DE19548229C5

DE19548229C5 - Verfahren zum räumlich genauen Positionieren von Fertigungsvorrichtungen und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens

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Publication number: DE19548229C5
Application number: DE19548229A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Prof. Dr.-Ing. Völter; Norbert Dipl.-Ing. Mattivi; Alfons Dipl.-Ing. Opferkuch (FH)
Original assignee: INTERMETRIC GES fur INGENIEUR; Intermetric Gesellschaft fur Ingenieurmessung und Raumbezogene Informationssysteme Mbh
Current assignee: INTERMETRIC GES fur INGENIEUR; Intermetric Gesellschaft fur Ingenieurmessung und Raumbezogene Informationssysteme Mbh
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2015-12-23
Also published as: EP0780514A1; DE19548229C1; ATE197073T1; EP0780514B1

Abstract

Verfahren zum Fertigen eines spurgebundenen Verkehrsweges nach der Bauart "Feste Fahrbahn" mit folgenden, zeitlich nacheinander durchgeführten Verfahrensschritten:
a) Fertigen einer festen Tragschicht (5) aus Beton auf einer in den Erdboden (1) reichenden Frostschutzschicht (3);
b) Abstecken von Referenzpunkten (55; 55-1 bis 55-8) auf der festen Tragschicht (5) an beliebigen Stellen seitlich außerhalb der später zu verlegenden Gleise bzw. Tragplatte (7);
c) Markieren und geodätisches Vermessen der Referenzpunkte (55; 55-1 bis 55-8);
d) Aufbringen der Tragplatte (7) aus flüssigem Beton auf die feste Tragschicht (5);
e) Selbsttätiges, meßtechnisches Erfassen von jeweils mindestens drei, im Abstand voneinander angeordneten und jeweils eine Ebene aufspannenden Referenzpunkten (55; 55-1 bis 55-8) im dreidimensionalen Raum durch eine ortsveränderliche Fertigungsvorrichtung (20) zumindest bei ausgewählten Positionen der Fertigungsvorrichtung (20), wobei letztere die Schienenbefestigungskörper (Schwellen 9) für die Gleise unverrückbar in oder auf der Tragplatte (7) anordnen und/oder diese bearbeiten kann;
f) Ermitteln...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das räumlich genaue Positionieren von Fertigungsvorrichtungen, die Schienenbefestigungskörper unverrückbar in oder auf einem festen Unterbau anordnen und/oder den festen Unterbau bearbeiten können, wie Fertigungsmaschinen, Gleis- oder Schienenbefestigungs-Verlegemaschinen insbesondere für Hochgeschwindigkeitsbahnen, unter Verwendung von Referenzpunkten, die vor dem Positionieren der Fertigungsvorrichtungen abgesteckt, markiert und geodätisch vermessen worden sind, wobei die ortsveränderliche Fertigungsvorrichtung zum Anordnen der Schienenbefestigungskörper unter Verwendung der Referenzpunkte so gesteuert wird, daß die Schienenbefestigungskörper oder die Öffnungen zum Aufnehmen der Schienenbefestigungskörper mit der gewünschten Genauigkeit an der gewünschten Stelle angeordnet werden.
Insbesondere bei Schnellbahnen muß der spurgebundene Fahrweg, das Gleis, exakt verlegt sein: Der Materialverschleiß ist gering zu halten, die Umwelt soll, etwa durch Fahrgeräusche, 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 Hochgeschwindigkeitsstrecken, 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 Schienenbefestigungskörper, 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 einen 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 Befestigen der Schienen mit der Asphalttragschicht fest verbunden 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 Schienenbefestigungskörper, etwa die Querschwellen, vor dem Fixieren exakt positioniert sein. Exakt bedeutet: Eine an einer beliebigen Stelle der Schiene, über eine 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. Anzustreben ist, daß bereits z. B. die Querschwellen exakt verlegt sind, damit beim späteren Befestigen der Schienen Nacharbeit 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 abgesteckt, markiert und koordinaten- und höhenmäßig bestimmt,
dann wird die Position der zu verlegenden Gleise, bzw. der sie tragenden Befestigungskörper bzw. der Fertigungs- oder Verlegemaschine von diesen Bezugspunkten bzw. Bezugslinien aus mittels horizontaler und vertikaler Abstandsgeber, etwa mittels eines Maßstabes oder eines mechanischen Abstandsfühlers, eingemessen und verlegt
oder es wird die im Einsatz befindliche Fertigungs- oder Verlegemaschine während des Fertigungs- oder Verlegeprozesses durch Vermessungsfachleute von außerhalb der Fertigungs- oder Verlegemaschine liegenden, koordinaten- und höhenmäßig bekannten Punkten aus, etwa durch Polarmessung, mit Hilfe von außerhalb der Fertigungs- oder Verlegemaschine auf dem Erdboden stehenden Vermessungsgeräten 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 angebracht, deren Abstand 60 m beträgt) oder viel größere Abstände.

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

Beim zweitgenannten Verfahren sind Vermessung und Fertigung zeitlich miteinander verkoppelt, weshalb gegenseitige Abhängigkeiten bestehen mit den daraus resultierenden gegenseitigen 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-Empfangskopf, eine Kreiselplattform und einen Wegmesser verwendet. Damit werden Strecken und Richtungen zu jeweils einer Referenzmarke 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 dauern 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 Unterbau positioniert werden. Dies geht nur mit einer Fertigungsvorrichtung, 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 horizontal verlaufende Bezugsebene gebildet werden. Bei diesem klassischen Fahrweg spurgebundener Fahrwege sind die Schienen auf Querschwellen befestigt, die ihrerseits weich in einem Schotterbett lagern. Infolge dieser "weichen" Lagerung kann diese bekannte Maschine die Gleise unmittelbar "anfassen", heben, verrücken oder in Position bringen. Dies geschieht in einem dynamischen Prozeß, d. h., die Maschine bewegt 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 Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei der Bauart "Feste Fahrbahn" die Schienenbefestigungskörper mit hoher Genauigkeit auf oder in dem festen Unterbau angeordnet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Fertigen eines spurgebundenen Verkehrsweges nach der Bauart "Feste Fahrbahn" mit folgenden, zeitlich nacheinander durchgeführten Verfahrensschritten gelöst:

a) Fertigen einer festen Tragschicht aus Beton auf einer in den Erdboden reichenden Frostschutzschicht;
b) Abstecken von Referenzpunkten auf der festen Tragschicht an beliebigen Stellen seitlich außerhalb der später zu verlegenden Gleise bzw. Tragplatte;
c) Markieren und geodätisches Vermessen der Referenzpunkte;
d) Aufbringen der Tragplatte aus flüssigem Beton auf die feste Tragschicht;
e) Selbsttätiges, meßtechnisches Erfassen von jeweils mindestens drei, im Abstand voneinander angeordneten und jeweils eine Ebene aufspannenden Referenzpunkten im dreidimensionalen Raum durch eine ortsveränderliche Fertigungsvorrichtung zumindest bei ausgewählten Positionen der Fertigungsvorrichtung, wobei letztere die Schienenbefestigungskörper für die Gleise unverrückbar in oder auf der Tragplatte anordnen und/oder diese bearbeiten kann;
f) Ermitteln der horizontalen und vertikalen Abstandsmaße der Fertigungsvorrichtung zu den mindestens drei Referenzpunkten;
g) Berechnen der Istposition der Fertigungsvorrichtung anhand der zuvor ermittelten Abstandsmaße;
h) Steuern der Fertigungsvorrichtung anhand ihrer Istposition in eine vorbestimmte Sollposition von der Fertigungsvorrichtung aus; und
i) Anordnen der Schienenbefestigungskörper oder Öffnungen zum Aufnehmen der Schienenbefestigungskörper auf oder in dem noch flüssigen Beton der Tragplatte mit der gewünschten Genauigkeit an der gewünschten Stelle bzw. Bearbeiten der festen Tragplatte.

Deswegen, weil die Referenzpunkte von der Fertigungsvorrichtung aus meßtechnisch erfaßt werden, sind Vermessungsfachleute, die sich während der Verlegearbeiten für die Schwellen in einem Bereich vor der Fertigungsvorrichtung befinden, nicht erforderlich, und wegen der relativ kleinen Entfernung zwischen den Referenzpunkten und den die Referenzpunkte erkennenden Einrichtungen auf der Fertigungsvorrichtung kann die Steuerung der Fertigungsvorrichtung weitgehend unabhängig vom Wetter erfolgen. Bei der Erfindung kann die Positionierungsgenauigkeit des Gleises bzw. der es tragenden Befestigungskörper (z. B. Schwellen) erhöht werden und der Personalaufwand verringert werden.

Die Erfindung umfaßt Ausführungsformen, bei denen die Auswertung der Referenzpunkte am Ort der Fertigungsvorrichtung und die Justierung der Lage der Schwellen noch die Tätigkeit eines Vermessungsfachmanns erfordert. Es versteht sich jedoch, 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 Maschinisten bekannte Sollposition (die in einer Liste enthalten oder in einem Computer gespeichert sein kann) relativ zu den Referenzpunkten einzustellen.

Vorteilhaft ist, wenn es gelingt, die Positionierung so genau innerhalb der für das fertige Gleis zulässigen Toleranzen vorzunehmen, daß beispielsweise die Schienen für das Gleis unmittelbar auf den für sie auf den Schwellen (Querschwellen, da quer zur Gleisrichtung verlaufend) vorgesehenen 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 tiefer 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 beispielsweise von der Fertigungsvorrichtung aus bereits verlegte Schienenbefestigungskörper gemeinsam mit den erwähnten Referenzpunkten zum Steuern ver wendet werden. Dadurch kann möglicherweise die Sicherheit des Verfahrens erhöht und die Gefahr von auftretenden Fehlern verringert werden.

Wenn man annimmt, daß zum Beispiel beim gleichzeitigen Verlegen 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 Referenzpunkte definiert. Vorteilhaft kann es jedoch sein, von der Fertigungsvorrichtung aus jeweils mindestens 4 Referenzpunkte auszuwerten, weil hierdurch, wie bereits oben erwähnt, die Genauigkeit und Fehlersicherheit vergrößert werden kann. Wenn daran gedacht ist, daß in dem von der Fertigungsvorrichtung gerade bearbeiteten Bereich das Gleis in Form einer gekrümmten Fläche verlaufen soll, so genügen drei Referenzpunkte keineswegs und es ist dann erforderlich, erheblich mehr als die genannten vier Referenzpunkte zu verwenden und im Bereich der Fertigungsvorrichtung anzuordnen, so daß in einem derartigen Fall die Referenzpunkte dichter gesetzt werden müssen als wenn nur jeweils vier Referenzpunkte 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 Identifizierung der Referenzpunkte durch eine an ihnen angebrachte Kennzeichnung allerdings nicht, weil durch Abzählen von einem bekannten Referenzpunkt aus auch die übrigen Referenzpunkte identifiziert werden können. Die bei der Erfindung verwendeten Referenzpunkte können entweder an einer vorher ganz genau festgelegten Stelle mit hoher Genauigkeit angebracht werden, was beim Anbringen der Referenzpunkte eine sehr hohe Genauigkeit und damit einen entsprechenden Zeitaufwand erfordert, oder aber die Referenzpunkte werden ver hältnismäßig nahe an ihrer Sollposition angebracht (zum Beispiel im Abstand von einem Zentimeter in der Waagrechten und der Senkrechten), anschließend wird ihre Position mit Mitteln 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 Kreuzmarkierung kann entweder von Anfang an vorhanden sein, oder sie wird nach dem Befestigen der Platte angebracht, wobei ihre exakte Lage durch vermessungstechnische Mittel bestimmt wird.

Die Daten der einzelnen Referenzpunkte werden zweckmäßigerweise in einer Liste gesammelt. In der Liste sind gegebenenfalls auch die Abweichungen der Lagen der Referenzpunkte von ihrer Sollposition enthalten. Die Liste kann entweder von einem Vermessungsfachmann auf der Fertigugnsvorrichtung gelesen und ausgewertet werden, oder sie wird in einer maschinenlesbaren 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 Referenzpunkte mittels einer optischen Einrichtung, zweckmäßig je eine für jeden im Bereich der Fertigungsvorrichtung befindlichen Referenzpunkt, insbesondere von einer ein elektronisches 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 letztere wird zunächst durch Fahren auf ihren Montagegleisen so bewegt, daß die Referenzpunkte in den Sichtbereich der optischen Einrichtungen gelangen. Anschließend wird die Fertigungsvorrichtung 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 Horizontalebene 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 genannten 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 werden 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 verwirklichbaren Form ausgebildet sein, beispielsweise die jeweilige Höhe mittels Laserabstandsmessung, mittels Anpeilung des Referenzpunktes von zwei im Abstand angeordneten Stellen aus oder auch durch einen auf den Referenzpunkt aufgesetzten Höhenmeßstab, dessen Höhe mechanisch, elektrisch oder optisch abgelesen wird, bestimmt werden.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens werden die beim Erfassen der Referenzpunkte ermittelten Ergebnisse auf einer Anzeige einem Maschinisten oder Vermessungstechniker sichtbar gemacht, der mit diesen Angaben die Fertigungsvorrich tung in eine Sollposition steuern kann, in der beispielsweise die Referenzpunkte sich genau im Mittelpunkt eines jeweiligen Bildschirmes befinden. Es ist auch möglich, das Verfahren zu automatisieren, insbesondere mit Hilfe eines programmgesteuerten Computers, wobei eine soeben genannte Anzeige dennoch zweckmäßig ist, um die sichere Funktion des Verfahrens bzw. der Vorrichtung stets überwachen zu können.

Eine erfindungsgemäße Fertigungsvorrichtung, die zur Ausführung des Verfahrens und gegebenenfalls seiner Weiterbildungen ausgebildet ist, weist Sensoren zur Erfassung ihrer Lage relativ zu den mindestens drei Referenzpunkten auf, die erforderlich sind, um die Verfahren gemäß den das Verfahren betreffenden einzelnen Ansprüchen ausführen können. Bei einer Schwellenverlegemaschine befinden sich die Sensoren zweckmäßig an dem die Schwellen haltenden und relativ zu der übrigen Fertigungsvorrichtung beweglichen Teil. Die übrige Fertigungsvorrichtung wird hier vereinfachend als Maschinenrahmen bezeichnet und umfaßt im Beispiel die auf den Montageschienen rollenden Räder, Antriebsmotoren (vorzugsweise Verbrennungsmotoren) für die Fortbewegung auf den Montageschienen und für die Versorgung von hydraulischen und/oder elektrischen 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 Tragschicht (HGT) (dies ist eine Betonschicht) oder auf dem Trogrand oder auf der Asphaltschicht oder auf einer anderen festen 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 Schienenbefestigungskörper 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 gegenseitiger Abstand richten sich nach der jeweiligen Fertigungsmethode und nach der Anordnung der im folgenden Punkt 2 beschriebenen Erfassungsgeräte. Es ist Redundanz anzustreben, 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 möglichst mehr Erfassungsgeräte anzubringen, als für eine einfache 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. Verlegemaschine ist in den Nahbereich der Bezugspunkte gemäß Ziffer 1 zu bringen. Die Erfassungsgeräte ermitteln die horizontalen und vertikalen Abstandsmaße zwischen Bezugsmarke und dem meßtechnischen Nullpunkt des Erfassungsgerätes.
4. Mit Hilfe eines vor Ort befindlichen und mit den Erfassungsgeräten online verbundenen PC und mit Hilfe entspre chender Auswertesoftware wird anhand der ermittelten Koordinaten und Höhen der gemäß Ziffer 1 beschriebenen Bezugsmarken und anhand der nach Ziffer 2 ermittelten vorrichtungs- bzw. maschinenbezogenen Koordinaten und Höhen der meßtechnischen Nullpunkte der Erfassungsgeräte und anhand der nach Ziffer 3 ermittelten Abstandsmaße die Istposition der Fertigungsvorrichtung, der Fertigungsmaschine bzw. der Verlegemaschine unmittelbar vor Ort berechnet.
5. Unmittelbar danach werden die Abweichungen der Istposition der Fertigungsvorrichtung, Fertigungsmaschine bzw. Verlegemaschine 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. Entsprechend wird die Fertigungsvorrichtung, Fertigungsmaschine bzw. Verlegemaschine mechanisch durch Handsteuerung oder automatische Steuerung in die Sollposition gebracht.

Die Erfindung ist nicht auf das Positionieren von Schienen oder Schienenbefestigungskörper beschränkt, sondern beispielsweise auch für das Steuern von Maschinen, die den festen Gleisunterbau bearbeiten, beispielsweise für das Fräsen einer Nut oder für das Bohren einer Öffnung, in denen die Schienenbefestigungsköper festgemacht werden sollen, geeignet. 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 Magnetschwebebahn, 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 anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Fertigungsvorrichtung, nämlich einer Schwellenverlegemaschine, zur Ausführung des Verfahrens;
2 eine schematische Endansicht der Fertigungsvorrichtung; und
3 in einer Draufsicht die Zuordnung von Referenzpunkten zu den zu verlegenden Schwellen während verschiedener Arbeitstakte einer Verlegemaschine.
Alle Figuren sind stark schematisiert und nicht maßstäblich.
Zunächst wird auf den in 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 Montageschienen 23 laufen, die gleichzeitig eine seitliche Schalung für die Tragplatte 7 bilden und seitlich außerhalb der zu verlegenden Schwellen und somit auch der später zu verlegenden Gleise liegen, wie 2 zeigt.
Die Fertigungsvorrichtung 20 weist eine Motoreneinheit 25 auf, zu der mehrere Verbrennungsmotoren gehören, die einerseits zum Antrieb der Fertigungsvorrichtung 20 auf den Montageschienen 23 dienen und andererseits zur Versorgung von hydraulischen Geräten und zum Antrieb von elektrischen Generatoren 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 Fertigungsvorrichtung relativ zu von Sensoren erfaßten Referenzpunkten feststellen kann. Die soeben genannten Teile der Fertigungsvorrichtung (aber ohne Sensoren und Computer) werden zusammenfassend hier als Maschinenrahmen bezeichnet. An dem Maschinenrahmen ist ein Einbaurahmen 40 gehalten, dessen Position relativ zum Maschinenrahmen durch hydraulische Hubvorrichtungen 43 in vertikaler Richtung und durch Stellmotoren 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 begrenztem 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 ergreifen 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 unten jeweils einen zugeordneten Referenzpunkt 55 erfassen, wenn die Fertigungsvorrichtung ausreichend dicht an die Referenzpunkte herangefahren ist. Die Sensoren 53 stellen die Höhenlage des Einbaurahmens im Vergleich zur Höhe des jeweils zugeordneten Referenzpunkts 55 fest. Die Referenzpunkte 55 sind, wie 3 zeigt, im Beispiel so angeordnet, daß sie außerhalb der Montageschienen 23 liegen, damit sie durch die Betonierarbeiten für die Tragplatte 7 nicht beeinträchtigt werden, wobei die Referenzpunkte jeweils im Bereich 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 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 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 Arbeitsschritt von der Fertigungsvorrichtung erfaßt worden waren, 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 Einbaurahmen Neigungssensoren angeordnet, die die Neigung gegenüber der Horizontalebene erfassen.
In 1 sind zwei Referenzpunkte 55 sichtbar, die dort in Abweichung zu 2 als waagrechtliegende plattenartige Teile gezeigt sind, die mit einem Dübel oder Pflock auf der Tragschicht 5 befestigt sind. Die Antriebsvorrichtungen und Greifvorrichtungen der 2 sind aus Vereinfachungsgründen in 1 nicht gezeigt. In der Kabine 30 steht auf einem Tisch 60 ein Computer 62, der mit den oben genannten Sensoren 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

Verfahren zum Fertigen eines spurgebundenen Verkehrsweges nach der Bauart "Feste Fahrbahn" mit folgenden, zeitlich nacheinander durchgeführten Verfahrensschritten: a) Fertigen einer festen Tragschicht (5) aus Beton auf einer in den Erdboden (1) reichenden Frostschutzschicht (3); b) Abstecken von Referenzpunkten (55; 55-1 bis 55-8) auf der festen Tragschicht (5) an beliebigen Stellen seitlich außerhalb der später zu verlegenden Gleise bzw. Tragplatte (7); c) Markieren und geodätisches Vermessen der Referenzpunkte (55; 55-1 bis 55-8); d) Aufbringen der Tragplatte (7) aus flüssigem Beton auf die feste Tragschicht (5); e) Selbsttätiges, meßtechnisches Erfassen von jeweils mindestens drei, im Abstand voneinander angeordneten und jeweils eine Ebene aufspannenden Referenzpunkten (55; 55-1 bis 55-8) im dreidimensionalen Raum durch eine ortsveränderliche Fertigungsvorrichtung (20) zumindest bei ausgewählten Positionen der Fertigungsvorrichtung (20), wobei letztere die Schienenbefestigungskörper (Schwellen 9) für die Gleise unverrückbar in oder auf der Tragplatte (7) anordnen und/oder diese bearbeiten kann; f) Ermitteln der horizontalen und vertikalen Abstandsmaße der Fertigungsvorrichtung (20) zu den mindestens drei Referenzpunkten (55; 55-1 bis 55-8); g) Berechnen der Istposition der Fertigungsvorrichtung (20) anhand der zuvor ermittelten Abstandsmaße; h) Steuern der Fertigungsvorrichtung (20) anhand ihrer Istposition in eine vorbestimmte Sollposition von der Fertigungsvorrichtung (20) aus; und i) Anordnen der Schienenbefestigungskörper oder Öffnungen zum Aufnehmen der Schienenbefestigungskörper auf oder in dem noch flüssigen Beton der Tragplatte (7) mit der gewünschten Genauigkeit an der gewünschten Stelle bzw. Bearbeiten der festen Tragplatte (7).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem weiterhin von der Fertigungsvorrichtung (20) aus bereits angeordnete Schienenbefestigungskörper gemeinsam mit den Referenzpunkten (55; 55-1 bis 55-8) zum Steuern verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem von der Fertigungsvorrichtung aus jeweils mindestens vier Referenzpunkte (55; 55-1 bis 55-8) erfaßt und ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Referenzpunkte (55; 55-1 bis 55-8) mit einer automatisch lesbaren Identifizierung versehen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die relative Lage von Teilen der Fertigungsvorrichtung (20), die das Anordnen der Schienenbefestigungskörper vornehmen, in einer im wesentlichen horizontalen Ebene durch Erfassen der Referenzpunkte (55; 55-1 bis 55-8) mittels Kamera festgestellt wird und die relative Lage dieser Fertigungsvorrichtungsteile bezüglich der Höhe durch Erfassen der Referenzpunkte (55; 55-1 bis 55-8) mittels Abstandssensoren festgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem beim Erfassen der Referenzpunkte (55; 55-1 bis 55-8) ermittelte Ergebnisse auf einer Anzeige einem Maschinisten sichtbar gemacht werden, damit dieser die Fertigungsvorrichtung (20) in die Sollposition steuern kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Fertigungsvorrichtung (20) durch Erfassen der Referenzpunkte (55; 55-1 bis 55-8) automatisch gesteuert wird.
Fertigungsvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Sensoren (51, 53) zur Erfassung ihrer Lage relativ zu den mindestens drei Referenzpunkten (55; 55-1 bis 55-8) aufweist.
Fertigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sensor an ihrem den bereits angeordneten Öffnungen zum Aufnehmen der Schienenbefestigungskörper abgewandten Bereich angeordnet ist.
Fertigungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an ihr mindestens ein Sensor an einem in Arbeitsfortschrittsrichtung vorderen Bereich angeordnet ist.
Fertigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf ihr eine Steuervorrichtung mit von Hand zu betätigenden Betätigungselementen befindet.