WO2023025595A1 - Arbeitsfahrzeug zur durchführung von arbeitseinsätzen auf einem gleis - Google Patents

Arbeitsfahrzeug zur durchführung von arbeitseinsätzen auf einem gleis Download PDF

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WO2023025595A1
WO2023025595A1 PCT/EP2022/072525 EP2022072525W WO2023025595A1 WO 2023025595 A1 WO2023025595 A1 WO 2023025595A1 EP 2022072525 W EP2022072525 W EP 2022072525W WO 2023025595 A1 WO2023025595 A1 WO 2023025595A1
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WO
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module
vehicle
modules
work vehicle
vehicle frame
Prior art date
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PCT/EP2022/072525
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English (en)
French (fr)
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Hanspeter Mayer
Christoph Kaiser
Christian WEITERSBERGER
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Plasser & Theurer, Export von Bahnbaumaschinen, Gesellschaft m.b.H.
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F1/00—Underframes
    • B61F1/08—Details
    • B61F1/14—Attaching or supporting vehicle body-structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D15/00—Other railway vehicles, e.g. scaffold cars; Adaptations of vehicles for use on railways
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/04—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
    • B61D17/043—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures connections between superstructure sub-units
    • B61D17/045—The sub-units being construction modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/04—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
    • B61D17/043—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures connections between superstructure sub-units
    • B61D17/046—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures connections between superstructure sub-units readily releasable, i.e. dismountable or collapsible sub-units, e.g. for shipping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D45/00—Means or devices for securing or supporting the cargo, including protection against shocks

Definitions

  • the invention relates to a working vehicle for carrying out work on a track, comprising a vehicle frame which can be moved on the track supported on rail chassis, a driver's cab which is connected to the vehicle frame, and various superstructures with assigned functions for a work assignment.
  • the invention relates to a method for assembling the work vehicle.
  • a work vehicle of this type is known from AT 520 066 A1.
  • a work platform and a crane with a work cage are arranged as superstructures with associated functions.
  • the vehicle is supplied with electrical energy from a number of energy storage modules (battery packs).
  • AT 16702 U2 discloses a similar utility vehicle, which is also supplied with power by means of energy storage modules.
  • the superstructures of the work vehicle are divided into several sections lengthwise.
  • One of these sections is a walk-in operations room that houses the energy storage modules.
  • Different control cabinet heights and thus different room heights can be achieved through varied module arrangements. In this way, a depression is made possible in the vehicle roof, into which a work platform can be lowered during an inoperative position.
  • the object of the invention is to improve a work vehicle of the type mentioned at the outset in such a way that different superstructures can be arranged on the vehicle in an efficient manner.
  • Another object of the invention is to specify a corresponding method for assembling the work vehicle.
  • the superstructures are designed as self-supporting function modules with predefined interfaces and are connected to the vehicle frame and/or to one another by means of screw connections.
  • the function modules are characterized by the immanent function, an input and an output, by system boundaries and the predefined interfaces as well as by interactions with other function modules and with an overall machine function.
  • Such self-supporting functional modules are completely pre-assembled and thoroughly checked before they are installed in the work vehicle. If necessary, the module surfaces are also painted in advance so that the vehicle is ready for use after the module has been installed.
  • the predefined interfaces enable the interconnection of different function modules without further adjustments.
  • the checks carried out in advance are carried out using a diagnostic device with the same predefined interfaces.
  • the diagnostic device includes universal measuring and testing devices and joining elements for mechanical attachment of the respective self-supporting functional module and a control device for controlling various functional modules.
  • the module diagnosis and the system check prior to assembly optimize the time required for vehicle commissioning. All modules are continuously checked with regard to their geometry and their functions in order to enable the joinability in the final assembly without welding and adjustment processes.
  • the vehicle according to the invention has a high level of operational reliability due to the comprehensive module checks and any corrections. Error costs are minimized by early error detection during module testing and by system verification after module assembly. In addition, the Application limits of the individual function modules are specified and verifiable. The interactions of the module functions are also known in advance. The lower number of part variants compared to known vehicle concepts results in a further increase in operational reliability.
  • the predefined interfaces are advantageously designed as mechanical and electrical and/or hydraulic and/or pneumatic interfaces.
  • the interfaces of the individual function modules are connected directly to each other or by means of modular cables. These lines are positioned in defined channels and line guides and fixed in position at the interfaces, which are designed, for example, as plugs, flanges or quick-release fasteners.
  • the interfaces are used for fastening, power supply, communication and diagnosis of the individual function modules.
  • a corresponding diagnostic device includes a universal interface for electrics, hydraulics, compressed air, fuel, water, oil and various auxiliary materials (e.g. urea solution for combustion engines).
  • the predefined interfaces include joining elements which, in particular, allow the respective functional module to be adjusted in two mutually orthogonal directions.
  • the mechanical interfaces and joining elements are precisely fitting and can be fixed using screw connections. This eliminates the need for welding work during final assembly.
  • the joints have compensations for volume and length dilatation due to thermal expansion, etc.
  • the individual functional modules are gradually joined together on the vehicle frame, which serves as a platform, with the defined mechanical interfaces being used for attachment. For example, it is attached using a hole pattern with screw connections and elastic suspensions. Clear joining places are assigned, which avoids collisions of components.
  • the predefined interfaces include joining elements which have a clear geometric fit to one another. This means that unambiguous connections are specified, which avoids interface errors.
  • Principles of the Poka Joke are preferably used, for example a shape coding for specifying unambiguous positions.
  • a vehicle frame with two lateral longitudinal members is advantageous, the upper edges of which span a vehicle floor, with at least one functional module being arranged as an underfloor module below the vehicle floor.
  • the vehicle floor is to be regarded as a separating plane between a space for above-floor assembly of functional modules and a space for under-floor assembly of functional modules.
  • the respective assembly space can be varied in size and shape by the arrangement and dimensioning of the side members.
  • the arrangement of cross members, which are rigidly connected to the longitudinal members, also influences the respective assembly space.
  • the respective longitudinal member advantageously comprises a longitudinal member upper chord and a longitudinal member lower chord, which are connected to one another by a plurality of connecting elements arranged at equal distances from one another.
  • the design of the lower chord also determines the space for underfloor installation.
  • Each lower chord is connected to the associated upper chord via the connecting elements (struts). connected in a standardized way. This construction increases the flexural, tensile, compressive and torsional rigidity of the frame without restricting the installation space for the functional modules.
  • an underfloor module is designed as a traction module, with the traction module comprising an internal combustion engine which is coupled to a generator and/or a pump transfer case.
  • the traction module for the movement of the vehicle also supplies the other function modules with energy.
  • An advantage is an arrangement in which at least one functional module is designed to be displaceable on guides relative to the vehicle frame. This allows the position of the vehicle's center of gravity to be shifted in order to optimize the weight distribution on the rail chassis. For this weight trimming, the corresponding function module can be shifted stepwise or steplessly in the longitudinal direction and in the transverse direction.
  • a displaceable function module such as a tank, a power pack, etc. is preferably attached to a subframe.
  • the mounting position is varied in the transverse direction by laterally shifting the respective functional module on the subframe.
  • the vehicle frame is divided into three sections in the longitudinal direction, with the driver's cab being arranged on one end section, with a crane module or another cabin being arranged on the other end section, and with more on the middle section Function modules are set up.
  • the assembly space for the assembly of the function modules is fixed in width and variable in length and height.
  • the middle section can be varied in the longitudinal direction in order to enable the arrangement of different functional modules.
  • the assembly space specified by the dimensions of the vehicle frame and by a clearance profile to be maintained is divided into several segments in the vertical direction, in the longitudinal direction and in the transverse direction.
  • segments in the vertical direction e.g Bogie, cab, roof structures and underfloor arrangement
  • ten segments in the longitudinal direction e.g. buffer and tow hook, cabin, crane, loading area, etc.
  • three segments in the transverse direction e.g. driver's place, pilot's place, etc.
  • modular control software is set up in a control device, with different function modules being assigned their own software modules and with the software modules being able to be activated separately.
  • the modular concept of the control software conforms to the function modules that can be selected from a predefined module catalogue, with the control software being adaptable to the respective configuration of the machine functions.
  • the vehicle frame is manufactured with dimensions adapted to selected functional modules, with each functional module being initially preassembled as a self-supporting unit and the preassembled functional modules being screwed to the vehicle frame and/or to one another.
  • the vehicle frame serves as a platform that can be varied and scaled in width, length and height according to defined standards.
  • the respective preassembled functional module is put into operation by means of a diagnostic device before installation set.
  • a geometric and functional check of each functional module is carried out in order to eliminate possible errors or weak points before installation.
  • the module diagnosis is a procedure using a test device for the quantitative measurement and assessment of the individual functional modules and for the qualitative evaluation of the functional systems for final assembly.
  • the quality assurance and continuous validation achieved in this way using a quick test procedure for quantitative performance assessment of the functional units is used for evaluation and documentation for traceability and obsolescence management.
  • modular control software set up in a control device is adapted to the built-in function modules.
  • the corresponding part of the control software is activated and released for each selected and installed function module. This facilitates structured programming of the machine control.
  • adjustments to changed requirements and legal requirements can be carried out in a simple manner by exchanging individual function modules and control modules.
  • Fig. 1 vehicle frame in a plan view
  • Fig. 2 vehicle frame in a side view
  • Fig. 8 vehicle configuration with crane and lifting platform
  • FIGS 1-3 show an example vehicle frame 1 for a work vehicle 2 based on a modular system.
  • the main elements of the vehicle frame 1 are two lateral longitudinal beams 3, each of which has an upper chord 4 and a lower chord 5.
  • the respective upper chord 4 and the associated lower chord 5 are connected by means of connecting elements (struts) 6 which are arranged at equal distances from one another in a longitudinal direction 7 of the vehicle.
  • a standardized scaling of the vehicle frame 1 is thus specified in order to be able to manufacture it with different lengths.
  • the vehicle frame 1 is divided into two end sections 8 and an intermediate central section 9.
  • the longitudinal members 3 are rigidly connected to a cross member 10.
  • Pivots and supports for modular rail carriages 11 are arranged on these crossbeams 10 .
  • Another crossbeam 10 is optionally positioned in the middle section 8 as a support for a crane module 12 .
  • the position of this cross member 10 can be freely selected in the longitudinal direction 7 along the scaling specified by the connecting elements 6 .
  • the respective lower chord 5 is only arranged in the middle section 9 .
  • the dimensioning of the vehicle frame 1 is adapted to selected functional modules 11-22. This selection is derived from predetermined vehicle requirements.
  • a module catalog is created in a previously carried out design phase, in which each function module 11-22 with all functions and predefined interfaces 23 is defined. Subsequently, all possible function modules 11-22 and their possible combinations for fulfilling specification specifications are determined. Positioning conditions and compliance with application limits are determined (clearance profile, track width, line class, standards and laws). Exclusion criteria for combinations that are not possible are also defined.
  • a corresponding algorithm is advantageously used in a computer-implemented module configurator. This means that function modules 11-22 and Machine functions can be combined automatically, taking into account the application limits, the technical service life and the rejecting criteria.
  • the module configurator can be expanded with a cost calculation algorithm.
  • a virtual configuration of the vehicle 2 using a CAD algorithm for selecting module combinations from a module library is useful.
  • the functional modules 11-22 standardized in this way can be combined with one another according to a modular system and are partially scalable in terms of size and range of functions.
  • a lifting platform module 13 a traction module (power pack) 14, a tank module 15, an overhead line and energy supply module 16, a workshop module 17, a social cabin module 18, a technical room module 19, a loading area module 20 and a Driver's cabin 21 and various other modules 22 can be selected as function modules.
  • Modules 11-22 can be scaled according to customer-specific requirements. For example, in the case of cranes, the load capacity and outreach can be varied.
  • Each of these function modules 11-22 is designed as a self-supporting unit with predefined interfaces 23.
  • a lightweight construction is used to reduce the vehicle weight and to increase the number of add-on modules 11-22, taking into account the maximum permissible axle load and the respective route class.
  • the cabins 17, 18, 19, 21 are made from a wrought aluminum alloy.
  • Laser-cut and folded aluminum sheets with a thickness of 5mm to 10mm are installed in a spade construction.
  • the use of high-strength, fine-grain structural steel reduces the material thickness and vehicle weight.
  • the predefined interfaces 23 include mechanical, electrical, hydraulic, pneumatic and other connections.
  • data interfaces for communication with other modules 11-22 and with a central Control device 24 is provided.
  • Individual modules such as the traction module 14 are preferably mounted on a subframe 25 . All relevant components for the respective functional unit are combined in a spatially compact manner.
  • the function module 11-22 constructed in this way is easy to transport and can be positioned and installed with a crane or a lifting device.
  • a high level of detail in the design and the clear design enable the functional modules 11-22 to be prefabricated at different production sites. Continuous change management ensures history tracking.
  • a base vehicle 2 consists of two rail chassis 11, the vehicle frame 1 with integrated modules for traction and ferry operation, a driver's cab 21 with the vehicle control and a standard-compliant workplace for the driver and free space for function modules 11-22.
  • the minimum configuration of modules 11-22 for representing the basic functions of driving and standing is also specified. All function modules 11-22 can be used for both a two-axle and a four-axle platform.
  • the vehicle frame 1 serves as a platform on which the functional modules selected from the modular system are constructed during final assembly.
  • the top chord 4 is a standardized main beam with defined interfaces in the longitudinal direction 7.
  • cable trays I are arranged over the entire length of the vehicle.
  • the upper edges of the side members 3 span a vehicle floor 28 which divides an assembly space into an upper and a lower area.
  • the optional central cross member 10 and the connecting elements 6 have openings for routing cables.
  • the line routing is preferably positioned laterally in the area of the lower chords and offers space for a cable harness, for hydraulic and pneumatic lines.
  • the construction of the standardized function modules 11-22 enables a variable installation location on the base frame 1.
  • the assembly of the work vehicle 2 is explained with reference to Figures 4-6. First of all, a distinction is made between the underfloor assembly space 29 and an above-floor assembly space 30.
  • the traction modules 14 for the operation of the vehicle 2 are preferably arranged underfloor (e.g. bogies, power pack, transformer, accumulators, etc.).
  • the traction module 14 includes, for example, a motor, a generator, an electric drive and optionally a braking energy recuperator.
  • the traction module 14 is coupled to trolley power supply modules 16 .
  • accumulators, fuel cells and other new energy sources (solar systems) are arranged.
  • the vehicle floor 28 for example, the technical room 19, driver's cabs 21, electrical switch cabinets, crew cabins 18, the workshop 17, the crane 12 and the lifting platform 13 are arranged. Buffers and coupling devices are provided in a front area 31 and in a rear area 32 . This means that trailers can be coupled or several vehicles 2 can be coupled together. There is also the possibility of attaching add-on modules 22 for special functions (snow clearing equipment, measuring devices, etc.).
  • roof structures 16 e.g. pantographs, braking resistors, lines, etc.
  • the modules 11-22 are mounted one above the other in four segments.
  • the 1st segment includes, for example, rail chassis 11.
  • the 2nd segment between the lower chord 5 and upper chord 4 serves, for example, to accommodate the traction module (power pack) 14, a transformer module, an accumulator module and a tank module 15.
  • the 3rd segment above the Vehicle floor 28 are, for example, cabins 21, a Crane module 12 and a lifting platform module 13 can be arranged.
  • the 4th segment on the roof includes, for example, pantographs, braking resistors and various tools such as cable clamps.
  • the modules 11-22 are preferably assembled in three segments. On the left and right, for example, maintenance shafts for cable routing are arranged. In between there is a segment for the functional units.
  • the longitudinal direction 7 there is a subdivision into up to ten segments.
  • these segments for example, buffers and towing hooks, the driver's cabin 21, the social cabin 18, the workshop cabin 17, the lifting platform 13, the loading area 20, a tool room, the crane 12, a crane cabin and again buffers and towing hooks are arranged one after the other.
  • FIG. 6 shows a variation of the mounting position of a functional module 11-22 in the vertical direction 33, longitudinal direction 7 and transverse direction 34.
  • a tank module 15 is mounted on an auxiliary frame 25. Lateral displacement of the tank module 15 on the subframe 25 allows the mounting position to be changed in the transverse direction 34.
  • the mounting position can be changed in the longitudinal direction 7 by displacing the subframe 25 on the vehicle frame 1 along guides. In the vertical direction 33, a displacement of the module 15 along the connecting elements 6 between the upper and lower flanges 4, 5 causes a change in the assembly position.
  • a module diagnosis is carried out before the final assembly of the modules 11-22. Modules checked in this way are put together like a building block principle and connected with positive and non-positive locking. The same applies to the installation of the lines and additional devices. The position orientation and positioning is clearly specified and enforced, for example, through coordinated shaping. Each joining process is checked with a checklist and accepted and confirmed in a worker self-check. After the modules 11-22 and the connecting lines have been assembled, the system functions are checked and verified by a machine evaluation. [41] As part of the module diagnosis, there is a quantitative measurement and assessment of the individual modules 11-22 and a qualitative evaluation of the functional systems for final assembly. For example, the following checks are carried out on a traction module (power pack) 14:
  • a universal diagnostic device 38 shown schematically in FIG. 5 is set up to check all modules 11-22.
  • a delivery zone, a mobile transport device with module attachment, a lifting device and assembly tools are located on a set-up area.
  • the diagnostic device 38 itself is a universal measuring and testing device with mechanical fastening elements that are adapted to the mechanical interfaces of the modules 11-22, with its own power supply, with a universal interface for electrics, hydraulics, fuel, additives, water, air, oil, with measuring devices for recording all electrical measured variables, with a control device 24 for generating and processing all control signals, with various media (e.g.
  • Coriolis sensor from Danfoss with sensors for time measurement, for image recording and for force measurement, with a scanner for data matrix (batch and date ), with traceability components (linking part numbers with date, batch and evaluation) and with components for calibrating the measurement technology.
  • the one in Fig. 5 indicated interfaces 23 of the diagnostic devices 38 are matched to all predefined interfaces 23 of the modules to be tested 11-22.
  • the diagnostic device 38 includes an ERP interface for data acquisition, for conversion in a formatted database, for the assignment of measurement data to part number, batch, date and order number, for data archiving in a database, for the required printout of test reports, for statistical evaluations and generally for evaluation (good/bad).
  • ERP interface for data acquisition, for conversion in a formatted database, for the assignment of measurement data to part number, batch, date and order number, for data archiving in a database, for the required printout of test reports, for statistical evaluations and generally for evaluation (good/bad).
  • a rework station includes a full set of assembly tools, a workbench, media tanks, equipment for evaluating a failure, and equipment for troubleshooting. After such an error correction, a return to the measuring station takes place in order to carry out another check using the diagnostic device 38 .
  • All modules 11-22 that have been checked and found to be good are joined and screwed step by step during final assembly.
  • all function modules 11-22 are placed one on top of the other and connected to one another and/or to the vehicle frame 1. This joining process preferably takes place from top to bottom. Alternatively, a joining process from bottom to top would also be possible.
  • the vehicle 2 can be assembled on a track 39 in a short time using a mobile crane.
  • the basis for all modules 11-22 is the same vehicle frame 1.
  • the vehicles 2 shown differ in structure due to differently selected structural modules 12-22.
  • the top vehicle includes a Driver's cabin module 21, a social cabin module 18, a workshop module 17 with a platform, a technical room module 19 and another driver's cabin module 21.
  • the workshop module 17 is combined with a storage compartment.
  • the lower vehicle 2 has a loading area module 20 instead of a social cabin 18 .
  • Control software for controlling the modules 11-22 is set up in the control device 24 .
  • a software module 40 is assigned to each selectable function module 11-22. The software modules 40 are activated according to the function modules 11-22 installed on the respective vehicle 2.
  • Fig. 8 shows a fully assembled working vehicle 1 on a track 39, with a crane module 12, a driver's cab/crane cabin 21, a social/workshop module 17, 18, a lifting platform module 13, an overhead line and energy supply module 16 and a further driver's cabin 21 as surface modules.
  • Additional modules 22 e.g. various working units
  • a traction module (power pack) 14 a tank module 15 for fuel, a tank module 15 for hydraulic oil and various other modules 22 (e.g. transformer module, cooling system module, braking resistor module, battery module with battery thermal management system) are arranged as underfloor modules.
  • FIGS. 9 and 10 Two alternative traction modules 14 to choose from are shown in FIGS. 9 and 10.
  • the conceptual structure is divided into a fixed area, a modular area 35 and an expandable area 36.
  • the fixed area accommodates, for example, an internal combustion engine 37, a coolant cooler 41, an intercooler 42, an exhaust system 43 and a urea solution tank.
  • the traction module 14 serves, for example, as a diesel-electric energy source, as a hydrostatic energy source or as a hydrodynamic energy source.
  • the internal combustion engine 37 is coupled to a generator 44 and to hydraulic pumps 45.
  • the internal combustion engine 37 is coupled to a pump transfer gear 46.
  • An exhaust flap 47 for example, is located in the expandable area 36.
  • a support frame 48 with connection bearings as predefined mechanical interfaces 23 is used to connect the individual components. If service is required, the entire unit can be easily dismantled.
  • the concept described can also be applied to other modules, such as an accumulator module, a hydraulic module, a fuel tank module, a transformer module or a cooling system module.

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
[01] 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
[02] 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.
[03] 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
[04] 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.
[05] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 13. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
[06] 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 Überprüfungen 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.
[07] 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.
[08] 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.
[09] 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.
[10] 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, Öl und diverse Hilfsstoffe (z.B. Harnstofflösung für Verbrennungsmotor).
[11] 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 Volums- und 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.
[12] 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.
[13] 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.
[14] 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.
[15] 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.
[16] 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.
[17] 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.
[18] 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.
[19] 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.
[20] 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.
[21] 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.
[22] 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.
[23] 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.
[24] 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
[25] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 Fahrzeugrahmen in einer Draufsicht Fig. 2 Fahrzeugrahmen in einer Seitenansicht
Fig. 3 Querschnitt des Fahrzeugrahmens
Fig. 4 Fahrzeugquerschnitt
Fig. 5 Diagnoseeinrichtung
Fig. 6 Fahrzeugkonzept in einer Seitenansicht und einer Draufsicht
Fig. 7 unterschiedliche Fahrzeugkonfigurationen
Fig. 8 Fahrzeugkonfiguration mit Kran und Hebebühne
Fig. 9 Traktionsmodul mit Generator
Fig. 10 Traktionsmodul mit Pumpenverteilgetriebe Beschreibung der Ausführungsformen
[26] 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.
[27] 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.
[28] 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 11-22 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 11-22 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.
[29] 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.
[30] 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 5mm bis 10mm verbaut. Zudem bewirkt die Verwendung von hochfesten Feinkornbaustählen eine Reduzierung der Materialstärken und des Fahrzeuggewichts.
[31] 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.
[32] Bei einem neuen Fahrzeugs 2 werden zunächst ein Grundtyp und ein Antriebskonzept festgelegt. Beispielsweise wird zwischen zwei Einzelachsen und zwei Drehgestellen als Basis-Schienenfahrwerke 11 ausgewählt. Ein Basisfahrzeug 2 besteht aus zwei Schienenfahrwerken 11, dem Fahrzeugrahmen 1 mit integrierten Modulen für die Traktion und den Fährbetrieb, 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.
[33] 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 I 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.
[34] 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.
[35] 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.).
[36] 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.
[37] 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.
[38] 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.
[39] Fig. 6 zeigt eine Variation der Montageposition eines Funktionsmoduls 11-22 in vertikaler Richtung 33, Längsrichtung 7 und Querrichtung 34. 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.
[40] 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. [41] 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 Überprüfungen 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 (I/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)
[42] 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, Öl, 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.
[43] 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).
[44] 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.
[45] 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.
[46] 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 I/O-Vorgänge und auch komplexe Systemfunktionen prüfbar und verifizierbar. Dabei sind die Einsatzgrenzen definiert und gut/schlecht-Bewertungen können standardisiert und automatisiert erfolgen.
[47] 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 11-22.
[48] 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 Oberleitungsund 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.
[49] 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.
[50] 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 Generator 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. [51] Zur Verbindung der einzelnen Komponenten dient ein Tragrahmen 48 mit Verbindungslagern als vordefinierte mechanische Schnittstellen 23. Gegebenenfalls wird der T ragrahmen 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

Patentansprüche
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 (12-22) 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. 19
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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