EP4236667A1 - Modulares werkzeugsystem zur bodenbearbeitung - Google Patents

Modulares werkzeugsystem zur bodenbearbeitung

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Publication number
EP4236667A1
EP4236667A1 EP21802685.4A EP21802685A EP4236667A1 EP 4236667 A1 EP4236667 A1 EP 4236667A1 EP 21802685 A EP21802685 A EP 21802685A EP 4236667 A1 EP4236667 A1 EP 4236667A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
computer
carrier
designed
tool module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21802685.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Herlitzius
André GROSA
Mario Henke
Martin HENGST
Jonathan KRESS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Dresden
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Dresden filed Critical Technische Universitaet Dresden
Publication of EP4236667A1 publication Critical patent/EP4236667A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B63/00—Lifting or adjusting devices or arrangements for agricultural machines or implements
    • A01B63/02—Lifting or adjusting devices or arrangements for agricultural machines or implements for implements mounted on tractors
    • A01B63/10—Lifting or adjusting devices or arrangements for agricultural machines or implements for implements mounted on tractors operated by hydraulic or pneumatic means
    • A01B63/102—Lifting or adjusting devices or arrangements for agricultural machines or implements for implements mounted on tractors operated by hydraulic or pneumatic means characterised by the location of the mounting on the tractor, e.g. on the rear part
    • A01B63/104—Lifting or adjusting devices or arrangements for agricultural machines or implements for implements mounted on tractors operated by hydraulic or pneumatic means characterised by the location of the mounting on the tractor, e.g. on the rear part on the middle part, i.e. between front and rear wheels
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B63/00—Lifting or adjusting devices or arrangements for agricultural machines or implements
    • A01B63/02—Lifting or adjusting devices or arrangements for agricultural machines or implements for implements mounted on tractors
    • A01B63/10—Lifting or adjusting devices or arrangements for agricultural machines or implements for implements mounted on tractors operated by hydraulic or pneumatic means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B79/00—Methods for working soil
    • A01B79/005—Precision agriculture

Definitions

  • the invention relates to a tool system for agricultural processes and soil cultivation.
  • a multifunctional agricultural machine is disclosed in US Pat. No. 3,971,446 A.
  • This multifunctional agricultural machine is designed to perform multiple agricultural work such as planting, fertilizing and harvesting, if necessary "tillage".
  • the multifunctional character eliminates the need to invest in individual specific machines.
  • the disclosed agricultural machine consists of a vehicle with a driver's cab for an operator, a motor that both moves the vehicle and delivers part of its power to a lateral interface.
  • interchangeable work units such as sprayers, planting or harvesting machines can be attached. These are carried by additional, detachable and laterally extendable support arms, which are controlled from the vehicle.
  • DE 10 2017 201 425 A1 discloses an autonomous robotic agricultural machine for performing one or more agricultural operations.
  • the machine has a frame with a length and an adjustable width.
  • a plurality of ground engaging mechanisms are coupled to the frame for propelling the machine in a direction of travel.
  • the machine further includes a controller, a power generation device, and a generator, the controller controlling the machine.
  • the generator receives mechanical power from the power generation device and generates electric power.
  • a docking assembly is also coupled to the frame. Said docking assembly includes a power unit and at least one coupler for coupling multiple agricultural implements.
  • US 2013 0199 807 A1 describes an adjustable agricultural implement for soil cultivation.
  • This agricultural device has a frame with a variety of Fastening or mounting surfaces. It is provided here that a large number of interchangeable soil treatment modules be detachably coupled to said mounting surfaces.
  • the interchangeable tillage modules can be arranged in a predetermined order depending on tillage needs.
  • a soil treatment device is disclosed in DE 10 2010 005 183 B4.
  • This soil treatment device has at least one attachable machine frame and is suitable for being coupled to a tractor.
  • Various tools for tillage, in particular rows of tines and/or discs or cultivators and/or harrows, which are suspended on the machine frame, are connected to the ground-engaging tool unit formed in this way by means of the attachable machine frame, with a trailing roller and a working depth adjustment device for adjusting the working depth of the ground-engaging tool unit.
  • the entire system has a rear roller height adjustment device for adjusting the height of the rear roller relative to the machine frame.
  • Both the working depth adjustment device and the rear-mounted height adjustment device have a pressurized fluid drive, which ensures that the working depth adjustment and the rear-mounted height adjustment device are infinitely variable.
  • Coupling tools or tool systems of this type are subject to a wide variety of wear and tear or can at least be severely damaged, if not destroyed, during use for tillage, as a result of which the individual tools leave the optimum operating condition within the scope of their area of application without adequate correction. Furthermore, the assembly and disassembly of the individual tools or tool modules is still associated with a considerable expenditure of time.
  • the object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to propose a user-friendly tool system.
  • the device has at least one tool module with a quick-coupling interface and at least one carrier designed to accommodate the at least one tool module with a quick-coupling interface and at least one data processing unit designed for computer-assisted tool management; on.
  • the carrier with at least one quick coupling interface which is suitable for receiving the tool module is, comprises at least one support frame, at least one interface for computer-aided tool module identification and at least one sensor unit.
  • the carrier frame includes at least one quick coupling interface for a tool module.
  • the tool module in turn has at least one device, preferably for outdoor use, includes at least one suspension compatible with the quick coupling point on the carrier frame, at least one computer-readable storage medium for computer-readable data and at least one interface for data transmission of computer-readable data.
  • a tool management or tool management system is understood to mean computer-assisted measures for managing and/or controlling the tool modules. This is implemented, for example, but not exclusively, using a database on a data processing system.
  • the individual tools are each uniquely identified and parameters relevant to the user are assigned to the tools.
  • a tool module identification is understood to be preferably computer-readable information that is suitable for storing and displaying a wide variety of parameters of the tool module or even of the individual tools of the tool module.
  • the computer-assisted tool module identification is preferably, but not exclusively, contactless, so that the information for tool module identification can be transmitted wirelessly.
  • the tool module identification is stored on the computer-readable storage medium.
  • Computer-readable storage media include local physical storage media (e.g., but not exclusively, hard drives, RFID tags, USB flash drives or QCR codes, barcodes) and also non-local storage (IT cloud solutions).
  • the parameters relating to the tool module can be located on the storage medium.
  • the parameters of the tool module include tool module ID, usage time, working time, tool dimensions, nominal working speed, nominal working depth, working behavior of the tools (active/passive), special setting parameters (e.g. speed), number of individual tools/working areas, tool module wear, individual tool ( EW) ID, EW: ACTUAL wear, wear limit, displacement, deformation, loss, position understood.
  • These parameters of the tool module are intended to be stored on the computer-readable storage medium. It is also conceivable to store only a selection of the parameters mentioned. In the case of concepts with non-local storage media (e.g. IT cloud solution), at least the tool ID must be saved.
  • the parameters of the tool control include, for example: Positioning of the tool module in space, speed/feed/slip of active (moving) tools, control of the output quantities. Based on the parameters of the tool control, for example, adjustments are made in the event of wear or adjustments when cornering and/or changes in the soil conditions near the tool.
  • a quick coupling interface means a mechanical coupling between a tool module and the carrier frame.
  • the mechanical coupling can be formed, for example, by a related bayonet catch or the like; the coupling can be effected without tools, for example; the coupling can be effected automatically, for example.
  • the coupling is not limited to the aforementioned examples.
  • At least one interface for data transmission and/or at least one interface for energy transmission (electrical, hydraulic, pneumatic) and/or at least one interface for media transmission (seed, fertilizer, etc.) is provided at defined points relative to the mechanical coupling. These relative positions are preferably mirror-symmetrical on the tool module and the carrier frame.
  • construction, agricultural and municipal machines e.g. tractor with front/rear three-point hitch or front loader, telescopic, wheel and yard loader
  • industrial trucks e.g. forklifts, pallet trucks
  • other mobile or stationary hoists e.g. hoists, cranes, winches
  • the position of the working tools depends on the respective process and the geometry of the tools used.
  • the position of the working tools relates to the parameter of the working height for tool applications above the ground (e.g. mower, mulcher) or to the parameter of the working depth for tool applications in the ground (e.g. cultivator, plough, disc harrow).
  • Active position control of the tools ensures that the parameters (working height/depth) are adhered to exactly and ensures consistently good work results.
  • the carrier is equipped with an additional interface for attaching a trailing roller/packer.
  • the carrier frame of the carrier is designed to be adjustable and/or controllable. Control units are provided for control. These control units are preferably, but not exclusively, realized by a data processing device.
  • the carrier for accommodating the tool module is designed to be adjustable mechanically, electromechanically or by pressure.
  • the adjusting devices also include combinations of the mechanical, electromechanical or pressure-actuated versions.
  • the carrier is supplied with hydraulic oil by a pump driven by an electric motor or an internal combustion engine, with the pressure and volume flow being able to be variable or constant.
  • a hydraulic actuator adjusts the carrier frame and tool module. After that, another actuator can set a bolt to secure both parts. This is advantageous because robust adjustment mechanisms can be implemented in this way.
  • the quick-coupling interface is designed to adapt and operate the tool module such that it can be tilted to the soil profile, preferably along one axis, particularly preferably along two axes and particularly preferably in three axes. Furthermore, the tool module can preferably be moved and adjusted along at least one additional degree of free ice.
  • the tool module is particularly preferably designed for movement in all of its six degrees of freedom (three axes of rotation and three axes of translation).
  • the interaction of sensors and data processing unit recognizes the coupled tool and automatically controls or adjusts its orientation and/or inclination relative to the surrounding terrain by means of suitable actuators, especially when cornering and/or bumps.
  • the distance to the ground surface is determined by means of sensor units and adjusted and, if necessary, regulated by means of kinematics in such a way that the desired working depth is achieved. Since special devices, such as mulchers or mowers, are driven directly on the ground surface, the use of a wide variety of tool modules with the support frame according to the invention is thus advantageously made possible. This in turn results in an economic and logistical advantage, since only the tool modules with only at least one carrier frame have to be procured.
  • the quick-coupling interface between the carrier and the tool module has at least one kinematic system and/or at least one actuator.
  • This is advantageous because variable depth control is made possible in this way. So the depth e.g. soil tillage tools are controlled via the kinematics of the tool module.
  • the distance between the floor and a reference point for example on the support frame, is determined using a corresponding sensor system. This sensor system can work without contact or with contact.
  • the current position of the adjustment mechanisms or the associated actuators is determined.
  • the target working depth can be set by the position of the actuators of the kinematics, the geometric relationships of sensors, tool and carrier frame as well as the current distance between the ground and one reference point. In this way, it is possible to react to uneven ground and advantageously enables an active change in height during operation.
  • the sensor unit is selected from inductive sensors, capacitive sensors, acceleration sensors or optical sensors. This also includes, but is not limited to, sensor units made up of combinations of inductive, capacitive and/or optical sensors.
  • the carrier is designed for mounting on a traveling or walking mechanism.
  • the running gear or walking gear is associated with a towing vehicle and/or has at least one coupling option for a towing vehicle.
  • the chassis, walking mechanism or vehicle is designed for mechanical, electromechanical or pressure-related adjustment of the working height of the tool module.
  • the running gear or parts of running gears also include trailing elements such as trailing rollers or packers, for example, but not exclusively.
  • an additional carrier or tool carrier is designed as a storage device.
  • This storage device is preferably designed to be stackable.
  • the respective area to be serviced can advantageously be moved to a comfortable working height by suitably tilting or tilting the tool modules.
  • the tool module has at least one interface for power transmission and/or an autonomous energy supply. This is advantageous because it allows modularization of mobile and/or active tools with non-zero power consumption. Furthermore, a simplified functional test is made possible in maintenance mode.
  • active tools can be used for additional driving force or for additional feed.
  • the method of computer-aided tool management has the following steps: a) recording a target status of at least one tool, b) storing the information on the target status of the relevant tool in computer-readable form, c) recording the actual status of at least one tool, d ) Storage of the information on the actual status of the tool in question in computer-readable form, e) Identification of correlated target and actual statuses, f) Comparison of correlated target and actual statuses, g) Output of a forecast of the future actual status of the respective tool regarding and h) Deriving and issuing a recommendation for action regarding the respective tool, with the computer-aided tool management distinguishing at least between the following recommendations for action:
  • a new target state is defined by a measurement run with an actual state.
  • the computer-readable information about the target and/or actual state is selected from the list: Type of at least one tool, application area of the tool, previous service life of the tool, geometric arrangement of at least one tool component, identification feature of the tool component and/or wear of the tool tool component.
  • the comparison of the TARGET-ACTUAL information takes place during status recognition. This sends the information (correction tool position, individual tool deformed/missing%) to the tool management. As a result, the tool management reacts by adjusting the tool position and/or reporting to the operator and/or reporting to higher-level systems.
  • the parameters of the tool module are stored on a storage medium.
  • the information is transferred from the tool module to the data processing unit of the tool management.
  • the tool management recognizes based on the parameters: type of tool, previous operating time, current degree of wear, which parameters for are to be taken over by the carrier platform for the subsequent operation. This is, for example, the working depth and/or the operating speed.
  • the attached sensor system monitors the tools in the process. The monitoring can take place continuously or sporadically. Sporadic monitoring is implemented, for example, in that all parameters of the tools are only assessed when the tool module is lifted.
  • the tool management system independently evaluates the severity of the change, for example (but not exclusively) by carrying out a data comparison with the history of the data stored on the storage medium. In this way, wear can be detected by a long-term trend. In this way, short-term changes such as contamination or destruction of the tool can also be registered and detected. Depending on the severity of the detected change, the user is given direct feedback or this change is transferred to the tool management system as a new key figure. In any case, the changes are stored on the storage medium of the tool module. This has the advantage that such a manipulation of tools is made more difficult.
  • data relating to the geometric nature of the tool is stored on the storage medium. These can be measurement data from the new tool, digitized design data or image data. This advantageously provides a stable basis for comparison with changes. This is advantageously used for self-reference.
  • FIG. 1 In FIG. 1, an exemplary structure of the machine system is shown schematically in a self-propelled version.
  • installation spaces drawn in, which are identified by ((8), ((9), ((10) and ((11).
  • the machine system has a carrier/main frame ((1) to which all essential components are attached.
  • the system is based on front drive wheels and non-driven rear wheels of the chassis.
  • rolling and/or compacting working devices are provided, which are height-adjustable. These are connected to the carrier/main frame ((1) via the interface and are therefore interchangeable and interchangeable.
  • the main work process preferably takes place in construction space 1 ((8) and is carried out by a tool or a tool group in a modular design ((4).
  • construction space 1 (8) and is carried out by a tool or a tool group in a modular design ((4).
  • the respective mountable devices are connected to the carrier/main frame ((1) via a quick coupling point according to the invention.
  • the self-propelled version has an independent power supply module ((7) to provide the necessary power.
  • the various power supply modules ((7) are for example, but not exclusively, internal combustion engines, battery-electric storage devices with an electric motor and/or a fuel cell with a coupled electric motor.
  • the control, regulation and monitoring of the driving and working process is carried out via a control unit and/or an on-board computer ((5) of a so-called ECU.
  • This system can communicate via an inventive interface for data transmission of computer-readable data ((12) with an inventive computer-readable storage medium for computer-readable data ((6).
  • the system preferably moves at a speed during the work process. In the event that the work process includes soil tillage, the working depth required by the tool ((4) and the soil to be tilled is set. The information required for height adjustment is provided by the control unit and/or on-board computer ((5).
  • Figure 2 schematically shows the exemplary structure of the machine system in a self-propelled design analogous to Figure 1, with the tool module ((4) also being shown lowered here.
  • the height adjustment of the tool or the tool group in modular design ((4) takes place in the installation space 1 ((8 ) via a coupling gear ((17).
  • a coupling frame ((16) on which the tool or the tool group in modular design ((4) is fastened via an interface with a quick coupler ((19)) is moved vertically.
  • the tool or the Tool group in modular design ((4) has a module-side storage medium for computer-readable data ((22) which is read out and written to by the machine system via a data interface ((21) can be used.
  • the information read out is processed by the control unit and/or on-board computer ((5) and used to control the work process.
  • Tool states Operating/device parameters or other process/machine information can be stored that can be used for process/machine control by the control device or the on-board computer ((5).
  • this data can also be stored in the form of an IT cloud solution more generally from a computer-readable storage medium ( (6) non-locally via the interface according to the invention for data transmission c computer-readable data ((12) can be obtained.
  • Figure 4 shows schematically a device for storing ((26) at least one tool or a tool group in modular design ((4), if these are not installed in the machine system according to the invention.
  • the storage device shown is used not only for storage but also for storage, for transport as well as for maintenance/repair/overhaul. Stackability enables space-saving warehousing and logistics.
  • the individual or stacked boxes can be moved by appropriate stationary or mobile machines and devices.
  • a device for storage is shown on the left, which does not Tools or tool groups are housed in a modular design ((4).
  • On the right-hand side three storage devices are stacked and each loaded with a tool or a tool group in a modular design ((4).
  • FIG. 5 shows schematically the exemplary recommendations for action ((31) which, according to the method according to the invention, by the control unit; the on-board computer ((5) and/or the operator/technician/administrator on the local ((22) or non-local memory ( (6) have been deposited.
  • the corresponding instructions ((31) for the specific case are read out.
  • the reading out of this information is done manually or automatically by a corresponding reading device with a communication interface ((29).
  • this information can also be transmitted via data transmission according to the invention of computer-readable data ((12) in a storage medium according to the invention for computer-readable information ((6), e.g. also non-locally in an IT cloud, and used to organize and carry out the work.
  • the actual status of the tools is stored on the module-side storage medium for computer-readable data ((22).
  • the machine system can also be operated by a towing vehicle, designed as a standard tractor ((36) in this example.
  • a towing vehicle designed as a standard tractor ((36) in this example.
  • the design, functionality and modularity of the self-propelled variant do not necessarily change in this case.
  • the coupling with the standard tractor ((36) takes place, for example, but not limited to this, via a drawbar in the tractor lower link, a swiveling drawbar in the trailer hitch or ((42).
  • the tractor ((36) generates the required tractive force and supplies the machine system with energy via a supply line ((37), among other things.
  • the standard tractor ((36) via an interface for data transmission of computer-readable data ((12) with a computer-readable storage medium for computer-readable data ((6), for example and without limitation in non-local execution of an IT cloud , communicates and receives control and process information. This information is made available to the on-board computer ECU ((5) through the supply line ((37).
  • the ECU ((5) depending on the version of the standard tractor ((36), can supply it via the Supply line ((37) transmit control commands and/or current process data such as speed, route, current position, provision of energy/data. For journeys that do not take place in the work process, the front area of the machine system can be lifted out via an actuator.
  • a towed variant according to FIG. 6 is described in detail.
  • a version of a standard tractor that is permitted in Germany serves as the towing vehicle.
  • the modular machine system is coupled to the tractor (36) through a standard quick-disconnect interface.
  • the tractor (36) provides power to the machine system (e.g. electrical, hydraulic, mechanical) (37), has an interface (37) for communication and data transmission with the modular carrier and brings up the required traction to cope with the work task.
  • actively driven tools (4), chassis or trailing elements (2) can also be used to generate distribution and thus reduce the required traction of the tractor (36).
  • the exchangeable tool module is connected to the modular carrier via a quick coupling interface (19) according to the invention.
  • the storage medium (22) is read out via a data interface (21) of the machine system and the information is transmitted to the ECU (5) and evaluated.
  • This information is used, for example, to identify the tool module (4) and to set various process parameters (e.g. working depth, working speed).
  • process parameters e.g. working depth, working speed.
  • information on the tool module (2) and work process can also be stored on a non-local memory (6). In this case, the data are obtained via a corresponding interface (12).
  • a coupling gear (17) and possibly a height-adjustable chassis and/or height-adjustable tractor standard interface adjusts and regulates the tool module (4) and possibly the entire machine system in the vertical direction.
  • the tool module (4) is moved in such a way that there is a defined ground clearance between the tools and the ground.
  • the tool module (4) In the working position, the tool module (4) is in a defined position relative to the ground.
  • the tool module (4) is guided to a defined working depth by the linkage (17).
  • the working depth can be constant for the entire work process or variably adapted to the specific location.
  • the machine system is supported at the front on the tractor (36) and at the rear on the chassis or the trailing organs (2).
  • the tool module (4) When a tool is changed or removed, the tool module (4) is separated from the modular machine system at the quick-coupling interface (19) according to the invention.
  • machine data and/or status information of the tool module (4) or the individual tools can be stored on the storage medium (22) or the external memory (6) and used for further use, for transport and storage as well as for maintenance and repairs.
  • the tool modules (4) can be stored in devices (26) according to the invention. These enable easy transport and, thanks to their stackability, space-saving storage. In addition, these devices can be used for servicing and maintaining the tool modules (4).
  • the information stored on the memory module (22) can be read out automatically and manually by the operating, maintenance and repair personnel.
  • a (mobile) reading device (29) can be used for manual reading. After maintenance and repairs have been carried out, the current tool characteristic values can be stored on the storage medium (22) and thus read out after installation in the modular machine system and used for parameter setting.
  • the machine system can be designed as a self-propelled, possibly autonomous machine.
  • the interface to the standard tractor (36) is replaced by a module for the energy supply (7) and for the (primary) drive (2). The other functions remain unaffected.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Agricultural Machines (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung weist zumindest ein Werkzeugmodul (4) mit einer Schnellkoppelschnittstelle (19) und mindestens einen zur Aufnahme des mindestens einen Werkzeugmoduls ausgebildeten Träger mit Schnellkoppelschnittstelle (19) sowie mindestens eine Datenverarbeitungseinheit, die zum computergestützten Werkzeugmanagement ausgebildet ist, auf. Der Träger zur Aufnahme des Werkzeugmoduls (4) weist mindestens einen Trägerrahmen (16), mindestens eine Schnittstelle (21) zur computergestützten Werkzeugmodulidentifikation und mindestens eine Sensoreinheit auf. Der Trägerrahmen weist mindestens eine Schnellkoppelschnittstelle (19) für ein Werkzeugmodul auf. Das Werkzeugmodul weist mindestens ein Gerät (18) für den Außeneinsatz, mindestens eine zur Schnellkoppelstelle am Trägerrahmen kompatible Aufhängung, mindestens ein computerlesbares Speichermedium (22) für computerlesbare Daten und mindestens eine Schnittstelle zur Datenübertragung computerlesbarer Daten auf. Während der Arbeitsprozesse wird der Zustand der Werkzeuge durch ein zugehöriges Werkzeugmanagement erfasst und auf einem Speichermedium hinterlegt. Das Speichermedium ist je einem Werkzeugmodul eindeutig zugeordnet.

Description

Modulares Werkzeugsystem zur Bodenbearbeitung
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 jeweilseindeutig 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 einzelnenWerk- zeuge 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 Tiefen- führung 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: a) Erfassen eines Soll-Zustandes mindestens eines Werkzeugs, b) Hinterlegen der Information des Soll-Zustandes des betreffenden Werkzeugs in computerlesbarer Form, c) Erfassung des Ist-Zustandes mindestens eines Werkzeuges, d) Hinterlegen der Information des Ist-Zustandes des betreffenden Werkzeugs in computerlesbarer Form, e) Identifikation korrelierter Soll- und Ist-Zustände, f) Vergleich korrelierter Soll- und Ist-Zustände, g) Ausgabe einer Prognose den zukünftigen Ist-Zustand des jeweiligen Werkzeugs betreffend und 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 Werkzeugmaia- gements 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.
Fig. 1 : In Figur 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 über erfindungsgemäße 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.
Figur 2 zeigt schematisch den exemplarischen Aufbau des Maschinensystems in selbstfahrender Ausführung analog zu Figur 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 beschrie- ben werden kann. Die ausgelesenen Informationen werden vom Steuergerät und/oder Bordcomputer ((5) verarbeitet und zur Regelung des Arbeitsprozesses verwendet.
Schematisch ist in Figur 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 allgemeinervon einem computerlesbaren Speichermedium ((6) nicht-lokal über die erfindungsgemäße Schnittstelle zur Datenübertragung computerlesbarer Daten ((12) bezogen werden.
Figur 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 Moddbauweise ((4) beherbergt. Auf der rechten Seite sind drei Lagervorrichtungen gestapelt und jeweils mit einem Werkzeug oder einer Werkzeuggruppe in Modulbauweise ((4) beladen.
Die Figur 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 übereine 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 Fig. 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 Fig. 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 T ransport 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.
Bezugszeichen
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

Claims

Patentansprüche
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 T räger 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, 18
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.
EP21802685.4A 2020-11-02 2021-11-01 Modulares werkzeugsystem zur bodenbearbeitung Withdrawn EP4236667A1 (de)

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