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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Werkzeugs an einer Schnellwechselvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und eine Schnellwechselvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Im Betrieb von Baumaschinen sind heutzutage Schnellwechselvorrichtungen etabliert. Mit Hilfe der Schnellwechselvorrichtung kann ein Werkzeug schnell mit einer Baumaschine verbunden werden. Eine Schnellwechselvorrichtung besteht im Wesentlichen aus zwei aneinanderkuppelbaren Teilen, einem Schnellwechsler und einem Adapter. Der Adapter ist das werkzeugseitige Teil der Schnellwechselvorrichtung und entsprechend mit dem Werkzeug verbunden. Der baumaschinenseitige Teil ist der Schnellwechsler, wobei dieser meist an einem Ausleger der Baumaschine befestigt ist. An den Schnellwechsler sind durch eine Standardisierung der Adapter unterschiedliche mit dem Adapter ausgerüstete Werkzeuge ankuppelbar. Nach neueren Entwicklungen können die Werkzeuge mit Hilfe der Schnellwechselvorrichtung komplett automatisch, über hydraulisch verfahrbare Bolzen, an die Baumaschine angekoppelt werden. Dies hat enorme Effizientsteigerungen zur Folge. Im Zuge dieser Automatisierung stellen diese Schnellwechselvorrichtungen zusätzliche Funktionen bereit, die es ermöglichen, dass der Baumaschinenführer ausschließlich in seinem Führerhaus arbeiten kann.
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So offenbart beispielsweise die
WO 20041072387 A1 eine Schnellwechselvorrichtung mit „Detektionsmitteln” und „Sensormitteln”, die gegenüberliegend werkzeugseitig und baumaschinenseitig am Schnellwechsler angebracht sein können. Diese Mittel dienen vorrangig dazu, Informationen vom Werkzeug an die Baumaschine zu übertragen, und umgekehrt. Hauptanwendung ist die Justierung zur Ankopplung des Werkzeugs an die Baumaschine. Zusätzlich sind Identifikationsinformationen über das Werkzeug vom Werkzeug an die Baumaschine übermittelbar. Die Baumaschine kann durch die Identifikation erkennen, welches Werkzeug gerade angekuppelt ist.
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Auch aus der
DE 202 09 518 U1 ist ein Identifizierungssystem bekannt, das Betriebsdaten des Werkzeugs über einen Transponder an den Bordrechner einer Baumaschine übermittelt, wobei das Werkzeug über einen Schnellwechsler an die Baumaschine gekuppelt wird. Die Daten des Werkzeugs sind am Werkzeug in Form eines Barcodes, oder eines digitalen Datenspeichers gespeichert und können von baumaschinenseitigen Mitteln ausgelesen werden. Die Betriebsdaten umfassen beispielsweise Größe, Gewicht, maximaler Arbeitsdruck etc..
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So wird gerade bei Schnellwechselsystemen begünstigt, dass der Baumaschinenführer unterschiedliche Werkzeuge aus dem Führerhaus ankuppeln kann, ohne das Werkzeug tatsächlich in Augenschein nehmen zu müssen.
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Dies hat den Nachteil, dass obwohl dem Baumaschinenführer durch Identifikationsmittel mitgeteilt wird, welches Werkzeug angekuppelt ist, und welche Betriebsdaten das Werkzeug hat, der Baumaschinenführer dennoch keine Aussage über den aktuellen Zustand des Werkzeugs erhält. So können abgenutzte Werkzeuge eingesetzt werden, ohne dass der Baumaschinenführer den Abnutzungsgrad realisiert. Dies begünstigt sowohl Unfälle als auch Ausfälle des Werkzeugs während des Betriebs, und damit den Ausfall der Baumaschine. Eine andere Möglichkeit als die in Augenscheinnahme des Werkzeugs durch den Baumaschinenführers ist nicht bekannt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung dem Baumaschinenführer zu ermöglichen den Zustande des Werkzeugs aus dem Führerhaus zu überwachen.
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Die Aufgabe wird für das Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und für die Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 5 gelöst.
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Die Unteransprüche bilden eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung.
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Erfindungsgemäß wird der Zustand eines Werkzeugs überwacht, indem die Gebrauchsdaten des Werkzeugs erfasst werden. Diese Gebrauchsdaten werden auf einem am Werkzeug angebrachten Speicher abgelegt. Anhand der Gebrauchsdaten wird auf den Zustand des Werkzeugs rückgeschlossen. Dadurch „kennt” sozusagen das Werkzeug seine Einsatzhistorie und kann diese der jeweils angeschlossenen Baumaschine, respektive Ihrem Fahrer mitteilen. Dies hat den Vorteil, dass auf diese Weise der Baumaschinenführer einen Eindruck vom Zustand des Werkzeugs bekommt, ohne die Baumaschine bei einem Umkuppelvorgang verlassen zu müssen. Dies spart zum einen Zeit, und zum anderen wird die Arbeits- und Ausfallsicherheit erhöht.
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Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der Erfindung ergibt sich für den Verleih von Werkzeugen. Der Verleiher hat aufgrund des auf dem Werkzeug abgelegten Arbeitsprotokolls die Möglichkeit eine tatsächlich leistungsabhängige Abrechnung zu erstellen, zum anderen wird ihm auch die Wartung des Werkzeugs erleichtert, da dieser neben der augenscheinlichen Abnutzung auch die Betriebsdatenhistorie zur Verfügung hat. Dies ist nicht nur für Verleiher von Werkzeugen von Bedeutung, sondern auch für firmeneigene Werkzeugpools, da hier die Instandsetzung ebenfalls nicht von den Baumaschinenführern selbst, sondern von einer zentralen Stelle übernommen wird.
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Vorzugsweise werden als Gebrauchsdaten, die Arbeitszeit und der Arbeitsdruck (Öldruck) und/oder der Volumenstrom, bzw. eine Arbeitsdruckkennlinie erfasst. Die Erfassung des Arbeitsdrucks und/oder des Volumenstroms und der Einsatzzeit erlaubt eine sehr gute Abbildung über die Belastung eines Werkzeugs. Insbesondere kann zudem auch die momentane Außentemperatur während des Betriebs erfasst und abgelegt werden. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass der Verschleiß bei Extremtemperaturen unterschiedlich zu dem Verschleiß bei Normaltemperaturen sein kann.
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In besonders vorteilhafter Weise können neben den Gebrauchsdaten auch Daten zur Werkzeugidentifikation und Werkzeugbetriebsdaten abgelegt werden. Das Werkzeug kann auf diese Weise vollständig von der Baumaschine oder mit einem Handgerät identifiziert und auch seine Betriebsdaten und Gebrauchsdaten ausgelesen werden. insbesondere kann der Werkzeugzustand mittels eines werkzeugabhängigen Algorithmus automatisch berechnet werden.
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Bei einer Schnellwechselvorrichtung mit Energiekreiskupplung, weist diese einen Ventilblock mit mehreren Ventilen auf, die je nach Anwendung, abhängig vom Werkzeug geöffnet oder geschlossen werden müssen. In diesem Zusammenhang, kann die zentrale Steuerungseinheit selbsttätig, abhängig vom identifizierten Werkzeug, automatisch entsprechende Ventile der Schnellwechselvorrichtung einstellen. Beispielsweise bei einem Hammer-Werkzeug, wird das Hammerrücklaufventil automatisch geöffnet, nachdem der Ankupplungsvorgang abgeschlossen ist.
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Bereits bekannt sind Schnellwechselvorrichtung für eine Baumaschine, mit einem baumaschinenseitigen Schnellwechsler und mit einem daran ankuppelbaren werkzeugseitigen Adapter, über welchen ein Werkzeug an die Baumaschine ankuppelbar ist. Werkzeugseitig ist eine Adapterkommunikationseinheit und ein Speicher vorgesehen, wobei die auf dem Speicher abgelegten Daten über eine baumaschinenseitige Schnellwechslerkommunikationseinheit auslesbar sind und an eine zentrale Steuereinheit übertragbar sind.
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Die Aufgabe wird nun für die Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Adapterkommunikationseinheit zusätzlich zur Übertragungseinrichtung eine Schreibvorrichtung umfasst, mittels welcher der werkzeugseitig angebrachte Speicher beschreibbar ist. Diese Schreibvorrichtung kann über die zentrale Steuereinheit angesteuert werden, wodurch die von der zentralen Steuereinheit bereitgestellte Informationen auf dem Speicher hinterlegbar ist. Diese Informationen sind vorzugsweise die aktuellen Gebrauchsdaten des Werkzeugs. Zur Ermittlung der Gebrauchsdaten können Sensoren vorgesehen sein, mit deren Hilfe Drücke, Volumenströme, Kräfte oder Momente, die während des Betriebs an definierten Positionen auftreten, aufgenommen werden können. Darüber hinaus können auch elektrische Parameter, wie Strom, Spannung, Leistungsaufnahme oder Frequenz als Gebrauchsdaten abgelegt werden. Diese geben Aufschluss über das Verhalten und den Einsatz elektrischer oder elektromechanischer Werkzeuge oder Werkzeugkomponenten. Zudem können auch am Werkzeug vollzogene Instandsetzungsmaßnahmen auf dem Speicher protokolliert werden.
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Vor allem können diese Gebrauchsdaten, die bei jedem Werkzeugeinsatz von der zentralen Steuereinheit der Baumaschine auf dem Werkzeug aktualisiert werden, bei Arbeitsbeginn vom Baumaschinenführer über die herkömmliche Werkzeugidentifikation mit abgefragt werden. Dies erlaubt dem Baumaschineführer eine Bewertung des Werkzeugzustandes und erhöht damit die Sicherheit, und reduziert die Ausfallzeiten eines Werkzeugs, da eine Nachbestellung oder ein Austausch verschlissener Werkzeugteile rechtzeitig erfolgen kann. Zudem wird die Sicherheit deutlich erhöht.
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Vorzugsweise können Adapterkommunikationseinheit und die Schnellwechslerkommunikationseinheit je einen Transponder umfassen, der insbesondere als RFID-Chip, ausgebildet ist und eine bidirektionale Übertragung möglich ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schnellwechselvorrichtung derart ausgebildet, dass eine Energiekreiskuppplung vorgesehen ist. In dieser Ausführungsform sind in der Schnellwechselvorrichtung Sensoren angeordnet, über die fluiddynamische Eigenschaften ausgelesen werden können. Diese fluiddynamischen Parameter können an die Steuereinheit übertragen werden und werden dort verwendet um eine Belastung während des Gebrauchs für das Werkzeug zu bestimmen. Dies sind vorrangig Fluss und Druck der Hydraulikflüssigkeit.
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Besonders vorteilhaft ist die Tatsache, dass die Steuereinheit autark vom Bordcomputer der Baumaschine betrieben werden kann, und dadurch das erfindungsgemäße Schnellwechselsystem leicht und günstig für viele Baumaschinen nachrüstbar ist.
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Bei einer Ausführungsform mit einer Energiekreiskupplung, können zusätzliche Ventile in der Schnellwechselvorrichtung vorgesehen sein, die durch die zentrale Steuereinheit über die Schnellwechslerkommunikationseinheit schaltbar sind. Dadurch wird eine werkzeugabhängige Hydraulikverschaltung, die automatisch von der zentralen Steuereinheit einstellbar ist, ermöglicht. Dies hat eine Entlastung des Baumaschinenführers, der sich nicht mehr mit ohnehin notwendigen Einstellungen befassen muss, zur Folge. Darüber hinaus kann die Schnellwechslerkommunikationseinheit mit elektrischen oder elektromechanischen Komponenten in Wirkverbindung stehen. Über die zentrale Steuereinheit können die Gebrauchsdaten nicht nur ausgelesen werden sondern im Gegenzug können in der Schnellwechslerkommunikationseinheit Regler vorgesehen sein, welche die elektrischen oder elektromechanischen Komponenten in ihrem Verhalten beeinflussen, beispielsweise dämpfen. Alternativ kann diese Regeleinrichtung auch im Adapterkommunikationsmodul integriert sein. Das Adapterkommunikationsmodul kann auch mit einer werkzeugseitig angebrachten Hydrauliksteuerung und Sensorik zusammenwirken. Vorzugsweise werden die Informationen zwischen dem Adapterkommunikationsmodul und der zentralen Steuereinheit über das Schnellwechslerkommunikationsmodul übertragen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
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In der Beschreibung, in den Patentansprüchen, in der Zusammenfassung und in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordnete Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
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1 ein Werkzeug das über eine Schnellwechselvorrichtung an eine Baumaschine gekuppelt ist,
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2 eine erfindungsgemäße Schnellwechselvorrichtung ohne Energiekreiskupplung,
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3 eine erfindungsgemäße Schnellwechselvorrichtung mit Energiekreiskupplung, und
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4 eine schematische Darstellung der Kommunikation zur Hinterlegung der Gebrauchsdaten.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugs, welches als Baggerschaufel 14 ausgebildet ist und über eine Schnellwechselvorrichtung 10 an den Ausleger 12 einer Baumaschine gekuppelt ist. Die Schnellwechselvorrichtung 10 umfasst zwei aneinanderkuppelbare Komponenten. Die erste Komponente, der Adapter 18, ist mit der Baggerschaufel 14 fest verbunden. Die zweite Komponente, der Schnellwechsler 16, ist hingegen mit dem Ausleger 12 der Baumaschine verbunden.
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Da unterschiedliche Werkzeuge mit einem entsprechenden Adapter 18 ausgestattet sind, können alle diese Werkzeuge schnell und problemlos über den Schnellwechsler 16 an den Ausleger 12 der Baumaschine angekuppelt werden.
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2 zeigt eine Schnellwechselvorrichtung 10 umfassend einen werkzeugseitigen Adapter 18 und eine baumaschinenseitig montierbaren Schnellwechsler 16. Erfindungsgemäß ist eine Schnellwechslerkommunikationseinheit 20 im Schnellwechsler 16 vorgesehen. Diese Schnellwechslerkommunikationseinheit 20 stellt zum einen die Kommunikation mit einem zugeordneten zentralem Steuergerät in der Baumaschine zur Verfügung. Das zentrale Steuergerät ist aus Gründen der Übersicht hier nicht gezeigt. Die Kommunikation mit dem zentralen Steuergerät erfolgt vorzugsweise kabellos, kann aber auch kabelgebunden sein. Für die kabellose Übertragung ist innerhalb der Schnellwechslerkommunikationseinheit 20 eine Antenne vorgesehen.
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Neben der Kommunikation mit dem zentralen Steuergerät sorgt die Schnellwechslerkommunikationseinheit 20 auch für die Verbindung zur werkzeugseitig angebrachten Adapterkommunikationseinheit 22. Die Adapterkommunikationseinheit 22 umfasst einen beschreibbaren Speicher und ebenfalls eine Antenne für einen Transponder. Die Schnellwechslerkommunikationseinheit 20 übermittelt von der zugeordneten Steuereinheit empfangene Gebrauchsdaten an die Adapterkommunikationseinheit 22. Die Adapterkommunikationseinheit 22 empfängt die von der zugeordneten zentralen Steuereinheit übermittelten Daten und schreibt diese auf einen digitalen Speicher. Die auf dem Speicher abgelegten Daten können über die Adapterkommunikationseinheit 20 und Schnellwechslerkommunikationseinheit 20 ausgelesen und wieder an die zentrale Steuereinheit übertragen werden. Diese erlaubt es dem Fahrer die aktuellen Werkzeuginformationen zur Verfügung zu stellen. Dies kann zum einen die Identifikation des Werkzeugs selbst und die aktuellen Gebrauchsdaten sein. Die zentrale Steuereinheit kann diese Daten selbst verarbeiten, oder direkt den Baumaschinenführer zur Verfügung stellen.
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3 zeigt eine perspektivische schematische Ansicht einer Schnellwechselvorrichtung 30 mit Energiekreiskupplung. Diese Schnellwechselvorrichtung 30 umfasst einen Adapter 34 sowie einen Schnellwechsler 32. Der Adapter 34 wird an den Schnellwechsler 32 angekuppelt, in dem zuerst Halterkrallen 36 des Schnellwechslers den Bolzen 38 des Adapters umgreifen und daraufhin der Schnellwechsler 32 derart gegen den Adapter 34 verschränkt wird dass diese aufeinander liegen. Eine Verriegelung erfolgt dann indem die Bolzen 40 hydraulisch in die Aufnahmen 42 eingeschoben werden. Neben dieser mechanischen Verriegelung erfolgt zudem eine hydraulische Kupplung indem die Kuppelventile 44 des Schnellwechslers 32 auf den Ventilen 46 des Adapters zu liegen kommen, und mit diesem verbunden werden. Dadurch wird ein Hydraulikfluss zwischen Baumaschine und Werkzeug gewährleistet.
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Erfindungsgemäß ist wie in 2 auch eine Schnellwechslerkommunikationseinheit 48 vorgesehen, die im Schnellwechsler 32 integriert ist. Diese übernimmt zum einen die Kommunikation mit einer zugeordneten zentralen Steuereinheit in der Baumaschine und zum anderen den Austausch der Daten mit der am Adapter integrierten Adapterkommunikationseinheit 50. Wie bei 2 beschrieben, werden die Gebrauchsdaten von der zentralen Steuereinheit an die Schnellwechslerkommunikationseinheit 48 übertragen und von dieser auf Adapterkommunikationseinheit 50. Von dieser werden die Daten auf die in der Adapterkommunikationseinheit 50 integrierten Speicher 52 geschrieben und sind wie in 2 beschrieben von der Übertragungs- und Ausleseeinheit wieder auslesbar und an die zugeordnete zentrale Steuereinheit übertragbar.
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Zudem sind die beim Adapter vorgesehenen Hydraulikventile 44 durch die Schnellwechslerkommunikationseinheit 50 steuerbar. Auf diese Weise können, abhängig vom angekuppelten Werkzeug, welches von der zentralen Steuereinheit identifiziert wird die entsprechenden Ventile bei Bedarf geöffnet oder geschlossen werden. Dieser Vorgang erfolgt komplett automatisiert und entlastet dadurch den Fahrzeugführer.
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Im weiteren sind Sensoren im Hydraulikkreislauf am Schnellwechsler vorgesehen, die mit der Schnellwechslerkommunikationseinheit 48 verbunden sind und deren Daten von der Schnellwechslerkommunikationseinheit 48 an die zugeordnete zentrale Steuereinheit übertragen werden. Somit werden als Gebrauchsdaten zusätzlich neben der Arbeitszeit auch Hydraulikdruck und Hydraulikfluss von der zentralen Steuereinheit aufgenommen und wieder über die Schnellwechslerkommunikationseinheit 48 auf den Speicher 52 der Adapterkommunikationseinheit 50 am Adapter 34 geschrieben.
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Somit sind neben den Identifikationen und Betriebsdaten des jeweiligen Werkzeugs auch die Gebrauchsdaten im Adapter des Werkzeugs hinterlegt, und können von allen kompatiblen Schnellwechslern ausgelesen und verarbeitet werden.
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4 zeigt beispielhaft und schematisch die Kommunikationswege zur Gebrauchsdatenerfassung. Ein im Schnellwechsler vorgesehener Sensor liefert aktuelle Daten an die Schnellwechslerkommunikationseinheit. Die Schnellwechslerkommunikationseinheit übermittelt diese Daten, vorzugsweise kabellos an die zentrale Steuereinheit im Führerhaus. Die zentrale Steuereinheit versieht die Sensordaten mit einem Zeitstempel und übermittelt diese wieder an die Schnellwechslerkommunikationseinheit. Die Schnellwechslerkommunikationseinheit leitet die Daten an die Adapterkommunikationseinheit weiter welche diese auf dem Speicher ablegt. Zum Auslesen des Speichers stellt die zentrale Steuereinheit eine Anfrage an die Schnellwechslerkommunikationseinheit welche diese an die Adapterkommunikationseinheit weiterleitet, die daraufhin die gewünschten Speicherbereiche ausliest und die gewünschte Information wieder an die Schnellwechslerkommunikationseinheit übermittelt welche wiederum die Daten an die zentrale Steuereinheit weitergibt.
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Diese Schreib- und Lesevorgänge können bedarfsgemäß beliebig ausgeführt werden. Auch die jeweiligen Daten sind abhängig von der Ausbaustufe des Schnellwechslers und des Werkzeugs.
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Darüber hinaus ist die Schnellwechslerkommunikationseinheit mit einem Ventil des Ventilblocks des Schnellwechslers verbunden und kann von der zentralen Steuereinheit initiiert die Ventilfunktion beeinflussen.
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Durch dieses Verfahren kann der Zustand eines neu angekoppelten Werkzeugs entweder vom Baumaschinenführer oder automatisch von einer zentralen Steuereinheit bewertet werden. Dadurch werden überraschende Ausfälle minimiert die Effizienz gesteigert und die Arbeitssicherheit erhöht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schnellwechselvorrichtung
- 12
- Ausleger
- 14
- Baggerschaufel
- 16
- Schnellwechsler
- 18
- Adapter
- 20
- Schnellwechslerkommunikationseinheit
- 22
- Adapterkommunikationseinheit
- 30
- Schnellwechselvorrichtung
- 32
- Schnellwechsler
- 34
- Adapter
- 36
- Halterkrallen
- 38
- Bolzen
- 40
- Bolzen
- 42
- Aufnahmen
- 44
- Kuppelventile
- 46
- Ventile
- 48
- Schnellwechslerkommunikationseinheit
- 50
- Adapterkommunikationseinheit
- 52
- Speicher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 20041072387 A1 [0003]
- DE 20209518 U1 [0004]
