallende Kolben erkennen, die letztlich auf dem Boden landen, oder die Kamera 124 oder eine andere, nicht gezeigte Kamera blickt auf dem Boden rückwärtig des Erntevorsatzes 20 oder hinter der Futtererntemaschine 10 (vgl. hierzu
EP 2 143 316 A1 ,
EP 2 545 761 A1 ,
EP 3 150 047 A ,
EP 3 300 019 A1 ,
EP 3 593 616 A1 ,
EP 3 616 496 A1 ,
EP 3 622 799 A1 und
DE 10 2019 207 984 A1 ). Das zweite Signal kann auch die mittels der Häckseltrommel 22 erzielte Schnittqualität repräsentieren oder den Anteil nicht angeschlagener Körner im Erntegut stromab der Walzen 28 der Nachbearbeitungseinrichtung (s.
EP 1 522 214 A2 ,
EP 2 232 978 A1 ). Die Schnittqualität kann mittels der zweiten Kamera 128 und ihres Bildverarbeitungssystems (hier kann die Schnittlänge geometrisch erfasst werden, bzw. es werden unsaubere Schnittkanten optisch erkannt) und/oder anhand der Signale des Inhaltsstoffsensors 130 (anhand der Inhaltsstoffe können aufgeschnittene Flächen und deren Eigenschaften erkannt werden). Die nicht angeschlagenen Körner können anhand der Signale des Inhaltsstoffsensors 130 erkannt werden (angeschlagene Körner liefern andere Signale als nicht angeschlagene Körner) und/oder anhand der zweiten Kamera 128 und ihrer Bildverarbeitung. Das zweite Signal könnte auch über die Bedienerschnittstelle 142 eingegeben werden. Der Bediener könnte seine Zufriedenheit mit dem Förder- und Bearbeitungsverhalten der Futtererntemaschine 10 eingeben, und so beispielsweise der Steuereinrichtung 122 mitteilen, falls beispielsweise größere Kolbenverluste im Erntevorsatz 20 auftreten.
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Die Steuereinrichtung 122 erhält demnach im Schritt 202 fortlaufend erste Signale zu den agronomischen Eigenschaften und zweite Signale hinsichtlich der Qualität der aktuellen Erntegutaufnahme und/oder Erntegutbearbeitung. Das erste Signal und das zweite Signal beziehen sich zumindest näherungsweise auf dieselbe Position auf dem Feld und/oder das von dort stammende Erntegut. Zudem erhält die Steuereinrichtung 122 die aktuellen Betriebsparameter der verstellbaren Aktoren 134, 136, 138, 148 und 42. Im Schritt 204 wird ein so genanntes Modell 144 erstellt oder aktualisiert, das eine beliebige Relation zwischen dem ersten und zweiten Signal repräsentiert und bei dem vorzugsweise auch die aktuellen Betriebsparameter der besagten Aktoren 134, 136, 138, 148 und/oder 42 berücksichtigt werden (bei getrennten Antrieben für die Schneidmesser der Mäh- und Einzugseinrichtungen 58, für die Einzugstrommeln der Mäh- und Einzugseinrichtungen 58 und für die Querfördertrommeln 64a, 64b sowie die Abgabefördertrommeln 68 können diese auch separat angesteuert werden). Hierbei können durch die Steuereinrichtung 122 nacheinander selbsttätig unterschiedliche Betriebsparameter der Aktoren 134, 138, 148 und/oder 42 durchgespielt und zugehörige zweite Signale erfasst werden, damit die Steuereinrichtung 122 letztlich den Betriebsparameter ermitteln kann, der bei einem gegebenen ersten Signal zum optimalen oder gewünschten zweiten Signal führt, oder hierzu werden an sich bekannte Relationen verwendet, die aus Expertenwissen oder Messungen mit anderen Erntemaschinen stammen oder aus vorheriger Erfahrung der Steuereinrichtung 122 bereitgestellt werden können. Wenn beispielsweise die gemessene Schnittlänge länger als eine gewünschte Schnittlänge ist, wird die Geschwindigkeit der Vorpresswalzen 30, 32 und somit des Aktors 136 proportional vergrößert. Eine iterative Variation von Betriebsparametern oder deren Berechnung zur Auffindung eines optimalen Betriebsparameters ist jedoch nicht zwingend notwendig, da andere Vorgehensweisen zur Bestimmung der Betriebsparameter verwendet werden können, wie sie beispielsweise in
EP 3 861 842 A1 und
EP 3 861 843 A1 beschrieben werden.
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Das Modell 144 kann somit einen vom zweiten Signal wiedergegebenen Wert für die jeweilige Qualität der Erntegutaufnahme und/oder -bearbeitung als Funktion eines oder mehrerer agronomischer Eigenschaften des ersten Signals und des Betriebsparameters eines für die betreffende Qualität relevanten Aktors erhalten und darauf basierend fortlaufend aktualisiert werden, Schritt 204. So kann die Schnittlänge als Funktion der Feuchte des Ernteguts (erstes Signal) und der aktuellen Schnittlänge (zweites Signal) und der Drehzahl der Vorpresswalzen 30, 32 in dem Modell 144 repräsentiert und abgespeichert sein, sei es als Tabelle, Kurve, Regressionswert, Algorithmus, neuronales Netzwerk oder dergleichen (vgl. hierzu
EP 3 861 842 A1 ,
EP 3 861 843 A1 ,
EP 3 403 485 A1 und
EP 1 277 388 A1 , deren komplette Offenbarungen durch Verweis mit in die vorliegenden Unterlagen aufgenommen werden). Das Modell weiß demnach, welche Feuchte und welche Drehzahl der Vorpresswalzen 30, 32 zu einer bestimmten Schnittlänge führt. Diese Relation kann während des laufenden Erntevorgangs gelernt und abgespeichert werden. Auf analoge Weise kann mit der Schnitthöhe (Aktor 42) und/oder der Fördergeschwindigkeit im Erntevorsatz 20 (Aktor 138) abhängig vom ersten Signal und dem im zweiten Signal enthaltenen Wert hinsichtlich der Erntegutaufnahme und Förderung im Erntevorsatz 20 vorgegangen werden, und mit der Einstellung der Walzen 28 abhängig vom ersten Signal und dem im zweiten Signal enthaltenen Wert hinsichtlich des erzielten Anteils nicht angeschlagener Körner. Das Modell 144 lernt somit fortlaufend, welche Aktoreinstellung in Abhängigkeit von einer agronomischen Eigenschaft zu einem gewünschten Ergebnis der Erntegutaufnahme und/oder Erntegutbearbeitung führt.
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Im Schritt 206 wird das Modell 144 genutzt, um anhand des ersten Signals einen oder mehrere Aktoren 134, 136, 138, 148 und/oder 42 in vorausschauender Weise anzusteuern, in der Weise, dass der Betriebsparameter des Aktors 134, 136, 138, 148 und/oder 42 dann an das erste Signal angepasst ist, wenn die Futtererntemaschine 10 die Position auf dem Feld erreicht hat, der das jeweilige erste Signal zugeordnet ist. Ein Sollwert für das zweite Signal, wie z.B. die Schnittlänge, kann durch den Bediener über die Bedienerschnittstelle 142 vorgegeben werden, oder er wird anhand des ersten Signals selbsttätig vorgegeben.
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Erstes und zweites Signal sowie Betriebsparameter
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Vorangehend wurden einige erste Signale erwähnt. Das erste Signal kann einen oder mehrere folgender agronomischer Eigenschaften des Felds und/oder Ernteguts repräsentieren:
- (a) Die Topographie des Felds, denn sie beeinflusst einerseits das Wachstum des Ernteguts und andererseits die Fähigkeit, es aufzunehmen, insbesondere mit einem Aufnehmer (Pick-Up).
- (b) Die bei vorherigen Erntevorgängen oder beim Schwaden erzielte Qualität des aufzunehmenden Schwads, da sie ebenfalls die Aufnahme des Schwads beeinflusst.
- (c) Die Feuchtigkeit und/oder der Ertrag und/oder die Farbe des Ernteguts, die oder der mittels einer Drohne oder eines Satellitenbilds erfasst werden kann, oder mittels eines Pflanzenwachstumsmodells (vgl. WO 2017/060178 A1 ) im Vorab oder während der Ente berechnet werden kann, oder bei einem vorhergehenden Ernte- oder Spritzvorgang gemessen werden kann. In der Feuchtigkeit und im Ertrag sowie in der Farbe sind Informationen enthalten, die darauf hindeuten, wie gut Erntegut aufgenommen werden kann. So kann das Aufsammeln von Erntegut von Flächen mit geringem Ertrag problematisch sein, da das Schwad nur sehr niedrig ist. Analog können auch Inhaltsstoffe des Ernteguts gemessen oder berechnet werden. Trockenes (braunes) Erntegut kann schwieriger aufnehm- und transportierbar sein als feuchtes (grünes) Erntegut.
- (d) Bodeneigenschaften, wie Bodenart und/oder Bodenfeuchte und/oder Bodenverdichtung, und Art und Pflanzdichte des angebauten Ernteguts, sowie Menge und Art eventuell auf dem Feld vorhandener Wildkräuter.
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Das zweite Signal kann folgende Merkmale hinsichtlich der aktuellen Erntegutaufnahme und/oder Erntegutbearbeitung in der Futtererntemaschine beinhalten:
- (a) Verluste bei der Erntegutaufnahme. Diese können direkt gemessen werden, wie in den Ausführungsbeispielen erläutert.
- (b) Die Verluste bei der Erntegutaufnahme können auch indirekt gemessen werden, z. B. wenn ein Fluss- oder Ertragssensor eine geringere aufgenommene Erntegutmenge oder eine andere Feuchtigkeit oder andere Inhaltsstoffe erfasst als man anhand der Karte 146 oder des Bildes der Kamera 124 erwarten würde. Wenn Erntegut auf dem Feld liegen bleibt, da der Erntevorsatz zu hoch geführt wird und unteres, feuchtes Erntegut liegen bleibt, kann man das anhand der Feuchtigkeit erkennen. Analoges gilt für die Inhaltsstoffe, wenn Maiskolben beim Ernten verloren gehen, was beispielsweise anhand des Proteingehalts des Ernteguts erfasst werden kann. Hierzu sei auf die Offenbarung der DE 10 2019 214 486 A1 verwiesen, die durch Verweis mit in die vorliegenden Unterlagen aufgenommen wird.
- (c) Die aktuelle Vortriebsgeschwindigkeit, die auch die Aufnahme des Ernteguts beeinflusst, sowie über den Durchsatz den Fluss durch den Erntevorsatz und die Erntemaschine und die Verarbeitung des Ernteguts.
- (d) den aktuell gemessenen Durchsatz, die aktuell gemessene Feuchtigkeit des Ernteguts und dessen aktuelle gemessene Inhaltsstoffe. Diese Signale enthalten Informationen hinsichtlich des Erntegutflusses und dessen Bearbeitung und möglicher Verluste bei der Aufnahme des Ernteguts.
- (e) die Schnittlänge oder Schnittqualität des Ernteguts und/oder der Anteil nicht aufgeschlossener Körner im Erntegut.
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Der verstellte Betriebsparameter kann folgende Merkmale betreffen:
- Den Auflagedruck des Erntevorsatzes oder dessen Höhe über dem Boden, die Antriebsgeschwindigkeit beweglicher Elemente des Erntevorsatzes und/oder der Erntemaschine und die Vortriebsgeschwindigkeit der Futtererntemaschine.
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Mögliche Verfeinerungen
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Bei der Vorgehensweise nach 4 wird der Betriebsparameter für den zu verstellenden Aktor im Schritt 206 jeweils erst kurz vor seiner Verstellung ausgerechnet. Man könnte jedoch anhand des Modells und der Karte 146 eine zweite Karte erstellen, in welcher der Betriebsparameter oder ein anderer, anhand des Modells berechneter Wert ortsspezifisch eingetragen wird, um den Betriebsparameter aus der zweiten Karte auszulesen bzw. ihn anhand des Werts zu berechnen. Bei dem Wert kann es sich um Verluste, Feuchte und/oder Ertrag (z.B. Schwadvolumen) des Ernteguts handeln. Die zweite Karte kann auch für zukünftige Verwendungen (z.B. als Ertragskarte) abgespeichert werden oder sie wird an eine zweite Futtererntemaschine, die auf demselben Feld arbeitet, drahtlos übermittelt, um deren Betriebsparameter vorzugeben, ohne dass die zweite Futtererntemaschine eine Steuereinrichtung nach 3 mit zugehöriger Sensorik benötigen würde.
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Weiterhin sei angemerkt, dass das erste Signal in der Regel eine Anzahl unterschiedlicher erster Signale umfasst, die jeweils andere agronomische Eigenschaften des Felds betreffen. Da nicht notwendigerweise alle dieser Signale bzw. davon repräsentierten agronomischen Eigenschaften des Felds und/oder Ernteguts für die Einstellung eines oder mehrerer der Betriebsparameter der Futtererntemaschine 10 relevant sind, ist die Steuereinrichtung vorzugsweise konfiguriert, anhand einer erkannten Korrelation zwischen den unterschiedlichen ersten Signalen und den zweiten Signalen eines oder mehrere der ersten Signale auszuwählen und zur Erstellung des Modells 144 und des Betriebsparameters nur das oder die ausgewählte(n) erste(n) Signal(e) zu verwenden.
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Auch ist die Steuereinrichtung, wie oben beschrieben, konfiguriert, das Modell 144 kontinuierlich zu aktualisieren. Längere Zeit zurückliegende Messwerte, auf denen das Modells 144 beruht, können somit mit nach und nach geringer werdender Wichtung vom Modell berücksichtigt werden.
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Um unnötig häufige Verstellungen von Betriebsparametern zu vermeiden, kann das Feld anhand der Karte 146 in Zonen unterteilt werden, sodass der Betriebsparameter nur dann verstellt wird, wenn eine Zone verlassen wird (vgl.
EP 3 453 239 A1 ).
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Es besteht auch die Möglichkeit, die Überladung des Ernteguts auf das Transportfahrzeug mittels einer Kamera zu erfassen und beispielsweise Abweichungen des tatsächlichen Zielpunkts von einem gewünschten Zielpunkt zu ermitteln. Diese Abweichung kann als zweites Signal dienen, während das erste Signal auf Ernteguteigenschaften, wie Durchsatz oder Feuchtigkeit hinweist. Die Steuereinrichtung 122 erstellt somit das Modell 144 basierend auf den Abweichungen und dem ersten Signal und kontrolliert die Drehzahl der Fördervorrichtung 24 in einer Weise, dass die Drehzahl der Fördervorrichtung 24 vorausschauend an das erste Signal angepasst wird, basierend auf dem gelernten Modell (vgl.
EP 3 949 714 A1 ).
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Zweite Ausführungsform
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Die 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die Futtererntemaschine 10 als Ballenpresse ausgeführt ist, die von einem Ackerschlepper 300 gezogen wird.
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Die Futtererntemaschine 10 umfasst als Erntevorsatz 20 einen Aufnehmer, dessen Höhe über dem Boden und/oder Auflagedruck durch einen Aktor 42 gesteuert wird, eine nicht gezeigte, optionale Querförderschnecke, einen stromab des Aufnehmers oder der Querförderschnecke angeordneten Förderrotor 302, dem Nachschneidemesser 304 zugeordnet sind, und eine Ballenbildungskammer 306, die von einer Anzahl an Walzen 308 umrundet wird. Ein in der Ballenbildungskammer 306 entstandener Ballen kann ausgeworfen werden, indem eine Rücktür 310 angehoben wird. Die Steuereinrichtung 122 kann sich an Bord der Futtererntemaschine 10 befinden und die Positionsbestimmungseinrichtung 120 an Bord des Ackerschleppers 120 und beide über ein Bussystem kommunizieren. Selbstverständlich kann auch die Steuereinrichtung 122 an Bord des Ackerschleppers 300 positioniert sein und/oder die Positionsbestimmungseinrichtung 120 an Bord der Futtererntemaschine 10.
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Die Steuereinrichtung 122 kann den Aktor 42 und/oder einen nicht gezeigten Aktor zur Verstellung der Position der Nachschneidemesser 304 und/oder einen nicht gezeigten Aktor zur Verstellung der Drehgeschwindigkeit der Zinkenwalze des Aufnehmers und/oder der Querförderschnecke und/oder des Förderrotors und/oder einen Aktor 148 zur Verstellung der Vortriebsgeschwindigkeit des Ackerschleppers 300 verstellen, und ein Sensor 312 kann die Qualität (Form) des erzeugten Ballens erfassen oder die erzielte Schnittlänge des Ernteguts oder als Kamera 314 mit Bildverarbeitungssystem ausgeführt sein, welche eventuell rückwärtig des Erntevorsatzes 20 auf dem Boden liegendes Erntegut erfasst. Ein weiterer Aktor 316 kontrolliert die Erzeugung des Ballens in der Ballenbildungskammer 306, indem er die Geschwindigkeit der Walzen 308 und/oder die Spannung von die Ballenbildungskammer 306 umschließenden Gurten kontrolliert oder ein Lenk- und/oder Geschwindigkeitssignal für den Ackerschlepper 300 erzeugt.
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Die Steuereinrichtung 122 arbeitet analog der ersten Ausführungsform, d.h. sie erhält anhand der Karte 146 und der Signale der Positionsbestimmungseinrichtung 120 das erste Signal hinsichtlich agronomischer Eigenschaften des Felds und/oder des Ernteguts und anhand der Sensoren 312, 314 das zweite Signal, erstellt das Modell 144 und steuert einen oder mehrere der Aktoren 42, 148 und/oder 316 in der oben beschriebenen Weise an. Somit kann die Höhe des Erntevorsatzes 20 abhängig von agronomischen Eigenschaften, wie Topographie des Felds und abgespeicherter Eigenschaften (Abmessungen, Dichte, Feuchtigkeit) des aufzunehmenden Schwads als erstes Signal und verlorenem Erntegut (Sensor 314) als zweites Signal im Modell 144 dargestellt sein, um den Aktor 42 anzusteuern. Auch die Nachschneidemesser 304 können anhand der erwähnten ersten Signale und einer gemessenen Schnittlänge kontrolliert werden, und das Lenksignal kann die Form des Ballens berücksichtigen, um möglichst zylindrische Ballen zu erhalten. Auch die Vortriebsgeschwindigkeit kann mittels des Aktors 148 im Sinne eines Erzielens eines gewünschten Ergebnisses des Ballenbildens kontrolliert werden, insbesondere zum Vermeiden von Erntegutverlusten.
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Die Ballenpresse 10 könnte auch als Quaderballenpresse ausgeführt sein, oder die Ballenbildungskammer 306 wird durch einen Laderaum eines Ladewagens ersetzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5995895 A [0008]
- EP 2586286 A1 [0008]
- EP 2401905 A2 [0009]
- EP 3348130 A1 [0009]
- EP 1277388 A1 [0010, 0031]
- EP 3403485 A1 [0011, 0031]
- EP 3861842 A1 [0012, 0030, 0031]
- EP 3861843 A1 [0012, 0030, 0031]
- DE 102013212174 A1 [0023]
- EP 1271139 A2 [0025]
- EP 1956361 A2 [0025]
- EP 2143316 A1 [0029]
- EP 2545761 A1 [0029]
- EP 3150047 A [0029]
- EP 3300019 A1 [0029]
- EP 3593616 A1 [0029]
- EP 3616496 A1 [0029]
- EP 3622799 A1 [0029]
- DE 102019207984 A1 [0029]
- EP 1522214 A2 [0029]
- EP 2232978 A1 [0029]
- WO 2017060178 A1 [0033]
- DE 102019214486 A1 [0034]
- EP 3453239 A1 [0039]
- EP 3949714 A1 [0040]