(19)
(11)EP 3 382 099 A1

(12)EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43)Veröffentlichungstag:
03.10.2018  Patentblatt  2018/40

(21)Anmeldenummer: 17163614.5

(22)Anmeldetag:  29.03.2017
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
E01C 19/48(2006.01)
(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
Benannte Erstreckungsstaaten:
BA ME
Benannte Validierungsstaaten:
MA MD

(71)Anmelder: Joseph Vögele AG
67067 Ludwigshafen (DE)

(72)Erfinder:
  • BUSCHMANN, Martin
    67435 Neustadt (DE)
  • WEISER, Ralf
    68526 Ladenburg (DE)
  • MUNZ, Roman
    67435 Neustadt (DE)
  • PAWLIK, Christian, Dr.
    67435 Neustadt (DE)

(74)Vertreter: Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB 
Leopoldstraße 4
80802 München
80802 München (DE)

  


(54)STRASSENFERTIGER MIT HEIZELEMENT FÜR EINE EINBAUBOHLE


(57) Ein Straßenfertiger (1) umfasst einen Generator (G), eine Steuervorrichtung (15) und eine Einbaubohle (3), wobei die Einbaubohle (3) eine Grundbohle (9) umfasst und dazu geeignet ist, durch selektives Anbringen oder Entfernen von Verbreiterungsteilen (11, 13) von einer ersten zu zumindest einer zweiten, davon verschiedenen Bohlenkonfiguration umgebaut zu werden. Die Grundbohle (9) und die Verbreiterungsteile (11, 13) umfassen jeweils ein Verdichtungsaggregat (7) und ein vom Generator (G) mit Strom versorgbares elektrisches Heizelement (27) zum Beheizen des Verdichtungsaggregats (7) um ein Anhaften des Einbaumaterials am Verdichtungsaggregat (7) zu verhindern und einen hochwertigen Straßenbelag zu fertigen. Die Steuervorrichtung (15) ist dazu konfiguriert, in Abhängigkeit von der von der Steuervorrichtung (15) ermittelten Bohlenkonfiguration jede der zwei Heizdrahtwicklungen (41) des Heizelements (27) der Grundbohle (9) individuell zu- oder abzuschalten, um durch den Generator (G) erzeugte elektrische Leistung auf die einzelnen Heizdrahtwicklungen (41) zu verteilen.




Beschreibung


[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Straßenfertiger mit Heizelement für eine Einbaubohle.

[0002] Bei Straßenfertigern ist es bekannt, die Einbaubohle mit den Verdichtungsaggregaten, wie z. B. Tamper, Glättbleche und Pressleisten, elektrisch zu beheizen. Diese Komponenten müssen erhitzt werden, um ein Ankleben des ebenfalls erhitzten Einbaumaterials zu verhindern. Die Temperatur des Einbaumaterials beträgt im Verarbeitungszustand ca. 160 - 185 °C. An der Einbaubohle des Straßenfertigers sind deshalb Heizelemente mit Heizdrahtwicklungen angebracht, welche die Bohle vor dem Einbaubetrieb auf die erforderliche Betriebstemperatur vorheizen, sowie diese während des Einbaubetriebs aufrechterhalten. Die Strom- und Spannungsversorgung der Heizelemente erfolgt dabei in der Regel durch einen Generator, welcher von einem Primärantrieb, üblicherweise einem Dieselmotor, angetrieben wird. Um die Leistungsaufnahme bzw. den Energieverbrauch der Bohlenheizung zu begrenzen, ist es bekannt, einzelne Heizelemente unterschiedlicher Bohlensegmente getaktet, d. h. abwechselnd, zu betreiben, wie dies zum Beispiel in der EP 1 036 883 B1 beschrieben ist. Wie in der EP 1 295 990 A2 gezeigt, kann die Taktung auch die Temperatur der Bohlensegmente berücksichtigen. Aus der EP 1 555 348 B1 sind zudem Heizelemente bekannt, welche eine Mehrzahl an Heizwendeln, bzw. Heizdrahtwicklungen umfassen, wobei die Heizleistung jeder der Heizwendeln der Nenn-Heizleistung des Heizelements entspricht, was eine Redundanz im Falle eins Ausfalls einer Heizwendel bietet. Zudem kann ein Generator aufgrund unterschiedlicher Motordrehzahl variable elektrische Leistung erbringen, wie dies in WO 2014/124545 A1 beschrieben ist.

[0003] Die vorgenannten Varianten weisen jedoch Defizite darin auf, die Heizelemente sowie den Generator in einem optimalen Wirkungsgrad zu betreiben und zugleich das Leistungsvermögen der vorhandenen Bauelemente bestmöglich zu nutzen. So werden insbesondere während der Aufheizphase der Einbaubohle andere Anforderungen an Generator und Heizelemente gestellt, als dies während des Einbaubetriebs der Fall ist. Desweiteren sind Einbaubohlen in verschiedenen Konfigurationen bekannt. So gibt es neben Straßenfertigern mit Einbaubohlen fester Arbeitsbreite auch Straßenfertiger mit Einbaubohlen variabler Arbeitsbreite. Derartige Einbaubohlen umfassen üblicherweise eine Grundbohle fester Größe, welche durch selektive Anbringung oder Entfernung von Verbreiterungsteilen in ihren Abmessungen verändert werden können, um die jeweils gewünschte Straßenbreite fertigen zu können. Diese Größenänderung erfordert ebenfalls eine Heizleistungsanpassung der Bohlenheizung. Die US 8,961,064 B2 beschreibt ein Heizsystem für eine Einbaubohle mit Erkennung der angebrachten Verbreiterungsteile. Schließlich offenbart die EP 3 075 909 A1 eine Straßenbaumaschine mit einem Netzwerk, in dem ein Teil einer Stromleitung für eine Datenübertragung genutzt wird.

[0004] Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die genannten Probleme zu beseitigen und einen Straßenfertiger mit einer Einbaubohle bereitzustellen, welcher aufgrund seiner Bauart und Steuerung die Generator- und Leitungskapazität optimal ausnutzt.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Straßenfertiger mit Heizelement für eine Einbaubohle gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Beheizen von Verdichtungsaggregaten einer Einbaubohle eines Straßenfertigers gemäß Anspruch 16. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0006] Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Straßenfertiger neben anderen Elementen einen Generator, eine Steuervorrichtung und eine Einbaubohle, wobei die Einbaubohle Verdichtungsaggregate, wie z. B. Tamper, Glättbleche und Pressleisten, und mindestens ein vom Generator mit Strom versorgbares elektrisches Heizelement zum Beheizen der Verdichtungsaggregate umfasst. Die vorzugsweise austauschbar an einer Zugmaschine des Straßenfertigers montierte Einbaubohle umfasst zumindest eine Grundbohle und ist dazu geeignet, durch selektives Anbringen oder Entfernen von Verbreiterungsteilen, welche lösbare Ergänzungselemente fester Länge oder verschiebbare Ausziehelemente sein können, von einer ersten zu zumindest einer zweiten, davon verschiedenen Bohlenkonfiguration umgebaut zu werden. So können linke und rechte Ausziehelemente, welche bereits mit der Grundbohle verbunden sind, ausgezogen werden, um eine größere Arbeitsbreite zu erhalten. Die Verbreiterungsteile können aber auch in Varianten vorliegen, welche erst an die Grundbohle und/oder an Ausziehelementen angebracht und befestigt werden, um die Einbaubohle zu verbreitern. Auch kann die Verbreiterung durch jeweils mehrere Ausziehelemente und/oder Ergänzungselemente pro Seite erfolgen, und diese können aneinander und/oder an der Grundbohle befestigt werden.

[0007] Das Heizelement ist als elektrisches Widerstandsheizelement ausgebildet und umfasst dabei mindestens zwei voneinander strom- und spannungsisolierte Heizdrahtwicklungen, welche, gesteuert von der Steuervorrichtung, individuell zu- und abschaltbar sind. Die Steuervorrichtung ist dabei derart konfiguriert, dass sie die Schaltung der Heizdrahtwicklungen in Abhängigkeit einer zuvor ermittelten Bohlenkonfiguration vornimmt, um durch den Generator erzeugte elektrische Leistung auf die einzelnen Heizdrahtwicklungen zu verteilen. Dabei wird insbesondere die Konfiguration, also die Art, die Größe und der Aufbau der Einbaubohle ermittelt, um auf zumindest der Grundbohle die Heizdrahtwicklungen des einen oder der mehreren Heizelemente individuell zu schalten. Somit kann die vom Generator zur Verfügung gestellte elektrische Leistung bereits auf der Grundbohle auf die einzelnen Heizdrahtwicklungen verteilt werden.

[0008] Dies bietet den Vorteil, die Beheizung der Verdichtungsaggregate möglichst homogen, je nach Anordnung der Heizdrahtwicklungen, gestalten zu können, was auch einen ungewollten Wärmeverlust verringert und damit den Wirkungsgrad erhöht. Dies reduziert nicht nur die Betriebskosten sondern erhöht auch die Verarbeitungs- bzw. Fertigungsqualität. Da also einzelne Heizdrahtwicklungen in Kombination miteinander betrieben werden und diese zudem der Bohlengeometrie angepasst angeordnet sein können, kann die einzelne Heizdrahtwicklung für einen enger umgrenzten Heizleistungsbereich, d.h. einen Bereich elektrischer Leistung, dimensioniert sein, was einerseits eine geringe Effektivität bei der Beaufschlagung mit niedriger elektrischer Leistung verhindert und andererseits eine Materialschwächung bei hoher elektrischer Leistung verhindert.

[0009] In einer vorteilhaften Variante ist das Heizelement mit seinen zwei oder mehr Heizdrahtwicklungen modulartig ausgebildet und lösbar an der Einbaubohle bzw. den Verdichtungsaggregaten angebracht. Dies ermöglicht eine einfache Handhabung des Heizelements im Falle von nötigen Reparaturen oder eines Austauschs. So kann der Betrieb mit einem Ersatzheizelement fortgesetzt werden, wenn ein Heizelement einer Reparatur bedarf. Auch ist die Verwendung von verschiedenen alternativen Heizelementen mit unterschiedlicher Leistungsaufnahme denkbar, um auf unterschiedliche Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel einen Sommer- oder Winterbetrieb, umzustellen.

[0010] In einer typischen Variante ist die Steuervorrichtung dazu konfiguriert, in Abhängigkeit der Bohlenkonfiguration jede der Heizdrahtwicklungen der Verbreiterungsteile individuell zu- oder abzuschalten. Wurde die Bohlenkonfiguration, also die Größe und Art der Grundbohle und, sofern vorhanden, der Verbreiterungsteile, bei Betriebsbeginn von der Steuervorrichtung ermittelt, so schaltet diese die Heizdrahtwicklungen der Heizelemente von Verbreiterungsteilen wie auf der Grundbohle individuell und in Abhängigkeit der gewünschten Heizcharakteristik. Somit kann für alle Komponenten der Einbaubohle eine effektive und an die Betriebsparameter angepasste Beheizung erfolgen.

[0011] Besonders vorteilhaft wäre es, die Heizdrahtwicklungen eines Heizelements im Sinne einer Hauptwicklung und einer Zusatzwicklung für unterschiedliche Leistungsbereiche zu dimensionieren. So kann die Hauptwicklung zum Beispiel für zwei Drittel und die Zusatzwicklung für ein Drittel der insgesamt möglichen Heizleistung ausgelegt sein. Dies ermöglicht den Betrieb des Heizelements in vier Stufen, nämlich Null, ein Drittel, zwei Drittel und drei Drittel der Gesamtleistung.

[0012] Somit können bereits bauartbedingt unterschiedliche Heizleistungsstufen vorgesehen werden, welche, wie weiter unten beschrieben, mittels zusätzlicher Parameter weiter variiert werden können. Durch eine derartige Ausführung kann die spezifische Heizleistung, d.h. die Heizleistung pro Fläche, besonders zweckmäßig variiert werden. Die bauartbedingte Planung unterschiedlicher Heizleistungsbereiche ermöglicht die Anpassung der Heizdrahtbeschaffenheit, wie zum Beispiel des Drahtdurchmessers, um einen Heizvorgang mit möglichst hohem Wirkungsgrad und geringer Materialbelastung zu gewährleisten.

[0013] Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung dazu konfiguriert, die Bohlenkonfiguration automatisch zu ermitteln. Die Steuervorrichtung, welche als Mikrocomputer mit entsprechender Software implementiert werden kann, ist also derart programmiert, bei Betriebsbeginn, zum Beispiel beim Einschalten des Straßenfertigers oder des Bedienpanels, alle nötigen Informationen zum Aufbau der Einbaubohle automatisch zu beziehen und für die Steuerung der Bohlenheizung zu berücksichtigen. Die Steuervorrichtung fragt z.B. zunächst die Datenzulaufkanäle ab und erhält die Typen-Informationen aller vorhandenen Bohlenkomponenten. Dabei können die Komponenten entweder per Kabel und entsprechender Steckverbindung oder per Funk mit der Steuervorrichtung verbunden sein. Die eigentliche Identifikation der einzelnen Bohlenkomponenten kann dabei auf unterschiedlichste Art und Weise erfolgen. So können Gewichtssensoren, welche mit der Steuervorrichtung verbunden sind, dazu dienen, die Bohlenkonfiguration zu ermitteln, oder die Bohlenkomponenten können mit spezifischen ID-Tags (Identifikationscodes) versehen sein, welche ausgelesen werden. Die jeweils erfassten Daten werden dann insbesondere mit einer in der Steuervorrichtung gespeicherten Datenbank verglichen, welche durch PC-Schnittstelle aktualisiert werden kann. Die automatische Erkennung der Bohlenkonfiguration bietet dem Maschinenoperateur eine deutliche Zeitersparnis, da manuelle Eingaben nicht erfolgen müssen. Lediglich das gewünschte Heizprogramm muss gegebenenfalls eingestellt werden. Mittels zusätzlicher Sensoren, wie zum Beispiel Umgebungstemperatur- oder Bohlentemperatursensor, können zusätzliche, für den Betrieb der Bohlenheizung relevante Informationen gesammelt werden, und die Steuervorrichtung kann daraus Heizprogramme berechnen und dem Anwender vorschlagen.

[0014] In einer gängigen Variante weist der Straßenfertiger ein Power-Line-Communication- (PLC-) Basismodul und die Einbaubohle ein oder mehrere PLC-Module auf, welche dazu konfiguriert und verschaltet sind, um über die vorhandenen Stromleitungen zu kommunizieren. Dabei ist die Steuervorrichtung und/oder das PLC-Basismodul derart konfiguriert, den Aufbau der Einbaubohle durch Auswertung der PLC-Module mittels PLC-Datenübertragung zu erfassen. Wie aus anderen Anwendungen bekannt, wird bei der PLC-Datenübertragung das Datensignal über eine Trägerfrequenz zusätzlich auf die mit z.B. 230 V oder 400 V betriebene Stromleitung zu den Heizelementen moduliert. Das PLC-Basismodul sowie die PLC-Module sind dabei so angebracht und verschaltet, die Signale ein- und auszukoppeln sowie Steuerungsbefehle weiterzuleiten. Die PLC-Datenübertragung ist eine robuste Übertragungstechnik und reduziert den Bedarf an weiteren Steuerungsleitungen. Dies verringert den Herstellungsaufwand und damit die Herstellungskosten sowie einen möglichen Reparaturbedarf. Wenn die PLC-Module, welche auf der Einbaubohle angeordnet sind, auch als Speichereinheiten für Informationen zu Typ und Aufbau der Einbaubohle dienen, können weitere elektronische Bauteile effektiv eingespart werden.

[0015] In einer vorteilhaften Variante wird jede Heizdrahtwicklung des Heizelements durch ein Schaltrelais zu- und abgeschaltet. Wie im vorangegangenen Absatz beschrieben, ist die Signalübertragung mittels PLC eine auch für Baumaschinen besonders vorteilhafte Variante. So kann auch die Schaltung der Heizdrahtwicklungen, also die Ansteuerung eines Schaltrelais, derart erfolgen. Dieser Aufbau bietet eine robuste und zuverlässige Steuerung und auch die Möglichkeit spätere technische Erweiterungen zu implementieren.

[0016] In einer weiteren Variante weist der Straßenfertiger für jede Heizdrahtwicklung eines Heizelements ein in ein Heizelementüberwachungsmodul integriertes Schaltrelais zum Zu- oder Abschalten der Heizdrahtwicklung auf. Je nach Ausführung des Heizelementüberwachungsmoduls kann pro Heizdrahtwicklung je eines angeordnet sein. Es kann aber auch ein Heizelementüberwachungsmodul für die Überwachung mehrerer Heizdrahtwicklungen oder auch mehrerer Heizelemente verschaltet sein. Vorzugsweise ist desweiteren die Steuervorrichtung dazu konfiguriert und verschaltet, das Schaltrelais über die Stromleitung mittels PLC anzusteuern. Es ist zweckmäßig, die Schaltungsfunktionen mit den Heizelementüberwachungsmodulen zu kombinieren, um Platz zu sparen und bereits vorhandene Bauteile effektiv zu nutzen.

[0017] In einer weiteren Variante ist jedes Schaltrelais eines Heizelements an eine separate Stromleitung und eine separate Steuerleitung angeschlossen. Veranlasst durch das Steuersignal, welches an das Schaltrelais geleitet wird, stellt dieses den Stromfluß zur Heizdrahtwicklung her oder unterbricht ihn. Dies ermöglicht die Verwendung weiterer Signalübertragungstechniken und die Modifikation der Steuerleitung unabhängig von der Stromversorgung und umgekehrt.

[0018] Vorzugsweise können die Komponenten der Einbaubohle, also die Grundbohle und die Verbreiterungsteile, jeweils zwei oder mehr Heizelemente aufweisen, wobei die Anzahl der Heizelemente einer Komponente unabhängig von den übrigen ist. Jedes der Heizelemente umfasst dabei insbesondere wenigstens zwei Heizdrahtwicklungen. Dies ermöglicht es, unterschiedliche Bereiche der Einbaubohle mit unterschiedlichen Heizleistungen zu beaufschlagen, was zu einer Energieeinsparung führt, wenn unterschiedliche Wärmeverluste, zum Beispiel von Randbereichen im Vergleich zu mittigen Bereichen, auftreten. Die Produktion kleinerer Module ist außerdem einfacher und kostengünstiger, was genauso für Austausch oder Reparatur bei einem technischen Defekt gilt, und auch der Straßenfertigungsbetrieb kann währenddessen aufrechterhalten werden, wenn die verbleibenden Heizelemente zur Kompensation mit größerer Heizleistung betrieben werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die in diesem Text vorangehenden sowie die folgenden Aussagen sowohl für ein als auch mehrere Heizelemente pro Komponente gelten.

[0019] In einer typischen Variante ist der Generator dazu geeignet, mit variabler Drehzahl betrieben zu werden, wobei die Leistung des Generators mit steigender Drehzahl zunimmt. In Abhängigkeit der Drehzahl des Primärantriebs, üblicherweise eines Dieselmotors, kann so die Strom- und Spannungsversorgung der Heizelemente an den aktuellen Heizleistungsbedarf der Einbaubohle angepasst werden. Die stufenlose Drehzahlregelung ermöglicht es zusammen mit den weiteren beschriebenen Einstellmöglichkeiten, die Heizleistung exakt an Umgebungsbedingungen und den Betriebsmodus anzupassen. Durch die Auslegung der Heizdrahtwicklungen für bestimmte Heizleistungsbereiche kann die jeweilige Heizdrahtwicklung mit Spannung oder Strom in einer Höhe beaufschlagt werden, welche einen besonders effizienten Betrieb erlaubt.

[0020] In einer weiteren vorteilhaften Variante ist es möglich, einen Betriebsmodus des Straßenfertigers, wie z. B. "Eco" oder "Power", vorzuwählen. Damit wird eine maximale Generatordrehzahl bzw. Generatorleistung voreingestellt. In Abhängigkeit des Betriebsmodus und damit der zur Verfügung stehenden Generatorleistung regelt dann die Steuervorrichtung ein Zu- und Abschalten von Heizdrahtwicklungen. So kann es sinnvoll sein, in einem "Power"-Modus eine maximale Drehzahl, für die der Generator geeignet ist, zum Beispiel 1500 U/min zu wählen um eine schnellstmögliche Aufheizung der Einbaubohle zu erreichen oder um ungünstige Bedingungen, wie zum Beispiel besonders niedrige Umgebungstemperaturen, zu kompensieren. In einer anderen Situation kann es geboten sein, die Bohlenheizung mit einer niedrigeren als der maximal möglichen Generatordrehzahl zu betreiben und deshalb vor dem Betrieb einen "Eco"-Modus zu wählen, welcher die Drehzahl auf zum Beispiel 1200 U/min begrenzt. Dies kann sinnvoll sein, um einen geringeren Kraftstoffverbrauch oder eine niedrigere Geräuschemission zu erzielen oder weil die Umgebungsbedingungen (z.B. Umgebungstemperatur) lediglich einen niedrigeren Heizleistungsbedarf erfordern.

[0021] Die vom Betriebsmodus abhängige maximale Generatorleistung wird dabei von der Steuervorrichtung ermittelt und wird so von dieser gleichmäßig auf die Heizdrahtwicklungen verteilt. Die Schaltung der Heizdrahtwicklungen erfolgt dabei so, dass die elektrische Leistung möglichst gut ausgenutzt wird. Alternativ oder in Kombination zur maximalen Drehzahlvorgabe können natürlich auch andere, dem Fachmann bekannte Einstellmöglichkeiten beim Betrieb eines elektrischen Generators vorgenommen werden. So kann zum Beispiel der Erregerstrom, welcher das magnetische Feld erzeugt, begrenzt werden. So können maximale Heizleistungen von zum Beispiel 35 kW, 31 kW oder 25 kW eingestellt werden. Da die Zu- oder Abschaltung von Heizdrahtwicklungen maßgeblich für die Leistungsaufnahme der Einbaubohle ist und die Heizdrahtwicklungen im Bereich ihres größten Wirkungsgrads betrieben werden sollten, ist die Steuervorrichtung z.B. dazu ausgelegt, Heizdrahtwicklungen abzuschalten, falls der Heizleistungsbedarf in dem gewählten Modus nicht erbracht werden kann. Natürlich ist es zweckmäßig, nicht nur die Bohlenheizung sondern auch andere elektrische Verbraucher, wie zum Beispiel Beleuchtung, Steuerung oder das Laden einer Bordbatterie, ebenfalls mit elektrischer Leistung desselben Generators, welcher auch zur Energieversorgung der Bohlenheizung dient, zu betreiben. Damit steht nicht die gesamte vom Generator erzeugte elektrische Leistung für die Bohlenheizung zur Verfügung, wobei die Verteilung der elektrischen Leistung auf die Bordelektronik des Straßenfertigers weiterhin durch die Steuervorrichtung erfolgen kann. Alternativ ist es auch denkbar, einen zweiten Generator bzw. eine Lichtmaschine zur Versorgung der übrigen elektrischen Verbraucher von dem Primärantrieb antreiben zu lassen.

[0022] Idealerweise ist die Steuervorrichtung dazu konfiguriert, die Heizleistung des Heizelements oder der Heizelemente in Abhängigkeit eines voreingestellten Zeitprogramms oder Schaltmusters zu variieren. So kann es zweckmäßig sein, die einzelnen Heizdrahtwicklungen eines Heizelements eines linken Bohlensegments getaktet, d.h. periodisch alternierend, mit den einzelnen Heizdrahtwicklungen eines Heizelements eines rechten Bohlensegments zu- und abzuschalten. Ist der Heizleistungsbedarf aufgrund der gegebenen Bedingungen, wie zum Beispiel Umgebungstemperatur, Temperatur des Einbaumaterials, Bodentemperatur, gering, kommt es also in Verbindung mit der Wärmekapazität der Verdichtungsaggregate zu einem geringen Wärmeabfluss, so führt die Taktung zu einer Energieeinsparung. Außerdem ist dadurch eine weitere Unterteilung der oben beschriebenen Leistungsstufen auf z.B. 1/6-Schritte der Gesamtleistung möglich.

[0023] In einer weiteren Variante ist die Steuervorrichtung derart konfiguriert, um anhand von Signalen von Sensoren, welche z. B. die Wicklungstemperatur, den Wicklungswiderstand, die Drehzahl, oder die Spannungsabgabe des Generators oder andere Größen, die eine Belastung des Generators anzeigen, die Heizleistung des Heizelementes oder mehrerer Heizelemente anzupassen, um eine Überlastung des Generators zu verhindern. Somit ist für den Generator aber auch für die Heizdrahtwicklungen ein automatischer Schutz gegen Beschädigung durch zu hohe Strom- und Spannungsbeaufschlagung gegeben. Dies ist relevant bei Bedienungsfehlern, Fehlprogrammierung der Steuervorrichtung oder dem Einsatz ungeeigneter Erweiterungssegmente. Somit werden aufwändige und teure Reparaturen oder der Austausch des Generators, der Heizelemente oder anderer Komponenten vermieden. Gleichzeitig kann jedoch das Heizsystem derart ausgelegt sein, dass der durch Sensoren überwachte Generator temporär mit seiner maximalen Leistungsabgabe durch Zuschalten zusätzlicher Heizelemente betrieben wird, was insbesondere in der Aufheizphase zu einer Verkürzung der Aufheizzeit führt. Das Heizsystem kann zusätzlich derart ausgelegt sein, dass spätere Erweiterungen, z.B. Verwendung eines Generators mit höherer Leistung oder anderer Heizelemente, auch elektronisch berücksichtigt werden können.

[0024] Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1:
eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Straßenfertigers mit beheizbarer Einbaubohle,
Figur 2:
eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Straßenfertigers mit beheizbarer Einbaubohle in einer ersten Bohlenkonfiguration umfassend eine Grundbohle,
Figur 3:
eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Straßenfertigers mit beheizbarer Einbaubohle in einer zweiten Bohlenkonfiguration umfassend eine Grundbohle sowie zwei Verbreiterungsteile,
Figur 4:
eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Straßenfertigers mit beheizbarer Einbaubohle, welche ein linkes und ein rechtes Verbreiterungsteil umfasst und mehrere Heizelemente aufweist,
Figur 5:
eine schematische detaillierte Ansicht eines PLC-Moduls und eines Heizelements einer beheizbaren Einbaubohle,
Figur 6:
eine schematische Ansicht der wichtigsten Schritte des Verfahrens, gesteuert durch die Steuervorrichtung.


[0025] Einander entsprechende Komponenten sind in den Figuren jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.

[0026] Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Straßenfertigers 1 in schematischer Ansicht, mit einer beheizbaren Einbaubohle 3 und einer Zugmaschine 5. Über einen Befestigungsmechanismus können Einbaubohlen 3 verschiedener Art austauschbar an der Zugmaschine 5 angebracht werden. An der Unterseite der Einbaubohle 3 befindet sich ein Verdichtungsaggregat 7, welches aus dem Einbaumaterial einen ebenen und festen Straßenbelag formt. Ein Gewichtssensor 8, welcher an der Aufhängung der Einbaubohle 3 an der Zugmaschine 5 angebracht ist, kann dazu dienen, die Bohlenkonfiguration mittels bekannter Gewichtswerte der unterschiedlichen Modelle der Einbaubohle 3 zu bestimmen.

[0027] Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Straßenfertigers 1 mit beheizbarer Einbaubohle 3 in einer ersten Bohlenkonfiguration, umfassend eine Grundbohle 9. Von der Zugmaschine 5 führen zwei Stromleitungen 25 zu der Grundbohle 9, welche im Wesentlichen zur Stromversorgung der Bohlenheizung dienen und durch die doppelte Ausführung bereits für die Versorgung von zusätzlichen Verbreiterungsteilen geeignet sind. Je nach benötigter elektrischer Leistung wäre auch eine einzelne Stromleitung 25 möglich und ausreichend. Die gezeigte erste Bohlenkonfiguration besitzt bereits für den gewünschten Einsatzbereich eine ausreichende Breite.

[0028] Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Straßenfertigers 1 mit beheizbarer Einbaubohle 3 in einer zweiten Bohlenkonfiguration, umfassend eine Grundbohle 9 sowie ein linkes und ein rechtes Verbreiterungsteil 11, 13. Diese zweite Bohlenkonfiguration dient dazu, breitere Straßen oder Flächen zu fertigen, also zum Beispiel zu asphaltieren, als in Fig. 2. Die Verbreiterungsteile 11, 13 können lösbar als Ergänzungselemente an der Grundbohle 9 angeordnet sein und über mechanische und/oder hydraulische und/oder elektrische Verbindungen 10 mit der Grundbohle 9 verbunden sein. Um die Verbindungen 10 darzustellen, wurde jeweils ein Abstand zwischen der Grundbohle 9 und den Verbreiterungsteilen 11, 13 in der Zeichnung dargestellt. Tatsächlich sind die Verbreiterungsteile 11, 13 bündig an der Grundbohle 9 angeordnet, da der Straßenbelag ohne Unebenheiten oder Rippen geformt werden muss. Derlei träte auf, wenn Abstände zwischen den Verbreiterungsteilen 11, 13 und der Grundbohle 9 vorhanden wären. Die Verbreiterungsteile 11, 13 können auch Ausziehelemente sein, welche an der Grundbohle 9 angeordnet und von dieser seitlich ganz oder teilweise ausziehbar sind.

[0029] Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht der Komponenten und deren Verschaltung eines Ausführungsbeispiels eines Straßenfertigers 1 mit beheizbarer Einbaubohle 3. Der Straßenfertiger 1 umfasst die Zugmaschine 5 und die Einbaubohle 3, welche eine Grundbohle 9 und hier beispielhaft ein linkes und rechtes Verbreiterungsteil 11, 13 umfasst. Üblicherweise sind auf der Zugmaschine 5 angebracht die Steuervorrichtung 15, ein Power-Line-Communication- (PLC-) Basismodul 17 und ein Bedienpult 21, welches auf dem Bedienstand des Straßenfertigers 1 dem Operateur zur Steuerung der Bohlenheizung dient. Außerdem umfasst die Zugmaschine 5 eine Batterie 19, welche zum Beispiel eine 24V-Spannungsversorgung bietet und zum Anlassen eines Primärantriebs, üblicherweise eines Dieselmotors, oder zur Versorgung der elektronischen Komponenten bei ausgeschaltetem Motor dient. Ein Generator G wird durch den Motor angetrieben und erzeugt die elektrische Leistung zur Beheizung der Einbaubohle 3. Desweiteren ist ein Schütz 23 zur Sicherung der elektronischen Komponenten vorgesehen.

[0030] Wie in der Darstellung gezeigt, dienen die Stromleitungen 25 zur Versorgung der Heizelemente 27, und die Steuersignale des PLC-Basismoduls 17 werden in die Stromleitungen 25 eingekoppelt. Hier ist eine Variante gezeigt, in der zwei Stromleitungen 25 vom Schütz 23 und somit vom Generator G wegführen, um jeweils eine Hälfte der Einbaubohle 3 mit Strom zu versorgen. Bei geeigneter Dimensionierung ist jedoch auch nur eine einzelne Stromleitung 25 möglich, welche vom Schütz 23 auf der Zugmaschine 5 zur Einbaubohle 3 führt und sich auf der Einbaubohle 3 zu den Heizelementen 27 aufteilt. Die Heizelemente 27 sind über ein PLC-Modul 29 an die Stromleitungen 25 angeschlossen. Das PLC-Modul 29 empfängt die Signale zur Zu- und Abschaltung von Heizdrahtwicklungen der Heizelemente 27 von der Steuervorrichtung 15 bzw. dem PLC-Basismodul 17 und schaltet damit ein Schaltrelais 31 (Fig. 5) zum Öffnen und Schließen der Stromversorgung der jeweiligen Heizdrahtwicklung. Zusätzlich zum Bedienpult 21 kann auch ein zweites Bedienpult 35 an der Einbaubohle 3 vorhanden sein, um eine Steuerung direkt an der Einbaubohle 3 zu ermöglichen.

[0031] Die Bohlenkonfiguration kann von der Steuervorrichtung 15 zum Beispiel durch einen Gewichtssensor 8, welcher das Gewicht der Einbaubohle 3 an deren Aufhängung an der Zugmaschine 5 misst, ermittelt werden. Alternativ dazu oder zusätzlich kann auch ein ID-Tag 37, welcher jeweils an der Grundbohle 9 und an Verbreiterungsteilen 11, 13 angebracht ist, von der Steuervorrichtung 15 ausgelesen werden. Dabei ist der Gewichtssensor 8 oder ID-Tag 37 mit der Steuervorrichtung 15 und/oder dem PLC-Basismodul 17 per Kabel verbunden, oder seine Daten können per Funk (z.B. mittels RFID-Technik) ausgelesen werden. Auch das PLC-Modul 29 kann die spezifischen Informationen zu Typ und Aufbau der Einbaubohle 3 enthalten und der Datensatz kann von der Steuervorrichtung 15 oder dem PLC-Basismodul 17 ausgelesen werden. PLC-Modul 29 und ID-Tag 37 sind dabei nicht nur auf der Grundbohle 9 vorhanden, sondern auch auf Verbreiterungsteilen 11, 13, welche über mechanische und/oder hydraulische und/oder elektrische Verbindungen 10 mit der Grundbohle 9 verbunden sind. Wird keine PLC-Technik eingesetzt, kann eine zusätzliche Steuerleitung 26 angeordnet sein, welche die Steuervorrichtung 15 mit den Schaltrelais 31 (Fig. 5) verbindet und das Steuersignal überträgt.

[0032] Desweiteren kann ein Sensor 43 an dem Generator G angebracht sein, um dessen Betriebszustand und Belastung, z.B. mittels Messung der Wicklungstemperator, Drehzahl oder abgegebenen Spannung, zu überwachen.

[0033] Fig. 5 zeigt eine detaillierte schematische Ansicht eines PLC-Moduls 29 und eines Heizelements 27 einer beheizbaren Einbaubohle 3. Wird die Beheizung der Einbaubohle 3 mittels PLC gesteuert, so gelangt über die Stromleitung 25 der elektrische Strom und das Steuersignal zum Schaltrelais 31, wobei dieses derart mit der Stromleitung 25 verschaltet ist, dass aufgrund des Steuersignals das Schaltrelais 31 den Stromfluss zum Heizelement 27 herstellt oder unterbricht. Jedes Schaltrelais 31 schaltet eine von hier zwei Heizdrahtwicklungen 41 des Heizelements 27 und ist mit der Heizdrahtwicklung 41 durch je eine weitere Stromleitung 25 verbunden. Die Zuleitung vom Generator G zu den Schaltrelais 31 bzw. den PLC-Modulen 29 kann bei geeigneter Wahl der Leitungsdimensionen durch eine einzelne Stromleitung 25 erfolgen, welche sich vor den PLC-Modulen 29 zu diesen hin teilt. Genauso sind auch mehr als zwei Stromleitungen 25 denkbar. Die elektronische Schaltung innerhalb der PLC-Module 29 ist dabei so konfiguriert, um die für das jeweilige PLC-Modul 29 bestimmten Steuerungssignale zu verarbeiten, wie dies allgemein aus der Datenübertragung bekannt ist. Von den Schaltrelais 31 bzw. den PLC-Modulen 29 führen separate Stromleitungen 25 zu den einzelnen Heizdrahtwicklungen 41. Dabei kann eine LED-Leuchte 33 zwischengeschaltet sein, um den Arbeitszustand der Heizdrahtwicklung 41 anzuzeigen. Zusätzlich kann das Schaltrelais 31 in ein Heizelementüberwachungsmodul 32 integriert sein, welches zusätzliche Funktionen zur Überwachung der Bohlenbeheizung bietet. Vorzugsweise sind die Heizelemente 27 modulartig ausgebildet, d.h. sie sind samt ihrer Heizdrahtwicklungen als Modul demontierbar und formstabil ausgebildet. Die Heizdrahtwicklungen 41 können dabei in einem wärmeleitenden Material gekapselt sein.

[0034] Wird keine PLC-Kommunikation eingesetzt, kann eine zusätzliche Steuerleitung 26 angeordnet sein, welche das Steuersignal zu den Schaltrelais 31 überträgt.

[0035] Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht der wichtigsten Schritte des Verfahrens 50 zur Beheizung von Verdichtungsaggregaten 7 einer Einbaubohle 3, gesteuert durch die Steuervorrichtung 15. In Schritt 51 ermittelt die Steuervorrichtung 15 die Bohlenkonfiguration, zum Beispiel anhand des Gewichtssensors 8. So kann z.B. eine Grundbohle 9 ein bekanntes Gewicht von 2,0t und zwei Verbreiterungsteile 11, 13 von je 0,8t haben. Da die Gewichte spezifisch für die einzelnen Bohlenmodelle sind, kann so die Steuervorrichtung 15 deren Konfiguration und Heizleistungsdaten ermitteln. Alternativ sind in elektronischen Speichereinheiten, den ID-Tags 37, die Bohlendaten gespeichert und können von der Steuervorrichtung 15 ausgelesen werden. Alternativ können die Bohlendaten auch in Speichereinheiten der PLC-Module 29 gespeichert sein oder sie werden vom Bediener über eine Schnittstelle eingegeben.

[0036] Dann schließt sich ein weiterer Schritt 53 an, in welchem die maximal mögliche elektrische Leistung des Generators G durch die Steuervorrichtung 15 ermittelt wird. Dabei wird die Wahl des Betriebsmodus, z.B. "Eco" oder "Power", berücksichtigt, in welchem die maximal zur Verfügung stehende Leistung begrenzt wird, indem im Betriebsmodus "Eco" die Drehzahl des Generators G auf einen Maximalwert begrenzt oder aber im Betriebsmodus "Power" die technisch mögliche Maximalleistung des Generators G zugelassen wird.

[0037] Im Anschluss daran, in Schritt 55, verteilt die Steuervorrichtung 15 vom Generator G erzeugte elektrische Leistung auf die Heizdrahtwicklungen 41 durch Zu- oder Abschalten derselben. Wie bereits oben erwähnt, ist zwischen einer maximalen für die Beheizung der Einbaubohle 3 zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung und einer maximalen Generatorleistung zu unterscheiden, da der Generator G üblicherweise noch andere elektrische Verbraucher mit Strom versorgt. Die Zu- und Abschaltung der Heizdrahtwicklungen 41 kann auch getaktet erfolgen, d.h. die einzelnen Heizdrahtwicklungen 41 werden im Wechsel, nach einem zuvor berechneten Schaltmuster, mit elektrischer Energie beaufschlagt.

[0038] Ausgehend von den oben dargestellten Ausführungsformen eines Straßenfertigers 1 mit beheizbarer Einbaubohle 3 sind vielerlei Variationen desselben möglich. So kann die Einbaubohle 3 neben den Verdichtungsaggregaten 7 wie Tamper, Glättblechen oder Pressleisten, auch andere Verdichtungsaggregate 7 aufweisen. Ebenso kann der Straßenfertiger 1 auch Einbaubohlen 3 fester Arbeitsbreite umfassen. Die Heizelemente 27 können je nach Bedarf unterschiedlich gestaltet sein, wobei die Heizdrahtwicklungen 41 unterschiedliche Formen und Größen haben können. Modifikationen an der Strom- und Spannungsversorgung sowie der Steuervorrichtung 15 sind in vielerlei Varianten möglich. So kann beispielsweise die Stromversorgung in Gleich- oder Wechselstromtechnik ausgeführt sein.


Ansprüche

1. Straßenfertiger (1) mit einem Generator (G), einer Steuervorrichtung (15) und einer Einbaubohle (3), wobei die Einbaubohle (3) eine Grundbohle (9) umfasst und dazu geeignet ist, durch selektives Anbringen oder Entfernen von Verbreiterungsteilen (11, 13) von einer ersten zu zumindest einer zweiten, davon verschiedenen Bohlenkonfiguration umgebaut zu werden, wobei die Grundbohle (9) und die Verbreiterungsteile (11, 13) jeweils ein Verdichtungsaggregat (7) und mindestens ein vom Generator (G) mit Strom versorgbares elektrisches Heizelement (27) zum Beheizen des Verdichtungsaggregats (7) umfassen, wobei das Heizelement (27) wenigstens zwei Heizdrahtwicklungen 41 umfasst,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuervorrichtung (15) dazu konfiguriert ist, in Abhängigkeit von der von der Steuervorrichtung (15) ermittelten Bohlenkonfiguration jede der Heizdrahtwicklungen (41) des Heizelements (27) der Grundbohle (9) individuell zu- oder abzuschalten, um durch den Generator (G) erzeugte elektrische Leistung auf die einzelnen Heizdrahtwicklungen (41) zu verteilen.
 
2. Straßenfertiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (27) modulartig ausgebildet und lösbar an der Einbaubohle (3) angebracht ist.
 
3. Straßenfertiger nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (15) dazu konfiguriert ist, in Abhängigkeit der Bohlenkonfiguration jede der Heizdrahtwicklungen (41) der Verbreiterungsteile (11, 13) individuell zu- oder abzuschalten.
 
4. Straßenfertiger nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizdrahtwicklungen (41) des Heizelements (27) dazu ausgelegt sind, unterschiedliche Heizleistungen abzugeben.
 
5. Straßenfertiger nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (15) dazu konfiguriert ist, die Bohlenkonfiguration automatisch zu ermitteln.
 
6. Straßenfertiger nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (15) dazu konfiguriert ist, den Aufbau der Einbaubohle (3) mittels Gewichtssensor (8) oder ID-Tags (37) zu erfassen.
 
7. Straßenfertiger nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Straßenfertiger (1) ein Power-Line-Communication- (PLC-) Basismodul (17) aufweist und die Einbaubohle (3) ein oder mehrere PLC-Module (29) aufweist und die Steuervorrichtung (15) und/oder das PLC-Basismodul (17) dazu konfiguriert ist, den Aufbau der Einbaubohle (3) durch Auswertung der PLC-Module (29) mittels PLC zu erfassen.
 
8. Straßenfertiger nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, für jede Heizdrahtwicklung (41) des Heizelements (27) ein Schaltrelais (31) zum Zu- oder Abschalten der Heizdrahtwicklung (41) aufzuweisen, wobei vorzugsweise die Steuervorrichtung (15) dazu konfiguriert und verschaltet ist, das Schaltrelais (31) über die Stromleitung (25) mittels Power-Line-Communication anzusteuern.
 
9. Straßenfertiger nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, für jede Heizdrahtwicklung (41) des Heizelements (27) ein in ein Heizelementüberwachungsmodul (32) integriertes Schaltrelais (31) zum Zu- oder Abschalten der Heizdrahtwicklung (41) aufzuweisen, wobei vorzugsweise die Steuervorrichtung (15) dazu konfiguriert und verschaltet ist, das Schaltrelais (31) über die Stromleitung (25) mittels Power-Line-Communication anzusteuern.
 
10. Straßenfertiger nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jedes Schaltrelais (31) eines Heizelements (27) eine separate Stromleitung (25) und eine separate Steuerleitung (26) angeschlossen ist und die Steuervorrichtung (15) dazu konfiguriert und verschaltet ist, das Schaltrelais (31) über die separate Steuerleitung (26) anzusteuern.
 
11. Straßenfertiger nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundbohle (9) und/oder die Verbreiterungsteile (11, 13) jeweils zwei oder mehr Heizelemente (27) aufweisen, wobei jedes der Heizelemente (27) wenigstens zwei Heizdrahtwicklungen (41) umfasst.
 
12. Straßenfertiger nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (G) dazu geeignet ist, mit variabler Drehzahl betrieben zu werden, wobei die Leistung des Generators (G) mit steigender Drehzahl zunimmt.
 
13. Straßenfertiger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Einstellen eines Betriebsmodus des Straßenfertigers (1) eine maximale Generatordrehzahl voreinstellbar ist und dass die Heizdrahtwicklungen (41) in Abhängigkeit einer maximalen zur Verfügung stehenden Generatorleistung durch die Steuervorrichtung (15) zu- und abschaltbar sind.
 
14. Straßenfertiger nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (15) dazu konfiguriert ist, die Heizleistung des Heizelements (27) oder der Heizelemente (27) in Abhängigkeit eines voreingestellten Zeitprogramms oder Schaltmusters zu variieren.
 
15. Straßenfertiger nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (15) dazu konfiguriert ist, Signale von Sensoren (43), welche die Wicklungstemperatur, den Wicklungswiderstand, die Drehzahl oder die Spannungsabgabe und damit die Belastung des Generators (G) messen, zu verarbeiten und die Heizleistung des Heizelements (27) oder der Heizelemente (27) anzupassen, um eine Überlastung des Generators (G) zu verhindern.
 
16. Verfahren zum Beheizen von Verdichtungsaggregaten (7) einer eine Grundbohle (9) umfassenden Einbaubohle (3) eines Straßenfertigers (1) mittels eines oder mehrerer elektrischer Heizelemente (27), wobei die Heizelemente (27) jeweils wenigstens zwei Heizdrahtwicklungen (41) umfassen und von einem Generator (G) mit Strom versorgt werden, und wobei eine Steuervorrichtung (15) das Beheizen der Verdichtungsaggregate (7) steuert,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuervorrichtung (15) eine von der Einbaubohle (3) eingenommene Bohlenkonfiguration, insbesondere das Vorhandensein von Verbreiterungsteilen (11, 13) zusätzlich zur Grundbohle (9), sowie die maximal mögliche elektrische Leistung des Generators (G) ermittelt und in Abhängigkeit zumindest der Bohlenkonfiguration und voreingestellter Parameter die einzelnen Heizdrahtwicklungen (41) zu- oder abschaltet, um durch den Generator (G) erzeugte elektrische Leistung auf die einzelnen Heizdrahtwicklungen (41) zu verteilen.
 
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (15) die Bohlenkonfiguration automatisch ermittelt.
 
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweils einer einzelnen Heizdrahtwicklung (41) des Heizelements (27) zugeordnetes Schaltrelais (31) von der Steuervorrichtung (15) über die Stromleitung (25) mittels Power-Line-Communication angesteuert wird, um die Heizdrahtwicklung (41) zu- oder abzuschalten.
 




Zeichnung



















Recherchenbericht









Recherchenbericht




Angeführte Verweise

IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



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In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente