DE19621651C2 - Vorrichtung zum Abkuppeln von Schienenfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine vorzugsweise automa­ tisch arbeitende Vorrichtung zum Abkuppeln von Schienen­ fahrzeugen bzw. Eisenbahnwaggons und eignet sich insbe­ sondere zur Verwendung in Verbindung mit einem Schienen­ fahrzeug-Positionierer.

Herkömmliche Waggonkupplungen sowohl für Güter- als auch für Personenwagen bestehen im allgemeinen aus zwei ein­ ander gegenüberliegenden, zusammenwirkenden und an den Waggon-Stirnseiten angeordneten Gelenk-Klauen. Im gekup­ pelten Zustand befinden sich die Klauen in einer innigen Verbindung miteinander. Die meisten Kupplungen benutzen einen vertikalen, beweglichen Bolzen zum Verriegeln und Entriegeln der Klauen.

Zum Abkuppeln wird üblicherweise der Verriegelungsbolzen einer Klaue um ein gewisses Stück vertikal angehoben, um die Klaue des Kupplungspaars zu lösen. Die Klaue öffnet dann und erlaubt es der Kupplungshälfte, seine Haltewir­ kung auf die korrespondierende Kupplungshälfte aufzuge­ ben und die Kupplung zwischen den Waggons zu lösen.

Das Abkuppeln geschieht normalerweise von Hand. Dabei erfaßt der Betreffende einen zwischen dem Waggon und dem Verriegelungszapfen angeordneten Hebel mit einer langen Stange. Alsdann zieht er die Stange nach oben und bewegt so den Hebel, um die Kupplung zu lösen.

Beim manuellen Abkuppeln handelt es sich um eine gefähr­ liche Tätigkeit. Das Arbeiten in stark frequentierter und lärmbelasteter Umgebung am und im Bereich rollenden Materials ist mit einem erheblichen Risiko verbunden.

Auch das automatische Abkuppeln ist seit Jahren bekannt, um das Scha­ densrisiko zu verringern und den Waggonumschlag zu beschleunigen.

Viele Systeme benutzen unintelligente und hydromechanische Vorrichtun­ gen, die nicht in der Lage sind, sich unterschiedlichen Waggonpositionen anzupassen. Nach einer gewissen Zeit kann sich die Position der Waggons gegenüber der Vorrichtung zum Abkuppeln ändern und diese Systeme funk­ tionsunfähig machen. Erhebliche Anstrengungen sind erforderlich, um sicherzustellen, daß die Waggons beim Abkuppeln stets dieselbe Lage ein­ nehmen. Lösungen hierfür beschreiben die US-Patentschriften 3 854 598, 3 750 897, 3 682 325, 3 132 749 und 1 028 831.

Andere Systeme benutzen bordeigene Vorrichtungen zum Abkuppeln, wie sie in den US-Patentschriften 2 796 615, 447 578 und 5 139 161 beschrie­ ben sind. Die betreffenden Vorrichtungen sind ziemlich komplex, vermutlich teuer und erscheinen nicht geeignet für eine große Zahl standardisierter Schienenfahrzeuge.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 40 15 878 ist auch bereits eine Vor­ richtung zum automatischen Trennen von Güterwagen bekannt, bei der die Kupplungshälften durch einen Effektor über einen Positionierarm mit einem Antriebswagen durch Lösen eines mechanischen Riegelsystems geöffnet werden. Darüber hinaus läßt sich mit Hilfe von Sensoren der Zuganfang, die Waggongeschwindigkeit und die Pufferstoßebene ermitteln. Beim Entkup­ peln wird die Geschwindigkeit der Antriebseinheit mit dem Effektor mit der Geschwindigkeit der Waggons über die Werte des Zuganfangs oder Zugen­ des bzw. die Pufferstoßebene synchronisiert und tritt der Effektor in Aktion.

Die bekannte Entkupplungsvorrichtung ermöglicht zwar in gewissem Rah­ men ein automatisches Entkuppeln von Waggons, deren Kupplungsstruktur bereits bekannt und datentechnisch erfaßt ist; sie besitzt jedoch eine geringe Flexibilität bei der Verwendung für unterschiedliche Kupplungen und erfor­ dert vor jedem Einsatz bei einem neuen Kupplungstyp einen hohen Pro­ grammierungs- sowie Vermessungsaufwand. Die Vorrichtung ist darüber hinaus immer auf die Genauigkeit der ermittelten Waggonenden bzw. Puf­ ferebenendaten angewiesen. Dies kann als Fehlerquelle nur über einen zusätzlichen Programmierungsaufwand ausgeschaltet werden. Schließlich läßt sich die Vorrichtung auch nur dort einsetzen, wo ein entsprechendes stationäres Schienensystem für die Antriebseinheit vorhanden ist.

Ausgehend davon liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine automati­ sche Entkupplungseinheit zu schaffen, die sich an beliebigen Orten einset­ zen läßt, eine große Flexibilität bei unterschiedlichen Kupplungssystemen besitzt und keinen besonderen Programmierungsaufwand erfordert.

Die Lösung dieses Problems verwendet einen von einem Ortungs-System geführten Roboterarm. Das Ortungs-System identifiziert und registriert die geschlossene Kupplung und bringt den Roboterarm in die jeweilige Position zum Anheben des Verriegelungszapfens. Ein damit verbundener Waggon- Positionierer bringt die Waggons in eine vorgegebene Position.

Im einzelnen besteht die Erfindung in einer Vorrichtung zum Abkuppeln von Schienenfahrzeugen mit einander gegenüberliegenden Kupplungshälften, Verriegelungszapfen, einem angesteuerten Roboter zum Betätigen eines Zapfengreifers und einem Ortungs-System sowie einem Roboter-Bild- System mit einem Bildaufnehmer, einem damit und mit dem Roboter verbundenen Steuergerät und Mitteln zum Koordinieren der Roboter-Bewe­ gungen in Abhängigkeit von den vom Bildaufnehmer gelieferten Bildern im Verhältnis zu vorgegebenen Kupplungswerten. Das Ortungssystem erfaßt beim Abkuppeln mindestens eine Kupplungshälfte, vergleicht diese mit einem vorgegebenen Kupplungswert und positioniert den Zapfengreifer.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen labormäßigen Prototyp einer Vorrichtung zum Abkuppeln,

Fig. 2 einen Waggon mit einer Kupplungshälfte und einer Vorrichtung zum Abkuppeln,

Fig. 3, 4 und 5 Draufsichten zum Veranschaulichen der einzelnen Verfahrens­ schritte.

Die erfindungsgemäße, automatisch arbeitende Vorrichtung 10 zum Abkup­ peln zielt darauf ab, Personen von gefährlichen Situationen fernzuhalten. Eine solche gefährliche Situation stellt das manuelle Abkuppeln von Wag­ gons dar, weil beim Lösen der Kupplung eine Person im Bereich der Kupp­ lungszone Arbeiten verrichten muß. Bewegungen der Waggons, Lärm und nicht einsehbare Bereiche können dabei Unfälle verursachen.

Zu einem Ortungs-System 70 gehören ein Roboter 12 mit einem Gelenkarm 14, eine Kamera 16, eine Robotersteue­ rung, ein programmierbares logisches Steuergerät PLC 20, eine weitere Kamera 22 und eine Sensor-Einheit 68.

Eine herkömmliche Kupplung 24 für Eisenbahnwaggons besteht aus zwei einander gegenüberliegenden Klauen 26, 28, die sich jeweils durch teilweises Herausziehen von Verriegelungszapfen 30, 32 lösen lassen. Diese Ver­ riegelungszapfen können oben oder unten an den Klauen angeordnet sein. Oben angeordnete Zapfen sind jedoch vorherrschend.

Um die Kupplung zu lösen, braucht lediglich einer der beiden Zapfen 30, 32 herausgezogen zu werden.

Versuchsbedingt sind die Klauen 26, 28 in verfahrbaren Ständern 40 gelagert, um die Kupplung 24 öffnen und schließen zu können. Normalerweise sind die Klauen 26, 28 an Schienenfahrzeugen angeordnet. Ein Schienenfahrzeug 34 mit einer Kupplungsklaue 26 ist in Fig. 2 darge­ stellt.

Ein Schwenkarm 36 greift mit einem Haken 38 in den Ver­ riegelungszapfen 32. Dieser Schwenkarm 36 ist im Rahmen der Versuchsanordnung verschwenkbar in dem Ständer 40 gelagert; er entspricht einem an einem Waggon angeordne­ ten Schwenkarm 42 (Fig. 2).

Die Abkuppelvorrichtung 10 wird durch das Ortungs-System 70 gesteuert, das die Raumlage der Kupplung 24 ermittelt und alsdann mittels der Kamera 16 und des Roboters 12 mit seinem Bild-System 46 und/oder einer weiteren, mit der Sensor-Einheit 68 und dem PLC 20 verbundenen Kamera 22 mit einem Bild-Sensor-System 44 auf die Kupplung einwirkt. Die Abkuppelvorrichtung 10 eignet sich insbesondere dazu, geringfügige Abweichungen der Raumlage der Kupp­ lung 24 zu bestimmen, diese zu korrigieren und gleich­ wohl ein Abkuppeln in Folge durchzuführen.

Zu dem Ortungs-System 70 gehört die Kamera 16; sie ist verbunden mit der Robotersteuerung mit ihrem Bild- System 46. Eine nicht dargestellte Tastatur wird in die Rückseite des Steuergeräts 18 gesteckt. Das vom Herstel­ ler des Roboters gelieferte Steuergerät 18 ist selbst­ programmierbar und in der Lage, die Lage der Kupplung zu erfassen und den Kupplungszapfen 32 anzuheben.

Im Rahmen der Erfindung eignet sich ein in einem Gestell angeordneter Sechs-Achsen-Roboter 12, beispielsweise ein Nachi^TM-Roboter Modell 7603. Zunächst macht die Kamera 16 eine Aufnahme des Kupplungszapfens 32 und des Schwenk­ arms 36. Die Schnappschuß-Aufnahme wird in dem Steuerge­ rät 18 des Roboters als ein vorläufig identifizierter Kupplungswert gespeichert. Sodann erfaßt das Roboter- Bild-System 46 das von der Kamera kommende Bild der Zap­ fen/Hebel-Kombination mit dem initialisierten Speicher. Das Steuergerät 18 vergleicht beim Bewegen des Roboter­ arms kontinuierlich das erhaltene Bild, das Schnapp­ schuß-Bild, um die beiden Bilder zur Deckung zu bringen. Stellt das Steuergerät 18 ein übereinstimmendes Bild fest, weist er den Roboter 12 an, den Schwenkarm 36 anzufahren und ihn mit Hilfe eines Hakens 72 hochzuzie­ hen. Die Klaue 28 wird dabei geöffnet und die Kupplung 24 gelöst.

Als unabhängiges Redundanz-System ist die Kamera 22 mit dem Roboter 12 verbunden. In diesem Falle stellt das Sensor-System 44 mit der Redundanz-Kamera 22 und der zugehöri­ gen Sensor-Einheit 68 in Gestalt einer in den PLC 20 geladenen Karte das Ortungs-System 70 dar.

Als Sensor-Einheit 68 eignet sich ein Itran^TM-Corpora­ tion-Modell M-MS 41-201 (Manchester, New Hampshire) Bild-Sensor, der dazu dient, die Anwesenheit, Korrekt­ heit und die genaue Lage des Verriegelungszapfens 32 festzustellen. Die Sensor-Einheit 68 übersetzt das zwei­ dimensionale, von der Redundanz-Kamera 22 aufgezeichnete Bild in eine Gray-Skala-Bild-Matrix, die Dimensionen und Kanten aufspürt sowie Objektmerkmale feststellen kann.

Es versteht sich, daß die Itran-Sensor-Einheit 68 oder eine ähnliche Einheit entwickelt wurde, Produkte optisch abzutasten, die sich hintereinander durch eine festge­ legte Position bewegen. Bei einer Verwendung zum Zwecke der Qualitätskontrolle mißt das System Dimensionen, bestimmt Toleranzen und entdeckt Fehler während der Her­ stellung. Im Rahmen der Erfindung dient das Sensor-System 44 dazu, den Verriegelungszapfen 32 aufzuspüren, sobald er in Sicht ist und den Roboterarm 14 zum Positionieren des Schwenkarms 36 oder des Hebels 42 zu dirigieren, und den Verriegelungszapfen 32 zum Öffnen der Klauen 26, 28 anzuheben, die Kupplung 24 zu öffnen und sodann den Roboter 12 in seine Ruhestellung für die nächste Opera­ tion zu bringen.

Bei der Sensor-Einheit 68 handelt es sich im wesent­ lichen um ein Meßsystem, das in seinem Blickfeld gekenn­ zeichnete Kanten aufspürt. Findet es Kanten, dann führt es Abstandsmessungen zwischen einer willkürlichen Null­ punkteinstellung mit einer ersten abgespeicherten Kante und der zweiten Kante des aufgenommenen Objekts durch. Dabei stellt die Breite des Verriegelungszapfens 32 eine bekannte Konstante dar. Demzufolge läßt sich eine Kante des Verriegelungszapfens 32 als ein vorab festgelegter Kupplungswert abspeichern. Durch Messen des Abstandes zwischen der Lage der bekannten Zapfenkante und dem ent­ sprechenden Kamerabild des beobachteten Zapfens läßt sich der Differenzabstand "X-Abweichung" feststellen. Ist die Differenz zwischen dem zuvor festgelegten Kupp­ lungswert, im vorliegenden Falle der als Parameter aus­ gewählte Abstand der Zapfenkante, und der X-Abweichung Null, wird ein Bild gemacht und bestätigt; das daraus resultierende Aktivierungssignal gelangt in den PLC 20, der seinerseits den Roboter über eine herkömmliche seri­ elle RS 232-Schnittstelle oder eine ähnliche Vorrichtung instruiert. Als Folge davon wird der Roboter 12 durch das Roboter-Steuergerät 18 erregt und hebt den Zapfen 32 an, um die Kupplung zu lösen und sodann in seine Ruhe­ stellung zurückzukehren.

Das Ortungs-System 70 besteht aus dem Roboter-Bild- System 46 und/oder dem Bild-Sensor-System 44.

Obgleich sich die beiden Systeme 44, 46 unabhängig von­ einander betreiben lassen, werden sie vorzugsweise in einer Tandem-Schaltung betrieben, bei der ein System im Falle einer Bildstörung, eines Komponentenfehlers oder dergleichen das andere ergänzt. Bei einer gemeinsamen Verwendung vergleicht der PLC 20 auch die Ausgangssigna­ le des Bild-Sensor-Systems 44 und des Roboter-Bild- Systems 46. Stimmen sie überein, dann wird der Roboter 12 erregt. Ist dies nicht der Fall, wird eines der bei­ den Systeme 44, 46 ausgewählt, im Rahmen einer Fehler­ schaltung die Funktionen zu übernehmen oder die Vorrichtung 10 wird abgeschaltet. Bei der Labor-Ausführung der Fig. 1 dient das Bild-Sensor-System 44 als Sekundär-System zur Ergänzung des Roboter-Bild-Systems 46.

Es liegt auf der Hand, daß jeder spezielle Einsatz der Abkuppelvorrichtung 10 seinen eigenen Satz von Software- Parametern erfordert. Es ist jedoch Sache des Anwenders, das System so einzurichten und zu betreiben, wie das erforderlich ist. So wurde beispielsweise der in Fig. 1 dargestellte Prototyp einer erfindungsgemäßen Abkuppelvorrichtung 10 im Labor betrieben. Als Folge der herkömmlichen Natur der Vorrichtung 10 kam bei dem Modicom^TM-PLC 20 eine haus­ eigene programmierte Taylor^TM-984/584 ProWorx^TM-Plus- System-Programmierer-Software zur Verwendung.

Fig. 2 veranschaulicht die Abkuppelvorrichtung 10 in situ. Aus Gründen der Vereinfachung ist der Roboter 12 lediglich schematisch dargestellt. Dabei wird die Erfin­ dung für den Fall einer Verwendung bei einem großen Erz- Kipp-Waggon veranschaulicht. Ein Zug mit beladenen Waggons wird auf einen Waggon-Positionierer 50 geschoben, der die Waggonachse mittels Hydraulik-Zylin­ dern erfaßt, den Waggon vorschiebt und in einer vorgege­ benen Lage positioniert. Bei dem Positionierer 50 kann es sich um einen Stephens-Adamson(Canada)-Nolon-HCM- Waggon-Einweiser (Belleville, Ontario) handeln.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Fig. 2 ledig­ lich ein Schienenfahrzeug 34 dargestellt. Der Roboter 12 befindet sich neben den Schienen 54. Das Schienenfahrzeug 34 wird in eine vorgegebene Abkupplungs-Position gebracht, in der die Abkuppelvorrichtung 10 die Lage des Schwenkarms 42 fest­ stellt. Der Schwenkarm 42 kann, wie dargestellt, am Wag­ gon oder auch an der Kupplung angeordnet sein.

Zunächst wird der Roboterarm 14 über den Schwenkarm 42 gebracht. Aufgrund der von der Kamera 16 und/oder der Kamera 22 aufgenommenen Bilder führt das Roboter-Bild- System 46 und/oder das Bild-Sensor-System 44 über den nicht dargestellten PLC den Roboterarm 14 so, daß er den Schwenkarm in jeder Position erfaßt. Ein entsprechend beschaffener Haken 52 am Roboterarm 14 erfaßt den Schwenkarm 42 und zieht ihn nach oben. Gleichzeitig nimmt der Schwenkarm 42 den Verriegelungszapfen 30 mit und gibt so die Klaue 26 frei.

Die Abkuppelvorrichtung 10 löst dann den Haken 52 vom Schwenkarm 42 und bringt den Roboterarm 14 zurück in seine Ruhelage seitlich von den Schienen 54. Die Soft­ ware in dem Ortungs-System 70 stellt dann den Roboterarm 14 erneut so ein, daß er die nächste Waggonkupplung 24 erwartet und registriert, wenn sie in das Blickfeld gerät.

Die Abkuppelvorrichtung 10 ist hinreichend intelligent, die Kupplung 24, den Zapfen 30 oder den Schwenkarm 42 sowie jede Abweichung in der Endlage ausgewählter Kupp­ lungskomponenten zu erkennen. Dies erlaubt es der Abkuppelvorrichtung 10 jeglicher geringer Abweichung hin­ sichtlich der Endlage der Schienenfahrzeuge 34 vor deren Abkuppeln durch Aufspüren der Zielkomponente Rechnung zu tragen.

Die Fig. 3 bis 5 geben die Phasen eines sequentiellen Einsatzes der Abkuppelvorrichtung 10 in der Form von Draufsichten wieder.

Ein Zug mit Waggons 56, 58, 60, 62, 64 und 66 wird so in einen Waggon- Kipper 48 gefahren, daß die Kupplung zwischen den Wag­ gons 62 und 64 in der Abkupplungs-Station neben den Roboter­ arm 14 gelangt. Die Abkuppelvorrichtung 10 veranlaßt den Roboter 12, einen Hebelarm so zu positionieren und anzu­ heben, daß die Waggons 64 und 66 vom Zug getrennt werden. Der Waggon-Positionierer 50 schiebt dann die Waggons 64 und 66 in der Richtung des Pfeils 74 in den Waggon-Kipper 48 (Fig. 4). Der Waggon-Kipper 48 entleert sodann die Waggons 64 und 66, und der Waggon-Positionierer 50 zieht die nunmehr leeren Waggons 64 und 66 aus dem Kipper. Diese Pro­ zedur wiederholt sich dann mit dem nächsten Waggonpaar 60, 62 neben dem Roboter 12 zum Abkuppeln.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Abkuppeln von Schienenfahrzeugen mit einander gegenüberliegenden Kupplungshälften, mit Verriegelungszapfen, mit einem angesteuerten Roboter zum Betätigen eines Zapfengreifers und einem Ortungs-System, gekennzeichnet durch ein Roboter- Bild-System mit einem Bildaufnehmer, einem damit und mit dem Roboter (12) verbundenen Steuerge­ rät (18) und Mitteln zum Koordinieren der Roboter- Bewegungen in Abhängigkeit von den vom Bildaufnehmer gelieferten Bildern im Verhältnis zu vorgegebe­ nen Kupplungswerten, wobei das Ortungssystem beim Abkuppeln mindestens eine Kupplungshälfte erfaßt, diese mit einem vorgegebenen Kupplungswert ver­ gleicht und den Zapfengreifer positioniert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Positionierer (50) für die Schienenfahrzeuge (34).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem vorgegebenen Kupplungswert um das Abbild einer Kupplungskomponente handelt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Ortungs-System (70) mit einem Bild-Sensor-System, einem Redundanz-Bild­ aufnehmer, einem Meßsystem mit einem Grayskala- Sehfeld-Koordinaten-Sucher und Mitteln zum Koordinieren der Roboterbewegungen in Abhängigkeit von den vom Redundanz-Bildaufnehmer und dem Kanten-Koordinaten-Sucher im Vergleich zu den vorge­ gebenen Kupplungswerten kommenden Bildern.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem vorgegebenen Kupplungswert um das Abbild einer Kupplungskomponente handelt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 4, gekennzeichnet durch ein Roboter-Bild-System (46) und ein Bild-Sen­ sor-System (44).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Roboter (12) mit einem Haken (52, 72) zum Erfassen eines Greifers (36, 42) für den Verriegelungszapfen (30, 32).

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen programmierbaren Logik-Controller (20) zum Empfangen der Signale des Ortungs-Systems (70) und Steuern des Roboters (12).

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen programmierbaren Logik-Controller (20) zum Koordinieren der Signale des Ortungs-Systems (70) und des Roboters (12) sowie zum Betätigen des Roboters.