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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung eines mobilen Arbeitsgerätes, mit
- – einer Steuerungselektronik des Arbeitsgeräts, die eine in einer Dockingstation ausgebildete Kommunikationsschnittstelle aufweist,
- – einem mobilen Computer mit einer Touchscreen-Bedienoberfläche und einer Kommunikationsschnittstelle, über die der mobile Computer über die Dockingstation mit der Steuerungselektronik verbunden ist,
- – einer auf dem mobilen Computer gespeicherten arbeitsgerätspezifischen Software, wobei die arbeitsgerätspezifische Software eine arbeitsgerätspezifische grafische Bedienoberfläche aufweist, die arbeitsgerätspezifische Software bei aktivierter arbeitsgerätespezifischer grafischen Bedienoberfläche Bedieneingaben einer Bedienperson auf der Touchscreen-Bedienoberfläche in Steuerungsbefehle für das mobile Arbeitsgerät verrechnet, und die arbeitsgerätspezifische Software die Steuerungsbefehle über die Dockingstation an die Steuerungselektronik übermittelt.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Steuerung eines mobilen Arbeitsgerätes mit einem mobilen Computer mit einer Touchscreen-Bedienoberfläche und einer Kommunikationsschnittstelle, über die der mobile Computer über eine Dockingstation mit der Steuerungselektronik des mobilen Arbeitsgerätes verbunden ist, einer auf dem mobilen Computer gespeicherten arbeitsgerätspezifischen Software, wobei die arbeitsgerätspezifische Software eine arbeitsgerätspezifische grafische Bedienoberfläche aufweist, wobei in einem ersten Verfahrensschritt eine Bedienperson bei aktivierter arbeitsgerätespezifischer grafischer Bedienoberfläche eine Bedieneingaben auf der Touchscreen-Bedienoberfläche eingibt und in einem zweiten Verfahrensschritt die arbeitsgerätspezifische Software die Bedieneingabe in einen Steuerungsbefehl für das mobile Arbeitsgerät verrechnet und in einem dritten Verfahrensschritt die arbeitsgerätspezifische Software die Steuerungsbefehle über die Dockingstation und über eine in einer Dockingstation ausgebildeten Kommunikationsschnittstelle an die Steuerungselektronik übermittelt.
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Aus der Schrift
EP 0 814 397 A1 ist ein gattungsgemäßes mobiles Bordcomputersystem mit Bedieneinheiten für Arbeitsmaschinen bekannt. Angesprochen werden hier insbesondere landwirtschaftliche Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Traktoren mit angehängten Arbeitsgeräten. Der mobile Computer kann beispielsweise auch ein Tabletcomputer oder ein Smartphone oder ein vergleichbares Gerät sein, welche zur Steuerung verschiedener Arbeitsgeräte verwendbar sind. Die arbeitsgerätspezifische Software kann in Gestalt einer App auf dem Tabletcomputer oder Smartphone oder dem vergleichbaren Gerät gespeichert sein. Durch die Verwendung eines mobilen Computers zur Steuerung eines Arbeitsgerätes muss nicht jedes einzelne Arbeitsgerät einen eigenen entsprechenden Touchscreen mit entsprechender Computerhard- und Software aufweisen, sondern der mobile Computer kann von einem Arbeitsgerät zum Nächsten mitgenommen werden, um dieses zu bedienen. Dafür muss der mobile Computer nur mit einer arbeitsgerätspezifischen Software ausgestattet sein. Zudem wird das Datenmanagement für Daten vereinfacht, die für anstehende Arbeitsvorgänge für das Arbeitsgerät zuvor extern bereitgestellt werden oder die das Arbeitsgerät während aktueller Arbeitsvorgänge generiert und die danach für anschließende Datenverarbeitungsvorgänge extern bereitgestellt werden müssen.
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Durch die Nutzung von preiswerten Consumer Elektronik-Komponenten aus dem Massenmarkt ergeben sich erhebliche Kostenvorteile. Der im mobilen Computer vorhandene Bildschirm ermöglicht eine freie Programmierung und Nutzung des Touchscreens für Kontroll- und/oder Bedienfunktionen. Durch die Verwendung eines Touchscreens sind Bedieneingaben über individuell für das jeweilige Arbeitsgerät programmierte Softkeys möglich. Die bereits im mobilen Computer vorhandenen Funktionen wie beispielsweise Datenfunk ermöglichen es, das Internet und E-Mails in die Nutzung und Bedienung des Arbeitsgeräts einzubinden. Durch definierte Soft- und Hardwareschnittstellen ergibt sich eine offene Systemarchitektur, die eine Nutzung des mobilen Computers über eine Dockingstation in verschiedenen Hard- und Softwareumgebungen verschiedener Arbeitsgeräte erlaubt.
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Aus der Schrift
DE 10 2011 115 742 A1 ist es bekannt, die Haupteinheit eines Telematiksystem über eine Modulschnittstelle um ein Erweiterungsmodul wie beispielsweise einen Tablet-PC zu ergänzen, das zusätzliche Telematikfunktionen ermöglicht. Als Schnittstellen sind beispielhaft CAN, FlexRay oder MOST angegeben. Als Modulschnittstellen können verschiedene Anbindungstechnologien verwendet werden, wie beispielsweise Ethernet, USB, Videoschnittstellen, wie HDMI oder LVDS, WLAN, LAN oder Bluetooth.
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Aus der Schrift
DE 20 2011 052 326 U1 ist ein Steuer- und Drahtlos-Kommunikations-System mit einem Tablet oder einem Smartphone bekannt, bei dem über einen Steuercomputer, der mit den peripheren Steuersystemen verbunden ist, Steuersysteme zur Steuerung der Energieversorgung, des Maschinenbetriebs, der Öl- und Hydraulikfluid-Steuerung, eines externen Fahrzeugsensor- und Alarm-Steuersystems oder ein GPS-Positionierungsdaten-Steuersystem betrieben werden können.
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Eine Schwierigkeit bei der Einbindung von mobilen Computern in die Steuerung von Arbeitsgeräten besteht darin, sicherzustellen, dass nur die Bedienbefehle an die Steuerungselektronik des Arbeitsgeräts weitergegeben und verarbeitet werden, die von einem dafür vorgesehenen und autorisierten mobilen Computer stammen und nicht von Fremdgeräten, die dafür nicht vorgesehen und autorisiert sind. Genauso wichtig ist es, dass der mobile Computer von einer Bedienperson nicht von Standorten aus bedient werden kann, an denen die Bedienperson infolge von Bedienbefehlen in die Gefahr gerät, durch aus den Bedienbefehlen folgende Einstell- oder Arbeitsvorgänge des Arbeitsgeräts verletzt oder getötet zu werden.
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Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Steuerungsvorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines mobilen Arbeitsgeräts zu schaffen, bei der die Risiken verringert sind, dass Bedienvorgänge von fremden Geräten ausgelöst werden können oder eine Bedienperson gefährdet wird.
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Die Aufgabe wird für eine gattungsgemäße Vorrichtung gelöst, indem die Dockingstation einen Controller aufweist, der eingabeseitig über eine erste Schnittstelle mit der Kommunikationsschnittstelle der Dockingstation und über eine zweite Schnittstelle mit der Steuerungselektronik des Arbeitsgeräts verbunden ist, der Controller eine Software aufweist, die ermittelt, ob aktuell eine Kommunikationsverbindung und/oder ein mechanischer Kontakt zwischen dem mobilen Computer und der Dockingstation besteht, und die Software einen in den mobilen Computer eingegeben Steuerungsbefehl nur dann über die zweite Schnittstelle an die Steuerungselektronik des Arbeitsgeräts übermittelt, wenn die Software positiv eine aktuell bestehende Kommunikationsverbindung zwischen dem mobilen Computer und der Dockingstation und/oder einen aktuell bestehenden mechanischen Kontakt zwischen dem mobilen Computer und der Dockingstation festgestellt hat.
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Die Aufgabe wird für ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, indem einem in der Dockingstation angeordneten Controller, der eingabeseitig über eine erste Schnittstelle mit der Kommunikationsschnittstelle der Dockingstation und über eine zweite Schnittstelle mit der Steuerungselektronik des Arbeitsgeräts verbunden ist, in einem vierten Verfahrensschritt ermittelt, ob aktuell eine Kommunikationsverbindung und/oder ein mechanischer Kontakt zwischen dem mobilen Computer und der Dockingstation besteht, und in einem fünften Verfahrensschritt einen in den mobilen Computer eingegeben Steuerungsbefehl nur dann über die zweite Schnittstelle an die Steuerungselektronik des Arbeitsgeräts übermittelt, wenn die Software positiv eine aktuell bestehende Kommunikationsverbindung zwischen dem mobilen Computer und der Dockingstation und/oder einen aktuell bestehenden mechanischen Kontakt zwischen dem mobilen Computer und der Dockingstation festgestellt hat.
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Über den Controller wird erfindungsgemäß sichergestellt, dass ein Steuerungsbefehl nicht einfach über die Dockingstation an die Steuerungselektronik des Arbeitsgeräts weitergegeben, sondern zuvor eine Art Verifizierung ausgeführt wird. Wenn aktuell keine Kommunikationsverbindung zwischen einem autorisierten mobilen Computer und der Dockingstation besteht, sind Stellbefehle, die über ein elektronisches Signal von einem anderen Gerät an die Dockingstation übermittelt werden, vom Controller blockiert und werden nicht an die Steuerungselektronik weitergegeben. Alternativ oder ergänzend wird überprüft, ob ein mechanischer Kontakt zwischen einem mobilen Computer und der Dockingstation besteht. Wenn der den Stellbefehl aussendende mobile Computer keinen mechanischen Kontakt zur Dockingstation hat, wird ebenfalls der anliegende Steuerungsbefehl vom Controller blockiert. Jede der beiden vorgeschlagenen Verifizierungsmöglichkeiten kann für sich allein eingesetzt werden, eine erhöhte Sicherheit ergibt sich aber insbesondere dann, wenn beide Verifizierungsmöglichkeiten nebeneinander verwendet werden.
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Eine erhöhte Sicherheit wird dadurch erreicht, dass der Controller ein- und ausgabeseitig über verschiedene Schnittstellen und verschiedene daran angeschlossene Verbindungsleitungen Steuerungsbefehle annimmt und weiterleitet. Wenn beispielsweise für die Datenübermittlung zwischen der Kommunikationsschnittstelle in der Dockingstation und dem Controller ein erstes Busnetz und für die Weiterleitung von Steuerungsbefehlen zur Steuerungselektronik des Arbeitsgeräts ein zweites Busnetz verwendet wird, können Steuerungsbefehle erst in das Busnetz der Steuerungselektronik gelangen, wenn der Controller die entsprechenden Steuerungsbefehle geprüft, freigegeben und an das zweite Busnetz übermittelt hat. Steuerungsbefehle werden erst dann im Busnetz verfügbar gemacht, wenn sie verifiziert worden sind. Dadurch werden Störungen im Betrieb des Arbeitsgeräts durch fehlerhafte Steuerungsbefehle von fremden Geräten oder Störsignale vermieden.
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Durch die Erfindung ist es insbesondere möglich, ein landwirtschaftliches gezogenes und an einen Traktor angebautes Arbeitsgerät über den mobilen Computer funktionssicher zu steuern, ohne dass für das Anbaugerät eine gesonderte Bedienhardware hergestellt werden müsste. Es genügt vielmehr, den mobilen Computer in die Dockingstation einzusetzen, die für das betreffende Arbeitsgerät benötigte App zu aktivieren und sodann über die grafische Bedienoberfläche Bedienbefehle an die Steuerungselektronik des Arbeitsgerätes zu generieren und zu übermitteln. Eine grafische Benutzeroberfläche kann die Bedienung vereinfachen, beispielsweise durch Piktogramme, Farben und Symbole, die schneller erfasst werden können als sprachliche Hinweise. So können über den mobilen Computer Arbeitsfunktionen ein- und ausgeschaltet werden, Drehzahlen erhöht oder gesenkt, Arbeitsorgane verschwenkt oder Limits vorgegeben werden, oder die Steuerungselektronik des Arbeitsgeräts übermittelt an den mobilen Computer Sensorwerte, Soll-/Istwerte der Drehzahlen oder Belastungen der Arbeitsorgane, Bedienhilfen oder Warnsignale zur Anzeige auf dem Bildschirm. Der Informationsfluss kann also nicht nur in einer Richtung, sondern auch in beiden Richtungen erfolgen.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung übermittelt die arbeitsgerätspezifische Software des mobilen Computers mit einem Steuerungsbefehl eine individualisierte Kennung. Über die individualisierte Kennung ist für den Controller erkennbar, ob der übermittelte Steuerungsbefehl von einem autorisierten mobilen Computer übermittelt worden ist. Die Verbindungsqualität und die Sicherheit der übermittelten Steuerungsbefehle werden durch die Kennung verbessert.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist als Kommunikationsschnittstelle im mobilen Computer eine WLAN-Verbindung und in der Dockingstation als Kommunikationsschnittstelle eine WLAN to CAN-Verbindung verwendet. Die WLAN-Verbindung zwischen dem mobilen Computer und der Dockingstation ist kostengünstig und im hohen Maß zuverlässig darstellbar. Da der mobile Computer wie auch mal ein Anbaugerät schnell von der Zugmaschine entfernt oder angeschlossen werden müssen, ist es nicht erforderlich, dafür Kabelverbindungen zu trennen oder anzuschließen und Stecker zu suchen. Über die WLAN- zu CAN-Verbindung und zurück können Anschlussvorgänge automatisiert und vereinfacht werden, wodurch die Umrüstzeiten verkürzt und die Verbindungsqualität der Verbindung besser ist.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Controller in der Dockingstation mit der als WLAN to CAN-Verbindung ausgestalteten Kommunikationsschnittstelle über eine CAN-Bus-Verbindung verbunden. Im Anspruch ist von einer CAN-Bus-Verbindung die Rede, die Erfindung ist aber nicht auf ein CAN-Bus-System als ein Ausführungsbeispiel beschränkt. Es können auch andere geeignete Bussysteme verwendet werden. Der Wechsel von einem WLAN-Netz zu einem drahtgebundenen Busnetz bedeutet, dass das WLAN-Netz zunächst eine schnelle und einfache Datenübermittlung bis zur Dockingstation zulässt, ohne dass dafür ein hoher Aufwand getrieben werden müsste, die drahtgebundene Kommunikation danach aber einen höheren Sicherheitslevel aufweist, der unempfindlicher ist gegen Störungen.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Controller mit einem zusätzlichen Joystick und/oder einer Tastatur zur Eingabe von Stellbefehlen verbunden. Der Joystick oder bestimmte Tasten können für bestimmte Bedienvorgänge besser geeignet sein als eine Bildschirmmaske auf dem mobilen Computer. Als besondere Tasten können bestimmte Funktionstasten, ein Notaus-Schalter oder ein Betriebswahlschalter vorgesehen sein. Der Joystick und/oder die Tastatur können an den Controller angeschlossen sein, der die Steuerungssignale über die zweite Schnittstelle an die Steuerungselektronik übermittelt. Der Controller kann die Steuerungsbefehle aus dem mobilen Computer, dem Joystick und/oder der Tastatur zusammenführen, gegebenenfalls einer Logikkontrolle unterziehen und diese erst nach erfolgter Logikprüfung an die Steuerungselektronik übermitteln. Dadurch können sich widersprechende Steuerbefehle vermieden oder eine Rangfolge bei der Abarbeitung der Steuerbefehle nach Dringlichkeit erstellt und abgearbeitet werden.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Dockingstation einen Aufladestromanschluss für den mobilen Computer auf und der mechanische Kontakt des mobilen Computers mit der Dockingstation ist vom Controller über einen Sensor am Aufladestromanschluss überprüfbar. Über den Aufladestromanschluss in der Dockingstation können die Akkus des mobilen Computers während des Gebrauchs aufgeladen werden und bleiben auch bei langer Maschinennutzung ohne Betriebspausen betriebsbereit. Der Aufladestromanschluss kann beispielsweise mit einem mechanischen Schalter als Sensor versehen sein, der beim Einstecken des Stromanschlusses des mobilen Computers betätigt wird und ein elektrisches Signal an den Controller übermittelt, oder es wird der Ladestromfluss über einen Stromflusssensor überwacht und ein Signal beim Fließen von Ladestrom an den Controller übermittelt.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Dockingstation in der Fahrerkabine eines Traktors oder einer selbstfahrenden Arbeitsmaschine angeordnet. Bei der Anordnung der Dockingstation in einer Fahrerkabine ergibt sich eine erhöhte Sicherheit für die Bedienperson, weil sich diese dann bei der Eingabe von Bedienbefehlen in den mobilen Computer sicher außerhalb von Arbeitsorganen des Arbeitsgeräts oder Schwenkbereichen von verschwenkbaren Geräteteilen befindet.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung jeweils für sich, aber auch in beliebigen Kombinationen untereinander mit dem Gegenstand des Hauptanspruchs kombiniert werden können, soweit dem keine technisch zwingenden Hindernisse entgegen stehen.
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Weitere Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich der nachfolgenden gegenständlichen Beschreibung und den Zeichnungen entnehmen.
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Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
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1: eine schematische Ansicht einer mit einem mobilen Computer verbundenen Steuerungselektronik eines mobilen Arbeitsgeräts.
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Die 1 zeigt eine schematische Ansicht, wie die Steuerungselektronik 2 über eine Dockingstation 4 mit dem mobilen Computer 10 verbunden ist, um Steuerungsbefehle vom mobilen Computer 10 an die Steuerungselektronik 2 eines Arbeitsgeräts übermitteln zu können. Die Dockingstation 4 mit der Kommunikationsschnittstelle 6 ist mit der Kommunikationsschnittstelle 8 des mobilen Computers 10 verbunden. Der mobile Computer 10 verfügt über einen Touchscreen 12, über den Bedieneingaben möglich sind. In dem mobilen Computer 10 befindet sich eine Software-App, die als arbeitsgerätspezifische Software eine arbeitsgerätspezifische grafische Bedienoberfläche auf dem Touchscreen 12 einblenden kann. Wenn eine Bedienperson auf bestimmte Punkte auf dem Touchscreen 12 tippt, denen die arbeitsgerätspezifische Software einen bestimmten Steuerungsbefehl zugeordnet hat, errechnet die arbeitsgerätspezifische Software daraus einen Stellbefehl, den sie über die Kommunikationsschnittstellen 6 und 8 zunächst an die Dockingstation 4 übermittelt. In der Dockingstation 4 befindet sich ein Controller 14, der über eine erste Schnittstelle 16 über ein beispielhaftes Busnetz in der Dockingstation 4 mit der Kommunikationsschnittstelle 6 verbunden ist.
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Im Controller 14 ist eine Software installiert, die ermittelt, ob aktuell eine Kommunikationsverbindung und/oder ein mechanischer Kontakt zwischen dem mobilen Computer 10 und der Dockingstation 4 besteht. Die Software im Controller 14 übermittelt einen in den mobilen Computer 10 eingegebenen Steuerungsbefehl nur dann über die zweite Schnittstelle 18 an die Steuerungselektronik 2 des Arbeitsgeräts, wenn die Software positiv eine aktuell bestehende Kommunikationsverbindung zwischen dem mobilen Computer 10 und der Dockingstation 4 und/oder einen aktuell bestehenden mechanischen Kontakt zwischen dem mobilen Computer 10 und der Dockingstation 4 festgestellt hat. Dazu ist an das Busnetz in der Dockingstation 4 zusätzlich ein Sensor 24 angeschlossen, über den die Software die Validierungskriterien abfragen kann.
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An das Busnetz der Dockingstation 4 ist im Ausführungsbeispiel außerdem noch ein Joystick 20 angeschlossen. Auch die Eingaben über den Joystick 20 werden über das Busnetz in der Dockingstation 4 zunächst an den Controller 14 übermittelt, der auch für die mit dem Joystick 20 eingegebenen Steuerungsbefehle über die zweite Schnittstelle 18 an die Steuerungselektronik 2 des Arbeitsgerätes übermittelt. Des Weiteren ist an den Controller 14 eine zusätzliche Tastatur 22 angeschlossen. Die Tastatur 22 kann beispielsweise Schalter für ein Not-Aus, Betriebswahlschalter oder Funktionstasten für das Arbeitsgerät aufweisen.
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In 1 ist für die Steuerungselektronik 2 ein zweites Busnetz 26 eingezeichnet, an das der Controller 14 über die zweite Schnittstelle 18 angeschlossen ist und über dessen Kommunikationsknoten sich die von dem entsprechenden Steuerungsbefehl angesprochenen Maschinenkomponenten die jeweiligen Steuerungsdaten auslesen können. Entsprechende an die Steuerungselektronik 2 und die entsprechenden Netzknoten angeschlossene Aktoren können dann die Steuerungsbefehle im Arbeitsgerät gemäß der Eingabe durch die Bedienperson umsetzen.
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Die Kommunikationsverbindung zwischen den Kommunikationsschnittstellen 6 und 8 kann als drahtgestützte Verbindung ausgebildet sein, es ist aber auch möglich, diese als WLAN-Verbindung ausgestalten. Die Kommunikationsschnittstelle 6 ist dann als eine WLAN to CAN-Schnittstelle ausgebildet.
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Im Ausführungsbeispiel befindet sich in der Dockingstation 4 eine CAN-Bus-Verbindung, es sind aber auch andere Busnetztechniken nutzbar.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel beschränkt. Dem Fachmann bereitet es keine Schwierigkeiten, das Ausführungsbeispiel auf eine ihm geeignet erscheinende Weise abzuwandeln, um es an einen konkreten Anwendungsfall anzupassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0814397 A1 [0003]
- DE 102011115742 A1 [0005]
- DE 202011052326 U1 [0006]
