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