DE19612580C1 - Verfahren zur Positionierung von An- und Ausbauteilen an den Großsektionen eines in Modulbauweise hergestellten Schienenfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung von An- und Ausbauteilen an den Groß­ sektionen eines in Modulbauweise hergestellten Schienenfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dem Fachmann im Schienenfahrzeugbau ist allgemein bekannt, daß die Modulbauweise von Schienenfahrzeugen zumeist durch die gesonderte Vorfertigung des Untergestells, der Seitenwän­ de, des Dachs und der Stirnwände als Großsektionen gekennzeichnet ist, welche nach weitestge­ hendem Ausbau mit den notwendigen Ausrüstungsteilen zum Wagenkasten des Schienenfahrzeu­ ges zusammengefügt werden.

Der Ausbau dieser Großsektionen zu Modulen erfordert dabei eine Vielzahl einzubringender Boh­ rungen, zu positionierender Nutensteine oder zu verklebender Futterelemente zur Befestigung der Ausrüstungsteile, welche zumindest im Fall des Untergestellmoduls sowohl von deren Oberseite als auch von dessen Unterseite her einzuarbeiten beziehungsweise zu befestigen sind. Es ist des­ halb bekannt, die Großsektionen in Vorrichtungen herzustellen, welche durch gute Begehbarkeit und großzügige Raumfreiheit sowohl zur Montage als auch zum Einbringen der Bohrungen in üblicher Weise durch Anreißen, Ankörnen und/oder Bohren sowie zur Durchführung der übrigen Ausbauvorbereitungen geeignet ausgebildet sind.

In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß das manuelle Anreißen der Vielzahl von notwendigen Bohrungen und zu kennzeichnenden Positionen einen enormen Zeitaufwand erfordert, der sich äußerst negativ auf die Arbeitsproduktivität und die Kosten für das Schienenfahrzeug auswirkt. Darüber hinaus ist das herkömmliche Anreißen selbst bei gewissenhafter Tätigkeit immer mit re­ lativ großen Maßabweichungen oder -toleranzen verbunden, da die möglichen Maßbezüge an den Großsektionen, wie beispielsweise die Kopfstückkante oder die Längsträgerkante am Unterge­ stell, ebenfalls bereits mit Ungenauigkeiten behaftet sein können. Unter weiterer Berücksichtigung des mit dem Anreißen zumeist verbundenen hohen Aufwandes zur Maßberechnung ist es somit nicht ausgeschlossen, daß, speziell bei einer großen Anzahl von Bohrungen, einige Bohrungen insbesondere dann falsch gesetzt werden, wenn diese in verdeckte oder bereits überbaute Bauteile der Großsektion einzubringen sind.

Um dieses sogenannte Weiterreichen von Maßabweichungen oder -toleranzen während der Ferti­ gung und/oder dem Ausbau der Großsektionen entscheidend zu mindern, wurde durch die gat­ tungsgemäße DE 42 16 606 A1 ein Verfahren vorgeschlagen, nach dem die Großsektionen bereits während der Fertigung mit mehreren antastbaren und mit hoher Genauigkeit anzuordnenden Maß­ bezugspunkten versehen werden. Diese Maßbezugspunkte werden dann während der Fertigung und/oder dem Ausbau der Großsektion sowohl zum maßgenauen Fügen und/oder Fixieren der einzelnen Bauteile der Großsektion als auch zum An- oder Auflegen von Schablonen oder Lehren genutzt, mit denen ein lagegenaues Anbringen von Teilen, Flächen- und/oder Raumsektionen er­ möglicht und unter anderem auch das Einbringen der Bohrungen für die Ausbauteile der Groß­ sektion wesentlich erleichtert wird.

Die Anwendung dieses an sich sehr vorteilhaften Verfahrens erfordert jedoch insbesondere bei der Modulbauweise von Schienenfahrzeugen eine derart große Anzahl von Lehren oder Schablonen, daß dessen Effektivität durch die hohen Herstellungskosten der Lehren oder Schablonen wieder­ um stark gemindert wird. Dieser Nachteil wird noch deutlicher, wenn an einem Standort mehrere unterschiedliche Typen von Schienenfahrzeugen hergestellt werden, da für jeden Fahrzeugtyp ein gesonderter Satz Lehren oder Schablonen notwendig ist. Darüber hinaus sind diese Lehren oder Schablonen nicht nur zwei-, sondern auch dreidimensional ausgebildet, so daß mitunter auch de­ ren Lagerung in der Nähe des Ausbaustandes der Großsektion aus Platzgründen problematisch werden kann.

Der Einsatz aufwendiger Lehren oder Schablonen bzw. die Durchführung manueller Meßvorgän­ ge werden zwar durch die Lösungen gemäß DE 31 20 010 C2 zu Positionsbestimmungen durch die Verwendung von Infrarotdioden, Positionsdetektoren und Kameras, gemäß DE 44 43 413 C2 zum Vermessen und Markieren durch mit Laserprojektor ausgestattete Meß- und Markiervorrich­ tungen oder gemäß US 5 198 868 zum Markieren von Bezugspunkten durch die Verwendung eines Laservermessungssystems vermieden, allen diesen Lösungen haftet aber der gemeinsame Mangel an, daß sie sich durch ihre jeweils zweckgebundene Konzipierung nicht zur Anwendung im Schienenfahrzeugbau eignen.

Die Erfindung verfolgt somit das Ziel, die Positionierung von An- und Ausbauteilen an den Groß­ sektionen eines in Modulbauweise hergestellten Schienenfahrzeuges derart zu gestalten, daß die genannten Mängel des Standes der Technik beseitigt werden.

Als Aufgabe liegt der Erfindung die Konzipierung eines Verfahrens zur Positionierung von An- und Ausbauteilen an den Großsektionen eines in Modulbauweise hergestellten Schienenfahrzeu­ ges zugrunde, mit welchem, aufbauend auf vorhandenen Maßbezugspunkten, ein zeitaufwendiges und ungenaues Vermessen und Anreißen per Hand vermieden und die Aufwendungen für spezielle Lehren oder Schablonen auf ein Minimum reduziert werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Positionierung von An- und Ausbauteilen an den Großsektionen eines in Modulbauweise hergestellten Schienenfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik ist, daß unmit­ telbar ausgehend von einer CAD-Montagezeichnung ohne aufwendiges Vermessen und ohne spezielle Lehren oder Schablonen eine sofortige Anzeige der Positionen der Ausbauteile im Mon­ tageprozeß der Großsektionen vor Ort möglich ist. Durch den Wegfall jeglicher Meßvorgänge kann somit eine enorme Zeitersparnis erreicht werden, und falsch gesetzte Bohrungen oder Posi­ tionen aufgrund von Fehlern bei der Maßberechnung sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gänzlich ausgeschlossen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß alle projizierten Boh­ rungen und Positionen einen einheitlichen neutralen Maßbezug besitzen und stark toleranzbehafte­ te Körperkanten, wie die Kopfstück- oder Längsträgerkante des Untergestells, durch zwischen den Maßbezugspunkten gezogene Bezugsachsen ersetzt werden. Dadurch kann die Genauigkeit der Bohrungen oder Positionen, vor allem untereinander, erheblich verbessert und der Ausbau der Großsektionen zu Modulen beschleunigt werden.

Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, nicht nur Bohrungen, Durchbrüche und Positionen lagegenau anzuzeigen, sondern auch die Lage von Bauteilen, Sitz­ bänken, Trennwänden, Rohrschellen, Nutensteinen oder auch den Verlauf von Kabelsträn­ gen und/oder von Pneumatik-/Hydraulikleitungen auf die einzelnen Großsektionen zu projizieren. Infolge der Einsparung an Betriebsmitteln, einer hohen Flexibilität und der unmittelbaren Kopp­ lung an die in CAD-Systemen erstellten Konstruktionsunterlagen ist somit eine deutliche Erhö­ hung der Arbeitsproduktivität bei gleichzeitiger Gewährleistung einer sehr guten Qualität mög­ lich.

Die Erfindung wird anschließend anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt dabei die schematische Darstellung eines in eine Vorrichtung eingelegten Untergestellmoduls eines Nahverkehrs-Schienenfahrzeuges, auf dem die Ausbauteile nach dem Verfahren positioniert werden.

Das Zusammenfügen des eine Großsektion 5 bildenden Untergestells aus Einzelteilen erfolgt in bekannter Weise in einer Vorrichtung 8, wobei bevorzugt auf den Hauptquerträgern und den seit­ lichen Längsträgern des Untergestells eine Reihe in der Zeichnung nur angedeuteter neutraler Maßbezugspunkte 6 in Form von antastbaren Bolzen mit hoher Genauigkeit nach einem Maßbe­ zugssystem angeordnet werden.

Zum Ausbau des Untergestells mit weiteren Ausrüstungsteilen 7 zu einem Modul verbleibt das Untergestell im dargestellten Beispiel in der Vorrichtung 8, und die Maßbezugspunkte 6 werden zunächst mit passiven Reflektoren oder aktiven Sensoren ausgerüstet. Danach erfolgt die Vor­ positionierung eines oder mehrerer Laserprojektoren 1 nach den Maßbezugspunkten 6 auf der Großsektion 5 und die exakte Positionsbestimmung des Laserprojektors 1 bezüglich der Projekti­ onsfläche 3 durch Ansteuerung der Reflektoren oder Sensoren auf den Maßbezugspunkten 6. Die Vorpositionierung erfolgt dabei bevorzugt durch manuelles oder mechanisches Annähern der auf Gleitschienen oder Portalen angeordneten Laserprojektoren 1 an die vorgesehenen Maßbezugs­ punkte 6, und die exakte Positionsbestimmung wird bevorzugt durch eine im Laserprojektor 1 integrierte Kalibriereinheit automatisch realisiert, indem mit einem Laserstrahl nach innerhalb der Projektionsfläche 3 angeordneten Maßbezugspunkten 6 gesucht wird, an denen der Laserprojek­ tor 1 sich orientieren kann. Um dabei die Genauigkeit der Positionierung des Laserprojektors 1 zu erhöhen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, möglichst weit auseinanderliegende sowie im Rand­ bereich der Projektion angeordnete Maßbezugspunkte 6 zur Positionierung des Laserprojektors 1 auszuwählen. Die Verwendung von Reflektoren oder Sensoren auf den Maßbezugspunkten 6 richtet sich zudem danach, ob die Kalibriereinheit des Laserprojektors 1 dazu in der Lage ist, den von den Reflektoren zurückgestrahlten Laserstrahl als Positioniersignal zu erkennen oder ob das Positioniersignal von aktiven Sensoren, die vom Laserstrahl getroffen werden und mit dem Laser­ projektor verkabelt sind, gemeldet wird.

Bei Laserprojektoren ohne Selbstkalibrierung muß dagegen die exakte Positionierung durch ent­ sprechende Hilfsmittel, beispielsweise durch Anschläge auf den Portalen oder Gleitschienen, auf denen die Laserprojektoren angeordnet sind, realisiert werden. Darüber hinaus ist es bei solchen Laserprojektoren von Vorteil, die Möglichkeit vorzusehen, die Projektion manuell über die La­ sersteuerung drehen und verschieben zu können, damit eine eventuell unrichtige Lage des Laser­ projektors im Rahmen der Beobachtungsfähigkeiten des Anwenders kompensiert werden kann. Bei der Vorpositionierung des Laserprojektors 1 ist es natürlich auch möglich, einen fest installier­ ten Laserprojektor 1 zu verwenden und diesen durch Verschieben der Vorrichtung 8 nach den Maßbezugspunkten 6 auf der Großsektion 5 grob auszurichten.

Aufgrund des begrenzten Abstrahlwinkels eines Laserprojektors 1 und der zunehmenden Unge­ nauigkeit bei großen Projektionswinkeln ist es jedoch nicht möglich, das gesamte Untergestell mit nur einem Laserprojektor 1 abzudecken. Um eine Großsektion 5 wie das Untergestell mit einer üblichen Länge von ca. 24 m zu bestrahlen haben sich demzufolge mehrere Laserprojektoren 1 als vorteilhaft erwiesen, welche nebeneinander angeordnet werden und zur Erhöhung der Projekti­ onsgenauigkeit mit größeren Überdeckungsgraden arbeiten. Je nach Notwendigkeit ist es natür­ lich auch möglich, nur einige Laserprojektoren 1 jeweils an den Schwerpunktbereichen einer Großsektion 5, wie beispielsweise den Vorbauten am Untergestell, einzusetzen oder statt mehrere Laserprojektoren 1 nur einen Laserprojektor 1 zu verwenden und diesen oder die Großsektion 5 mehrere Male umzusetzen.

Nach der exakten Positionsbestimmung des Laserprojektors 1 erfolgt dann das Aufrufen einer ersten, in einem CAD-System erstellten Abbildung 4 aus dem Speicher eines Steuerrechners 2 und die Übertragung dieser Abbildung 4 auf den Laserprojektor 1. Die Daten zur Erzeugung der pro­ jizierten Abbildung 4 können jedoch auch alternativ über den sogenannten Teach-In-Modus erzeugt werden, bei welchem die darzustellende Abbildung 4 einmal punktförmig abgetastet wird und anschließend beliebig oft abgerufen werden kann. Einfacher ist jedoch das Übernehmen von CAD-Daten und Zeichnungen, wobei es möglich ist, umfangreiche Zeichnungen aufzusplitten und die jeweiligen Konturen nacheinander anzuzeigen.

Anschließend an die Übertragung erfolgt die Projizierung der Abbildung 4 auf die Großsektion 5 im Maßstab 1 : 1 mittels des Laserprojektors 1, wobei die genau senkrechte Abstrahlung der Ab­ bildung 4, die Ebenheit der Projektionsfläche 3 sowie die Rauhigkeit und/oder die Farbe der Oberfläche entscheidend für eine optimale Qualität der Projektion sind. Ein weiterer Einflußfaktor auf die Qualität der Projektion ist der Abstand des Laserprojektors 1 von der Projektionsfläche 3, dessen Minimum rechnerisch jeweils aus dem maximalen Abstrahlwinkel des Laserprojektors 1 und der Kantenlänge der zu bestrahlenden Fläche ermittelt werden kann.

Des weiteren ist es bei der Projizierung von Vorteil, die zu projizierenden Abbildung 4 nach funktionellen Zusammenhängen geordnet vom Speicher des Steuerrechners 2 abzurufen, da die zu projizierende Linienlänge bei guter Sichtbarkeit zumeist begrenzt ist. Die Selektion und Gruppie­ rung der einzelnen Bohrbilder und Positionen zu verschiedenen Abbildung 4 kann dabei unter vielfältigen Gesichtspunkten erfolgen, wobei die Möglichkeit, konstruktive Zusammenhänge zwi­ schen den verschiedenen Bohrbildern und Positionen, beispielsweise alle Bohrungen für die Be­ festigung eines bestimmten Ausbauteiles 7, oder auch technologische Erfordernisse, beispielswei­ se zur Vermeidung häufigen Werkzeugwechsels alle Bohrungen eines bestimmten Durchmessers, zu berücksichtigen besonders hervorgehoben werden soll. Selbstverständlich ist dabei zu beach­ ten, daß die zu einer Abbildung 4 zusammengefaßten Bohrungen und Positionen bei einer zwei­ dimensionalen Projektion auf dem gleichen Höhenniveau auf der Großsektion 5 angeordnet sein müssen. Ein Ausbau der Großsektion 5 in verschiedenen Ebenen ist jedoch entweder in einfach­ ster Weise, bei gleicher Stellung des Laserprojektors, durch eine Änderung des projizierten Maß­ stabes beziehungsweise durch eine dreidimensionale Projektion oder in herkömmlicher Weise durch eine entsprechende Höhenverstellung des Laserprojektors 1 und/oder der Vorrichtung 8 möglich.

Nach der Projizierung erfolgt dann die Kennzeichnung und/oder Einarbeitung der projizierten Abbildung 4 auf/in die Großsektion 5, was bevorzugt durch Ankörnen und/oder Bohren eines Lochbildes bzw. einer Position, aber auch, zumindest beim Kennzeichnen, auf vielfältige andere Art und Weise, beispielsweise mit lichtempfindlichen Farbschichten auf der Großsektion 5, reali­ siert werden kann.

In Ausgestaltung des Verfahrens hat es sich darüber hinaus als sehr hilfreich erwiesen, die Projek­ tion der jeweiligen Abbildung 4 durch eine zeitgleiche Projektion erklärender Schriftzüge zu er­ gänzen, welche beispielsweise den jeweils einzuarbeitenden Bohrungsdurchmesser oder das zu positionierende Ausbauteil 7 angeben.

Anschließend wird mittels einer Fernbedienung die nächste Abbildung 4 aus dem Speicher des Steuerrechners 2 aufgerufen und in der zuvor beschriebenen Weise durch Projizierung, Kenn­ zeichnung und/oder Einarbeitung an der Großsektion 5 abgearbeitet. Dies wiederholt sich dann so lange, bis die Großsektion 5 mit allen Ausbauteilen 7 ausgerüstet ist, so daß nach deren Fertigstel­ lung die Projizierung und Kennzeichnung der Positionen der Anschlußmodule des Schienenfahr­ zeuges mit abschließender Anordnung und Verbindung der Module untereinander zum Wagenka­ sten des Schienenfahrzeuges erfolgen kann.

Claims (3)

1. Verfahren zur Positionierung von An- und Ausbauteilen an den Großsektionen eines in Modul­ bauweise hergestellten Schienenfahrzeuges, beispielsweise am Untergestellmodul eines Nah­ verkehrs-Schienenfahrzeuges, wobei die Großsektionen nach einem Maßbezugssystem mit an­ tastbaren Maßbezugspunkten aus Einzelteilen zusammengefügt und anschließend an minde­ stens einer Seite mit weiteren Ausrüstungsteilen ausgebaut werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Ausrüsten der Maßbezugspunkte (6) auf der Großsektion (5) mit passiven Reflektoren oder aktiven Sensoren,
• b) Vorpositionierung eines oder mehrerer nebeneinander angeordneter Laserprojektoren (1) nach den Maßbezugspunkten (6) auf der Großsektion (5),
• c) exakte Positionsbestimmung des Laserprojektors (1) bezüglich der Projektionsfläche (3) durch Ansteuerung der Reflektoren oder Sensoren auf den Maßbezugspunkten (6),
• d) Aufrufen einer ersten, in einem CAD-System erstellten Abbildung (4) aus dem Speicher eines Steuerrechners (2) und Übertragung auf den Laserprojektor (1),
• e) Projizierung der Abbildung (4) auf die Großsektion (5) im Maßstab 1 : 1 mittels des Laser­ projektors (1),
• f) Kennzeichnung und/oder Einarbeitung der projizierten Abbildung (4) auf/in die Groß­ sektion (5),
• g) Aufrufen der nächsten Abbildung (4) aus dem Speicher des Steuerrechners (2) mittels Fernbedienung,
• h) Wiederholung der Verfahrensschritte e) bis g) bis zur Fertigstellung der Großsektion (5),
• i) gegebenenfalls Projizierung und Kennzeichnung der Positionen der Anschlußmodule mit anschließender Anordnung und Verbindung der Module untereinander.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorpositionierung bevorzugt durch manuelles oder mechanisches Annähern der auf Gleitschienen oder Portalen angeordneten Laserprojektoren (1) an die vorgesehenen Maßbezugspunkte (6) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die exakte Positi­ onsbestimmung bevorzugt durch eine im Laserprojektor (1) integrierte Kalibriereinheit erfolgt.