AT17744U1 - Arbeitsfahrzeug zur Durchführung von Arbeitseinsätzen auf einem Gleis - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Arbeitsfahrzeug (2) zur Durchführung von Arbeitseinsätzen auf einem Gleis (39), umfassend einen Fahrzeugrahmen (1), der auf Schienenfahrwerken (11) abgestützt auf dem Gleis (39) verfahrbar ist, eine Fahrkabine (21), die mit dem Fahrzeugrahmen (1) verbunden ist, sowie diverse Aufbauten mit zugeordneten Funktionen für einen Arbeitseinsatz. Dabei sind die Aufbauten als selbsttragende Funktionsmodule (12-22) mit vordefinierten Schnittstellen (23) ausgebildet und mittels Schraubverbindungen mit dem Fahrzeugrahmen (1) und/oder miteinander verbunden. Die vordefinierten Schnittstellen (23) ermöglichen ohne weitere Anpassungen die Zusammenschaltung verschiedener Funktionsmodule (11-22). Alle Module (11-22) werden durchgehend hinsichtlich ihrer Geometrie und ihrer Funktionen überprüft, um die Fügbarkeit in der Endmontage ohne Schweiß- und Anpassvorgänge zu ermöglichen.

Description

Beschreibung

ARBEITSFAHRZEUG ZUR DURCHFÜHRUNG VON ARBEITSEINSÄTZEN AUF EINEM GLEIS

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die Erfindung betrifft ein Arbeitsfahrzeug zur Durchführung von Arbeitseinsätzen auf einem Gleis, umfassend einen Fahrzeugrahmen, der auf Schienenfahrwerken abgestützt auf dem Gleis verfahrbar ist, eine Fahrkabine, die mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist, sowie diverse Aufbauten mit zugeordneten Funktionen für einen Arbeitseinsatz. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage des Arbeitsfahrzeugs.

STAND DER TECHNIK

[0002] Ein gattungsgemäßes Arbeitsfahrzeug ist aus der AT 520 066 A1 bekannt. Als Aufbauten mit zugeordneten Funktionen sind eine Arbeitsbühne und ein Kran mit einem Arbeitskorb angeordnet. Während eines Arbeitseinsatzes wird das Fahrzeug aus mehreren Energiespeichermodulen (Akkupacks) mit elektrischer Energie versorgt.

[0003] Die AT 16702 U2 offenbart ein ähnliches Arbeitsfahrzeug, bei dem eine Versorgung ebenfalls mittels Energiespeichermodule erfolgt. Der Länge nach sind Aufbauten des Arbeitsfahrzeuges in mehrere Abschnitte unterteilt. Einer dieser Abschnitte ist ein begehbarer Betriebsraum, in dem die Energiespeichermodule untergebracht sind. Durch variierte Modulanordnungen sind unterschiedliche Schaltschrankhöhen und damit unterschiedliche Raumhöhen erzielbar. Auf diese Weise wird im Fahrzeugdach eine Vertiefung ermöglicht, in die eine Arbeitsbühne während einer Außerbetriebsstellung absenkbar ist.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Arbeitsfahrzeug der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass auf dem Fahrzeug unterschiedliche Aufbauten in effizienter Weise angeordnet werden können. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Montage des Arbeitsfahrzeuges anzugeben.

[0005] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 13. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

[0006] Dabei sind die Aufbauten als selbsttragende Funktionsmodule mit vordefinierten Schnittstellen ausgebildet und mittels Schraubverbindungen mit dem Fahrzeugrahmen und/oder miteinander verbunden. Die Funktionsmodule sind charakterisiert durch die immanente Funktion, einen Input und einen Output, durch Systemgrenzen und die vordefinierten Schnittstellen sowie durch Wechselwirkungen mit anderen Funktionsmodulen und mit einer Gesamtmaschinenfunktion. Solche selbsttragenden Funktionsmodule werden fertig vormontiert und eingehend überprüft, bevor der Einbau im Arbeitsfahrzeug erfolgt. Gegebenenfalls erfolgt auch vorab eine Lackierung von Moduloberflächen, sodass das Fahrzeug nach der Modulmontage bereits einsatzbereit ist. Die vordefinierten Schnittstellen ermöglichen ohne weitere Anpassungen die Zusammenschaltung verschiedener Funktionsmodule. Die vorab durchgeführten Uberprüfungen erfolgen mittels einer Diagnoseeinrichtung mit denselben vordefinierten Schnittstellen. Insbesondere umfasst die Diagnoseeinrichtung universelle Mess- und Prüfeinrichtungen und Fügeelemente zur mechanischen Befestigungen des jeweiligen selbsttragenden Funktionsmoduls sowie eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung diverser Funktionsmodule. Die Modul-Diagnose und die Systemprüfung vor der Montage optimieren den Zeitaufwand für die Fahrzeuginbetriebnahme. Alle Module werden durchgehend hinsichtlich ihrer Geometrie und ihrer Funktionen überprüft, um die Fügbarkeit in der Endmontage ohne Schweiß- und Anpassvorgänge zu ermöglichen.

[0007] Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist durch die umfassenden Modulüberprüfungen und durch etwaige Korrekturen eine hohe Betriebssicherheit auf. Durch eine frühzeitige

Fehlererkennung bei der Modulüberprüfung sowie durch die Systemverifikation nach der Modulmontage werden Fehlerkosten minimiert. Zudem sind die Einsatzgrenzen der einzelnen Funktionsmodule vorgegeben und prüfbar. Auch die Wechselwirkungen der Modulfunktionen sind vorab bekannt. Die gegenüber bekannten Fahrzeugkonzepten geringere Anzahl an Teilevarianten bewirkt eine weitere Erhöhung der Betriebssicherheit.

[0008] Bei einer geänderten Zusammenstellung von Funktionsmodulen führt eine einmalig vorab durchgeführte Typenprüfung und Konformitätserklärung zu einer vereinfachten Folgezulassung. Die Nutzung der Konformitätserklärung anstatt mehrerer Einzel-Typenprüfungen und die schnellere Montage verringern die Fertigungsdurchlaufzeit. Neue Modulkombination ermöglichen auf einfache Weise eine Erweiterung der Einsatzfunktionen und des Einsatzbereiches des Fahrzeugs durch neue Funktionen.

[0009] Insbesondere der Entfall eines herkömmlichen mechanischen Aufbaus und die Vermeidung von Schweißarbeiten in der Endmontage tragen zur Vermeidung von Fehlern bei. Insgesamt sorgt der modulare Aufbau für eine Vereinfachung von Wartungsarbeiten und für ein einfaches Nachrüsten von technischen Anpassungen. Am Ende des Lebensdauerzyklus ist ein einfaches Abwracken und Recyceln der Rohstoffe durchführbar.

[0010] Vorteilhafterweise sind die vordefinierten Schnittstellen als mechanische und elektrische und/oder hydraulische und/oder pneumatische Schnittstellen ausgebildet. Die Schnittstellen der einzelnen Funktionsmodule werden direkt miteinander oder mittels modularer Leitungen verbunden. Diese Leitungen sind in definierten Kanälen und Leitungsführungen positioniert und an den Schnittstellen, die beispielsweise als Stecker, Flansche oder Schnellverschlüsse ausgebildet sind, lagefixiert. Insbesondere dienen die Schnittstellen zur Befestigung, Energieversorgung, Kommunikation und Diagnose der einzelnen Funktionsmodule. Eine entsprechende Diagnoseeinrichtung umfasst sinnvollerweise eine Universalschnittstelle für Elektrik, Hydraulik, Druckluft, Kraftstoff, Wasser, Ol und diverse Hilfsstoffe (z.B. Harnstofflösung für Verbrennungsmotor).

[0011] Bei einer weiteren Verbesserung umfassen die vordefinierten Schnittstellen Fügeelemente, welche insbesondere in zwei zueinander orthogonale Richtungen eine Justierung des jeweiligen Funktionsmoduls ermöglichen. Damit ist eine genaue Positionierung der Module während der Endmontage sichergestellt. Die mechanischen Schnittstellen bzw. Fügeelemente sind passgenau und mittels Schraubverbindungen fixierbar. Damit kann bei der Endmontage auf Schweißarbeiten verzichtet werden. Die Fügeverbindungen weisen Kompensationen zur Volumsund Längendilatation aufgrund von Wärmeausdehnung, etc. auf. Bei der Endmontage werden die einzelnen Funktionsmodule schrittweise auf dem als Plattform dienenden Fahrzeugrahmen aneinandergefügt, wobei die definierten mechanischen Schnittstellen zur Befestigung dienen. Beispielsweise erfolgt die Befestigung über Lochraster mit Schraubverbindungen und elastischen Aufhängungen. Dabei sind eindeutige Fügeplätze zugeordnet, wodurch Kollisionen von Bauteilen vermieden werden.

[0012] In einer Weiterbildung umfassen die vordefinierten Schnittstellen Fügeelemente, welche zueinander eine eindeutige geometrische Passform aufweisen. Damit sind eindeutige Verbindungen vorgegeben, wodurch Schnittstellenfehler vermieden werden. Vorzugsweise kommen Prinzipien des Poka Joke zur Anwendung, zum Beispiel eine Formkodierung zur Vorgabe von eindeutigen Lagepositionen.

[0013] Von Vorteil ist ein Fahrzeugrahmen mit zwei seitlichen Längsträgern, deren Oberkanten einen Fahrzeugboden aufspannen, wobei zumindest ein Funktionsmodul als Unterflurmodul unterhalb des Fahrzeugbodens angeordnet ist. Somit ist der Fahrzeugboden als Trennebene zwischen einem Raum für eine Oberflurmontage von Funktionsmodulen und einem Raum für eine Unterflurmontage von Funktionsmodulen anzusehen. Der jeweilige Montageraum ist in Größe und Form variierbar durch die Anordnung und Dimensionierung der Längsträger. Die Anordnung von Querträgern, die starr mit den Längsträgern verbunden sind, beeinflusst ebenfalls den jeweiligen Montageraum.

[0014] Vorteilhafterweise umfasst der jeweilige Längsträger einen Längsträger-Obergurt und einen Längsträger-Untergurt, welche miteinander durch mehrere in gleichen Abständen zueinander angeordneten Verbindungselementen verbunden sind. Dabei bestimmt die Bauform des Untergurts den Raum für die Unterflurmontage mit. Jeder Untergurt ist über die Verbindungselemente (Streben) mit dem zugeordneten Obergurt in standardisierter Weise verbunden. Durch diese Konstruktion wird die Biege-, Zug-Druck- und Torsionssteifigkeit des Rahmens verstärkt, ohne den Montageraum für die Funktionsmodule einzuschränken.

[0015] In einer sinnvollen Weiterbildung der Erfindung ist ein Unterflurmodul als Traktionsmodul ausgebildet, wobei das Traktionsmodul einen Verbrennungsmotor umfasst, der mit einem Generator und/oder einem Pumpenverteilgetriebe gekoppelt ist. Ein solches Traktionsmodul für die Bewegung des Fahrzeugs versorgt auch die anderen Funktionsmodule mit Energie.

[0016] Von Vorteil ist eine Anordnung, bei der zumindest ein Funktionsmodul auf Führungen gegenüber dem Fahrzeugrahmen verschiebbar ausgebildet ist. Damit kann die Position des Fahrzeugschwerpunkts verschoben werden, um die Gewichtsverteilung auf die Schienenfahrwerke zu optimieren. Für diese Gewichtstrimmung ist das entsprechende Funktionsmodul stufig oder stufenlos in Längsrichtung und in Querrichtung verschiebbar.

[0017] Vorzugsweise ist ein verschiebbares Funktionsmodul wie ein Tank, ein Powerpack, etc. auf einem Hilfsrahmen befestigt. Dabei erfolgt die Variation der Montageposition in Querrichtung durch seitliche Verschiebung des jeweiligen Funktionsmoduls auf dem Hilfsrahmen.

[0018] In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist der Fahrzeugrahmen in Längsrichtung in drei Abschnitte unterteilt, wobei auf einem endseitigen Abschnitt die Fahrkabine angeordnet ist, wobei auf dem anderen endseitigen Abschnitt ein Kranmodul oder eine weitere Kabine angeordnet ist und wobei auf dem mittleren Abschnitt weitere Funktionsmodule aufgebaut sind. Bei diesem Längsbaukastenkonzept ist der Montageraum für die Montage der Funktionsmodule in der Breite unveränderlich und in der Länge und Höhe variabel. Insbesondere der mittlere Abschnitt ist in Längsrichtung variierbar, um die Anordnung unterschiedlicher Funktionsmodule zu ermöglichen.

[0019] Für eine vorteilhafte Zusammenstellung von ausgewählten Funktionsmodulen ist der durch die Dimensionen des Fahrzeugrahmens und durch ein einzuhaltendes Lichtraumprofil vorgegebene Montageraum in vertikaler Richtung, in Längsrichtung und in Querrichtung in mehrere Segmente unterteilt. Vorzugsweise sind vier Segmente in vertikaler Richtung (z.B. Drehgestell, Kabine, Dachaufbauten und Unterfluranordnung), zehn Segmente in Längsrichtung (z.B. Puffer und Zughaken, Kabine, Kran, Ladefläche, etc.) und drei Segmente in der Querrichtung (z.B. Fahrerplatz, Lotsenplatz, etc.) angeordnet.

[0020] Bei einer weiteren Verbesserung ist in einer Steuerungseinrichtung eine modulare Steuerungssoftware eingerichtet, wobei verschiedenen Funktionsmodulen eigene Softwaremodule zugeordnet sind und wobei die Softwaremodule separat freischaltbar sind. Das modulare Konzept der Steuerungssoftware ist konform zu den aus einem vorgegebenen Modulkatalog auswählbaren Funktionsmodulen, wobei die Steuerungssoftware an die jeweilige Konfiguration der Maschinenfunktionen anpassbar ist.

[0021] Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Montage des beschriebenen Arbeitsfahrzeugs wird der Fahrzeugrahmen mit einer an ausgewählte Funktionsmodule angepassten Dimensionierung gefertigt, wobei jedes Funktionsmodul zunächst als selbsttragende Einheit vormontiert wird und wobei die vormontierten Funktionsmodule mit dem Fahrzeugrahmen und/oder miteinander verschraubt werden. Dabei dient der Fahrzeugrahmen als Plattform, der in der Breite, in der Länge und in der Höhe nach definierten Standards variiert und skaliert werden kann.

[0022] Durch die verringerte Anzahl an Bauteilvarianten gegenüber herkömmlichen Fahrzeugkonzepten ergeben sich weitere Vorteile. Die Herstellkosten sinken und die Logistik vereinfacht sich durch Mindestbestandsführung der Funktionsmodule und Modulkomponenten. Ein hoher Detaillierungsgrad ermöglicht ein einfaches Verständnis und eine eindeutige Zuordnung der Montagebaugruppen und Einzelteile. Das Montagekonzept bietet eine hohe Anzahl an Wiederholungen,

wobei Gleichteile mit wenigen Normteilevarianten zum Einsatz kommen. Zudem ermöglichen CAD- Montagetools (z.B. 3D-Darstellungen der einzelnen Bauteile im montierten Zustand oder Virtual Reality oder Augmented Reality als Montagehilfe) eine vereinfachte standardisierte Montage.

[0023] In einer Weiterbildung des Verfahrens wird das jeweilige vormontierte Funktionsmodul vor dem Einbau mittels einer Diagnoseeinrichtung in Betrieb gesetzt. Auf diese Weise erfolgt eine geometrische und funktionelle Überprüfung jedes Funktionsmoduls, um vor einen Einbau mögliche Fehler oder Schwachstellen zu eliminieren. Konkret ist die Moduldiagnose ein Verfahren mittels einer Prüfvorrichtung zur quantitativen Vermessung und Beurteilung der einzelnen Funktionsmodule und zur qualitativen Evaluierung der funktionalen Systeme für die Endmontage. Die damit erreichte Qualitätssicherung und durchgängige Validierung nach einem Schnellprüfverfahren zur quantitativen Leistungsbewertung der Funktionseinheiten dient zur Evaluierung und Dokumentation für ein Traceability- und Obsoleszenz-Management.

[0024] Bei einer weiteren Verbesserung wird eine in einer Steuerungseinrichtung eingerichtete modulare Steuerungssoftware an die eingebauten Funktionsmodule angepasst. Für jedes ausgewählte und verbaute Funktionsmodul wird der korrespondierende Teil der Steuerungssoftware aktiviert und freigegeben. Damit wird ein strukturiertes Programmieren der Maschinensteuerung erleichtert. Zudem sind auf einfache Weise Anpassungen an veränderte Anforderungen und gesetzliche Voraussetzungen durch einen Tausch von einzelnen Funktionsmodulen und Steuerbausteinen durchführbar.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0025] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

[0026] Fig. 1 Fahrzeugrahmen in einer Draufsicht

[0027] Fig. 2 Fahrzeugrahmen in einer Seitenansicht

[0028] Fig. 3 Querschnitt des Fahrzeugrahmens

[0029] Fig. 4 Fahrzeugquerschnitt

[0030] Fig. 5 Diagnoseeinrichtung

[0031] Fig. 6 Fahrzeugkonzept in einer Seitenansicht und einer Draufsicht [0032] Fig. 7 unterschiedliche Fahrzeugkonfigurationen

[0033] Fig. 8 Fahrzeugkonfiguration mit Kran und Hebebühne

[0034] Fig. 9 Traktionsmodul mit Generator

[0035] Fig. 10 Traktionsmodul mit Pumpenverteilgetriebe

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0036] Die Figuren 1-3 zeigen einen beispielhaften Fahrzeugrahmen 1 für ein Arbeitsfahrzeug 2 auf Basis eines Modulbaukastensystems. Die Hauptelemente des Fahrzeugrahmens 1 sind zwei seitliche Längsträger 3, die jeweils einen Obergurt 4 und einen Untergurt 5 aufweisen. Verbunden sind der jeweilige Obergurt 4 und der zugehörige Untergurt 5 mittels Verbindungselemente (Streben) 6, die zueinander in einer Fahrzeuglängsrichtung 7 in gleichen Abständen angeordnet sind. Damit ist eine standardisierte Skalierung des Fahrzeugrahmens 1 vorgegeben, um diesen mit verschiedenen Längen fertigen zu können.

[0037] Der Fahrzeugrahmen 1 unterteilt sich in zwei endseitige Abschnitte 8 und einen dazwischenliegenden mittleren Abschnitt 9. In jedem endseitigen Abschnitt 8 sind die Längsträger 3 mit einem Querträger 10 starr verbunden. An diesen Querträgern 10 sind Drehzapfen und Auflager für modular aufgebaute Schienenfahrwerke 11 angeordnet. Optional ist im mittleren Abschnitt 8 ein weiterer Querträger 10 als Auflager für ein Kranmodul 12 positioniert. Die Position dieses

Querträgers 10 ist in Längsrichtung 7 entlang der durch die Verbindungselemente 6 vorgegeben Skalierung frei wählbar. Insbesondere ist der jeweilige Untergurt 5 lediglich im mittleren Abschnitt 9 angeordnet.

[0038] Erfindungsgemäß wird die Dimensionierung des Fahrzugrahmens 1 an ausgewählte Funktionsmodule 11-22 angepasst. Diese Auswahl leitet sich von vorgegebenen Fahrzeuganforderungen ab. Dabei wird in einer vorab durchgeführten Konstruktionsphase ein Modulkatalog erstellt, in dem jedes Funktionsmodul 11-22 mit allen Funktionen und vordefinierten Schnittstellen 23 festgelegt wird. In weiterer Folge erfolgt eine Festlegung aller möglichen Funktionsmodule 1122 und deren Kombinationsmöglichkeiten zur Erfüllung von Lastenheftvorgaben. Dabei werden Positionierbedingungen und die Einhaltung von Einsatzgrenzen ermittelt (Lichtraumprofil, Spurweite, Streckenklasse, Normen und Gesetze). Auch Ausschließungskriterien für nicht mögliche Kombinationen sind definiert. Vorteilhafterweise kommt in einem computerimplementierten Modul-Konfigurator ein entsprechender Algorithmus zum Einsatz. Damit sind Funktionsmodule 1122 und Maschinenfunktionen unter Berücksichtigung der Einsatzgrenzen, der technischen Lebensdauer und der ausschießenden Kriterien automatisiert kombinierbar. Bei dieser automatisierten Modulkonfiguration werden auch länderspezifische Gegebenheiten beachtet. Zur Bereitstellung eines Kosten- und Preisbaukastens ist der Modul-Konfigurator mit einem Kostenkalkulationsalgorithmus erweiterbar. Zusätzlich ist eine virtuelle Konfiguration des Fahrzeugs 2 durch einen CAD-Algorithmus zur Auswahl von Modulkombinationen aus einer Modulbibliothek sinnvoll.

[0039] Die derart standardisierten Funktionsmodule 11-22 sind nach einem Baukastensystem miteinander kombinierbar und teilweise in Größe und Funktionsumfang skalierbar. Zusätzlich zu einem Schienenfahrwerksmodul 11 und einem Kranmodul 12 sind beispielsweise ein Hebebühnenmodul 13, ein Traktionsmodul (Powerpack) 14, ein Tankmodul 15, ein Oberleitungs- und Energieversorgungsmodul 16, ein Werkstattmodul 17, ein Sozialkabinenmodul 18, ein Technikraummodul 19, ein Ladeflächenmodul 20 sowie eine Fahrkabine 21 und diverse weitere Module 22 als Funktionsmodule auswählbar. Module 11-22 sind insbesondere nach kundenspezifischen Anforderungen skalierbar. Zum Beispiel können bei Kränen Traglasten und Auslegerreichweiten variiert werden.

[0040] Jedes dieser Funktionsmodule 11-22 ist als selbsttragende Einheit mit vordefinierten Schnittstellen 23 ausgebildet. Dabei kommt eine Leichtbauweise zur Reduzierung des Fahrzeuggewichts und zur Erhöhung der Anzahl der anbaubaren Module 11-22 unter Berücksichtigung der maximal zulässigen Achslast und der jeweiligen Streckenklasse zur Anwendung. Beispielsweise werden die Kabinen 17, 18, 19, 21 aus einer Aluminium-Knetlegierung gefertigt. In einer Spatenbauweise werden lasergeschnittene und gekantete Alubleche mit einer Dicke von 56mm bis 10mm verbaut. Zudem bewirkt die Verwendung von hochfesten Feinkornbaustählen eine Reduzierung der Materialstärken und des Fahrzeuggewichts.

[0041] Je nach Funktion des jeweiligen Moduls 11-22 umfassen die vordefinierten Schnittstellen 23 mechanische, elektrische, hydraulische, pneumatische und sonstige Anschlüsse. Insbesondere sind Datenschnittstellen zur Kommunikation mit anderen Modulen 11-22 und mit einer zentralen Steuerungseinrichtung 24 vorgesehen. Einzelne Module wie das Traktionsmodul 14 sind vorzugsweise auf einem Hilfsrahmen 25 montiert. Dabei sind alle relevanten Komponenten für die jeweilige Funktionseinheit räumlich kompakt zusammengefasst. Das derart aufgebaute Funktionsmodul 11-22 ist einfach zu transportieren und kann mit einem Kran oder einer Hebeeinrichtung positioniert und montiert werden. Ein hoher Detaillierungsgrad der Konstruktion und die eindeutige Bauweise ermöglichen eine Vorfertigung der Funktionsmodule 11-22 an unterschiedlichen Fertigungsstandorten. Ein durchgehendes Änderungsmanagement stellt eine Historienverfolgung sicher. Zudem erfolgt ein standardisiertes Retrofit- und Upgrade-Management zur laufenden technischen Aktualisierung und zur normkonformen Anpassung bestehender Fahrzeuge zur Sicherstellung einer langfristigen Nutzungsdauer.

[0042] Bei einem neuen Fahrzeugs 2 werden zunächst ein Grundtyp und ein Antriebskonzept festgelegt. Beispielsweise wird zwischen zwei Einzelachsen und zwei Drehgestellen als BasisSchienenfahrwerke 11 ausgewählt. Ein Basisfahrzeug 2 besteht aus zwei Schienenfahrwerken

11, dem Fahrzeugrahmen 1 mit integrierten Modulen für die Traktion und den Fahrbetrieb, einer Fahrkabine 21 mit der Fahrzeugsteuerung und einem normkonformen Arbeitsplatz für den Fahrzeugführer sowie Freiräumen für Funktionsmodule 11-22. Festgelegt ist auch die Mindestausstattung an Modulen 11-22 für die Darstellung der Grundfunktionen Fahren und Stehen. Dabei sind alle Funktionsmodule 11-22 sowohl für eine zweiachsige als auch für eine vierachsige Plattform einsetzbar.

[0043] Der Fahrzeugrahmen 1 dient als Plattform, auf der während einer Endmontage die aus dem Modulbaukastensystem ausgewählten Funktionsmodule 11-22 aufgebaut werden. Dabei ist der Obergurt 4 ein standardisierter Hauptträger mit definierten Schnittstellen in Längsrichtung 7. Auf jeder Seite befindet sich zwischen Obergurt 4 und Untergurt 5 ein Freiraum 26 für Wartungskomponenten. Außen sind Kabeltassen 27 über die gesamte Fahrzeuglänge angeordnet. Die Oberkanten der Längsträger 3 spannen einen Fahrzeugboden 28 auf, der einen Montageraum in einen oberen und in einen unteren Bereich teilt. Wie in Fig. 3 ersichtlich, ist zwischen den Längsträgern 3 ein Freiraum 29 für eine Unterflurmontage vorhanden. Der optionale mittlere Querträger 10 und die Verbindungselemente 6 weisen Durchbrüche für eine Leitungsführung auf. Vorzugsweise ist die Leitungsführung lateral im Bereich der Untergurte positioniert und bietet Platz für einen Kabelbaum, für hydraulische und pneumatische Leitungen. Die Konstruktion der standardisierten Funktionsmodule 11-22 ermöglicht einen variablen Montageort auf dem Grundrahmen 1.

[0044] Die Montage des Arbeitsfahrzeugs 2 wird mit Bezug auf die Figuren 4-6 erläutert. Unterschieden wird zunächst zwischen dem Unterflur-Montageraum 29 und einem Oberflur-Montageraum 30. Die Traktionsmodule 14 für den Betrieb des Fahrzeugs 2 sind vorzugsweise unterflur angeordnet (z.B. Drehgestelle, Powerpack, Transformator, Akkumulatoren, etc). Dabei umfasst das Traktionsmodul 14 beispielsweise einen Motor, einen Generator, einen Elektroantrieb und gegebenenfalls einen Bremsenergie-Rekuperator. Zudem ist das Traktionsmodul 14 mit Oberleitungs-Energieversorgungsmodulen 16 gekoppelt. Ergänzend sind beispielsweise Akkumulatoren, Brennstoffzellen und sonstige neue Energiequellen (Solaranlage) angeordnet.

[0045] Auf dem Fahrzeugboden 28 sind zum Beispiel der Technikraum 19, Fahrkabinen 21, Elektroschaltschränke, Mannschaftskabinen 18, die Werkstatt 17, der Kran 12 und die Hebebühne 13 angeordnet. An einem Frontbereich 31 und an einem Heckbereich 32 sind Puffer und Kupplungseinrichtungen vorgesehen. Damit können Anhänger angekuppelt oder mehrere Fahrzeugen 2 aneinander gekuppelt werden. Zudem besteht die Möglichkeit zur Anbringung von Anbaumodulen 22 für Sonderfunktionen (Schneeräumausrüstung, Messeinrichtungen, etc.). Auf dem Dach der Kabinen 21 ist Platz für Dachaufbauten 16 (z.B. Stromabnehmer, Bremswiderstände, Leitungen, etc.).

[0046] In vertikaler Richtung 33 werden die Module 11-22 in vier Segmenten übereinander montiert. Von unten beginnend umfasst das 1. Segment z.B. Schienenfahrwerke 11. Das 2. Segment zwischen Untergurt 5 und Obergurt 4 dient zum Beispiel zur Aufnahme des Traktionsmoduls (Powerpack) 14, eines Transformatormoduls, eines Akkumulatormoduls und eines Tankmodul 15. Im 3. Segment über dem Fahrzeugboden 28 sind zum Beispiel Kabinen 21, ein Kranmodul 12 und ein Hebebühnenmodul 13 anordenbar. Das 4. Segment auf dem Dach umfasst beispielsweise Stromabnehmer, Bremswiderstände, und diverse Arbeitsgeräte wie Leitungsdrücker.

[0047] In Querrichtung 34 erfolgt die Montage der Module 11-22 vorzugsweise in drei Segmenten. Links und rechts außen sind beispielsweise Wartungsschächte für Leitungsführungen angeordnet. Dazwischen befindet sich ein Segment für die Funktionsaggregate.

[0048] In Längsrichtung 7 erfolgt eine Unterteilung in bis zu zehn Segmente. In diesen Segmenten sind zum Beispiel hintereinander Puffer und Zughaken, die Fahrkabine 21, die Sozialkabine 18, die Werkstattkabine 17, die Hebebühne 13, die Ladefläche 20, ein Werkzeugraum, der Kran 12, eine Krankabine und wieder Puffer und Zughaken angeordnet.

[0049] Fig. 6 zeigt eine Variation der Montageposition eines Funktionsmoduls 11-22 in vertikaler Richtung 33, Längsrichtung 7 und Querrichtung 34.

[0050] Beispielsweise ist ein Tankmodul 15 auf einem Hilfsrahmen 25 montiert. Dann ermöglicht eine seitliche Verschiebung des Tankmoduls 15 auf dem Hilfsrahmen 25 eine Veränderung der Montageposition in Querrichtung 34. Eine Veränderung der Montageposition in Längsrichtung 7 erfolgt durch Verschiebung des Hilfsrahmens 25 am Fahrzeugrahmen 1 entlang von Führungen. In vertikaler Richtung 33 bewirkt eine Verschiebung des Moduls 15 entlang der Verbindungselemente 6 zwischen Ober- und Untergurt 4, 5 eine Veränderung der Montageposition.

[0051] Vor der Endmontage der Module 11-22 erfolgt eine Moduldiagnose. Derart überprüfte Module werden ähnlich einem Bausteinprinzip aufeinander gefügt und mit Form- und Kraftschluss verbunden. Dasselbe gilt für die Montage der Leitungen und der Zusatzgeräte. Die Lageorientierung und Positionierung ist dabei eindeutig vorgegeben und beispielsweise durch aufeinander abgestimmte Formgebung erzwungen. Jeder Fügevorgang wird mit einer Checkliste geprüft und bei einer Werker-Selbstprüfung abgenommen und bestätigt. Die Systemfunktionen werden nach dem Fügen der Module 11-22 und der Verbindungsleitungen durch eine Maschinenevaluierung überprüft und verifiziert.

[0052] Im Rahmen der Moduldiagnose erfolgt eine quantitative Vermessung und Beurteilung der einzelnen Module 11-22 und eine qualitative Evaluierung der funktionalen Systeme für die Endmontage. Beispielsweise werden bei einem Traktionsmodul (Powerpack) 14 folgende Uberprüfungen durchgeführt:

- Elektrische In- und Output-Messung - Elektrische Analyse der Signale - Überprüfung des Medienflusses: Kraftstoff, Kühlwasser, Zusatzstoffe, Kühlluftstrom

- Heißmessung eines Verbrennungsmotors 37: Lastfreier Drehzahlhochlauf mit Strommessung (Transient)

- Testprogramm zur Prüfung eines Steuerprogramms (l/O-Check und Aktoren-Check) - Gewichtsmessung und Fotodokumentation

- Scannen von Datamatrix-Codes, etc.

- Sondermessung Vibration und Geräuschemission und Partikelzähler

- Validierungscheckliste für z.B. Sichtprüfung und Prüfablauf

- Prüfkennzeichnung (Gut’Schlecht, Nacharbeit)

[0053] Eine schematisch in Fig. 5 dargestellte universelle Diagnoseeinrichtung 38 ist zur Überprüfung aller Module 11-22 eingerichtet. Auf einem Rüstplatz befindet sich eine Anlieferzone, eine mobile Transporteinrichtung mit Modulbefestigung, eine Hebeeinrichtung und Montagewerkzeug. Die Diagnoseeinrichtung 38 selbst ist eine universelle Mess- und Prüfeinrichtung mit mechanischen Befestigungselementen, die an mechanische Schnittstellen der Module 11-22 angepasst sind, mit einer eigenen Energieversorgung, mit einer Universalschnittstelle für Elektrik, Hydraulik, Kraftstoff, Zusatzstoffe, Wasser, Luft, Ol, mit Messgeräten zur Erfassung aller elektrischen Messgrößen, mit einer Steuerungseinrichtung 24 zur Generierung und Verarbeitung aller Steuersignale, mit diversen Medien (z.B. Coriolis-Sensor von Danfoss), mit Sensoren zur Zeitmessung, zur Bilderfassung und zur Kraftmessung, mit Scanner für Datamatrix (Charge und Datum), mit Traceability-Komponenten (Verknüpfung von Teilenummern mit Datum, Charge und Evaluierung) und mit Komponenten zur Kalibrierung der Messtechnik. Die in Fig. 5 angedeuteten Schnittstellen 23 der Diagnoseeinrichtungen 38 sind auf alle vordefinierten Schnittstellen 23 der zu prüfenden Module 11-22 abgestimmt.

[0054] Vorteilhafterweise umfasst die Diagnoseeinrichtung 38 eine ERP- Schnittstelle zur Datenerfassung, zur Konvertierung in einer formatierten Datenbank, zur Zuordnung von Messdaten zu Teilenummer, Charge, Datum und Auftragsnummer, zur Datenarchivierung in einer Datenbank, zum bedarfsmäßigen Ausdruck von Prüfprotokollen, für statistische Auswertungen und generell zur Evaluierung (Gut/Schlecht).

[0055] Ein Nacharbeitsplatz beinhaltet einen kompletten Satz an Montagewerkzeugen, eine Werkbank, Medientanks, Geräte zur Evaluierung eines Fehlers und Geräte zur Fehlerbehebung. Nach einer solchen Fehlerbehebung erfolgt eine Rückführung zum Messplatz, um eine nochmalige Überprüfung mittels der Diagnoseeinrichtung 38 durchzuführen. Alle überprüften und für gut befundenen Module 11-22 werden im Zuge der Endmontage Schritt für Schritt gefügt und verschraubt. Wie bei einem Klemmbaustein-Montagekasten werden alle Funktionsmodule 11-22 aufeinandergesetzt und miteinander und/oder mit dem Fahrzeugrahmen 1 verbunden. Dieser Fügevorgang erfolgt vorzugsweise von oben nach unten. Alternativ wäre auch ein Fügevorgang von unten nach oben möglich. Durch die Vorgabe der Modulanordnung, der Montagereihenfolge und der Montagepositionen ist das Fahrzeug 2 auf einem Gleis 39 mittels eines fahrbaren Krans in kurzer Zeit montierbar.

[0056] Nach erfolgter Modulmontage und Modulprüfung werden die Systemfunktionen geprüft und verifiziert. Hierbei werden in einem manuellen oder in einem automatisierten Prozess die Hauptfunktionen aktiviert und die Reaktionen gemessen. Damit sind einfache l/O-Vorgänge und auch komplexe Systemfunktionen prüfbar und verifizierbar. Dabei sind die Einsatzgrenzen definiert und gut/schlecht-Bewertungen können standardisiert und automatisiert erfolgen.

[0057] Mit Bezug auf Fig. 7 wird das Gleichteilekonzept erläutert. Basis für alle Module 11-22 bildet der gleiche Fahrzeugrahmen 1. Die dargestellten Fahrzeuge 2 unterscheiden sich im Aufbau durch unterschiedlich ausgewählte Aufbaumodule 12-22. Beispielsweise umfasst das oberste Fahrzeug ein Fahrkabinenmodul 21, ein Sozialkabinenmodul 18, eine Werkstattmodul 17 mit Plattform, ein Technikraummodul 19 und noch ein Fahrkabinenmodul 21. Beim mittleren Fahrzeug 2 ist das Werkstattmodul 17 mit einem Lagerabteil kombiniert. Das untere Fahrzeug 2 weist statt einer Sozialkabine 18 ein Ladeflächenmodul 20 auf. In der Steuerungseinrichtung 24 ist eine Steuerungssoftware zur Ansteuerung der Module 11-22 eingerichtet. Dabei ist jedem auswählbaren Funktionsmodul 11-22 ein Softwaremodul 40 zugeordnet. Freigeschaltet werden die Softwaremodule 40 entsprechend der am jeweiligen Fahrzeug 2 aufgebauten Funktionsmodule 1122.

[0058] Fig. 8 zeigt ein fertig montiertes Arbeitsfahrzeug 1 auf einem Gleis 39, mit einem Kranmodul 12, einer Fahrkabine/Krankabine 21, einem Sozial- /Werkstattmodul 17, 18, einem Hebebühnenmodul 13, einem Oberleitungs- und Energieversorgungsmodul 16 und einer weiteren Fahrkabine 21 als Oberflurmodule. Am Dach sind weitere Module 22 (z.B. diverse Arbeitsaggregate) montiert. Als Unterflurmodule sind ein Traktionsmodul (Powerpack) 14, ein Tankmodul 15 für Kraftstoff, ein Tankmodul 15 für Hydrauliköl sowie diverse weitere Module 22 (z.B. Transformatormodul, Kühlsystemmodul, Bremswiderstandmodul, Batteriemodul mit Batterie-Thermomanagementsystem) angeordnet.

[0059] Zwei alternativ zur Auswahl stehende Traktionsmodule 14 sind in den Figuren 9 und 10 dargestellt. Der konzeptionelle Aufbau gliedert sich in einen fixen Bereich, einen modularen Bereich 35 und in einen erweiterbaren Bereich 36. Im fixen Bereich sind beispielsweise ein Verbrennungsmotor 37, ein Kühlmittelkühler 41, ein Ladeluftkühler 42, eine Abgasanlage 43 und ein Harnstofflösungstank untergebracht.

[0060] Im modularen Bereich sind unterschiedliche Komponenten angeordnet, damit das Traktionsmodul 14 zum Beispiel als dieselelektrische Energiequelle, als hydrostatische Energiequelle oder als hydrodynamische Energiequelle dient. Bei der dieselelektrischen Ausführung in Fig. 9 ist der Verbrennungsmotor 37 mit einem Generotor 44 und mit Hydropumpen 45 gekoppelt. Bei der hydrostatischen Ausführung in Fig. 10 ist der Verbrennungsmotor 37 mit einem Pumpenverteilgetriebe 46 gekoppelt. Im erweiterbaren Bereich 36 befindet sich zum Beispiel eine Abgasklappe 47.

[0061] Zur Verbindung der einzelnen Komponenten dient ein Tragrahmen 48 mit Verbindungslagern als vordefinierte mechanische Schnittstellen 23.

[0062] Gegebenenfalls wird der Tragrahmen 48 mittels eines Hilfsrahmens 25 am Fahrzeugrahmen 1 montiert. Im Servicefall ist die komplette Einheit einfach demontierbar. Das beschriebene

Konzept ist auch auf andere Module wie zum Beispiel ein Akkumulatormodul, ein Hydraulikmodul, ein Kraftstofftankmodul, ein Transformatormodul oder ein Kühlanlagenmodul umlegbar.

Claims (15)

Ansprüche

1. Arbeitsfahrzeug (2) zur Durchführung von Arbeitseinsätzen auf einem Gleis (39), umfassend einen Fahrzeugrahmen (1), der auf Schienenfahrwerken (11) abgestützt auf dem Gleis (39) verfahrbar ist, eine Fahrkabine (21), die mit dem Fahrzeugrahmen (1) verbunden ist, sowie diverse Aufbauten mit zugeordneten Funktionen für einen Arbeitseinsatz, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbauten als selbsttragende Funktionsmodule (12-22) mit vordefinierten Schnittstellen (23) ausgebildet und mittels Schraubverbindungen mit dem Fahrzeugrahmen (1) und/oder miteinander verbunden sind.

2, Arbeitsfahrzeug (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mechanische und elektrische und/oder hydraulische und/oder pneumatische Schnittstellen (23) vordefiniert sind.

3. Arbeitsfahrzeug (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierten Schnittstellen (23) Fügeelemente umfassen, welche insbesondere in zwei zueinander orthogonale Richtungen eine Justierung des jeweiligen Funktionsmoduls (12-22) ermöglichen.

4. Arbeitsfahrzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierten Schnittstellen (23) Fügeelemente umfassen, welche zueinander eine eindeutige geometrische Passform aufweisen.

5. Arbeitsfahrzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugrahmen (1) zwei seitliche Längsträger (3) umfasst, deren Oberkanten einen Fahrzeugboden (28) aufspannen und dass zumindest ein Funktionsmodul (11-15) als Unterflurmodul unterhalb des Fahrzeugbodens (28) angeordnet ist.

6. Arbeitsfahrzeug (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Längsträger (3) einen Längsträger-Obergurt (4) und einen Längsträger-Untergurt (5) umfasst, welche miteinander durch mehrere in gleichen Abständen zueinander angeordneten Verbindungselementen (6) verbunden sind.

7. Arbeitsfahrzeug (2) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterflurmodul als Traktionsmodul (14) ausgebildet ist und dass das Traktionsmodul (14) einen Verbrennungsmotor (37) umfasst, der mit einem Generator (44) und/oder einem Pumpenverteilgetriebe (46) gekoppelt ist.

8. Arbeitsfahrzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Funktionsmodul (12-22) auf Führungen gegenüber dem Fahrzeugrahmen (1) verschiebbar ausgebildet ist.

9. Arbeitsfahrzeug (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das verschiebbare Funktionsmodul (12-22) auf einem Hilfsrahmen (25) befestigt ist.

10. Arbeitsfahrzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugrahmen (1) in Längsrichtung (7) in drei Abschnitte (8, 9) unterteilt ist, dass auf einem endseitigen Abschnitt (8) die Fahrkabine (21) angeordnet ist, dass auf dem anderen endseitigen Abschnitt (8) ein Kranmodul (12) oder eine weitere Kabine (21) angeordnet ist und dass auf dem mittleren Abschnitt (9) weitere Funktionsmodule (12-22) aufgebaut sind.

11. Arbeitsfahrzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Dimensionen des Fahrzeugrahmens (1) und durch ein einzuhaltendes Lichtraumprofil vorgegebener Montageraum (29-32) zur Montage der Funktionsmodule (1222) in vertikaler Richtung (33), in Längsrichtung (7) und in Querrichtung (34) in mehrere Segmente unterteilt ist.

12. Arbeitsfahrzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Steuerungseinrichtung (24) eine modulare Steuerungssoftware eingerichtet ist, dass verschiedenen Funktionsmodulen (12-22) eigene Softwaremodule (40) zugeordnet sind und dass die Softwaremodule (40) separat freischaltbar sind.

13. Verfahren zur Montage eines Arbeitsfahrzeugs (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugrahmen (1) mit einer an ausgewählte Funktionsmodule (12-22) angepassten Dimensionierung gefertigt wird, dass jedes Funktionsmodul (12-22) zunächst als selbsttragende Einheit vormontiert wird und dass die vormontierten Funktionsmodule (12-22) mit dem Fahrzeugrahmen (1) und/oder miteinander verschraubt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige vormontierte Funktionsmodul (12-22) vor dem Einbau mittels einer Diagnoseeinrichtung (38) in Betrieb gesetzt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einer Steuerungseinrichtung (24) eingerichtete modulare Steuerungssoftware an die eingebauten Funktionsmodule (12-22) angepasst wird.

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