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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
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Welle zur Übertragung einer Drehbewegung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schutz vor Berührung einer antreibbaren Welle;
- 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 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 unterbricht.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1 a bis 1k
- Schutzelemente
- 2
- Transponder
- 3
- Lesegerät
- 4
- Recheneinheit
- 5
- Schalter
- 7
- Welle
- 8
- Traktor
- 9
- Maschine
- 10
- Verbindung zwischen Transponder und Lesegerät
- 11
- Verbindung zwischen Recheneinheit und Antrieb
- 12
- Bedienhebel
- 13
- Zapfwelle
