Einrichtung zur Steuerung von Schottertrasse-Baumaschinen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung von Schotterstrasse-Baumaschinen in genauer Höhe und Richtung mit Hilfe gebündelter Strahlen.
Für die Höhe der Verkehrsgeschwindigkeit der auf einem Gleis fahrenden Reisezüge ist eine einwandfreie und stabile Gleislage in der Höhe und Richtung von grundlegender Bedeutung und ihre dauerhafte Lage wiederum ist abhängig von der mehr oder weniger gleichmässigen Verdichtung der Schotterstrasse. Bei Er neuerungs- oder Unterhaltungsarbeiten wird die Gleislage entsprechend den an der Strecke eingebauten Vermar- kungspunkten ausgerichtet.
An zweigleisigen Strecken sind die Vermarkungspunkte allgemein in der Mitte ziwschen den beiden Gleisen in die Unterbaukrone eingelassen Lind ragen über das Schotterbett hinaus, während sie bei eingleisigen Strecken auf einer Seite so dicht wie möglich neben dem Gleis oder zwischen den Schienen in den Unterbau eingelassen sind. Dieser Stand ort ist erforderlich, weil durch die Einwirkung des Zugverkehrs sehr oft noch Senkungen sowie bei eingleisi gen Strecken auch Wanderungen der oberen Sandschich ten nach aussen erfolgen. Ausserdem sollen durch die geringe Entfernung der Vermarkungspunkte zum Gleis möglichst Messfehler vermieden werden.
Bei Instandhaltungs- und Erneuerungsarbeiten wer den die Gleise nach den Vermarkungspunkten mit Hilfe moderner Stopfmaschinen, die entweder halb- oder voll automatisch arbeiten, ausgerichtet, indem in Arbeitsrich tung vor der Stopfmaschine Hochpunkte des Gleises geschaffen werden, die der Sollgleislage entsprechen. Auf diesen Hochpunkten wird ein Vorwagen aufgestellt, der der Stopfmaschine von Hochpunkt zu Hochpunkt vor ausläuft und von dem aus die Stopfmaschine über Spanndrähte oder optisch gebündelte Lichtstrahlen und elektronische Empfangs- und Steuereinrichtungen gesteu ert wird.
Da jedoch bei den bisher bekannten Strahlungs quellen auch bei bester Optik der Strahlenverlauf nicht parallel verläuft, sondern einen, wenn auch kleinen Winkel bildet, wird sich bei der Annäherung der Stopf maschine an die Strahlungsquelle eine Veränderung der Empfangsgenauigkeit ergeben, die auf die Nivellierung des Gleises einen ungünstigen Einfluss ausübt. Deshalb ist man wieder auf die teilweise manuelle Steuerung zurückgekehrt. Über jeder Schwelle wird die Gleislage gemessen und auf der Schwelle vermerkt, um welchen Betrag sie bis zur Sollgleislage zu heben ist. Der Vorwa gen mit der Strahlungsquelle wird dann mit einem Mann besetzt, der ihn durch ein Drahtseil als Richtmass in einem immer gleichbleibenden Abstand von der Stopfma schine hält.
Dabei hat der Fahrer des Vorwagens noch die Aufgabe, die Höhenstellung der Strahlungsquelle um den Betrag zu korrigieren, der auf der jeweils unter ihr befindlichen Schwelle vermerkt ist.
Es ist aber auch bekannt, dass die Verdichtungswir kung der meisten Stopfmaschinen in Anbetracht der erhöhten Anforderungen seitens des modernen Reisezug- und Güterzugverkehrs nicht mehr ausreichend ist und deshalb ihre Verwendung in einigen Ländern abgelehnt wird. Die unzureichende Verdichtungswirkung der Stopf maschine ist besonders dann nachteilig, wenn vor einer Gleiserneuerungsarbeit eine Reinigung des ganzen Schot terbettes vorgenommen wurde und der Schotte in seiner ganzen Tiefe aufgelockert ist.
Es ergeben sich schon nach geringer Betriebszeit Gleisabsenkungen, die in bestimm ten kurzen Zeitabständen ein mehrmaliges Nachstopfen und Anheben des Gleises auf seine Sollage erfordern, so dass erst nach längerer Betriebszeit das Gleis mit voller Zuggeschwindigkeit befahren werden kann.
Zur Vermeidung dieser nachteiligen und aufwendigen Erscheinungen bei der Verwendung von Stopfmaschinen sind Gleisbauverfahren entwickelt worden, die ein Stop fen mit Maschinen überflüssig machen. Es werden dabei die später für das Gleis bestimmten Schienen beiderseits des Gleisverlaufes auf höhen- und seitenverstellbaren Schraubspindelböcken zu einem Lehrschienengleis mit erweiterter Spur verlegt und nach den Vermarkungs- punkten in der Höhe und Richtung so ausgerichtet, wie das Gleis später liegen soll.
Auf diesem Lehrschienengleis werden dann die Geräte zur Herstellung der Schotterbett- trasse und die Geräte zur Verdichtung des Schotters zum Einsatz gebracht. Es wird dadurch eine sehr genaue Schottertrasse für die Schwellenauflage erzielt und insbe- sondere ist es möglich, den Schotter entsprechend des sich später beim Betrieb unter den Schwellen bildenden Verdichtungskegels in mehreren Schichten verschieden stark zu verdichten. Auf das so gefertigte Schotterplanum werden die Schwellen abgelegt, die Schienen aufgesetzt und verschraubt und die Schwellenfelder mit Schotter verfüllt.
Eine Feinkorrektur der Gleislage erfolgt ledig lich noch durch das Unterlegen von verschieden starken Zwischenlagen zwischen den Unterlagsplatten und dem Schienenfuss. Ein derart gefertigtes Gleis kann bei Inbe triebnahme sofort mit der vollen Geschwindigkeit befah ren werden. Der Nachteil dieses Gleisbauverfahrens liegt jedoch in dem grossen Kosten- und Zeitaufwand, der für das Verlegen und genaue Ausrichten des Lehrschienen- gleises erforderlich ist und etwa 10 bis 157, der Gesamt kosten in Ansspruch nimmt.
Eine weitere im Gleisbau sehr aufwendige Arbeit ist das Ausrichten der Schienen in der Längsrichtung. Dies wird teilweise noch mit einem in horizontaler Richtung zum Schwingen gebrachten Holzklotz durchgeführt, der als Rammbär entweder gegen die Schiene oder gegen den Schwellkopf gestossen wird. Zur Erleichterung dieser Arbeit bestehen bereits Richtmaschinen, die durch ge richtete Schwingungen und in gleicher Richtung ausgeüb ten konstanten Druck das Richten mechanisch durchfüh ren. Aufgrund der Tatsache aber, dass sich diese Richtmaschinen auf dem zu errichtenden Gleis selbst fortbewegen, ist die Nivellierung visuell nicht mehr möglich, so dass Messeinrichtungen für die Längslagen- messung angewendet werden.
Die Ungenauigkeiten an den Schienen selbst und Messfehler der Messeinrichtung machen aber auch hierbei noch häufige Nachkorrekturen erforderlich. Besonders der Gleisbau mit verschweissten Langschienen verlangt bei der beabsichtigten grossen Betriebsgeschwindigkeit der später darauf verkehrenden Züge eine äusserst sorgfältige Gleislage in der Längsrich tung, da bei Erwärmung der Schiene in der warmen Jahreszeit hohe Spannungen auftreten und die geringsten Ungenauigkeiten zu Verwerfungen des ganzen Gleises führen.
Erfindungsgemäss werden diese Nachteile behoben durch einen Rahmen, welcher an der Stirnseite der Maschine quer zur Arbeitsrichtung und um einen auf der Ebene der herzustellenden Fläche liegenden Mittelpunkt schwenkbar gelagert ist, eine auf dem Rahmen angeord nete elektronisch abgetastete Wasserwaage, einen von der elektronisch abgetasteten Wasserwaage beeinflussten und die Stellung des Rahmens bestimmenden Stellzylinder, zwei an der Seite des Rahmens geführte höhenverstellba re und auf der erzeugten Fläche aufliegende Tastkufen, zwei seitlich des Rahmens auf einer Seite herausragende und im Abstand senkrecht übereinander angeordnete Strahlenempfangsvorrichtungen,
ein die seitliche Stellung der Strahlenempfangsvorrichtunüen über ein Getriebe und eine Kurvenscheibe beeinflussendes, auf der erzeug ten Fläche abrollendes Laufrad, zwei vor der Maschine im gleichen .Abstand wie die Strahlenempfangsvorrich- tungen senkrecht übereinander stehende und als Strahlen quelle dienende kontinuierlich strahlende Lasergeräte sowie elektronische Verstärkervorrichtungen und Ma ?netventile.
Die Verwendung der Einrichtung ist dadurch gekenn zeichnet, dass die Tastkufen einen Abstand voneinander aufweisen, der mit der Spurweite des Gleises überein stimmt.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispie- les, und zwar bei ihrer Anwendung zur Steuerung einer Planierraupe zur Herstellung einer Schottenrasse für ein Eisenbahngleis näher erläutert werden. Dazu zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer Planierraupe mit der an ihrer Stirnseite angeordneten erfindungsgemässen Ein richtung, den vor der Planierraupe auf den Vermarkungs- punkten angeordneten Lasergeräten und den angedeute ten Strahlenverlauf, Fig. 2 die Seitenansicht der Einrichtung, Fig. 3 eine Ansicht des Rahmens vorn,
Fig.4 eine schematische Darstellung der auf den Vermarkungspunkten aufgestellten Lasergeräte an einem Übergang vom geraden Streckenverlauf zur Steigung, Fig. 5 eine schematische Darstellung des Strahlenver- laufes in Kurven von oben gesehen.
An einer Planierraupe 1 mit ihrem Planierschild 2, das mit hydraulischen Verstellzylindern 3 in der Arbeits stellung gehalten wird, ist an der Stirnseite mit Trägern 4 ein Segment 5 starr mit dem Fahrzeugrahmen verbunden. Der Radius des Segmentes 5 hat seinen Mittelpunkt auf der Fahrebene der Planierraupe 1 und damit auf der herzustellenden Schotterstrasse in der Mitte zwischen den Gleisketten. An seinem äusseren Umfang weist das Segment 5 zentrische Leisten auf, auf denen mit ange- passten Gegenleisten ein Rahmen 6 in senkrechter Stel lung gelagert ist.
Der Rahmen 6 hat einen Zapfen 7, an den das Ende der Kolbenstange eines hydraulischen Verstellzylinders 8 angelenkt ist, der sich mit einer Lagerstelle am Ende seines Zylindergehäuses auf einem Zapfen 9 am Segment 5 abstützt. An den Seiten besitzt der Rahmen 6 senkrechte Lagerstellen, die einen Achsab- stand besitzen, der mit dem Schienenabstand des Gleises übereinstimmt und in denen Stangen 10, 11 geführt werden, die an ihren unteren Enden federbelastete Tast- kufen 12, 13 tragen.
Mit der Stange 11 ist seitlich aus dem Profil des Rahmens 6 herausragend ein unterer Führungsrahmen 14 fest verbunden, in dessen waagerechter Schwalben schwanzausnehmung eine Strahlenempfangseinrichtung 15 in waagerechter Richtung quer zur Gleisrichtung verschiebbar gelagert ist und an ihrer Frontoberfläche zwei mit geringem Abstand waagerecht der Länge nach übereinander angeordnete Strahlendetektoren 16, 17. Über dem Führungsraum 14 befindet sich ein ebensol cher Führungsrahmen 18, der über einen Arm 19 und einer Stütze 20 mit der Stange 10 fest verbunden ist und in dessen Schwalbenschwanzausnehmung eine weitere Strahlenempfangseinrichtung 21 angeordnet ist.
An ihrer Frontfläche sind zwei Strahlendetektoren 22, 23 in länglicher Form liegend in geringem Abstand übereinan der und zwei weitere Strahlendetektoren 24, 25 als seitliche Begrenzung des Raumes zwischen den Strahlen detektoren 22, 23 aneeordnet. Die Strahlenempfangsein richtungen 15, 21 sind auf der Rückseite mit einem senkrechten Stab 26 verbunden, der oben starr befestigt und unten mit der Strahlenempfangseinrichtung 15 durch eine Buchse mit senkrechter Bohrungsachse verschiebbar verbunden ist.
Unterhalb des Rahmens 6 ist auf der Seite der Strahlenempfangseinrichtungen 15, 21 hinter der Tastku- fe I 3 ein federbelastetes Laufrad 27 angeordnet, das über einen Kegeltrieb 28 und eine Keilwelle 29 seine Drehbe wegung auf ein stufenlos regelbares Getriebe 30, das am Rahmen 6 befestigt ist, überträgt. Aus dem Getriebe 30 ragt eine Welle 31, die an ihrem oberen Ende eine Kurvenscheibe 32 trägt, und auf einen Stössel wirkt, der am Rahmen 6 horizontal verschiebbar gelagert ist und an seinem äusseren Ende eine Lagerstelle mit senkrechter Bohrung trägt, durch die der Stab 26 geführt ist.
In der Mitte des Rahmens 6 ist auf seiner oberen Kante eine Wasserwaage angeordnet, deren Libellenstand elektronisch abgetastet wird und deren Stand über in den Figuren nicht dargestellte elektronische Verstärkerein- richtungen, Schalteinrichtunen und Magnetventile die Zufuhr der Druckflüssigkeit in die Druckräume des Verstellzylinders 8 beeinflusst.
Die Strahlendetektoren der Strahlenempfangseinrich tungen 15, 21 sind über in den Figuren nicht dargestellte elektronische Verstärkereinrichtungen, Schalteinrichtun gen und Magnetventile verbunden und wirken auf die Antriebs- und Arbeitselemente der Planierraupe 1 ein. Dabei beeinflussen die Strahlendetektoren 16 und 17 den hinter der Tastkufe 13 befindlichen Verstellzylinder 3 und die Strahlendetektoren 22 und 23 den Verstellzylin- der 3 auf der Seite der Tastkufe 12. Die Strahlendetekto ren 24, 25 beeinflussen die Kupplungen bzw. Bremsen der Gleiskettenantriebe der Planierraupe 1.
In Fahrtrichtung der Maschine sind über den Ver- markungspunkten 42 der Gleisstrecke Stative 35 aufge stellt, die in einer zentralen Buchse 36 senkrechte Stäbe 37 führen. Die Stäbe 37 stehen unten in Bohrungen, die senkrecht in den Vermarkungsfundamenten eingelassen sind. Die Stäbe 37 tragen jeweils zwei kontinuierlich strahlende Lasergeräte 38, 39 übereinander, die norma lerweise einen Abstand der Strahlenaustritte voneinander haben, der dem Abstand der Führungsrahmen 14, 18 entspricht. Die Lasergeräte 38, 39 sind auf dem Stab 37 in der Höhe und im abstand zueinander und in gewissen Grenzen kardanisch verstellbar.
Auf seiner Rückseite weist jedes Gerät einen Strahlendetektor 40, 41 sowie je eine in den Figuren nicht dargestellte Anzeigevorrichtung zur Feststellung des Empfanges des Laserstrahles auf.
Die Strahlendetektoren 40, 41 sind gegenüber der Strahlenachse des Lasergerätes kardanisch verstellbar.
Da bei grossen Abständen der Vermarkungspunkte in der Geraden die geringste Richtungsveränderung der Strahlenquellen zu befürchten sind, sind entsprechende Massnahmen erforderlich, um eine hohe Genauigkeit zu erreichen. Deshalb ist zweckmässig, an den Stäben 37 eine Messeinrichtung zur genauen senkrechten Einstel lung, zweckmässig eine Wasserwaage, anzubringen. Durch die längenveränderlichen Beinstützen des Statives 35 kann eine solche Korrektur schnell und sicher erfol gen.
Eine Kontrolle der richtigen Lüge der Vermarkungs- fundamente kann ebenfalls in einfacher Weise dadurch geschehen, dass vor Beginn der Gleisbauarbeiten die Vcrmarkungspunkte in der herkömmlichen Weise ver messen werden und ihre Höhenlage dann durch einfaches Einlegen von in die Bohrung passenden Scheiben in verschieden kombinierten Stärken erfolgt. Dies wird sich insbesondere dann erforderlich machen, wenn sich bei einer Gleisstrecke auf besonders leichten Böden Setzun gen ergeben haben.
In einem normalen Riclitungs\crlauf des Gleises, d.h. bei gerader oder gleichmässig ansteigender Strecke ist der senkrechte Abstand der Führungsrahmen 14,<B>18</B> und der Lasergeräte 38, 39 übereinstimmend. Dabei muss beach tet worden, dass zumindest an jedem Übergang von der Geraden in eine Steigung oder ein Gefälle oder umge kehrt, beim übergang von einer Steigung oder Gefälle in die Gerade ein Vcrniarkungspttnkt angeordnet ist.
Beim übergang von einer Geraden in eine Kurve mit Überhö- hungsrampe muss davon ausgegangen werden, dass allge mein die innere untere Schiene auf dem Niveau des Gleisverlaufes bleibt, während die dem Kurvenverlauf nach aussen zü liegende Schien.. allgemein bis max. 150 mm ansteigen kann.
Zur Erreichung eines solchen Verlaufes ist es erforderlich, dass einmal das Lasergerät, welches die Überhöhung steuern soll, um diesen Betrag entsprechend angehoben und dabei auf den Strahlende tektor auf der Rückseite des vorstehenden Lasergerätes gerichtet wird, wie in der Fig.4 durch die gestrichelte Einzeichnung angedeutet ist, und dass die einzelnen Lasergeräte, wie in Fig.5 dargestellt, jeweils auf den vorstehenden Strahlendetektor gerichtet werden. Die Fig. 5 zeigt die schematische Darstellung eines Gleisbo gens, an dem die Vcrmarkungspunkte E und F mit darüber aufgestellten Stativen 35 und den an den Stäben 37 angeordneten Lasergeräten.
Die Abstände der Ver- markungspLtnkte E und F richten sich je nach der Grösse des Krümmungsradius R. Je grösser R ist, desto weiter können die Punkte E und F voneinander entfernt angeordnet sein, da die Sehnenhöhe durch die Länge der Führungsrahmen 14, 18 beschränkt ist. Bei der Fortbe wegung der Planierraupe 1 muss, entsprechend der Grösse des Krümmungsradius R, die Übersetzung des Getriebes 30 so eingestellt sein, dass bei der Überwindung des Weges x der Sehnenabstand y von den Führungsrah men 14, 18 erreicht werden. Entsprechend dem Winkel erfolgt die horizontale Verstellung der Strahlenempfangs einrichtungen 15 und 21.
Die Abweichung des Richt- strahles vom Mass A beträgt max. die Höhe h, wobei gleichzeitig die grösste Ausladung der Kurvenscheibe 32, des Stössels 33 und des Stabes 26 und damit auch der Strahlenempfangseinrichtungen 15 und 21 erreicht ist und beim Überschreiben der Mitte zwischen den Punkten E und F im gleichen Masse wieder zurück geht. Durch die Verwendung einer Kurvenscheibe 32 und des stufenlos regelbaren Getriebes 30 kann durch Kombination aus Wechseln der Kurvenscheibe und Verstellung der über setzung des Getriebes 30 jeder Krümmungsradius R berücksichtigt werden, was selbstverständlich unter Be rücksichtigung des Abstandes der Vermarkungspunkte F und E erfolgen muss.
Bei der Anwendung der erfindungsgemässen Einrich tung zur Steuerung -iner Gleisbaumaschine, bei der nur die Fahrtrichtung in der horizontalen Ebene zu steuern ist, beispielsweise bei einer Gleisrichtmaschine, ist es zweckmässig, die Strahlendetektoren mit länglicher Form in geringem Abstand hochkant nebeneinander anzuord nen.
Die eicktronisch abgetastete Wasserwaage kann über elektronische Verstärkereinrichtungen und Magnetventile so auf die \iydraulische Verstelleinrichtung zwischen dem .)egment i;nd dem Rahmen einwirken, dass der Rahmen mit seinen Strahlenempfangseinrichtungen, unabhängig von der Querlage des Segments und damit der Maschine, immer die senkrechte Stellung einhält.
Durch die .Anordnung zweier senkrecht übereinander stehender und parallel in Richtung auf die Maschine kontinuierlich strahlende Lasergeräte kann eine durch die Laserstrahlen begrenzte Bezugsebene geschaffcti werden, mit der ohne Störung durch natürliches Sonnenlicht oder andere starke herkömmliche Lichtquellen die Steuerung einer Gleisbaumaschine sowohl für den geraden Strek- kenverlaUf wie auch für Steigungen, Gefälle und überhö- hungsrampen in Kurven gewährleistet ist.
Die aus den Laserstrahlen gebildete Bezugsebene weist über jede beim Gleisbau technisch mögliche Entfernung eine völlig gleichbleibende Genauigkeit auf, da die Kohärenz der Laserstrahlen bekanntlich 10'; mal grösser ist, als sie mit einem optisch gebündelten Lichtstrahl erreicht werden kann.
Die Basis der Tastkufen und der als Tastorgane bei gleisgebundenen Maschinen wirkenden Spurkranzräder sind gleich der Spurbreite des Gleises. Durch direkte Übertragung ihrer Vertikalbewegungen auf je eine Strah lenempfangseinrichtung kann die Steuerung der Arbeits elemente für die Schaffung von überhöhungsrampen in Kurven durch vertikale Verstellung eines Laserstrahles in der wirklichen Höhe erreicht werden.