AT527599A4

AT527599A4 - Vollautomatisch arbeitende Gleisbaumaschine

Info

Publication number: AT527599A4
Application number: ATA50252/2024A
Authority: AT
Inventors: Lichtberger Dr Bernhard
Original assignee: Hp3 Real Gmbh
Priority date: 2024-03-21
Filing date: 2024-03-21
Publication date: 2025-04-15
Also published as: AT527599B1; WO2025194186A1

Abstract

Es wird eine vollautomatisch arbeitende Gleisbaumaschine (2) zum Unterstopfen eines aus Schienen (16) und Schwellen (9) gebildeten Gleises, mit einem auf Schienenfahrwerken (12) abgestützten Maschinenrahmen, mit einem Gleishebe- Richt-Aggregat (13) mit Stopfaggregaten (1), mit einer die Position der Gleisbaumaschine im Gleis bestimmenden Positionsbestimmungseinrichtung und mit einem Steuercomputer (41), der in ein drahtloses Netzwerk (36) eingebunden ist, beschrieben. Um vorteilhafte Arbeitsverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass in das drahtlose Netzwerk (36) zum Übertragen und Empfangen von Ereignisdaten ein Handsteuergerät (24) eingebunden ist, dass ein Mittel zur Bestimmung der Relativposition von Gleisbaumaschine und Handsteuergerät (24) vorgesehen ist, dass das Handsteuergerät mit einer Markierungsvorrichtung zum Markieren von Ereignisstellen im Gleis ausgestattet ist und dass der Steuercomputer (41) aus Markierung und Relativposition zu einem Markierungszeitpunkt Arbeitsanweisungen für die Gleisbaumaschine (2) errechnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine vollautomatisch, und gegebenenfalls autonom, arbeitende Gleisbaumaschine zum Unterstopfen eines aus Schienen und Schwellen gebildeten Gleises, mit einem auf Schienenfahrwerken abgestützten Maschinenrahmen, mit einem Gleishebe-Richt-Aggregat mit Stopfaggregaten, mit einer die Position der Gleisbaumaschine im Gleis bestimmenden Positionsbestimmungseinrichtung und mit einem Steuercomputer, der in ein

drahtloses Netzwerk eingebunden ist

Es gibt eine Vielzahl von Gleisbaumaschinen, die für die Instandhaltung von Gleisanlagen eingesetzt werden. Dazu zählen neben Stopfmaschinen, die die Gleislage von Schottergleisen berichtigen, Planiermaschinen die den Schotter nach vorgegebenen Schotterprofilen einplanieren und verlagern. Bekannt sind daneben auch Fräs-, Hobel-, Drehhobel- und Schleiftmaschinen, Dynamische Gleisstabilisatoren, Oberleitungsfahrzeuge, elektronische Gleismesswagen, Abbrennstumpfschweißmaschinen, Schotterreinigungs- und

Planumsverbesserungsmaschinen.

Stopfmaschinen sind Maschinen, die die Gleislage berichtigen. Mit Hilfe eines Gleishebe-Richtaggregates wird der Gleisrost so lange angehoben und seitlich ausgerichtet bis die Differenz zwischen vorgegebener Solllage und Istlage Null ist und in dieser Lage durch Verdichten des Schotters unter den Schwellen mit Hilfe eines Stopfaggregates fixiert. Das Heben und Richten des Gleisrostes erfolgt über entsprechende hydraulische Hebe- und Richtzylinder mit Proportional- oder

Servosteuerung. Die Stopfwerkzeuge derartiger Gleisbaumaschinen müssen exakt

Beschädigung der Schwellen zu verhindern.

Stopfmaschinen können so automatisiert sein, dass sie vollautomatisch die Lage der Schwellen erkennen und automatisch vorfahren, die Gleislage berichtigen und diese durch Stopfung des Schotters fixieren. Aus der WO2016/081971A1 ist beispielsweise eine automatische Steuerung für ein Hebe-Richt-Aggregat einer Stopfmaschine bekannt. Eine solche Steuerung ist ein wesentliches Merkmal damit

eine Stopfmaschine automatisch arbeiten kann.

Gemäß der Lehre der WO2016/081971A1 ist es bekannt eine Weiche während der Bearbeitung zu vermessen und Stopfaggregate, sowie das Hebe-Richt-Aggregat selbstständig und automatisch einzustellen und zu führen. Aus der WO2020191420A1 ist eine Schotterplaniermaschine bekannt, bei der Arbeitsaggregate wie Seitenpflug und Mittelpflug automatisch angesteuert werden. Diese bekannten Vorrichtungen haben alle das Ziel die Maschinen vollautomatisch zu führen. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für autonom arbeitende Maschinen. Qualifiziertes Maschinenpersonal ist teuer und rar, weshalb die Entwicklung von Maschinen, die vollautomatisch und autonom arbeiten können von

großer Bedeutung ist.

Zur Überwachung und Steuerung derartiger autonomer Maschinen sind verschiedene optische Verfahren beispielsweise mit Laserscannern, Videokameras oder Induktivsensoren bekannt, welche die Lage der Schienen und der Schienenbefestigungen erkennen können. Damit gelingt die automatische genaue Positionierung der Stopfwerkzeuge während der Vorfahrt. Stopfmaschinen messen den Vorfahrtweg typischerweise mittels Odometer. Diese weisen allerdings einen Schlupf auf, weshalb diese an Bogenhauptpunkten (Übergang Gerade zu Übergangsbogen oder Übergang Übergangsbogen zum Vollbogen etc.) genau

(10cm) synchronisiert werden müssen, da sich sonst der Wegfehler akkumuliert.

Im realen Gleis sind Hindernisse vorhanden bei denen ein Teil der Werkzeuge,

beispielsweise Stopfpickel, weggeschwenkt werden, die Stopfaggregate

die Maschine beispielsweise einem Bahnübergang nähert.

Zur Bestimmung der genauen Position der Gleisbaumaschine im Gleis finden RTKGNSS-Systeme (Real time kinematic global navigation satellite system) Verwendung, welche die Positionierung der Gleisbaumaschine im Gleis auf wenige mm genau erlauben (AT523717A4).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vollautomatische autonome Arbeiten der Maschine mit nur einer Aufsichtsperson zu ermöglichen. Diese Aufsichtsperson soll sich entweder außerhalb der Maschine oder auf der Maschine aufhalten können. Die Aufsichtsperson soll in Arbeitsrichtung vor der Gleisbaumaschine liegende Ereignisstellen, wie Hindernisse, Weichen u. dgl. Erkennen und deren

Position an die Gleisbaumaschine übermitteln können.

errechnet.

Eine Aufsichtsperson kommuniziert über eine Funkverbindung mit der Maschine, mittels eines Handsteuergeräts mit Bildschirm das sie bei sich führt. Es sind geeignete Mittel vorgesehen, die eine Bestimmung der Relativposition zwischen Handsteuergerät und Gleisbaumaschine erlauben. Dazu können beide mit Absolutpositionsmesseinrichtungen, wie beispielsweise GPS verfügen oder aber es ist eine genaue Entfernungsmessung zwischen Gleisbaumaschine und Handsteuergerät vorgesehen. Wenn sich die Aufsichtsperson im Gleis bewegt und sich an einer Ereignisstelle, Insbesondere am Ort eines Hindernisses, befindet, dann gibt sie eine entsprechende Markierung zur Identifikation der Stelle bzw. des Hindernisses ein. Die Markierungsdaten werden zusammen mit der Relativposition bzw. mit der exakten Entfernung des Handsteuergerätes zur Gleisbaumaschine an den Steuercomputer übermittelt. Über den Steuercomputer verarbeitet die Maschine diese Information und reagiert mit entsprechenden Steuerbewegungen der Arbeitsaggregate, wenn sich die Gleisbaumaschine örtlich beim markierten Ereignis mit den Arbeitsaggregaten befindet. Die genaue Lokalisierung erfolgt beispielsweise über die übersandte Entfernung und den gemessenen Vorfahrtsweg bzw. über die GPS-Daten.

Das Handsteuergerät kann zum Markieren von Ereignisstellen, insbesondere Hindernissen, Bedienungselemente aufweisen und gegebenenfalls den Abstand zur Ereignisstelle messen. Der Steuercomputer kann aus Relativposition und Abstand

die Position der Ereignisstelle im Gleis bestimmen.

fortbewegt.

Vorzugsweise überprüft der Steuercomputer, ob die Funkverbindung zur Aufsichtsperson funktioniert. Dies geschieht über ein Handshake-Verfahren. Bleibt die Rückmeldung eine vorgegebene Zeitspanne (z.B. 10 Sekunden) lange aus, geht die Gleisbaumaschine in Stillstand und informiert die Leitstelle darüber. Zudem kann das Handsteuergerät über eine Notausfunktion bzw. über eine Totmannfunktion verfügen. Wird diese nicht in einer wiederkehrenden Zeitspanne aktiviert und dadurch die Handlungsbereitschaft der Aufsichtsperson nachgewiesen, geht die Maschine ebenfalls in Stillstand und informiert die Leitstelle darüber. Die Arbeitssicherheit wird über Sicherheitseinrichtungen (z.B. Lichtvorhang) bei den Arbeitsaggregaten (wie Stopfaggregaten) hergestellt. Wird der gesicherte Bereich

verletzt, stellt sich die Maschine sofort ab.

Vorteile der Erfindung ergeben sich durch Entfall der Bedienungsmannschaft und Wegfall der notwendigen Arbeit der manuellen Markierung von Hindernissen im Gleis vor der Maschine. Vorteilhaft ist auch, dass die Aufsichtsperson keine tiefgehenden Kenntnisse der Maschinenfunktionen mehr aufweisen muss. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch den Wegfall notwendiger Arbeitskabinen (Wegfall von Bedienersitzen, Bedienerpulten etc.), samt Einrichtung und Reduktion von Mensch-Maschine-Schnittstellen (Bedienelemente, Touch Panels, Videokameras etc.) für das Arbeiten. Dadurch ist eine hohe Einsparung an Investitions- und

Arbeitskosten gegeben.

Es sind verschiedene Methoden zur genauen Bestimmung der Relativposition zwischen Gleisbaumaschine und Handsteuergerät geeignet. Dazu zählen beispielsweise, Laserdistanzmeter, Lidar-Geräte, die Verwendung von BluetoothEinrichtungen (oder WLAN-Signalen) zur Messung der Entfernung auf Basis der Signalabschwächung mit der Entfernung oder der Zeitmessung ausgesandter und

rückgesandter Impulse. Trägt der Aufsichtsperson ein Smartphone oder Tablet,

ausgestattet sein.

Die Aufsichtsperson kann neben dem Handsteuergerät ein weiteres mobiles Gerät (Smartphone oder Tablet) zur Markierung von Störstellen, Hindernissen oder allgemein eines Punktes von Relevanz im Gleis ausgestattet sein. Alle Funktionen können auch in einem Gerät vereint sein. Das Tablet oder Smartphone verfügt über WLAN, Bluetooth (mit einer Version die „Direction Finding“ unterstützt). Über eine Applikation am Smartphone oder Tablet kann am Ort eines punktuellen Hindernisses oder Bereiches dieser markiert werden und die Information beispielsweise via WLAN an die Maschine in Echtzeit übertragen werden. Die Distanz zur Maschine kann über Funkpeilung in der erforderlichen Genauigkeit mit übertragen werden. Zur Funkpeilung (Signalstärkenmessung Richtungsmessung) eignen sich beispielsweise Bluetooth LE (BLE) Signale, WLAN-Signale oder UWB Signale (UWB Ultra Wide Band). Auf der Gleisbaumaschine kann sich beispielsweise ein in direkter Sichtverbindung zum Handsteuergerät platzierter Bluetooth Sender (BLE Beacon) befinden. Das Handsteuergerät, ggf. ein Tablet oder Smartphone, ermittelt die relative Position zur Gleisbaumaschine (Distanz und Richtungsvektor) kontinuierlich und überträgt diese Daten zusammen mit den Markierungen an die Gleisbaumaschine. Die Gleisbaumaschine kann daraus einen Vektor zur Markierung zum kommenden Hindernis ableiten. Führt die Aufsichtsperson eine RTKGNSS-Antenne mit Empfänger mit sich und ist auch auf der Baumaschine so ein System verbaut, dann können über das GNSS durch den Supervisor genaue Satellitenkoordinaten des Hindernisses an die Maschine

übertragen werden.

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automatisch hoch und senkt diese nach dem Hindernis wieder ab.

Über einen WLAN Access Point auf der Maschine mit der Antennenausrichtung in Arbeitsrichtung hat das Mobile Handsteuergerät vor der Gleisbaumaschine einen

Netzwerkzugang zur Maschine.

Über Lidar-Geräte vorne und hinten an der Maschine angebracht kann der Gefahrenbereich unmittelbar vor und hinter der Maschine überwacht werden. Wird dieser Bereich, beispielsweise durch eine in den Gefahrenbereich eintretende Person verletzt, stellt sich die Maschine ab und informiert die Aufsichtsperson und

eine zentrale Leitstelle.

Der Bereich der Stopfaggregate kann ebenfalls von der Maschine mittels links und rechts von der Gleisbaumaschine angebrachter Lidar-Geräte überwacht werden. Wird dieser Bereich, beispielsweise durch eine in den Gefahrenbereich eintretende Person verletzt, stellt sich die Maschine ab und informiert die Aufsichtsperson und

eine zentrale Leitstelle.

In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 Stopfmaschine in Seitenansicht,

Fig. 2 Handsteuergerät in Draufsicht und

Fig. 3 eine Kommunikationsschema zwischen einem im Gleis von einer

Aufsichtsperson gehaltenen Handsteuergerät und der Gleisbaummaschine.

Fig. 1 zeigt schematisch eine in Arbeitsrichtung W vollautomatisch autonom arbeitende Gleisbaumaschine 2. zum Unterstopfen eines aus Schienen 16 und Schwellen 9 gebildeten Gleises, mit einem auf Schienenfahrwerken 12 abgestützten Maschinenrahmen, mit einem Gleishebe-Richt-Aggregat 13 mit Stopfaggregaten 1, mit einer die Position der Gleisbaumaschine im Gleis bestimmenden

Positionsbestimmungseinrichtung und mit einem Steuercomputer 41, der in ein

zu einem Markierungszeitpunkt Arbeitsanweisungen für die Gleisbaumaschine 2.

Die Gleisbaumaschine 2 ist mittels den Schienenfahrwerken 12 auf den Schienen 16, die auf Schwellen 9 befestigt sind, gleisfahrbar. Ein Stopfaggregat 1 umfasst

über Stopfpickel 8, Stopfarme 7 und eine Befestigungskonsole 6.

Die Gleisbaumaschine 2 hat ein Steuer- und Messsystem, das zur Vermessung der aktuellen Gleislage benötigt wird. Es besteht aus drei Messwagen 10, 11. Die Maschine verfügt über einen Antrieb 5, eine Arbeitskabine 14 und zwei Fahrkabinen 17. Über den Steuercomputer 41 kommuniziert die Maschinensteuerung mit dem Handsteuergerät 24. Das Hebe-Richt-Aggregat 13 verfügt über Hebezylinder 3 und Richtzylinder 4. Über eine Satellitenantenne 18 und einen Satellitenempfänger wird die Maschine mit GNSS-Koordinaten (GNSS Global Navigation Satelliten System) versorgt. Die Maschine verfügt über WLAN mit Antenne 19 (WLAN Wireless Local Area Network) und beispielsweise einen Bluetooth Beacon Sender 20. Über Lidarscanner 38 wird der Bereich vor und hinter der Maschine automatisch auf Hindernisse bzw. ins Gleis tretende Personen gescannt. Wird eine Person innerhalb eines Gefahrenbereiches detektiert, dann geht die Maschine automatisch in den Stillstand und informiert die Leitstelle. Der Bereich um die Arbeitsaggregate wird über einen Lichtvorhang 39, durch Lidarscanner links und rechts an der Maschine angebracht überwacht. Bei einem Betreten des gesicherten Bereiches wird die

Maschine bzw. das Aggregat abgestellt.

Fig. 2 zeigt ein Handsteuergerät 24 mit Touch-Display 22 welches über Satellitenantenne oder WLAN-Antenne 21 und WLAN-Sender/Empfänger 30 oder

über Bluetooth-Antenne 23 und gegebenenfalls Bluetooth Sender/Empfänger 31 mit

steuern. Beispielsweise kann bei einem nicht demontiertem Indusimagneten eine

Kehrbürste automatisch im entsprechenden Bereich angehoben werden. Wird ein Kabel angezeigt, welches quer im Zwischenfach zwischen den Schwellen verläuft, dann wird in diesem Bereich nicht mit den Stopfaggregaten getaucht, oder die Aufsichtsperson richtet von außen die Position der Aggregate über die Bedienungselemente 26 beispielsweise so genau ein, dass das Kabel durch die

Stopfpickel beim Tauchen nicht beschädigt wird.

Fig. 3 zeigt die Kabine vorne 17 mit Steuercomputer 41, Bluetooth (BLE Beacon)Verbindung 37 zum Handsteuergerät 24 und drahtlosem Netzwerk 36, ggf. eine WLAN-Verbindung zum Handsteuergerät 24. Der vordere Messwagen 10 wird üblicherweise zur Synchronisierung der Maschine benutzt. Ermittelte Distanzen Di, DSI+1, DEi+1, Di+2 etc. beziehen sich günstigenfalls auf die Distanz zwischen Messwagen 10 und einem betrachteten Hindernis im Gleis. Die Aufsichtsperson bewegt sich beispielsweise vor der Maschine in Arbeitsrichtung W auf dem Gleis. Befindet er sich an einer Position eines Hindernisses, beispielsweise einer quer im Zwischenfach verlaufenden Leitung 33, dann wird über Bluetooth beispielsweise die Distanz Di ermittelt und an die Maschine 2 übertragen und dort verarbeitet. Wenn die Stopfaggregate an diese Stelle kommen, beeinflusst die Maschine automatische die Arbeitsweise der Arbeitsaggregate. Bei einem ausgedehnten Hindernis 34 wird

Start DSi+1 und Ende DEi+1 markiert und analog zur Maschine 2 übertragen.

Anstelle der Markierung über Handsteuergerät 24, kann die Markierung auch über ein Smartphone 40 und ein darauf laufendes Programm eingegeben werden. Die Bluetooth-Funktion des Smartphones 40 kann zur Markierung genutzt werden. Dies erspart den Aufbau einer Bluetooth-Einrichtung auf dem Handsteuergerät. Das Programm auf dem Smartphone ermöglicht die Auswahl des Typs, der Lage und

Höhe des Hindernisses.

Die Aufsichtsperson kann neben Hindernissen auch die exakte Lage von Synchropunkten (Bogenhauptpunkte, Mastpositionen etc.) eingeben, damit der

Schlupf des Odometers kompensiert wird.

Natürlich kann auch die hintere Kabine in Arbeitsrichtung W mit einem BluetoothBeacon oder WLAN-Sender/Empfänger ausgestattet werden. In diesem Fall kann der Supervisor mit üblichem Gerät (Festpunkmessgerät) die absolute Lage zu den Festpunkten an den Masten hinter der Gleisbaumaschine messen. Die aktuellen von ihm gemessenen durch die Gleisbaumaschine hinterlassenen Höhen- und Abstandswerte, sowie die Mastposition an der gemessen wurde, werden an die Gleisbaumaschine übertragen. Der Steuercomputer vergleicht die so erfassten IstDaten mit den Soll-Daten am entsprechenden Mast und sein Steuersystem

korrigiert automatisch, um einen etwaigen Trend zu kompensieren.

Über das drahtlose Netzwerk können Art, Distanz Di zur Gleisbaumaschine 2 und Höhe von Hindernissen im Gleis 33, 34, 35 zur Gleisbaumaschine 2 übertragen werden. Die Gleisbaumaschine 2 kann Funktionen aufweisen, die entsprechend auf die markierten Hindernisse im Gleis reagieren und sobald die entsprechende Position Di erreicht ist, die Arbeitsaggregate, so steuern, dass eine Beschädigung

der markierten Hindernisse vermieden wird.

Claims

(345480.6) HEL

Patentansprüche

1. Vollautomatisch arbeitende Gleisbaumaschine (2) zum Unterstopfen eines aus Schienen (16) und Schwellen (9) gebildeten Gleises, mit einem auf Schienenfahrwerken (12) abgestützten Maschinenrahmen, mit einem GleishebeRicht-Aggregat (13) mit Stopfaggregaten (1), mit einer die Position der Gleisbaumaschine im Gleis bestimmenden Positionsbestimmungseinrichtung und mit einem Steuercomputer (41), der in ein drahtloses Netzwerk (36) eingebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in das drahtlose Netzwerk (36) zum Übertragen und Empfangen von Ereignisdaten ein Handsteuergerät (24) eingebunden ist, dass ein Mittel zur Bestimmung der Relativposition von Gleisbaumaschine und Handsteuergerät (24) vorgesehen ist, dass das Handsteuergerät mit einer Markierungsvorrichtung zum Markieren von Ereignisstellen im Gleis ausgestattet ist und dass der Steuercomputer (41) aus Markierung und Relativposition zu einem

Markierungszeitpunkt Arbeitsanweisungen für die Gleisbaumaschine (2) errechnet.

2. Autonom arbeitende Gleisbaumaschine (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Handsteuergerät (24) über eine Notausfunktion (25)

verfügt.

3. Autonom arbeitende Gleisbaumaschine (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Handsteuergerät (24) über eine Totmannfunktion (29)

verfügt.

4. Autonom arbeitende Gleisbaumaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Handsteuergerät (24) über ein Display (22) verfügt über welches Maschinenfunktionen angezeigt und gesteuert werden

können.

Bedienungselemente (26) zum Steuern von Gleisbaumaschinenfunktionen verfügt.

6. Autonom arbeitende Gleisbaumaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Handsteuergerät (24) zum Markieren von Ereignisstellen, insbesondere Hindernissen (33, 34, 35) Bedienungselemente (28, 27) aufweist, dass das Handsteuergerät den Abstand zur Ereignisstelle misst und der Steuercomputer (41) aus Relativposition und Abstand die Position der

Ereignisstelle im Gleis bestimmt.

7. Autonom arbeitende Gleisbaumaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Handsteuergerät (24) ein Smartphone (40) oder ein Tablet ist, das mit einer Vorrichtung zur Messung des Abstands zur Ereignisstelle, gegebenenfalls einer 3D Kamera und/oder einem Neigungssensor,

ausgestattet ist.

8. Autonom arbeitende Gleisbaumaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens im Bereich der Stopfaggregate links und rechts der Gleisbaumaschine (2) Lidar-Geräte (39) zur

Gefahrenbereichsüberwachung vorgesehen sind.

9. Autonom arbeitende Gleisbaumaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gefahrenbereichsüberwachung vor und hinter

der Gleisbaumaschine (2) Lidar-Geräte (38) vorgesehen sind.