WEGMESSEINRICHTUNG FÜR EINE FAHRBARE GLEISBAUMASCHINE

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Wegmesseinrichtung (4) für eine fahrbare Gleisbaumaschine (1), mit einer Halterung (8), an der ein an einer Schiene (15) abrollbares Messrad (13) angeordnet ist, und mit einer Auswerteeinrichtung (6) zur Verarbeitung eines Wegmesssignals. Dabei ist ein erster Bewegungssensor (18) zur Erfassung einer Bewegung des Messrades (13) gegenüber der Halterung (8) angeordnet und ein zweiter Bewegungssensor (19) ist zur Erfassung einer Bewegung der Halterung (8) gegenüber der Schiene (15) angeordnet. Mit dieser Anordnung der Bewegungssensoren (18, 19) wird ein unerwünschter Schlupf des Messrades (13) gegenüber der Schiene (15) sicher erkannt und kompensiert.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft eine Wegmesseinrichtung für eine fahrbare Gleisbaumaschine, mit einer Halterung, an der ein an einer Schiene abrollbares Messrad angeordnet ist, und mit einer Auswerteeinrichtung zur Verarbeitung eines Wegmesssignals. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen einer von einer Gleisbaumaschine zurückgelegten Wegstrecke mittels einer entsprechenden Wegmesseinrichtung.

Stand der Technik

[0002] Wegmesseinrichtungen mit einem Messrad zum Messen einer von einer Gleisbaumaschine zurückgelegten Wegstrecke sind seit langem bekannt. Sie sind ausreichend robust für die im Gleisbau herrschenden Umgebungsbedingungen und liefern in den meisten Fällen eine ausreichende Genauigkeit, insbesondere über längere Wegstrecken hinweg.

[0003] Beispielsweise offenbart die AT 316 618 B eine zyklisch arbeitende Gleisstopfmaschine mit einer entsprechenden Wegmesseinrichtung. Dabei ist das Messrad mit einem Impulsgeber verbunden, um die zyklische Vorfahrt der Stopfmaschine von Schwelle zu Schwelle zu erfassen.

[0004] Aus der AT 367 817 B ist ebenfalls eine zyklisch arbeitende Gleisstopfmaschine bekannt, bei der ein auf einer Schiene abrollendes Messrades zum Einsatz kommt. Dabei wird die Drehbewegung des Messrades mit der Drehbewegung von Antriebsrädern abgeglichen, um einen Schlupf der Antriebsräder zu vermeiden.

Darstellung der Erfindung

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wegmesseinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine genauere Wegmessung insbesondere über weite Wegstrecken hinweg durchführbar ist. Zudem soll ein entsprechendes Messverfahren angegebenen werden.

[0006] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 8. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

[0007] Dabei ist vorgesehen, dass ein erster Bewegungssensor zur Erfassung einer Bewegung des Messrades gegenüber der Halterung angeordnet ist und dass ein zweiter Bewegungssensor zur Erfassung einer Bewegung der Halterung gegenüber der Schiene angeordnet ist. Mit dieser Anordnung der Bewegungssensoren wird ein unerwünschter Schlupf des Messrades gegenüber der Schiene sicher erkannt und kompensiert. Bei ungünstigen Bedingungen kann es nämlich vorkommen, dass das Messrad von der Schiene abhebt oder zu rutschen beginnt. Daraus resultieren Messfehler, die mit der vorliegenden Erfindung vermieden werden.

[0008] In einer bevorzugten Variante ist das Messrad mit einem Drehgeber gekoppelt. Damit sind hochauflösende Wegmessungen durchführbar und Positionen entlang einer Gleisstrecke sind präzise anfahrbar, um Arbeitsaggregate der Gleisbaumaschine in Stellung zu bringen. Das ist insbesondere bei einem automatisierten Betrieb der Gleisbaumaschine von Vorteil. In einer einfacheren Variante ist das Messrad mit einem Detektor zur Erfassung von Umdrehungen gekoppelt. Dabei kann es sinnvoll sein, den ersten Bewegungssensor als Detektor zu nutzen. Am Messrad sind dann vom Bewegungssensor erfassbare Markierungen angebracht.

[0009] Vorteilhafterweise ist der erste Bewegungssensor auf eine Abrollfläche des Messrades gerichtet. Bei dieser Anordnung stimmen die Messergebnisse der beiden Bewegungssensoren bei fehlendem Schlupf überein und können auf einfache Weise ausgewertet werden.

[0010] Um einen gleichmäßigen Druck des Messrades auf die Schiene sicherzustellen ist es von Vorteil, wenn die Halterung einen Schwenkarm umfasst, an dem das Messrad drehbar gelagert ist. Sinnvoll ist ein einstellbarer Schwenkarm, um den Auflagedruck an veränderte Schienenverhältnisse anpassen zu können.

[0011] Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass in einem vorgegebenen Abstand zum zweiten Bewegungssensor ein dritter Bewegungssensor zur Erfassung einer Bewegung der Halterung gegenüber der Schiene angeordnet ist. Ein bei einem Schienenstoß oder einer Weiche auftretender Spalt hat dann keine Auswirkungen auf die Erfassung der Bewegung der Halterung gegenüber der Schiene. Der Abstand zwischen den beiden Sensoren ist dabei so gewählt, das sich zu jeder Zeit nur einer der Sensoren über dem Spalt befinden kann.

[0012] In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung umfasst der jeweilige Bewegungssensor eine Lichtquelle, einen optischen Sensor und einen Digitalen Signalprozessor. Derartige Sensoren sind ausreichend robust und liefern genaue Ergebnisse beim Erfassen kurzer Wegstrecken. Zudem sind diese Sensoren berührungslos anordenbar, sodass kein Verschleiß auftritt.

[0013] Dabei ist es sinnvoll, wenn die Lichtquelle ein Laser ist. Auf diese Weise werden die Strukturen der Schienenoberfläche und der Messradoberfläche besser aufgelöst. Das verbessert die Erkennung von Bewegungen auf den Aufnahmen des optischen Sensors.

[0014] Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass in der Auswerteeinrichtung laufend ein Bewegungsmesssignal des ersten Bewegungssensors mit einem Bewegungsmesssignal des zweiten Bewegungssensors verglichen wird und dass bei einer Abweichung der Bewegungsmesssignale das mittels des Messrades erfasste Wegmesssignal korrigiert wird. Die eigentliche Messung der Wegstrecke erfolgt somit mittels des Messrades, wobei ein Schlupf des Messrades mittels der Bewegungssensoren erkannt und mittels der Auswerteeirichtung kompensiert wird.

[0015] In einer Weiterbildung des Verfahrens wird eine aus dem Bewegungsmesssignal des ersten Bewegungssensors abgeleitete Wegmessgröße von einer aus dem Bewegungsmesssignal des zweiten Bewegungssensors abgeleiteten Wegmessgröße subtrahiert, wobei die Differenzgröße zu einer mittels des Messrades erfassten Wegmessgröße addiert wird. Diese einfache Auswertelogik ist dann anwendbar, wenn der erste Bewegungssensor auf die Abrollfläche des Messrades gerichtet ist. Dann ergibt sich bei fehlendem Schlupf des Messrades keine Differenzgröße.

[0016] Mit einem dritten Bewegungssensor ist das Verfahren dahingehend erweiterbar, dass ein Bewegungsmesssignal dieses dritten Bewegungssensors mit dem Bewegungsmesssignal des zweiten Bewegungssensors zu einem resultierenden Bewegungsmesssignal zusammengeführt wird. Konkret wird immer jenes Bewegungsmesssignal ausgewertet, das vor oder nach einem Spalt erfasst wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0017] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1

Gleisbaumaschine

Fig. 2

Wegmesseinrichtung mit zwei Bewegungssensoren

Fig. 3

Wegmesseinrichtung mit drei Bewegungssensoren

Beschreibung der Ausführungsformen

[0018] Die in Fig. 1 dargestellte Gleisbaumaschine 1 ist beispielhaft eine Stopfmaschine mit einem Hebe-/Richtaggregat 2 und einem Stopfaggregat 3. Die erfindungsgemäße Wegmesseinrichtung 4 ist jedoch auch ohne Einschränkungen für andere Gleisbaumaschinen 1 geeignet, z.B. für Schotterpflüge, Dynamische Gleisstabilisatoren, Umbauzüge, Messwägen etc.

[0019] Vorteilhafterweise ist die Wegmesseinrichtung 4 vor einem vorderen Schienenfahrwerk 5 der Gleisbaumaschine 1 angeordnet, um die erfassten Weginformationen für die Steuerung der Maschine 1 und deren Arbeitsaggregate 2, 3 zu nutzen. Dazu ist eine Auswerteeinrichtung 6 der Wegmesseinrichtung 4 mit einer Steuerungseinrichtung 7 der Gleisbaumaschine 1 gekoppelt.

[0020] Die Wegmesseinrichtung 4 wird im Detail mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 erläutert. Einer Halterung 8 umfasst beispielsweise eine Säule 9, die mit lösbaren Befestigungsmittel am Rahmen 10 der Gleisbaumaschine 1 befestigt ist. An der Säule 9 ist ein Schwenkarm 11 drehbar gelagert und mit einem Aktuator 12 verbunden. Am freien Ende des Schwenkarms 11 ist ein Messrad 13 drehbar gelagert.

[0021] Das Messrad 13 weist eine äußere Abrollfläche 14 auf, mit der es im Arbeitseinsatz auf einer Schiene 15 eines von der Gleisbaumaschine 1 befahrenen Gleises abrollt. Dabei ist eine Kontaktkraft mittels des Aktuators 12 oder einer nicht dargestellten Feder vorgebbar. Der Aktuator 12 dient auch dazu, das Messrad 13 außer Betrieb zu stellen.

[0022] Gekoppelt ist das Messrad 13 mit einem Drehgeber 16, der insbesondere als Inkrementaldrehgeber mit hoher Auflösung ausgebildet ist. Der Drehgeber 16 arbeitet beispielsweise mit Schleifkontakten, mit photoelektrischer oder mit magnetischer Abtastung. Ein mittels des Messrades 13 und des Drehgebers 16 erzeugtes Wegmesssignal wird über eine Signalleitung 17 an die Auswerteeinrichtung 6 übertragen. Die Signalübertragung erfolgt analog oder digital, wobei bei Stromschienen 15 zur Potenzialentkopplung auch eine Funkstrecke sinnvoll sein kann.

[0023] Um im Betrieb einen Schlupf des Messrades 13 zu detektieren sind an der Halterung 8 ein erster Bewegungssensor 18 und ein zweiter Bewegungssensor 19 angeordnet. Der erste Bewegungssensor 18 ist auf die Abrollfläche 14 des Messrades 13 gerichtet und erfasst die Bewegungen des Messrades 13 gegenüber der Halterung 8. Der zweite Bewegungssensor 19 ist gegen die befahrene Oberfläche der Schiene 15 gerichtet und erfasst die Bewegung der Halterung 8 gegenüber der Schiene 15. Mittels Signalleitungen 17 erfolgt eine Übertragung der Bewegungsmesssignale auf die Auswerteeinrichtung 6.

[0024] Konkret detektieren die Bewegungssensoren 18, 19 Wegstrecken, die in einer bestimmten Zeitspanne zurückgelegt werden. Vom Messrad 13 aus betrachtet legt der erste Bewegungssensor 18 gegenüber der Abrollfläche 14 eine erste Wegstrecke zurück. Gleichzeitig legt der zweite Bewegungssensor 19 von der Schiene 15 aus betrachtet eine zweite Wegstrecke zurück. Bei fehlendem Schlupf des Messrades 13 müssen die beiden detektierten Wegstrecken übereinstimmen.

[0025] Sobald ein Schlupf auftritt, wird das mittels des Messrades 13 erzeugte Wegmesssignal korrigiert. Dazu liefert in der Auswerteeinrichtung 6 ein Zeitgeber eine gemeinsame Bezugsbasis. Die Bewegungsmesssignale geben dabei zunächst eine Wegstrecke pro Zeiteinheit wieder (z.B. Millimeter pro Millisekunde). Somit ergeben sich während einer Abweichung der beiden Bewegungsmesssingale unterschiedliche Wegmessgrößen. Beispielsweise detektiert der erste Bewegungssensor während einer Abweichungsdauer von einer Sekunde eine zurückgelegte Wegstrecke von hundert Millimetern, während der zweite Bewegungssensor zweihundert Millimeter detektiert.

[0026] In der Auswerteeinrichtung 6 wird deshalb die erste Wegmessgröße von der zweiten Wegmessgröße subtrahiert. Die Differenz gibt dann den Schlupf des Messrades 13 wider. Im konkreten Beispiel wird der mittels des Messrades 13 erfasste Wegstreckenwert um den Differenzwert von hundert Millimetern verlängert, um auf den korrigierten Wegstreckenwert zu kommen. Sinnvollerweise umfasst die Auswerteeinrichtung 6 einen Mikrocontroller, in dem die beschriebene Auswertungslogik eingerichtet ist.

[0027] Eine zu erwartende Abweichungsdauer, während der ein Schlupf aufritt, ist dabei so kurz, dass ein mögliches Driften der Bewegungsmesssignale außer Acht gelassen werden kann. Insbesondere bei kostengünstigen und einfach aufgebauten Bewegungssensoren 18, 19 ist bei der Erfassung längerer Wegstrecken eine Driftneigung zu beachten. Das mittels des Messrades 13 und des Drehgebers 16 erfasste Wegmesssignal weist jedoch keine Drift auf, weshalb die Kombination der vorliegenden Messsignale eine sehr genaue Erfassung langer Wegstrecken ermöglicht.

[0028] Für die vorliegende Erfindung günstige Bewegungssensoren 18, 19 sind kompakt und einfach aufgebaut und kommen beispielsweise auch in Computermäusen zur Anwendung. Sie umfassen vorzugsweise einen Laser als Lichtquelle, einen optischen Sensor mit geringer Auflösung (16x16 bis 30x30 Pixel) und einen Digitalen Signalprozessor. Der Laser ist auf die Oberfläche gerichtet, gegenüber derer die Bewegung des Bewegungssensors 18, 19 erfasst werden soll. Der optische Sensor nimmt laufend über eine Linse einen kleinen Bereich der beleuchteten Oberfläche auf. Die mit hoher Abtastrate (z.B. 1500 Bilder pro Sekunde) aufgenommenen Bilder werden mittels des Digitalen Signalprozessors ausgewertet, wobei Bewegungsinformationen aus sich ändernden Bildinhalten abgeleitet werden.

[0029] Günstigerweise weist das Messrad 13 auf der vom ersten Bewegungssensor 18 erfassten Oberfläche 14 ein Muster oder eine Struktur auf, die ein sicheres Erkennen von Bewegungen mittels des beschriebenen einfach aufgebauten Sensors 18 unterstützt. Zudem können am Messrad 13 Markierungen angebracht sein, die mittels des ersten Bewegungssensors 18 auswertbar sind. Auf diese Weise ist der erste Bewegungssensor 18 zum Detektieren von Umdrehungen des Messrades 13 nutzbar.

[0030] Die Oberflächenstruktur der Schiene 15 weist in der Regel genügend Unregelmäßigkeiten auf, um eine verlässliche Bewegungserkennung sicherzustellen. Eventuell ist es sinnvoll, den zweiten Bewegungssensor 19 auf einen Bereich abseits einer geglätteten Lauffläche der Schiene 15 zu richten.

[0031] Bei nicht verschweißten Schienen 15 tritt bei Schienenstößen gewöhnlich ein Spalt 20 auf. Auch bei Weichen kommt es im Bereich des Weichenherzens zu einer Unterbrechung der Schienen 15. Vorteilhafterweise ist deshalb ein dritter
Bewegungssensor 21 in einem vorgegebenen Abstand 22 zum zweiten Bewegungssensor 19 angeordnet. Beide Sensoren 19, 21 sind auf die Schiene 15 gerichtet, wobei der Abstand 22 so gewählt ist, dass sich immer nur ein Sensor 19, 21 über einem möglichen Spalt 20 befindet.

[0032] Bei dieser erweiterten Variante liefert immer einer der auf die Schiene 15 gerichteten Bewegungssensoren 19, 21 ein verlässliches Bewegungsmesssignal. Dabei sind die beiden Bewegungsmesssignale in der Auswerteeinrichtung 6 mit einer Oderverknüpfung zu einem resultierenden Bewegungsmesssignal zusammengeführt. Wenn beide Bewegungsmesssignale vorliegen, wird eines davon als resultierendes Signal weiterverarbeitet. Bei einer Unterbrechung eines Bewegungsmesssignals infolge eines Spalts 10 gilt das andere Bewegungsmesssignal als resultierendes Signal. Auf diese Weise ergibt sich immer ein verlässliches Bewegungsmesssignal gegenüber der Schiene 15, das mit dem Bewegungsmesssignal des ersten Bewegungssensors 18 verglichen wird.

[0033] Der Einsatz des dritten Bewegungssensors 19 ist zudem für zusätzliche Auswertungen sinnvoll. Beispielsweise ist damit eine automatische Detektion von Schienenstößen oder Weichenherzen möglich.

Ansprüche

1. Wegmesseinrichtung (4) für eine fahrbare Gleisbaumaschine (1), mit einer Halterung (8), an der ein an einer Schiene (15) abrollbares Messrad (13) angeordnet ist, und mit einer Auswerteeinrichtung (6) zur Verarbeitung eines Wegmesssignals, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bewegungssensor (18) zur Erfassung einer Bewegung des Messrades (13) gegenüber der Halterung (8) angeordnet ist und dass ein zweiter Bewegungssensor (19) zur Erfassung einer Bewegung der Halterung (8) gegenüber der Schiene (15) angeordnet ist.

2. Wegmesseinrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrad (13) mit einem Drehgeber (16) gekoppelt ist.

3. Wegmesseinrichtung (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bewegungssensor (18) auf eine Abrollfläche (14) des Messrades (13) gerichtet ist.

4. Wegmesseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (8) einen Schwenkarm (11) umfasst, an dem das Messrad (13) drehbar gelagert ist.

5. Wegmesseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vorgegebenen Abstand (22) zum zweiten Bewegungssensor (19) ein dritter Bewegungssensor (21) zur Erfassung einer Bewegung der Halterung (8) gegenüber der Schiene (15) angeordnet ist.

6. Wegmesseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Bewegungssensor (18, 19, 21) eine Lichtquelle, einen optischen Sensor und einen Digitalen Signalprozessor umfasst.

7. Wegmesseinrichtung (4) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle ein Laser ist.

8. Verfahren zum Messen einer von einer Gleisbaumaschine (1) zurückgelegten Wegstrecke mittels einer Wegmesseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinrichtung (6) laufend ein Bewegungsmesssignal des ersten Bewegungssensors (18) mit einem Bewegungsmesssignal des zweiten Bewegungssensors (19) verglichen wird und dass bei einer Abweichung der Bewegungsmesssignale (18, 19) das mittels des Messrades (13) erfasste Wegmesssignal korrigiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus dem Bewegungsmesssignal des ersten Bewegungssensors (18) abgeleitete Wegmessgröße von einer aus dem Bewegungsmesssignal des zweiten Bewegungssensors (19) abgeleiteten Wegmessgröße subtrahiert wird und dass die Differenzgröße zu einer mittels des Messrades (13) erfassten Wegmessgröße addiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegungsmesssignal eines dritten Bewegungssensors (21) mit dem Bewegungsmesssignal des zweiten Bewegungssensors (19) zu einem resultierenden Bewegungsmesssignal zusammengeführt wird.

Zeichnung