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Die Erfindung betrifft Baumaschine oder landwirtschaftliche Maschine, insbesondere Teleskoplader oder Radlader, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Entsprechend der Normen DIN EN 15000 (gültig für Flurförderzeuge) und dem Normentwurf FprEN 474-3 (E) tr konzipierte Maschinen mit Überlastsystemen, bestehend aus Warneinrichtung (LLMI) und Abschalteinrichtung (LLMC), benötigen die Sensierung eines Lastsignals. Dieses Lastsignal ist ein Indikator für das resultierende Lastmoment in Längsrichtung der Maschine. Abhängig von Lastsignal und Hubwinkel werden Bewegungen der Ladeanlage, die das Lastmoment durch die Verlagerung des Schwerpunkts nach vorn vergrößern, in ihrer Bewegungsgeschwindigkeit begrenzt. Im Grenzfall führt dies zu einem vollständigen Stopp der Bewegung. Das geringste Lastmoment besteht, wenn die Ladeanlage ohne Last komplett angehoben ist. Das höchste Lastmoment ist definiert durch eine vollständig entlastete Hinterachse, bei welcher die Maschine über die Vorderachse nach vorne überkippt. Gängige Praxis für Maschinen mit pendelnd gelagerter Hinterachse ist die Sensierung des Lastsignals direkt auf der Hinterachse. Für Maschinen ohne Pendelachse (z.B. knickgelenkte Radlader mit Knick-/Pendelgelenk) sind auch andere Sensorpositionen, wie z.B. am Vorderwagen oder im Knickgelenk verbreitet.
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Die allgemeine Filterung des Lastsignals kann als Stand der Technik angesehen werden. Hersteller entsprechender Lastsensoren bieten teilweise eine integrierte Signalverarbeitung mit einem Tiefpassfilter an.
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Eine fahrgeschwindigkeitsabhängige Abschaltung des Überlastsystems ist in der Druckschrift
EP 2 263 965 A1 beschrieben. Hierbei werden bei Überschreiten einer definierten Grenzgeschwindigkeit die Limitierungen auf die Bewegung der Ladeanlage ausgesetzt.
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Der bekannte Stand der Technik bringt verschiedene Nachteile mit sich. Insbesondere bei der Sensorposition auf der Hinterachse, aber auch bei den anderen Sensorpositionen, wird das Lastsignal durch Fahrbewegungen ungewollt beeinflusst. Dieser Nachteil verstärkt sich auf unebenem Untergrund. Unterschieden wird bei den Abweichungen im Lastsignal zwischen Schwankungen durch Vertikalkräfte, welche von Unebenheiten des Untergrunds aufgeprägt werden, und horizontalen Kräften, hervorgerufen durch fahrdynamische Beschleunigungen oder Verzögerungen. Insbesondere die Schwankungen durch Vertikalkräfte generieren kurzfristige, sehr starke Anstiege des Lastsignals, die sich in dieser Form nicht oder nur geringfügig auf die Standsicherheit der Maschine auswirken. Die Folge sind ebenso kurzfristige und starke Eingriffe in die Bewegung der Ladeanlage durch das Überlastsystem. In der Folge können gleichmäßige Absenkvorgänge der Ladeanlage mit Last während der Fahrt unmöglich werden.
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Die Verzögerung der Bewegungsgeschwindigkeit in lastmomentvergrößernder Richtung bewirkt durch das entstehende Trägheitsmoment eine zusätzliche Lastmomentvergrößerung. Eine selbstverstärkende Wirkung in der Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeiten ist die Folge. Überschwinger im Lastsignal entstehen dadurch, dass das Lastmoment wieder abfällt, wenn es zu einem Stopp der Bewegung kommt oder die Bewegungsgeschwindigkeit nicht weiter verzögert wird. Das zusätzlich wirkende Trägheitsmoment entfällt. Im schlechtesten Fall können die Überschwinger zu einer harmonischen Schwingung von Lastsignal und Bewegung der Ladeanlage anregen. Dies kann sich auch in einem Wechsel zwischen Bewegungsstopps und wieder Freigabe von Bewegungen zeigen.
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Die Abschaltung des Überlastsystems ab einer definierten Fahrgeschwindigkeit, wie im o.a. Stand der Technik beschrieben, verhindert zwar ungewollte Einflüsse des Überlastsystems während der Fahrbewegung, bietet im Gegenzug allerdings auch keinerlei Schutz vor zu hohen Lastmomenten in dieser Situation. Eingriffe des Überlastsystems im Fahrbetrieb werden dadurch verhindert.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, das gleichmäßige Absenken der Ladeanlage mit Last auch während der Fahrbewegung zu ermöglichen, ohne Eingriffe des Überlastsystems vollständig abzuschalten. Bei tatsächlicher Erhöhung des Lastmoments sollen demnach auch im Fahrbetrieb limitierende Eingriffe auf die Bewegung der Ladeanlage erfolgen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
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Dementsprechend zeichnet sich eine Baumaschine oder landwirtschaftliche Maschine, insbesondere ein Teleskoplader oder ein Radlader, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch aus, dass die Kontrolleinheit so ausgestaltet ist, dass eine Veränderung der Grenzfrequenz abhängig von einem der Fahrgeschwindigkeit der Maschine zugeordneten Parameter vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme kann das Überlastsystem flexibel und präzise an den jeweiligen Fahr- und/oder Lastzustand der Maschine angepasst werden. So kann der Grenzwert der Grenzfrequenz bei passenden Fahr- und/oder Ladezuständen gelockert oder verschärft werden, wodurch in unkritischen Zuständen schnellere Maschinenbewegungen zugelassen werden können, ohne jedoch das Sicherheitssystem zu deaktivieren.
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Die Kontrolleinheit kann hierzu einen Prozessor und ein Programm zur analytischen Bestimmung der Grenzfrequenz abhängig von dem der Fahrgeschwindigkeit der Maschine zugeordneten Parameter aufweisen. Durch eine analytische Berechnung ist eine präzise Bestimmung für jeden Wert des der Fahrgeschwindigkeit der Maschine zugeordneten Parameters möglich.
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Der Zusammenhang zwischen der Fahrgeschwindigkeit und der Grenzfrequenz kann je nach Einsatzzweck der Maschine gewählt werden, beispielsweise kann er linear oder quadratisch sein. Es können auch verschiedene Verläufe der Grenzfrequenz in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit in der Kontrolleinheit vorgesehen werden, so dass je nach Bedarf ein bestimmter Zusammenhang angewählt werden kann.
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Die Kontrolleinheit kann jedoch alternativ oder zusätzlich einen Speicher für wenigstens eine Lookup-Tabelle und oder wenigstens eine Kennlinie mit vorgegebenen Werten der Grenzfrequenz abhängig von dem der Fahrgeschwindigkeit der Maschine zugeordneten Parameter aufweisen.
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In diesem Fall stehen bereits vorbestimmte Werte schnell zur Verfügung. Allerdings muss im Falle der Verwendung einer Tabelle bei einem zwischen zwei Werten einer Tabelle liegenden Wert des Parameters entweder eine Auswahl eines an nächsten liegenden Wertes oder eine Interpolation zur Bestimmung der zugehörigen Grenzfrequenz vorgenommen werden.
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Eine Veränderung der Grenzfrequenz kann mit ansteigender Fahrgeschwindigkeit abhängig oder unabhängig von der Fahrtrichtung vorgesehen sein. Somit ist eine Anpassung auf verschiedene Betriebszustände der Maschine möglich. Beispielsweise kann der Wert der Grenzfrequenz in der Vorwärtsfahrt, bei der das Kippmoment über die Vorderachse zusätzlich durch Inertialkräfte beim Bremsen erhöht wird, verschärft und in der Rückwärtsfahrt, bei der das Kippmoment zusätzlich durch Inertialkräfte beim Bremsen entgegengesetzt wirkt, gelockert werden. Als Kippmoment wird hierbei und im Folgenden das am vorderen Kontaktpunkt zum Boden ansetzende Drehmoment bezeichnet, das bei Überschreiten eines kritischen Wertes zu einer tatsächlichen Kippbewegung der Maschine führt. Es handelt sich dabei also um das anspruchsgemäße Merkmal des auf die Maschine wirkenden Drehmomentes um wenigstens einen in Richtung der Ladeanlage weisenden Bodenkontaktpunkt des Fahrwerkes.
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Als Parameter für die Eingangsgröße bzw. als ein der Fahrgeschwindigkeit zugeordnete Parameter kann die Fahrgeschwindigkeit selbst verwendet werden. Es kann jedoch auch eine Führungsgröße verwendet werden, von der ausgehend die Fahrgeschwindigkeit der Maschine bestimmbar ist.
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Eine solche Führungsgröße kann beispielsweise eine Drehzahl aus dem Antriebsstrang, eine Drehzahl aus dem Verteilergetriebe, eine Drehzahl aus dem Fahrmotor eines hydrostatischen Fahrantriebs, eine Drehzahl eines Radantriebes oder eine Drehzahl wenigstens einer Achse eines Rad-oder Kettenantriebes sein. Welche Führungsgröße als anspruchsgemäßer Parameter Verwendung findet, kann so anhand der Maschinensensoren und der dadurch zur Verfügung stehenden Daten entschieden werden.
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Der Tiefpassfilter kann ein sogenannter Biquad-Filter sein, wobei auch andere Tiefpassfilter erfindungsgemäß verwendbar sind. Mit einem Biquad-Filter ist die Umsetzung der Erfindung in der Kontrolleinheit numerisch stabile und übersichtlich.
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In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird zudem eine Korrektur wenigstens eines Teils wenigstens einer Flanke des von der Messvorrichtung aufgenommenen Lastsignals oder wenigstens eines Teils wenigstens einer Flanke im Verlauf einer durch das Überlastsystem erzeugten Limitierung einer Bewegungsgeschwindigkeit der Ladeanlage vorgesehen ist. Damit kann beispielsweise eine Verzögerung der Reaktion der Kontrolleinheit bewirkt werden, was wiederum zu Folge hat, dass potentiell gefährliche Maschinenzustände vermeidbar sind, die ansonsten durch eine entsprechend kurzfristige Reaktion in Form einer Lockerung des Überlastsystems der Kontrolleinheit durch einen kurzfristigen Impuls im Lastsignal eintreten könnte.
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Diese Korrektur des Lastsignals oder des Verlaufs einer durch das Überlastsystem erzeugten Limitierung einer Bewegungsgeschwindigkeit der Ladeanlage kann eine Begrenzung oder Abflachung des Gradienten oder der Steigung einer abfallenden Flanke umfassen, wodurch eine Verzögerung der Reaktion der Kontrolleinheit wie o.a. herbeigeführt werden kann.
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Vorzugsweise wird hierbei eine Einstellung der Korrektur des Lastsignals oder des Verlaufs einer durch das Überlastsystem erzeugten Limitierung einer Bewegungsgeschwindigkeit der Ladeanlage durch einen separaten Korrekturparameter vorgesehen. Durch die Einstellung oder Eingabe eines oder mehrerer Werte für den Korrekturparameter kann somit die Kontrolleinheit in Ihrer Betriebsweise eingestellt und dadurch an die geforderten Betriebsbedingungen der Maschine oder Anforderungen seitens der Bedienperson angepasst werden. Diese Einstellung kann einmalig vor der Inbetriebnahme erfolgen, oder durch eine permanente Eingabemöglichkeit für den Wert des Korrekturparameters durch eine autorisierte Bedienperson vorgenommen werden. Für die Werte des Korrekturparameters können auch ein oder mehrere Kennlinien oder Tabellen im Speicher der Kontrolleinheit hinterlegt sein. Auch ein Algorithmus zur analytischen Berechnung der Kontrollwerte in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Maschine ist verwendbar.
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Auch die Korrektur des Lastsignals oder des Verlaufs einer durch das Überlastsystem erzeugten Limitierung einer Bewegungsgeschwindigkeit der Ladeanlage kann abhängig oder unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit vorgesehen werden. In diesem Fall kann beispielsweise eine von der Fahrgeschwindigkeit abhängige Kennlinie des Korrekturparameters hinterlegt sein, aus der der für jede Fahrgeschwindigkeit gültige Korrekturwert entnehmbar ist.
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Die Korrektur des Lastsignals oder des Verlaufs einer durch das Überlastsystem erzeugten Limitierung einer Bewegungsgeschwindigkeit der Ladeanlage kann auch abhängig von einem Hubwinkel der Ladeanlage vorgesehen werden, da auch davon kritische Betriebszustände der Maschine abhängen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
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Im Einzelnen zeigen
- 1 und 2 eine Seitenansicht auf einen Radlader mit einem Teleskoparm als Lastarm der Ladeanlage,
- 3 ein Diagramm eines ungefilterten Lastsignals im Vergleich mit einem gefilterten Signal bei einer Grenzfrequenz von 0,1 Hz,
- 4 ein 3 entsprechendes Diagramm für eine Grenzfrequenz von 0,5 Hz,
- 5 ein Diagramm mit einem Beispiel für eine Kennlinie zur Parametrierung der Grenzfrequenz abhängig von der Fahrgeschwindigkeit und
- 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Einsatzes einer Korrektur der Flanken des Lastsignals.
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Der Radlader 1 nach 1 und nach 2 weist ein Fahrwerk 2 und eine Ladeanlage 3 mit einem Lastarm 4 auf, der als Teleskoparm 5 mit einem Außenrohr 6 und einem Einschubteil 7 ausgebildet ist. Durch diese Ausbildung ist der Lastarm 4 längenvariabel. Am oberen Ende des Lastarms 4 ist eine Last 8 in Form einer Palettengabel 9 mit Ladung 10 abgebildet.
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Der Radlader 1 trägt die angehobene Last 8 mit ausgefahrenem Teleskoparm 5. Wie bereits o.a. können neben den Einflüssen der Fahrbahn im Betrieb auch dynamisch auftretende Kräfte das Kippmoment der Maschine um den vorderen Bodenkontaktpunkt beeinflussen. Beim Bremsen der Fahrgeschwindigkeit ergibt sich beispielsweise eine Inertialkraft durch Massenträgheit in Fahrtrichtung. Bei Veränderung der Ausschubgeschwindigkeit ergibt sich auch eine Inertialkraft längs des Lastarms, die eine in das Kippmoment eingehende Komponente haben kann. Ebenso ergibt sich beim Bremsen der Absenkgeschwindigkeit während des Absenkens des Lastarms eine in das Kippmoment eingehende Inertialkraft. Bei Radladern ist es weiterhin evident, dass das Gewicht der Last und deren Position die Lage des Gesamtschwerpunktes beeinflusst, was wiederum das Kippmoment beeinflusst.
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Ein für das auf der Hinterachse 13 anliegende Restgewicht R des Radladers 1 repräsentatives Lastsignal 14 wird in der dargestellten Ausführung an der Hinterachse des Radladers 1 abgegriffen. Dieses auf der Hinterachse anliegende, durch den Pfeil R angedeutete Restgewicht der Maschine ist letztlich maßgeblich für die Stabilität des Maschinenzustandes hinsichtlich der Kippgefahr über den vorderen Kontaktpunkt 11 am Boden 12.
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Für ein Fahrzeug wie den Radlader 1 ist daher eine erfindungsgemäße Kontrolle der Lastarmbewegung, insbesondere während der Fahrt von Vorteil, da beim Abbremsen der Fahrtgeschwindigkeit und beim Verändern der Lastarmlänge aufgrund der Massenträgheit Inertialkräfte auftreten. Verschiedene Vektorpfeile veranschaulichen unterschiedlich wirkende Kräfte. So sollen beispielsweise im Bereich der Last 8 die mit durchgezogener Linie dargestellten Pfeile die Gewichtskraft der Last 8 nach unten und die durch Abbremsen der Fahrtgeschwindigkeit durch Massenträgheit auftretende Inertialkraft in Fahrtrichtung darstellen. Die mit unterbrochener Linie dargestellten Pfeile zeigen die durch Abbremsen der Absenkbewegung S des Lastarms 4 und durch Abbremsen der Ausschubbewegung A des Teleskoparms 5 auftretenden Inertialkräfte in Richtung des Lastarms und senkrecht zum Lastarm 4. Alle diese Kräfte wirken auf das Kippmoment der Maschine 1,2 um den vorderen Kontaktpunkt 11 am Boden 12 ein. Dementsprechend ist ein erfindungsgemäßes Überlastsystem vor allem zur Beherrschung der dynamisch auftretenden Kräfte von Vorteil.
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In 2 ist zur Veranschaulichung der angreifenden Kräfte noch der Gesamtschwerpunkt G der Maschine, d.h. in der dargestellten Ausführung des Radladers 1, und eine Aufteilung der Resultierenden aller angreifenden Kräfte in einen in Richtung der Gewichtskraft weisenden Anteil als Vertikalkraft V und einen in Fahrtrichtung weisenden Teil als Horizontalkraft H dargestellt.
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In den 3 und 4 ist erkennbar, dass das an der Hinterachse abgegriffene Lastsignal 14 einer Vielzahl von Schwingungen 15 unterworfen ist, die unterschiedliche Ursachen haben können. So können hier Bremsbewegungen verschiedener Bewegungen, wie der Fahrt, des Hubes des Lastarms, des Ausschubs des Lastarms, aber auch Einflüsse durch den Untergrund durch Schlaglöcher, Hindernisse etc. auftreten. Durch die anspruchsgemäße Filterung mit einem Tiefpass werden diese Schwingungen 15 geglättet, wobei der Einfluss der Grenzfrequenz auf das verbleibende gefilterte Signal 16 im Vergleich von 3 mit einer Grenzfrequenz von 0,1 Hz mit 4 mit einer Grenzfrequenz von 0,5 Hz ersichtlich ist. In den Lastsignaldarstellungen nach den 3, 4 und 6 ist die Abszisse eine Zeitachse mit Zeitangaben in Sekunden. Die Ordinate zeigt das Lastsignal (relativ zu maximaler Kipplast) in Rohform und gefiltert. Die Einheiten sind hier als Promille (ppt) gewählt.
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Je glatter dieses gefilterte Signal 16 ist, desto weniger folgt die Kontrolleinheit in der Regelung des Überlastsystems den ursprünglichen Schwingungen. Dadurch sind beispielsweise höhere Fahrgeschwindigkeiten möglich, denn die Kontrolleinheit folgt keinen kurzfristigen, sich ggf. zeitlich kompensierenden Schwankungen mehr. Erst wenn der geglättete Verlauf des Gefilterten Signals 16 auf das Eintreten eines kritischen Betriebszustandes hinweist, muss die Überlastregelung eingreifen.
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Eine derartige Maschine erlaubt also bei eingeschaltetem Überlastsystem während der Fahrt gegenüber Maschinen mit bisherigen Überlastregelungen höhere Arbeitsgeschwindigkeiten, wobei die Sicherheit gegenüber einem während der Fahrt ausgeschalteten Überlastsystem deutlich erhöht ist.
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5 zeigt eine Möglichkeit zur Einstellung der Grenzfrequenz 17 in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, wobei linear die Grenzfrequenz 17 ausgehend von einem Maximalwert von 0,5 Hz beim Stillstand der Maschine bis zu 0,1 Hz bei 20 km/h abgesenkt wird. Die Sensibilität des Überlastsystems wird also mit zunehmender Fahrt abgesenkt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist für beide Fahrtrichtungen der gleiche Verlauf der Grenzfrequenz gewählt. In anderen Ausführungen ist jedoch auch zur Anpassung an den gewünschten Betrieb ein für die Fahrtrichtungen unterschiedlicher Verlauf möglich. Ebenso kann von einem linearen Verlauf abgewichen werden.
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6 veranschaulicht den Effekt der Flankenkorrektur im Lastsignal 14. Die abfallende Flanke 18 ist beispielsweise als ein schlagartiger Abfall im Lastsignal 14 sichtbar, der z. B. beim Einleiten einer Senkbewegung als Entlastungsimpuls verursacht wird. Um eine kurzfristige Reaktion der Kontrolleinheit zu vermeiden oder abzuschwächen, wird beim dargestellten gefilterten Lastsignal 16 zusätzlich der abfallende Gradient 19, also die abfallende Steigung des Lastsignals abgeflacht oder abgeschwächt, so dass der Signalabfall kleiner oder schwächer und langsamer ausfällt. Hierdurch wird eine kurzfristige Reaktion der Kontrolleinheit zusätzlich unterbunden bzw. abgeschwächt.
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Durch die beschriebenen Maßnahmen können störende und nicht notwendige Limitierungen der Kontrolleinheit vermieden oder reduziert werden, wodurch eine schnellere und gleichmäßige Arbeit mit der Maschine mit weniger Eingriffen des Überlastsystems ermöglicht wird. Zugleich bleibt jedoch das Überlastsystem auch während der Fahrt aktiv und greift beim Auftreten kritischer Situationen ein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radlader
- 2
- Fahrwerk
- 3
- Ladeanlage
- 4
- Lastarm
- 5
- Teleskoparm
- 6
- Außenrohr
- 7
- Einschubteil
- 8
- Last
- 9
- Palettengabel
- 10
- Ladung
- 11
- Kontaktpunkt
- 12
- Boden
- 13
- Hinterachse
- 14
- Lastsignal
- 15
- Schwingung
- 16
- Gefiltertes Signal
- 17
- Grenzfrequenz
- 18
- Flanke
- 19
- Gradient/Steigung
- A
- Ausschubgeschwindigeit
- S
- Absenkgeschwindigkeit
- G
- Gesamtschwerpunkt
- R
- Restlast
- V
- Vertikalkraft
- H
- Horizontalkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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