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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schwerlastniederflurfahrzeug, insbesondere für Lasten in einem Bereich von 10 t bis 100 t. Schwerlastniederflurfahrzeuge kommen insbesondere zum Einsatz in Industriebereichen, die sich mit der industriellen Herstellung großer Bauteile befassen. Hierzu zählen unter anderem die Windenergie- und Flugzeugbranche, welche aufgrund stetig steigender Kostendrücke einen zunehmenden Bedarf von Rationalisierung der Fertigungs- und Montageprozesse haben. Im Unterschied zu anderen Industriebereichen wie beispielsweise der Automobilindustrie kann in solchen Branchen nicht ohne Weiteres auf Fließbandtechnik zurückgegriffen werden, was im Wesentlichen an der unzureichenden Flexibilität der Fließbandanlagen liegt, die für kleinere Stückzahlen unwirtschaftlich sind. Die in den vorgenannten Branchen gefertigten Großbauteile sind für heutige Fließbandtechnologie zu groß und zu schwer. Hinzu kommt, dass insbesondere in der Windenergie- und Flugzeugbranche oftmals Bauteile in sehr unterschiedlichen Modellausführungen innerhalb der gleichen Produktionsanlagen gefertigt werden.
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Es sind grundsätzlich zwar Niederflurfahrzeuge im Stand der Technik bekannt. Auch sind Niederflurfahrzeuge bekannt, die im Fahrzeugverbund aus mehreren Fahrzeugen betrieben werden können, was beim Transport sehr großer Bauteile oft unvermeidlich ist. Hierzu zählen beispielsweise die modularen Niederflurfahrzeuge des Unternehmens Scheuerle der Baureihe SPMT 3000. Während solche Fahrzeuge für sehr hohe Lasten ausgelegt sind, haben diese Fahrzeuge den systembedingten Nachteil, dass sie nicht besonders wendig sind und deswegen nur eingeschränkte Flexibilität aufweisen.
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Ferner sind im Stand der Technik Niederflurfahrzeuge für geringere Lasten bekannt, die zwar sehr wendig sind, aber entweder nicht für den Verbundbetrieb geeignet sind, oder kein ausreichendes Lastaufnahmevermögen aufweisen. Vor diesem Hintergrund lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schwerlastniederflurfahrzeug der eingangs bezeichneten Art anzugeben, welches die im Stand der Technik aufgefundenen Nachteile möglichst überwindet.
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Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe mit einem Schwerlastniederflurfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1. Insbesondere weist das Schwerlastniederflurfahrzeug gemäß der Erfindung einen Grundkörper auf, der eine Ladefläche zur Aufnahme von Lasten und mehrere Radsätze aufweist, wobei jeder Radsatz um eine im Wesentlichen senkrecht zur Ladefläche stehende Drehachse frei gelagert ist, zwei konventionell abrollende Antriebsräder aufweist, die jeweils einen elektrischen Direktantrieb aufweisen, und mittels einer niveaugeregelten Feder- und Hubeinrichtung relativ zur Ladefläche höhenbeweglich ist. Unter einer freien Lagerung wird im Sinne der Erfindung eine Drehlagerung der Radsätze verstanden, die keinen Antrieb im Sinne eines Lenkantriebs aufweist, sondern eine prinzipiell freie Rotation ermöglicht.
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Die Erfindung macht sich zunutze, dass das Fahrzeug gemäß der Erfindung an jedem Radsatz ein linkes und rechtes Rad aufweist, dessen Drehzahl entsprechend einer gewünschten Lenkbewegung unabhängig voneinander geregelt werden kann. Durch die Differenz der eingeregelten Drehzahlen dreht der Radsatz um die Drehachse. Auf diese Weise ist eine stufenlose Lenkung möglich, die ausschließlich durch die fahrzeugseitigen Lenkanschläge und endlichen Längen von eventuell verlegten Kabelbäumen begrenzt ist. Die Erfindung macht sich insbesondere auch zunutze, dass bei dieser erfindungsgemäßen Zweiradlenkung die Antriebsräder an jedem Radsatz in einem gewissen konstruktionsbedingten Abstand zur Drehachse angeordnet sind. Bei einer Drehbewegung des Radsatzes können die Antriebsräder deswegen zu einem höheren Maße „sauber” abrollen und werden weniger stark scherbeansprucht. Bei den avisierten schweren Lasten vermindert dies signifikant den Verschleiß. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, dass das Fahrzeug ausschließlich angetriebene Räder aufweist. Somit kann die zum Transport der Last notwendige Antriebsleistung auf möglichst viele Räder verteilt werden, was einerseits in einer guten Traktion und andererseits in einer effizienten Leistungsausbeute resultiert.
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Dadurch, dass die Antriebsräder eines jeden Radsatzes mittels elektrischer Direktantriebe angetrieben werden, ist der Schwerpunkt des Fahrzeugs und der Antriebseinheit sehr niedrig, nämlich unmittelbar über dem Boden. Auf dedizierte Antriebsaggregate wie beispielsweise Verbrennungsmotoren etc. kann bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug verzichtet werden. Die Zuordnung jeweils eines elektrischen Direktantriebs zu einem Antriebsrad ermöglicht ferner eine äußerst schmutzunempfindliche, gewissermaßen gekapselte Anordnung des jeweiligen Antriebsaggregats.
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Die Kombination konventionell abrollender Antriebsräder mit dem Konzept der Zweiradlenkung resultiert in einer effizienten Energieausbeute. Hinzu kommt der Vorteil des elektrischen Direktantriebs, der eine Verwendung fossiler Brennstoffe unnötig macht. Dies verbessert die Emissionsbelastung der Betriebsumgebung des Schwerlastniederflurfahrzeugs. In Folge der Zweiradlenkung fällt zum Ausführen von Lenkbewegungen ein verhältnismäßig geringer Energiebedarf an. Unterhalts- und Betriebskosten des erfindungsgemäßen Fahrzeuges sind deswegen gering. Da jeder Radsatz eine funktionell abgeschlossene Einheit aus Antriebsrädern und Direktantrieb nebst Feder- und Hubeinrichtung darstellt, ist eine leichte Austauschbarkeit einzelner Radsätze gewährleistet, was geringe Ausfallzeiten für Instandsetzungs- und Wartungsarbeiten nach sich zieht.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Fahrzeug eine Fahrzeugsteuereinheit auf, wobei diese dazu eingerichtet ist, jeden der elektrischen Direktantriebe individuell anzusteuern. Die Fahrzeugsteuereinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Feder- und Hubeinrichtung jeder Radsätze individuell anzusteuern. Beim Ansteuern der Direktantriebe und/oder Feder- und Hubeinrichtungen der Radsätze ist die Fahrzeugsteuereinheit mittels einer signalleitenden Verbindung mit den elektrischen Direktantrieben und/oder den Feder- und Hubeinrichtungen der Radsätze verbunden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fahrzeugsteuereinheit im Fahrzeug angeordnet. In diesem Fall ist die Fahrzeugsteuereinheit vorzugsweise mittels CAN Bus mit den elektrischen Direktantrieben verbunden. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Fahrzeugsteuereinheit extern zum Fahrzeug angeordnet. In jenem Fall ist die Fahrzeugsteuereinheit vorzugsweise mittels drahtloser Datenübertragungsmittel mit den elektrischen Direktantrieben verbunden, sowie mit der Feder- und Hubeinrichtung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs weist jeder Radsatz mindestens einen Wegaufnehmer zur Erfassung einer Niveauänderung der Antriebsräder relativ zur Ladefläche auf. Vorzugsweise weist jeder Radsatz je einen Wegaufnehmer für jedes Antriebsrad zur Erfassung einer Niveauänderung des jeweiligen Antriebsrades relativ zur Ladefläche auf.
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Weiter vorzugsweise ist die Feder- und Hubeinrichtung druckmedienbetätigt, insbesondere hydraulisch betätigt, und weist einen Druckmessaufnehmer zur Überwachung des Mediendrucks auf. Hierbei wird die Hubbewegung mittels druckmedienbetätigter Kolben-/Zylinderpaarungen ausgeführt. Die Federung der hydraulisch betätigten Feder- und Hubeinrichtung wird dann über Druckspeicher gewährleistet, die in der Zuleitung zu den Hydraulikzylindern angeordnet sind. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Grundkörper des Fahrzeugs für jeden Radsatz eine Schnittstelle auf, die dazu eingerichtet ist, den Radsatz positionstreu reversibel aufzunehmen. Vorzugsweise weist die Schnittstelle ein oder mehrere Positionierelemente auf, die formschlüssig mit korrespondierenden Elementen des Radsatzes zusammenwirken. Diese Positionierelemente können als Vorsprünge oder Ausnehmungen oder eine Kombination aus beidem ausgebildet sein.
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Falls die Fahrzeugsteuereinrichtung in dem Fahrzeug angeordnet ist, weist die Schnittstelle vorzugsweise auch einen Anschluss zur signalleitenden Verbindung des Radsatzes mit der Fahrzeugsteuereinheit auf. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass der Radsatz nach dem positionstreuen Aufnehmen in der Schnittstelle mittels einfacherer Steckverbinder betriebsbereit an das Fahrzeug angeschlossen werden kann, und im umgekehrten Falle zur schnellen Wartung einfach entfernbar ist.
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Vorzugsweise weist das Fahrzeug gemäß der Erfindung eine elektrische Spannungsquelle auf, und die Schnittstelle weist einen Anschluss zur elektrisch leitenden Verbindung des Radsatzes mit der Spannungsquelle auf. Der Anschluss zur elektrischen Spannungsquelle dient der Versorgung der elektrischen Direktantriebe und/oder der Feder- und Hubeinrichtungen der Radsätze. Vorzugsweise sind an den elektrischen Direktantrieben elektrisch gelüftete Standbremsen angeordnet, die ebenfalls von der Spannungsquelle versorgt werden. Besonders bevorzugt sind die elektrischen Direktantriebe dazu ausgebildet, beim Bremsen mittels Bremsenergierückgewinnung über einen im Direktantrieb vorgesehenen Umrichter elektrische Energie in die elektrische Spannungsquelle rückzuspeisen. In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Spannungsquelle austauschbar, beispielsweise mittels eines Wechseleinschubs, und/oder über ein stationäres Ladegerät aufladbar und/oder über ein mitgeführtes Ladegerät aufladbar. Besonders bevorzugt beträgt die Versorgungsspannung der elektrischen Spannungsquelle 80 V. Eine Versorgungsspannung von 80 V hat den Vorteil, dass verhältnismäßig kleine Ströme fließen müssen, um die geforderte Leistung abzugeben. Dies ermöglicht verhältnismäßig kleine Leitungsdurchmesser, was wiederum eine besonders günstige Kabelführung nach sich zieht. Hierdurch wird ein höherer maximaler Lenkeinschlag der Radsätze ermöglicht. Eine Spannung von 80 V erfordert ferner noch keine Entwicklung eigener Leistungselektronik, was sich auf die Herstellungsökonomie vorteilhaft auswirkt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Fahrzeug eine Druckmedienquelle auf, und die Schnittstelle weist einen Anschluss zur druckmedienleitenden Verbindung des Radsatzes mit der Druckmedienquelle auf. Dieser Anschluss ist zur Versorgung der Feder- und Hubeinrichtung mit Druckmedien, insbesondere druckbeaufschlagter Hydraulikflüssigkeit ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fahrzeuges ist jedes Antriebsrad einzeln an seinem Radsatz aufgehängt. Dies führt stets zu einem Bodenkontakt aller Räder und zu einer eindeutig definierten Fahrzeugstatik. Besonders bevorzugt ist jedes Antriebsrad einzeln mittels einer niveaugeregelten Feder- und Hubeinrichtung relativ zur Ladefläche höhenbeweglich. Während es auf den meisten, im Wesentlichen ebenen Bodenflächen für den sicheren Betrieb des Fahrzeugs ausreichend sein dürfte, beide Antriebsräder eines Radsatzes mit einer gemeinsamen Feder- und Hubeinrichtung in der Höhe zu verstellen, verbessert eine einzelne Höhenverstellung jedes Antriebsrades die Einstellgenauigkeit bei eher unebenen Untergründen und führt zu einer noch sichereren Transportweise der Schwerlast.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fahrzeug gemäß der Erfindung einen Neigungsmessaufnehmer zum Erfassen einer Neigbewegung der Ladefläche auf. Vorzugsweise ist der Neigungsmessaufnehmer signalleitend mit der Fahrzeugsteuereinheit verbunden, wobei die Fahrzeugsteuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet ist, aufgrund der empfangenen Signale des Neigungsmessaufnehmers die Feder- und Hubeinrichtung der Radsätze derart zu steuern, dass die Ladefläche während des Betriebs des Fahrzeugs waagerecht gehalten wird. Dies ermöglicht zum einen das Befahren von Rampen oder geneigten Flächen bei waagerecht gehaltener Last, und zum anderen das Ausgleichen von Ladungssituationen, in denen die Schwerlast außermittig auf dem Fahrzeug aufliegt.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ein RFID-Lesegerät auf und ist dazu eingerichtet, mittels des RFID-Lesegeräts ausgelesene Informationen an die Fahrzeugsteuereinheit zu übermitteln. Das Fahrzeug ist somit vorzugsweise dazu ausgebildet, über eine Bodenfläche zu fahren, in der eine Vielzahl von RFID-Elementen in einem vorbekannten Muster angeordnet sind. Durch Identifikation jeweiliger RFID-Elemente durch das RFID-Lesegerät kann das Fahrzeug der Fahrzeugsteuereinheit mitteilen, wo auf dem vorbekannten Muster es sich jederzeit befindet. Hierdurch ist eine robuste Möglichkeit der Positionsbestimmung bereitgestellt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Fahrzeug zur Bestimmung der Position und Ausrichtung des Fahrzeugs mittels einer Scaneinrichtung, insbesondere Laserscaneinrichtung, mehrere, vorzugsweise drei oder mehr, Lichtwellenreflektoren in einem definierten Abstand zueinander und an definierten Stellen des Fahrzeugs auf. Mittels der Messaufnehmer ist es einem externen Positionsermittlungssystem mit einer Scaneinrichtung möglich, Lichtwellen auf eine vorbekannte Bodenfläche auszustrahlen. Die von einem vorzugsweise ortsfesten Emissionspunkt angestrahlten Lichtwellen treffen auf das Fahrzeug und werden von den dort vorgesehenen Lichtwellenreflektoren zurückgeworfen. Das von der Scaneinrichtung aufgenommene Bild der reflektierten Lichtsignale liefert eine eindeutige Aussage zur Entfernung und Winkelanordnung der Reflektoren relativ zu der bekannten Bodenfläche, und somit des Fahrzeugs. Ein solches System ist beispielsweise für Werkshallen geeignet, in denen die Scaneinrichtung die Position und Ausrichtung mehrerer Fahrzeuge in einem System überwacht.
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Die Fahrzeugsteuereinheit des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist vorzugsweise mittels einer Fernbedienung oder mittels einer Steuerzentrale ansteuerbar, welche drahtlos mit der Fahrzeugsteuereinheit kommunizieren. Die Fernbedienung und/oder die Steuerzentrale sind vorzugsweise dazu eingerichtet, einen vorbestimmten Bewegungspfad an die Fahrzeugsteuereinheit zu übertragen. Falls eine Positionsübermittlung mittels einer Scaneinrichtung erfolgt, wird vorzugsweise die Position und Ausrichtung mittels (drahtloser) Signalübertragung ebenfalls an die Fahrzeugsteuereinheit übertragen. Insbesondere für einen Verbundbetrieb ist es bevorzugt, wenn ein Fahrzeug als Master-Fahrzeug zusätzlich zur eigenen Position mit den Positionsdaten weiterer Fahrzeuge, sogenannter Slave-Fahrzeuge, versorgt wird, um auf Basis der übermittelten Positionsinformationen neben der eigenen Steuerung auch die Steuerung der Radsätze der übrigen Fahrzeuge zu koordinieren.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Konzepts zeigt sich hier in folgender Weise: Solange die Positionen der Radsätze am Fahrzeug bekannt sind und in der Fahrzeugsteuereinheit und/oder der Steuerzentrale hinterlegt sind, ist die Fahrzeugsteuereinheit in der Lage, jeden Steuerbefehl in entsprechende Antriebsbefehle für die Radsätze umzuwandeln, und beliebige Fahrmanöver durchzuführen, beispielsweise Geradeausfahrt, Querfahrten, Kreisfahrten etc. Hierzu ist es im Gegensatz zu bekannten Systemen nicht erforderlich, dass die Radsätze symmetrisch am Fahrzeug angeordnet sind. Durch die stufenlose Lenkbarkeit der zweirädrigen Radsätze ist es auch möglich, asymmetrische Verteilungen der Radsätze am Fahrzeug vorzusehen, was die Flexibilität des Antriebskonzeptes verdeutlicht.
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Im Folgenden wird auf die bevorzugte Verwendung der im Betrieb aufgenommenen Betriebsdaten eingegangen. Unter Betriebsdaten werden hierbei die Signale der vorzugsweise vorgesehenen Druckmessaufnehmer in der Feder- und Hubeinrichtung sowie der Wegaufnehmer der Radsätze, sowie ggf. der Signale des Neigungsmessaufnehmers verstanden.
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Vorzugsweise ist die Fahrzeugsteuereinheit dazu eingerichtet, die Feder- und Hubeinrichtung der Radsätze in Abhängigkeit der empfangenen Betriebsdaten derart zu steuern, dass die Ladefläche waagerecht gehalten wird. Verschiedene Fahrsituationen können sich im Betrieb einstellen. Wenn einer der Radsätze über eine Unebenheit fährt, registriert der Druckmessaufnehmer einen Anstieg des Drucks. Simultan registriert der Wegmessaufnehmer des entsprechenden Radsatzes eine Relativbewegung relativ zur Ladefläche. Die Anschwellgeschwindigkeit und Dauer des Anstiegs dienen hierbei als Kenngröße für die Fahrzeugsteuereinheit, um den Druck in der Feder- und Hubeinrichtung nachzuregeln, um beispielsweise nach dem Anfahren einer Stufe für den jeweiligen Radsatz ein verändertes Höhenniveau einzuregeln, das nach wie vor das waagerechte Führen der Ladefläche ermöglicht. Handelt es sich um eine kurzfristige Unebenheit wie beispielsweise ein Vorsprung oder ein Schlagloch, sinkt der Druck in der Feder- und Hubeinrichtung des betroffenen Radsatzes nach einem schnellen Anstieg auch schnell wieder ab. In einem solchen Fall sorgen die vorzugsweise vorgesehenen Druckspeicher in der Zuleitung zur Hydraulik für ein Abfedern der Antriebsräder, und der Druck muss nicht nachgeregelt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Fahrzeugsteuereinheit dazu eingerichtet, mittels der empfangenen Betriebsdaten, insbesondere der Werte der übermittelten Mediendrücke aus den Druckmessaufnehmern, die aufgenommene Last und/oder die Schwerpunktlage der von der Ladefläche aufgenommenen Last und/oder die Änderung der Schwerpunktlage der Last zu ermitteln. Zum einen lässt sich diese Schwerpunktermittlung abhängig von der Messauflösung der Druckmessaufnehmer sehr genau vornehmen, zum anderen kann mittels der Erfassung der Änderung der Schwerpunktlage von der Fahrzeugsteuereinheit sehr schnell auf Neig- oder Schwankbewegungen reagiert werden, und so ein Aufschaukeln bei fortgesetzten Unebenheiten gezielt verhindert werden.
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Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Fahrzeug in einem „Master”-Betriebsmodus oder einem „Slave”-Betriebsmodus betreibbar. Die Fahrzeugsteuereinheit ist vorzugsweise als Master-Steuereinheit dazu eingerichtet, Positions- und Ausrichtungsdaten anderer Schwerlastniederflurfahrzeuge zu empfangen, diese in Abhängigkeit von für das eigene Fahrzeug empfangenen Steuerbefehlen in Steuerbefehle für die anderen Fahrzeuge zu verarbeiten, und diese Steuerbefehle an die anderen Fahrzeuge zu senden.
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Als Slave-Steuereinheit ist die Fahrzeugsteuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, vorzugsweise von einer Master-Steuereinheit eines anderen Fahrzeugs, Steuerbefehle zu empfangen. Dies stellt eine leicht beherrschbare Synchronisationsmöglichkeit für den Verbundbetrieb mehrerer Fahrzeuge in einem System dar. Der Bediener, sei es mittels Funkfernbedienung oder Steuerzentrale, kann nach Deklarieren eines Fahrzeuges zum Master-Fahrzeug dieses Fahrzeug steuern, ohne dass er synchron mehrere Fahrzeuge befehligen müsste. Die Steuerung der Slave-Fahrzeuge wird von dem Master-Fahrzeug und dessen Fahrzeug-Steuereinheit selbstständig übernommen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Schwerlast-Transportsystem, mit mindestens einem Schwerlastniederflurfahrzeug nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, und einer Fernbedienung oder einer Steuerzentrale, die dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Fahrzeug entlang eines vorbestimmten Bewegungspfades zu steuern.
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Vorzugsweise betrifft die Erfindung ein Schwerlast-Transportsystem mit einem Fahrzeugverbund bestehend aus mehreren Schwerlastniederflurfahrzeugen der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, wobei die Fernbedienung und/oder Steuerzentrale dazu eingerichtet ist, eines der Fahrzeuge des Verbunds als Master-Fahrzeug zu steuern, wobei das Fahrzeug eine Master-Fahrzeugsteuereinheit aufweist, die ihrerseits dazu eingerichtet ist, die anderen Fahrzeuge als Slave-Fahrzeuge zu steuern.
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Vorzugsweise weist das System eine Mehrzahl von RFID-Elementen auf, die von einem RFID-Lesegerät des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeuge auslesbar sind und in einem definierten Muster auf oder in einer von dem Fahrzeug befahrbaren Oberfläche angeordnet sind. Hierdurch wird es den Fahrzeugen ermöglicht, ihre Position autark zu bestimmen und an ihre jeweilige Fahrzeugsteuereinheit, bzw. die Master-Fahrzeugsteuereinheit, und/oder die Steuerzentrale zu übertragen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das System eine Scaneinrichtung auf, insbesondere eine Laserscaneinrichtung, die Mittel zum Initiieren von Lichtwellen von einem ortsfesten Punkt aus auf eine von dem Fahrzeug befahrbare Oberfläche aufweist, sowie Mittel zum Empfang von Lichtwellen, die von dem Fahrzeug reflektiert worden sind. Vorzugsweise ist die Scaneinrichtung dazu eingerichtet, aus den empfangenen Lichtwellen die Position des die Lichtwellen reflektierenden Fahrzeugs zu berechnen. Alternativ ist die Scaneinrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, eine für die empfangenen Lichtwellen repräsentative Bildinformation an die Steuereinheit zumindest eines der Fahrzeuge oder eine Steuerzentrale zu übermitteln, wo dann die Position des Fahrzeugs berechnet wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische räumliche Darstellung eines Schwerlastniederflurfahrzeugs gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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2a, b schematische Seitenansichten eines Radsatzes des Fahrzeugs gemäß 1,
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3 einen schematischen Rasterplan für die mögliche Anordnung von Radsätzen gemäß den 2a, b,
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4a, b schematische Seitenansichten eines Radsatzes gemäß den 2a, b in unterschiedlichen Betriebsstellungen,
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5a–g schematische Darstellung unterschiedlicher Fahrmanöver eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung, beispielsweise der 1,
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6 eine schematische Darstellung einer Datenleitungsstruktur für das erfindungsgemäße Fahrzeug,
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7 eine schematische Darstellung für einen Lenkvorgang des erfindungsgemäßen Fahrzeugs, und
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8 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel.
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In 1 ist zunächst ein Schwerlastniederflurfahrzeug 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Fahrzeug 1 weist einen Grundkörper 3 auf, der eine Ladefläche 5 zur Aufnahme von Lasten aufweist. Unterhalb der Ladefläche 5 sind insgesamt vier Radsätze 7a–d angeordnet. Die Radsätze 7a–d sind jeweils frei drehbar an dem Grundkörper 3 gelagert, jeweils um einen wesentlichen senkrecht zur Ladefläche stehende Drehachse.
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Das Fahrzeug 1 weist eine Fahrzeugsteuereinheit 10 auf, die entweder fest am Fahrzeug angeordnet ist oder separat zum Fahrzeug angeordnet ist. Die Fahrzeugsteuereinheit weist nicht näher dargestellte Datenverbindungsmittel zur Kommunikation mit den Radsätzen 7a–d auf. Ferner weist das Fahrzeug 1 einen mit der Fahrzeugsteuereinheit 10 signalleitend verbundenen Neigungsmessaufnehmer 12 auf.
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Der genaue Aufbau der Radsätze 7a–d ist in den 2a, b gezeigt. An der Montagefläche zur Ladefläche 5 des Grundkörpers 3 hin weist der Radsatz eine Deckplatte 9 mit einer Verlängerung 11 auf, die eine Ausnehmung zur Leitungsverlegung mit abdeckt.
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Der Radsatz weist ein Gehäuse 13, auf, welches zur Aufnahme und zum mechanischen Schutz von Daten- und Druckmedienleitungen ausgebildet ist. An dem Gehäuse 13 ist eine Lagerachse 15 ausgebildet, an welcher jeweils einzelne Radschwingen 17a, 17b drehbar gelagert sind. An der Schwinge 17a ist ein konventionell abrollendes Antriebsrad 19a gelagert. Das Antriebsrad 19a ist mit einem elektrischen Direktantrieb 21a gekoppelt, der die zugeführte Gleichspannung, beispielsweise von der (nicht dargestellten) elektrischen Spannungsquelle des Fahrzeugs 1, mittels eines Umrichters in Wechselspannung zum stufenlosen Regeln der Antriebsgeschwindigkeit des Antriebsrades 19a umwandelt.
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Ferner weist der elektrische Direktantrieb 21a eine elektrisch gelüftete Bremse 23a auf.
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Die Höhe bzw. der Abstand des Antriebsrads 19a relativ zur Ladefläche 5 des Fahrzeugs 1 ist mittels eines Hydraulikzylinders 25a, der Teil einer Feder-Hubeinrichtung ist, einstellbar.
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Zwischen dem Gehäuse 13 und der Schwinge 17a ist ein Wegmessaufnehmer in Form eines Winkelgebers 27 angeordnet, der jede Schwenkbewegung des Antriebsrades 19a relativ zum Grundkörper 3 registriert vorzugsweise an die Fahrzeugsteuereinheit 10 meldet.
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Der Radsatz 7 (a–d) ist symmetrisch aufgebaut. So ist an der Achse 15 eine zweite Schwinge 17b gelagert, an welcher wiederum ein zweites Antriebsrad 19b gelagert ist. Das Antriebsrad 19b ist mit einem elektrischen Direktantrieb 21b gekoppelt, der in gleicher Weise funktioniert wie der elektrische Direktantrieb 21a und ebenfalls eine elektrisch gelüftete Bremse 23b aufweist. Vorzugsweise ist ein separater Hydraulikzylinder 25b vorgesehen, der eine Höhenverstellung des zweiten Antriebsrades 19b relativ zur Ladefläche 5 des Fahrzeugs 1 ermöglicht. Der Hydraulikzylinder 25a und der Hydraulikzylinder 25b sind wahlweise entweder synchron betrieben, werden also gleichzeitig zum Verändern der Höhe mit gleichen Drücken angesteuert, oder individuell angesteuert, um eine separate Höhenverstellung jedes einzelnen Rades zu gewährleisten.
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Für viele Anwendungszwecke kann es aber ausreichen und steuerungstechnisch vorteilhafter sein, beide Zylinder synchron anzusteuern.
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1 zeigt exemplarisch ein Schwerlastniederflurfahrzeug mit insgesamt vier Radsätzen, symmetrisch aufgeteilt in zwei Achsen und zwei Spuren, sofern man begrifflich eine Spur für jeweils einen Radsatz zuordnet.
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Dadurch, dass jeder der Radsätze des Fahrzeuges von der Fahrzeugsteuereinheit stufenlos gelenkt werden kann, gibt es keine starre, mechanische oder sonstige Verbindung der Lenkbewegungen der Radsätze untereinander. Somit ist es ohne weiteres möglich, mit der Fahrzeugsteuereinheit 10 (1) auch eine andere Anzahl von Radsätzen anzusteuern, als dies in 1 exemplarisch gezeigt ist. So kann ein Fahrzeug beispielsweise 1, 2, 3, 4, n Achsen aufweisen, wobei jede Achse 1, 2, 3, m Spuren aufweist. Die Radsätze müssen ferner nicht wie in 3 gezeigt rasterartig symmetrisch angeordnet sein, sondern können auch baulichen Gegebenheiten folgend asymmetrisch und ungleichmäßig am Fahrzeug verteilt sein. Der rechnerische Aufwand, den die Fahrzeugsteuereinheit zum Ansteuern der Antriebsräder der Radsätze aufwenden muss, ist hiervon unbeeinträchtigt. Das Antriebskonzept lässt sich im Prinzip beliebig skalieren.
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Das erfindungsgemäße Schwerlastniederflurfahrzeug 1 ist mittels der an jedem Radsatz vorgesehenen Feder- und Hubeinrichtung dazu ausgebildet, Lasten selbsttätig zu unterfahren und im Anschluss daran anzuheben.
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Nach erfolgtem Anheben, welches exemplarisch in 4a und b dargestellt ist, fährt das Fahrzeug 1 die aufgenommene Last an ihre Destination, wobei es einen von einem Bediener, beispielsweise per Funkfernbedienung oder Steuerzentrale, vorgegebenen Bewegungspfad folgt.
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Zur Verdeutlichung: In 4a ist ein Radsatz 7 mit eingefahrenen Hydraulikzylinder 25 abgebildet. In 4b ist relativ dazu die Ladefläche 5 durch Ausfahren des Hydraulikzylinders 25 angehoben, der Abstand zwischen Bodenfläche 100 und Ladefläche 5 also vergrößert relativ zu 4a.
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In 5 sind exemplarisch die verschiedenen Fahrmanöver verdeutlicht, die das erfindungsgemäße Fahrzeug 1 auszuführen im Stande ist.
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5a zeigt eine Fahrzeugbewegung des Fahrzeugs 1 in Richtung des Pfeils A. Alle Radsätze 7a–d sind parallel ausgerichtet auf einen Lenkwinkel von im Wesentlichen 90°. In den 5a–g ist auch der gesamte Lenkwinkel von 270° veranschaulicht. So wird sichergestellt, dass sowohl bei Längsfahrt, als auch bei Querfahrt in Richtung des Pfeils B stets eine volle Manövrierfähigkeit quer zur Hauptfahrtrichtung möglich ist.
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In 5c wird das Fahrmanöver der Vorderradlenkung bei Fahrt im Allgemeinen in Richtung des Pfeils C dargestellt. Die Antriebsräder der Radsätze 7a, b werden jeweils unterschiedlich stark angetrieben, um in die dargestellte Lenkposition zu gelangen. Im Vergleich dazu ist in 5e bei gleicher Bewegungsrichtung in Pfeilrichtung C die Hinterradlenkung dargestellt, in der die Radsätze 7c, d durch entsprechenden Antrieb der jeweiligen Antriebsräder angelenkt sind. Die Darstellung der 5d zeigt aus den beiden vorgenannten Figuren gewissermaßen die Synthese, in welcher alle Radsätze so angesteuert werden von der Fahrzeugsteuereinheit 10, dass eine Allradlenkung ausgebildet ist. Ein weiteres Beispiel für eine solche Allradlenkung ist auch in 7 dargestellt, siehe weiter unten.
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In 5f ist der sogenannte „Krebsgang” dargestellt, in welchen wiederum alle Antriebssätze parallel ausgerichtet sind und in Richtung des Pfeils D antreiben.
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5g zeigt schließlich einen Sonderfall der Allradlenkung gemäß 5d, bei welchem das Fahrzeug 1 um seinen Fahrzeugmittelpunkt, gekennzeichnet durch die Hochachse E, rotiert wird.
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6 veranschaulicht sinnbildlich eine Möglichkeit, die verschiedenen Radsätze eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit der Fahrzeugsteuereinheit 10 zu verknüpfen. Gezeigt ist dies exemplarisch für nur eine Spur, beispielsweise Spur 1.
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Die Fahrzeugsteuereinheit 10 ist mittels einer CAN-Bus-Datenleitung 14 mit den Radsätzen 7a–n verbunden. Die Verbindung zwischen den Radsätzen 7a–n und der Datenleitung 14 wird beispielsweise mittels Steckverbindern realisiert. Die in 6 angedeuteten „fahrzeuggebundenen Komponenten” umfassen die signaltechnisch mit der Fahrzeugsteuereinheit kommunizierenden Bauteile wie etwa Wegmessaufnehmer, Druckmessaufnehmer, elektrische Direktantriebe bzw. die diesen zugeordneten Umrichter etc.
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Wie weiter oben bereits erwähnt, zeigt 7 exemplarisch die unterschiedliche Lenkwinkelansteuerung der verschiedenen Radsätze 7a–d des Fahrzeugs 1 für eine Kreisbogenfahrt. Damit sich das Fahrzeug 1 möglichst verschleißarm entlang einer bestimmten Bewegungsbahn bewegen kann, müssen alle Antriebsräder der Radsätze 7a–d derart angetrieben werden, dass sie keinen Schlupf und somit unnötigen Abrieb auf dem Untergrund erzeugen. Dies erfordert das Antreiben der jeweiligen Antriebsräder mit utnerschiedlichen Drehzahlen derart, dass der Momentanpol aller Antriebsräder und somit aller Radsätze mit dem Lenkpol des Bewegungspfades zusammenfällt. Beispielhaft ist Lenkpol 31 in 7 eingezeichnet. Alle Antriebsräder beschreiben Kreisbahnen um diesen Lenkpol 31 herum. Dies führt dazu, dass alle Lenkräder einen unterschiedlichen Lenkwinkel (LW, beispielhaft für Radsatz 7b eingezeichnet) einschlagen. Aufgrund der unterschiedlichen Entfernungen der Radsätze 7a–d zum Lenkpol unterscheiden sich die Drehzahlen der Antriebsräder voneinander. Vorzugsweise erhält die Fahrzeugsteuereinheit 10 von einer Bedieneinheit 50, die beispielsweise als Funkfernbedienung oder als Steuerzentrale ausgebildet ist, eine Information über den einzuschlagenden Bewegungspfad. Die Fahrzeugsteuereinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet, diese Bewegungsinformation in Steuerbefehle für die einzelnen Radsätze und deren Antriebsräder umzusetzen, und die Steuerbefehle entsprechend an die jeweiligen Antriebsräder zu senden. Dies geschieht beispielsweise mittels einer Steuerung gemäß 6.
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Abschließend illustriert das schematisch in 8 dargestellte Schwerlastniederflurfahrzeug 1' die Vielseitigkeit des vorgestellten Antriebskonzeptes. Durch entsprechende Dimensionierung der Antriebsmotoren, Antriebsräder und Anzahl der verwendeten Achsen und Spuren lassen sich problemlos Niederflurschwerlastfahrzeuge, wie das in 8 gezeigte, bereitstellen, die im Prinzip beliebig hohe Lasten bei gleichzeitig sehr hoher Wendigkeit transportieren können. Das in 8 dargestellte Fahrzeug lässt sich als Einheit beispielsweise mit den gezeigten vier Achsen und zwei Spuren ausführen, oder aber als mechanisch gekoppelter Fahrzeugverbund aus zwei Einzelmodulen, die jeweils zwei Achsen und zwei Spuren aufweisen.
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Alternativ zur mechanischen Kopplung ist auch eine signaltechnische Kopplung mehrerer Fahrzeugmodule möglich, wobei dann eines der Fahrzeuge als Master-Fahrzeug fungiert und Steuerbefehle von der Steuerzentrale bzw. einem Bediener erhält. Das als Masterfahrzeug fungierende Fahrzeug ist dann dazu eingerichtet, die Steuerbefehle in Abhängigkeit der den Fahrzeug mitgeteilten Informationen der Position und Ausrichtung eines oder mehrerer Slave-Fahrzeuge zu verarbeiten, und entsprechende Steuerbefehle an diese Fahrzeuge zu übermitteln.
