DE102020201689A1

DE102020201689A1 - Bearbeitungsanlage und Verfahren zum Durchführen von Gleisarbeiten

Info

Publication number: DE102020201689A1
Application number: DE102020201689.5A
Authority: DE
Inventors: Gregor Schmid; Martin Knott; Jan Flämig
Original assignee: Robel Bahnbaumaschinen GmbH
Current assignee: Robel Bahnbaumaschinen GmbH
Priority date: 2020-02-11
Filing date: 2020-02-11
Publication date: 2021-08-12
Also published as: WO2021160526A1; JP2023513328A; EP4103446A1; US20220379938A1; CN115135557A

Abstract

Eine Bearbeitungsanlage (1) zum Durchführen von Gleisarbeiten umfasst ein Schienenfahrzeug (6) mit einer Bearbeitungseinrichtung (50) und eine Überwachungseinrichtung (19) zum Festlegen und Überwachen eines zulässigen Arbeitsraums (A) für das Schienenfahrzeug (6). Die Bearbeitungsanlage (1) umfasst ferner eine Positionsmesseinrichtung (31) zum Ermitteln einer Position des Schienenfahrzeugs (6). Das Schienenfahrzeug (6) wird zum Durchführen der Gleisarbeiten mittels einer Steuereinrichtung (32) in Abhängigkeit der ermittelten Position und des festgelegten Arbeitsraums (A) gesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsanlage und ein Verfahren zum Durchführen von Gleisarbeiten.
Aus der WO 2017/121441 A1 (entspricht US 2019/016350 A1 ) ist ein Instandhaltungsfahrzeug bekannt, das mittels eines Fahrzeugrahmens und Seitenwänden einen geschützten Arbeitsraum begrenzt. Innerhalb des Arbeitsraums werden von Arbeitskräften oder von einem Industrieroboter Gleisarbeiten durchgeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bearbeitungsanlage zu schaffen, die in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Bearbeitungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das Schienenfahrzeug wird zum Durchführen der erforderlichen Gleisarbeiten innerhalb des festgelegten Arbeitsraums betrieben. Der Arbeitsraum ist mittels der Überwachungseinrichtung in mindestens einer Raumrichtung, insbesondere in mindestens zwei Raumrichtungen und insbesondere in drei Raumrichtungen festgelegt. Vorzugsweise ist der Arbeitsraum in einer horizontalen x-Richtung, die einer Schienenlängsrichtung entspricht, und/oder in einer horizontalen y-Richtung, die einer Schienenquerrichtung entspricht, festgelegt. Beim Durchführen der Gleisarbeiten wird die Position des Schienenfahrzeugs mittels der mindestens einen Positionsmesseinrichtung ermittelt und das Verlagern des Schienenfahrzeugs in Abhängigkeit der ermittelten Position mittels der Steuereinrichtung gesteuert. Das Schienenfahrzeug umfasst insbesondere ein Fahrgestell mit einem daran angeordneten Fahrantrieb. Die Gleisarbeiten werden somit mittels des Schienenfahrzeugs und der mindestens einen Bearbeitungseinrichtung in einfacher Weise automatisch durchgeführt. Beim Betrieb des Schienenfahrzeugs und der mindestens einen Bearbeitungseinrichtung befinden sich insbesondere keine Personen, also kein Fahrer und/oder keine Arbeitskraft, innerhalb des festgelegten Arbeitsraums. Der Arbeitsraum wird mittels der Überwachungseinrichtung überwacht. Wird mindestens eine Arbeitsraumgrenze durch ein fehlerhaftes Verfahren des Schienenfahrzeugs und/oder durch ein in den Arbeitsraum gelangendes Objekt und/oder durch eine in den Arbeitsraum gelangende Person verletzt, so wird das Schienenfahrzeug bzw. der Fahrantrieb und/oder die mindestens eine Bearbeitungseinrichtung gestoppt. Hierdurch wird ein sicherer Betrieb der Bearbeitungsanlage gewährleistet.
Die Steuereinrichtung umfasst vorzugsweise eine erste Steuereinheit, die außerhalb des Arbeitsraums angeordnet ist, und eine zweite Steuereinheit, die innerhalb des Arbeitsraums angeordnet ist. Die Steuereinrichtung ist insbesondere zumindest teilweise an dem Schienenfahrzeug angeordnet. Die zweite Steuereinheit ist beispielsweise an dem Schienenfahrzeug angeordnet. Die Steuereinheiten sind in Signalverbindung miteinander. In der ersten Steuereinheit sind beispielsweise verschiedene Bearbeitungsprogramme gespeichert und auswählbar. Ein ausgewähltes Bearbeitungsprogramm wird an die zweite Steuereinheit übertragen, in der dann das Bearbeitungsprogramm zum Durchführen der Gleisarbeiten abläuft. Signale der mindestens einen Positionsmesseinrichtung und/oder der Überwachungseinrichtung werden an die erste Steuereinheit und/oder an die zweite Steuereinheit übertragen, so dass das Schienenfahrzeug bei Erkennen eines unzulässigen Betriebszustands gestoppt wird.
Eine Bearbeitungsanlage nach Anspruch 2 gewährleistet in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten. Zum fahrerlosen und/oder bedienerlosen Betrieb umfasst das Schienenfahrzeug eine Sensorik zum Erfassen der Bearbeitungsaufgabe bzw. des zu bearbeitenden Gegenstands. Ferner umfasst die Bearbeitungsanlage ein in der Steuereinrichtung implementiertes Bearbeitungsprogramm zum Bearbeiten des zu bearbeitenden Gegenstands mittels der mindestens einen Bearbeitungseinrichtung. Vorzugsweise umfasst das Schienenfahrzeug ferner eine Sensorik zum Überprüfen des Bearbeitungsergebnisses bzw. des bearbeiteten Gegenstands.
Eine Bearbeitungsanlage nach Anspruch 3 gewährleistet in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten. Durch den mindestens einen Sensor wird die Bearbeitungsaufgabe bzw. der zu bearbeitende Gegenstand erfasst und/oder das Bearbeitungsergebnis bzw. der bearbeitete Gegenstand erfasst. Der mindestens eine Sensor ermöglicht somit einen fahrerlosen und/oder bedienerlosen Betrieb des Schienenfahrzeugs und der mindestens einen Bearbeitungseinrichtung. Der mindestens eine Sensor ist insbesondere an dem Schienenfahrzeug angeordnet, beispielsweise an der mindestens einen Bearbeitungseinrichtung.
Eine Bearbeitungsanlage nach Anspruch 4 gewährleistet in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten. Der Mehrachs-Roboter ist insbesondere als Industrieroboter ausgebildet. Der Mehrachs-Roboter umfasst vorzugsweise mindestens drei Bewegungsachsen, insbesondere mindestens vier Bewegungsachsen, insbesondere mindestens fünf Bewegungsachsen und insbesondere sechs Bewegungsachsen. Der Mehrachs-Roboter umfasst insbesondere eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines Werkzeugs.
Eine Bearbeitungsanlage nach Anspruch 5 gewährleistet in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten. Die mindestens eine Positionsmesseinrichtung ist beispielsweise als Lasermessgerät, als Positionssignal-Empfänger für ein satellitengestütztes Positionsbestimmungssystem und/oder als optisches Messsystem zur Erfassung von Messpunkten, die beispielsweise an Oberleitungs- und/oder Signalmasten angeordnet sind. Die mindestens eine Positionsmesseinrichtung ist vorzugsweise zumindest teilweise an dem Schienenfahrzeug befestigt.
Eine Bearbeitungsanlage nach Anspruch 6 gewährleistet in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten. Die mindestens eine Positionsmesseinrichtung ist zumindest teilweise an dem Schienenfahrzeug befestigt. Die mindestens eine Positionsmesseinrichtung ist beispielsweise als Messseil ausgebildet, das an dem Schienenfahrzeug und einer Überwachungseinheit zum Definieren und Überwachen des Arbeitsraums befestigt ist. Die Überwachungseinheit ist beispielsweise an einer Schwelle des Gleises befestigt und begrenzt den Arbeitsraum in einer horizontalen x-Richtung bzw. in einer Schienenlängsrichtung. Die Überwachungseinheit ist in der Schienenlängsrichtung betrachtet beispielsweise mittig an einer Schwelle angeordnet. Die Überwachungseinheit umfasst beispielsweise ein Traggestell, an dem das Messseil befestigt ist.
Eine Bearbeitungsanlage nach Anspruch 7 gewährleistet in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten. Durch die zwei Positionsmesseinrichtungen erfolgt die Positionsmessung redundant. Aus den zwei Positionsmesssignalen kann die Position des Schienenfahrzeugs exakt bestimmt werden. Bei Ausfall und/oder Störung einer Positionsmesseinrichtung kann mindestens eine Sicherheitsmaßnahme eingeleitet werden, wie beispielsweise ein Warnsignal erzeugt werden und/oder das Durchführen der Gleisarbeiten gestoppt werden. Vorzugsweise stellen die Positionsmesseinrichtungen die Positionsmesssignale mit unterschiedlichen Messverfahren bereit. Die erste Positionsmesseinrichtung basiert beispielsweise auf einem ersten Messverfahren, wohingegen die zweite Positionsmesseinrichtung auf einem unterschiedlichen zweiten Messverfahren basiert. Dies gewährleistet eine hohe Zuverlässigkeit der Positionsermittlung und somit eine hohe Sicherheit der Bearbeitungsanlage.
Eine Bearbeitungsanlage nach Anspruch 8 gewährleistet in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten. Die mindestens zwei Überwachungseinheiten begrenzen den Arbeitsraum für das Schienenfahrzeug in einer horizontalen x-Richtung. Die horizontale x-Richtung entspricht einer Schienenlängsrichtung. Die mindestens zwei Überwachungseinheiten begrenzen somit den zu bearbeitenden Gleisabschnitt in der Schienenlängsrichtung. Wenn das Schienenfahrzeug den festgelegten Arbeitsraum verlässt, so überfährt das Schienenfahrzeug eine der Überwachungseinheiten. Dies wird von der Überwachungseinrichtung erkannt, so dass das Schienenfahrzeug mittels der Steuereinrichtung gestoppt werden kann. An mindestens einer der Überwachungseinheiten ist insbesondere die mindestens eine Positionsmesseinrichtung teilweise befestigt. Beispielsweise ist bei einer Ausbildung der mindestens einen Positionsmesseinrichtung als Messseil, das Messseil an einer der Überwachungseinheiten befestigt. Bei einer Ausbildung der mindestens einen Positionsmesseinrichtung als Lasermessgerät ist beispielsweise ein Reflektor an einer der Überwachungseinheiten befestigt.
Eine Bearbeitungsanlage nach Anspruch 9 gewährleistet in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten. Mittels der mindestens einen optischen Überwachungseinheit wird der Raum um das Schienenfahrzeug erfasst. Die Überwachungseinrichtung definiert innerhalb des erfassten Raums bzw. des Erfassungsraums einen Arbeitsraum. Die mindestens eine optische Überwachungseinheit ist insbesondere in einer vertikalen z-Richtung oberhalb des Schienenfahrzeugs angeordnet. Die mindestens eine optische Überwachungseinheit ist beispielsweise an einem Kran und/oder einem Flugobjekt angeordnet. Die mindestens eine optische Überwachungseinheit umfasst beispielsweise eine digitale Kamera. Die Überwachungseinrichtung umfasst vorzugsweise eine Bildverarbeitungseinheit, so dass mittels der mindestens einen optischen Überwachungseinheit ermittelte Bilddaten ausgewertet werden können und der definierte Arbeitsraum überwacht werden kann. Beispielsweise können mit der Bildverarbeitungseinheit in den Arbeitsraum eindringende Personen und/oder Objekte erkannt und das Schienenfahrzeug bzw. der Fahrantrieb und/oder die mindestens eine Bearbeitungseinheit gestoppt werden.
Eine Bearbeitungsanlage nach Anspruch 10 gewährleistet in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten. An dem mindestens einen Flugobjekt ist eine Überwachungseinheit angeordnet, die einen Raum um das Schienenfahrzeug erfasst. Die Überwachungseinheit ist insbesondere optisch ausgebildet. Die Überwachungseinrichtung definiert innerhalb des erfassten Raums bzw. eines Erfassungsraums den Arbeitsraum für das Schienenfahrzeug. Die Größe des Arbeitsraums innerhalb des erfassten Raums kann in Abhängigkeit von Umwelteinflüssen verändert werden. Unerwünschte Bewegungen des mindestens einen Flugobjekts in Abhängigkeit von Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Wind, können somit ausgeglichen werden. Vorzugsweise werden der Überwachungseinrichtung Wetterdaten bereitgestellt. Die Größe des Arbeitsraums innerhalb des erfassten Raums kann in Abhängigkeit der bereitgestellten Wetterdaten verändert werden. Das mindestens eine Flugobjekt ist insbesondere als Drohne ausgebildet.
Das mindestens eine Flugobjekt kann in Abhängigkeit der Position des Schienenfahrzeugs verlagert werden. Vorzugsweise wird das mindestens eine Flugobjekt synchron zu dem Schienenfahrzeug verlagert. Hierdurch wird ein dynamischer Arbeitsraum erzeugt, der die Bearbeitung von langen Gleisabschnitten ermöglicht.
Das Schienenfahrzeug bzw. der Fahrantrieb und/oder die mindestens eine Bearbeitungseinrichtung wird gestoppt, wenn ein Objekt und/oder eine Person in den Arbeitsraum gelangt und/oder das mindestens eine Flugobjekt nicht mehr ausreichend Energie zum Fliegen hat und landen muss und/oder das Schienenfahrzeug nicht mehr detektiert wird.
Die Überwachungseinrichtung kann zusätzlich zu einem Flugobjekt mit einer Überwachungseinheit zum Definieren eines Arbeitsraums für das Schienenfahrzeug mindestens ein weiteres Flugobjekt mit einer Überwachungseinheit umfassen. Diese Überwachungseinheit überwacht das Gleis in einem Abstand zu dem Arbeitsraum und dem darin befindlichen Schienenfahrzeug. Der Abstand beträgt beispielsweise mindestens 1 km, insbesondere mindestens 2 km, und insbesondere mindestens 3 km. Hierdurch kann ein an den Arbeitsraum heranfahrendes Schienenfahrzeug, wie beispielsweise ein Personen- oder Güterzug, frühzeitig erkannt und eine Notbremsung eingeleitet werden. Vorzugsweise weist die Überwachungseinrichtung zwei weitere Flugobjekte mit zugehörigen Überwachungseinheiten auf, die beidseitig des Arbeitsraums angeordnet sind.
Eine Bearbeitungsanlage nach Anspruch 11 gewährleistet in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten. Durch die Sicherungseinrichtung wird das Schienenfahrzeug mechanisch gestoppt, wenn das Schienenfahrzeug unkontrolliert den Arbeitsraum verlässt. Mittels der Sicherungseinrichtung kann das Schienenfahrzeug beispielsweise zum Entgleisen gebracht werden. Hierdurch wird zuverlässig verhindert, dass das Schienenfahrzeug einen Baustellenbereich verlässt.
Eine Bearbeitungsanlage nach Anspruch 12 gewährleistet in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten. Das Werkzeugmagazin ist insbesondere innerhalb des Arbeitsraums angeordnet, vorzugsweise an dem Schienenfahrzeug oder neben dem Gleis. Sind für das Durchführen der Gleisarbeiten unterschiedliche Werkzeuge erforderlich, so kann ein automatischer Werkzeugwechsel durchgeführt werden. Der Werkzeugwechsel wird beispielsweise mittels der mindestens einen Bearbeitungseinrichtung durchgeführt, die ein nicht mehr benötigtes Werkzeug in dem Werkzeugmagazin ablegt und ein neues Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin entnimmt. Alternativ kann die Bearbeitungsanlage zusätzlich einen Werkzeugwechsler umfassen, der einen automatischen Werkzeugwechsel durchführt.
Eine Bearbeitungsanlage nach Anspruch 13 gewährleistet in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten. Die Energiebereitstellungseinrichtung umfasst vorzugsweise mindestens einen Energiespeicher zur Bereitstellung von elektrischer Energie. Der mindestens eine Energiespeicher umfasst insbesondere mindestens einen Akkumulator. Das Schienenfahrzeug, insbesondere der Fahrantrieb und/oder die mindestens eine Bearbeitungseinrichtung, werden vorzugsweise mit elektrischer Energie betrieben. An dem Schienenfahrzeug ist insbesondere mindestens ein Energiespeicher angeordnet, der elektrische Energie für einen Fahrantrieb und/oder einen Antrieb für die mindestens eine Bearbeitungseinrichtung bereitstellt. Der Energiespeicher ist vorzugsweise auswechselbar und/oder wieder aufladbar. Die Energiebereitstellungseinrichtung umfasst beispielsweise eine Ladestation zum Wiederaufladen eines Energiespeichers. Die Energiebereitstellungseinrichtung ist beispielsweise an eine Oberleitung anschließbar.
Eine Bearbeitungsanlage nach Anspruch 14 gewährleistet in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten. Die Steuereinrichtung ist in Signalverbindung mit der mindestens einen Positionsmesseinrichtung und/oder mit der Überwachungseinrichtung. Hierdurch kann in einem Störfall und/oder bei einer Verletzung des Arbeitsraums das Schienenfahrzeug bzw. der Fahrantrieb und/oder die mindestens eine Bearbeitungseinrichtung gestoppt werden. Die Steuereinrichtung umfasst vorzugsweise eine erste Steuereinheit, die außerhalb des Arbeitsraums angeordnet ist, und eine zweite Steuereinheit, die innerhalb des Arbeitsraums angeordnet ist. Die zweite Steuereinheit ist vorzugsweise an dem Schienenfahrzeug angeordnet. Die erste Steuereinheit und die zweite Steuereinheit sind in Signalverbindung miteinander. Hierdurch können Signale von der ersten Steuereinheit zu der zweiten Steuereinheit und/oder von der zweiten Steuereinheit zu der ersten Steuereinheit übertragen werden. Die Überwachungseinrichtung und/oder die mindestens eine Positionsmesseinrichtung ist in Signalverbindung mit der ersten Steuereinheit und/oder mit der zweiten Steuereinheit.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zu schaffen, das in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den bereits beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Bearbeitungsanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine Draufsicht auf die Bearbeitungsanlage gemäß 1,
3 eine schematische Darstellung einer Bearbeitungsanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Darstellung einer Bearbeitungsanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
5 eine Draufsicht auf die Bearbeitungsanlage gemäß 4.

Nachfolgend ist anhand der 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine Bearbeitungsanlage 1 dient zum Durchführen von Gleisarbeiten an einem Gleis 2. Das Gleis 2 umfasst Schienen 3, die in einer Schienenlängsrichtung bzw. einer horizontalen x-Richtung verlaufen und in einer senkrecht zu der x-Richtung verlaufenden horizontalen y-Richtung beabstandet sind. Die Schienen 3 sind - in einer vertikalen z-Richtung betrachtet - auf Schwellen 4 angeordnet. Die Schwellen 4 sind in ein Schotterbett 5 eingebettet. Die z-Richtung verläuft senkrecht zu der x-Richtung und der y-Richtung. Die x-Richtung, die y-Richtung und die z-Richtung bilden ein kartesisches Koordinatensystem.
Die Bearbeitungsanlage 1 umfasst ein Schienenfahrzeug 6. Das Schienenfahrzeug 6 umfasst einen Fahrzeugrahmen 7, an dem zwei Achsen 8 mit Laufrädern 9 drehbar gelagert sind. An dem Fahrzeugrahmen 7 ist ein elektrischer Fahrantrieb 10 zum Drehantreiben einer der Achsen 8 angeordnet.
An dem Fahrzeugrahmen 7 sind zwei Bearbeitungseinrichtungen 11, 12 angeordnet. Die Bearbeitungseinrichtungen 11, 12 sind als Stopfaggregate ausgebildet. Die jeweilige Bearbeitungseinrichtung 11, 12 umfasst einen Tragrahmen 13, an dem Stopfpickel 14 um Schwenkachsen schwenkbar gelagert sind. Der jeweilige Tragrahmen 13 mit den Stopfpickeln 14 ist mittels eines Antriebs 15 in der z-Richtung verlagerbar. Die Stopfpickel 14 sind mittels Antrieben 16, 17 in eine Vibrationsbewegung versetzbar und paarweise aufeinander zustellbar. Die Bearbeitungseinrichtungen 11, 12 sind bekannt und üblich.
Zum Erfassen der Schwellen 4 ist an dem Fahrzeugrahmen 7 ein Sensor 18 angeordnet. Der Sensor 18 ist optisch ausgebildet. Der Sensor 18 ist beispielsweise als digitale Kamera ausgebildet.
Die Bearbeitungsanlage 1 umfasst ferner eine Überwachungseinrichtung 19. Die Überwachungseinrichtung 19 dient zum Festlegen und Überwachen eines zulässigen Arbeitsraums A für das Schienenfahrzeug 6. Die Überwachungseinrichtung 19 umfasst zwei mechanische Überwachungseinheiten 20, 21. Die Überwachungseinheiten 20, 21 sind in der x-Richtung beabstandet voneinander an dem Gleis 2 befestigt. Das Schienenfahrzeug 6 befindet sich zwischen den Überwachungseinheiten 20, 21.
Die Überwachungseinheiten 20, 21 umfassen jeweils ein Traggestell 22. Das jeweilige Traggestell 22 wird beispielsweise in der x-Richtung betrachtet mittig zu einer Schwelle 4 angeordnet. An dem jeweiligen Traggestell 22 ist ein Detektor 23 angeordnet. Der Detektor 23 detektiert das Schienenfahrzeug 6, wenn dieses die jeweilige Überwachungseinheit 20, 21 erreicht. Die Überwachungseinheiten 20, 21 legen den Arbeitsraum A somit in der x-Richtung bzw. der Schienenlängsrichtung fest und definieren den zu bearbeitenden Gleisabschnitt.
Die jeweilige Überwachungseinheit 20, 21 umfasst ferner einen Laserstrahlenerzeuger und -empfänger 24 und einen Reflektor 25, die in der y-Richtung endseitig an dem Traggestell 22 angeordnet sind. Dem Laserstrahlenerzeuger und -empfänger 24 der ersten Überwachungseinheit 20 liegt in der x-Richtung der Reflektor 25 der zweiten Überwachungseinheit 21 gegenüber und umgekehrt. Hierdurch werden zwei Lichtgitter L erzeugt, die den Arbeitsraum A seitlich zu dem Gleis 2 in der y-Richtung festlegen und überwachen.
Die jeweilige Überwachungseinheit 20, 21 umfasst ferner einen Signalgeber 26. Wenn der Detektor 23 das Schienenfahrzeug 6 detektiert und/oder der Laserstrahlenerzeuger und -empfänger 24 eine Unterbrechung des zugehörigen Lichtergitters L detektiert, so erzeugt der zugehörige Signalgeber 26 ein Notaus-Signal.
Zum Ermitteln einer Position des Schienenfahrzeugs 6 weist die Bearbeitungsanlage 1 eine erste Positionsmesseinrichtung 27 und eine zweite Positionsmesseinrichtung 28 auf. Die jeweilige Positionsmesseinrichtung 27, 28 ist als Lasermessgerät ausgebildet und umfasst eine Sende- und Empfangseinheit 29 und einen zugehörigen Reflektor 30. Die Sende- und Empfangseinheiten 29 sind in der x-Richtung endseitig an dem Schienenfahrzeug 6 befestigt. Die zugehörigen Reflektoren 30 sind an den Traggestellen 22 der Überwachungseinheiten 20, 21 befestigt. Die erste Positionseinrichtung 27 misst einen Abstand x₁ zwischen der Sende- und Empfangseinheit 29 und dem Reflektor 30 und somit die Position des Schienenfahrzeugs 6 relativ zu dem Reflektor 30. Entsprechend misst die zweite Positionsmesseinrichtung 28 einen Abstand x₂ zwischen der Sende- und Empfangseinheit 29 und dem Reflektor 30 und somit eine Position des Schienenfahrzeugs 6 relativ zu dem Reflektor 30. Die Positionsmesseinrichtungen 27, 28 sind optisch und somit berührungslos ausgebildet.
Die Bearbeitungsanlage 1 umfasst ferner eine dritte Positionsmesseinrichtung 31. Die dritte Positionsmesseinrichtung 31 ist als GPS-Empfänger ausgebildet und ermöglicht die Ermittlung einer absoluten Position des Schienenfahrzeugs 6. Die dritte Positionsmesseinrichtung 31 ist an dem Schienenfahrzeug 6 befestigt.
Zum Steuern des Schienenfahrzeugs 6 in Abhängigkeit der ermittelten Position und des festgelegten Arbeitsraums A umfasst die Bearbeitungsanlage 1 eine Steuereinrichtung 32. Die Steuereinrichtung 32 ist in Signalverbindung mit den Positionsmesseinrichtungen 27, 28 und 31 sowie mit den Überwachungseinheiten 20, 21. Die Steuereinrichtung 32 umfasst einen Sender 33 zum Senden von Signalen und einen Empfänger 34 zum Empfangen von Signalen. Der Empfänger 34 ist in Signalverbindung mit den Signalgebern 26 zum Empfangen von Notaus-Signalen der Überwachungseinheiten 20, 21. Die Steuereinrichtung 32 ist mittels des Senders 33 in Signalverbindung mit einer nicht näher dargestellten Leitzentrale. Im Falle eines Notaus-Signals sendet die Steuereinrichtung 32 mittels des Senders 33 ein entsprechendes Signal an die Leitzentrale. Die Steuereinrichtung 32 steuert mittels einer Steuerung 35 den Fahrantrieb 10 und die Antriebe 15, 16, 17 der Bearbeitungseinrichtungen 11, 12.
Zur Energieversorgung umfasst die Bearbeitungsanlage 1 eine Energiebereitstellungseinrichtung 36. Die Energiebereitstellungseinrichtung 36 umfasst einen ersten Energiespeicher 37 zur Bereitstellung elektrischer Energie. Der erste Energiespeicher 37 ist an dem Schienenfahrzeug 6 angeordnet. Der erste Energiespeicher 37 versorgt den Fahrantrieb 10, die Bearbeitungseinrichtungen 11, 12, die Positionsmesseinrichtungen 27, 28, 31, den Sensor 18 und die Steuereinrichtung 32 mit elektrischer Energie.
Die Energiebereitstellungseinrichtung 36 umfasst ferner einen zweiten Energiespeicher 38 und einen dritten Energiespeicher 39. Der Energiespeicher 38 versorgt die erste Überwachungseinheit 20 mit elektrischer Energie, wohingegen der Energiespeicher 39 die zweite Überwachungseinheit 21 mit elektrischer Energie versorgt.
Die Bearbeitungsanlage 1 umfasst ferner eine Sicherungseinrichtung 40 mit zwei Entgleisungselementen 41, 42. Die Entgleisungselemente 41, 42 sind derart auf dem Gleis 2 angeordnet, dass sich die Überwachungseinheiten 20, 21 zwischen den Entgleisungselementen 41, 42 befinden. Die Sicherungseinrichtung 40 mit den Entgleisungselementen 41, 42 ist somit außerhalb des Arbeitsraums A angeordnet.
Nachfolgend ist die Funktionsweise der Bearbeitungsanlage 1 beschrieben:

Die Bearbeitungsanlage 1 wird mittels eines Transportfahrzeugs zu einem zu bearbeitenden Gleisabschnitts transportiert. Das Transportfahrzeug ist beispielsweise ein Straßenfahrzeug und/oder ein Schienenfahrzeug. Anschließend wir die Bearbeitungsanlage 1 installiert. Mittels der Überwachungseinheiten 20, 21 wird der Arbeitsraum A in der x-Richtung und der y-Richtung festgelegt. Zur Absicherung werden die Entgleisungselemente 41, 42 außerhalb des Arbeitsraums A auf dem Gleis 2 angeordnet. Anschließend wird das Schienenfahrzeug 6 in dem Arbeitsraum A auf den Schienen 3 positioniert, beispielsweise mittels eines Arbeitskrans.

Nachdem die Überwachungseinheiten 20, 21 an die Energiespeicher 38, 39 angeschlossen sind, wird das in der Steuerung 35 gespeicherte Bearbeitungsprogramm gestartet. Das Schienenfahrzeug 6 ist anschließend zum fahrerlosen und bedienerlosen Betrieb bereit. Anhand der Positionsmesssignale x₁ und x₂ wird das Schienenfahrzeug 6 mittels der Steuereinrichtung 32 derart verfahren, dass sich die Bearbeitungseinrichtungen 11, 12 in einer Position oberhalb einer Schwelle 4 befinden. Die Steuereinrichtung 32 überprüft die Positionsmesssignale x₁ und x₂ auf Richtigkeit, da ein bestimmter Fahrweg mit unterschiedlichem Vorzeichen gleichermaßen in die Positionsmesssignale x₁ und x₂ eingehen muss. Der Sensor 18 erfasst hierbei die Schwelle 4, so dass die Position gegebenenfalls korrigiert werden kann. Anschließend erfolgt mittels der Bearbeitungseinrichtungen 11, 12 in üblicher Weise ein Stopfvorgang. Ist der Stopfvorgang beendet, wird das Schienenfahrzeug 6 zu der nächsten Schwelle 4 verfahren. Dieser Ablauf wiederholt sich solange, bis die in dem Arbeitsraum A angeordneten und von den Bearbeitungseinrichtungen 11, 12 erreichbaren Schwellen 4 unterstopft sind.
Mittels der dritten Positionsmesseinrichtung 31 wird eine absolute Position des Schienenfahrzeugs 6 ermittelt. Die absolute Position wird mittels der Steuereinrichtung 32 beispielsweise an die Leitzentrale übertragen.
Bei Vorliegen einer Störung werden der Fahrantrieb 10 und die Bearbeitungseinrichtungen 11, 12 gestoppt. Eine Störung liegt vor, wenn ein Detektor 23 das Schienenfahrzeug 6 detektiert, ein Lichtgitter L unterbrochen wird, einer der Energiespeicher 37, 38 oder 39 entleert ist und/oder die Positionsmesseinrichtungen 27, 28 nicht plausible Positionsmesssignale x₁, x₂ an die Steuereinrichtung 32 übermitteln. Bei einer Störung übermittelt eine der Überwachungseinheiten 20, 21 mittels des zugehörigen Signalgebers 26 ein Notaus-Signal an die Steuereinrichtung 32. Liegen in der Steuereinrichtung nicht plausible Positionsmesswerte x_1., x₂ vor, erzeugt die Steuereinrichtung 32 ein Notaus-Signal.
Kann das Schienenfahrzeug 6 bei Vorliegen einer Störung nicht gestoppt werden, so wird das Schienenfahrzeug 6 bei Verlassen des Arbeitsraums A durch Überfahren einer der Überwachungseinheiten 20, 21 durch eines der Entgleisungselemente 41, 42 zum Entgleisen gebracht. Hierdurch wird zuverlässig verhindert, dass sich das Schienenfahrzeug 6 unkontrolliert auf dem Gleis bewegt.
Die Bearbeitungsanlage 1 ermöglicht somit in einfacher und sicherer Weise ein automatisiertes Durchführen von Gleisarbeiten innerhalb des Arbeitsraums A.
Nachfolgend ist anhand von 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel sind die Positionsmesseinrichtungen 27, 28 mechanisch ausgebildet. Die Positionsmesseinrichtungen 27, 28 umfassen jeweils eine Messseileinheit 43 und ein Befestigungselement 44. Die Messseileinheiten 43 sind an dem Fahrzeugrahmen 7 befestigt. Das jeweilige Messseil S ist mit dem zugehörigen Befestigungselement 44 verbunden. Das jeweilige Befestigungselement 44 ist an dem Traggestell 22 der Überwachungseinheiten 20, 21 befestigt.Hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise der Bearbeitungsanlage 1 wird auf das vorangegangene Ausführungsbeispiel verwiesen.
Nachfolgend ist anhand der 4 und 5 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen umfasst die Überwachungseinrichtung 19 ein Flugobjekt 45, an dem eine optische Überwachungseinheit 46 angeordnet ist. Das Flugobjekt 45 ist beispielsweise als Drohne ausgebildet. Die optische Überwachungseinheit 46 umfasst beispielsweise eine Kamera und/oder ein Bildverarbeitungseinheit. Das Flugobjekt 45 umfasst einen Grundkörper 47, an dem drehantreibbare bzw. drehangetriebene Rotoren 48 befestigt sind. Das Flugobjekt 45 umfasst ferner eine Sende- und Empfangseinheit 49, die an dem Grundkörper 47 befestigt ist. Die Sende- und Empfangseinheit 49 ist in Signalverbindung mit der optischen Überwachungseinheit 46. Zur Positionsbestimmung umfasst die Überwachungseinrichtung 19 eine Positionsmesseinrichtung 58. Die Positionsmesseinrichtung 58 ist als GPS-Empfänger ausgebildet.
Die optische Überwachungseinheit 46 hat einen kegelförmigen Erfassungsraum E. Innerhalb des Erfassungsraums E ist von der optischen Überwachungseinheit 46 der Arbeitsraum A festgelegt. Der Arbeitsraum A ist in der x-Richtung, der y-Richtung und der z-Richtung festgelegt. Der Arbeitsraum A ist beispielsweise kegelförmig festgelegt. Der Arbeitsraum A ist kleiner als der Erfassungsraum E. In einer Ebene, die durch die Schienen 3 bzw. im Bereich der Schienen 3 definiert ist, ist eine Grenze des Arbeitsraums A in jeder horizontalen Richtung mindestens um eine Abmessung ΔR von einer Grenze des Erfassungsraums E beabstandet.
Das Schienenfahrzeug 6 ist innerhalb des Arbeitsraums A auf den Schienen 3 angeordnet. An dem Fahrzeugrahmen 7 ist eine Bearbeitungseinrichtung 50 befestigt. Die Bearbeitungseinrichtung 50 ist als Mehrachs-Roboter ausgebildet. Der Mehrachs-Roboter ist beispielsweise ein üblicher Industrieroboter. Der Mehrachs-Roboter weist sechs Bewegungsachsen B₁ bis B₆ auf. Die Bewegungsachse B₆ wird durch eine drehantreibbare Werkzeugaufnahme 51 gebildet. Der Sensor 18 ist an dem Mehrachs-Roboter befestigt. In der Werkzeugaufnahme 51 ist ein Werkzeug W gespannt.
Zur Bereitstellung von verschiedenen Werkzeugen W umfasst die Bearbeitungsanlage 1 ein Werkzeugmagazin 52. Das Werkzeugmagazin 52 ist an dem Fahrzeugrahmen 7 befestigt. Die Bearbeitungseinrichtung 50 kann einen automatischen Werkzeugwechsel durchführen, also ein Werkzeug W in dem Werkzeugmagazin 52 ablegen und ein neues Werkzeug W aus dem Werkzeugmagazin 52 entnehmen.
Die Steuereinrichtung 32 umfasst eine erste Steuereinheit 53, die außerhalb des Arbeitsraums A und des Erfassungsraums E angeordnet ist, und eine zweite Steuereinheit 54, die an dem Fahrzeugrahmen 7 angeordnet ist. Die erste Steuereinheit 53 umfasst den Sender 33, den Empfänger 34 und die zentrale Steuerung 35. Die zweite Steuereinheit 54 umfasst einen Sender 55, einen Empfänger 56 und eine lokale Steuerung 57.
Die erste Steuereinheit 53 ist in Signalverbindung mit der zweiten Steuereinheit 54 und der Sende- und Empfangseinheit 49. Die lokale Steuerung 57 steuert das Schienenfahrzeug 6 und ist in Signalverbindung mit dem Fahrantrieb 10, der Bearbeitungseinrichtung 50, dem Sensor 18 und der Positionsmesseinrichtung 31.
Zur Energieversorgung des Flugobjekts 45 ist am Grundkörper 47 der Energiespeicher 38 angeordnet. Die erste Steuereinheit 53 ist an den dritten Energiespeicher 39 angeschlossen.
Nach dem Antransportieren der Bearbeitungsanlage 1 zu dem zu bearbeitenden Gleisabschnitt wird das Schienenfahrzeug 6 auf den Schienen 3 angeordnet und die erste Steuereinheit 53 in einem ausreichenden Abstand neben dem Gleis 2 positioniert. Anschließend wird ein in der zentralen Steuerung 35 gespeichertes Steuerprogramm gestartet. Mittels des Steuerprogramms wird die Überwachungseinrichtung 19 in Betrieb genommen. Hierzu wird das Flugobjekt 45 gestartet und in z-Richtung über dem Schienenfahrzeug 6 positioniert. Die optische Überwachungseinheit 46 legt den Arbeitsraum A innerhalb des Erfassungsraums E fest und detektiert das Schienenfahrzeug 6 innerhalb des Arbeitsraums. Anschließend startet das Steuerprogramm ein Bearbeitungsprogramm, das in der lokalen Steuerung 57 gespeichert ist. Mittels des Bearbeitungsprogramms führt das Schienenfahrzeug bzw. die Bearbeitungseinrichtung 50 die vorgesehenen Gleisarbeiten durch.
Bei einer Störung werden der Fahrantrieb 10 und die Bearbeitungseinrichtung 50 gestoppt. Eine Störung liegt vor, wenn das Schienenfahrzeug 6 den festgelegten Arbeitsraum A verlässt, wenn eine Person und/oder ein Objekt den Arbeitsraum A verletzt, wenn die Positionsmesseinrichtung 31 und die optische Überwachungseinheit 46 in Verbindung mit der Positionsmesseinrichtung 58 voneinander abweichende Positionen des Schienenfahrzeugs 6 ermitteln und/oder wenn einer der Energiespeicher 37, 38 oder 39 entleert ist.
Bei einer plötzlichen Änderung der Fluglage bzw. der Flugposition des Flugobjekts 45, beispielsweise in Folge von Umwelteinflüssen, verändert sich der Erfassungsraum E und somit der festgelegte Arbeitsraum A. Der Abstand ΔR ist so gewählt, dass Änderungen in der Fluglage bzw. der Flugposition, soweit diese nicht unmittelbar ausgeregelt werden können, nicht dazu führen, dass der veränderte Arbeitsraum A über den ursprünglichen Erfassungsraum E hinausgeht. Hierdurch wird eine hohe Sicherheit bei der Überwachung des Arbeitsraums A gewährleistet.
Bei dem Durchführen von Gleisarbeiten auf einem langen Gleisabschnitt wird das Flugobjekt 45 synchron zu dem Schienenfahrzeug 6 bewegt, so dass der Arbeitsraum A dynamisch festgelegt ist. Der Arbeitsraum A bewegt sich somit mit dem Schienenfahrzeug 6 mit. Dadurch, dass eine Verletzung des Arbeitsraums A durch eine Person und/oder ein Objekt erkannt wird, ist die Sicherheit der Bearbeitungsanlage 1 gewährleistet.
Bei einer Störung wird von der Steuereinrichtung 32, insbesondere von der ersten Steuereinheit 53, ein Notaus-Signal erzeugt und an die zweite Steuereinheit 54 und die Leitzentrale übermittelt.
Hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Allgemein gilt:
Die Merkmale der Ausführungsbeispiele können beliebig miteinander kombiniert werden.
Der Betrieb der Bearbeitungsanlage 1 kann durch eine Überwachungsperson überwacht werden. Außerhalb des Arbeitsraums A kann ein Notaus-Taster angeordnet sein, so dass die Überwachungsperson die Bearbeitungsanlage 1 jederzeit durch Betätigen des Notaus-Tasters stoppen kann.
Die optische Überwachungseinheit 46 kann eine Kamera, einen Laserscanner und/oder ein Radar umfassen. Zum Detektieren kann das Schienenfahrzeug 6 eine Markierung aufweisen, die von der optischen Überwachungseinheit 46 eindeutig erkannt werden kann.
Der Abstand ΔR kann in Abhängigkeit der Umwelteinflüsse bzw. der Wettersituation veränderbar sein. Der Überwachungseinrichtung 19 können Daten zu der Wettersituation bereitgestellt werden, beispielsweise mittels der Steuereinrichtung 32.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2017/121441 A1 [0002]
US 2019016350 A1 [0002]

Claims

Bearbeitungsanlage zum Durchführen von Gleisarbeiten mit - einem Schienenfahrzeug (6), das mindestens eine Bearbeitungseinrichtung (11, 12, 50) umfasst, - einer Überwachungseinrichtung (19) zum Festlegen und Überwachen eines zulässigen Arbeitsraums (A) für das Schienenfahrzeug (6), - mindestens einer Positionsmesseinrichtung (27, 28, 31) zum Ermitteln einer Position des Schienenfahrzeugs (6), und - einer Steuereinrichtung (32) zum Steuern des Schienenfahrzeugs (6) in Abhängigkeit der ermittelten Position und des festgelegten Arbeitsraums (A).
Bearbeitungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (6) zum fahrerlosen und/oder bedienerlosen Betrieb ausgebildet ist.
Bearbeitungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens einen Sensor (18) zum Steuern der mindestens einen Bearbeitungseinrichtung (11, 12, 50).
Bearbeitungsanlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bearbeitungseinrichtung (50) als Mehrachs-Roboter ausgebildet ist.
Bearbeitungsanlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Positionsmesseinrichtung (27, 28, 31) berührungslos ausgebildet ist.
Bearbeitungsanlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Positionsmesseinrichtung (27, 28) mechanisch ausgebildet ist.
Bearbeitungsanlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste Positionsmesseinrichtung (27) zur Bereitstellung eines ersten Positionsmesssignals (x₁) und einer zweiten Positionsmesseinrichtung (28) zur Bereitstellung eines zweiten Positionsmesssignals (X2).
Bearbeitungsanlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Überwachungseinrichtung (19) mindestens zwei Überwachungseinheiten (20, 21) zur Anordnung beidseitig des Schienenfahrzeugs (6) umfasst.
Bearbeitungsanlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Überwachungseinrichtung (19) mindestens eine optische Überwachungseinheit (46) umfasst.
Bearbeitungsanlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Überwachungseinrichtung (19) mindestens ein Flugobjekt (45) umfasst.
Bearbeitungsanlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sicherungseinrichtung (40) zum mechanischen Stoppen des Schienenfahrzeugs (6) außerhalb des Arbeitsraums (A).
Bearbeitungsanlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Werkzeugmagazin (52) zur Bereitstellung von Werkzeugen (W) für die mindestens eine Bearbeitungseinrichtung (50).
Bearbeitungsanlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch eine Energiebereitstellungseinrichtung (36) zur Energieversorgung.
Bearbeitungsanlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Steuereinrichtung (32) mindestens einen Sender (33, 55) zum Senden von Signalen und/oder mindestens einen Empfänger (34, 56) zum Empfangen von Signalen umfasst.
Verfahren zum Durchführen von Gleisarbeiten mit den Schritten: - Bereitstellen einer Bearbeitungsanlage (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, - Festlegen eines Arbeitsraums (A) mittels der Überwachungseinrichtung (19), - Verlagern des Schienenfahrzeugs (6) und Durchführen von Gleisarbeiten innerhalb des festgelegten Arbeitsraums (A), -- wobei die Position des Schienenfahrzeugs (6) mittels der mindestens einen Positionsmesseinrichtung (27, 28, 31) ermittelt wird, und -- wobei das Schienenfahrzeug (6) in Abhängigkeit der ermittelten Position und des festgelegten Arbeitsraums (A) mittels der Steuereinrichtung (32) gesteuert wird.