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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schutz
vor Berührung einer antreibbaren Welle, sowie eine Welle
zur Übertragung von Drehbewegungen mit einer solchen Vorrichtung.
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Rotierende
Antriebswellen können unter bestimmten Anwendungsbedingungen
in einem frei zugänglichen Raum angeordnet sein. Dies gilt
beispielsweise für eine Gelenkwelle zwischen einem Traktor
und einer landwirtschaftlichen Maschine. Bei einer solchen Gelenkwelle
besteht die Gefahr, dass Kleidung, Stroh oder andere Stoffe aufgewickelt
werden, welche mit der Gelenkwelle in Kontakt kommen. Dementsprechend
bestehen Vorschriften, nach denen derartige Gelenkwellen mit einem
Schutz versehen sein müssen. Derartige Schutzeinrichtungen werden
heutzutage aus Gewichtsgründen aus Kunststoff hergestellt.
Eine solche Schutzvorrichtung für eine Gelenkwelle ist
in dem deutschen Patent
DE 197
44 314 C2 beschrieben. Im Einsatz befindliche Gelenkwellen
weisen in der Praxis nicht selten Defekte oder zerstörte
Schutzeinrichtungen auf. Durch Berührung mit dem Traktor
oder der Maschine können die Schutzeinrichtungen gewaltsam
beschädigt Werden. Fehlende oder defekte Schutzeinrichtungen schränken
jedoch in der Regel die Funktion der Gelenkwelle nicht ein, weshalb
Schutzeinrichtungen bisweilen nicht repariert bzw. nicht ersetzt
werden. Die dabei entstehenden Gefahren werden von den Anwendern
häufig unterschätzt. Eine Vielzahl angezeigter
Unfälle in Verbindung mit Gelenkwellen ist auf defekte
Schutzeinrichtungen zurückzuführen.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren
zum Schutz vor Berührung einer antreibbaren Welle so auszugestalten,
dass Unfälle mit höherer Zuverlässigkeit
vermieden werden.
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Die
Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen
Patentansprüche gelöst. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung zum Schutz vor Berührung einer antreibbaren
Welle weist eine Mehrzahl von Schutzelementen auf, wobei jedem Schutzelement
mindestens eine Kennung zugeordnet ist. Unter einer Kennung im Sinne
der Erfindung ist ein das Schutzelement kennzeichnendes Merkmal
zu verstehen, welches berührungslos, insbesondere elektromagnetisch
abfragbar ist. Dazu weist die erfindungsgemäße
Vorrichtung ein Lesegerät zum Auslesen der Kennungen auf.
Das Lesegerät erzeugt dazu vorzugsweise ein elektromagnetisches
Feld und überträgt so eine Abfrage an alle Schutzelemente
in Reichweite des Lesegerätes. Diese weisen beispielsweise
Transponder auf, welche das Signal erwidern, indem sie die Kennung
an das Lesegerät senden. Weiterhin erfindungsgemäß weist
die Vorrichtung eine Recheneinheit auf, welche die ausgelesenen Kennungen
mit Sollwertdaten vergleicht, wobei bei einer Abweichung der ausgelesenen
Kennungen von den Sollwertdaten die Recheneinheit derart vorgesehen
ist, dass diese einen Schalter aktiviert, welcher einen Antrieb
der Welle unterbricht. Eine Unterbrechung des Antriebs der Welle
im Sinne der Erfindung bedeutet, dass der in Betrieb befindliche
Antrieb abgeschaltet wird bzw., dass eine Inbetriebnahme des Antriebs
verhindert wird. Ein Schalter im Sinne der Erfindung umfasst jede
technische Möglichkeit einen Schaltvorgang auszuführen,
beispielsweise auf mechanischem, elektronischem oder pneumatischem Weg.
In der Regel wird der Antrieb von einer Steuerung geregelt, welche
auch den Schalter im Sinne der Erfindung umfassen kann.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich,
den Zustand der Schutzelemente, welche das Berühren der
antreibbaren Welle verhindern, zu überwachen und bei einem
nicht den Vorgaben entsprechenden Zustand der Schutzelemente eine Drehbewegung
der Welle aus Sicherheitsgründen aktiv zu unterbinden.
Ein nicht den Vorgaben entsprechender Zustand der Schutzelemente
ist beispielsweise dann gegeben, wenn eines der Schutzelemente fehlt
oder defekt ist. In diesem Fall liest das Lesegerät keine
oder eine falsche Kennung aus. Vorteilhafterweise wird so ein sicherheitskritischer
Betrieb der antreibbaren Welle bei nicht vollständiger Schutzvorrichtung
vermieden. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung besteht darin, dass
die Abschaltung nicht von Bedienpersonal abhängig ist,
welches ein Signal bemerken und danach handeln müsste.
Die Recheneinheit greift über den Schalter aktiv in den
Antrieb ein und legt diesen zuverlässig still, so dass
keine Unfallgefahr mehr besteht.
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Die
Sollwertdaten beinhalten vorzugsweise eine Anzahl der Kennungen,
welche bei vollzählig vorhandenen Schutzelementen zu erwarten
ist. Zusätzlich oder alternativ können die Sollwertdaten
eine Art der zu erwartenden Kennungen beinhalten. Das bedeutet,
dass beispielsweise bestimmte Arten von Schutzelementen bestimmten
Kennungen zugeordnet sind. Dadurch lässt sich vorteilhaft
feststellen, ob die jeweils richtige Anzahl der jeweiligen Art von Schutzelementen
vorhanden ist. Die Sicherheit kann noch weiter erhöht werden,
wenn jedes einzelne Schutzelement eine individuelle Kennung aufweist, so
dass vorteilhaft verhindert wird, dass möglicherweise mitgeführte,
jedoch nicht montierte Ersatzteile mit Kennung fälschlicherweise
für Schutzelemente der Vorrichtung gehalten werden. In
diesem Fall müssten jedoch die Sollwertdaten bei jedem
Austausch eines Schutzelements entsprechend angepasst werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Recheneinheit
an einem Traktor angeordnet, wobei der Antrieb eine mit der Welle
verbindbare Zapfwelle des Traktors antreibt. Die antreibbare Welle
ist in diesem Fall eine Gelenkwelle, insbesondere eine Kreuzgelenkwelle,
zum Antrieb von landwirtschaftlichen Geräten. Die erfindungsgemäße Recheneinheit
ist besonders bevorzugt in Abhängigkeit von dem anzutreibenden
landwirtschaftlichen Gerät programmierbar. Je nach landwirtschaftlichem Gerät
können verschiedene Wellen zum Antrieb desselben und verschiedene
Kombinationen von Schutzelementen vorgesehen sein. Für
jeden Anwendungsfall besteht also vorzugsweise ein individueller Sollwertdatensatz.
Bei dieser Ausführungsform wird vorteilhaft lediglich eine
Recheneinheit für den Betrieb einer Mehrzahl landwirtschaftlicher
Geräte benötigt. Die Programmierung kann beispielsweise durch
eine, dem landwirtschaftlichen Gerät zugeordnete, auslesbare
Identifizierung erfolgen. Die Recheneinheit hat beispielsweise für
verschiedene landwirtschaftliche Geräte entsprechende Sollwertdatensätze
gespeichert, von denen, je nach landwirtschaftlichem Gerät,
ein Sollwertdatensatz zum Abgleich mit den ausgelesenen Kennungen
ausgewählt wird.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform ist die Recheneinheit einem über
die Gelenkwelle antreibbaren landwirtschaftlichen Gerät
zugeordnet. Die die Gelenkwelle antreibende Zapfwelle eines Traktors
ist auch hier durch den Antrieb angetrieben. Die Recheneinheit ist über
eine Schnittstelle mit dem Traktor verbunden. Besonders vorteilhaft
lässt sich diese Verbindung über die sogenannte
ISOBUS-Schnittstelle des Traktors verwirklichen. Der Vorteil dieser
alternativen Ausführungsform liegt darin, dass jedem landwirtschaftlichen
Gerät eine eigene Recheneinheit zugeordnet ist und es daher
nicht zu Fehlern bei der Umprogrammierung der Recheneinheit kommen
kann.
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Bei
den Schutzelementen handelt es sich vorzugsweise um Abdeckungen,
insbesondere Schutzrohre, Schutztrichter, Kupplungen zur Verbindung
von Abdeckungen und/oder Sicherungselementen, wie beispielsweise
Ketten. Auch am Traktor oder an der anzutreibenden Maschine angeordnete Schutzschilde
zählen im Sinne der Erfindung zu den Schutzelementen. Neben
diesen rein mechanischen Sicherungen können zu den Schutzelementen
auch Sicherungen anderer, beispielsweise elektrischer Art zählen,
wie beispielsweise Abstandswarner und/oder Signaleinrichtungen optischer
und/oder akustischer Art.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedem Schutzelement
mindestens ein Transponder zur Übertragung der Kennung
des jeweiligen Schutzelements an das Lesegerät zugeordnet.
Die Transponder und das Lesegerät basieren vorzugsweise
auf der RFID-Technik (Radio Frequency Identification). Das Lesegerät
ist besonders bevorzugt als ein sogenannter Transceiver ausgeführt
und beinhaltet insbesondere eine Software, welche den eigentlichen
Leseprozess steuert, sowie mindestens eine Schnittstelle zu der
Recheneinheit. In der Regel erzeugt der Transceiver ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld
geringer Reichweite, vorzugsweise mit Induktionsspulen. Dadurch
werden Daten übertragen und die Transponder mit Energie
versorgt. Es ist jedoch auch möglich, aktive Transponder mit
einer eigenen Stromversorgung einzusetzen. Ein Vorteil der RFID-Technik
besteht darin, dass die Transponder sehr klein sein können,
was vorteilhafterweise erlaubt, auch kleine Schutzelemente, wie beispielsweise
Ketten, mit einem Transponder zu versehen. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform sind die Transponder vollständig
oder teilweise in dem jeweiligen Schutzelement eingebettet, das bedeutet insbesondere,
untrennbar mit diesem verbunden. Dadurch kann vorteilhaft verhindert
werden, dass losgelöste Transponder beispielsweise auf
einem Traktor mitgeführt werden. Weiterhin bevorzugt ist
zumindest einem Teil der Schutzelemente eine Mehrzahl von Transpondern
zugeordnet. Dies erlaubt vorteilhaft bei großen Schutzelementen
eine Teilbeschädigung zu erkennen, sobald einer der Transponder
verloren oder beschädigt wird. Ein anderer Aspekt liegt
in der Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Wenn ein Schutzelement eine Mehrzahl von Transpondern
aufweist, ist eine Unterbrechung des Antriebs wegen eines fehlenden
Schutzelements erst dann gerechtfertigt, wenn alle dem Schutzelement
zugeordneten Transponderkennungen nicht empfangen werden können.
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Eine
weitere Möglichkeit, Beschädigungen von Schutzelementen
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erkennen,
besteht darin, aktive Transponder oder eigenständige Sender
mit einer eigenen Stromversorgung zu verwenden, wobei die Stromversorgung
bzw. die Verbindungsleitung zwischen der Stromversorgung und dem
Transponder in dem Schutzelement eingebettet ist. Auf diese Weise
lassen sich selbst geringfügige Beschädigungen,
welche zu einer Durchtrennung der Stromversorgung des Transponders
führen, sicher erkennen.
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Eine
Wiederinbetriebnahme des unterbrochenen Antriebs durch einen Benutzer
ist vorzugsweise erst dann möglich, wenn alle Schutzelemente unbeschädigt
bzw. funktionstüchtig und vollständig montiert
sind. Es kann jedoch von Vorteil sein, dem Benutzer die letzte Entscheidung über
den Betrieb der Welle zu überlassen. Für diesen
Fall kann der Schalter, welcher den Antrieb der Welle unterbricht, durch
einen Benutzer deaktivierbar sein. Bevorzugt ist eine solche Deaktivierung
des Schalters durch den Benutzer speicherbar, beispielsweise in
der Recheneinheit, wobei diese Speicherung besonders bevorzugt von
dem Benutzer nicht löschbar ist. Dadurch lassen sich gegebenenfalls
auftretende Haftungsfragen einfacher bewerten.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Welle zur Übertragung
einer Drehbewegung mit einer Vorrichtung zum Schutz vor Berührung
gemäß der beschriebenen Erfindung, wobei die Welle
einerseits mit einem Antrieb und andererseits mit einem anzutreibenden
Gerät verbindbar ist. Bevorzugt ist die Welle eine Gelenkwelle, insbesondere
Kreuzgelenkwelle, zum Antrieb von landwirtschaftlichen Geräten,
welche mit einer Zapfwelle eines Traktors verbindbar ist.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Schutz vor
Berührung einer antreibbaren Welle, welche eine Vorrichtung
mit einer Mehrzahl von Schutzelementen aufweist, wobei jedem Schutzelement
mindestens eine Kennung zugeordnet wird, wobei die Kennungen mit
einem Lesegerät ausgelesen werden und mit Sollwertdaten
verglichen werden, wobei bei einer Abweichung der Kennungen von
den Sollwertdaten ein Schalter aktiviert wird, und wobei durch den
Schalter ein Antrieb der Welle unterbrochen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren
erlaubt vorteilhaft eine Überprüfung der Schutzelemente
hinsichtlich ihrer Anzahl bzw. hinsichtlich ihrer Art. Ein sicherheitsgefährdender
Betrieb der Welle bei fehlenden oder defekten Schutzelementen wird
somit vorteilhaft verhindert. Bei der Abfrage der Kennungen, beispielsweise
eine Datenübertragung zwischen dem als Transceiver ausgebildeten
Lesegerät und Transpondern, welche die Kennungen übertragen,
vorzugsweise auf Basis der RFID-Technik, kann es bisweilen zu Störungen
der Übertragung kommen. Es ist daher bevorzugt, das erfindungsgemäße
Verfahren so auszugestalten, dass unnötige Beeinträchtigungen
des Betriebs der antreibbaren Welle durch fehlerhafte Unterbrechungen
des Antriebs aufgrund von Datenübertragungsfehlern weitgehend
vermieden werden. Auf diese Weise wird vorteilhaft die Akzeptanz
bei dem Bedienpersonal erhöht. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird bei einer
Abweichung mindestens einer der Kennungen von den Sollwertdaten,
vor der Aktivierung des Schalters, mindestens eine weitere Auslesung
der abweichenden Kennung durchgeführt, wobei der Schalter
nur dann aktiviert wird, wenn die Abweichung sich in dieser weiteren Auslesung
bestätigt. Weiterhin bevorzugt könnte die Auslesung
für eine bestimmte Zeitdauer, beispielsweise eine Minute,
laufend wiederholt werden, bevor der Schalter aktiviert wird. Besonders
bevorzugt wird die Sendeleistung des Lesegeräts mit zunehmender Anzahl
der Auslesungen einer abweichenden Kennung bis zu einem Maximalwert
gesteigert, bevor der Schalter aktiviert wird. Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform werden jedem Schutzelement
mindestens zwei Transponder zur Übertragung der Kennung
des jeweiligen Schutzelements an das Lesegerät zugeordnet,
wobei der Schalter nur dann aktiviert wird, wenn die Kennungen mehrerer
bzw. aller Transponder eines Schutzelements von den Sollwertdaten
abweichen. Ein Abweichen von den Sollwertdaten im Sinne der Erfindung
kann in einem Fehlen der Kennung, beispielsweise bei Ausbleiben
des Transpondersignals oder in einer falschen Kennung liegen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Die Ausführungen beziehen sich sowohl auf die erfindungsgemäße
Vorrichtung, als auch auf das erfindungsgemäße
Verfahren. Die Ausführungen sind lediglich beispielhaft
und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht
ein.
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Es
zeigen
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Welle zur Übertragung einer Drehbewegung mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Schutz vor Berührung einer antreibbaren
Welle;
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2 eine
teilweise schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß 1 mit
detailliert dargestellten Schutzelementen.
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In
der 1 ist schematisch ein Traktor 8 dargestellt,
an welchem ein landwirtschaftliches Gerät 9 angehängt
ist. Die Art des landwirtschaftlichen Geräts ist nicht
wesentlich. Der Traktor 8 weist eine Zapfwelle 13 als
Kraftantrieb für das landwirtschaftliche Gerät 9 auf,
wobei die Zapfwelle 13 von einem Antrieb im Sinne der Erfindung
angetrieben wird. Der Antrieb kann jeder dem Fachmann geläufige
Kraftantrieb sein, beispielsweise ein Elektromotor oder ein Verbrennungsmotor.
In dem dargestellten Beispiel ist der Antrieb ein nicht abgebildeter
Verbrennungsmotor des Traktors 8. Die Kraft wird über
die Welle 7 von der Zapfwelle 13 zu dem landwirtschaftlichen
Gerät 9 übertragen. Über einen
Bedienhebel 12 im Führerhaus des Traktors 8 ist
die Zapfwelle 13 zu- und abschaltbar. Die Welle 7 ist
in der Regel eine Kreuzgelenkwelle, welche entsprechende Relativbewegungen
zwischen Traktor 8 und landwirtschaftlichem Gerät 9 erlaubt.
Aufgrund der erheblichen Unfallgefahr, welche von einer im freien
Raum angeordneten Welle 7 ausgeht, ist eine Schutzvorrichtung
zur Abdeckung der Welle vorgeschrieben. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung zum Schutz vor Berührung der antreibbaren Welle 7 weist
dazu eine Mehrzahl von Schutzelementen 1 auf, welche im
Zusammenhang mit 2 näher beschrieben
werden. Jedem Schutzelement 1 ist mindestens eine Kennung
zugeordnet. Ein Lesegerät 3 ist in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel an dem landwirtschaftlichen Gerät 9 angeordnet.
Das Lesegerät 3 sendet beispielsweise ein elektromagnetisches
Signal, woraufhin an den Schutzelementen 1 angeordnete
Transponder 2 die Kennungen zurück an das Lesegerät 3 senden.
In einer Recheneinheit 4, welche ebenfalls an dem landwirtschaftlichen
Gerät 9 angeordnet sein kann, werden die ausgelesenen
Kennungen der Transponder 2 mit Sollwertdaten verglichen.
Die Sollwertdaten sind beispielsweise die Anzahl der Kennungen bzw.
die Art und die Anzahl an Schutzelementen 1, welche eine
vollständige Schutzvorrichtung aufweisen muss. Sofern die
ausgelesenen Kennungen mit den gespeicherten Sollwertdaten übereinstimmen,
ist die Schutzvorrichtung vollständig und somit ein sicherer Betrieb
der Welle 7 möglich. Wird dagegen eine Abweichung
der Kennungen von den Sollwertdaten festgestellt, so kann der Grund
dafür ein fehlendes oder defektes Schutzelement 1 sein.
Aus Sicherheitsgründen wird in diesem Fall durch die Recheneinheit 4 ein
Schalter 5 aktiviert, welcher den Antrieb unterbricht.
Die Zapfwelle 13 des Traktors 8 wird dadurch umgehend
stillgelegt, die Welle 7 rotiert nicht mehr. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel sind das Lesegerät 3,
die Recheneinheit 4 und der Schalter 5 an dem
landwirtschaftlichen Gerät 9 angeordnet. Die Verbindung 11 zu
dem Antrieb 6 kann in diesem Fall eine kabelgebundene oder
eine kabellose Verbindung sein. Vorzugsweise wird zur Anbindung
der Recheneinheit 4 an den Traktor 8 eine sogenannte
ISOBUS-Schnittstelle des Traktors 8 genutzt, die vorteilhaft
einen Zugriff auf die Traktorsteuerung erlaubt. Der Fachmann erkennt,
dass der Schalter 5, in der Regel ein elektronisches Bauteil,
an dem Antrieb selbst, oder im Bereich der Elektronik, beispielsweise der
Traktorsteuerung des Traktors 8, oder auch an dem landwirtschaftlichen
Gerät 9, gemeinsam mit der Recheneinheit 4 angeordnet
sein kann.
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In
der
2 sind die Schutzelemente
1 der Vorrichtung
gemäß
1 vereinzelt dargestellt und mit
Bezugszeichen
1a bis
1k versehen. Bei den einzelnen
Schutzelementen handelt es sich um einen ersten Schutztrichter
1a,
eine erste Anschlusskappe
1e, einen ersten Gleitring
1g,
ein erstes Schutzrohr
1c, ein zweites Schutzrohr
1d,
einen zweiten Gleitring
1h, eine zweite Anschlusskappe
1f und
einen zweiten Schutztrichter
1b. Gegebenenfalls können auch
die Sicherungsketten
1j und
1k zu den Schutzelementen
gezählt werden. Hinsichtlich der verschiedenen Schutzelemente
wird auf das deutsche Patent
DE 197 44 314 C2 Bezug genommen. Erfindungsgemäß weist
jedes der Schutzelemente mindestens eine Kennung, beispielsweise
auf einem Transponder
2 gespeichert, auf. Hier ist beispielhaft
nur ein Transponder
2 in dem ersten Schutzrohr
1c dargestellt.
Die Transponder
2 sind vorzugsweise fest mit den Schutzelementen
verbunden, beispielsweise können die Transponder
2 aufgeklebt
sein oder in das Kunststoffmaterial der Schutzelemente
1 eingebettet
sein. Die Transponder
2 und das als Transceiver ausgeführte
Lesegerät
3 basieren vorzugsweise auf der RFID-Technik.
Die Kommunikationsverbindung zwischen dem Lesegerät
3 und
dem einen dargestellten Transponder
2 des ersten Schutzrohrs
1c ist
beispielhaft mit einem gestrichelten Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen
10 dargestellt.
Das Lesegerät
3 weist eine Schnittstelle auf, über
welche die ausgelesenen Kennungen der Transponder
2 an
die Recheneinheit
4 übergeben werden. Die Recheneinheit
4 kann
jede dem Fachmann bekannte, zur Verarbeitung elektronischer Daten
geeignete Vorrichtung sein, wobei vorzugsweise die Sollwertdaten
in der Recheneinheit speicherbar sind. Über die Recheneinheit
4 ist
der Schalter
5 aktivierbar, welcher den Antrieb
6 unterbricht.
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Bezugszeichenliste
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- 1,
1a bis 1k
- Schutzelemente
- 2
- Transponder
- 3
- Lesegerät
- 4
- Recheneinheit
- 5
- Schalter
- 6
- Antrieb
- 7
- Welle
- 8
- Traktor
- 9
- Maschine
- 10
- Verbindung
zwischen Transponder und Lesegerät
- 11
- Verbindung
zwischen Recheneinheit und Antrieb
- 12
- Bedienhebel
- 13
- Zapfwelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19744314
C2 [0002, 0020]
