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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nivellieren eines Eisenbahngleises, bei dem entlang des Gleises von einer in Arbeitsrichtung vorderen Stelle zu einer von dieser in einem Abstand angeordneten hinteren Stelle eine Bezugslinie geschaffen und das Gleis an einer zwischen diesen Stellen liegenden Zwischenstelle angehoben wird, wobei ein vom Gleis getragener Bezugspunkt an der Zwischenstelle bis zur Bezugslinie angehoben wird.
Die Erfindung betrifft ausserdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einem an der hinteren Stelle angeordneten Lichtempfänger und einem an der vorderen Stelle angeordneten Lichtsender, dessen Lichtstrahl als Bezugslinie dient, aus einer zwischen Lichtsender und-empfänger vorgesehenen Abschatteinrichtung, aus einer an der Stelle der Abschatteinrichtung angeordneten Gleishebeeinrichtung und aus einer Stelleinrichtung zum Verstellen der Abschatteinrichtung in Höhenrichtung bezüglich des Gleises.
In der CA-PS Nr. 762044 ist eine Überwachungseinrichtung für Eisenbahngleise beschrieben, die aus einem entlang des Gleises bewegbaren Lichtsender zur Aussendung eines im wesentlichen in Gleislängsrichtung gerichteten Lichtstrahls, aus einem Paar Lichtempfänger besteht, von denen jeder jeweils einer Schiene des Gleises zugeordnet ist und die im Abstand vom Lichtsender im Lichtstrahl entlang des Gleises bewegbar sind, und aus je einer Abschattblende für jeden Empfänger, welche zwischen Sender und Empfänger, jedoch erheblich näher den Empfängern angeordnet sowie ebenfalls entlang des Gleises bewegbar sind. Zur Einstellung der Höhe der Empfänger ist eine durch einen Schwerkraftfühler gesteuerte Stellvorrichtung vorgesehen, mit welcher jeder Empfänger wahlweise in seiner Höhe einstellbar ist, um die Empfänger bezüglich der Bezugsschiene auf Niveau zu halten.
Ferner ist aus der AT-PS Nr. 315224 eine Vorrichtung bekannt, wie sie obenstehend dargelegt ist. Allerdings weist diese Vorrichtung zwei jeweils einer Schiene zugeordnete Lichtstrahlen-Bezugssysteme auf, wobei die an den Querneigungsmesser angeschlossene Steuereinrichtung als einfache Nachführung ausgebildet ist und die den Querneigungsmesser bildenden Schwerkraftfühler Kontaktpendel sind, welche eine unempfindliche Zone im Bereich der Pendelnullage aufweisen.
Nachteilig ist nicht nur der grosse Aufwand zweier Bezugssysteme, sondern auch, dass die Lichtsender nachgeführt werden. Dies bedingt eine relativ grosse Einstellzeit, weil diese mit zunehmendem Abstand vom Scheitel des von der Ist- und der Soll-Bezugslinie eingeschlossenen Winkel zunimmt. Ein weiterer Nachteil liegt in den Ungenauigkeiten, welche durch die unempfindliche Zone der Pendelgeräte hervorgerufen werden.
Bei der Nivellierung eines Gleises ist es nicht zweckmässig, eine Schiene auf ein gewünschtes Niveau abzusenken. Bei bekannten Nivelliervorrichtungen wird zuerst eine der Abschattblende benachbarte Schiene soweit angehoben, bis die Abschattblende in den Weg des Lichtstrahls zwischen Lichtsender und-empfänger tritt und dadurch anzeigt, dass diese Schiene das gewünschte Niveau erreicht hat.
Bei den bekannten Vorrichtungen ist es möglich, dass der Lichtsender auf einer tiefliegenden Stelle des unkorrigierten Gleises, auf dem er fährt, zu stehen kommt. Wenn dieser Fall eintritt, werden die Schienen an der Stelle, die gerade nivelliert wird, ungenügend angehoben. Sobald die tiefliegende Stelle der Nivellierschiene erreicht ist, muss diese Schiene in die gewünschte Lage gehoben werden, u. zw. nicht nur bezüglich der Bezugslinie zwischen Lichtsender und Lichtempfänger, sondern auch wegen der Querneigung bezüglich der andern Schiene. Dies kann ein Anheben der Nivellierschiene erfordern. Als Ergebnis davon ergeben sich Unregelmässigkeiten und eine Wellenform des Gleises.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile und die Schaffung eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung zum Nivellieren eines Eisenbahngleises, wobei dieses völlig frei von Unregelmässigkeiten und Welligkeiten ist.
Das gesteckte Ziel wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass erfindungsgemäss die relativen vertikalen Lagen der Bezugslinie sowie des Bezugspunktes an der Zwischenstelle über dem Gleis kontinuierlich eingestellt werden, wobei das Gleis an der Zwischenstelle angehoben und dabei je nachdem, welche der beiden Schienen zum jeweiligen Zeitpunkt an der vorderen Stelle bezüglich der Soll-Querneigung des Gleises an der vorderen Stelle höher als die andere liegt, ausgerichtet wird.
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Wenn also eine tiefliegende Stelle der Bezugsschiene an der vorderen Stelle auftritt, wird diese mit Hilfe der erfindungsgemässen Massnahmen dadurch kompensiert, dass entweder die Bezugslinie angehoben oder der Bezugspunkt an der Zwischenstelle abgesenkt wird, wodurch beim Ausrichten des Bezugspunktes an der Zwischenstelle bezüglich der Bezugslinie das Gleis höher angehoben wird als dies ansonsten der Fall wäre.
Anderseits wird dieses Ziel mit einer Vorrichtung der vorstehenden Gattung erfindungsgemäss erreicht durch eine Einrichtung zum Bestimmen der an der vorderen Stelle bezüglich der Soll-Querneigung an dieser Stelle höher liegenden Schiene und zur Abgabe von dem Höhenunterschied entsprechenden Signalen und durch eine Steuereinrichtung zur kontinuierlichen Steuerung der Stelleinrichtung in Abhängigkeit von diesen Signalen, wobei bei in einer Linie mit der Bezugslinie befindlicher Abschatteinrichtung das Gleis bezüglich der höheren Schiene an der vorderen Stelle sowie des nivellierten Gleises an der hinteren Stelle vertikal ausgerichtet ist.
Obwohl das Verfahren mit beliebigen Hilfsmitteln, wie etwa Schnurgerüst, Wasserwaage od. dgl., ohne weiteres durchführbar ist, ist die vorstehend beschriebene Vorrichtung zu bevorzugen, weil bei dieser die Lageeinstellung der Abschatteinrichtung am einfachsten, leichtesten und raschesten durchführbar ist, jedenfalls leichter, einfacher und rascher als die Einstellung des Senders oder Empfängers, die mit den übrigen Einrichtungen elektrisch verbunden sind. Im Falle der Einstellung des Senders wäre der Betrag der notwendigen Verstellung weitaus grösser als derjenige der Nachstellung der Abschatteinrichtung.
In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Einrichtung zum Bestimmen der höheren Schiene zur Abgabe zweier jeweils eine Schiene kennzeichnender Signale ausgebildet sein und die Vorrichtung einen Wahlschalter zur Auswahl des einen oder des andern Signals zur Steuerung der Stelleinrichtung der Abschatteinrichtung in Abhängigkeit von der Wahl der einen oder andern Schiene als Bezugsschiene aufweisen.
Diese Merkmale ermöglichen, die verschiedenen Stellsignale in Abhängigkeit von der jeweils als Bezugslinie herangezogenen Schiene zu wählen, da ja Betrag und Richtung der Einstellung der Abschatteinrichtung von der Wahl der jeweiligen Bezugslinie abhängen. Ausserdem wird der Vorteil erzielt, dass bei einem Wechsel der Bezugslinie nicht einzelne Bauteile neu eingestellt oder nachgestellt werden müssen, wobei sich insgesamt ein einfacher Aufbau der Vorrichtung sowie der Steuereinrichtung ergibt, weil die Bauteile beiden Bezugslinien wahlweise zugeordnet werden können bzw. eine Verdoppelung von Bauteilen vermieden ist. Bei einem Wechsel der Bezugslinie genügt also das Umlegen des Wahlschalters, z. B. eines elektrischen Umschalters.
Manchmal ist erwünscht, die Gleismittellinie als Bezugslinie heranzuziehen. Aus diesem Grund ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Lichtsender, der Lichtempfänger und die Abschatteinrichtung über der Mittellinie des Gleises angeordnet sind und die Einrichtung zum Bestimmen der höheren Schiene zur Abgabe eines dritten Signals ausgebildet ist, das mittels des Wahlschalters auswählbar ist und der Mittellinie des Gleises als theoretische Bezugsschiene zum Nivellieren des Gleises zugeordnet ist.
Auf diese Weise ergibt sich der Vorteil, dass die Vorrichtung symmetrisch zu ihrer Längsachse aufgebaut sein kann und sich hiedurch weiter vereinfachen lässt.
Erfindungsgemäss wird also beim Nivellieren des Gleises im Bereich der Abschatteinrichtung die Nivellierschiene auf dasselbe Niveau wie die bereits korrigierte Nivellierschiene im Bereich des Lichtempfängers und an eine Stelle gebracht, die sehr nahe der korrigierten Endlage der Nivellierschiene im Bereich des Lichtsenders liegt, so dass ein äusserst ebener Schienen- bzw. Gleisverlauf erzielt wird.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung näher erläutert, das in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist ; es zeigen Fig. l eine schaubildliche Ansicht der Vorrichtung, Fig.2 in Seitenansicht eine Gleisbaumaschine, in welcher die Vorrichtung eingebaut ist, Fig. 3 eine Stirnansicht des Lichtsenders, Fig. 4 eine Stirnansicht der Abschatteinrichtung, Fig. 5 eine Stirnansicht des Lichtempfängers und Fig. 6 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung im Zusammenhang mit einem in eine Gleisbaumaschine eingebauten sogenannten Einstrahl-Bezugssystem beschrieben.
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In den Fig. 1 bis 5 ist ein Eisenbahngleis --10-- gezeigt, dessen Schienen mit --12 und 14-- bezeichnet sind. Auf diesen Schienen --12, 14-- ist an einer vorderen Stelle A ein Licht- sender -16-- zur Aussendung eines entlang des Gleises --10-- gerichteten Ultrarot-Lichtstrahls angeordnet.
Gemäss Fig. 3 ist der Lichtsender --16-- am oberen Ende eines Mastes vorgesehen, der auf einem mittels Spurkranzrädern --19-- auf den Schienen --12, 14-- verfahrbaren Laufwagen - angebracht ist. Der Lichtsender -16- befindet sich über der Mittellinie --48-- des Gleises -10-- in der Ebene-50-der Schienenlauffläche. Auf dem Laufwagen --18-- ist ferner ein Schwer- kraftfühler-112-angeordnet, der ein der Querneigung des Gleises --10-- an der vorderen Stelle A entsprechendes Signal abgibt.
In einem Abstand a vom Lichtsender --16-- ist eine Abschatteinrichtung in Form einer Blende - vorgesehen, die am oberen Ende eines Gestelles --21-- angebracht ist, das auf einem mit Spurkranzrädern --23-- versehenen Laufwagen --22-- montiert ist. Gemäss Fig. 4 ist die Blende --20-- an der Oberseite des Gestelles -21-- mit Hilfe eines Einstellmechanismus --25-- angebracht, der sowohl eine vertikale als auch eine Schwenkbewegung der Blende --20-- ermöglicht. Der Einstellmechanismus --25-- besteht aus einem Gehäuse --35-- und aus einer aus diesem nach oben ragenden Schraubenspindel --34--, die mit einer im Gehäuse --35-- angeordneten, mittels eines Stellantriebs-98- (Fig. l, 6) angetriebenen Mutter verschraubt ist.
An der Oberseite der Schrau- benspindel-34-ist eine Buchse --36-- befestigt, die gegenüber dem Gehäuse --35-- mittels eines Fingers -37-- drehfest gelagert ist, der in einen Führungsschlitz eines vom Gehäuse --35-- nach oben abstehenden Arm -39-- eingreift. An einem von der Buchse --36-- nach oben ragenden Arm --38-- ist die Blende --20-- über ein in der Achse der Schraubenspindel --34-- liegendes Gelenk - angeschlossen.
In der Buchse --36-- ist eine zweite Schraubenspindel --42-- angeordnet, die koaxial zur ersten Schraubenspindel --34-- verläuft und mit Hilfe einer (nicht gezeigten) angetriebenen Mutter drehbar sowie mit einem Arm-44-- fest verbunden ist, der über ein Gelenk --46-- an die Blende - drehbar und gleitend angeschlossen ist. Bei Drehung der ersten Schraubenspindel --34-wird die Blende -20-- ohne Verschwenken vertikal bewegt ; das Verschwenken erfolgt durch Drehung der zweiten Schraubenspindel --42-- und hat den Zweck, bei Überhöhung einer Schiene --12 oder 14-- die Blende --20-- horizontal auszurichten (Fig. 4).
Gemäss Fig. 1 und 5 ist in einem Abstand b von der an der Zwischenstelle C angeordneten Abschatteinrichtung ein Lichtempfänger --24-- vorgesehen, der am oberen Ende eines Mastes - angebracht ist. Der Mast --27-- befindet sich auf einem mit Spurkranzrädern --29-- ver- sehenen Laufwagen-26-, wobei der Lichtempfänger --24-- sowie der Lichtsender --16-- und die Abschatteinrichtung über der Mittellinie --48-- des Gleises --10-- angeordnet ist.
Gemäss Fig. 1 ist an dem Laufwagen -22-- der Abschatteinrichtung eine Welle --28-- befe-
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--26-- des Lichtempfängers --24-- vorgesehenenses-10-an der Zwischenstelle B bzw. der hinteren Stelle C ausgebildet ist. Zur Erfassung der Ist-Querneigung des Gleises -10-- an der hinteren Stelle C trägt der Laufwagen - einen Schwerkraftfühler-32-.
Fig. 2 zeigt eine Gleisbaumaschine-52-, in welche die Vorrichtung eingebaut ist, wobei die Abschatteinrichtung im Bereich der Hebe- und Stopfwerkzeuge (nicht dargestellt) angeordnet ist.
Fig. 6 zeigt die Steuereinrichtung, die in Zusammenhang mit den Verfahrensschritten erläutert wird.
Das vom Lichtsender --16-- ausgestrahlte und vom Lichtempfänger --24-- empfangene Licht wird von diesem in ein elektrisches Signal umgewandelt und einer Analogschaltung --54-- zugeführt. Die Lichtmenge und somit das Ausgangssignal der Analogschaltung --54-- ändert sich mit der Vertikalstellung der Blende --20-- bezüglich einer Bezugslinie --17-- zwischen Lichtsender - 16-- und Lichtempfänger --24-- und ist daher für die Vertikalabweichungen des Gleisniveaus an der Zwischenstelle B kennzeichnend.
Das Ausgangssignal der Analogschaltung --54-- ist also proportional der jeweiligen Vertikalabweichung AL (Fig. 2) der Mittellinie --48-- des Gleises
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- an der Zwischenstelle B von einer Ausgangslinie-49-, die vom vorderen zum hinteren Laufwagen-18 bzw. 26-- parallel zur Bezugslinie -17-- verläuft. Die Grösse der Abweichung entspricht dem Betrag und die Richtung der Abweichung entspricht der Polarität des Ausgangssignals.
Zur Vertikaleinstellung der Blende -20-- wird ein kleiner Elektromotor-92- (Fig. 6) eingeschaltet, der ein Potentiometer -94-- verstellt, um eine der Sollstellung der Blende --20- bezüg- lich des Gleises -10-- an der Zwischenstelle B entsprechende Spannung einzustellen, deren Wert auf einem Anzeigegerät --96-- ablesbar ist.
Diese Spannung dient zur Einstellung der Blende --20- mittels ihres Stellantriebs-98-, der über eine flexible Welle mit der Schraubenspindel --34-- verbunden ist. Der Stellantrieb - ist mit einem Potentiometer-100-verbunden, an dem eine der Blendenstellung entsprechende Spannung abgegriffen wird, welche ständig mit der Spannung am Potentiometer --94-- in einem Schaltkreis-102-verglichen wird, dem sie über einen Addierer --110-- zugeleitet wird.
Der Stellantrieb-98-wird von der Ausgangsspannung des Schaltkreises --102-- gesteuert.
Wie bereits erwähnt, entspricht der Betrag A L der erforderlichen Höhenkorrektur. Da der Laufwagen -26-- an der hinteren Stelle C auf dem bereits korrigierten Gleis, der Laufwagen - an der vorderen Stelle A hingegen ausreichend weit von der hinteren Stelle C entfernt ist, können Gleisfehler an der vorderen Stelle A vernachlässigt werden, so dass Höhenfehler des Lichtsenders-16-praktisch keinen Einfluss auf die Lage der Bezugslinie --17-- an der Zwischenstelle B haben.
Vom Schwerkraftfühler --32-- am hinteren Laufwagen --26-- wird eine der Ist-Querneigung entsprechende Spannung abgegeben, die an einen Filter- und Verstärkerschaltkreis --62-- angelegt wird, dessen Ausgangsspannung der Querneigung YC an der hinteren Stelle C entspricht. Dabei entsprechen der Betrag und die Polarität der Ausgangsspannung der Grösse bzw. Richtung der Querneigung.
Eine von einem Generator --56- erzeugte Wechselspannung wird im Drehgeber --30-- moduliert und einem Umrichter --58-- eingespeist, dessen Ausgangs-Gleichspannung in einem Schaltkreis - zu einer Spannung verarbeitet wird, die der Verwindung YB - Y C zwischen den Stellen B und C proportional ist. Auch hier entsprechen Betrag und Polarität der Spannung der Grösse bzw. der Richtung der Verwindung.
Die der Querneigung Yc sowie die der Verwindung Y - oc entsprechenden Spannungen werden einem Addierer --64-- zugeführt. dessen Ausgangsspannung der Querneigung YB an der Zwischenstelle B entspricht, da der Addierer --64-- die Funktion YB = YC + YB - YC ausführt. Die der Querneigung YB proportionale Spannung entspricht ebenfalls nach Betrag und Polarität der Grösse bzw. Richtung der Querneigung YB.
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Diese Winkelstellung ist dem Betrag gleich sowie gegensinnig zur Soll-Überhöhung YBS an der Zwischenstelle B, so dass die Blende -20-- stets horizontal eingestellt werden kann. Folglich ist die am Sollwertgeber -66-- abgegriffene Spannung der Soll-Querneigung YBS an der Zwischenstelle B proportional ; sie ist Null, wenn die Soll-Überhöhung Null ist.
Die Richtung der Überhöhung wird wieder von der Polarität der Spannung angegeben.
Die YB bzw. YBS entsprechenden Spannungen werden einem elektronischen Substrahier- oder Summierelement --72-- zugeführt, das eine dem Fehler yB YBS YB zwischen der Soll- und der Ist-Querneigung an der Zwischenstelle B entsprechende Spannung abgibt. Auch in diesem Fall ist die Spannung Null, wenn kein Fehler auftritt, bzw. bei Fehlern ist ihre Polarität für die Richtung kennzeichnend.
Mit den Werten YB des Elements-72-- und A L der Analogschaltung --54-- ist die Bestimmung des Fehlers der Vertikallage des Gleises --10-- bezüglich der Sollage an der Zwischenstelle B möglich. Diese Information kann zur Steuerung der Hubzylinder der Gleisbaumaschine - verwendet werden. Die Grössen Ahn und Ah, welche die Beträge der Solländerungen in Höhenrichtung der rechten bzw. linken Schiene darstellen, werden in Schaltkreisen --76 bzw.
78-elektronisch errechnet. Die durchgeführten Operationen lauten :
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AyBfehler YB zu beseitigen. Jede der erhaltenen Spannungen A h ist gleich Null, wenn die zugeordnete Schiene genau in ihrer Sollage ist. Im Fall eines Fehlers zeigt die Spannung den Betrag und ihre Polarität die Richtung an.
An Kalibrierverstärker --80 und 82-- angeschlossene Instrumente --84 bzw. 86-- zeigen die Niveaufehler der linken bzw. rechten Schiene an der Zwischenstelle B in Längeneinheiten, z. B. in Millimeter, an.
Es können weitere Kalibrierverstärker-88 und 90-- vorgesehen sein, um (nicht gezeigte) Steuerventile für die Gleishebezylinder zu steuern.
Die Konstruktion der Vorrichtung mit Lichtsender --16--, Lichtempfänger --24-- und Blende - über der Gleismitte ermöglicht die Verwendung der Gleismittellinie --48-- zwischen den Stellen A und C als Ausgangslinie für die Gleisnivellierung.
Falls erwünscht ist, die rechte oder linke Schiene als Bezugs- oder Ausgangslinie heranzuziehen, so muss die Blende --20-- bezüglich des Lichtsenders --16-- und des Lichtempfängers - derart vertikal eingestellt werden, um den Umstand zu kompensieren, dass die Punkte auf der Bezugsschiene an den Stellen A und C, auf welche der Bezugsschienenpunkt an der Zwischen-
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lich ist. Diese Einstellung kompensiert ferner das Quernivellieren des Gleises bezüglich der Bezugsschiene. Der Betrag der Einstellung ist durch einen Parameter ZBX gegeben. Die Formel für diesen Wert ist
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wobei
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zwei voneinander abhängen und sich gegenseitig bestimmen.
YA wird von dem Schwerkraftfühler --112-- gemessen, der vom vorderen Laufwagen --18--
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CAddierer --110-- eingespeist, wobei die Abgriffsspannungen an den Potentiometern --94 und 100-- zur Steuerung des Stellantriebs --98-- dienen.
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nachdem ob :
1. die linke Schiene Bezugsschiene ist : ZBX hat den errechneten Betrag und die errechnete Polarität ;
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Für die Erfindung ist wesentlich, ein Gleis bezüglich eines Bezugspunktes an der höheren Schiene an der Stelle A ausrichten zu können, z. B., wenn nur kleine Anhebungen notwendig sind oder bei Gleisen mit versetzten Schienenstössen. Um dies automatisch zu erzielen, ist eine auf einem relativ hochliegenden Punkt bezogene Steuerung vorgesehen, um die Querneigung an der Stelle A zu erfassen und die Vertikalstellung der Blende --20-- in Einklang mit denjenigen Querneigungen einzustellen, bei denen die höhere Schiene als Bezugsschiene an der Stelle A dient, wogegen die Stellen B und C auf irgendeine der Schienen oder die Gleismittellinie --48-- als Ausgangslinie bezogen sind, was durch Einstellung des Wahlschalters --114-- erfolgt.
Diese "Hoch- punkt"-Steuerung wird durch Einschalten eines Schalters -116-- eingeleitet. Dabei wird ein Para-
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Spannung wird an einem Potentiometer --122-- eingestellt und den Schaltkreisen --118 und 120-zugeführt.
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- abgetastet wird, der eine dieser Querneigung entsprechende Spannung an die Schaltkreise - 118 und 120-- abgibt.
Wenn die linke Schiene die Bezugsschiene ist, so wird der errechnete Wert unmittelbar verwendet, wogegen bei rechter Schiene als Bezugsschiene der errechnete Wert mit umgekehrter Polarität verwendet wird, um die Übereinstimmung mit den vorbestimmten Spannungspolaritäten zu wahren.
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--48-- als- zur Steuerung des Stellantriebs --98- auf die vorstehend erläuterte Weise zugeführt.
Wenn die Vorrichtung zur "Hochpunkt"-Steuerung sowie in Verbindung mit einer Gleisnivelliermaschine verwendet wird, so wird das Gleis an der Zwischenstelle B derart nivelliert, dass die Ausgangslinie, entweder eine der Schienen --12, 14-- oder die Gleismittellinie-48-, in die vertikale Sollage bezüglich des Bezugspunktes auf der höheren Schiene an der Stelle A und der Ausgangslinie für die korrigierte Schiene an der Stelle C gebracht wird. Die "höhere Schiene" an der Stelle A ist diejenige Schiene, die gerade zu diesem Zeitpunkt höher als die andere im Hinblick auf die ausgewählte Querneigung yaks liegt.
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