DE102020128749A1 - Modulares Werkzeugsystem zur Bodenbearbeitung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme verschiedenster Werkzeugmodule im Bereich der Land- und Forstwirtschaft sowie für die Bodenbearbeitung. Dabei werden in standardisierte Trägerrahmen die jeweiligen Werkzeugmodule eingebracht. Während der Arbeitsprozesse wird der Zustand der Werkzeuge durch ein zugehöriges Werkzeugmanagement erfasst und auf einem Speichermedium - welches je einem Werkzeugmodul eindeutig zugeordnet ist- hinterlegt.

Description

• Die Erfindung betrifft ist ein Werkzeugsystem für landwirtschaftliche Prozesse sowie zur Bodenbearbeitung.
• Aus dem Stand der Technik sind komplexe Maschinen für unterschiedliche landwirtschaftliche Prozesse/ Arbeiten bekannt. Generell gilt, dass Maschinen umso effizienter sind, je geringer die Standzeiten ausfallen. Dies trifft auch und insbesondere für die Agrar- und Forsttechnik zu, da hier durch die begrenzten Erntezeiten enge Zeitfenster offenstehen. Zur Verringerung der Standzeiten wird häufig die Modularisierung von Werkzeugen vorgenommen und die Standzeit wird so von den gesamten Maschinen auf lagerfähige Werkzeuge übertragen.
• In der US 3 971 446 A ist dazu eine multifunktionelle Landmaschine offenbart. Diese multifunktionelle Landmaschine ist für die Durchführung mehrerer landwirtschaftlicher Arbeiten wie Pflanzen, Düngen und Ernten, ggf. „Bodenbearbeitung“ vorgesehen. Durch den multifunktionellen Charakter wird die Notwendigkeit der Investition in einzelne spezifische Maschinen eliminiert. Die offenbarte Landmaschine besteht dabei aus einem Fahrzeug mit einer Fahrerkabine für einen Bediener, einem Motor, der sowohl das Fahrzeug bewegt als auch einen Teil seiner Leistung an eine seitliche Schnittstelle abgibt. Des Weiteren können austauschbare Arbeitseinheiten wie Spritzen, Pflanz- oder Erntemaschinen angebracht werden. Diese werden von zusätzlichen, abnehmbaren und seitlich ausfahrbaren Tragarmen getragen, die vom Fahrzeug aus kontrolliert werden.
• Die DE 10 2017 201 425 A1 offenbart eine autonome landwirtschaftliche Robotermaschine zum Ausführen von einem oder mehreren landwirtschaftlichen Vorgängen. Die Maschine weist dabei einen Rahmen mit einer Länge und einer anpassbaren Breite auf. Mehrere Bodeneingriffsmechanismen sind zum Antreiben der Maschine in einer Laufrichtung an den Rahmen gekoppelt. Die Maschine weist weiterhin eine Steuerung, ein Leistungserzeugungsgerät und einen Generator auf, wobei die Steuerung die Maschine steuert. Der Generator nimmt mechanische Leistung vom Leistungserzeugungsgerät auf und erzeugt elektrische Leistung. Des Weiteren ist eine Andockbaugruppe an den Rahmen gekuppelt. Besagte Andockbaugruppe enthält eine Leistungseinheit und zumindest eine Kupplung zum Ankuppeln von mehreren landwirtschaftlichen Geräten.
• In US 2013 0199 807 A1 wird ein anpassbares landwirtschaftliches Gerät zur Bodenbearbeitung beschrieben. Dieses landwirtschaftliche Gerät weist dabei einen Rahmen mit einer Vielzahl von Befestigungs- bzw. Montageflächen auf. Vorgesehen ist hierbei, eine Vielzahl von austauschbaren Bodenbearbeitungsmodulen lösbar an besagte Montageflächen anzukoppeln. Die austauschbaren Bodenbearbeitungsmodule können je nach Bodenbearbeitungsbedarf in einer vorgegebenen Reihenfolge angeordnet werden.
• In der DE 10 2010 005 183 B4 wird eine Bodenbearbeitungsvorrichtung offenbart. Diese Bodenbearbeitungsvorrichtung weist mindestens einen anbaubaren Maschinenrahmen auf und ist geeignet mit einem Schlepper gekoppelt zu werden. An der so gebildeten Bodeneingriffswerkzeugeinheit werden mittels des anbaubaren Maschinenrahmens verschiedene Werkzeuge zur Bodenbearbeitung, insbesondere Zinken- und/oder Scheibenreihen bzw. Grubber und/oder Eggen, die am Maschinenrahmen aufgehängt sind, mit einer Nachlaufwalze sowie einer Arbeitstiefeneinstellvorrichtung zur Einstellung der Arbeitstiefe der Bodeneingriffswerkzeugeinheit verbunden. Zusätzlich verfügt das Gesamtsystem über eine Nachläufer-Höheneinstellvorrichtung zur Höheneinstellung der Nachlaufwalze relativ zum Maschinenrahmen. Sowohl die Arbeitstiefeneinstellvorrichtung als auch die Nachläufer-Höheneinstellvorrichtung weisen einen Druckfluidantrieb auf, der damit stufenlosen Arbeitstiefeneinstellung und der Nachläufer-Höheneinstellvorrichtung zu gewährleisten.
• Werkzeuge zur Kopplung oder derartige Werkzeugsysteme unterliegen verschiedensten Abnutzungserscheinungen oder können während des Einsatzes zur Bodenbearbeitung mindestens schwer beschädigt, wenn nicht zerstört werden, wodurch die einzelnen Werkzeuge ohne adäquate Korrektur den optimalen Betriebszustand im Rahmen ihres Einsatzgebietes verlassen. Des Weiteren geht die Montage und Demontage der einzelnen Werkzeuge bzw. Werkzeugmodule mit einem noch immer beträchtlichen zeitlichen Aufwand einher.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein benutzer- und anwenderfreundliches Werkzeugsystem vorzuschlagen.
• Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungen sind Gegenstand der jeweils rückbezogenen Unteransprüche.
• Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zumindest ein Werkzeugmodul mit einer Schnellkoppelschnittstelle und mindestens einen zur Aufnahme des mindestens eines Werkzeugmoduls ausgebildeten Träger mit Schnellkoppelschnittstelle sowie mindestens eine Datenverarbeitungseinheit, die zum computergestützten Werkzeugmanagement ausgebildet ist auf. Der Träger mit mindestens einer Schnellkoppelschnittstelle, welcher zur Aufnahme des Werkzeugmoduls geeignet ist, umfasst dabei mindestens einen Trägerrahmen, mindestens eine Schnittstelle zur computergestützten Werkzeugmodulidentifikation und mindestens eine Sensoreinheit.
  Dabei umfasst der Trägerrahmen mindestens eine Schnellkoppelschnittstelle für ein Werkzeugmodul. Das Werkzeugmodul wiederum weist mindestens ein Gerät, bevorzugt für den Außeneinsatz auf, umfasst mindestens eine zur Schnellkoppelstelle am Trägerrahmen kompatible Aufhängung, mindestens ein computerlesbares Speichermedium für computerlesbare Daten und mindestens eine Schnittstelle zur Datenübertragung computerlesbarer Daten.
• Unter einem Werkzeugmanagement oder Werkzeugmanagementsystem werden computergestützte Maßnahmen zur Verwaltung und/oder Steuerung der Werkzeugmodule verstanden. Dies wird beispielsweise, aber nicht ausschließlich, mittels einer Datenbank auf einer Datenverarbeitungsanlage umgesetzt. Dabei werden die einzelnen Werkzeuge jeweils eindeutig identifiziert und den Werkzeugen werden für den Benutzer relevante Kenngrößen zugeordnet.
• Als Werkzeugmodulidentifikation wird eine bevorzugt computerlesbare Information verstanden, die geeignet ist, verschiedenste Kenngrößen des Werkzeugmoduls oder gar der einzelnen Werkzeuge des Werkzeugmoduls zu speichern und wieder zu geben. Die computergestützte Werkzeugmodulidentifikation ist dabei bevorzugt, aber nicht ausschließlich, kontaktlos ausgebildet so dass die Informationen zur Werkzeugmodulidentifikation drahtlos übertragbar sind. Die Werkzeugmodulidentifikation wird auf dem computerlesbaren Speichermedium hinterlegt.
• Als computerlesbares Speichermedium werden lokale physische Speichermedien (bspw., aber nicht ausschließlich, Festplatten, RFID-Tags, USB-Flashspeicher oder QCR-Codes, Barcodes) und auch nicht-lokale Speicher (IT-Cloud-Lösungen) verstanden. Die das Werkzeugmodul betreffenden Kenngrößen können sich auf dem Speichermedium befinden.
• Als Kenngrößen des Werkzeugmoduls werden im Folgenden unter anderem Werkzeugmodul ID, Nutzungszeit, Arbeitszeit, Werkzeugabmessungen, Arbeitsnenngeschwindigkeit, Arbeitsnenntiefe, Arbeitsverhalten der Werkzeuge (aktiv/ passiv), besondere Einstellparameter (bspw. Drehzahl), Anzahl der Einzelwerkzeuge/ Arbeitsbereiche, Verschleiß Werkzeugmodul, Einzelwerkzeug (EW) ID, EW: IST-Verschleiß, Verschleißgrenzwert, Verschiebung, Verformung, Verlust, Position verstanden. Diese Kenngrößen des Werkzeugmoduls sind zur Hinterlegung auf dem computerlesbaren Speichermedium vorgesehen. Dabei ist denkbar auch nur eine Auswahl der genannten Kenngrößen zu hinterlegen. Bei Konzepten mit nicht-lokalen Speichermedien (bspw. IT-Cloud-Lösung) muss mindestens die Werkzeug ID gespeichert werden.
• Zu den Kenngrößen der Werkzeugregelung gehören beispielsweise: Positionierung des Werkzeugmoduls im Raum, Drehzahl/Vorschub/Schlupf aktiver (sich bewegender) Werkzeuge, Regelung der Ausbringmengen. Auf Grundlage der Kenngrößen der Werkzeugregelung werden bspw. Anpassungen bei Verschleiß oder Nachführungen bei Kurvenfahrten und/oder Änderungen in der werkzeugnahen Bodenbeschaffenheit vorgenommen.
• Im Folgenden wird unter einer Schnellkoppelschnittstelle eine mechanische Kopplung zwischen einem Werkzeugmodul und dem Trägerrahmen verstanden. Die mechanische Kopplung kann beispielsweise durch einen wesensverwandten Bajonettverschluss oder dergleichen ausgebildet sein, die Koppelung kann beispielsweise werkzeuglos erfolgen, die Kopplung kann beispielsweise automatisch erfolgen. Die Kopplung ist jedoch nicht auf die zuvor genannten Beispiele beschränkt.
• Des Weiteren ist mindestens eine Schnittstelle zur Datenübertragung und/oder mindestens eine Schnittstelle zur Energieübertragung (elektrisch, hydraulisch, pneumatisch) und/oder mindestens eine Schnittstelle zur Medienübertragung (Saatgut, Düngemittel usw.) an definierten Stellen relativ zur mechanischen Kopplung vorgesehen. Diese Relativpositionen sind bevorzugt spiegelsymmetrisch an Werkzeugmodul und Trägerrahmen ausgebildet.
• Zur Beförderung der Werkzeugmodule, mit und ohne Aufbewahrungsboxen, können Bau-, Land- und Kommunalmaschinen (bspw. Traktor mit Front-/ Heckdreipunkt oder Frontlader, Teleskop-, Rad und Hoflader), Flurfördergeräte (bspw. Gabelstapler, Hubwagen) oder sonstige mobile oder stationäre Hebezeuge (bspw. Hubwerke, Krane, Winden) benutzt werden.
• Die Position der Arbeitswerkzeuge ist abhängig vom jeweiligen Prozess und der Geometrie der verwendeten Werkzeuge. Die Position der Arbeitswerkzeuge bezieht sich jeweils auf die Kenngröße der Arbeitshöhe bei Werkzeuganwendungen über dem Boden (bspw. Mähwerk, Mulcher) oder auf die Kenngröße der Arbeitstiefe bei Werkzeuganwendungen im Boden (bspw. Grubber, Pflug, Scheibenegge). Eine aktive Positionsführung der Werkzeuge bewirkt die exakte Einhaltung der Kenngrößen (Arbeitshöhe/-tiefe) und gewährleistet ein gleichbleibend gutes Arbeitsergebnis.
• Je nach Arbeitsprozess und gewünschten Arbeitsergebnis kann Einsatz von Nachlaufwalzen/ Packern notwendig oder sinnvoll sein. Aus diesem Grund ist der Träger mit einer zusätzlichen Schnittstelle zur Aufnahme einer Nachlaufwalze/ eines Packers versehen.
• In Ausführungsformen der Erfindung ist der Trägerrahmen des Trägers verstell- und/oder steuerbar ausgebildet. Zur Steuerung sind Steuereinheiten vorgesehen. Diese Steuereinheiten werden bevorzugt, aber nicht ausschließlich durch eine Datenverarbeitungseinrichtung realisiert.
• In Ausführungsformen der Erfindung ist der Träger zur Aufnahme des Werkzeugmoduls mechanisch, elektromechanisch oder druckbetätigt verstellbar ausgebildet. Dabei umfassen die Verstelleinrichtungen auch Kombinationen der mechanischen, elektromechanischen oder druckbetätigten Ausführungen. So wird beispielsweise der Träger durch eine elektromotorisch oder verbrennungsmotorisch angetriebene Pumpe mit Hydrauliköl versorgt, wobei der Druck und Volumenstrom variabel oder konstant sein können. Im Bedarfsfall vollführt ein hydraulischer Aktor die Verstellung von Trägerrahmen und Werkzeugmodul. Im Anschluss daran kann durch einen weiteren Aktor ein Bolzen zur Sicherung beider Teile setzen. Dies ist vorteilhaft, da so robuste Verstellmechanismen realisiert werden können.
• In Ausführungsformen der Erfindung ist die Schnellkoppelschnittstelle dazu ausgebildet, das Werkzeugmodul bevorzugt entlang einer Achse, besonders bevorzugt entlang zweier Achsen und insbesondere bevorzugt in drei Achsen neigbar an das Bodenprofil anzupassen und zu betreiben. Des Weiteren ist das Werkzeugmodul bevorzugt entlang mindestens eines zusätzlichen Freieisgrades beweg- und justierbar. Das Werkzeugmodul ist insbesondere bevorzugt zur Bewegung in all seinen sechs Freiheitsgraden (drei Rotationsachsen sowie drei Translationsachsen) ausgebildet. Dabei erkennt das Zusammenspiel aus Sensorik und Datenverarbeitungseinheit das angekoppelte Werkzeug und steuert bzw. justiert automatisch mittels geeigneten Aktuatoren dessen Ausrichtung und/oder Neigung gegenüber dem umgebenden Gelände, insbesondere bei Kurvenfahrten und/oder bei Bodenwellen.
• Dazu wird mittels Sensoreinheiten der Abstand zur Bodenoberfläche ermittelt und mittels einer Kinematik so eingestellt sowie ggf. geregelt, dass die gewünschte Arbeitstiefe erreicht wird. Da spezielle Geräte, wie beispielsweise Mulcher oder Mähwerke, direkt auf der Bodenoberfläche gefahren werden, ist so vorteilhaft die Verwendung verschiedenster Werkzeugmodule mit dem erfindungsgemäßen Trägerrahmen ermöglicht. Dies wiederum mündet in einem wirtschaftlichen und logistischen Vorteil, da nur die Werkzeugmodule mit nur mindestens einem Trägerrahmen beschafft werden müssen.
• In Ausführungsformen der Erfindung weist die Schnellkoppelschnittstelle zwischen Träger und Werkzeugmodul mindestens eine Kinematik und/oder mindestens einen Aktuator auf. Dies ist vorteilhaft, da auf diesem Wege eine variable Tiefenführung ermöglicht wird. So wird die Tiefenführung der bspw. Bodenbearbeitungswerkzeuge über die Kinematik des Werkzeugmoduls geregelt. Dazu wird einerseits der Abstand zwischen Boden und einen Referenzpunkt, bspw. am Trägerrahmen, über ein entsprechendes Sensorsystem ermittelt. Dieses Sensorsystem kann dabei kontaktlos oder Kontakt behaftet arbeiten. Andererseits wird die aktuelle Position der Verstellmechanismen bzw. der zugehörigen Aktuatoren ermittelt. Durch die Position der Aktuatoren der Kinematik, die geometrischen Beziehungen von Sensorik, Werkzeug und Trägerrahmen sowie dem aktuellen Abstand zwischen Boden und dem einen Referenzpunkt, kann die Soll-Arbeitstiefe eingestellt werden. Auf diese Weise kann auf Bodenunebenheiten reagiert werden und ermöglicht vorteilhaft eine aktive Höhenänderung während des Betriebes.
  Die ist vorteilhaft, da durch zugkraftabhängige Arbeitstiefenänderungen, welche durch Rückfederung der Werkzeuge (bspw. Zinken/Steinsicherung) entstehen, kompensiert werden und einen verminderten Verschleiß der Werkzeuge zu Folge hat.
• In Ausführungsformen der Erfindung ist die Sensoreinheit ausgewählt aus induktiven Sensoren, kapazitiven Sensoren, Beschleunigungssensoren oder optischen Sensoren. Dies umfasst auch Sensoreinheiten aus Kombinationen induktiven, kapazitiven und/oder optischen Sensoren, ohne darauf beschränkt zu sein.
• In Ausführungsformen der Erfindung ist der Träger zur Montage auf Fahr- oder Schreitwerk ausgebildet ist. Das Fahr- oder Schreitwerk ist dabei zu einem Zugfahrzeug zugehörig und/oder weist mindestens eine Kupplungsmöglichkeit für ein Zugfahrzeug auf. Das Fahrwerk, Schreitwerk oder Fahrzeug ist dabei zur mechanischen, elektromechanischen oder druckbedingten Anpassung der Arbeitshöhe des Werkzeugmoduls ausgebildet.
  Als Fahrwerk bzw. Teile von Fahrwerken sind dabei auch Nachlauforgane wie beispielsweise aber nicht ausschließlich Nachlaufwalzen oder Packer umfasst.
• In Ausführungsformen der Erfindung ist ein zusätzlicher Träger bzw. Werkzeugträger als Lagervorrichtung ausgebildet. Diese Lagervorrichtung ist bevorzugt stapelbar ausgebildet.
  Diese gut transportierbaren Werkzeuge erleichtern auf vorteilhafte Weise die Wartung der Werkzeugkomponenten.
• Dies ist vorteilhaft, da so für den Transport und Wartung eine je nach Bedarfsfall stationäre oder mobile Lagerung ermöglicht ist. Insbesondere für einen autonomen Anwendungsfall, bei welchem das Fahr- oder Schreitwerk zur autonomen Bewegung ausgebildet ist, können verschiedenste Werkzeuge für die autonomen Einheiten in unmittelbarer Nähe ihres Einsatzgebietes bereitgehalten werden.
• Im Zusammenspiel mit den verschiedenartigen Verstellmechanismen kann durch geeignetes kippen bzw. neigen der Werkzeugmodule der jeweilige zu wartende Bereich vorteilhaft auf komfortable Arbeitshöhe verfahren werden.
• In Ausführungsformen der Erfindung ist ein zusätzlicher Träger als Lagervorrichtung ausgebildet. Die Lagervorrichtung ist dabei zur bevorzugten Beförderung durch Hebezeuge, Flurförderzeuge oder landwirtschaftliche Maschinen ausgebildet ist. Dazu weist die Lagervorrichtung standardisierte Verbindungspunkte (bspw. Traktordreipunkt oder Euroaufnahme Traktorfrontlader) und/oder Transport-/Hebe-/Staplerlaschen auf. Dies ist vorteilhaft, da somit auch die Auswahl eines geeigneten Transportsystems höchst modular gestaltet ist.
• In Ausführungsformen der Erfindung weist das Werkzeugmodul mindestens eine Schnittstelle zur Leistungsübertragung und/oder eine autarke Energieversorgung auf. Dies ist vorteilhaft da dies die Modularisierung beweglicher und/oder aktiver Werkzeuge mit einer von Null verschiedenen Leistungsaufnahme ermöglicht. Des Weiteren ist im Wartungsbetrieb eine vereinfachte Funktionsprüfung ermöglicht.
  Des Weiteren können diese aktiven Werkzeuge zur zusätzlichen Triebkraft bzw. für zusätzlichen Vorschub genutzt werden.
• Das Verfahren des computergestützten Werkzeugmanagements weist die folgenden Schritte auf:
1. a) Erfassen eines Soll-Zustandes mindestens eines Werkzeugs,
2. b) Hinterlegen der Information des Soll-Zustandes des betreffenden Werkzeugs in computerlesbarer Form,
3. c) Erfassung des Ist-Zustandes mindestens eines Werkzeuges,
4. d) Hinterlegen der Information des Ist-Zustandes des betreffenden Werkzeugs in computerlesbarer Form,
5. e) Identifikation korrelierter Soll- und Ist-Zustände,
6. f) Vergleich korrelierter Soll- und Ist-Zustände,
7. g) Ausgabe einer Prognose den zukünftigen Ist-Zustand des jeweiligen Werkzeugs betreffend und
8. h) Ableitung sowie Ausgabe einer Handlungsempfehlung bezüglich des jeweiligen Werkzeugs,
wobei die computergestützte Werkzeugverwaltung mindestens zwischen den folgenden Handlungsempfehlungen unterscheidet:
• - Kein Handlungsbedarf,
• - Handlungsbedarf wegen Zerstörung/Verlust,
• - Handlungsbedarf wegen Verschmutzung,
• - Handlungsbedarf wegen Verschleiß und
• - Handlungsbedarf wegen unzureichender Datenlage.
• Die Erfassung des Sollzustandes erfolgt dabei wie folgt:
• • Anhand von vorab bekannten geometrischen Daten über den Messbereich, bspw. durch CAD-Daten, Fertigungsdaten, vom Bediener eingegebene Werkzeugpositionen, und/oder
• • durch eine Messfahrt mit einem Ist-Zustand wird ein neuer Soll-Zustand definiert.
• In Ausführungsformen der Erfindung wird die computerlesbare Information des Soll- und/oder Ist-Zustandes ausgewählt aus der Liste: Art mindestens eines Werkzeugs, Einsatzgebiet des Werkzeugs, bisherige Betriebsdauer des Werkzeugs, geometrische Anordnung mindestens einer Werkzeugkomponente, Identifikationsmerkmal der Werkzeugkomponente und/oder Verschleiß der Werkzeugkomponente.
• In Ausführungsformen der Erfindung findet der Vergleich der SOLL-IST Informationen findet der Zustandserkennung statt. Diese sendet die Informationen (Korrektur WZ-Position, Einzelwerkzeug verformt/ fehlt ...) an das Werkzeugmanagement. In Folge dessen reagiert das Werkzeugmanagement durch Anpassen der Werkzeugposition und/oder Meldung an den Bediener und/oder Meldung an übergeordnete Systeme.
• In Ausführungsformen der Erfindung werden auf einem Speichermedium die Kenngrößen des Werkzeugmoduls gespeichert. Nach Einbau des Werkzeugmoduls in den Trägerrahmen werden die Informationen vom Werkzeugmodul auf die Datenverarbeitungseinheit des Werkzeugmaiagements übertragen. Das Werkzeugmanagement erkennt anhand der Kenngrößen: Art des Werkzeuges, bisherige Betriebsdauer, aktuelles Maß des Verschleißes, welche Parameter für den anschließenden Betrieb von der Trägerplattform einzunehmen sind. Dies ist beispielsweise die Arbeitstiefe und/oder die Betriebsgeschwindigkeit. Während des Betriebes überwacht das angebrachte Sensorsystem die im Prozess befindlichen Werkzeuge. Dabei kann die Überwachung ständig oder sporadisch erfolgen. Eine sporadische Überwachung wird beispielswese dadurch realisiert, dass erst bei ausgehobenen Werkzeugmodul alle Parameter der Werkzeuge beurteilt werden.
• Werden vom System Änderungen detektiert, so kommt es je nach Schwere der Änderungen zur einer Handlungsempfehlung. Die schwere der Änderung wertet dabei das Werkzeugmanagementsystem selbstständig aus, indem es beispielsweise (aber nicht ausschließlich) einen Datenvergleich mit der Historie der auf dem Speichermedium hinterlegten Daten durchführt. So kann durch einen Langzeittrend der Verschleiß detektiert werden. Auch können auf diese Weise kurzzeitige Änderungen wie Verschmutzung oder Zerstörung des Werkzeuges registriert und detektiert werden. Je nach Schwere der detektierten Änderung wird dem Benutzer eine direkte Rückmeldung gegeben oder diese Änderung als neue Kennzahl in Werkzeugmanagementsystem überführt. In jedem Fall werden die Änderungen auf dem Speichermedium des Werkzeugmoduls hinterlegt. Dies birgt den Vorteil, dass so eine Manipulation von Werkzeugen erschwert wird.
• In Ausführungsformen der Erfindung werden die Informationen auf einem RFID-Tag hinterlegt. Mögliche Informationen sind die eineindeutige Werkzeugmodul-ID, Parameter über Geometrie, Verschleißzustände, Betriebspunkte etc.
• In Ausführungsformen der Erfindung werden auf dem Speichermedium Daten bezüglich der geometrischen Beschaffenheit des Werkzeugs hinterlegt. Diese können Messdaten des neuwertigen Werkzeuges, digitalisierte Konstruktionsdaten oder Bilddaten sein. Dadurch ist vorteilhaft eine stabile Vergleichsgrundlage gegenüber Änderungen gegeben. Diese wird vorteilhaft zur Selbstreferenz genutzt.
• Zur Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche zu kombinieren.
• Nachfolgend wird die Erfindung in Figuren als Ausführungsbeispiele beschrieben.
• 1: In 1 ist schematisch ein exemplarischer Aufbau des Maschinensystems in einer selbstfahrenden Ausführung dargestellt. In die Gesamtübersicht sind unterschiedliche Bauräume eingezeichnet, welche durch ((8), ((9), ((10) und ((11) gekennzeichnet sind. In die Bauräume können beispielsweise, aber nicht ausschließlich, weitere Trägerrahmen für Werkzeugmodule, Lagermöglichkeiten für Betriebsmittel bzw. Betriebsstoffe und/oder Nachlauf- bzw. Stützorgane eines Fahrwerks verbracht werden. Das Maschinensystem verfügt über einen Träger-/ Hauptrahmen ((1) an dem alle wesentliche Komponenten befestigt sind. Das System stützt sich auf vordere Antriebsräder und auf nicht angetriebene hintere Räder des Fahrwerks. In diesem Beispiel sind schematisch abrollende und/oder verdichtende Arbeitsgeräte vorgesehen, welche höhenverstellbar sind. Diese werden über die Schnittstelle mit dem Träger-/ Hauptrahmen ((1) verbunden und sind somit austauschbar und auswechselbar. Der Hauptarbeitsvorgang findet vorzugsweise in Bauraum 1 ((8) statt und wird von einem Werkzeug oder einer Werkzeuggruppe in Modulbauweise ((4) ausgeführt. In die weiteren Bauräume 2 bis 4 - symbolisiert durch ((9), ((10) und ((11) - können ebenfalls zur Erfüllung der Arbeitsaufgabe oder anderer Arbeitsaufgaben genutzt werden. Die jeweiligen montierenbaren Vorrichtungen werden über eine erfindungsgemäße Schnellkoppelstelle mit dem Träger-/ Hauptrahmen ((1) verbunden. Die selbstfahrende Ausführung verfügt über ein eigenständiges Modul zur Energieversorgung ((7) zur Bereitstellung notwendiger Energie. Die verschiedenen Module zur Energieversorgung ((7) sind beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Verbrennungsmotoren, batterieelektrische Speicher mit Elektromotor und/oder eine Brennstoffzelle mit gekoppeltem Elektromotor. Die Steuerung, Regelung, Überwachung des Fahr- und Arbeitsprozesses wird über ein Steuergerät und/oder einen Bordcomputer ((5) einer sogenannten ECU ausgeführt. Dieses System kann übererfindungsgemäße Schnittstelle zur Datenübertragung computerlesbarer Daten ((12) mit einem erfindungsgemäßen computerlesbaren Speichermedium für computerlesbare Daten ((6) kommunizieren. Das System bewegt sich während des Arbeitsprozesses vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit fort. Im Falle, dass der Arbeitsprozess die Bodenbearbeitung beinhaltet, wird die durch das Werkzeug ((4) und den zu bearbeitenden Boden bedingte Arbeitstiefe eingestellt. Die zur Höheneinstellung nötigen Informationen werden vom Steuergerät und/oder Bordcomputer ((5) bereitgestellt.
• 2 zeigt schematisch den exemplarischen Aufbau des Maschinensystems in selbstfahrender Ausführung analog zu 1, wobei auch hier das Werkzeugmodul ((4) abgesenkt dargestellt ist. Die Höhenverstellung des Werkzeugs oder der Werkzeuggruppe in Modulbauweise ((4) erfolgt im Bauraum 1 ((8) über ein Koppelgetriebe ((17). Dabei wird ein Koppelrahmen ((16), an dem über eine Schnittstelle mit Schnellkuppler ((19) das Werkzeug oder der Werkzeuggruppe in Modulbauweise ((4) befestigt ist, vertikal verfahren. Das Werkzeug oder die Werkzeuggruppe in Modulbauweise ((4) verfügt über ein modulseitiges Speichermedium für computerlesbare Daten ((22) welcher über eine Datenschnittstelle ((21) von Maschinensystem ausgelesen und beschrieben werden kann. Die ausgelesenen Informationen werden vom Steuergerät und/oder Bordcomputer ((5) verarbeitet und zur Regelung des Arbeitsprozesses verwendet.
• Schematisch ist in 3 sind nebeneinander und beispielhaft, ohne zu beschränken, verschiedene Werkzeuge oder Werkzeuggruppen in Modulbauweise dargestellt. Dabei handelt es sich in der Benennung von links nach rechts um ein Zinkenwerkzeug, ein aktiv angetriebenes Werkzeug sowie ein Scheibenwerkzeug. Über die Schnittstelle ((19) sind die verschiedenartigen Werkzeuge oder Werkzeuggruppen in Modulbauweise an den erfindungsgemäßen Träger-/ Hauptrahmen ((1) koppelbar. Das Weiteren ist ein Informationsspeicher ((22) symbolisiert, der eine automatisierte Erkennung über eine werkzeugträgerseitige Datenschnittstelle ((21) und das Steuergerät bzw. den Bordcomputer ECU ((5) ermöglicht. Über die Datenschnittstelle ((21) und das ((22) modulseitiges Speichermedium für computerlesbare Daten kann die eindeutige Identifikation der Werkzeuge / Werkzeug-/ Prozessmodule erfolgen. Zudem können Werkzeugzustände, Betriebs/ Geräteparameter oder sonstige Prozess-/ Maschineninformationen hinterlegt sein, die zur Prozess-/ Maschinensteuerung durch das Steuergerät bzw. den Bordcomputer ((5) genutzt werden können. Alternativ können diese Daten auch in Form einer IT-Cloudlösung allgemeiner von einem computerlesbaren Speichermedium ((6) nicht-lokal über die erfindungsgemäße Schnittstelle zur Datenübertragung computerlesbarer Daten ((12) bezogen werden.
• 4 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Lagerung ((26) mindestens eines Werkzeugs oder einer Werkzeuggruppe in Modulbauweise ((4), wenn diese nicht im erfindungsgemäßen Maschinensystem eingebaut sind. Die dargestellte Vorrichtung zur Lagerung dient dabei neben der Lagerung auch zur Aufbewahrung, zum Transport sowie zur Wartung/ Reparatur/ Instandsetzung. Durch eine Stapelbarkeit ist eine platzsparende Lagerhaltung und Logistik vorteilhaft ermöglicht. Das Bewegen der einzelnen oder gestapelten Boxen kann durch entsprechende stationäre oder mobile Maschinen und Geräte vorgenommen werden. Dabei ist linksseitig eine Vorrichtung zur Lagerung dargestellt, welche keine Werkzeuge oder Werkzeuggruppen in Modulbauweise ((4) beherbergt. Auf der rechten Seite sind drei Lagervorrichtungen gestapelt und jeweils mit einem Werkzeug oder einer Werkzeuggruppe in Modulbauweise ((4) beladen.
• Die 5 stellt schematisch die exemplarischen Handlungsempfehlungen ((31) dar, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Steuereinheit dem Bordcomputer ((5) und / oder dem Bediener/ Techniker/ Administrator auf dem lokalen ((22) oder nicht lokalen Speicher ((6) hinterlegt wurden. Sollte ein Bedarfsfall ((30) eintreten, so werden die entsprechenden Handlungsanweisungen ((31) für den konkreten Fall ausgelesen. Das Auslesen dieser Informationen erfolgt dabei manuell oder automatisiert durch ein entsprechendes Lesegerät mit Kommunikationsschnittstelle ((29). Darüber hinaus können diese Informationen auch über eine erfindungsgemäße Datenübertragung computerlesbarer Daten ((12) in einem erfindungsgemäßen Speichermedium für computerlesbare Informationen ((6), bspw. auch nicht-lokal in einer IT-Cloud, hinterlegt und zur Organisation und Durchführung der von Arbeiten genutzt werden. Sind die entsprechenden Arbeiten erfolgt, wird der IST-Zustand der Werkzeuge auf dem modulseitiges Speichermedium für computerlesbare Daten ((22) hinterlegt.
• Das Maschinensystem kann nach 6 auch von einer Zugmaschine, in diesem Beispiel ausgeführt als Standardtraktor ((36), betrieben werden. Dabei ändert sich Aufbau, Funktionalität und Modularität zur selbstfahrenden Variante nur nicht zwingend. Es besteht die Möglichkeit, die bordeigene Energieversorgung ((7) und das vordere Fahrwerk an einer mechanischen Schnittstelle für den Betrieb mit einer Zugmaschine ((35) vom Träger-/ Hauptrahmen ((1) getrennt aufzuhängen bzw. abzufangen. Die Kopplung mit dem Standardtraktor ((36) erfolgt dabei beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, über eine Deichsel im Traktorunterlenker, eine Schwenkdeichsel in der Anhängerkupplung oder ((42). Die Zugmaschine ((36) erzeugt die erforderliche Zugkraft und versorgt das Maschinensystem über eine Versorgungsleitung ((37) u.a. mit Energie. Des Weiteren wird die Versorgungsleitung ((37) zur Kommunikation bzw. als Datenverbindung zwischen dem Steuergerät bzw. dem Bordcomputer ECU ((5) und dem Standardtraktor ((36) genutzt. Es besteht dabei stets die Möglichkeit, dass der Standardtraktor ((36) über eine Schnittstelle zur Datenübertragung computerlesbarer Daten ((12) mit einem computerlesbaren Speichermedium für computerlesbare Daten ((6), beispielsweise und ohne Beschränkung in nicht-lokaler Ausführung einer IT-Cloud, kommuniziert und Steuerungs- und Prozessinformationen erhält. Diese Informationen werden dem Bordcomputer ECU ((5) durch die Versorgungsleitung ((37) bereitstellt. Umgekehrt kann die ECU ((5), je nach Ausführung des Standardtraktors ((36), diesen über die Versorgungsleitung ((37) Steuerungsbefehle und/oder aktuelle Prozessdaten wie bspw. Geschwindigkeit, Fahrweg, aktuelle Position, Bereitstellung von Energie/ Daten übermitteln. Bei Fahrten, die nicht im Arbeitsprozess stattfinden kann über einen Aktuator der vordere Bereich des Maschinensystems ausgehoben werden.
• In einem Ausführungsbeispiel wird eine gezogene Variante nach 6 detailliert beschrieben. Als Zugmaschine dient dabei eine in Deutschland zulässige Ausführung eines Standardtraktors.
• Das modulare Maschinensystem ist durch eine Standardschnellkoppel-Schnittstelle an die Zugmaschine (36) gekoppelt. Die Zugmaschine (36) versorgt das Maschinensystem mit Energie (bspw. elektrisch, hydraulisch, mechanisch) (37), verfügt über eine Schnittstelle (37) zur Kommunikation und Datenübertragung mit dem modularen Träger und bringt die erforderliche Zugkraft zur Bewältigung der Arbeitsaufgabe auf. Darüber hinaus können aktiv angetriebene Werkzeuge (4), Fahrwerke oder Nachlauforganen (2) ebenfalls zur Erzeugung von Vertrieb dienen und somit die erforderliche Zugkraft des Traktors (36) reduzieren.
• Das austauschbare Werkzeugmodul ist über eine erfindungsgemäße Schnellkoppel-Schnittstelle (19) mit dem modularen Träger verbunden. Nach dem Koppeln des Werkzeugmoduls wird das Speichermedium (22) wird über eine Datenschnittstelle (21) des Maschinensystems ausgelesen und die Informationen werden an die ECU (5) übertragen und ausgewertet. Diese Informationen werden beispielsweise zur Identifikation des Werkzeugmodules (4) und Einstellung verschiedener Prozessparameter (u.a. Arbeitstiefe, Arbeitsgeschwindigkeit) verwendet. Zudem können Informationen zum Werkzeugmodul (2) und Arbeitsprozess auch auf einem nicht lokalen Speicher (6) hinterlegt sein. In diesem Fall werden die Daten über eine entsprechende Schnittstelle (12) bezogen.
• Ein Koppelgetriebe (17) und ggf. ein höhenverstellbares Fahrwerk und/oder höhenverstellbare Traktorstandardschnittstelle (z.B. Traktordreipunkt) verstellt und reguliert das Werkzeugmodul (4) und ggf. das gesamte Maschinensystem in vertikaler Richtung. Bei Transport wird das Werkzeugmodul (4) so verfahren, dass sich eine definierte Bodenfreiheit zwischen den Werkzeugen und dem Untergrund einstellt. In Arbeitsposition befindet sich das Werkzeugmodul (4) einer definieren Lage zum Boden. Für das Beispiel der Bodenbearbeitung wird Werkzeugmodul (4) durch das Koppelgetriebe (17) auf einer definierten Arbeitstiefe geführt. Die Arbeitstiefe kann für den gesamten Arbeitsprozess konstant sein oder standortspezifisch variabel angepasst werden. Dabei stützt sich das Maschinensystem vorn auf die Zugmaschine (36) und hinten auf dem Fahrwerk bzw. der Nachlauforgane (2) ab.
• Bei einem Werkzeugwechsel oder-ausbau wird das Werkzeugmodul (4) an der erfindungsgemäßen Schnellkuppel-Schnittstelle (19) vom modularen Maschinensystem getrennt. In diesem Fall können Maschinendaten und/oder Zustandsinformationen des Werkzeugmodules (4) oder der Einzelwerkzeuge auf das Speichermedium (22) bzw. dem externen Speicher (6) hinterlegt und zur weiteren Nutzung, zum Transport und zur Lagerung sowie zur Wartung und Instandhaltung verwendet werden.
• Die Aufbewahrung der Werkzeugmodule (4) kann in erfindungsgemäßen Vorrichtungen (26) erfolgen. Diese ermöglichen einfachen Transport und durch die Stapelbarkeit eine platzsparende Lagerung. Zudem können diese Vorrichtungen zur Wartung und Instandhaltung der Werkzeugmodule (4) verwendet werden. Die auf dem Speichermodul (22) hinterlegten Informationen können automatisiert und manuell vom Bedien-, Wartungs- und Instandhaltungspersonal ausgelesen werden. Für das manuelle Auslesen kann bspw. ein (mobiles) Lesegerät (29) genutzt werden.
• Nach erfolgter Wartung und Instandhaltung können die aktuellen Werkzeugkennwerte auf dem Speichermedium (22) hinterlegt und somit nach dem Einbau in das modulare Maschinensystem ausgelesen und zur Parametereinstellung verwendet werden.
• Das Maschinensystem kann als selbstfahrende ggf. autonome Maschinen ausgeführt sein. In diesem Fall wird die Schnittstelle zum Standardtraktor (36) durch ein Modul zur Energieversorgung (7) und zum (Primär-)Antrieb (2) ersetzt. Die weiteren Funktionen bleiben davon unberührt.
• Bezugszeichenliste

1

Träger-/ Hauptrahmen

2

Fahrwerk

4

ein Werkzeug oder eine Werkzeuggruppe in Modulbauweise

5

Steuergerät und/oder Bordcomputer

6

computerlesbares Speichermedium für computerlesbare Daten

7

Modul zur Energieversorgung

8

Bauraum 1;

9

Bauraum 2;

10

Bauraum 3;

11

Bauraum 4;

12

Schnittstelle zur Datenübertragung computerlesbarer Daten

16

Koppelrahmen

17

Koppelgetriebe

19

Schnittstelle mit Schnellkuppler

21

Datenschnittstelle

22

modulseitiges Speichermedium für computerlesbare Daten

26

Vorrichtung zur Lagerung

29

Lesegerät mit Kommunikationsschnittstelle

30

Bedarfsfall

31

Handlungsanweisung zur Instandsetzung, Reparatur, Wartung

35

Schnittstelle für Betrieb mit einer Zugmaschine

36

Standardtraktor als Zugmaschine

37

Versorgungsleitung Energieversorgung, Kommunikation, Datenverbindung von Maschinensystem mit externer Zugmaschine

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 3971446 A [0003]
• DE 102017201425 A1 [0004]
• US 20130199807 A1 [0005]
• DE 102010005183 B4 [0006]

Claims (13)

1. Vorrichtung aufweisend zumindest ein Werkzeugmodul mit einer Schnellkoppelschnittstelle und mindestens einen zur Aufnahme des mindestens einen Werkzeugmoduls ausgebildeten Träger mit Schnellkoppelschnittstelle sowie mindestens eine Datenverarbeitungseinheit die zum computergestützten Werkzeugmanagement ausgebildet ist, wobei der Träger zur Aufnahme des Werkzeugmoduls - mindestens Trägerrahmen, - mindestens eine Schnittstelle zur computergestützten Werkzeugmodulidentifikation und - mindestens eine Sensoreinheit aufweist, wobei der Trägerrahmen mindestens eine Schnellkoppelschnittstelle für ein Werkzeugmodul aufweist, wobei das Werkzeugmodul - mindestens ein Gerät, bevorzugt für den Außeneinsatz umfasst, - mindestens eine zur Schnellkoppelstelle am Trägerrahmen kompatible Aufhängung aufweist, - mindestens ein computerlesbares Speichermedium für computerlesbare Daten aufweist und - mindestens eine Schnittstelle zur Datenübertragung computerlesbarer Daten aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen des Trägers verstell- und/oder steuerbar ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Träger zur Aufnahme des Werkzeugmoduls mechanisch, elektromechanisch oder druckbetätigt verstellbar ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellkoppelschnittstelle zwischen Träger und Werkzeugmodul mindestens eine Kinematik und/oder mindestens einen Aktuator aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit ausgewählt ist aus induktiven Sensoren, kapazitiven Sensoren, Beschleunigungssensoren oder optischen Sensoren.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Sensoreinheit eine Kombination der induktiven Sensoren, der kapazitiven Sensoren und/oder der optischen Sensoren umfasst
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger zur Montage auf Fahr- oder Schreitwerk ausgebildet ist, wobei das Fahr- oder Schreitwerk zu einem Zugfahrzeug zugehörig ist und/oder mindestens eine Kupplungsmöglichkeit für ein Zugfahrzeug aufweist und wobei das Fahrwerk, Schreitwerk oder Fahrzeug zur mechanischen, elektromechanischen oder druckbedingten Anpassung der Arbeitshöhe des Werkzeugmoduls ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Träger als Lagervorrichtung ausgebildet ist, wobei die Lagervorrichtung stapelbar ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Träger als Lagervorrichtung ausgebildet ist, wobei die Lagervorrichtung zur bevorzugten Beförderung durch Hebezeuge, Flurförderzeuge oder landwirtschaftliche Maschinen ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugmodul mindestens eine Schnittstelle zur Leistungsübertragung und/oder eine autarke Energieversorgung aufweist
11. Verfahren des computergestützten Werkzeugmanagements einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend die folgenden Schritte: - Erfassen eines Soll-Zustandes mindestens eines Werkzeugs, - Hinterlegen der Information des Soll-Zustandes des betreffenden Werkzeugs in computerlesbarer Form, - Erfassung des Ist-Zustandes mindestens eines Werkzeuges, - Hinterlegen der Information des Ist-Zustandes des betreffenden Werkzeugs in computerlesbarer Form, - Identifikation korrelierter Soll- und Ist-Zustände, - Vergleich korrelierter Soll- und Ist-Zustände, - Ausgabe einer Prognose den zukünftigen Ist-Zustand des jeweiligen Werkzeugs betreffend und - Ableitung sowie Ausgabe einer Handlungsempfehlung bezüglich des jeweiligen Werkzeugs, wobei die computergestützte Werkzeugverwaltung mindestens zwischen den folgenden Handlungsempfehlungen unterscheidet: a) Kein Handlungsbedarf, b) Handlungsbedarf wegen Zerstörung/Verlust, c) Handlungsbedarf wegen Verschmutzung, d) Handlungsbedarf wegen Verschleiß und e) Handlungsbedarf wegen unzureichender Datenlage.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die computerlesbare Information des Soll- und/oder Ist-Zustandes ausgewählt ist aus der Liste: Art mindestens eines Werkzeugs, Einsatzgebiet des Werkzeugs, bisherige Betriebsdauer des Werkzeugs, geometrische Anordnung mindestens einer Werkzeugkomponente, Identifikationsmerkmal der Werkzeugkomponente und/oder Verschleiß der Werkzeugkomponente.
13. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 oder 12 mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

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