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Die Erfindung betrifft ein kabelgebundenes Fahrzeug, ein Kabelfahrzeugsystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kabelfahrzeugsystems.
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Kabelgebundene Fahrzeuge und entsprechende Systeme mit einem solchen kabelgebundenen Fahrzeug, einem Kabel und einer Stromquelle zur Versorgung des kabelgebundenen Fahrzeugs sowie Verfahren zum Betrieb derartiger Systeme sind bekannt. Dabei ist das kabelgebundene Fahrzeug über ein Kabel, welches an einen Anschlussbereich des Fahrzeugs angeschlossen ist, mit einem weiteren Anschlussbereich der Stromquelle verbindbar und zumindest im Betrieb verbunden. Darüber wird das kabelgebundene Fahrzeug von der Stromquelle mit elektrischer Energie versorgt. Insbesondere sind als Bagger oder als landwirtschaftliche Fahrzeuge ausgebildete kabelgebundene Fahrzeuge bekannt. Diese arbeiten üblicherweise im Wesentlichen stationär oder entlang im Wesentlichen linearer Fahrwege. Dabei wird das Kabel in Fahrtrichtung hinter dem Fahrzeug gehalten und mittels einer Kabeltrommel eine geeignete Länge des abgerollten Kabels eingestellt. Wird also eine größere Reichweite im Betrieb des kabelgebundenen Fahrzeugs erforderlich, wird ein Teil des auf der Kabeltrommel aufgerollten Kabels abgerollt. Entsprechend wird ein Teil des abgerollten Kabels wieder aufgerollt, wenn sich der Abstand zwischen Fahrzeug und Stromquelle verringert. Hierdurch wird vermieden, dass das abgerollte Kabel länger ist als benötigt, wodurch die Gefahr verringert wird, dass das abgerollte Kabel insbesondere von dem kabelgebundenen Fahrzeug selbst oder weiteren im Umfeld des kabelgebundenen Fahrzeugs betriebenen Geräten und oder Fahrzeugen beschädigt wird. Ganz besonders wird vermieden, dass das kabelgebundene Fahrzeug über abgerollte Kabelabschnitte fährt und dadurch das Kabel beschädigt.
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Ferner ist bekannt, dass die Kabeltrommel mit dem Fahrzeug mitgeführt wird, wobei die Kabeltrommel üblicherweise in einem Heckbereich des Fahrzeugs angeordnet ist. Alternativ ist die Kabeltrommel im Bereich der Stromquelle stationär angeordnet. Zudem ist es bekannt, das Kabel über mobile Zwischenstationen zu führen, wobei die Zwischenstationen im Wesentlichen senkrecht zur Fahrrichtung des Fahrzeugs insbesondere an einem Rand des Arbeitsbereichs des Fahrzeugs bewegbar sind. Dadurch wird auch beim Befahren und/oder arbeitstechnischen Bearbeitung einer Fläche ermöglicht, dass das Fahrzeug stets die im Wesentlichen linearen Fahrwege beibehalten kann, wobei das Kabel hinter dem Fahrzeug bis zur Zwischenstation geführt wird. Die Zwischenstation ist dabei über dasselbe Kabel, vorzugsweise aber ein weiteres Kabel, in einem insbesondere rechten Winkel mit der Stromquelle verbunden.
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Außerdem ist bekannt, dass das zum Betrieb des kabelgebundenen Fahrzeugs notwendige Kabel seitlich neben dem Fahrzeug mittels einer Kabelführungsvorrichtung gehalten und dadurch mit einem seitlichen Abstand zu dem Fahrzeug geführt wird. Hierdurch ist ebenfalls vermieden, dass das kabelgebundene Fahrzeug das abgerollte Kabel insbesondere hinter dem kabelgebundenen Fahrzeug beschädigen kann. Das kabelgebundene Fahrzeug kann also bei der seitlichen Kabelführung ungehindert vorwärts und rückwärts fahren, ohne dabei das Kabel zu beschädigen.
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Dabei ist die Bewegungsfreiheit der bekannten Kabelfahrzeugsystemen insbesondere aufgrund der bekannten Kabelführungen eingeschränkt. Das Führen des Kabels hinter dem Fahrzeug macht es zudem erforderlich, das Kabel auf einer geeigneten Länge zu halten. Dabei sind - bei Anordnung der Kabeltrommel im Bereich der Stromquelle oder der Zwischenstation - große Zugkräfte aufzubringen. Alternativ muss die Kabeltrommel mit dem Fahrzeug mitgeführt werden, wodurch das Fahrzeug insgesamt größer wird und mehr Gewicht mitzuführen hat. Dadurch ist auch der Energieverbrauch des Fahrzeugs und/oder des Systems erhöht.
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Insbesondere bei seitlichen Bewegungen des Fahrzeugs, ganz besonders bei Wendemanövern ist bei den bekannten kabelgebundenen Fahrzeugen, Kabelfahrzeugsystemen und Verfahren die Gefahr einer Beschädigung des Kabels nicht ausgeschlossen und ein Fahrzeugführer des Fahrzeugs muss stets höchstaufmerksam sein, um derartige Beschädigungen zu vermeiden und bei Gefahr einer solchen Beschädigung zusätzliche, teils zeitintensive Rangiermanöver ausführen. Somit ist der Aktionsbereich, in welchem das kabelgebundene Fahrzeug ohne Gefahr einer Beschädigung des Kabels agieren kann stark eingeschränkt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein kabelgebundenes Fahrzeug, ein Kabelfahrzeugsystem sowie ein Verfahren zum Betreiben des Kabelfahrzeugsystems zu schaffen, wobei die genannten Nachteile vermieden sind. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung den Aktionsbereich des kabelgebundenen Fahrzeugs zu vergrößern und eine insbesondere gleichzeitige Gefahr einer Beschädigung des Kabels zu verringern.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem nachfolgende technische Lehre und die Gegenstände der nachfolgenden Ausführungsbeispiele bereitgestellt werden. Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein kabelgebundenes Fahrzeug mit einem als Fahrgestell ausgebildeten Unterbau und einem auf den Unterbau montierten Funktionsaufbau geschaffen wird, wobei das Fahrzeug einen Anschlussbereich für ein Kabel zur Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie aufweist, wobei das Fahrzeug eine Kabelführungsvorrichtung aufweist, um einen Kabelabschnitt des Kabels zwischen dem Anschlussbereich und einer externen Stromquelle führend zu halten, wobei die Kabelführungsvorrichtung um mehr als 180° schwenkbar an dem Fahrzeug angeordnet ist. Hierdurch ist die Gefahr einer Beschädigung des Kabels beim Betrieb des kabelgebundenen Fahrzeugs verringert. Insbesondere wird sich ein an einer solchen Kabelführungsvorrichtung geführtes Kabel bei einer Bewegung des kabelgebundenen Fahrzeugs derart anordnen oder zumindest anordnen lassen, dass das Kabel nicht im Aktionsbereich des Fahrzeugs herumliegt.
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Unter einem Fahrzeug wird hier insbesondere ein Arbeitsfahrzeug und ganz besonders ein Bagger und/oder ein landwirtschaftliches Fahrzeug verstanden.
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Unter einem kabelgebundenen Fahrzeug wird hier insbesondere verstanden, dass das Fahrzeug ausgebildet und eingerichtet ist, um über das an dem Anschlussbereich angeschlossene Kabel mit elektrischer Energie versorgt zu werden. Hierdurch wird vorzugsweise ein Antriebsstrang des Fahrzeugs und/oder der Funktionsaufbau des Fahrzeugs mit Energie versorgt und somit angetrieben.
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Vorzugsweise ist die Kabelführungsvorrichtung um zumindest eine Schwenkachse derart schwenkbar ausgebildet, dass ein maximaler Schwenkwinkel größer als 180°, vorzugsweise größer als 270°, vorzugsweise zumindest 360°, vorzugsweise größer als 360° ist. Besonders bevorzugt ist die Kabelführungsvorrichtung mehrgliedrig aufgebaut, wobei ein erstes Schwenkglied der Kabelführungsvorrichtung um einen ersten Schwenkwinkel um eine erste Schwenkachse schwenkbar ist, und wobei ein zweites Schwenkglied der Kabelführungsvorrichtung um einen zweiten Schwenkwinkel um eine zweite Schwenkachse schwenkbar ist. Vorzugsweise ist - ausgehend von der ersten Schwenkachse - das erste Schwenkglied radial innen und somit näher an einem Fahrzeugmittelpunkt und das zweite Schwenkglied radial außen, insbesondere an einem der ersten Schwenkachse abgewandten Ende des ersten Schwenkglieds, schwenkbar angeordnet, wobei eine radiale Erstreckung des ersten Schwenkglieds vorzugsweise größer ist, als eine radiale Erstreckung des zweiten Schwenkglieds.
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Dabei ergibt sich der maximale Schwenkwinkel aus einem Gesamt-Schwenkwinkel, also einer Überlagerung des ersten und zweiten Schwenkwinkels. Insbesondere ergibt sich der Gesamt-Schwenkwinkel aus der Position eines distalen Endes des zweiten Schwenkglieds gegenüber der ersten Schwenkachse. Somit beeinflussen nicht nur der erste und zweite Schwenkwinkel den Gesamt-Schwenkwinkel, sondern auch die radiale Erstreckung des ersten Schwenkglieds, insbesondere der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Schwenkachse, und die radiale Erstreckung des zweiten Schwenkglieds den Gesamt-Schwenkwinkel. Dabei ist der Gesamt-Schwenkwinkel als maximaler Schwenkwinkel größer als 180°, vorzugsweise größer als 270°, vorzugsweise größer als 360°. Besonders bevorzugt ist jeder Schwenkwinkel, insbesondere der erste und zweite Schwenkwinkel, jeweils für sich genommen größer als 180°, vorzugsweise größer als 270°, vorzugsweise größer als 360°. Ganz besonders bevorzugt ist das erste Schwenkglied um zumindest 360°, insbesondere mehr als 360°, um die erste Schwenkachse schwenkbar und das zweite Schwenkglied um zumindest 45°, vorzugsweise zumindest 90°, vorzugsweise zumindest 180° um die zweite Schwenkachse schwenkbar. Somit kann der Gesamt-Schwenkwinkel genau eingestellt werden, Beschädigungen des Kabels sind vermieden und die Kabelführung ist ungestört von Rotationen des Unterbaus und/oder Funktionsaufbaus.
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Der Funktionsaufbau umfasst vorzugsweise ein Steuergerät, eine Arbeitsmaschine, ganz besonders einen Baggerarm, und/oder eine Personenkabine. Vorzugsweise ist der Funktionsaufbau um eine senkrechte Rotationsachse drehbar ausgebildet, wobei die senkrechte Rotationsachse besonders bevorzugt mit einer der zumindest einen Schwenkachse, insbesondere der ersten Schwenkachse, zusammenfällt, um welche die Kabelführungsvorrichtung schwenkbar ist. Dadurch ist der Funktionsaufbau flexibel einsetzbar und eine von dem Funktionsaufbau zu erfüllende Funktion, insbesondere ein Arbeitsschritt der Arbeitsmaschine, ist unabhängig von einer Rotationsstellung des Unterbaus ausführbar.
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Ferner bevorzugt ist das Fahrzeug insgesamt ausgebildet und eingerichtet, um eine oder mehrere Personen zu transportieren und/oder mittels der Arbeitsmaschine den Arbeitsschritt durchzuführen. Dabei ist es möglich, dass die Arbeitsmaschine als ankoppelbares Glied, insbesondere als Anhänger ausgebildet ist, wobei in diesem Fall unter dem Fahrzeug der gesamte, mehrgliedrige Fahrzeugzug zu verstehen ist.
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Das Fahrgestell ist vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, um Fortbewegungsmittel, insbesondere Räder und/oder Ketten, zu halten, wobei die Fortbewegungsmittel über den Antriebsstrang des Fahrzeugs mit Energie versorgt und somit in Bewegung versetzt werden können.
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Unter einem Anschlussbereich wird hier insbesondere eine Schnittstelle, insbesondere eine Steckverbindung und/oder Schleifringverbindung, zwischen dem Fahrzeug und dem Kabel verstanden.
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Dabei ist ein erstes Ende des Kabels vorzugsweise über die Steckverbindung mit dem Fahrzeug lösbar verbindbar. Dabei wird das Kabel bevorzugt von einer externen Kabelbereitstellungsvorrichtung, insbesondere der Stromquelle und/oder einer Zwischenstation bereitgestellt.
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Alternativ ist das erste Ende des Kabels fest mit dem Fahrzeug verbunden, wobei das Kabel insgesamt ein Teil des Fahrzeugs bildet und mit diesem mitgeführt wird. Dabei weist das Fahrzeug eine Kabeltrommel auf, auf welcher das Kabel in einem aufgerollten Zustand aufgerollt ist. Besonders bevorzugt ist die Kabeltrommel als Teil der Kabelführungsvorrichtung ausgebildet, sodass die Kabeltrommel zusammen mit der Kabelführungsvorrichtung schwenkbar ausgebildet ist. Ferner bevorzugt weist das erste Schwenkglied der Kabelführungsvorrichtung die Kabeltrommel auf, wobei das zweite Schwenkglied eine zusätzliche Führung bereitstellt, insbesondere um das Kabel beim Ab- und/oder Aufrollen zu führen. Hierdurch ist die Kabelführung und die Verschwenkung einfach durchführbar und Beschädigungen des Kabels sind vermieden.
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Ein zweites Ende des Kabels ist mit der externen Kabelbereitstellungsvorrichtung über eine weitere Steckverbindung verbindbar oder fest verbunden.
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Unter einer Kabelführungsvorrichtung wird hier insbesondere eine Vorrichtung verstanden, mittels welcher der gehaltene Kabelabschnitt von dem Fahrzeug weggeführt und in einem Führungsabstand zum Fahrzeug - insbesondere an einem zu dem Fahrzeug distalen Führungsende der Kabelführungsvorrichtung, ganz besonders an dem distalen Ende des zweiten Schwenkglieds - schwenkbar gehalten wird. Die Kabelführungsvorrichtung weist ferner ein proximales Führungsende auf, welches - bei bestimmungsgemäßer Führung und Anordnung des Kabels in der Kabelführungsvorrichtung - ein dem Fahrzeug zugewandtes Ende des Kabelabschnitts hält. Entsprechend hält das distale Führungsende - bei bestimmungsgemäßer Führung und Anordnung des Kabels in der Kabelführungsvorrichtung - einen dem Fahrzeug abgewandten Kabelabschnitt des Kabels. Das Kabel ist also in die Kabelführungsvorrichtung einführbar, und - zumindest im Betriebszustand des Fahrzeugs - eingeführt und mit dem Anschlussbereich verbunden.
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Unter einem Führungsabstand wird hier insbesondere ein Abstand zwischen dem distalen Führungsende und dem übrigen Fahrzeug verstanden. Somit überragt die Kabelführungsvorrichtung zumindest in einem Winkelabschnitt des maximalen Schwenkwinkels, vorzugsweise in jeder einstellbaren Winkelrichtung über den gesamten Schwenkwinkel hinweg, das übrige Fahrzeug, zumindest aber den Unterbau und/oder den Funktionsaufbau. Zudem ist dadurch vorzugsweise ein radialer Abstand des distalen Führungsendes zum Mittelpunkt des Fahrzeugs größer als eine radiale Erstreckung des übrigen Fahrzeugs, zumindest aber größer als eine radiale Erstreckung des Unterbaus und/oder des Funktionsaufbaus, in der jeweils eingestellten Winkelrichtung des Schwenkwinkels.
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Vorzugsweise ist also die Kabelführungsvorrichtung derart ausgebildet, dass der Führungsabstand in jeder Schwenkstellung der Kabelführungsvorrichtung innerhalb des maximalen Schwenkwinkels größer ist als eine Erstreckung des Unterbaus. Wichtig dabei ist, dass ein Kabelabschnitt zwischen der Kabelführungsvorrichtung und der Stromquelle in möglichst keiner Winkelstellung mit dem Fahrzeug, insbesondere dem Unterbau, in Berührung kommt. Hierdurch sind Beschädigungen des Kabels, insbesondere bei einer Rotation des Unterbaus, vermieden.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass sich der Führungsabstand der Kabelführungsvorrichtung in eine Richtung bezüglich der Rotationsachse diametral zu einer Arbeitsrichtung, insbesondere der Richtung eines Baggerarms, und/oder einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs erstreckt, wodurch Beschädigungen am Kabel weiter vermieden sind.
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Ferner bevorzugt ist zum Verschwenken der Kabelführungsvorrichtung eine Antriebsvorrichtung und/oder eine insbesondere automatisierte Steuervorrichtung vorgesehen, welche eingerichtet sind, um die Kabelführungsvorrichtung innerhalb des maximalen Schwenkwinkels auszurichten. Dabei wird bevorzugt eine Ausrichtung eingestellt, in welcher sich der Führungsabstand im Wesentlichen diametral zu der Arbeitsrichtung und/oder der Fahrtrichtung erstreckt. Somit sind auch in einem Arbeitsbetrieb, beim Fahren und/oder Rangieren des Fahrzeugs Beschädigungen des Kabels vermieden.
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Alternativ oder zusätzlich ist die Kabelführungsvorrichtung frei, also im Wesentlichen widerstandsfrei, schwenkbar, sodass sich die Ausrichtung der Kabelführungsvorrichtung aufgrund einer Zugkraft des Kabels eingestellt wird. Somit richtet sich die Kabelführungsvorrichtung direkt und selbstständig aus, sobald das Fahrzeug eine entsprechende Rotation oder Bewegung ausführt.
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Vorzugsweise ist die Kabelführungsvorrichtung derart freischwebend ausgebildet, dass sie nur im Bereich der zumindest einen Schwenkachse, insbesondere der ersten Schwenkachse, mit dem Rest des Fahrzeugs verbunden ist. Somit lässt sich die Kabelführungsvorrichtung ungestört schwenken. Alternativ oder zusätzlich ist die Kabelführungsvorrichtung auch hinsichtlich der Umgebung derart freischwebend ausgebildet, dass auch hier - mit Ausnahme des Kabels - keine Verbindung, insbesondere keine Stützstruktur, zwischen der Kabelführungsvorrichtung und der Umgebung ausgebildet ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kabelführungsvorrichtung an einem Verbindungselement, insbesondere einer Welle, ganz besonders Hohlwelle, zwischen Funktionsaufbau und Unterbau angeordnet ist. Dadurch sind auf die Kabelführung, insbesondere die Kabelführungsvorrichtung und/oder das Kabel, einwirkende Störungen seitens des Unterbaus und/oder des Funktionsaufbaus vermieden. Besonders werden dadurch Störungen vermieden, welche aus einer relativen Rotation des Unterbaus gegenüber des Funktionsaufbaus resultieren, da die Kabelführungsvorrichtung hierbei im Wesentlichen unabhängig von Funktionsaufbau und Unterbau das Kabel führt. Zudem ergibt sich hieraus der Vorteil, dass die Anforderungen an den Führungsabstand reduziert sind. In diesem Ausführungsbeispiel genügt es in der Regel, wenn der Führungsabstand größer ist als der Unterbau, da aufgrund der Schwerkraftwirkung eine Störung durch den oberhalb des Unterbaus angeordneten Funktionsaufbau im Wesentlichen vermieden ist.
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Besonders bevorzugt ist die Kabelführungsvorrichtung von einer Rotation des Unterbaus, welche beispielsausweise aus einer Fahrbewegung des Fahrzeugs auf der Fahrebene resultiert, und/oder einer Rotation des Funktionsaufbaus relativ zu dem Unterbau entkoppelt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kabelführungsvorrichtung einen Kraftmesser aufweist, welcher eingerichtet ist, um - bei bestimmungsgemäßer Anordnung des Kabels in der Kabelführungsvorrichtung - eine betragsmäßige Zugkraft auf das Kabel und/oder einen Zugkraftwinkel zu ermitteln. Damit ist erkennbar, wenn die Zugkraft zu hoch wird. Zudem ist dabei eine relative Lage des Kabels zumindest abschätzbar, vorzugsweise genau bestimmbar, wodurch letztlich Beschädigungen des Kabels beim Betrieb des Fahrzeugs vermieden sind.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fahrzeug einen Kabeldetektor aufweist, welcher zur Detektion eines abgerollten Kabelabschnitts und/oder zum Lesen einer Kabelsignatur zwischen dem Fahrzeug und der Stromquelle eingerichtet ist.
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Die Kabelsignatur ist dabei vorzugsweise dem gesamten Kabel und/oder einzelnen Kabelabschnitten des Kabels, insbesondere dem abgerollten Kabelabschnitt, zugeordnet, sodass das Kabel und/oder der Kabelabschnitt als solches identifizierbar und von anderen Kabeln und/oder ähnlichen Elementen im Betriebsbereich des Fahrzeugs unterscheidbar sind. Somit ist es möglich, das Fahrzeug auch in einer Umgebung zu verwenden, in welcher andere Kabel und/oder ähnliche Elemente vorliegen, deren Beschädigung unbedenklich wäre. Somit ist der Arbeitsbetrieb des Fahrzeugs durch andere Kabel und ähnliche Elemente nicht beeinträchtigt.
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Ferner bevorzugt ist der Kabeldetektor an einem Arbeitsarm, insbesondere dem Baggerarm, ganz besonders einer Baggerschaufel, und/oder an einer Front des Fahrzeugs, insbesondere im Bereich der Räder und/oder Ketten des Fahrzeugs, angeordnet. Damit sind Beschädigungen des Kabels besonders effizient vermieden.
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Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst, indem ein Kabelfahrzeugsystem zum Betreiben eines kabelgebundenen Fahrzeugs geschaffen ist, wobei das Kabelfahrzeugsystem ein kabelgebundenes Fahrzeug gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, ein Kabel zur Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie und eine zu dem Fahrzeug externe Stromquelle aufweist. Bei diesem Kabelfahrzeugsystem ist die Gefahr einer Beschädigung des Kabels reduziert.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kabel eine charakteristische Signatur aufweist, welche mittels eines Kabeldetektors des Fahrzeugs detektierbar ist. Somit ist das Kabel seitens des Kabeldetektors, welcher vorzugsweise an dem Fahrzeug angeordnet ist, erkennbar und Beschädigungen sind nach der Detektion des Kabels weitestgehend ausgeschlossen.
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Die Signatur des Kabels ist dabei vorzugsweise als passive oder aktive Signatur ausgebildet. Im Fall der aktiven Signatur weist das Kabel also ein aktives Sendeelement auf, welches die Signatur aktiv aussendet. Im Fall der passiven Signatur weist das Kabel hingegen ein passives Signalelement, insbesondere einen passiven Transponder, auf. Alternativ wird als passive Signatur ein Induktionssignal des Kabels verwendet.
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Unter einer charakteristischen Signatur wird hier insbesondere eine Signatur verstanden, welche das Identifizieren des Kabels oder eines Abschnitts des Kabels ermöglicht.
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Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben eines Kabelfahrzeugsystems gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele geschaffen ist, wobei in einem ersten Schritt ein Warnbereich definiert wird, wobei in einem zweiten Schritt bei einem Eindringen des Fahrzeugs in den Warnbereich eine Warnung an eine insbesondere automatisierte Fahrzeugsteuerungsvorrichtung und/oder einen Fahrzeugführer des Fahrzeugs ausgegeben wird. Hierdurch wird dem Fahrzeugführer und/oder der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung mitgeteilt, dass eine potenzielle Gefahr vorliegt, und der Fahrzeugführer und/oder die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung können sodann das Fahrzeug mit besonderer Vorsicht weiter im Warnbereich betreiben oder das Fahrzeug aus dem Warnbereich heraussteuern. Somit sind Beschädigungen das Kabels und/oder des Fahrzeugs vermieden und ein sicherer Betrieb des Fahrzeugsystems gewährleistet.
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Die Warnung wird hier bereits auch dann ausgegeben, wenn nur ein Teil des Fahrzeugs in den Warnbereich eindringt. Unter einem Eindringen des Fahrzeugs wird also insbesondere auch ein teilweises Eindringen verstanden, wobei nur ein Teil des Fahrzeugs, insbesondere der Arbeitsarm und/oder die Baggerschaufel, in den Warnbereich eindringt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein prognostizierter Kabelweg eines abgerollten Kabelabschnitts des Kabels zwischen dem Fahrzeug und der externen Stromquelle prognostiziert wird und der Warnbereich anhand des prognostizierten Kabelwegs definiert wird. Dadurch wird eine Schätzung für einen tatsächlichen Kabelweg generiert und der Warnbereich ist präziser. Dies vergrößert einerseits den Arbeitsbereich, in welchem ein sicheres Arbeiten möglich ist, und reduziert andererseits die Gefahr einer Beschädigung des Kabels.
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Als prognostizierter Kabelweg wird hier insbesondere ein virtueller Pfad des Kabels verstanden, entlang welchem angenommen wird, dass hier das Kabel verläuft. Der prognostizierte Kabelweg entspricht also nicht unbedingt einem tatsächlichen Kabelweg zwischen Stromquelle und Fahrzeug. Im Rahmen der Prognostizierung wird jedoch versucht, den prognostizierten Kabelweg derart zu bestimmen, dass der prognostizierte Kabelweg möglichst exakt dem tatsächlichen Kabelweg entspricht.
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Vorzugsweise wird der Warnbereich definiert, indem zum prognostizierten Kabelweg ein Sicherheitsabstand und/oder ein Unsicherheitswert, welcher eine Unsicherheit bei der Prognostizierung des prognostizierten Kabelwegs beschreibt, hinzuaddiert wird. Die Addition erfolgt dabei zumindest innerhalb der zweidimensionalen Betriebsebene des Fahrzeugs, vorzugsweise in einem dreidimensionalen Betriebsraum des Fahrzeugs, sodass insbesondere auch ein Höhenabstand zwischen Fahrzeug und Kabel berücksichtigt werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an einer Kabelführungsvorrichtung des Fahrzeugs eine erste Zugkraft auf das Kabel und/oder ein erster Zugkraftwinkel ermittelt wird, und/oder an der Stromquelle eine zweite Zugkraft auf das Kabel und/oder ein zweiter Zugkraftwinkel ermittelt wird, und/oder eine Abrolllänge des Kabels ermittelt wird, wobei die erste Zugkraft, die zweite Zugkraft, der erste Zugkraftwinkel, der zweite Zugkraftwinkel und/oder die Abrolllänge zum Definieren des Warnbereichs und/oder zur Prognostizierung des prognostizierten Kabelwegs verwendet werden. Dadurch ist die Prognostizierung des Kabelwegs sehr präzise. Zudem ist hierdurch eine Unsicherheit bei der Prognostizierung und der damit verbundene Unsicherheitswert besonders gering. Dies führt zu einem genauer bestimmten und kleineren Warnbereich, wodurch Kabelbeschädigungen vermieden sind und der sichere Arbeitsbereich vergrößert ist.
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Vorzugsweise werden zusätzlich eine Relativposition der Stromquelle und/oder einer Zwischenstation relativ zu dem Fahrzeug und/oder ein minimaler Biegeradius des Kabels zur Prognostizierung und/oder zum Definieren des Warnbereichs verwendet. Dadurch ist die Genauigkeit der Prognostizierung weiter erhöht und die Unsicherheit weiter verringert.
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Unter einem Zugkraftwinkel wird hier ein Winkel verstanden, welcher die Richtung der Zugkraft angibt. Der erste und/oder zweite Zugkraftwinkel wird vorzugsweise als Winkel zwischen der Richtung der Zugkraft einerseits und einer festen Raumrichtung andererseits definiert. Alternativ wird der erste und/oder zweite Zugkraftwinkel als Winkel zwischen der Richtung der Zugkraft einerseits und einer geraden Verbindungslinie zwischen Fahrzeug und Stromquelle beziehungsweise Zwischenstation definiert.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Prognostizierung des prognostizierten Kabelwegs und/oder zu einer Ermittlung des tatsächlichen Kabelwegs eine aktive oder passive Positionsbestimmung des Kabels verwendet wird. Dadurch ist die Genauigkeit der Prognostizierung genauer bestimmt und vorzugsweise exakt, sodass als prognostizierter Kabelweg der tatsächliche Kabelweg bestimmt werden kann. Ferner ist dabei die Unsicherheit der Bestimmung und damit der Warnbereich vorzugsweise besonders gering. Außerdem kann hierdurch auch nach einem Verschieben des Kabels die Position des Kabels noch genau bestimmt werden, auch wenn die Prognostizierung basierend auf den Zugkräften und/oder Zugkraftwinkeln nicht mehr genau genug oder sogar irreführend ist.
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Die passive Positionsbestimmung erfolgt vorzugsweise mittels einer Induktionsmessung. Dabei ist kein zusätzliches Element erforderlich.
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Alternativ oder zusätzlich wird zur Positionsbestimmung eine charakteristische Signatur des Kabels und/oder eines Kabelabschnitts verwendet. Vorzugsweise wird die Signatur in Form eines aktiven Signals und/oder eines passiven Signals des Kabels und/oder eines Kabelabschnitts ermittelt. Es ist also insbesondere vorgesehen, dass verschiedenen Kabelabschnitten unterschiedliche charakteristische Signaturen zugeordnet sind. Als passives Signal wird hier insbesondere ein durch das Kabel beeinflusstes Induktionssignal der Induktionsmessung und/oder ein auslesbares Signal eines Transponders ermittelt. Als aktives Signal wird hier insbesondere ein von einer Sendevorrichtung des Kabels ausgehendes Signal verwendet.
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Vorzugsweise wird die Positionsbestimmung nur bei Eindringen des Fahrzeugs in den Warnbereich aktiviert. Dadurch ist das Verfahren energiesparend und zugleich sicher. Außerhalb des Warnbereichs wird Energie eingespart, indem die Positionsbestimmung deaktiviert ist, während bei einem Eindringen des Fahrzeugs in den Warenbereich die Positionsbestimmung aktiviert wird, sodass die Kabelposition sehr exakt bestimmt wird und Beschädigungen des Kabels vermieden sind.
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Die Beschreibungen des Verfahrens, des kabelgebundenen Fahrzeugs und des Kabelfahrzeugsystems sind komplementär zueinander zu verstehen. Insbesondere sind Merkmale des Kabelfahrzeugsystems und/oder des kabelgebundenen Fahrzeugs, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden, bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale des Kabelfahrzeugsystems und/oder des kabelgebundenen Fahrzeugs. Bevorzugt sind das Kabelfahrzeugsystem und das kabelgebundene Fahrzeug ausgebildet zur Durchführung wenigstens eines der in Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Verfahrensschritte. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Kabelfahrzeugsystem und dem kabelgebundenen Fahrzeug beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder in Kombination miteinander Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Insbesondere ist im Rahmen des Verfahrens bevorzugt wenigstens ein Schritt vorgesehen, der sich aus wenigstens einem Merkmal des Kabelfahrzeugsystems und/oder des kabelgebundenen Fahrzeugs ergibt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines kabelgebundenen Fahrzeugs in einer seitlichen Schnittdarstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Darstellung eines Kabelfahrzeugsystems in einer Draufsicht mit dem kabelgebundenen Fahrzeug gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, einem Kabel und einer Stromquelle,
- 3 einen ersten Schritt einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Kabelfahrzeugsystems, und
- 4 einen zweiten Schritt des Verfahrens zum Betreiben des Kabelfahrzeugsystems.
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1 zeigt ein kabelgebundenes Fahrzeug 1 mit einem als Fahrgestell 3 ausgebildeten Unterbau 5. Oberhalb des Unterbaus 5 ist ein Funktionsaufbau 7 angeordnet. Ferner weist das kabelgebundene Fahrzeug 1 einen Anschlussbereich 9 für ein Kabel 11 auf. Ein Kabelabschnitt 13 des Kabels 11 zwischen dem Anschlussbereich 9 und einer in 1 nicht dargestellten, externen Stromquelle ist dabei führend in einer Kabelführungsvorrichtung 15 gehalten, wobei die Kabelführungsvorrichtung 15 schwenkbar an dem Fahrzeug angeordnet ist.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kabelführungsvorrichtung 15 um insgesamt zwei Achsen schwenkbar angeordnet, nämlich eine erste Schwenkachse A1 und eine zweite Schwenkachse A2. Dabei ist die Kabelführungsvorrichtung 15 über ein erstes Schwenkglied 16, welches um einen ersten Schwenkwinkel um die erste Schwenkachse A1 schwenkbar ist und eine Kabeltrommel 17 aufweist, an einem Verbindungselement 19 zwischen Funktionsaufbau 7 und Unterbau 5 angeordnet. Somit ist die Kabelführungsvorrichtung 15, insbesondere deren distales Ende 21, - ohne von Funktionsaufbau 7 oder Unterbau 5 behindert zu werden - schwenkbar. Dabei ist das distale Ende 21, welches hier ein distales Ende eines zweiten Schwenkglieds 20 ist, in einem Abstand zum verbleibenden Fahrzeug 1 gehalten, sodass das distale Ende 21 der Kabelführungsvorrichtung 15 insbesondere den Unterbau 5 überragt. Dadurch ist vermieden, dass das Kabel 11 zwischen dem distalen Ende 21 der Kabelführungsvorrichtung 15 und der externen Stromquelle mit dem Unterbau 5 in Berührung kommt und dadurch beschädigt wird.
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Das zweite Schwenkglied 20 ist um einen zweiten Schwenkwinkel um die zweite Schwenkachse A2 schwenkbar ausgebildet, wobei der zweite Schwenkwinkel kleiner ist als der erste Schwenkwinkel. Vorzugsweise lässt sich das erste Schwenkglied 16 um mehr als 180°, vorzugsweise mehr als 270°, vorzugsweise mehr als 360° um die erste Schwenkachse A1 schwenken. Hierdurch ist eine störungsfreie Kabelführung in einem großen Winkelbereich geschaffen.
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Das zweite Schwenkglied 20 lässt sich um einen kleineren Winkel, nämlich den zweiten Schwenkwinkel zusätzlich schwenken, wobei der zweite Schwenkwinkel vorzugsweise zumindest 45°, vorzugsweise zumindest 90°, vorzugsweise zumindest 180° beträgt. Hierdurch wird eine zusätzliche Möglichkeit zur Kabelführung geschaffen, wodurch zum einen ein Auf- und/oder Abrollen des Kabels von der Kabelrolle vereinfacht ist und zum anderen eine Feinjustierung der Kabelführung geschaffen ist. Bei dieser Feinjustierung der Kabelführung kann die Kabelführung eingestellt werden, ohne dass das erste Glied, welches aufgrund der Kabeltrommel schwerer und sperriger ist als das zweite Glied, zwingendermaßen verstellt werden müsste. Somit ist die Kabelführung besonders genau und mit wenig Energieaufwand einfach durchführbar.
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2 zeigt ein Kabelfahrzeugsystem 23 mit dem in 1 dargestellten kabelgebundenen Fahrzeug 1 und dem in 1 dargestellten Kabel 11. Ferner zeigt 2 auch die zum Fahrzeug 1 externe Stromquelle 25, welche ebenfalls Bestandteil des Kabelfahrzeugsystems 23 ist und mit dem Fahrzeug 1 über das Kabel 11 verbunden ist.
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Zudem ist in 2 dargestellt, dass an dem Fahrzeug 1, hier insbesondere einem Arbeitsarm 27 mit einem endständig angeordneten Arbeitsgerät 29, welches vorzugsweise als Baggerschaufel ausgebildet ist, ein Kabeldetektor 31 angeordnet ist, welcher zur Detektion des abgerollten Kabelabschnitts 33 eingerichtet ist. Da derartige Arbeitsgeräte 29 an einem Arbeitsarm 27 üblicherweise weit über den Unterbau 5 hinausragen können, ist in einem Bereich des Arbeitsarms und ganz besonders in einem Bereich des endständig angeordneten Arbeitsgeräts die Gefahr einer Beschädigung des Kabels grundsätzlich am größten, wobei diese Gefahr bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Kabeldetektor 31 reduziert wird.
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Der Kabeldetektor 31 ist ferner eingerichtet, um eine Signatur des Kabels 11 auszulesen. Die Signatur ist vorzugsweise eine in das Kabel eingeprägte Signatur, welche eine Identifikation des Kabels ermöglicht. Somit ist das Kabel 11 von anderen Kabeln unterscheidbar.
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Im Bereich der Kabelführungsvorrichtung 15, insbesondere an dessen distalen Ende 21, weist das Fahrzeug 1 einen ersten Kraftmesser 35 auf. Dieser erste Kraftmesser 35 ist eingerichtet, um eine erste betragsmäßige Zugkraft des Kabels 11 an dieser Stelle und einen ersten Zugkraftwinkel der Zugkraft zu ermitteln. An der Stromquelle 25 ist ein zweiter Kraftmesser 37 angeordnet, welcher eingerichtet ist, um eine zweite betragsmäßige Zugkraft und einen zweiten Zugkraftwinkel zu ermitteln. Aus diesen Zugkräften und/oder Zugkraftwinkeln ist ein prognostizierter Kabelweg des Kabels 11 innerhalb eines Arbeitsbereichs 38 des Fahrzeugs 1 prognostizierbar, welcher verwendet wird, um einen Warnbereich 39 zu definieren. Der erste Kraftmesser 35 und der zweite Kraftmesser 37 ermöglichen eine sehr genaue Bestimmung des prognostizierten Kabelwegs und reduzieren somit die Gefahr einer Beschädigung des Kabels 11.
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3 zeigt einen ersten Schritt S1 eines Verfahrens zum Betreiben des Kabelfahrzeugsystems 23. In dem ersten Schritt S1 wird ein Warnbereich definiert, wobei sich der erste Schritt S1 gemäß der hier dargestellten Ausführungsform in vier Teilschritte untergliedert.
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In einem ersten Teilschritt T1 wird zumindest ein Parameter bestimmt. Der zumindest eine Parameter wird dabei ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus der ersten Zugkraft, der zweiten Zugkraft, dem erstem Zugkraftwinkel, dem zweiten Zugkraftwinkel, einer Länge des abgerollten Kabelabschnitts 33, dem ersten Schwenkwinkel, dem zweiten Schwenkwinkel und einer Relativposition der Stromquelle 25 zu dem Fahrzeug 1. Die Relativposition der Stromquelle 25 umfasst hierbei vorzugsweise eine Abstandsinformation und eine Richtungsinformation. In der hier dargestellten Ausführungsform des Verfahrens wird vorzugsweise eine Mehrzahl, insbesondere alle der Parameter verwendet, um den prognostizierten Kabelweg zu prognostizieren. Somit ist die Prognostizierung sehr genau.
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In dem zweiten Teilschritt T2 wird anhand des zumindest einen Parameters ein prognostizierter Kabelweg prognostiziert. Dabei gilt, dass die Prognostizierung umso genauer ist, je mehr der genannten Parameter dabei berücksichtigt werden.
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Besonders bevorzugt wird - in dem ersten Teilschritt T1 und/oder zweiten Teilschritt T2 - zur Prognostizierung des Kabelwegs eine Positionsbestimmung des Kabels 11 durchgeführt. Diese Positionsbestimmung wird vorzugsweise zumindest für einen Kabelabschnitt des Kabels 11, vorzugsweise für den gesamten abgerollten Kabelabschnitt 33, durchgeführt. Somit wird ein tatsächlicher Kabelweg exakt bestimmt und als prognostizierter Kabelweg verwendet.
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In einem dritten Teilschritt T3 wird eine Unsicherheit bei der Prognostizierung und/oder ein Sicherheitsabstand, welcher zu dem Kabel 11 eingehalten werden soll, bestimmt.
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In einem vierten Teilschritt T4 wird dann der Warnbereich 39 definiert, wobei die im dritten Teilschritt T3 bestimmte Unsicherheit und/oder der Sicherheitsabstand berücksichtigt werden, um den Warnbereich 39 um den prognostizierten Bereich herum zu definieren.
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Vorzugsweise wird der so definierte Warnbereich 39 in dem vierten Teilschritt T4 zusätzlich auf einer virtuellen Karte des Arbeitsbereichs 38 eingetragen und/oder einem Fahrzeugführer des Fahrzeugs 1 auf einem Anzeigegerät angezeigt. Somit kann der Fahrzeugführer jederzeit erkennen, wie weit das Fahrzeug 1 von dem Warnbereich 39 entfernt ist.
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Nachdem der vierte Teilschritt T4 beendet ist, wird das Verfahren vorzugsweise wiederbeginnend mit dem ersten Teilschritt T1 wiederholt. Das Verfahren wird also bevorzugt iterativ durchgeführt, sodass der definierte Warnbereich 39 möglichst aktuell ist.
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Das Verfahren zum Betreiben des Kabelfahrzeugsystems 23 umfasst neben dem ersten Schritt S1 einen zweiten Schritt S2, welcher in 4 dargestellt ist. Dieser zweite Schritt S2 umfasst ebenfalls mehrere Teilschritte, nämlich den fünften Teilschritt T5, den sechsten Teilschritt T6 und den siebten Teilschritt T7.
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In dem fünften Teilschritt T5 wird eine weitere Relativposition des Fahrzeugs 1 relativ zu dem Kabel 11 und/oder dem Warnbereich 39 bestimmt. In dem sechsten Teilschritt T6 wird dann überprüft, ob das Fahrzeug 1 in den Warnbereich 39 eingedrungen ist.
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Sofern in dem sechsten Teilschritt T6 ermittelt wird, dass das Fahrzeug 1 in den Warnbereich 39 eingedrungen ist, wird in einem siebten Teilschritt T7 eine Warnung erzeugt und an eine insbesondere automatisierte Fahrzeugsteuerungsvorrichtung und/oder den Fahrzeugführer ausgegeben.
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Diese Warnung umfasst vorzugsweise eine warnende Information, welche beinhaltet, dass das Fahrzeug in den Warnbereich eingedrungen ist. Alternativ oder zusätzlich - insbesondere für den Fall, dass die Warnung an eine automatisierte Fahrzeugsteuerungsvorrichtung ausgegeben wird - bewirkt die Warnung eine Beendigung einer automatisierten Fahrzeugsteuerung. Besonders bevorzugt wird durch Ausgabe der Warnung auch eine Bewegungsfreiheit des Fahrzeugs eingeschränkt, wobei Bewegungen, welche ein tieferes Eindringen in den Warnbereich verursachen würden, blockiert werden.
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Sofern hingegen in dem sechsten Teilschritt ermittelt wird, dass das Fahrzeug 1 nicht in den Warnbereich 39 eingedrungen ist, wird keine Warnung ausgegeben.
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Unabhängig davon, ob eine Warnung ausgegeben wurde oder nicht, wird der zweite Schritt anschließend von vorne, beginnend mit dem fünften Teilschritt T5, begonnen, also iterativ ausgeführt. Sofern also eine Warnung ausgegeben wird, schließt sich an den siebten Teilschritt T7 der fünfte Teilschritt T5 an. Alternativ schließt sich - für den Fall, dass keine Warnung ausgegeben wurde - an den sechsten Teilschritt T6 der fünfte Teilschritt T5 an. Somit ist eine kontinuierliche Überwachung geschaffen, sodass Beschädigungen des Kabels zu jeder Zeit vermieden sind.
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Insgesamt wird durch das hier dargestellte Verfahren, das kabelgebundene Fahrzeug 1 und das Kabelfahrzeugsystem 23 ein äußerst sicherer Betrieb gewährleistet und Beschädigungen an dem Kabel 11 vermieden.
