DE3235453C2 - Gleisbehandlungsmaschine - Google Patents

Abstract

Die Maschine weist eine Vorrichtung zum Verschieben des Gleises auf, die einer Vorrichtung zur Ermittlung von geometrischen Fehlern im Gleis zugeordnet ist. Die Vorrichtung zur Fehlerermittlung weist drei Schienen-Taster auf, mit welchen je ein Sender (17) für Lichtstrahlen, ein Schirm (18) mit zwei parallel zueinander liegenden Begrenzungskanten (19, 20) und ein Empfänger (21) mit zwei identischen lichtelektrischen Zellen (22, 23) verbunden sind, welche derart angeordnet sind, daß die Summe ihrer bestrahlten Flächen (u + d) eine Konstante darstellt und ihre Differenz (u-d) proportional zu den Verschiebungen des Schirmes ist. Die von den beiden Zellen erzeugten Signale werden in einer Schaltung verarbeitet, welche einen Summierer (28) enthält, der ein Steuersignal für die Verschiebevorrichtung abgibt, das proportional zu der vorgenannten Differenz (u-d) ist, sowie eine Steuerschaltung (30, 41, 42) für den Sender mit der durch Vergleich eines zu der vorgenannten Summe (u + d) proportionalen Signals mit einem Bezugssignal (S ↓0) die Bestrahlung der beiden Zellen konstant gehalten wird.

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Gleisbehandlungsmaschine, bei der mindestens ein Organ zum Einstellen der Verschiebungen mindestens eines Werkzeugs einer Vorrichtung zum Ermitteln der geometrischen Fehler des Gleises zugeordnet ist.

Die Vorrichtung zum Ermitteln der Fehler weist zum Abtasten einer Schiene eine Serie von drei in Abständen hintereinander angeordneten Tastern auf, von denen der erste mit einem Lichtstrahlensender mit punktförmiger Lichtquelle, der zweite mit einem Schirm zum Abdecken eines Teils dieser Strahlen, der mindestens zwei parallele, nach Art von zwei gegenüberliegenden Seiten eines Rechtecks übereinander angeordnete Begrenzungskanten aufweist, sowie der dritte mit einem Empfänger verbunden ist, der eine Gruppe von zwei in Abmessungen und Charakteristik gleichen lichtempfindlichen Elementen aufweist, die im Abstand voneinander auf einer Senkrechten zu den beiden Begrenzungskanten des Schirmes liegen, wobei aufgrund des durch Verschiebung des Schirmes in der Senkrechten zu den beiden Schirmkanten bewirkten Bestrahlungsunterschiedes zwischen den beiden lichtempfindlichen Elementen ein Differenzsignai zum Steuern des Einstellorgans erzeugt wird, das durch eine elektronische Differenzierschaltung, die zwei Aufbereitungsglieder für die von den beiden lichtempfindlichen Elementen gelieferten Signale und ein mit den lichtempfindlichen Elementen verbundenes Substraktionsgiied umfaßt, aufbereitet wird und das repräsentativ ist für die Entfernung der Symmetrieachse der Kanten des Schirmes in bezug auf eine Bezugsebene, die durch die punktförmige Lichtquelle und die Symmetrieachse der lichtempfindlichen Elemente des Empfängers definiert ist und das proportional ist zur Amplitude des senkrecht unter dem Schirm abgetasteten Gleislagefehlers sowie kennzeichnend für die Richtung des Fehlers im abgetasteten Gleis.

Bei einer Gleisbehandlungsmaschine dieser Art, die beispielsweise eine Gleisstopfmaschine oder eine Gleisreinigungsmaschine sein kann, welche mit einer Vorrichtung zum Verschieben des Gleises ausgerüstet ist, soll eine automatische Korrektur der Gleislagefehler beim jeweiligen Arbeits-Vorschub der Maschine ermöglicht sein.

Bei einer aus der US-PS 32 70 690 bekannten Stopfmaschine, deren Vorrichtung zum Ermitteln der geomeirischen Fehler des Gleises die aufgezeigten Merkmale aufweist, bestehen die beiden lichtempfindlichen Elemente des Empfängers aus zwei Reihen kleiner photoelektrischer Zellen, die je ein unveränderliches Signal abgeben, sobald eine bestimmte Bestrahlungsstärke erreicht ist. Die beiden Kanten des Schirmes begrenzen in einer gegebenen Richtung eine Öffnung in einer Platte und bilden eine Abdeckung um diese Öffnung, derart, daß der Lichtstrahl, der durch diese Öffnung kalibriert wird, eine gleiche Anzahl kleiner Photozellen des Empfängers in jeder der beiden Reihen beleuchtet, wenn sich die Symmetrieachse dieser beiden Kanten in der vorgenannten Bezugsebene befindet. Wenn sich der Schirm verschiebt, beispielsweise, wenn der Taster, mit welchem er verbunden ist, über eine Erhöhung oder eine Vcriiefung der Schiene streift, wird das Gleichgewicht der bestrahlten Zellen der beiden Reihen gestört, wobei die Größe dieser Abweichung, d. h. die Differenz der Anzahl der bestrahlten Zellen einer Reihe in bezug auf die andere, proportional zur Amplitude und kennzeichnend für die Richtung des Fehlers der abgetasteten Schiene ist. In dieser Anordnung hat die Verwendung der kleinen lichtelektrischen Zellen den großen Vorteil, daß sie, wenn die Bestrahlungsschwelle überschritten ist, auf Veränderung der Stärke der Bestrahlung nicht ansprechen, welche durch Schwankungen der Umgebungsbeleuchtung und/oder durch ungewollte Veränderungen der Stärke der Lichtquelle hervorgerufen werden.

Andererseits verursachen die Streuungseffekte an den beiden Kanten des Schirmes keinerlei Fehler des Differenzsignals, wenn die Lichtquelle und die Symmetrieachse der Kanten des Schirmes und der Reihen der Zellen des Empfängers sich in der Bezugsebene befinden, infoige der Symmetrie dieser Effekte auf beiden Seiten dieser Ebene in jeder der beiden Zellenreihen.

Hingegen ist, um eine genügende Präzision gewährleisten zu können, eine große Anzahl von kleinen Zellen erforderlich, da der Zuwachs der ermittelten Fehler hier durch eine Größe dargestellt wird, die proportional zur geometrischen Größe einer dieser Zellen ist Aus diesem Grunde ist die Zuverlässigkeit einer solchen Anordnung von einer großen Anzahl von Bauteilen und von deren Qualität abhängig, und ihre Präzision ist durch die kleinsten Abmessungen der lichtelektrisvhen Zellen, die verwendet oder hergestellt werden können, begrenzt.

Von der Anmelderin werden ebenfalls Stopfrtaschinen als bekannt vorausgesetzt, bei denen die Vorrichtung zum Ermitteln des Gleislagefehlers auch einen Sender mit punktförmiger Lichtquelle aufweist, einen Empfänger mit zwei im Abstand voneinander angeordneten lichtelektrischen Zellen gleicher Breite, von denen jedoch die eine doppelt so lang ist wie die andere, sowie einen Abdeckschirm mit einer einzigen Begrenzungskante. Diese Elemente sind derart angeordnet, daß, wenn die drei abgetasteten Punkte der Schiene ausgerichtet sind, der vom Schirm erzeugte und von der einzigen Kante begrenzte Schatten lediglich die Hälfte der längeren Zelle abdeckt. Auf diese Weise wird also die Hälfte der Fläche der Doppelzelle und die gesamte Fläche der einfachen Zelle bestrahlt. Da diese beiden Zellen ein Signal senden, das proportional zu ihren bestrahlten Flächen und zur Intensität dieser Bestrahlung ist, ist in diesem Fall das resultierende Differenzsignal infolge gleicher Differenzen Null. Dieses Ergebnis bleibt unverändert, unabhängig von Unterschieden in der Bestrahlungsstärke der beiden Zellen. Hingegen nimmt, sobald die Ausrichtung der drei abgetasteten Punkte unterbrochen ist, beispielsweise beim Überstreichen einer Erhöhung oder einer Vertiefung der Schiene, das Differenzsignal einen bestimmten, von Null verschiedenen Wert an, der trotz der entsprechenden Proportionalität der bestrahlten Flächen der beiden Zellen nicht unbedingt proportional zur Amplitude der Erhöhung oder der Vertiefung ist, infolge der Tatsache, da3 der Wert dieses Differenzsignals durch den Wert der Bestrahlungsstärke faktorisiert ist. die nur sehr selten konstant ist. Außerdem sind die Lichtbrechungen an-der einzigen Kante des Schirmes hier nicht symmetrisch in bezug auf die Nullage der Anordnung, da sie nur auf die Doppelzelle wirken. Jedoch genügt diese Anordnung für die vorgeseher; Verwendung zum Korrigieren der geographischen Fehler des Gleises mit Hilfe einer Vorrichtung zum Verschieben mit einer Steuerung, für welche nur die Zuverlässigkeit der Nullage wichtig ist und keinerlei präzise Information bezüglich der Amplitude des ermittelten Fehlers verlangt wird.

Aus der DE-PS 10fl6 980 ist eine Gleisstopf- und Nivelliermaschine bekannt, bei der eine Abtastvorrichtung vorgesehen ist, um die Verstellgeschwindigkeit der Gleishebewerkzeuge in Abhängigkeit von der Amplitü-

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de des zu korrigierenden Fehlers zu verändern. In dieser Vorrichtung, die für das Heben des Gleises vorgesehen ist, weist der Abschattschirm zwei rechteckige Blenden auf, die horizontal versetzt sind und von denen die eine oberhalb und die andere unterhalb einer fiktiven horizontalen Geraden liegt, auf der hintereinander die beiden Begrenzungskanten der beiden Blenden ausgerichtet sind. Der Empfänger weist zwei im Abstand voneinander angeordnete lichtempfindliche Zellen auf, mit gleichen Abmessungen und Charakteristiken, die ein Signai liefern, das einmal ihrer bestrahlten Oberfläche und zum anderen der Intensität der Bestrahlung proportional ist. Diese beiden Zellen sind auf einer fiktiven Geraden ausgerichtet, die zu den beiden Kanten des Schirmes parallel ist. d.h. auf einer horizontalen Geraden. Die Vertikalverschiebung des Schirmes bewirkt, daß sein auf die beiden Zellen des Empfängers fallender Schatten hier auch zwei Signale erzeugt, deren Differenz repräsentativ ist für ein Fehlersignal, das in einem der Korrektur des getasteten Legefehlers entsprechenden Maße abnimmt. Dieses Signal wird benutzt, um die Verstellgeschwindigkeil der Hebewerkzeuge zu steuern. Diese Vorrichtung zieht, ebenso wie die beschriebene Vorrichtung des US-Patentes 32 70 690, Nutzen aus der Tatsache, daß die Beugungseffekte des Lichtes an den beiden Kanten des Schirmes keine Fehler des Steuersignals erzeugen, weil diese Effekte symmetrisch auf die beiden Zellen wirken und sich aufheben.

Ebenso ist die Nullage dieses Systems präzise und zuverlässig, denn sie wird nicht verfälscht durch eventueile Veränderungen der Bestrahlungsintensität der beiden Zellen. Dagegen wird, wie in der vorher beschriebenen Abtastvorrichtung mit zwei Zellen, aufgrund der Tatsache, daß die verwendeten Zellen ein Signal liefern, das nicht nur proportional zu ihrer bestrahlten Oberfläehe, sondern auch zur Bestrahlungsstärke ist, das Fehlersignal durch die Veränderungen dieser Bestrahlungsstarke verfälscht, sofern sein Wert von Nuii abweicht, d. h.. wenn ein Fehler vorliegt. Dies bewirkt, daß auch hier der Wert des Fehlersignals nicht zuverlässig ist und nicht als Angabe über die effektive Amplitude der ermittelten Fehler entlang des Arbeitsweges verwendet werden kann.

Zudem ist im Fall der Verwendung dieser Vorrichtung für das Nivellieren des Gleises, bei der die beiden Kanten der beiden Blenden des Schirmes sich hintereinander horizontal, in Richtung quer zum Gleis erstrekkcn. die Abmessung des Schirmes in dieser Richtung notwendigerweise doppelt so groß für die gleiche gegebene und notwendige Kantenlänge wie bei dem Schirm der beiden anderen beschriebenen Abtastvorrichtungen. Dies ist ein Nachteil im Hinblick auf die Präzision, wegen der Vergrößerung der Schirmausdehnung über den Bereich senkrecht oberhalb der Schiene des abgetasteten Gleises hinaus, die diese Anordnung bewirkt, und wegen der Vergrößerung des Gewichtes des Schirmes an einer Stelle, die starken Vibrationen ausgesetzt ist, welche durch die Arbeit der Verschiebe- und Stopf-Werkzeuge verursacht werden, die sich in der Nähe des Tasters befinden, der den Schirm trägt.

Aufgabe der Erfindung ist, bei einer Gleisbehandlungsmaschine der eingangs genannten Art ein für die geometrischen Fehler des abgetasteten Gleises repräsentatives Signal zu erzeugen, das nicht allein für die Korrektur dieser Fehler, sondern zusätzlich als ausreichend präzise und zuverlässige Anzeige der effektiven Amplitude dieser entlang der Korrekturstrecke ermittelten Fehler benutzt werden kann, wenn diese Angabe gewünscht wird. Dazu soll eine Kombination von Mitteln geschaffen werden, welche unter Beibehaltung der Vorteile der bekannten Abtastvorrichtungen, wie Unempfindlichkeit gegen Veränderungen der Bestrahlungsintensität der lichtempfindlichen Zellen bei von Null abweichenden Werten der Amplitude der ermittelten Fehler und gegenüber den Streueffekten des Lichtes an den Kanten des Schirmes, und nur einer kleinen erforderlichen Anzahl von lichtempfindlichen Zellen die Vermeidung der Nachteile der bekannten Vorrichtungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Gleisbehandlungsinaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs I erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die lichtempfindlichen Elemente zwei an sich bekannte Zellen sind, die jeweils ein Ausgangssignal abgeben, das proportional zur bestrahlten Fläche der zugeordneten Zelle und zur Bestrahlungsstärke ist, daß die auf den Empfänger projizierten Bilder der beiden Schirmkanten jeweils in die Mitte der beiden lichtempfindlichen Zellen lallen, wenn die Symmetrieachse dieser beiden Kanten in der Bezugsebene liegt, und daß zur Erzeugung des Differen/signals, das allein proportional der Differenz der bestrahlten Oberflächen dieser beiden Zellen ist, einerseits eine Detektorschaltung zum Erfassen der Stärke der Bestrahlung vorgesehen ist, die mindestens eine lichtempfindliche Zelle aufweist und die ein Ausgangssignal abgibt, das proportional zur Bestrahlungsstärke ist, und andererseits eine Steuerschaltung des Lichtstrahlenscnders vorgesehen ist, die einen Komparator aufweist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang der Detektorschaltung und dessen anderer Eingang mit einem Generator für ein eine bestimmte Bestrahlungsstärke definierendes Bezugssignal verbunden ist und dessen Ausgang zur Aufrechterhaltung eines konstanten Wertes der Bestrahlungsstärke der beiden Zellen des Empfängers mit einem Regler für die Energiezufuhr der Lichtquelle des Senders verbunden ist.

Auf diese Weise wird durch die Kombination der geometrischen Anordnung der lichtempfndlichen Zellen und des Schirmes in bezug auf die Bezugsebene mit der Steuerung des Lichtstrahlensenders erreicht, daß das Differenzsignal zur Steuerung des Einstellorgans ausschließlich proportional zur Differenz der bestrahlten Flächen der beiden lichtempfindlichen Zellen ist, da die Bestrahlungsstärke, die veränderlich sein könnte, konstant auf einem vorbestimmten Bezugswert gehalten wird. Da die Differenz der bestrahlten Flächen selbst proportional zur Amplitude des ermittelten Fehlers ist, ist das Differenzsignal letzlich ausschließlich proportional zur genannten Amplitude. Mit Hilfe dieses ^cignals ist somit eine proportionale Steuerung des Organs für die Verschiebungen des Verschiebewerkzeugs für das Gleis, beispielsweise des Servoventils für die Beaufschlagung einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit für die Betätigung einer Hebezange gewährleistet, sowie eine Anzeige der effektiven Amplitude der ermittelten Fehler entlang des Arbeitsweges ermöglicht, falls dies erwünscht wird.

Andererseits bewirkt die relative Lage der auf den Empfänger projizierten Bilder der beiden Schirmkanien in bezug auf die Lage der beiden lichtempfindlichen Zellen, daß die Summe ihrer bestrahlten Flächen eine Konstante ist, weiche gleich der Gesamtfläche der einen dieser Zellen ist. Diese Eigenschaft ermöglicht die Verwendung dieser beiden gleichen Zeilen in der Schaltung zum Ermitteln ihrer Bestrahlungsstärke. Zu diesem Zweck weist diese Schaltung einen Sum-

micrcr auf, dessen zwei Eingänge mil den beiden Aufbercilungsgliedcrn für die von den beiden Zellen gelieferten Signale verbunden sind und dessen Ausgang, der ein Signal der Summe dieser beiden Signale liefert, welches proportional der effektiven Bestrahlungsstärke der beiden Zellen ist, mit dem Komparator des Steuerkreises des Senders verbunden ist.

In p;*)er anderen Ausführungsform wird die Tatsache ausgenuizt, daß, wenn eine lichtempfindliche Zelle des verwendeten Typs kontinuierlich durch die Lichtquelle bestrahlt wird, die Variationen des von dieser Zelle gelieferten Signals allein repräsentativ für die Veränderungen ihrer Bestrahlung sind, da ihre bestrahlte Oberfläche konstant bleibt. In dieser Ausführungsform weist die Schaltung zur Ermittlung der Bestrahlungsstärke mindestens eine dritte lichtempfindliche Zelle auf, die in dem nicht durch den vom Schirm geworfenen Schatten beeinflußten Bestrahlungsfeld der beiden Zellen angeordnet ist. Diese dritte Zelle ist mit einer Aufbereitungsschaltung verbunden, die ein Signal liefert, das der effektiven Intensität ihrer Bestrahlung proportional ist, und deren Ausgang mit dem Komparator der Steuerschaltung des Senders verbunden ist.

Das Vorhandensein der Schaltung zur Ermittlung der Bestrahlungsstärke der beiden Zellen des Empfängers, durch welche die Steuerschaltung des Senders steuerbar ist, um eine konstante Bestrahlungsstärke der lichtempfindlichen Zellen zu erreichen, ermöglicht in allen Ausführungsformen der Erfindung auf sehr einfache Weise, wenn dies gewünscht wird, Anzeige- oder Alar !schaltungen auszulösen im Fall einer ungenügenden oder übermäßigen Gesamtbestrahlung der beiden Zellen, sowie eventuell im Fall einer ungenügenden Relativbestrahlung jeder Zelle in be::ug auf die Gesamtbestrahlung. Diese Möglichkeiten bilden zusätzliche Mittel zur weiteren Verstärkung der Zuverlässigkeit des Fehlersignals auf einfache Weise.

Um die erste angestrebte Wirkung zu erreichen, ist der Ausgang der die Bestrahlungsstärke ermittelnden Schaltung mit einem ersten Komparator verbunden, der selbst mit dem Bezugssignal-Generator verbunden ist und der bei Überbestrahlung der beiden Zellen ein Alarmsignal liefert, sowie mit einem zweiten Komparator, der selbst auch mit dem besagten Generator verbunden ist und der bei unzureichender Bestrahlung der beiden Zellen ein Alarmsignal liefert.

Um die zweite angestrebte Wirkung zu erreichen, ist jede der die von den beiden Zellen des Empfängers gelieferten Signale verarbeitenden Schaltungen und die Schaltung zur Ermittlung der Bestrahlungsintensität der beiden Zellen jeweils mit einem Komparator verbunden, der ein Alarmsignal bei unzureichender Bestrahlung einer der beiden Zellen in bezug auf die Gesamtbestrahlung dieser beiden Zellen liefert.

Schließlich wird in allen Ausführungsformen der Erfindung durch die übereinanderliegende Anordnung der beiden Kanten des Schirmes ein Vorteil bei der Benutzung für die Nivellierung in Kurven erreicht, da der Schirm bei einer gegebenen verwendbaren und notwendigen Länge seiner Kanten eine minimale Ausdehnung in Richtung quer zum Gleis aufweist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Anspruch 6. Anhand der Zeichnung werden zwei Ausführnngsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Gesamtansicht der Maschine mit den für beide Ausführungsformen gemeinsamen Elementen,

F i s. 2 ein Schema eines Detektors der ersten Ausführungsform,

F i g. 3 ein Dctailsehema eines Teils dieses Detektors, F i g. 4 und 5 Schemen, welche das angewendete geometrische Prinzip veranschaulichen und F i g. 6 ein Schema eines Detektors gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Die in Fig. I dargestellte Gleisbehandlungsmaschine ist eine Stopf-Nivellier-Richt-Maschine, deren Fahrgestell I₁ von zwei Radsätzen 2 und 3 getragen, auf einem

ίο Gleis steht, dessen eine Schiene 4 dargestellt ist.

Diese Maschine weist eine Vorrichtung 5 zum Verschieben des Gleises auf, mit einem Hebewerkzeug 6 zum Anheben der Schiene 4 und mit einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 7. Eine Stopfvorrichtung 8 für den Schotter, von der ein Stopf-Werkzeugpaar 9 gezeigt ist, ist auf einem in der Höhe verseilbaren Träger 10 angeordnet. Diese beiden Vorrichtungen sind zwischen den beiden Radsätzen 2 und 3 angeordnet. Die für den Vorschub der Maschine und zur Betätigung ihrer Werkzeuge erforderliche Leistung wird von einer Energiezentrale 11 geliefert. Ein Bedienungsstand zur Kontrolle und zur Steuerung der Werkzeuge befindet sich in einer zentral gelegenen Kabine 12, von welcher aus diese Werkzeuge beobachtet werden können. Außerdem ist ein Führerstand in einer vorderen Kabine 13 angeordnet. Die Vorschubrichtung der Maschine ist mit einem Pfeil /angedeutet.

Beim Arbeitsvorschub der Maschine werden die beiden Schienen mit Hilfe der Verschiebevorrichtung 5 geradegerichtet oder in die gewünschte Krümmung gebracht, während das Bett der Schwelle mit Hilfe der Stopfvorrichtung 8 durch Stopfen des Schotters verfestigt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jedem Vorschub der Maschine, welcher der Anzahl der Schwellen entspricht, die durch diese Vorrichtung gleichzeitig gestopft werden können. Die Verschiebung des Gleises sowohl bei der Nivellierung als auch bei der Ausrichtung erfolgt automatisch unter Kontrolle einer Vorrichtung zur Ermittlung der Fehler in den Geraden und in den Kurven, der die Organe zum Einstellen der Verschiebewerkzeuge zugeordnet sind, wie beispielsweise ein Servoventil für die Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheit 7 zur Betätigung der Hebewerkzeuge 6 zwecks Nivellierung der Schiene 4.

Ein Fehlerdetektor für die Nivellierung ist als Beispiel in einer ersten Ausführungsform in F i g. I sowie in F i g. 2 dargestellt. Dieser Detektor weist drei Rollentaster 14,15 und 16 auf. welche hintereinander an drei im Abstand voneinander liegenden Punkten A, B und Cauf jeder der Schienen angeordnet sind. Mit diesen Tastern sind in der folgenden Reihenfolge jeweils verbunden: eil. Sender 17 für Lichtstrahlen mit punktförmiger Lichtquelle, ein Schirm 18 zur Begrenzung eines Teils dieser Strahlen, hier in Form einer undurchsichtigen rechteckigen Abdeckung, welche in vertikaler Richtung zur Gleisebene parallele Begrenzungskanten 19 und 20 aufweist, sowie ein Empfänger 21, der zwei lichtelektrische Zellen 22 und 23 mit gleichen Abmessungen und gleichen elektrischen Merkmalen aufweist. Die Zellen sind rechteckig und senkrecht zu den beiden Begrenzungskanten 19,20 des Schirmes 18 im Abstand voneinander angeordnet.

Die geometrische Anordnung dieser Elemente Sender, Schirm und Empfänger wird in Abhängigkeit von den Abständen zwischen dem mittleren Tastpunkt B und den äußeren Punkten A und Cderart bestimmt, daß die projizierten Bilder der beiden Begrenzungskanten 19 und 20 des Schirmes 18. welche dessen Schatten 24

auf dem Empfänger 21 begrenzen, sich jeweils in der Mitte der beiden lichtelektrischen Zellen 22 und 23 befinden, wenn die Symmetrieachse X\ zwischen den beiden Kanten 19, 20 in einer Bezugsebene P liegt, die durch die punktförmige Lichtquelle des Senders 17 und die Symmetrieachse Xi der beiden lichtelektrischen Zellen 22,23 definiert ist.

Somit ist die Summe der bestrahlten Flächen Si, 52 der beiden Zelkm 22 und 23 gleich der Gesamtfläche jeder einzelnen Zelle, da der Schatten des Schirmes 18 die halbe Fläche jeder Zelle abdeckt. Diese Summe bleibt konstant, wenn der Schirm 18 sich in vertikaler Richtung zu seinen Kanten 19, 20 nach oben oder nach unten innerhalb der nachfolgend anhand der F i g. 4 und 5 ausführlicher beschriebenen Grenzen verlagert, da die Höhe des Schirmschattens eine Konstante ist. Andererseits ist die Differenz der bestrahlten Flächen der beiden Zeilen 22 und 23, wenn durch deren Mitte jeweils die Projektion einer der beiden Begrenzungskanten 19, 20 verläuft, gleich Null, da diese Flächen gleich sind, was kennzeichnend für die Ausrichtung der drei Punkte A, B und Cder Schiene 4 ist, vorausgesetzt, daß die Abstände der punktförmigen Lichtquelle und der beiden Achsen X\ und X₂ von der Schiene 4 gleich sind. Schließlich ergibt sich aus dieser geometrischen Anordnung, daß unter derselben Bedingung die Differenz der bestrahlten Flächen der beiden Zellen 22 und 23 proportional zur Amplitude des unterhalb des Schirmes 18 abgetasteten Ausrichtefehlers des Punktes B der Schiene 4 in bezug auf die Gerade A-C ist, also proportional zum Höhenlagefehler der Schiene im Punkt B.

Diese Effekte werden nutzbar gemacht zur Erzeugung eines Steuersignals für ein Servoventil 25 der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 7 für die Betätigung des Hebewerkzeugs 6, ausgehend von den von den beiden lichtelektrischen Zellen 22 und 23 gesendeten Signalen. Hierzu ist jede dieser beiden Zellen mit einem Aufbereitungsglied 26 bzw. 27 für diese Signale verbunden, welches ein Signal υ bzw. d erzeugt mit einer Gleichspannung, die proportional einerseits zu den bestrahlten Flächen Si und S2 und andererseits zur Bestrahlungsstärke E ist, wobei u=kS} E und d=kS-i E ist. Diese beiden Aufbereitungsglieder 26, 27 sind mit einem Substraktionsglied 28 verbunden, das ein Signal erzeugt, das proportional zur Differenz u—d der durch die beiden Signale dargestellten Werte ist, sowie mit einem Summierer 29, der ein Ausgangssignal S erzeugt, das proportional zur Summe u+ d derselben Werte ist. Dieser Summierer 29 und seine Verbindungen bilden eine Schaltung zur Ermittlung der Unterschiede in der Bestrahlungsstärke der beiden Zellen 22 und 23, da die Summe der bestrahlten Flächen eine Konstante ist Der Ausgang des Substraktionsgliedes 28 ist mit dem Servoventil 23 für die Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheit 7 für die Betätigung des Hebewerkzeugs 6 verbunden, während der Ausgang des Summierers 29 mit einer Steuerschaltung des Senders 17 verbunden ist, welche einen Komparator 30 aufweist, dessen einer Eingang mit dem Summierer 29 und dessen anderer Eingang mit einem Generator 41 für ein Bezugssignal Sq verbunden ist, das eine bestimmte Bestrahlungsstärke definiert Das Ausgangssignal dieses Komparators 30, das einen Überschuß S>5b oder ein Manko S<5b der Bestrahlung der beiden Zellen 22 und 23 darstellt, ist auf einen Spannungsregler 42 der punktförmigen Lichtquel-Ie des Senders 17 geschaltet

Somit ist das Steuersignal u—d des Servoventil 25 ausschließlich proportional zur Differenz der bestrahlten Flächen Si und S2 der beiden lichtelektrischen Zellen, da die Bestrahlungsstärke dieser beiden Zellen auf einem unveränderlichen Wert gehalten wird, der gleich dem vom Generator 41 angezeigten Bezugswert 5b ist. Diese Konstanz wird mittels der Steurschaltung des Senders 17 erreicht. Da diese Differenz der Flächen Si — S2 proportional zur Amplitude des im Punkt B ermittelten Ausrichtfehlers ist, ist das fragliche Signal ausschließlich proportional zu dieser Fehleramplitude.

Die Verwendungsbedingungen des Steuersignals u—d sind abhängig von der geometrischen Anordnung und von den Abmessungen der verwendeten lichtclcktrischen Zellen. Diese Bedingungen werden in den F i g. 4 und 5 veranschaulicht.

In F i g. 4 sind sieben mit i bis VII bezeichnete charakteristische Positionen dargestellt, welche entlang des Weges des durch den Schirm 18 auf die beiden Zellen 22 und 23 des Empfängers 21 projizieren Schattens 24 ausgewählt sind, und F i g. 5 zeigt die entsprechenden Differenzen des Steuersignais u-dm Abhängigkeit von diesem Weg.

Aus diesen beiden Schemen geht hervor, daß sich die Amplitude der Verschiebung des Schattens 24, der zur Erzeugung des zum ermittelten Fehler proportionalen Fehlersignals dient, von der Position III bis zur Position V über einen Weg /1 erstreckt, der gleich der Länge einer Zelle ist, und daß die totale Amplitude der Verschiebung des projizierten Schattens, die für die Erzeugung eines die Lage dieses Schattens in bezug auf die Gleichgewichtsnullage kennzeichnenden Signals verwendbar ist, sich von der Position I bis zur Position VII über eine Strecke h erstreckt, die gleich der Summe einer Zellenlänge plus dem doppelten Zellenabstand ist.

Diese Merkmale sind somit vorzüglich geeignet für die proportionale Steuerung mittels Servoventilen sowie für die Erstellung einer Rückmeldung über die geleistete Korrekturarbeit, beispielsweise in Form eines Graphen, welcher mit Hilfe eines vom Fchlcrsigna! gesteuerten Schreibgerätes dank der Präzision des Signals entlang des proportionalen Meßweges A aufgezeichnet werden kann. Diese Merkmale eignen sich ebenfalls zu einer Steuerung, bei der keinerlei präzise information bezüglich der Amplitude des ermittelten Fehlers verlangt wird, gegebenenfalls mit Umschaltung auf mehrere Geschwindigkeiten, mit dem Vorteil, eine Hysteresiszone präzise definieren zu können, wegen des verwendbaren Gesamtweges k, der durch Änderung des die beiden Zellen trennenden Abstandes leicht den Erfordernissen angepaßt werden kann.

Außerdem ist es möglich, auf einfache Weise Anzeige- oder Alarmschaltungen auszulösen, im Falle einer zu geringen oder zu hohen Totalbestrahlung der beiden Zellen, beispielsweise bei einem plötzlichen Abfall der Senderleistung unter die funktionell erforderliche Grenze oder infolge einer starken Oberlagerung von Nebenlichtstrahlen. Auch erfolgt eine solche Auslösung im Falle einer ungenügenden Bestrahlung jeder Zelle im Verhältnis zur Totalbestrahlung der beiden Zellen, dies für besondere Anwendungen, wie beispielsweise eine automatische Begrenzung beim Anheben des Gleises.

Die Mittel zum Auslösen solcher Schaltungen sind mit dünnen Linien in dem Schema der F i g. 2 dargestellt. Sie setzen sich aus vier Komparatoren 31,32,33 und 34 zusammen. Die beiden ersten Komparatoren 31 und 32 sind mit dem Summierer 29 verbunden, der das Ausgangssignal u+d erzeugt, daß proportional zur Summe der von den beiden lichtelektrischen Zellen 22,23 kommenden Signale ist und die Totalstärke der Bestrahlung

der beiden Zellen anzeigt, sowie mit dem Generator 41, der das Be/.ugssignal 5b erzeugt.

Der Komparator 31 erzeugt ein Alarmsignal für die Anzeige einer zu hohen Bestrahlung der beiden Zellen durch Vergleich mit dem Bezugssignal So, und der Kornparator 32 erzeugt ein Alarmsignal zur Anzeige der ungenügenden Bestrahlung in bezug auf dasselbe Bezugssignal Sq.

Die beiden anderen Komparatoren 33 und 34 besitzen einen ersten Eingang, der mit dem Summierer 29 verbunden ist, der das Signal u+d erzeugt, sowie einen zweiten Eingang, der bei dem Komparator 33 mit dem Aufbereitungsglied 26 verbunden ist, welches das von der Zelle 22 kommende Signal u weiterleitet und bei dem Komparator 34 an das Aufbereitungsglied 27 angeschlossen ist, das das von der Zelle 23 kommende Signal d weiterleitet.

Diese beiden Komparatoren 33 und 34 dienen dazu, durch Abwägen des Eingangssignals u+d und durch Vergleich dieses abgewogenen Signals k (u+ d) mit dem anderen Eingangssignal u bzw. d, ein Ausgangssignal u<k(u + d) bzw. d<k(u+d) zu liefern, das eine ungenügende Bestrahlung jeder Zelle 22 und 23 im Verhältnis zur Totalbestrahlung dieser beiden Zellen anzeigt.

Die Ausbildung der Lichtquelle des Senders 17 kann beliebig sein. Um jedoch ein Maximum der Vorteile der Erfindung bezüglich einer von Veränderungen der Bestrahlung der lichtelektrischen Zellen unabhängigen Messung zu erhalten, ist es von Vorteil, den Sender 17 mit einer punktförmigen Lichtquelle zu versehen, die »us einer Diode zürn Senden von infrarot-Strahlen besteht, die elektronisch auf eine hohe Frequenz moduliert sind, derart, daß die bestmögliche Unterscheidung von Umgebungs-Nebenlicht, insbesondere von dem Sonnenlicht, erreicht wird.

In diesem Fall, der in F i g. 3 veranschaulicht ist, ist der Empfänger 21 mit einem für Infrarotstrahlen geeigneten optischen Filter 35 versehen. Die in Fig.3 gezeigten Schaltungen 26 und 27 für die Verarbeitung der durch die beiden lichtelektrischen Zellen 22 und 23 erzeugten Signale weisen je einen Strom-Spannungs-Umformer mit Verstärker 36 auf, ein Bandpaßfilter 37. das auf die Modulationsfrequenz der Senderdiode abgestimmt ist und einen Umformer 38 für die Umformung von Wechselspannung in Gleichspannung, der das Signal u bzw. d abgibt.

Diese Anordnung bietet unabhängig von der Aufgabe der Erfindung außerdem den zusätzlichen Vorteil, daß die Lichtquellen statische Elemente mit hoher Zuverlässigkeit, langer Lebensdauer und mit geringem Stromverbrauch sind, welche ein sehr klares Bild ergeben, das die Augen schont und jegliche Blendwirkung sowie jegliche Verwechslung mit den Gleis-Signalen ausschließt. Der letztgenannte Vorteil wird insbesondere auf Strekkenbaustellen geschätzt.

In einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine, wie sie in Fig.6 gezeigt ist, ist die geometrische Anordnung des Senders 17, des Schirmes 18 und der beiden Zellen 22 und 23 des Empfängers 21 unverändert. Dies gilt auch für die Verbindungen dieser beiden Zellen mit ihren Aufbereitungsgliedern 26 und 27, welche je ein Gleichspannungssignal u bzw. d erzeugen, das proportional zu den bestrahlten Flächen und zur Stärke der Bestrahlung ist, sowie auch für die Verbindungen dieser beiden Glieder 26, 27 mit dem Substraktionsglied 28, das ein Ausgangssignal abgibt, das signifikant für die Differenz u—dder durch diese Signale dargeteilten Werte ist Aus diesem Grund sind diese

Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen vcrseheit, wie auch die Komponenten der Steuerschaltung des Senders 17, d. h, der Generator 41 für das Bezugssignal So, der Komparator 30 und der Spannungsregler 42. Lediglich die Schaltung zur Ermittlung der Bestrahlungsstärke der beiden lichtelektrischen Zellen 22 und 23 ist anders ausgebildet, die hier nicht nur diese beiden gleichen Zellen 22, 23, sondern auch eine dritte Zelie 39 aufweist. Diese Zelle 39 ist im Bestrahlungsfeld der beiden Zellen 22 und 23. im vorliegenden Fall auf dem Empfänger 21 unterhalb der beiden Zellen 22 und 23 angeordnet, derart, daß sie durch den Sender während mindestens der ganzen nutzbaren Strecke /2, wie sie anhand der F i g. 4 beschrieben wurde, bestrahlt wird.

Diese dritte Zelle 39 ist mit einer die von ihr ermittelten Werte verarbeitenden Schaltung 40 verbunden, die gleich ausgebildet ist wie die beiden Aufbereitungsglieder 26 und 27, und die ein Ausgangssignal S= m von einer Gleichspannung abgibt, das proportional zur bestrahlten Fläche und zur Stärke der Bestrahlung ist, aber in diesem Fall lediglich Änderungen der Bestrahlungsstärke angibt, da die bestrahlte Fläche während der Verschiebungen des vom Schirm 18 erzeugten Schattens konstant bleibt. Aus diesem Grunde liefert der Ausgang dieser Schaltung 40 ein Signal gleicher Bedeutung wie dasjenige des Summierers 29 in der ersten Ausführungsform. Daher ist dieser Ausgang unmittelbar an einen Eingang des Komparators 30 angeschlossen, während der andere Eingang des Komparators, wie vorher beschrieben, mit dem Generator 41 verbunden ist.

Die Steuerung des Senders 17 geschieht in derselben Weise wie bei der ersten Ausführungsform durch Vergleich eines zur Bestrahlungsstärke der beiden Zellen proportionalen Signals S mit einem vorbestimmten Bezuj;ssignal So.

In dieser zweiten Ausführungsform sind die Anzeige- und Alarmsignale erzeugenden Komparatoren 31 bis 34 in gleicher Weise verbunden, wie dies in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, und es werden auch dieselben Effekte erzielt.

Die in diesen beiden Ausführungsformen beschriebenen Vorrichtungen für die Nivellierung des Gleises sind ebenfalls anwendbar für das seitliche Richten des Gleises, und zwar durch einfache Drehung des Schemes 18 und des Empfängers 21 um 90^c.

Es ist auch möglich, die Vorrichtung für die Nivellierung und für das Richten miteinander zu vereinigen. In diesem Fall weist der Empfänger zwei Gruppen von lichtelektrischen Zellen auf. die auf zwei kartesischen Koordinatenachsen angeordnet sind, und der Schirm weist zwei Gruppen von zwei korrespondierenden parallelen Begrenzungskanten auf, wobei jede Gruppe von Zellen mit einer der bereits beschriebenen Schaltung verbunden ist.

In diesem Fall ist es von Vorteil, einen Schirm mit einer Blende zu benutzen, in welchem die beiden Gruppen von parallelen Kanten eine rechteckige oder quadratische Öffnung begrenzen, die einen Lichtstrahl entsprechenden Querschnittes kalibriert, derart, daß ein Lichtbild anstelle eines Schattenbildes projiziert wird, um zu verhindern, daß der Schatten des Schirmträgers auf den Empfänger fällt. Diese Variante in der Ausbildung des Schirmes eignet sich sowohl für die erste als auch für die zweite Ausführungsform, allerdings mit einer Einschränkung: in der zweiten Ausführung muß dann die dritte Zelle 39 innerhalb der vom Sender bestrahlten Zone, d. h. zwischen den beiden Zeilen 22 und 23. angeordnet sein.

Schließlich brauchen in besonders wirtschaftlichen
Ausführungen die Komparatoren 31 bis 34 für die Erzeugung der Anzeige- oder Alarmsignale nicht eingebaut zu sein, insbesondere, wenn eine Meßpräzision lediglich bei normalen Anwendungsbedingungen gewünscht ist oder wenn ihre Funküon durch die Bedienungsperson selbst gesichert werden solL

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gleisbehandlungsmaschine mit einer Vorrichtung zum Verschieben des Gleises, bei der mindestens ein Organ (25) zum Einstellen der Verschiebungen mindestens eines Werkzeugs einer Vorrichtung zum Ermitteln der geometrischen Fehler des Gleises zugeordnet ist, die zum Abtasten einer Schiene eine Serie von drei in Abständen hintereinander angeordneten Tastern (14, 15, 16) aufweist, von denen der erste mit einem Lichtstrahlensender (17) mit punktförmiger Lichtquelle, der zweite mit einem Schirm (18) zum Abdecken eines Teils dieser Strahlen, der mindestens zwei parallele, nach Art i> von zwei gegenüberliegenden Seiten eines Rechtecks übereinander angeordnete Begrenzungskanten (19,20) aufweist, sowie der dritte mit einem Empfänger (21) verbunden ist, der eine Gruppe von zwei in Abmessungen und Charakteristik gleichen lichtempfindlichen Elementen aufweist, die im Abstand voneinander auf einer Senkrechten zu den beiden Begrenzungskanten des Schirmes liegen, wobei aufgrund des durch Verschiebung des Schirmes in der Senkrechten zu den beiden Schirmkanten bewirkten Bestrahlungsunterschiedes zwischen den beiden lichtempfindlichen Elementen ein Differenzsignal (u-d) zum Steuern des Einstellorgans (25) erzeugt wird, das durch eine elektronische Differenzierschaltung, die zwei Aufbereitungsglieder (26, 27) für die von den beiden lichtempfindlichen Elementen gelieferten Signa.e (u, d) und ein mit den lichtempfindlichen Elementen verbündetes Substraktionsglied (28) umfaßt, aufbereitet wird und das repräsentativ ist für die Entfernung der Symmetrieachse (Xx) der Kanten des Schirmes in bezug auf eine Bezugsebene (P), die durch die punktförmige Lichtquelle und die Symmetrieachse (Λ2) der lichtempfindlichen Elemente des Empfängers definiert ist, und das proportional ist zur Amplitude des senkrecht unter dem Schirm abgetasteten Gleislagefehlers sowie kennzeichnend für die Richtung des Fehlers im abgetasteten Gleis, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Elemente zwei an sich bekannte Zellen (22, 23) sind, die jeweils ein Ausgangssignal (u, d) abgeben, das proportional zur bestrahlten Fläche der zugeordneten Zelle und zur Bestrahlungsstärke ist, daß die auf den Empfänger (21) projizieren Bilder der beiden Schirmkanten (19,20) jeweils in die Mitte der beiden lichtempfindlichen Zellen (22,23) fallen, wenn die Symmetrieachse (X\) dieser beiden Kanten in der Bezugsebene (P) liegt, und daß zur Erzeugung des Differenzsignals (u-d), das allein proportional der Differenz der bestrahlten Oberflächen dieser beiden Zellen ist, einerseits eine Detektorschaltung zum Erfassen der Stärke der Bestrahlung vorgesehen ist, die mindestens eine lichtempfindliche Zelle (22, 23; 39) aufweist und die ein Ausgangssignal (S) abgibt, das proportional zur Bestrahlungsstärke ist, und andererseits eine Steuerschaltung des Lichtstrahlensenders (17) vorgesehen ist, die einen Komparator (30) aufweist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang der Detektorschaltung und dessen anderer Eingang mit einem Generator (41) für ein eine bestimmte Bestrahlungsstärke definierendes Bezugssignal (So) verbunden ist und dessen Ausgang zur Aufrechterhaltung eines konstanten Wertes der Bestrahlungsstärke der beiden Zellen des Empfängers mit einem Regler (42) für die Energiezufuhr der Lichtquelle des Senders (17) verbunden ist

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung für die Ermittlung der Bestrahlungsstärke der beiden Zellen (22, 23) des Empfängers (21) einen Summierer (29) aufweist, dessen beide Eingänge mit den beiden Aufbereitungsgliedern (26,27) der Signale (u, d)dcr beiden Zellen (22,23) verbunden sind, und dessen Ausgang, der ein Summierungssignal (S= u+d) abgibt, das proportional zur effektiven Bestrahlungsstärke dieser beiden Zellen ist, mit dem Komparator (30) der Steuerschaltung des Lichtstrahlensenders (17) verbunden ist

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung für die Ermittlung der Bestrahlungsstärke der beiden Zellen (22, 23) des Empfängers (21) mindestens eine diine lichtempfindliche Zelle (39) aufweist, die in dem nicht durch den Schatten des Schirmes (18) beeinflußten Bestrahiungsfeld der beiden Zeiien (22,23) iiegt, wobei diese dritte Zelle mit einer Schaltung (40) verbunden ist, die ein Ausgangssignal (S= m) abgibt, das proportional zur effektiven Bestrahlungsstärke der dritten Zelle ist, und deren Ausgang mit dem Komparator (30) der Steuerschaltung des Lichtstrahlensenders (17) verbunden ist.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Detektorschaltung für die Bestrahlungsstärke der beiden Zellen (22, 23), der ein zur Bestrahlungsstärke proportionales Signal (S) abgibt, mit einem ersten Komparator (31) verbunden ist, der seinerseits mit dem Generator (41) für das Bezuggsignal (5b) verbunden ist und der ein Alarmsignal für die Anzeige einer Oberbcstrahlung der beiden Zellen (22,23) abgibt, sowie mit einem zweiten Komparator (32), der ebenfalls mit dem Generator (41) verbunden ist und der ein Alarmsignal zum Anzeigen einer Unterbestrahlung der beiden Zellen abgibt.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Aufbereitungsglieder (26, 27) für die durch die beiden Zellen (22,23) des Empfängers abgegebenen Signale und die Detektorschaltung für die Bestrahlungsstärke der beiden Zellen je mit einem Komparator (33, 34) verbunden sind, der ein Alarmsignal abgibt, das die Unterbestrahlung jeder dieser beiden Zellen in bezug auf die Totalbestrahlung dieser Zellen anzeigt.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die punktförmige Lichtquelle des Senders (17) aus einer Infrarotstrahlen sendenden Diode besteht, welche elektronisch auf eine hohe Frequenz moduliert sind, daß der Empfänger (21) mit einem optischen Filter (35) versehen ist, der den Infrarotstrahlen angepaßt ist, und daß jede der beiden Schaltungen (26, 27) zur Verarbeitung der durch eine der beiden Zellen (22, 23) abgegebenen Signale einen Sirom-Spannungs-Umformer mit einem integrierten Verstärker (36), ein Bandpaßfilter (37), das auf die Modulationsfrequenz der Senderdiode abgestimmt ist, sowie einen Wcchsel-Gleichspannungs-Umformer (38) aufweist.