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Die
Erfindung betrifft ein selbstfahrendes und automatisch gesteuertes
Arbeitsgerät mit Werkzeugen zur Bearbeitung, Behandlung,
Reinigung und Pflege von Bodenflächen, wie Rasen-, Sport-,
Gesellschafts- und Verkehrsflächen sowie Arbeitsverfahren
für die Anwendung desselben.
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Bekannt
ist ein selbstfahrender, innerhalb eines mit Induktionsschleife
im Randbereich markierten Arbeitsbereiches nach den Zufallsprinzip
automatisch gesteuerter, Akkumulator- oder Solarenergie betriebener
Rasenmäher.
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Ein
solcher Rasenmäher hat infolge seiner unsystematischen
Arbeitsweise nach dem Zufallsprinzip einen sehr erheblichen Energiebedarf,
weil dieser ein und dieselbe Fläche kreuz und quer mehrfach überfährt,
ohne dass dafür eine Notwendigkeit bestehen würde.
Daraus resultieren wiederum sehr lange Laufzeiten und damit eine
hohe Beanspruchung des Akkus sowie ein erheblicher Geräteverschleiß.
Es ergibt sich weiterhin auch eine ständige Kollisionsgefahr
für Kinder und Tiere sowie eine ständige Beeinträchtigung
durch den permanent in Betrieb befindlichen Rasenmäher.
Das Gerät erfordert auch immer wieder besondere Ladezyklen.
Eine einfache externe Stromversorgung diese Rasenmähers mittels
eines am Boden liegenden elektrischen Kabels ist wegen des Zufallsfahrsystems
und dafür geeigneter fehlender Ab- und Aufspulmöglichkeit
nicht gegeben.
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Ein
anderes bekanntes Verfahren zur automatischen Steuerung und Lenkung
von Fahrzeugen entlang dem Draht einer Induktionsschleife erlaubt nur
eine Verlegung des Drahtes mit relativ großen Kurvenradius
und ist deshalb für den rationellen Einsatz eines Arbeitsgerätes
zur flächenhaften Verwendung auf relativ kleinen eng begrenzten
Flächen mit scharfwinklig verlaufenden Induktionsdraht
nicht geeignet (
DE
27 23 561 A1 ).
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Bekannt
ist es weiterhin, selbstfahrende landwirtschaftliche Großgeräte
zur extensiven Bewirtschaftung von landwirtschaftlichen Flächen
fernzusteuern und deren Steuerung zu automatisieren. Diese Verfahren
zur Funkfernsteuerung eignen sich ebenfalls nicht für eine
kleinflächige Anwendung.
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Auch
andere bekannte automatisch gesteuerte Fahrzeuge oder Geräte
erlauben immer nur eine Geradeausfahrt oder eine Kurvenfahrt mit
ausreichend großem Radius.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein selbstfahrendes automatisch gesteuertes
Arbeitsgerät zur Behandlung von Bodenflächen,
wie Rasenmähen und – vertikutieren, reinigen und/oder
schmutzaufsaugen und/oder behandeln von Sportflächen und/oder
von Verkehrsflächen und/oder von Gesellschaftsflächen zu
schaffen, dass rationell und sicher betreibbbar sowie rationell
herstellbar ist und welches sich insbesondere auch für
die Verwendung in Hausgartenanlagen und für überdachte
Sport-, Verkehrs- und Gesellschaftsflächen eignet. Aufgabe
der Erfindung ist es weiterhin ein Arbeitsverfahren für
die Anwendung eines solchen Arbeitsgerätes aufzuzeigen.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe wie mit den Ansprüchen angegeben gelöst.
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Das
Arbeitsgerät ist wie nachstehend gestaltet und besteht
dabei aus nachstehend aufgeführten Bauteilen, Bauelementen
und Baugruppen.
- a)
einem Fahrgestell mit
Fahrwerk und mindestens drei, vorzugsweise vier etwa symmetrisch
zueinander angeordneten antreibbaren und lenkbaren Laufrädern.
Das Fahrgestell ist dabei vorzugsweise eine formstabile flache Bodenplatte.
Die Laufräder sind dabei an der Bodenplatte, je um eine vertikale
Drehachse um 360° drehbeweglich und antreibbar mittels
Radträger gelagert bzw. angeordnet. Die Radträger
sind dabei mit ihrer Lagerung in der Bodenplatte als Hohlwellen
ausgebildet, in welchen sich je eine Laufradantriebswelle befindet,
deren unteres Ende ein Ritzel aufweist, welches mit einer dazu passgerechten
Verzahnung oder einer anderen geeigneten schlupffreien Drehkraftübertragung
am Laufrad, in Eingriff steht. Am anderen oberen Ende der Laufradantriebswelle
befindet sich ein Kettenrad oder ein Zahnriemen oder ein Riemenrad
welches mit den anderen Kettenrädern oder Zahnriemenrädern oder
Riemenrädern der anderen Laufradantriebswellen und einem
Motorketten- oder Zahnriemenrad oder einem Riemenrad über
eine Antriebskette oder einem Zahnriemen oder einen Riemen synchron
gekoppelt ist. An Stelle des Ketten- oder Zahnriemen- oder Riementriebes
kann auch alternativ eine andere geeignete mechanische Kopplung
mittels mehrerer Zahnräder oder einer anderen möglichst
schlupffreien Kraftübertragung angeordnet sein. Jedes einzelne
Laufrad kann auch mittels je einem synchron gesteuerten Motor einzeln
antreibbar sein. An der Bodenplatte ist zentrisch oberhalb derselben
ein vertikaler Zentralträger in Form eines Rohres angeordnet.
Zentrisch zu diesem Zentralträger ist ein Zahnrad eines Zahnradtriebes
gelagert.
Dieses Zahnrad ist mit mindestens je einem an der
Bodenplatte gelagerten Zwischenrad zu je einem an den Hohlwellen
der Radträger befindlichen Zahnrad im Eingriff befindlich.
An eines der Zahnräder des Zahnradtriebes greift das Antriebszahnrad
eines Lenkmotors zur Auslösung einer Lenkbewegung an den
Laufrädern ein. Analog kann auch an Stelle des Zahnradtriebes
ein Kettentrieb oder ein Zahnriementrieb angeordnet sein. Die Hohlwellen
der Radträger können auch jeweils von je einem
synchron gesteuerter Motor antreibbar sein.
- b)
einem am Zentralträger, mittels einer daran
gelagerten Hohlwelle oder einer Hülse, ein das gesamte
Fahrgestell übergreifender und an deren Enden mit Werkzeugen,
wie Schneidwerkzeugen oder Bürsten oder separaten Satellitenmotoren zum
Werkzeugantrieb versehener Werkzeugträger in horizontaler
Ebene rotierbar angeordnet ist.
An Stelle der mechanischen
Werkzeuge können auch andere berührungslos wirkende
Werkzeuge, wie Düsen, Saugrohr oder Strahler dort angeordnet
sein. Der Werkzeugträger ist so gestaltet, dass er mit
seinen Werkzeugen bis an den Boden oder bis nahe an den Boden reicht.
Er ist in seiner Arbeitshöhe verstellbar. Der Werkzeugträger kann
dabei ein oder mehrarmig gestaltet sein oder Topfförmig
ausgebildet sein. Der Werkzeugträger besteht dabei aus
Eisenmetall oder mit magnetischen oder magnetisierbaren Eisenmetall
bestückten anderen Werkstoff und/oder es sind am Werkzeugträger
Luftwirbelbleche oder -flächen passgerecht zu solchen an
der Innenwandung einer Abdeckhaube angeordnet oder es ist zwischen
Werkzeugträger und Abdeckhaube ein Reibungsmitnehmer befindlich.
- c)
einer am Zentralträger drehbar gelagerten,
das Fahrgestell einschließlich den Werkzeugträger mit
den Werkzeugen überdeckender topfartiger Abdeckhaube, als
Berührungsschutz für die rotierenden Werkzeuge
oder einer solchen Abdeckhaube an deren innerer Mantelfläche
oder der inneren Deckelfläche der Abdeckhaube mehrere Permanentmagnete
angeordnet sind oder dort eine Vielzahl von Luftwirbelblechen oder – flächen passgerecht
zu am Werkzeugträger befindlichen Luftwirbelblechen oder
einen andere mechanische Schlupfmitnahmeeinrichtung angeordnet sind
und an deren Deckel oder deren Mantelfläche eine Aufwickelspule
für ein elektrisches Stromzuführungskabel befindlich
ist.
- d)
je einem Motor oder mehreren Motoren für den Antrieb
der Laufräder, den Werkzeugträger und der Lenkung,
oder auch von Satellitenmotoren am Werkzeugträger, wobei
der oder die Fahrmotoren jeweils mechanisch mit den Laufrädern
gekoppelt sind oder je ein synchron steuerbarer Laufrad-Antriebsmotor
angeordnet ist und wobei der oder die Lenkmotoren jeweils mechanisch
mit der Lenkung der Laufräder oder je ein synchron steuerbarer Lenkmotor
dort angeordnet ist.
- e)
elektrischen und elektronischen Baugruppen und Bauelemente,
wie Stromzuführungskabel, Signalleuchte zur Anzeige des
Betriebszustandes des Arbeitsgerätes, Empfangsspulen, Transistoren usw.
zur automatischen Steuerung des Lenk- und Antriebsmechanismus mittels
einer im Boden verlegter Induktionsschleife, wobei mindestens zwei, eine
horizontal und eine vertikal, kreuzweise zueinander angeordnete
Empfangsspulen als Lenkspule und als Referenzspule zum Empfang des Induktionssignals
aus einer Induktionsschleife, an der Peripherie oder darüber
hinaus mit einem Ausleger am Zentralzahnrad des Lenkmechanismus
angeordnet sind und welche über elektrische Schleifringkontakte
am Zentralträger und einer elektrischen Leitung oder drahtlos
mit einer elektronischen Lenkungssteuerschaltung verbunden sind.
Die Sensorbaugruppe ist dabei so gestaltet, dass
die zur Fahrebene
horizontale Referenzspule und die zur Fahrebene vertikale Lenkspule
mit jeweils einem Kondensator als Parallelschwingkreise (Empfangsschwingkreise)
geschaltet sind und jeweils mit einem nachgeschalteten Steuersignalverstärker,
deren Ausgänge als auch deren Spannungsversorgung über
einen mehrfach Schleifringübertrager drehbar mit einer
Steuerelektronik-Einheit verbunden sind, wobei der Pluspol gegenüber
dem Masse-Minus-Potential über ein Netzteil geregelt ist
und wobei die beiden Ausgänge der Steuersignalverstärker
an die beiden Eingänge des Exlusivoders geschaltet sind,
wobei an dem von der Referenzspule gespeisten Steuersignalverstärker
zusätzlich zwei Amplitudenbewertungen I und II angekoppelt
sind, wobei der Rücksetzeingang des FlipFlop für
Fahrmotor mit dem Ausgang der Amplitudenbewertung I verbunden ist
und wobei der wahre Ausgang des FlipFlop über ein Relais
(53) mit Ansteuertransistor oder einem Leistungselektronikschalter
verbunden ist, dessen Schaltkontakte den Fahrmotor ein- oder ausschalten
und wobei der Ausgang des Exlusivoders, dessen Eingänge
an einer Motorbrücke angeschlossen sind, bei Lenkeinschlag
einen Schaltimpuls über ein nachgeschaltetes Differenzierglied
an den Setzeingang (on) des nachgeschalteten FlipFlop gibt und wobei
der Amplitudenbewertung II der Rücksetzeingang (off) des FlipFlop
total ein/aus nach geschaltet ist und wobei der Setzeingang (on)
mit einem Eintaster verbunden ist und der wahre Ausgang des FlipFlop ein/aus
total mit einem Hauptrelais oder einem anderen elektronischen Leistungsschalter
verbunden ist, dessen Schaltkontakte die Stromzufuhr von der Stromquelle,
wie dem Schleppkabel, für die parallel geschalteten Motoren
sowie für die parallel geschaltete Motorbrückenversorgung
mit Lenkmotor ein- oder ausschaltet, wobei die Schaltlogik auch
mit Hilfe eines Prozessors realisierbar ist
oder
anstelle
einer elektronischen Schaltung zur automatischen Steuerung der Fahr-
und Lenkbewegung des Arbeitsgerätes mittels im Boden verlegter
Induktionsschleife dies auch eine elektronische Schaltung zur mittels
Satellitennavigation unterstützten gesteuerten Fahr- und
Lenkbewegung mittels Mikroprozessor, einlernbarer Software, Positionsspeicher,
Satellitenempfangsantenne und Satellitennavigations-Einrichtung
sein kann.
- f)
alternativ zur Leistungsstromübertragung mittels Schleppkabel
und Kabelaufwickeleinrichtung am Arbeitsgerät aus einer
Energiequelle wie elektrischem Akkumulator und/oder Fotovoltaikelementen
und/oder Brennstoffzelle und/oder Brennkraftmaschine.
- g)
Signalleuchte an der Abdeckhaube zur Anzeige des Betriebszustandes
des Arbeitsgerätes und optional eine Satellitenempfangsantenne
mittig auf der Abdeckhaube.
- h)
optional auch einer zusätzlichen Saugeinrichtung und
Behältnis zum Aufsaugen von Schutz oder Schleifabtrag oder
Schnittgut.
Die Arbeitsverfahren zur Anwendung des erfindungsgemäßen
Arbeitsgerätes beziehen sich auf eine Leiteinrichtung zur
automatischen Steuerung der Fahrtrichtung des Arbeitgerätes
mittels im Boden verlegter Induktionsschleife
oder
einer
Satellitennavigations-Einrichtung mit Mikroprozessor und Software.
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Die
Steuerung mittels Induktionsschleife wird dabei so realisiert, dass
zunächst die Induktionsschleife, etwa im Abstand geringer
einer Spurbreite des Arbeitsgerätes, im Boden in minimaler
Tiefe, vorzugsweise mäanderartig verlegt wird. Sofern Wechselstrom
an der Induktionsschleife anliegt, wird das Signal daraus entlang
derselben von den Empfängerspulen aufgenommen und an die
elektronische Lenksteuerschaltung geleitet und dort zu Lenksignalen
aufbereitet und an den Lenkmotor geleitet, womit das Arbeitsgerät
dem Verlauf der Induktionsschleife folgt.
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In
Funktion des Arbeitsgerätes werden durch einen ständigen
Phasenvergleich der vertikal angeordneten Empfangsspule mit der
horizontal angeordneten Empfangsspule differierende Steuerspannungen
zur Steuerung für den Lenkmotor erzeugt und damit die Lenkbewegungen
des Arbeitsgerätes eingeleitet und realisiert. Sobald das
Amplitudensignal der Referenzspule einen Impuls auslöst,
wird von diesem der Fahrmotor oder die Fahrmotoren kurzzeitig abgeschaltet,
womit das Lenksystem die neue angesteuerte Fahrposition auf der
Stelle drehend einnehmen kann. Sodann wird der Fahrmotor oder es werden
die Fahrmotoren wieder eingeschaltet und die Fahrt wird scharfwinklig
bis zum nächsten Lenkimpuls fortgesetzt. Dazu wird die
Schaltstufe der Amplitudenbewertung so justiert, dass die Mitte
des Arbeitsgerätes über der scharfwinkligen Induktionsschleifenecke
stehen bleibt. Sobald eine unvorhergesehnen Abweichung von der,
von der Induktionsschleife vorgegebenen Fahrtrichtung, erfolgt,
wird das Signal der Referenzspule immer schwächer, womit
aus Sicherheitsgründen über einen zweite parallel
geschaltete Amplitudenbewertung eine Abschaltung von Fahrmotor und
Arbeitsgeräteantriebsmotor über eine entsprechende
Schaltung ausgelöst wird. Die Signalleuchte am Arbeitsgerät
zeigt den Betriebszustand desselben an.
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Die
Steuerung mittels Satellitennavigation wird dabei so realisiert,
dass an Stelle einer im Boden verlegten Induktionsschleife und der
Sensorspulenbaugruppe am Arbeitsgerät alternativ dazu eine
Navigationsantenne, Satellitennavigations-Einrichtung sowie eine
elektronische Schaltung zur satelliten- gesteuerten Fahr- und Lenkbewegung
mittels Mikroprozessor, einlernbarer Software und Positionsspeicher am
Arbeitsgerät installiert ist, womit das Arbeitsgerät durch
einmaliges manuell geführtes Abfahren desselben entlang
einer individuell zu bestimmenden Fahrstrecke programmierbar ist
und mittels des eingelernten Fahrprogramms dieses Programm wiederholt
automatisch vom Ausgangspunkt bis zum Endpunkt abfahren kann. Das
Arbeitsgerät kann auch mit einer „Stand by" Schaltung
und einem Timer für den Fahrablauf(-beginn) versehen sein,
womit sich die Intervalle für den Betriebszustand des Arbeitsgerätes programmierbar
sind.
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Vorteilhaft
an der Erfindung ist, dass durch die erfindungsgemäße
Gestaltung des Fahrwerkes und des Lenkmechanismus ein „auf
der Stelle drehen" möglich ist und damit eine Führung
des Arbeitsgerätes auch an einer scharfwinkligen, ohne
Kurvenradius verlegten mäanderartigen Induktionsschleife entlang
realisierbar ist, was einen effektiven Einsatz des Arbeitsgerätes
insbesondere als Rasenmäher erlaubt durch geringe Laufzeiten,
geringen Geräteverschleiß und geringen Energiebedarf.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass ein solches Arbeitsgerät,
infolge seiner Gestaltung des Fahrgestells mit innerhalb des Rotationskreises
befindlichen Laufrädern und den rundum an seiner äußeren
Peripherie kreisenden Werkzeugen bis unmittelbar an jede vorprogrammierte
Abgrenzung gelangt. Es ist ohne Aufsicht und ohne Gefahr für
Leben und Gesundheit von Mensch und Tier verwendbar und prinzipiell
für die unterschiedlichsten Anwendungen, wie Rasenmähen, Staub-
und Schmutzaufsaugen, schleifen und polieren, bohnern usw. einfach
mit wenigen Zusatzgeräten herzurichten.
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Nachstehend
wird die Erfindung an je einem Ausführungsbeispiel für
einen induktionsschleifengeführten Rasenmäher
sowie an einem weiteren Ausführungsbeispiel für
einen mit Satellitennavigationsunterstützung gesteuerten
Rasenmäher erläutert.
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In
den dazugehörigen Zeichnungen sind mit
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1 die
Anordnung des Schneidwerkantriebes (Werkzeugträger) sowie
des Laufradantriebes in der Draufsicht von oben und mit
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2 das
Lenkgetriebe und der Lenkgetriebeantrieb des Rasenmähers
sowie die Induktionsspulen sowie die Satellitenmotoren mit Schneidwerkzeugen
in der Draufsicht von unten und mit
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3 ein
Rasenmäher mit Induktionsschleifenführung und
Kabelaufwickelvorrichtung sowie Induktionsspulen zur Steuerung im
Querschnitt und mit
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4 das
Schaltbild für die automatische Steuerung der Fahrbewegung
und der Lenkung des Arbeitsgerätes entlang der Induktionsschleife
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5 die
Anordnung der Induktionsschleife im Boden mit Arbeitsgerät
an verschiedenen Positionen auf der Fahrstrecke und mit
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6 die
Fahrpositionen des Arbeitsgerätes über der Induktionsschleife
in eingeschwenkter Lenkstellung
schematisch dargestellt.
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Beispiel 1
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Fahrgestellmechanik
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Das
Fahrgestell des Rasenmähers ist eine kreisrunde flache
Bodenplatte 1 an deren Unterseite nahe am Umfang derselben
vier, jeweils an Laufradgabeln 21, 21a, 21b, 21c gelagert,
antreibbare Laufräder 13, 13a, 13b, 13c angeordnet
sind. Die Laufradgabeln 21, 21a, 21b, 21c sind
mit ihrem hohlen Schaft als Hohlwellen in vertikalen Schwenklagern 27, 27a, 27b, 27c um
360° drehbar gelagert. Die Laufräder 13, 13a, 13b, 13c sind
als Zwillingsräder ausgebildet. Eines derselben weist eine
Kegelradverzahnung auf. Im hohlen Schaft der Laufradgabeln 21, 21a, 21b, 21c sind
die Antriebswellen 11, 11a, 1lb, 11c für
die Laufräder 13, 13a, 13b, 13c gelagert.
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Sie
weisen an ihren oberen Enden Kettenräder 11, 11a, 1lb, 11c und
an ihren unteren Enden zur Laufradverzahnung passgerechte und in
diese eingreifende Kegelräder auf.
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Die
Kettenräder 5 sind mittels der Rollenkette 4 unter
einander und mit dem Kettenrad des auf der Bodenplatte 1 angeordneten
Fahrmotors 6 gekoppelt. Zentrisch und durch die Bodenplatte 1 hindurchreichend,
also oberhalb und unterhalb derselben, ist der vertikale Zentralträger 2 angeordnet.
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Lenkungsmechanik
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Zentrisch
zu diesem Zentralträger 2 ist unterhalb der Bodenplatte 1 das
Zahnrad 10 des Lenk-Zahnradtriebes an diesem mit Lager 22 drehbar
gelagert. Dieses Zahnrad 10 ist mit je einem an der Bodenplatte 1 gelagerten
Zwischenrad 14a, b, c zu je einem an den Hohlwellen der
Laufradschwenklager 27, 27a, 27b, 27c befindlichen
Zahnrad 16, 16a, 16b, 16c für
die Lenkung im Eingriff befindlich. An das Zahnrad 10 des
Zahnradtriebes greift das Antriebszahnrad 15 des Lenkmotors 12 zur
Auslösung einer Lenkbewegung an den Laufrädern 13, 13a, 13b, 13c ein.
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Werkzeugträgermechanik
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Am
Zentralträger 2 ist oberhalb der Bodenplatte 1 der
Werkzeugträger 3 mit seinem Zahnriemenrad 9 horizontal
drehbar an diesem gelagert. Ebenfalls oberhalb der Bodenplatte 1 ist
der Antriebsmotor 8 für den Werkzeugträger 3 angeordnet
und über den Zahnriemen 7 mit dem Zahnriemenrad 9 gekoppelt.
Der Werkzeugträger 3 ist als zweiarmiger Hebel
ausgebildet und so bemessen und gestaltet, dass er mit seinen nach
unten abgekröpften Enden über das gesamte Fahrwerk
hinausragt und bis etwa in Bodennähe reicht. An diesen
Enden des Werkzeugträgers 3 sind je ein Satellitenmotor 23, 23a mit Messerschneidwerk 24, 24a.
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Abdeckhaube, Aufwickelmechanik
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Am
Zentralträger 2 drehbeweglich gelagert ist die
topfförmige Geräteabdeckung 31 mit integrierter
Stromkabelaufwickelspule für das Stromschleppkabel 30.
Zwischen Werkzeugträger 3 und der Geräteabdeckung 31 ist
der Reibungsmitnehmer 36 an dieser angeordnet.
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Elektr. Steuerung/Schaltung
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Zur
Stromübertragung vom Stromschleppkabel auf die Antriebsmotoren
für Laufwerk, Lenkung, Werkzeugträger und Satellitenmotren
sowie für die elektronische Steuerung des Rasenmähers
sind am Zentralträger 2 Kontaktschleifer 32, 32a, 32b mit
Isolator 34 und ein Schleifringübertrager 33 angeordnet. Die
Antriebsmotore sind mit der Steuerung verkabelt. Am Zentralzahnrad 10 für
die Lenkung am Zentralträger 2, ist ein bis in
Bodennähe reichender Sensorspulenausleger mit Sensorspulenbaugruppe 18 befindlich,
an welchem eine elektrische Lenkspule 19 vertikal und eine
elektrische Referenzspule 20 horizontal quer zum Fahrtrichtungsverlauf
des Rasenmähers angeordnet sind. Die Lenkspule 19 und
die Referenzspule 20 sind als Empfangsschwingkreise 38, 39 über
die Signalverstärker 37, 37a den Schleiringübertrager 33 und
die Lenk-Steuer-Signalleitung 28, 28a, 28b mit
der Steuerelektronikeinheit 29 zusammengeschaltet. Innerhalb
der Steuerelektronikeinheit befindet sich die Schaltung für
die Lenkmotorsteuerung 62 und die Steuerung für
den Fahrmotor 6, den Werkzeugträgerantriebsmotor 8 und
die Satellitenmotore 23, 23a.
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Induktionsschleife
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Der
Fahrweg des Rasenmähers ist durch eine im Boden verlegte
Induktionsschleife 26 vorgegeben an welcher dieser mittels
Sensorsteuerung entlang geführt wird. Die Induktionsschleife 26 wird von
der Basisstation 55 über das verdrillte Kabel 56 mit
einem konstanten Wechselstrom gespeist.
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Die
Streckenführung von der Basisstation 55 und zurück
wird über die Strecken a bis n an den scharfwinkligen Eckpunkten
mittels Pflöcken 57 markiert und entlang derselben
wird der Induktionsdraht 26 in etwa 5 cm tiefe im Boden
verlegt. Die Pflöcke 57 bestehen aus verottbarem
Weichholz. Die Beabstandung der Fahrspuren ist dabei etwas geringer
als die Arbeitsbreite des Rasenmähers, womit eine leichte Überschneidung
der Fahrspuren realisiert ist.
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Basisstation
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Die
Basisstation ist Start und Ziel des Rasenmähers, d. h.
mit bzw. von dieser wird zum einen der Induktionsleitdraht 26 durch
zuschalten mit konstantem Wechselstrom gespeist und zum anderen
befindet sich hier ein Netztransformator des Leistungsstromschleppkabels.
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Die
Basisstation 55 weist einen manuell betätigten
Einschalter und einen selbsttätigen Endausschalter auf.
Das Einschalten derselben kann auch mittels Zeitintervallschaltung
vorprogrammierbar sein.
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Funktionsbeschreibung
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Der
Rasenmäher wird so über den im Boden verlegten
Leitdraht der Induktionsschleife 26 platziert, dass sich
deren Sensorspulenbaugruppe 18 etwa vertikal über
demselben befinden. Sodann wird die Induktionsschleife 26 mittels
Endschalter 54 mit Wechselstrom beaufschlagt und auch der
Rasenmäher wird über das Betriebsstromschleppkabel 30 mit dem
Netz über Transformator zusammen geschaltet. Dabei empfängt
die Sensorspulenbaugruppe 18 über die Lenkspule 19 und
die Referenzspule 20 Signale aus der Induktionsschleife 26,
welche sodann über die Empfangsschwingkreise 38, 39,
gefiltert, den Signalverstärkern 37, 37a und
dem Schleifringübertrager 33 an die Lenkmotorsteuerung 62 geleitet
und dort zur Auslösung von Lenkbewegungen der Laufräder 13a,
b, c, mittels Lenkmotor 15 aufbereitet werden. Die Empfangsschwingkreise 38, 39 sind
dabei auf die Wechselfeldfrequenz der Induktionsschleife abgestimmt.
Andererseits werden die Elektronik sowie die Sensorspulenbaugruppe 18 über
das geregelte Netzteil 42 gespeist.
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Die
Phasenlage des Empfangssignals der Referenzspule 20 bleibt
dabei in jeder Situation, wie z. B. bei Lenkstellung „Geradeausfahrt" 60 oder
in „Stoppstellung" 61 (rechts-/linksdrehen) gleich.
Die Phasenlage des Empfangssignals der Lenkspule 19 ändert
sich dabei um 180°, je nach Position der Lenkspule rechts
oder links zum Leitdraht 26 der Induktionsschleife. Mit
Hilfe des in die Schaltung integrierten Exklusivoder 40 werden
die Phasenlagen von Lenkspule 19 und Referenzspule 20 verglichen
und dem Ausgang das Integrierglied 41, die Spannungsteiler 49,
die Motorbrücke 43 und Lenkmotor 12 nachgeschaltet,
womit der Lenkmotor erregt wird. Solange sich die Lenkspule 19 unmittelbar über
dem Leitdraht 26 der Induktionsschleife befindet, gibt
diese kein auswertbares Signal ab, so dass die Lenkspule 19 nicht
angesteuert wird. Die elektrische Polung des Lenkmotors 12 ist
dabei so geklemmt, dass das Fahrwerk immer zum Leitdraht 26 der
Induktionsschleife hinlenkt bzw. hinfährt. Zur Realisierung
einer scharfwinkligen Fahrtrichtungsänderung 61 (6),
steuert das System durch Phasenvergleich, wie vorstehend beschrieben,
den Lenkmotor 12 so, dass das der Rasenmäher versucht
am Leitdraht 26 der Induktionsschleife entlang zu fahren
und lenkt durch die Phasenlagenvergleiche von Lenkspule 19 und
Referenzspule 20 leicht ein.
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Die
Amplitude des Referenzspulensignals wird durch die Amplitudenbewertung
I 44 ausgewertet. Sobald die Amplitude durch zunehmende
Entfernung der Referenzspule 20 vom Leitdraht 26 der
Induktionsschleife einen bestimmten Mindestwert unterschreitet,
werden damit das FlipFlop Fahrmotor 46 und damit auch der
Fahrmotor 6 über das nachgeschaltete Fahrrelais 53 ausgeschaltet.
Zum möglichst schnellen und genauen Anhalten des Fahrmotors 6 wird
dieser vorzugsweise über das Fahrrelais 53 kurz
geschlossen. Diese Situation wird mit 6 durch
Stopp-Stellung 61 deutlich gemacht. Die Sensorspulenbaugruppe 18,
mit Referenzspule 19 und Lenkspule 20, an der
Peripherie des zentralen Lenkungszahnrades 10, bewirkt
durch ihre Signalgebung das Ansteuern des Lenkmotors 12 und
Einlenken der Laufräder 13, 13a, 13b, 13c und
der Sensorbaugruppe 18, welche dann mitschwenkt.
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Lenkgeschwindigkeit,
Fahrgeschwindigkeit, Beabstandung der Spulenbaugruppe am Ausleger 18 zur
vertikalen Rasenmähermittelachse sowie die Schaltschwelle
der Amplitudenbewertung(Trigger) I 44, sind so aufeinander
abgestimmt, dass der Rasenmäher über dem Scheitelpunkt
der Streckenführung am Leitdraht der Induktionsschleife 26 zunächst
zum Stehen kommt und sodann um seine vertikale Mittelachse dreht.
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Die
Lenk- bzw. Drehbewegung wird beendet, sobald sich die Phase der
Lenkspule 19 wieder um 180° ändert. Das
Exklusivoder 48 generiert dabei über das Differenzierglied 50,
ausgelöst durch Änderung der Phasenlagen der beiden
Empfangssignale von Lenkspule 19 und Referenzspule 20,
einen Impuls welcher das FlipFlop Fahrmotor 46 und damit den
Fahrmotor 6 wieder einschaltet, womit die Geradeausfahrt 60 des
Rasenmähers fortgesetzt wird.
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Zur
Sicherheit gegen ein Abweichen bzw. Verlassen der von der Induktionsschleife
vorgegeben Fahrspur und zur Sicherheit gegen Verletzungen von Personen
und Tieren durch Umstürzen des Rasenmähers, ist
in der Schaltung der Fahrmotorsteuerung und der Satellitenmotoren
parallel zur Amplitudenbewertung(Trigger) I 44 die weitere
Amplitudenbewertung(Trigger) II 45 integriert, wobei der
Triggerpunkt in der Amplitudenbewertung(Trigger) II 45 niedriger eingestellt
ist als in der Amplitudenbewertung(Trigger) I 44.
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Sobald
sich der Rasenmäher unbeabsichtigt und unkontrolliert soweit
vom Leitdraht der Induktionsschleife 26 entfernt, d. h.
aus dessen Reichweite gelangt, schaltet der dadurch ausgelöste
Impuls am Ausgang der Amplitudenbewertung II 45 das FlipFlop total 47 auf „AUS"
und schaltet damit über das Relais 53 alle Motoren 6, 8, 12, 23, 23a ab.
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Mittels
Eintaster 51 wird dann das FlipFlop total 47 wieder
eingeschaltet und der Rasenmäher über dem Leitdraht
der Induktionsschleife 26 platziert. Die erfindungsgemäße
Schaltung der elektronischen Bauelemente und Baugruppen ist sinngemäß auch
mittels eines Mikroprozessors realisierbar, wobei an Stelle der
Relais 52, 53 auch Bauelemente der Leistungselektronik
einsetzbar sind.
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- 1
- Bodenplatte
- 2
- Zentralträger
- 3
- Werkzeugträger
- 4
- Rollenkette/Zahnriemen
- 5a,
5b, 5c
- Ketten/Zahnriemenrad
- 6
- Fahrmotor
mit Getriebe
- 7
- Riemen
für Werkzeugträgerantrieb
- 8
- Antriebsmotor
mit Getriebe für Werkzeugträger
- 9
- Riemenrad
des Werkzeugträgers
- 10
- Zentralzahnrad
für Lenkung
- 11
11a, 1lb, 11c
- Antriebswelle
für Laufräder
- 12
- Lenkmotor
mit Getriebe
- 13
13a, 13b, 13c
- Laufräder
- 14
14a, 14b, 14c
- Zwischenrad
- 15
- Lenkmotorantriebszahnrad
- 16
16a, 16b, 16c
- Lenkzahnräder
- 17
17a, 17b, 17c
- Ritzel
für Laufräder
- 18
- Sensorspulenbaugruppe
- 19
- Lenkspule
- 20
- Referenzspule
- 21
- Laufradgabel
- 22
- Lager
für Zentralzahnrad
- 23
23a
- Werkzeuge/Satellitenmotoren
- 24
24a
- Rotormesser
der Satellitenmotoren
- 25
25a
- Berührungsschutz
- 26,
26a
- Induktionsleitdraht
Wechselfeldlinien
- 27
27a, 27b, 27c
- Laufradschwenklager
- 28
28a, 28b
- elektrische
Leitung
- 29
- Steuerelektronik-Einheit
- 30
- Stromzuführungsschleppkabel Leistungsstrom
- 31
- Abdeckhaube
mit Schleppleitungsaufwickler
- 32,
32a, 32b
- Kontaktschleifer
- 33
- Schleifringübertrager
für Signalstrom
- 34
- Isolator
- 35
- Navigationsantenne
(optional!)
- 36
- Reibungsmitnehmer
für Schleppleitungsaufwickler
- 37,
37a
- Steuersignalverstärker
- 38
- Empfangsschwingkreis
Lenkspule
- 39
- Empfangsschwingkreis
Referenzspule
- 40
- Exklusivoder
- 41
- Integrierglied
- 42
- Netzteil,
geregelt
- 43
- Motorbrücke
- 44
- Amplitudenbewertung
I
- 45
- Amplitudenbewertung
II
- 46
- Flip
Flop Fahrmotor
- 47
- Flip
Flop total ein/aus
- 48
- Exklusivoder
- 49
- Spannungsteiler
- 50
- Differenzierglied
- 51
- Eintaster
- 52
- Hauptrelais
mit Ansteuertransistor
- 53
- Relais
mit Ansteuertransistor
- 54
- Endschalter
(elektromechanisch oder elektronisch)
- 55
- Basisstation
- 56
- Leitung,
verdrillt
- 57
- Pflock
- 58
- Netzkabel
- 59
- Geräte
Anfangs- und Endstation
- 60
- Lenkstellung
bei Geradeausfahrt
- 61
- Stop-Stellung
bei Rechtsumlenkung des Lenkspulensignals bis Phasendrehung 180°
- 62
- Lenkmotorsteuerung
- 63
- Fahrtrichtungslinien
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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