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Die Erfindung betrifft eine Laserstrahl-Positionierungsein-
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richtung zur Positionierung von in einer Richtung sich bewegenden
Objekten, insbesondere Eisenbahnfahrzeugen zum Umsetzen von Behältern, wie Containern,
auf seitlich des Fahrzeuges befindliche Abstellflächen, insbesondere unterhalb der
Oberleitung für elektrische Triebfahrzeuge, in bezug auf feststehende Objekte und
mit der Laserstrahl-Positionierungseinrichtung ausgerüstetes Behälterumsetzfahrzeug.
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Die erfindungsgemäße Positionierungseinrichtung soll beispielsweise
ihren Einsatz in der Födertechnik finden, wo es gilt, Hebe- und Umsetzfahrzeuge
für Container in bezug auf diese letzteren, bzw. auf Container-Trägerfahrzeuge möglichst
genau zu positionieren, um die für den Hebe-oder Umsetzvorgang erforderlichen mechanischen
Hebevorrichtungen oder sonstigen Fördervorrichtungen mit einander in Eingriff zu
bringen.
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Bislang sind Reflexions-Lichtschranken zur Positionierung gebräuchlich
gewesen, die die Einnahme der Sollposition mit einer gewissen, berenzten Genauigkeit
gestatten, die von der Entfernung der zueinander zu positionierenden Objekte, von
der verwendeten Lichtquelle, dem Reflektor und dem verwendeten Empfänger, sowie
insbesondere von der Divergenz des auf den Reflektor auftreffenden Lichtstahles
und des vom Reflektor zurückgeworfenen Lichtstrahles abhängt.
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Ein wesentlicher Nachteil liegt auch darin, daß solche Positionierungseinrichtungen
nur eine Ja/Nein-Aussage über die Istposition in bezug auf die Sollposition liefern,
ohne eine kontinuierliche Anzeige von Annäherungazuständen des zu positionierenden
Objektes in bezug auf das feststehende Objekt.
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Neben optischen PosiLion -:npJseinrichtungen kennt man auch mechanisch
oder inåjk-tiv aebeiténde Positionierungseinrichtungen. 3ei größeren Abstande zwischen
den zueinander zu positionierenden Objekten sind erartige 3inrichtungen jedoch nicht
mehr sinnvoll einsetzbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es also, eine kostenwirksam einsetzbare
Positionierungseinrichtung zu schaffen, die unter allen Witterungs- und Lichtbedingungen
besonders zuverlässig und auch über größere Entfernung besonders genau arbeitet
und fortlaufend Daten über die Annäherung an die Sollposition liefert, entweder
zur automatischen Ausführung des Bewegungsablaufes bei der Positionierung, oder
als Hilfe zur handgesteuerten Positionierung, dabei soll die Lage der jeweiligen
Istposition in bezug auf die Sollposition (d.h. vor oder hinter oder links oder
rechts on dieser) feststellbar sein.
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Die zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene, erfindungsgemäße
Laserstrahl-Fositionierungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß an dem zu
positionierenden Objekt eine Laserstrahl-Abtastvorrichtung angebracht ist,
die
senkrecht zur Positionierungsrichtung einen Laserstrahl aussendet, entlang einer
ersten optischen Achse, die in einer Ebene parallel zur Positionierungsrichtungum
einen vorbestimmten Verschwenkwinkel um eine Nullage herum mit hinreichend hoher
Folgefrequenz verschwenkbar ist, daß der Laserstrahl in Richtung der Verschwenkung
eine möglichst geringe Ausdehnung, jedoch senkrecht zu dieser Richtung und senkrecht
zur Positionierungsrichtung eine erheblich größere Ausdehnung besitzt, derart, daß
sich beim Auftreffen des Laserstrahls auf einen stabförmigen Reflektor, der dem
feststehenden Objekt zugeordnet ist, ein Lichtstrich ergibt, der von dem parallel
zu diesem Lichtstrich ausgerichteten Reflektor voll erfaßt und zur Abtastvorrichtung
unter einem der Ablage von der Sollposition entsprechenden Verschwenkwinkel hin
reflektiert wird, zum Vergleich mit einem vorgegebenen Sollwert in einer Steuer-und
Anzeigeelektronik, durch die entsprechend vorbestimmten Werten der Ablage vom vorgegebenen
Sollwert eine optische und/oder akustische Anzeige und/oder Steuersignale zur Steuerung
des Bewegungsablaufs bei der Positionierung des zu verfahrenden Objektes abgebbar
sind. Man bedient sich also eines Lasers als Lichtquelle mit besonders geringer
Divergenz.
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Die Abtastvorrichtung mit ihrem technischen Aufwand ist an dem Hebe-
oder Umsetzfahrzeug selbst und nicht etwa an dem nach der Positionierung zu bewegenden
Gut, wie beispielsweise dem Container oder dem Containerträgerfahrzeug angebracht,
um
die Gesamtkosten möglichst niedrig zu halten, und um die Einführbarkeit der Einrichtung
nicht durch eine aufwendige Umrüstung von Massengutbehältern und Massengutbehälter-Trägerfahrzeugen
zu erschweren.
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Die erfindungsgemäße Positionierungseinrichtung kann für die Positionierung
in senkrechter Richtung (Höhe) oder in waagerechter Richtung (Se e, Fahrtrichtung)
verwendet werden, wobei dementsprechend eine Drehung der erfindungs-° gemäßen Gesamtanordnung
um 90 erfolgen müßte.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Laserstrahl-Abtastvorrichtung
einen Laserstrahl-Sender mit einem zugeordneten Objektiv, und die erste optische
Achse, die von dem Laserstrahl-Sender ausgeht, durchsetzt eine von einem Antriebsmotor
über ein zugeordnetes Getriebe aus zwei gegenläufig umlaufend angetriebenen Teilprismen
gebildete Herschel-Prismenanordnung und ist dabei um den genannten Verschwenkwinkel
um die Nullage herum verschwenkbar, während die Herschel-Prismenanordnung einen
vollen Umlauf um eine zu der ersten optischen Achse parallele Drehachse ausführt,
dabei umfaßt die Laserstrahl-Abtastvorrichtung ferner einen Laserstrahl-Empfänger
mit einem zugeordneten Objektiv uld mit einer zweiten optischen Achse, die parallel
und eng benachbart zur ersten optischen Achse, senkrecht zur Verschwenkrichtung
und senkrecht zur Positionierungsrichtung die Herschel-Prismenanordnung durchsetzt
und dieselbe
Verschwnekung wie die erste optische Achse erfährt,
und ein von dem stabförmigen Reflektor reflektierter Laserstrahl über die zweite
optische Achse zum Laserstrahl-Empfänger unter dem der Ablage entsprechenden Verschwenkwinkel
leitbar ist, und die Laserstrahl-Abtatsvorrichtung ferner einen Winkelwertgeber
einschließt, der über ein Winkelgebergetriebe mit der Antriebsvorrichtung der Herschel-Prismenanordnung
gekoppelt ist und einen dem dem genannten Verschwenkwinkel zugeordneten Drehwinkel
der Herschel-.
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Prismenanordnung entsprechenden Winkelwert abgibt, zur Steuerung der
Laserstrahl-yositionierungseinrichtung. Die Steuerung erfolgt in der Weise, daß
die Geschwindigkeit nach vorgegebenen Werten des Drehwinkels bzw. des Verschwenkwinkels
abgestuft werden kann, bis zur völligen Stillsetzung in der gewünschten Sollposition.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der dem dem Verschwenkwinkel
zugeordneten Drehwinkel entsprechende Winkelwert in analoger oder digitaler Form
einer VerknUpfungs- und Speicherschaltung gleichzeitig mit dem dem reflektierten
Laserstrahl entsprechenden elektrischen Signal vom Laserstrahl-Empfänger zur Ableitung
von Steuersignalen zugeführt, wobei die Verknüpfungs- und Speicherschaltung ausgangsseitig
mit einer Steuer- und Anzeigeschaltung für die optische und/oder akustische Anzeige
und/oder zur Erzeugung von elektrischen Steuersignalen für die Steuerung
des
Bewegungsablaufs bei der Positionierung velfunden ist, und der Steuer- und Anzeigeschaltung
eine Geschwindigkeits-Steuervorrichtung nachgeschaltet ist, durch die die Geschwindigkeit
des verfahrbaren, zu positionierenden Objektes in bezug auf das feststehende Objekt
steuerbar ist.
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Nun ist es aber auch möglich, daß gemaß der Erfindung die Laserstrahl-Abtastvorrichtung
feststehend angeordnet ist, daß der stabförmige Reflektr an dem zu positionierenden,
in einer Richtung verfahrbaren Objekt angebracht ist, und die Sollposition durch
einen vorbestimmten Verschwenkwinkel bzw. Drehwinkel der Herschel-Prismenanordnung
in der Verknüpfungs- und Speicherschaltung vorgebbar ist, und daß die Geschwindigkeits-Steuervorrichtung
auf das den stabförmigen Reflektor tragende, zu positionierende Objekt einwirkt.
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Gemäß der Erfindung umfaßt der Laserstrahl-Sender zur Erzeugung des
Laserstrahls eine Laserdiode, die entsprechend ihrer Emissionsstruktur den genannten
Lichtstrich erzeugt, und der stabförmige Reflektor ist in seiner senkrecht zur Positionierungsrichtung
und zur Verschwenkrichtung verlaufenden Längsrichtung mit einer derartigen Länge
ausgelegt, daß er länger als die Länge des an ihm vom Laserstrahl erzeugten Lictstrichs,
zuzüglich der bei der Positionierung zuzulassenden Toleranzen in seiner Längsrichtung
ist. Damit ist ein hinreichender Wirkungsgrad
sichergestellt, und
der Laserstrahl-Empfänger ist in der Lage, den reflektierten Laserstrahl eindeutig
zu erfassen und von Streuungseffekten zu unterscheiden.
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Der stabförmige Reflektor ist gemäß der Erfindung derart ausgeführt,
daß eine in seiner Längsrichtung verlaufende stabförmige Zylinderlinse aufweist,
die von einem, zur Einfallsrichtung des Laserstrahls hin offenen Reflektorkörper
umgeben und gehalten wird, und daß in der Brennebene der Zylinderlinse, auf der
Innenfläche des Reflektorkörpers, eine Reflexionsfolie angeordnet ist, und die optische
Öffnung des stabförmigen Reflektors größer als die Breitenausdehnung des einfallenden
Laserstrahls ausgelegt ist. Dies ergibt eine zuverlässige Arbeitsweise der Einrichtung
auch bei größeren Schwenkwinkeln.
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Die Erfindung sieht ferner ein Eisenbahnfahrzeug zum Umsetzen von
Behältern, wie Containern, auf seitlich des Fahrzeuges befindliche Abstellflächen,
insbesondere unterhalb der Oberleitungen für elektrische Triebfahrzeuge mit einer
Positionierungseinrichtung vor, das durch die Kombination folgender Merkmale gekennzeichnet
ist: a) auf der Plattform eines Tragwagens sind in einem Abstand voneinander zwei
senkrechte Tragrahmen angeordnet, von denen jeder Tragrahmen aus einer horizontalen
Abstützung auf der Plattform, aus zwei im Abstand voneinander auf der Abstützung
senkrecht angeordneten
teleskopierbaren Führungen mit einer endseitig
die beiden Führungen miteinander verbindenen horizontalen Spreaderführung und aus
einem zwischen den beiden Führungen senkrecht angeordneten Tragrahmen-Abstützungsarbeits-
und -hubzylinder für das senkrechte Anheben und Absenken der Spreaderführung besteht,
b) an jedem Tragrahmen sind zu beiden Seiten der Spreaderführung an dieser um ru
rechte Achsen mittels Arbeitszylinder seitlich ein- und ausschwenkbare Kragarme
angelenkt, c) auf den beiden Spreaderführungen der beiden Tragrahmen ist eine Spreaderbrücke
mit einem Spreader quer zur Tragwagenlängsrichtung verfahrbar angeordnet, d) in
jeder horizontalen Abstützung eines jeden Tragrahmens sind zwei seitlich mittels
Arbeitszylinder horizontal ein- und ausfahrbare Ausschiebebalken angeordnet, von
denen jeder Ausschiebebalken an seinem Ende einen senkrechten Abstützzylinder trägt,
dessen bodenseitig ein-und ausfahrbarer Kolben endseitig einen Stützfuß aufweist,
e) an der Fahrzeugplattform ist eine Laserstrahl-Positionierungseinrichtung zur
Positionierung des verfahrbaren Eisenbahnfahrzeuges angeordnet, die aus einer Laserstrahl-Abtastvorrichtung
besteht, die senkrecht zur Positionierungsrichtung einen Laserstrahl aussendet,
entlang einer ersten optischen Achse, die in einer Ebene parallel zur Positionierungsrichtung
um einen vorbestimmten
Verschwenkwinkel um eine Nullage herum
mit hinreichend hoher Folgefrequenz verschwenkbar ist, daß der Laserstrahl in Richtung
der Verschwenkung eine möglichst geringe Ausdehnung, jedoch senkrecht zu dieser
Richtung und zur Positionierungsrichtung eine erheblich größere Ausdehnung besitzt,
derart, daß sich beim Auftreffen des Laserstrahls auf einen stabförmigen Reflektor,
der dem feststehenden Objekt zugeordnet ist, ein Lichtstrich ergibt, der von dem
parallel zu diesem Lichtstrich ausgerichteten Reflektor voll erfaßt und zur Abtastvorrichtung
unter einem der Ablage von der Sollposition entsprechenden Verschwenkwinkel hin
reflektiert wird, zum Vergleich mit einem vorgegebenen Sollwert in einer Steuer-
und Anzeigeelektronik, durch die entsprechend vorbestimmten Werten der Ablage vom
vorgegebenen Sollwert eine optische und/oder akustische Anzeige und/oder Steuersignale
zur Steuerung des Bewegungsablaufs bei der Positionierung des zu verfahrenden Objektes
abgebbar sind.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den
Unteransprüchen hervor.
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Im weiteren wird die Erfindung beispielsweise und anhand der beigefügten
Zeichnungen ausführlich erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schcmatische, schaubildliche
Darstellung
der an einem verfahrbaren Objekt bzw.
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einem feststehenden Objekt angebrachten Positionierungseinrichtung
gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung der Abtastvorrichtung
gemäß der Erfindung, Fig. 3 eine schematische Darstellung in Form eines Blockschaltbildes,
der elektrischen und mechanischen Bausteine der Positioniereinrichtung gemäß der
Erfindung, Fig. 4 eine Querschnittsansicht durch den stabförmigen Reflektor nach
der Erfindung, Fig. 5 ein Eisenbahnfahrzeug zum Umsetzen von Containern mit ausgeschwenktem
Kragarm und eingeschwenktem Kragarm in einer Seitenansicht, Fig. 6 das Eisenbahnfahrzeug
mit seitlich ausgeschwenkten Kragarmen und mit einseitig ausgefahrener Bodenunterstützungseinrichtung
in einer An icht von vorn, Fig. 7 das Eisenbahnfahrzeug mit einseitig ausgeschwenkten
Kragarmen in einer Ansicht von oben, Fig. 8 ein Eisenbahnfahrzeug mit seitlich ausgeschwenkten
Kragarmen
und mit ausgefahrenen, andersartig ausgebildeten Bodenunterstützungseinrichtungen
in einer Ansicht von vorn, Fig. 9 eine Teilvorderansicht des Eisenbahnfahrzeuges
mit seitlich ausgeschwenktem Kragarm und ausgefahrener Bodenunterstützungseinrichtung
und Fig. 10 das Eisenbahnfahrzeug mit eingeschwenkten Kragarmen und eingefahrenen
Bodenunterstützungseinrichtungen in einer Ansicht von vorn.
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Die Darstellung nach Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau der erfindungsgemä3en
Positionierungseinrichtung, bei der ein Laserstrahl 11 verwendet wird. Dieser Laserstrahl
11 wird von einer auf einem zu positionierenden Objekt F, wie beispielsweise einem
Hebe- oder Umsetzfahrzeug für Container, angebrachten Abtastvorrichtung 10 ausgesendet.
Das zu positionierende Objekt F mit der Laserstrahl-Abtatsvorrichtung 10 ist dabei
in Richtung eines doppelten Pfeiles X1 in bezug auf ein feststehendes Objekt C,
wie beispielsweise einen Container oder ein Container-Trägerfahrzeug, mit einem
an diesem angebrachten, stabförmigen Reflektor 12 als Marke, zu verfahren. Die Positionierung
kann in waagerechter Richtung (d.h. seitlich oder in Fahrtrichtung des Fahrzeugs)
oder in senkrechter Richtung (d.h. in der Höhe) erfolgen, im letzteren Falle ist
die Gesamtanordnung gemäß der Erfindung um 900 zu drehen.
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Die Positionierung soll zuverlässig und mit hoher Genauigkeit durchgeführt
werden, dazu wird der Laserstrahl 11 herangezogen, der parallel zur Positionierungsrichtung
X1 eine geringe Divergenz aufweist, die durch ein weiter unten beschriebenes optisches
System auf das technisch erforderliche Naß herabgesetzt wird. Der Laserstrahl 11
geht von einer nicht im einzelnen dargestellten Laserdiode aus und besitzt aufgrun('
riBr Emissionsstruktur der Laserdiode ein Höhen/Seitenverhältnis von etwa 1:100,
hat also in einer zum stabföruigen Reflektor 12 parallelen Richtung eiiie erhebliche
Ausdehnzzlg, derart, daß bei seinem Auftreffen auf den Reflektor 12 ein Lichtstrich
entsteht, der weitgehend zur Abtastvorrichtung 10 hin reflektiert wird.
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Als Laserdioden können beispielsweise leistungsfähige GaAs-Dioden
verwendet werden, in diesem Fall liegt die Wellenlänge des ausgesendeten Lichts
bei etwa 1 /um, also im infraroten Bereich, Der Laserstrahl 11 wird entlang einer
optischen Achse 11a ausgesendet, die in einer parallel zur Positionierungsrichtung
X1 verlauf enden Ebene , um eine zur Positioni rungsrichtung X1 senkrechte Nullage
um einen Verschwentwinkel ## & in Richtung der Pfeile X2 verschwenkt wird.
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Die Verschwenkung erfolgt periodisch, mit einer hinreichend hohen
Folgefrequenz f1, dabei wird der stabförmige Reflektor
12 bei jedem
mit fl periodischen Abtastzyklus zweimal getroffen. Der Verschwenkwinkel cdO...c43
entspricht beispielsweise den einzelnen Werten der Ablage von der durch den stabförmigen
Reflektor 12 vorgegebenen Sollposition. Mit der Verfahrbewegung des Objektes F ändern
sich diese Werte ständig. Sie werden in einer Steuer-und Anzeigeelektronik 20, die
der Abtastvorrichtung 10 nachgeschaltet ist, mit vorgegebenen Sollwerten verglichen.
Das Vergleichsergebnis kann durch optische bzw.
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akustische Anzeige oder Signale einer Bedienperson mitgeteilt werden,
die manuell die Geschwindigkeit bis zum Erreichen der Sollposition und damit bis
zur Stillsetzung steuert. Andererseits kann die Anzeuge-Steuerelektronik 20 auch
dazu dienen, mittels elektrischer Steuersignale den Positionierungsvorgang vollautomatisch
auszuführen.
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Die erfindungsgemäße Laserstrahl-Positionierungseinrichtung bringt
also die wesentlichen folgenden Vorteile: - eine hochgenaue Ermittlung von Daten
über die relative Istposition der beiden Objekte zueinander, - eine fortlaufende,
mit 2f1 periodische Ermttlung der Istposition, und - eine Unterscheidung zwischen
links/rechts von der bzw.
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vor oder hinter (oberhalb oder unterhalb) der Sollposition, sofern
ein Sollwert für die Sollposition in der Anzeige und Steuerelektronik vorgegeben
ist.
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In Fig. 2 sind die Einzelheiten der Laserstrahl-Abtastvorrichtung
10 dargestellt. Von einem Laserstrahl-Sender 1 mit zugeordnetem Objektiv 2 geht
der Laserstrahl 11, an der ersten optischen Achse 11a entlang, aus, die eine aus
zwei Teilprismen 5, 5a gebildete Herschel-Prismenan ordnung durchsetzt. Von einem
elektrischen Antriebsmotor 6 her werden die Teilprismen 5, 5a durch ein Ritzel 7,
das auf einen dem ersten Teil isma 5 zugeordneten Zahnkranz bei 7a einwirkt, und
durch ein gegenläufig antreibendes Ritzel 8, das auf einen entsprechenden Zahnkranz
8a des zweiten teilprismas 5a einwirkt, gegenläufig umlaufend angetrieben, in Richtung
der Pfeile X3 und X4. Man erreicht dadurch, daß die erste optische Achse Ila nach
ihrem Durchtritt durch die iIerschel-Prismenanordnung 5, 5a um den Verschwenkwinkel
+0< um die Nullage mit der Folgefrequenz f? verschwenkt wird, dabei führt die
Herschel-Prismenanordnung 5, 5a bei jedem Abtastzyklus eine volle Umdrehung um einen
Drehwinkel von 3600 aus, um eine Drehachse 5b, die parallel zur ersten optischen
Achse 11a verläuft.
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Ein Laserstrahl-Empfänger 3, der beispielsweise mit einer Photodiode,
einem Phototransistor oder dergl. zur Aufnahme eines von dem stabförmigen Reflektor
12 entlang einer zweiten optischen Achse 13a zurückgeworfenen Laserstrahls 13 versehen
ist, umfaßt ebenfalls ein Objektiv 4. Die zweite optische Achse 13a verläuft parallel
und eng benachbart,
vorzugsweise seitlich neben der ersten optischen
Achse lla. Damit erfahren beide optischen Achsen lla, 13a dieselbe Verschwenkung
um + , in Richtung des Pfeiles X2 nach Fig. 1. Der Laserstrahl 11 aus dem Laserstrahl-Sender
1 wird mittels des Objektivs 2 in einer Entfernung, die dem Abstand zwischen den
zueinander zu positionierenden Objekten F und C (nach Fig. 1) entspricht, scharf
abgebildet. Der reflektierte Laserstrahl 13 wird am Orte der Photodiode, des Phototransistors
oder dergl. im Laserstrahl~ Empfänger 3 scharf durch das Objektiv 4 abgebildet.
Dies stellt das optische System dar, mit welchem die Divergenz des Laserstrahls
auf das technisch erforderliche Maß herabgesetzt wird, um damit eine hinreichende
Genauigkeit der Positionierung zu erzielen.
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In seiner Empfindlichkeit, d.h. mit seinem Ansprechschwellwert, ist
der Laserstrahl-Empfänger 3 derart ausgelegt, daß er auf nicht von dem stabförmigen
Reflektor 12 stammende Streureflexiönen nicht anspricht, sehr wohl aber auf den
vom stabförmigen Reflektor 12 zurückgeworfenen Laserstrahl 13, der unter dem der
Ablage von der Sollposition entsprechenden Verschwenkwinkelco...cd3 auf-0 3 tritt,
wie es beispielsweise in Fig. 1 angedeutet ist.
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Zu jedem dieser Verschwenkwinkel gehört ein entsprechender Drehwinkel0...3
der HerschelPrismenanordnung 5, 5a.
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Ein Winkelwertgeber 15, der über ein Winkelgebergetriebe in der Form
eines Stirnrades 16 von einem der antreibenden
Ritzel 8 im Ubersetzungsverhältnis
1:1 zur Herschel-Prismenanordnung 5, 5a in Umlauf versetzt wird, gibt ein elektrisches,
dem Winkelwert entsprechendes Signal ab. Dieser Winkelwertgeber 15 für den Drehwinkel
kann ein binär kodiertes, ein aus äquidistanten Impulsen bestehendes oder ein von
einem Potentiometer, einem Induktivgeber oder dergl. analoges elektrisches Signal
liefern.
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Wichtig ist, daß das Auflösungsvermögen und die Genauigkeit des Winkelwertgebers
15 hinreichend hoch sind.
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Es ist auch möglich, den Aufbau dadurch zu vereinfachen, daß der Winkelwertgeber
direkt an der Antriebswelle des Antriebsmotors angeordnet ist, dann gilt es, zu
berücksichtigen, daß das Ubersetzungsverhältnis von 1:1 abweicht.
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Es ist ferner möglich, einen schlupffreien Drehantrieb mit Zahnriemen
anstelle einiger Zahnräder zu realisieren, wichtig ist in jedem Fall die feste Zuordnung
des Verschwenkwinkels der optischen Achsen 11a, 13a zum Drehwinkel der Herschel-Prismenanordnung
5, 5a.
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Der Vorteil der soeben beschriebenen Laserstrahl-Abtastvorrichtung
10 nach der Erfindung besteht darin, daß durch die Verschwenkvorrichtung mit der
Herschel-Prismenanordnung 5, 5a der Laserstrahl 11 nicht verdreht wird (dasselbe
gilt natürlich für den reflektierten Laserstrahl 13), und daß
eine
volle Drehung der HerschelPrismenanordnung5, 5a -nur einen Schwenkwinkelbereich
+Ocvon der Größe des Brechnungswinkels der Prismen ergibt, und damit über einen
Drehwinkel von 3600 ein kleinerer Verschwenkwinkel + oL erzeugt wird. Damit gestaltet
sich die Winkelmessung und die Abtastung des Reflektors 12 einfacher und auch wirkungsvoller
als bei Strahlablenkvorrichtungen mit Planspiegeln.
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In dem Blockschaltbild nach Fig. 3 ist die Laserstrahl-Abtastvorrichtung
10 mit ihren wesentlichsten Bestandteilen, wie Laserstrahl-Sender 1, Laserstrahl-Empfänger
3, Herschel-Prismenanordnung 5, 5a und Winkelwertgeber 16 auf dem verfahrbaren Objekt
F oder Fahrzeug angebracht. Der stabförmige Reflektor 12. befindet sich dabei außerhalb
und ist feststehend.
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Der elektrische Wert für den Drehwinkel P bzw. den Verschwenkwinkel
CC , unter welchem eine Reflexion auftritt, d.h. bei em Koinzidenz mit mit dem reflektierten
Laserstrahl 13 entsprechenden elektrischen Signal vom Laserstrahl-Empfänger 3 wird
über die Eingänge 21a bzw. 21b einer Verknüpfungs-und Speicherschaltung 22 zugeleitet,
die Bestandteil der bereits genannten und in Fig. 1 dargestellten Steuer- und Anzeigeelektronik
20 ist.
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In der Verknüpfungs- und Speicherschaltung, die in herkömmlicher,
dem Fachmann vertrauter Weise aufgebaut ist,
wie auch die übrigen
Bausteine der Steuer- und Anzeigeelektronik 20, sind Werte eingegeben, die bestimmten
Verschwenkwinkeln & .0< entsprechen, bei deren Er-3 reichen im Verlauf des
Positionierungsvorganges die Geschwindigkeit verändert werden mu3, bis zur völligen
Stillsetzung beim Erreichen der Sollposition. Die hierzu erforderlichen Steuersignale
werden beispielsweise aus dem Vergleich der vorgegebenen Werte mit den bei 21a zugeführten,
gemessenen Werten abgeleitet.
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Die Steuersignale wirken auf eine nachgeschaltete Steuer-und Anzeigeschaltung
23 ein, die optische und/oder akustische Anzeigesignale für eine Bedienperson bei
handgesteuertcr Positionierung, und oder Steuersignale für die Geschwindig keitssteuerunü
mittels einer nlchgeochalteten GeschwindigReits-Steuervorrichtung 24 bei vollautomatischem
Positionierungsbetrieb liefert.
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Es ist auch möglich, daß die gesamte Steuer- und Anzeigeelektronik
20 mit Mikroprozessoren aufgebaut werden kann.
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Die Erfindung läßt es auch zu, daß die Laserstrahl-Abtastvorrichtung
10 feststehend angeordnet wird. Dann befindet sich der stabförmige Reflektor 12
an dem zu positionier nden, in einer Richtung verfahrbaren Objekt oder Fahrzeug.
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Die Sollposition wird hierbei elektrisch in der Verknüpfungs-und Speicherschaltung
22 als elektrischer Wert eines bestimmten
Verschwenkwinkels og4
bzw. Drehwinkels 4 der Herschel-Prismenanordnung 5, 5a vorgegeben. Nunmehr wirkt
die Geschwindigkeits-Steuervorrichtung auf das den stabförmigen Reflektor 12 tragende,
zu positionierende Objekt ein.
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Es ist eine Möglichkeit vorgesehen, die vorbestimmten Verschwenkwinkeln
bzw. Drehwinkeln entsprechenden elektrischen Werte auch durch äußeren Eingriff bzw.
Bedienvorgang durch die Bedienperson in die Verknüpfungs-und Speicherschaltung 22
eingeben zu können, um die erfindungsgemäße Laserstrahl-Positioniereinrichtung veränderten
Betriebsverhältnissen anpassen zu können. Die hierzu erforderlichen schaltungstechnischen
Maßnahmen sind dem Fachmann wohlvertraut.
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In Fig. 4 ist der stabförmige Reflektor 12 in einer Querschnittansicht
dargestellt. Die Form des Reflektors wird derart gewählt, daß seine Ausdehnung oder
Breite parallel zur der Positionierungsrichtung X1 mindestens etwa einem Durchmesser
des Laserstrahls 11 in dieser Richtung entspricht. Senkrecht zur Positionierungsrichtung
X1 und zur Verschwenkrichtung X2 wird der stabförmige Reflektor 12 mit einer derartigen
Länge ausgelegt, daß er länger als die Lange des an ihm vom Laserstrahl 11 erzeugten
Lichtstriches zuzüglich der bei der Positionierung zuzulassenden Toleranzen in seiner
Längsrichtung ist, damit beispielsweise der einfallende Laserstrahl 11 auch bei
unterschiedlichen
Beladungszuständen der Hebe- und Usetuvorrichtungen
vollständig zum Laserstrahl-Empfänger 3 bin reflektiert wird.
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Wie Fig. 4 deutlich zeigt, besteht der stabförmige Reflektor 12 aus
einer stabförmigen Zylinderlinse 17, die in der Läng5richtun des Reflektors verläuft
und von einem zur Einfallsrichtung des Laserstratlls 11 hin offenen Reflektorkörper
18 umgeben und gehalten wird. In der rückwärtigen Brennebeneder Zylinderlinse 17,
auf der Innenfläche des Reflektors 18, ist eine Reflexionsfolie 17 angeordnet ,
und vorzugsweise wird die optische Öffnung des stabförmigen Reflektors 12 größer
als die Breitenausdehnung des einfallenden Laserstrahls 11 ausgelegt, um eine wirkungsvolle
Reflexion auch bei größeren Verschwenkwinkeln zu erzielen.
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Es können änderungen an Einzelheiten der Erfindung, wie beispielsweise
an der Ausgestaltung des Reflektors und der Erzeugung der Laserstrahl-Verschwenkung
vorgenommen werden, ohne dabei den Rahmen und das Prinzip der Erfindung zu verlassen.
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Gemäß Fig. 5 und 7 besteht das Eisenbahnfahrzeug zum Umsetzen von
Behältern, wie Containern, auf seitlich des Fahrzeuges befindliche Abstellflächen
aus einem auf Gleisen verfahrbaren Tragwagen 110, der mit zwei Drehgestellen ausgerüstet
ist und dessen Plattform mit 111 bezeichnet ist.
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Auf der Plattform sind endseitig je ein Bedienungsstand 112 und 113
angeordnet. Um den Tragwagen 110 verfahren zu können, ist dieser mit einem in der
Zeichnung nicht dargestellten Antriebsmotor versehen. Die Plattform 110 weist ferner
eine Laserstrahl-Positionierungseinrichtung 200 auf.
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Der Tragwagen 110 ist mit einer auf seiner Plattform 111 angeordneten
Umsetzeinrichtung versehen. Diese Umsetzeinrichtung besteht aus zwei im Abstand
voneinander auf der Plattform 111 des Tragwagens 110 angeordneten senkrechten Tragrahmen
120 und 220 (Fig. 5).
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Da die beiden Tragrahmen 120 und 220 gleich ausgebildet sind, wird
nachstehend der Tragrahmen 120 näher beschrieben.
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Dieser Tragrahmen 120 bestehtaus einer horizontalen Abstützung 121,
die auf der Plattform 111 des Tragwagens 110 angeordnet ist. Auf der Abstützung
121 sind zwei senkrecht stehende und im Abstand voneinander angeordnete teleskopierbare
Führungen 122 und 123 befestigt. Diese beiden Führungen 122, 123 sind im Bereich
ihrer oberen Enden über eine horizontale Spreaderführung 125 bzw. 225 miteinander
verbunden.
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Zwischen den beiden Führungen 122,123 ist senkrecht stehend ein Tragrahmen-Abstützungsarbeits-
und -hubzylinder 126 angeordnet, der mit der Spreaderbührung 125 bzw. 225 derart
verbunden ist, daß bei einer entsprechenden Betätigung des Arbeitszylinders 126
die Spreaderführung 125 bzw. 225 angehoben oder abgesenkt wird (Fig. 6 und 8).
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Zu beiden Seiten an jede Spreaderführung 125 bzw. 225 sind um senkrechte
Achsen 130a und 131a mittels in der Zeichnung nicht dargesteller Arbeitszylinder
seitlich ein- und ausschwenkbare Kragarme 130 und 131 bzw. 230 und 231 angelenkt,
die vom eingeschwenkten Zustand um 900 nach außen verschwenkbar sind (Fig. 5 und
7). Die Anlenkungsbereiche der Kragarme 130, 131 bzw. 230, 231 an der Spreaderführung
125 bzw. 225 sind, wie Fig. 8 erkennen läßt, verstärkt ausgebildet und über einen
zusätzlichen Querholm 127 versteift. Aufgrund dieser Ausgestaltung ist es möglich,
Kragarme mit großen Längen zu verwenden.
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Auf den beiden Spreaderführungen 125 und 225 der beiden Tragrahmen
120, 22O ist eine Spreaderbrücke 140 mit einem Spreader 150 quer zur Tragwagenlängsrichtung
verfahrbar angeordnet.
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Die Spreaderbrücke 140 besteht aus zwei parallel nebenein ander verlaufenden
Längsträgern 141 und 241, die an ihren Stirnseiten Laufkästen 142 und 242 tragen,
die mit Laufrädern 143 versehen sind (Fig. 7 und 8). Sowohl die horizontalen Spreaderführungen
125, 225 als auch die Kragarme 130,131, 230,231 sind als Fahrbahnen für die Spreaderbrücke
140 ausgebildet.
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In der Spreaderbrücke 140 sind zwei Hubwerkszylinder angeordnet, die
einen Fahrwagen verschieben, an dem Hubseile 145 befestigt sind. Diese Hubseile
145 laufen in sinngemäßer Anordnung über Umlenkrollen auf die vier Eckpunkte des
Spreaders 150. Beim Einfahren der Hubwerkszylinder wird der Spreader 150 gehoben.
Wie Fig. 5 zeigt, besteht das Aufnahmesystem für die Container aus zwei voneinander
unabhängig aufgehängten Spreadern 150 und 250. Jedem Spreader 150 bzw.
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250 ist ein Hubwerkszylinder in der Spreaderbrücke 140 zugeordnet.
Jeder Spreader besitzt vier Eckverriegelungen an den Ecken für einen 20'-Container
und außerdem zwei Eckverriegelungen jeweils in der Mitte der beiden Spreader 150,
250 für die Aufnahme von 30'-Containern (Fig. 5). Dadurch, daß die Spreaderführungen
125, 225 mit den Kragarmen 130,131, 230,231 und somit die Spreaderbrücke 140 höhenverstellbar
sind, ist es möglich, die Umsetzeinrichtung bei Nicht- und Fahrbetrieb abzusenken
und für das Containerumsetzen auf die jeweils erforderliche Höhe anzuheben.
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Die Plattform des Tragwagens 110 ist mit Bodenunterstützungseinrichtungen
versehen (Fig. 6 und 8).
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Die in Fig. 6 dargestellte Bodenunterstützungseinrichtung besteht
aus Ausschiebebalken 160 und 260, die in den horizontalen Abstützungen 121 eines
jeden Tragrahmens 120 und 220 horizontal verschiebbar angeordnet sind. In jeder
horizontalen Abstützung 121 sind zwei seitlich mittels Arbeitszylindern
horizontal
unabhängig voneinander ein- und ausfahrbare Ausschiebebalken 160 und 260 vorgesehen,
von denen jeder Ausschiebebalken 160, 260 an seinem Ende einen senkrechten Abstützzylinder
161 und 261 trägt, dessen bodenseitig ein- und ausfahrbarer Kolben 162 und 262 endseitig
einen Stützfuß 163 und 263 aufweist.
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Dadurch, daß die Abstützzylinder 161., 261 an horizontal verschieblichen
Ausschiebebalken 160, 260 befestigt sind, ist die Möglichkeit gegeben, die Bodenunterstützungseinrichtungen
dem Abstand zwischen zwei Gleisen anzupassen, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist.
Ist ein größerer Abstand zwischen zwei Gleisen gegeben, so kann der Ausschiebebalken
260 bis etwa in den Bereich des Nachbargleises ausgefahren und der Abstützzylinder
ebenfalls ausgefahren werden, so daß sich der Abstützzylinder mit dem Stützfuß auf
dem Schotter abstützen kann. Ist zwischen zwei Gleisen nur ein geringer Abstand
vorhanden, so wird der Ausschiebebalken 160 nur so weit aus der horizontalen Abstützung
121 ausgefahren, daß der Stütz fuß zwischen den beiden Gleisen zur Abstützung kommt.
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Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, jeden der Abstütziilinder
161, 261 als doppelseitig wirkenden Arbeitszylinder auszubilden. Durch die Verwendung
eines doppelseitig wirkenden Arbeitszylinders für jeden Abstützzylinder ist die
Möglichkeit gegeben, beidseitig Arbeitskolben ausfahren zu können,
so
daß der jeweils untere Kolben bodenseitig dann den Stützfuß 163 bzw. 263 trägt,
während der obere Kolben des doppelseitig wirkenden Arbeitszylinders an dem jeweils
ausgeschwenkten Kragarm zur Abstützung kommt. Auf diese Weise ist es möglich, weit
ausladende Kragarme zu verwenden, da diese entsprechend abgestützt werden können.
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Eine Bodenunterstützungseinrichtung für Kragarme mit großen Längen
ist in Fig. 8 dargestellt. Hier sind ebenfalls in jeder horizontalen Abstützung
121 eines jeden Tragrahmens 120 bzw. 220 zwei seitlich mittels Arbeitszylinder horizontal
unabhängig voneinander ein- und ausfahrbare Ausschiebebalken 160 und 260 vorgesehen,
von denen jeder Ausschiebebalken an seinem Ende eine um eine senkrechte Achse 160a
bzw. 260a verschwenkbare Kragarmabstützung 170 bzw. 270 trägt, die aus einem teleskopierbaren
senkrechten Abstützbalken 171 bzw. 271 besteht, so daß sich alle vier Abstützbalken
dem Hub der Spreaderführung 125 bzw. 225 mit den Kragarmen 130,131,230,231 anpassen
können. Dieser Abstützbalken 171 bzw. 271 weist an seinem oberen freien Ende 171a
bzw. 271a einen an dem Kragarm 130,131 bzw. 230,231 gehaltenen und verschieblich
geführten Schlitten 172 bzw. 272 auf, der mit einem parallel zur Kragarmabstützung
170 bzw. 270 verlaufenden Arbeitszylinder 173 bzw. 273 verbunden ist. Der jeweils
senkrecht ein- und ausfahrbare Kolben 174 bzw. 274 des Arbeitszylinders 173 bzw.
273 trägt bodenseitig einen Stützfuß 163 bzw. 263.
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Bodenseitige Führungen 178 bzw. 278 dienen zur Lagensicherung
der
Arbeitszylinder 173 bzw. 273 und zur Stabilisierung des Gesamtsystems. Diese Ausgestaltung
einer Bodenunterstützungseinrichtung ermöglicht die Abstützung seitlich ausgeschwenkter
und große Längen aufweisender Kragarme, wobei während des Ein- und Ausschwenkens
der Kragarme auch gleichzeitig die Bodenunterstützungseinrichtungen mit ein- bzw.
ausgeschwenkt werden.
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Die vorangehend beschriebenen Bodenunterstützungseinrichtungen sind
an den beiden Tragrahmen 120 und 220,und zwar zu beiden Seiten der Plattform 111
des Tragwagens 110, vorgesehen.
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Mit einem derart ausgebildeten Eisenbahnfahrzeug ist es möglich, das
Fahrzeug unter Einhaltung des vorgeschriebenen Freiprofils der Eisenbahn bzw. unter
Einhaltung der Lichtraumgrenzen auf Gleisen zu verfahren, so daß eine Vielzahl von
Umladevorgängen von Ladeeinheiten mit den verschiedensten Auf- bzw. Abgabepunkten
unterhalb der Oberleitungen auf jedem beliebigen Gleis mit ausreichendem Freiraum
bei gleichzeitiger größter Stabilisierung des Fahrzeuges während des Betriebes und
darüber hinaus auch die Uberbrückung größerer Abstände zwischen dem Fahrzeug und
der Abstellfläche möglich ist.
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Mit einem derart ausgebildeten Eisenbahnfahrzeug zum Umsetzen von
Behältern, wie Containern, auf seitlich des Fahrzeuges befindlichen Abstellflächen
ist eine Positionierung
des Fahrzeuges möglich und es wird eine
Gleisfahrbarkeit unter Einhaltung des vorgeschriebenen Freiprofils der Eisenbahn
sowie Transportmöglichkeiten von Ladeeinheiten auf dem Umschlaggerät und die Durchführung
von Umladevorgängen von Ladeeinheiten mit verschiedenen Auf- bzw. Abgabepunkten
erreicht, die in der Verladung auf einen auf einem Nebengleis stehenden Waggon,
in der Verladung auf einen parallel zum Eisenbahnfahrzeug mit der Umsetzeinrichtung
stehenden Lastkraftwagen, in der Verladung auf die Ladeplattform des Eisenbahnfahrzeuges
mit der Umsetzeinrichtung und im Absetzen von Containern auf den Boden und im Absetzen
von Containern auf eine Rampe ein-sch schließlich der entsprechenden umgekehrten
Ladevorgänge bestehen. Da die Ausladung des Gerätes dem Maximalen üblichen Gleisabstand
angepaßt ist, können auch dichter liegende Gleise bedient werden. Eine Arbeitsmöglichkeit
unter der Oberleitung auf jedem beliebigen Gleis mit ausreichendem Freiraum ist
möglich. Eine Selbst- und Streckenfahrbarkeit des Umladegerätes ist gegeben. Durch
die bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Eisenbahnfahrzeug vorgesehene Bodenunterstützungseinrichtung
ist eine Anpassung des Fahrzeuges auch an die verschiedensten Lichtraumprofile möglich
und darüber hinaus ist durch die gleichzeitig beim Ausschwenken der Kragarme mit
ausfahrenden Bodenunterstützungseinrichtungen die Möglichkeit gegeben, auch große
Kragarmlängen zu verwenden.
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