DE19548229C1 - Verfahren zum räumlich genauen Positionieren von Fertigungsvorrichtungen und Vorichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das räumlich genaue Positionieren von Fertigungsvorrichtungen, die Schienenbefe­ stigungskörper unverrückbar in oder auf einem festen Unter­ bau anordnen und/oder den festen Unterbau bearbeiten können, wie Fertigungsmaschinen, Gleis- oder Schienenbefestigungs- Verlegemaschinen, insbesondere für Hochgeschwindigkeitsbah­ nen, unter Verwendung von Referenzpunkten, die vor dem Posi­ tionieren der Fertigungsvorrichtungen abgesteckt, markiert und geodätisch vermessen worden sind, wobei die ortsverän­ derliche Fertigungsvorrichtung zum Anordnen der Schienenbe­ festigungskörper unter Verwendung der Referenzpunkte so ge­ steuert wird, daß die Schienenbefestigungskörper oder die Öffnungen zum Aufnehmen der Schienenbefestigungskörper mit der gewünschten Genauigkeit an der gewünschten Stelle ange­ ordnet werden.

Insbesondere bei Schnellbahnen muß der spurgebundene Fahr­ weg, das Gleis, exakt verlegt sein: Der Materialverschleiß ist gering zu halten, die Umwelt soll, etwa durch Fahrgeräu­ sche, möglichst wenig belastet werden und den Fahrgästen ist ein hoher Fahrkomfort zu sichern.

Beim klassischen Fahrweg spurgebundener Fahrwege sind die Schienen auf Querschwellen befestigt. Die Schwellen lagern ihrerseits weich in einem Schotterbett. Bei Hochgeschwindig­ keitsstrecken, also bei Ausbaugeschwindigkeiten von mehr als 160 km/Std., ersetzt man das Schotterbett in zunehmendem Maße durch einen festen Untergrund.

Die Fundamentkörper der Schienen, etwa die Querschwellen des klassischen Eisenbahnbaus, aber auch andere denkbaren Schie­ nenbefestigungskörper, werden dabei in eine Beton-, Asphalt- oder andere feste Tragplatte integriert bzw. einzeln oder als Rost auf einer Beton-, Asphalt- oder anderen festen Tragplatte fest aufgelagert.

Es gibt mehrere bekannte Bauverfahren, etwa

• - das Verfahren nach Rheda, bei dem ganze Gleisjoche in ei­ nen zuvor hergestellten Betontrog gelegt, mit Spindeln, die gegen die Trogwände greifen, in die richtige Position geschraubt und dann durch Einfüllen von Beton in den Trog fixiert werden.
• - die Bauart Züblin, bei der die Querschwellen, die später die Schienen tragen, in noch weichen Beton eingerüttelt werden,
• - das Verfahren Asphalttragschicht mit direkt aufgelagertem Gleisrost, bei dem die Schienenbefestigungskörper, z. B. die Querschwellen, aber auch andere Konstruktionen zum Be­ festigen der Schienen mit der Asphalttragschicht fest ver­ bunden werden, etwa dadurch, daß man sie in einer zuvor gefertigten Nut verklebt oder in vorgefertigten Öffnungen befestigt.

Weitere Verfahren sind denkbar. Sie werden alle unter dem Oberbegriff "Feste Fahrbahn" zusammengefaßt.

Alle diese Verfahren haben u. a. eines gemeinsam: Die Gleise lagern nicht wie beim klassischen Fahrweg weich in einem Schotterbett, sondern sie liegen unverrückbar in oder auf einer festen Tragplatte. Daher müssen die Schienenbefesti­ gungskörper, etwa die Querschwellen, vor dem Fixieren exakt positioniert sein. Exakt bedeutet: Eine an einer beliebigen Stelle der Schiene, über einer 10 m langen Sehne gemessene Pfeilhöhe darf vom Soll nicht mehr als 3 mm abweichen. Will man diese hohe Präzision in Grund- und Aufriß erreichen, muß großer vermessungstechnischer Aufwand getrieben werden. An­ zustreben ist, daß bereits z. B. die Querschwellen exakt ver­ legt sind, damit beim späteren Befestigen der Schienen Nach­ arbeit möglichst vermieden wird.

Bei den bekannten, bislang praktizierten Verfahren werden dabei
entweder zunächst Bezugspunkte und Bezugslinien, in manchen Fällen ein Leitseil außerhalb der Festen Fahrbahn abge­ steckt, markiert und koordinaten- und höhenmäßig be­ stimmt,
dann wird die Position der zu verlegenden Gleise, bzw. der sie tragenden Befestigungskörper bzw. der Ferti­ gungs- oder Verlegemaschine von diesen Bezugspunkten bzw. Bezugslinien aus mittels horizontaler und vertika­ ler Abstandsgeber, etwa mittels eines Maßstabes oder ei­ nes mechanischen Abstandsfühlers, eingemessen und ver­ legt
oder es wird die im Einsatz befindliche Fertigungs- oder Verlegemaschine während des Fertigungs- oder Verlegepro­ zesses durch Vermessungsfachleute von außerhalb der Fer­ tigungs- oder Verlegemaschine liegenden, koordinaten- und höhenmäßig bekannten Punkten aus, etwa durch Polar­ messung, mit Hilfe von außerhalb der Fertigungs- oder Verlegemaschine auf dem Erdboden stehenden Vermessungs­ geräten in die Sollposition eingewiesen. Die genannten hinsichtlich Koordinaten und Höhe bekannten Punkte haben dabei gegenseitige Abstände von mehreren Dekametern (sie sind z. B. an bereits erstellten Fahrleitungsmasten ange­ bracht, deren Abstand 60 m beträgt) oder viel größere Abstände.

Beide Verfahren sind sehr personalintensiv. Beim erstgenann­ ten Verfahren kumulieren unvermeidliche Meßungenauigkeiten als Folge des schrittweisen Vorgehens.

Beim zweitgenannten Verfahren sind Vermessung und Fertigung zeitlich miteinander verkoppelt, weshalb gegenseitige Abhän­ gigkeiten bestehen mit den daraus resultierenden gegenseiti­ gen Behinderungen und Zeitverlusten. Z.B. können bei schlechten Sichtbedingungen die Vermessungsfachleute nicht tätig werden.

Aus der CH 683703 A5 ist ein Verfahren bekannt, das einen mittels Schrittmotoren schwenkbaren Richt-Sende-Empfangs­ kopf, eine Kreiselplattform und einen Wegmesser verwendet. Damit werden Strecken und Richtungen zu jeweils einer Refe­ renzmarke gemessen, die an den Fahrleitungsmasten befestigt sind und sich daher im Stationsabstand von jeweils 50-60 m befinden. Die erreichbare Meßgenauigkeit beträgt allenfalls ±5-10 mm. Die zu steuernde Gleisbaumaschine befindet sich dabei dauernd in Bewegung, denn nur dann kann sie das Gleis richten, stopfen und positionieren. Bei der Bauart "Feste Fahrbahn" müssen dagegen die Schienenbefestigungskörper mit einer Genauigkeit von ±1-2 mm auf oder in dem festen Unter­ bau positioniert werden. Dies geht nur mit einer Fertigungs­ vorrichtung, die während der Fertigung stillsteht.

Weiterhin ist aus der DE 93 08 435 U1 eine Gleisbaumaschine mit einem Laser-Bezugsystem bekannt, mit der auf Schotter verlegte Gleise bearbeitet werden können. Mit Hilfe eines Laser-Senders auf einem bewegbaren, auf einem fehlerhaften Gleis verfahrbaren Maschinenteil kann eine ständig horizon­ tal verlaufende Bezugsebene gebildet werden. Bei diesem klassischen Fahrweg spurgebundener Fahrwege sind die Schie­ nen auf Querschwellen befestigt, die ihrerseits weich in ei­ nem Schotterbett lagern. Infolge dieser "weichen" Lagerung kann diese bekannte Maschine die Gleise unmittelbar "anfas­ sen", heben, verrücken oder in Position bringen. Dies ge­ schieht in einem dynamischen Prozeß, d. h., die Maschine be­ wegt sich kontinuierlich vorwärts. Bei der "Festen Fahrbahn" müssen die Schienenbefestigungskörper dagegen auf dem festen Unterbau, z. B. auf einer festen Tragplatte, millimetergenau montiert werden, da die Gleise aufgrund ihrer festen Montage auf der festen Tragplatte in ihrer Lage und Höhe durch diese Maschinen nicht mehr verändert werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei der Bauart "Feste Fahrbahn" die Schienenbefesti­ gungskörper mit hoher Genauigkeit auf oder in dem festen Un­ terbau angeordnet werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Referenzpunkte auf dem festen Unterbau in derartiger Nä­ he zu dem herzustellenden Gleis und in einem derartigen ge­ genseitigen Abstand vorgesehen werden, daß mindestens bei ausgewählten Positionen der Fertigungsvorrichtung jeweils mindestens ein Referenzpunkt, vorzugsweise mehrere Referenz­ punkte, von der Fertigungsvorrichtung aus meßtechnisch er­ faßbar ist (sind), und daß das Anordnen der Schienenbefesti­ gungskörper oder der Öffnungen für das Aufnehmen der Schie­ nenbefestigungskörper von der Fertigungsvorrichtung aus ge­ steuert wird.

Deswegen, weil die Referenzpunkte von der Fertigungsvorrich­ tung aus meßtechnisch erfaßt werden, sind Vermessungsfach­ leute, die sich während der Verlegearbeiten für die Schwel­ len in einem Bereich vor der Fertigungsvorrichtung befinden, nicht erforderlich, und wegen der relativ kleinen Entfernung zwischen den Referenzpunkten und den die Referenzpunkte er­ kennenden Einrichtungen auf der Fertigungsvorrichtung kann die Steuerung der Fertigungsvorrichtung weitgehend unabhän­ gig vom Wetter erfolgen. Bei der Erfindung kann die Positio­ nierungsgenauigkeit des Gleises bzw. der es tragenden Befe­ stigungskörper (z. B. Schwellen) erhöht werden und der Perso­ nalaufwand verringert werden.

Die Erfindung umfaßt Ausführungsformen, bei denen die Aus­ wertung der Referenzpunkte am Ort der Fertigungsvorrichtung und die Justierung der Lage der Schwellen noch die Tätigkeit eines Vermessungsfachmanns erfordert. Es versteht sich je­ doch, daß es anzustreben ist, auf der Fertigungsvorrichtung entsprechende Einrichtungen vorzusehen, die es einer Person, insbesondere dem Maschinisten, ermöglichen, ohne komplizier­ te Berechnungen die Fertigungsvorrichtung auf eine dem Mas­ chinisten bekannte Sollposition (die in einer Liste enthal­ ten oder in einem Computer gespeichert sein kann) relativ zu den Referenzpunkten einzustellen.

Vorteilhaft ist, wenn es gelingt, die Positionierung so ge­ nau innerhalb der für das fertige Gleis zulässigen Toleran­ zen vorzunehmen, daß beispielsweise die Schienen für das Gleis unmittelbar auf den für sie auf den Schwellen (Quer­ schwellen, da quer zur Gleisrichtung verlaufend) vorgesehe­ nen Auflageflächen angeordnet werden können. Wo dies nicht möglich ist, entsteht dank der Erfindung ein im Rahmen des technisch Möglichen genauer Verlauf der Auflageflächen, und Toleranzen werden dann nachträglich ausgeglichen; hierzu ist es zweckmäßig, wenn die Auflageflächen sich allenfalls tie­ fer befinden als die erforderliche Sollposition, weil dann durch Zwischenlegen von Metallplatten die Sollposition der Schiene leicht erreicht werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 2 können beispielswei­ se von der Fertigungsvorrichtung bereits verlegte Schwellen zusätzlich zu den erwähnten Referenzpunkten zum Steuern ver­ wendet werden. Dadurch kann möglicherweise die Sicherheit des Verfahrens erhöht und die Gefahr von auftretenden Feh­ lern verringert werden.

Wenn man annimmt, daß zum Beispiel beim gleichzeitigen Ver­ legen eines Paketes von beispielsweise zehn Schwellen diese sich stets in einer Ebene befinden sollen, so ist an sich die Ebene durch drei im Abstand voneinander angeordnete Re­ ferenzpunkte definiert. Vorteilhaft kann es jedoch sein, von der Fertigungsvorrichtung aus jeweils mindestens 4 Referenz­ punkte auszuwerten, weil hierdurch, wie bereits oben er­ wähnt, die Genauigkeit und Fehlersicherheit vergrößert wer­ den kann. Wenn daran gedacht ist, daß in dem von der Ferti­ gungsvorrichtung gerade bearbeiteten Bereich das Gleis in Form einer gekrümmten Fläche verlaufen soll, so genügen drei Referenzpunkte keineswegs-und es ist dann erforderlich, er­ heblich mehr als die genannten vier Referenzpunkte zu ver­ wenden und im Bereich der Fertigungsvorrichtung anzuordnen, so daß in einem derartigen Fall die Referenzpunkte dichter gesetzt werden müssen als wenn nur jeweils vier Referenz­ punkte auszuwerten sind.

Vorteilhaft werden die Referenzpunkte mit einer automatisch lesbaren Identifizierung versehen; diese kann beispielsweise eine maschinell lesbare Klarschrift (zum Beispiel OCR-Schrift) oder ein Strichcode sein. Zwingend ist die Identi­ fizierung der Referenzpunkte durch eine an ihnen angebrachte Kennzeichnung allerdings nicht, weil durch Abzählen von ei­ nem bekannten Referenzpunkt aus auch die übrigen Referenz­ punkte identifiziert werden können. Die bei der Erfindung verwendeten Referenzpunkte können entweder an einer vorher ganz genau festgelegten Stelle mit hoher Genauigkeit ange­ bracht werden, was beim Anbringen der Referenzpunkte eine sehr hohe Genauigkeit und damit einen entsprechenden Zeit­ aufwand erfordert, oder aber die Referenzpunkte werden ver­ hältnismäßig nahe an ihrer Sollposition angebracht (zum Bei­ spiel im Abstand von einem Zentimeter in der Waagrechten und der Senkrechten), anschließend wird ihre Position mit Mit­ teln der Vermessungstechnik bestimmt und in einer Liste festgehalten. Der Referenzpunkt kann beispielsweise durch eine Metallplatte oder Keramikplatte gebildet werden, die mittels eines Dübels befestigt wird. Die genannte Platte weist dann bei einer Ausführungsform eine eingravierte Kreuzmarkierung auf (zwei sich überkreuzende Linien), deren Schnittpunkt den Referenzpunkt bildet. Die genannte Kreuz­ markierung kann entweder von Anfang an vorhanden sein, oder sie wird nach dem Befestigen der Platte angebracht, wo­ bei ihre exakte Lage durch vermessungstechnische Mittel be­ stimmt wird.

Die Daten der einzelnen Referenzpunkte werden zweckmäßiger­ weise in einer Liste gesammelt. In der Liste sind gegebenen­ falls auch die Abweichungen der Lagen der Referenzpunkte von ihrer Sollposition enthalten. Die Liste kann entweder von einem Vermessungsfachmann auf der Fertigungsvorrichtung ge­ lesen und ausgewertet werden, oder sie wird in einer maschi­ nenlesbaren Form in einen Computer eingegeben, der die Daten der Tabelle weitgehend automatisch auswertet.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, daß für die Positionierung in der Horizontalebene die Referenz­ punkte mittels einer optischen Einrichtung, zweckmäßig je eine für jeden im Bereich der Fertigungsvorrichtung befind­ lichen Referenzpunkt, insbesondere von einer ein elektroni­ sches Bild erzeugenden Kamera erfaßt werden, und daß für die richtige Anordnung in der Höhe diese Referenzpunkte mittels Abstandssensoren erfaßt werden. Die Kameras oder allgemeiner die optischen Einrichtungen können sich beispielsweise an festen Punkten der Fertigungsvorrichtung befinden, und letz­ tere wird zunächst durch Fahren auf ihren Montagegleisen so bewegt, daß die Referenzpunkte in den Sichtbereich der opti­ schen Einrichtungen gelangen. Anschließend wird die Ferti­ gungsvorrichtung entweder als Ganzes weiterbewegt, und/oder ein separat positionierbarer Teil der Fertigungsvorrichtung, beispielsweise der Einbaurahmen, der die Schwellen hält, wird im wesentlichen in Längsrichtung und in Querrichtung der Fertigungsvorrichtung so bewegt, bis dieser Teil der Fertigungsvorrichtung die Sollposition in der Horizontalebe­ ne erreicht hat.

Gleichzeitig oder zeitlich vorher oder nachher wird auch durch Erfassung des Abstands zwischen den Abstandssensoren und den Referenzpunkten die Höhenlage des im Beispiel ge­ nannten Einbaurahmens innerhalb der Fertigungsvorrichtung, z. B. relativ zu einem auf den Montageschienen verfahrbaren Maschinenrahmen, so verändert, daß der Einbaurahmen die richtige Position einnimmt. Wenn der Einbaurahmen Schwellen hält, die in flüssigen Beton einzusetzen sind, so wird, wie an sich bekannt, das Eintauchen der Schwellen in den Beton von einer Rüttelbewegung begleitet, wodurch die Schwellen mit relativ wenig Kraftaufwand in den Beton eingesetzt wer­ den können, und nach dem Ende der Rüttelbewegung behalten die Schwellen dann ihre Lage in dem noch fließfähigen Beton bei. Die Höhensensoren können in jeder technisch verwirk­ lichbaren Form ausgebildet sein, beispielsweise die jeweili­ ge Höhe mittels Laserabstandsmessung, mittels Anpeilung des Referenzpunktes von zwei im Abstand angeordneten Stellen aus oder auch durch einen auf den Referenzpunkt aufgesetzten Hö­ henmeßstab, dessen Höhe mechanisch, elektrisch oder optisch abgelesen wird, bestimmt werden.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens werden die beim Er­ fassen der Referenzpunkte ermittelten Ergebnisse auf einer Anzeige einem Maschinisten oder Vermessungstechniker sicht­ bar gemacht, der mit diesen Angaben die Fertigungsvorrich­ tung in eine Sollposition steuern kann, in der beispielswei­ se die Referenzpunkte sich genau im Mittelpunkt eines jewei­ ligen Bildschirmes befinden. Es ist auch möglich, das Ver­ fahren zu automatisieren, insbesondere mit Hilfe eines pro­ grammgesteuerten Computers, wobei eine soeben genannte An­ zeige dennoch zweckmäßig ist, um die sichere Funktion des Verfahrens bzw. der Vorrichtung stets überwachen zu können.

Eine erfindungsgemäße Fertigungsvorrichtung, die zur Ausfüh­ rung des Verfahrens und gegebenenfalls seiner Weiterbildun­ gen ausgebildet ist, weist die Einrichtungen auf, die erfor­ derlich sind, um die Verfahren gemäß den das Verfahren be­ treffenden einzelnen Ansprüchen ausführen können. Bei einer Schwellenverlegemaschine befinden sich die Sensoren zweckmä­ ßig an dem die Schwellen haltenden und relativ zu der übri­ gen Fertigungsvorrichtung beweglichen Teil. Die übrige Fer­ tigungsvorrichtung wird hier vereinfachend als Maschinenrah­ men bezeichnet und umfaßt im Beispiel die auf den Montage­ schienen rollenden Räder, Antriebsmotoren (vorzugsweise Ver­ brennungsmotoren) für die Fortbewegung auf den Montageschie­ nen und für die Versorgung von hydraulischen und/oder elek­ trischen Geräten, wie Rüttlern, Stellmotoren, Sensoren und eines Computers, sowie eine Kabine für den Maschinisten.

Ein beispielhafter Verfahrensablauf gemäß der Erfindung ist der Folgende:

• 1. Im unmittelbaren Nahbereich von Fertigungsvorrichtungen, Fertigungsmaschinen oder Verlegemaschinen für den Bau der "Festen Fahrbahn" nach beliebiger Methode werden im festen Unterbau, beispielsweise in der hydraulisch gebundenen Trag­ schicht (HGT) (dies ist eine Betonschicht) oder auf dem Trog­ rand oder auf der Asphaltschicht oder auf einer anderen fe­ sten Tragschicht oder auf eigens hergestellten Fundamenten Bezugspunkte abgesteckt, markiert, geodätisch nach Lage und Höhe exakt eingemessen, und zwar vor Beginn der Fertigung bzw. zeitlich vor dem Fixieren der Schienenbefestigungskör­ per bzw. vor dem Verlegen des Gleises. Die dreidimensionalen Koordinaten der markierten Bezugspunkte werden vorzugsweise in einem übergeordneten, einheitlichen Koordinatensystem, etwa dem Gauß-Krüger-System, berechnet.
  Die Anordnung und die Anzahl der Bezugspunkte und deren ge­ genseitiger Abstand richten sich nach der jeweiligen Ferti­ gungsmethode und nach der Anordnung der im folgenden Punkt 2 beschriebenen Erfassungsgeräte. Es ist Redundanz anzustre­ ben, um die Genauigkeit zu erhöhen.
• 2. An der Fertigungsvorrichtung, der Fertigungsmaschine oder Verlegemaschine oder dergleichen, werden Geräte angebracht, die die in 1. beschriebenen Bezugsmarken erfassen können, etwa Kameras oder Abstandssensoren. Um die Genauigkeit zu erhöhen, sind die Erfassungsgeräte möglichst im äußeren Randbereich der Fertigungsvorrichtung, Fertigungsmaschine, Verlegemaschine anzuordnen. Aus dem selben Grund sind mög­ lichst mehr Erfassungsgeräte anzubringen, als für eine ein­ fache Berechnung notwendig wäre.
  Die Erfassungsgeräte sind zu kalibrieren und zu justieren. Ihr meßtechnischer Nullpunkt ist in einem einrichtungs- bzw. maschinenbezogenen Koordinatensystem exakt zu bestimmen.
• 3. Die Fertigungsvorrichtung, Fertigungsmaschine bzw. Verle­ gemaschine ist in den Nahbereich der Bezugspunkte gemäß Zif­ fer 1 zu bringen. Die Erfassungsgeräte ermitteln die hori­ zontalen und vertikalen Abstandsmaße zwischen Bezugsmarke und dem meßtechnischen Nullpunkt des Erfassungsgerätes.
• 4. Mit Hilfe eines vor Ort befindlichen und mit den Erfas­ sungsgeräten online verbundenen PC und mit Hilfe entspre­ chender Auswertesoftware wird anhand der ermittelten Koordi­ naten und Höhen der gemäß Ziffer 1 beschriebenen Bezugsmar­ ken und anhand der nach Ziffer 2 ermittelten vorrichtungs­ bzw. maschinenbezogenen Koordinaten und Höhen der meßtechni­ schen Nullpunkte der Erfassungsgeräte und anhand der nach Ziffer 3 ermittelten Abstandsmaße die Istposition der Ferti­ gungsvorrichtung, der Fertigungsmaschine bzw. der Verlegema­ schine unmittelbar vor Ort berechnet.
• 5. Unmittelbar danach werden die Abweichungen der Istpositi­ on der Fertigungsvorrichtung, Fertigungsmaschine bzw. Verle­ gemaschine von der Sollposition berechnet. Die ermittelten und Verschiebewerte in Längs- und Querrichtung und in der Höhe werden angezeigt und einem Maschinisten oder direkt an einem Mechanismus zur Steuerung der Fertigungsvorrichtung, Fertigungsmaschine bzw. Verlegemaschine übergeben. Entspre­ chend wird die Fertigungsvorrichtung, Fertigungsmaschine bzw. Verlegemaschine mechanisch durch Handsteuerung oder au­ tomatische Steuerung in die Sollposition gebracht.

Die Erfindung ist nicht auf das Positionieren von Schienen oder Schienenbefestigungskörper beschränkt, sondern bei­ spielsweise auch für das Steuern von Maschinen, die den fe­ sten Gleisunterbau bearbeiten, beispielsweise für das Fräsen einer Nut oder für das Bohren einer Öffnung, in denen die Schienenbefestigungsköper festgemacht werden sollen, geeig­ net. Auch ist die Erfindung nicht nur auf Eisenbahngleise mit zwei Schienen beschränkt, sondern beispielsweise auch für Einschienenbahnen oder auch für eine auf einer Schiene schwebenden Bahn, wie zum Beispiel für eine Magnetschwebe­ bahn, geeignet.

Wenn eine automatische Steuerung vorgesehen ist, so schafft die Erfindung ein Verfahren, wonach Fertigungsvorrichtungen beim Bau spurgebundener Verkehrswege über zuvor exakt einge­ messene Referenzpunkte sich selbsttätig positionieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Fertigungs­ vorrichtung, nämlich einer Schwellenverlegemaschi­ ne, zur Ausführung des Verfahrens;

Fig. 2 eine schematische Endansicht der Fertigungsvorrich­ tung; und

Fig. 3 in einer Draufsicht die Zuordnung von Referenzpunk­ ten zu den zu verlegenden Schwellen während ver­ schiedener Arbeitstakte einer Verlegemaschine.

Alle Figuren sind stark schematisiert und nicht maßstäblich.

Zunächst wird auf den in Fig. 2 dargestellten Querschnitt durch den Aufbau des Bahnkörpers Bezug genommen. Auf einer in den Erdboden 1 hineinreichenden Frostschutzschicht 3 ist eine Tragschicht 5 aus Beton, eine sogenannte hydraulisch gebundene Tragschicht (HGT) angeordnet, und auf dieser wird in einzelnen Arbeitstakten die sogenannte Tragplatte 7 aus flüssigem Beton aufgebracht, in die Schwellen 9 in genau vorgegebener Lage durch Einrütteln einzubringen sind.

Die als Fertigungsvorrichtung 20 bezeichnete Verlegemaschine für Schwellen weist Räder 21 auf, die auf den Montageschie­ nen 23 laufen, die gleichzeitig eine seitliche Schalung für die Tragplatte 7 bilden und seitlich außerhalb der zu verle­ genden Schwellen und somit auch der später zu verlegenden Gleise liegen, wie Fig. 2 zeigt.

Die Fertigungsvorrichtung 20 weist eine Motoreneinheit 25 auf, zu der mehrere Verbrennungsmotoren gehören, die einer­ seits zum Antrieb der Fertigungsvorrichtung 20 auf den Mon­ tageschienen 23 dienen und andererseits zur Versorgung von hydraulischen Geräten und zum Antrieb von elektrischen Gene­ ratoren zur Stromversorgung verschiedener Einrichtungen der Fertigungsvorrichtung dienen.

Es ist eine Kabine 30 für den Maschinisten vorgesehen, in der sich die zur Steuerung der Fertigungsvorrichtung von Hand erforderlichen Einrichtungen und außerdem Sichtgeräte befinden, anhand derer der Maschinist die Position der Fer­ tigungsvorrichtung relativ zu von Sensoren erfaßten Refe­ renzpunkten feststellen kann. Die soeben genannten Teile der Fertigungsvorrichtung (aber ohne Sensoren und Computer) wer­ den zusammenfassend hier als Maschinenrahmen bezeichnet. An dem Maschinenrahmen ist ein Einbaurahmen 40 gehalten, dessen Position relativ zum Maschinenrahmen durch hydraulische Hub­ vorrichtungen 43 in vertikaler Richtung und durch Stellmoto­ ren 44, 45 in Längsrichtung der Fertigungsvorrichtung und in Querrichtung veränderbar ist. Hierzu ist am Maschinenrahmen in dessen beiden Endbereichen über die Hubvorrichtungen 43 je eine kreuzschlittenartige Vorrichtung 46 höhenveränderbar befestigt, an denen der Einbaurahmen über die Stellmotoren 44 und 45 derart verschiebbar gehalten ist, daß in begrenz­ tem Maße auch eine Drehung um eine vertikale Achse möglich ist. Durch unterschiedliche Betätigung der Hubvorrichtungen 43 hinten und vorne, links und rechts kann der Einbaurahmen 40 gegenüber der Horizontalebene schräg gestellt werden. An dem Einbaurahmen 40 ist über eine Rüttelvorrichtung 47 eine Greifvorrichtung 49 angeordnet, die derart ausgebildet ist, daß sie im Beispiel zehn in vorgegebenem Abstand von 65 cm von Mitte zu Mitte angeordnete Schwellen gleichzeitig er­ greifen kann und in eine gewünschte Position bewegen kann.

Mit dem Einbaurahmen fest verbunden sind Sensoren 51 und 53, von denen die Sensoren 51 als Fernsehkamaras ausgebildet sind, die in einer Blickrichtung senkrecht von oben nach un­ ten jeweils einen zugeordneten Referenzpunkt 55 erfassen, wenn die Fertigungsvorrichtung ausreichend dicht an die Re­ ferenzpunkte herangefahren ist. Die Sensoren 53 stellen die Höhenlage des Einbaurahmens im Vergleich zur Höhe des je­ weils zugeordneten Referenzpunkts 55 fest. Die Referenzpunk­ te 55 sind, wie Fig. 3 zeigt, im Beispiel so angeordnet, daß sie außerhalb der Montageschienen 23 liegen, damit sie durch die Betonierarbeiten für die Tragplatte 7 nicht beein­ trächtigt werden, wobei die Referenzpunkte jeweils im Be­ reich des Anfangs und des Endes eines Flächenbereichs für eine gleichzeitig zu verlegende Anzahl von Schwellen (im Beispiel zehn) angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Fertigungsvorrichtung 20, die sich mit ihrem Einbaurahmen in einem ersten Verlegeschritt im obersten Drittel des in Fig. 3 gezeigten Bereichs befindet, mit den Sensoren alle vier Referenzpunkte 55-1 bis 55-4, die sich im Bereich der Ecken dieses soeben genannten Bereichs befinden, erfassen, und wenn sich die Fertigungsvorrichtung nach dem Einrütteln und Loslassen der Schwellen und dem Ergreifen von weiteren Schwellen in den mittleren Bereich der Fig. 3 bewegt hat, so befinden sich wiederum vier Referenzpunkte (55-3 bis 55-6) im Sichtbereich der Sensoren der Fertigungsvorrichtung, von denen jedoch zwei bereits bei dem vorhergehenden Ar­ beitsschritt von der Fertigungsvorrichtung erfaßt worden wa­ ren, wogegen einige (im Beispiel zwei) der Referenzpunkte sich in einem Bereich befinden, in dem noch keine Schwellen verlegt sind und die beim vorhergehenden Arbeitsschritt noch nicht von der Fertigungsvorrichtung erfaßt worden waren. Um eine weitere Kontrollmöglichkeit zu schaffen, sind am Ein­ baurahmen Neigungssensoren angeordnet, die die Neigung ge­ genüber der Horizontalebene erfassen.

In Fig. 1 sind zwei Referenzpunkte 55 sichtbar, die dort in Abweichung zu Fig. 2 als waagrechtliegende plattenartige Teile gezeigt sind, die mit einem Dübel oder Pflock auf der Tragschicht 5 befestigt sind. Die Antriebsvorrichtungen und Greifvorrichtungen der Fig. 2 sind aus Vereinfachungsgründen in Fig. 1 nicht gezeigt. In der Kabine 30 steht auf einem Tisch 60 ein Computer 62, der mit den oben genannten Senso­ ren und Stellvorrichtungen gekoppelt ist. Ein Sichtgerät 64 gestattet dem Maschinisten die Positionierung der ganzen Fertigungsvorrichtung und des Einbaurahmens mit Hilfe einer Tastatur 66 mit Steuerknüppel.

Claims (11)

1. Verfahren für das räumlich genaue Positionieren von Fer­ tigungsvorrichtungen, die Schienenbefestigungskörper un­ verrückbar in oder auf einem festen Unterbau anordnen und/oder den festen Unterbau bearbeiten können, wie Fer­ tigungsmaschinen, Gleis- oder Schienenbefestigungs-Verle­ gemaschinen, insbesondere für Hochgeschwindigkeitsbahnen, unter Verwendung von Referenzpunkten, die vor dem Posi­ tionieren der Fertigungsvorrichtungen abgesteckt, mar­ kiert und geodätisch vermessen worden sind, wobei die ortsveränderliche Fertigungsvorrichtung zum Anordnen der Schienenbefestigungskörper unter Verwendung der Referenz­ punkte so gesteuert wird, daß die Schienenbefestigungs­ körper oder die Öffnungen zum Aufnehmen der Schienenbefe­ stigungskörper mit der gewünschten Genauigkeit an der ge­ wünschten Stelle angeordnet werden, wobei die Referenz­ punkte auf dem festen Unterbau in derartiger Nähe zu dem herzustellenden Gleis und in einem derartigen gegenseiti­ gen Abstand vorgesehen werden, daß mindestens bei ausge­ wählten Positionen der Fertigungsvorrichtung jeweils min­ destens ein Referenzpunkt, vorzugsweise mehrere Referenz­ punkte, von der Fertigungsvorrichtung aus meßtechnisch erfaßbar ist (sind) und daß das Anordnen der Schienenbe­ festigungskörper oder der Öffnungen für das Aufnehmen der Schienenbefestigungskörper von der Fertigungsvorrichtung aus gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem weiterhin von der Vor­ richtung aus bereits angeordnete Schienenbefestigungskör­ per gemeinsam mit dem Referenzpunkt bzw. Referenzpunkten zum Steuern verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem von der Ferti­ gungsvorrichtung aus jeweils mindestens vier Referenz­ punkte ausgewertet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Referenzpunkte mit einer automatisch lesbaren Identifi­ zierung versehen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die relative Lage von Teilen der Fertigungsvorrichtung, die das Anordnen der Schienenbefestigungskörper vornehmen, in einer im wesentlichen horizontalen Ebene durch Erfassen der Referenzpunkte mittels Kamera festgestellt wird, und daß die relative Lage dieser Fertigungsvorrichtungsteile bezüglich der Höhe durch Erfassen der Referenzpunkte mit­ tels Abstandssensoren festgestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem beim Erfassen der Referenzpunkte ermittelte Ergebnisse auf ei­ ner Anzeige einem Maschinisten sichtbar gemacht werden, damit dieser die Fertigungsvorrichtung in die Sollpositi­ on steuern kann.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Fertigungsvorrichtung durch Erfassen der Referenzpunkte automatisch gesteuert wird.

8. Fertigungsvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß sie Sensoren (51, 53) zur Erfassung ihrer Lage relativ zu den Referenzpunkten aufweist.

9. Fertigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens ein Sensor an ihrem den bereits angeordneten Öffnungen zum Aufnehmen der Schienenbefesti­ gungskörper abgewandten Bereich angeordnet ist.

10. Fertigungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an ihr mindestens ein Sensor an ei­ nem in Arbeitsfortschrittsrichtung vorderen Bereich an­ geordnet ist.

11. Fertigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf ihr eine Steuervor­ richtung mit von Hand zu betätigenden Betätigungselemen­ ten befindet.