AT527599B1

AT527599B1 - Fully automatic track construction machine

Info

Publication number: AT527599B1
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: AT527599A4; 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.A fully automatic track construction machine (2) for tamping a track formed from rails (16) and sleepers (9) is described, comprising a machine frame supported on rail bogies (12), a track lifting and straightening unit (13) with tamping units (1), a position-determining device for determining the position of the track construction machine on the track, and a control computer (41) integrated into a wireless network (36). In order to create advantageous working conditions, it is proposed that a hand-held control unit (24) be integrated into the wireless network (36) for transmitting and receiving event data, that a means for determining the relative position of the track construction machine and the hand-held control unit (24) be provided, that the hand-held control unit be equipped with a marking device for marking event locations on the track, and that the control computer (41) calculates work instructions for the track construction machine (2) from the marking and the relative position at a marking time.

Description

[0001] 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 GleishebeRicht-Aggregat mit Stopfaggregaten, mit einer die Position der Gleisbaumaschine im Gleis bestimmenden Positionsbestimmungseinrichtung und mit einem Steuercomputer, der in ein drahtloses Netzwerk eingebunden ist. [0001] The invention relates to a fully automatic, and possibly autonomous, track construction machine for tamping a track formed from rails and sleepers, with a machine frame supported on rail bogies, with a track lifting and straightening unit with tamping units, with a position determining device determining the position of the track construction machine in the track and with a control computer which is integrated into a wireless network.

[0002] 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 Schleifmaschinen, Dynamische Gileisstabilisatoren, Oberleitungsfahrzeuge, elektronische Gleismesswagen, Abbrennstumpfschweißmaschinen, Schotterreinigungs- und Planumsverbesserungsmaschinen. [0002] There are a variety of track construction machines used for the maintenance of track systems. These include tamping machines, which correct the track alignment of ballasted tracks, and leveling machines, which level and shift ballast according to specified ballast profiles. Other well-known machines include milling, planing, rotary planing, and grinding machines, dynamic ballast stabilizers, overhead line vehicles, electronic track measuring vehicles, flash butt welding machines, ballast cleaning, and formation improvement machines.

[0003] Stopfmaschinen sind Maschinen, die die Gleislage berichtigen. Mit Hilfe eines GleishebeRichtaggregates 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 im Zwischenfach zwischen den Schwellen tauchen, um Zerstörung und Beschädigung der Schwellen zu verhindern. [0003] Tamping machines are machines that correct the track alignment. With the help of a track lifting and straightening unit, the track is raised and laterally aligned until the difference between the specified target position and the actual position is zero. The track is then secured in this position by compacting the ballast beneath the sleepers with the help of a tamping unit. The lifting and straightening of the track is accomplished via hydraulic lifting and straightening cylinders with proportional or servo controls. The tamping tools of such track maintenance machines must precisely insert themselves into the gap between the sleepers to prevent destruction or damage to the sleepers.

[0004] 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. [0004] Tamping machines can be automated in such a way that they fully automatically detect the position of the sleepers and automatically advance, correct the track position, and fix it by tamping the ballast. For example, WO2016/081971A1 discloses an automatic control system for a lifting and leveling unit of a tamping machine. Such a control system is an essential feature for a tamping machine to operate automatically.

[0005] 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. [0005] According to the teaching of WO2016/081971A1, it is known to measure a switch during processing and to independently and automatically adjust and control tamping units and the lifting-straightening unit. WO2020191420A1 discloses a ballast leveling machine in which working units such as the side plough and center plough are automatically controlled. These known devices all aim to control the machines fully automatically. This is an essential prerequisite for autonomously operating machines. Qualified machine operators are expensive and rare, which is why the development of machines that can operate fully automatically and autonomously is of great importance.

[0006] 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 Ubergang Übergangsbogen zum Vollbogen etc.) genau (10cm) synchronisiert werden müssen, da sich sonst der Wegfehler akkumuliert. [0006] Various optical methods are known for monitoring and controlling such autonomous machines, for example, using laser scanners, video cameras, or inductive sensors that can detect the position of the rails and rail fastenings. This enables the automatic, precise positioning of the tamping tools during the advance. Tamping machines typically measure the advance path using odometers. However, these exhibit slippage, which is why they must be precisely synchronized (10 cm) at key points on curves (transition from a straight line to a transition curve or transition from a transition curve to a full curve, etc.), as otherwise the path error accumulates.

[0007] Im realen Gleis sind Hindernisse vorhanden bei denen ein Teil der Werkzeuge, beispielsweise Stopfpickel, weggeschwenkt werden, die Stopfaggregate querverschoben werden müssen bzw. nicht abgesenkt werden dürfen oder Aggregate zum Ausweichen (Kehrbürste) angehoben werden müssen. Teilweise werden diese Hindernisse automatisch detektiert. Es gibt allerdings Hindernisse, wie Kabel, die im Schotter liegen, die nicht automatisch erkannt werden. Bahnübergänge oder Übergänge zu und von Brücken benötigen spezielle Arbeitsweisen. Diese Ubergänge sind von der Maschine aus nicht oder zu spät zu erfassen. Das gilt auch für andere Gleisinstandhaltungsmaschinen wie Schotterplaniermaschinen. Auch diese weisen Arbeitsaggregate (Flankenpflug, Mittelpflug und Kehrbürste) auf, die Hindernissen ausweichen müssen. Hindernisse [0007] On real tracks, obstacles exist where some of the tools, such as tamping picks, must be swung aside, the tamping units must be moved laterally or must not be lowered, or units must be raised to avoid obstacles (sweeping brushes). Some of these obstacles are detected automatically. However, there are obstacles, such as cables lying in the ballast, that are not automatically detected. Level crossings or transitions to and from bridges require special working methods. These transitions cannot be detected by the machine, or can be detected too late. This also applies to other track maintenance machines, such as ballast levelers. These also have working units (side plough, center plough, and sweeping brush) that must avoid obstacles.

sind Balisen, Heißläuferdetektoren, Meldekontakte, Kabel etc. In der Praxis wird die Position von Hindernissen im Gleis durch vorausgehendes Personal mittels Farbe auf den Schwellen markiert. Nähert sich der Stopfer dieser Position dann steuert er abhängig vom markierten Hindernis die Arbeitsaggregate. Auf einer herkömmlichen Stopfmaschine befinden sich mindestens zwei Maschinisten. Einer arbeitet in der in Arbeitsrichtung vorderen Kabine, wo der Gleislagecomputer installiert ist. Er gibt Korrekturwerte ein und synchronisiert die Maschine zu Bogenhauptpunkten. Er gibt dem Stopfer, dem zweiten Maschinisten, Anweisungen über Sprechfunk, wenn sich die Maschine beispielsweise einem Bahnübergang nähert. are beacons, hot box detectors, signal contacts, cables, etc. In practice, the position of obstacles in the track is marked by personnel ahead using paint on the sleepers. When the tamper approaches this position, they control the working units depending on the marked obstacle. A conventional tamping machine has at least two operators. One works in the cabin at the front in the direction of travel, where the track position computer is installed. They enter correction values and synchronize the machine to key curve points. They give the tamper, the second operator, instructions via radio, for example when the machine approaches a level crossing.

[0008] Zur Bestimmung der genauen Position der Gleisbaumaschine im Gleis finden RTKGNSSSysteme (Real time kinematic global navigation satellite system) Verwendung, welche die Positionierung der Gleisbaumaschine im Gleis auf wenige mm genau erlauben (AT523717A4). [0008] To determine the exact position of the track construction machine on the track, RTKGNSS systems (Real time kinematic global navigation satellite system) are used, which allow the positioning of the track construction machine on the track to within a few mm (AT523717A4).

[0009] 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. [0009] The invention is based on the object of enabling fully automatic, autonomous operation of the machine with only one supervisor. This supervisor should be able to be located either outside the machine or on top of it. The supervisor should be able to detect incidents, such as obstacles, switches, etc., located in front of the track-laying machine in the working direction and transmit their position to the track-laying machine.

[0010] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass in das drahtlose Netzwerk zum Übertragen und Empfangen von Ereignisdaten ein Handsteuergerät eingebunden ist, dass ein Mittel zur Bestimmung der Relativposition von Gleisbaumaschine und Handsteuergerät vorgesehen ist, dass das Handsteuergerät mit einer Markierungsvorrichtung zum Markieren von Ereignisstellen im Gleis ausgestattet ist und dass der Steuercomputer aus Markierung und Relativposition zu einem Markierungszeitpunkt Arbeitsanweisungen für die Gleisbaumaschine errechnet. [0010] The invention achieves the stated object in that a hand-held control device is integrated into the wireless network for transmitting and receiving event data, in that a means for determining the relative position of the track construction machine and the hand-held control device is provided, in that the hand-held control device is equipped with a marking device for marking event locations in the track and in that the control computer calculates work instructions for the track construction machine from the marking and the relative position at a marking time.

[0011] 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. Uber 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. [0011] A supervisor communicates with the machine via a radio link using a handheld control unit with a screen that they carry with them. Suitable means are provided to determine the relative position between the handheld control unit and the track construction machine. For this purpose, both can be equipped with absolute position measuring devices, such as GPS, or an exact distance measurement between the track construction machine and the handheld control unit is provided. When the supervisor moves along the track and finds themselves at an incident location, particularly at the location of an obstacle, they enter a corresponding marker to identify the location or obstacle. The marker data is transmitted to the control computer along with the relative position or the exact distance of the handheld control unit from the track construction machine. The machine processes this information via the control computer and reacts with appropriate control movements of the working units when the track construction machine is located at the marked incident with its working units. Exact localization is achieved, for example, via the transmitted distance and the measured right-of-way or via the GPS data.

[0012] 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. [0012] The handheld control unit can have operating elements for marking event locations, particularly obstacles, and, if necessary, measure the distance to the event location. The control computer can determine the position of the event location on the track from the relative position and distance.

[0013] Die Verbindung ist sicher zu gestalten, damit sich die Maschine nicht auf Grund einer Fehlfunktion oder Abbruch der Funkverbindung unkontrolliert auf dem Gleis fortbewegt. [0013] The connection must be designed to be secure so that the machine does not move uncontrollably on the track due to a malfunction or interruption of the radio connection.

[0014] 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. [0014] Preferably, the control computer checks whether the radio connection to the supervisor is functioning. This is done via a handshake process. If there is no feedback for a specified period of time (e.g., 10 seconds), the track-laying machine stops and informs the control center. Furthermore, the hand-held control unit can have an emergency stop function or a dead-man function. If this is not activated within a recurring period of time, thereby demonstrating the supervisor's readiness to act, the machine also stops and informs the control center. Occupational safety is ensured by safety devices (e.g., light curtains) on the work units (such as tamping units). If the secured area is violated, the machine shuts down immediately.

[0015] 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. [0015] Advantages of the invention arise from the elimination of the operating crew and the elimination of the necessary work of manually marking obstacles on the track in front of the machine. Another advantage is that the supervisor no longer needs in-depth knowledge of the machine's functions. A further advantage arises from the elimination of necessary work cabins (elimination of operator seats, control panels, etc.), including the installation and reduction of human-machine interfaces (control elements, touch panels, video cameras, etc.) for work. This results in significant savings in investment and labor costs.

[0016] Es sind verschiedene Methoden zur genauen Bestimmung der Relativposition zwischen Gleisbaumaschine und Handsteuergerät geeignet. Dazu zählen beispielsweise, Laserdistanzmeter, Lidar-Geräte, die Verwendung von Bluetooth-Einrichtungen (oder WLAN-Signalen) zur Messung der Entfernung auf Basis der Signalabschwächung mit der Entfernung oder der Zeitmessung ausgesandter und rückgesandter Impulse. Trägt die Aufsichtsperson ein Smartphone oder Tablet, dann steht auch die Satellitenbestimmung des Ortes zur Verfügung, wenn die Maschine über ein GNSS verfügt. Ubliche Smartphones und Tablet sind mit GNSS-Funktionen ausgestattet. Sie sind gleichzeitig für Bluetooth- oder WLAN-Anwendungen geeignet. Dazu können Smartphone- und Tablet-Applikationen vorgesehen sein, die über das Videobild und Zusatzfunktionen, die Entfernungen von Gegenständen im Bild errechnen und bestimmen. Zur Bestimmung der Neigung über der Ereignisstelle, kann das Handsteuergerät mit einem Neigungssensor ausgestattet sein. [0016] Various methods are suitable for accurately determining the relative position between the track-laying machine and the handheld control unit. These include, for example, laser distance meters, lidar devices, the use of Bluetooth devices (or Wi-Fi signals) to measure distance based on signal attenuation with distance, or the timing of emitted and returned pulses. If the supervisor carries a smartphone or tablet, satellite location determination is also available if the machine is equipped with GNSS. Common smartphones and tablets are equipped with GNSS functions. They are also suitable for Bluetooth or Wi-Fi applications. For this purpose, smartphone and tablet applications can be provided that calculate and determine the distances of objects in the image using the video image and additional functions. To determine the inclination above the incident location, the handheld control unit can be equipped with an inclination sensor.

[0017] 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. [0017] In addition to the handheld control unit, the supervisor can be equipped with another mobile device (smartphone or tablet) for marking faults, obstacles, or generally any point of interest on the track. All functions can also be combined in a single device. The tablet or smartphone has Wi-Fi or Bluetooth (with a version that supports "direction finding"). Using an application on the smartphone or tablet, the location of a specific obstacle or area can be marked, and the information can be transmitted to the machine in real time, for example via Wi-Fi. The distance to the machine can be transmitted with the required accuracy via radio direction finding. Bluetooth LE (BLE) signals, Wi-Fi signals, or UWB (UWB Ultra Wide Band) signals are suitable for radio direction finding (signal strength measurement and direction measurement). A Bluetooth transmitter (BLE beacon), for example, can be located on the track maintenance machine and placed within direct line of sight of the handheld control unit. The handheld control unit, or possibly a tablet or smartphone, continuously determines the relative position to the track maintenance machine (distance and direction vector) and transmits this data along with the markings to the track maintenance machine. The track maintenance machine can then derive a vector for marking the upcoming obstacle. If the supervisor carries an RTKGNSS antenna with a receiver and such a system is also installed on the construction machine, the supervisor can transmit precise satellite coordinates of the obstacle to the machine via GNSS.

[0018] Wenn die Lage und die Art des Hindernisses bekannt sind, dann hebt die Maschine beispielsweise die Schotterkehrbürste oder einzelne Stopfpickel am Hindernis automatisch hoch und senkt diese nach dem Hindernis wieder ab. [0018] If the location and type of obstacle are known, the machine automatically lifts the gravel sweeping brush or individual tamping picks at the obstacle and lowers them again after the obstacle.

[0019] Über einen WLAN Access Point auf der Maschine mit der Antennenausrichtung in Arbeitsrichtung hat das Mobile Handsteuergerät vor der Gleisbaumaschine einen Netzwerkzugang zur Maschine. [0019] The mobile hand control unit in front of the track construction machine has network access to the machine via a WLAN access point on the machine with the antenna aligned in the working direction.

[0020] 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. [0020] Using lidar devices mounted at the front and rear of the machine, the danger zone directly in front of and behind the machine can be monitored. If this area is breached, for example, by a person entering the danger zone, the machine shuts down and notifies the supervisor and a central control center.

[0021] 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. [0021] The area of the tamping units can also be monitored by the machine using lidar devices mounted to the left and right of the track maintenance machine. If this area is violated, for example, by a person entering the danger zone, the machine shuts down and informs the supervisor and a central control center.

[0022] In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen [0023] Fig. 1 Stopfmaschine in Seitenansicht, [0024] Fig. 2 Handsteuergerät in Draufsicht und [0022] The subject matter of the invention is illustrated by way of example in the drawings. They show [0023] Fig. 1 tamping machine in side view, [0024] Fig. 2 manual control device in plan view and

[0025] Fig. 3 eine Kommunikationsschema zwischen einem im Gleis von einer Aufsichtsperson gehaltenen Handsteuergerät und der Gleisbaummaschine. [0025] Fig. 3 shows a communication scheme between a hand-held control device held in the track by a supervisor and the track tree machine.

[0026] 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 Gileishebe-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. In das drahtlose Netzwerk 36 ist zum Übertragen und Empfangen von Ereignisdaten ein Handsteuergerät 24 eingebunden. Es ist ein Mittel zur Bestimmung der Relativposition von Gleisbaumaschine und Handsteuergerät 24 vorgesehen. Das Handsteuergerät ist mit einer Markierungsvorrichtung zum Markieren von Ereignisstellen im Gleis ausgestattet. Der Steuercomputer 41 errechnet aus Markierung und Relativposition zu einem Markierungszeitpunkt Arbeitsanweisungen für die Gleisbaumaschine 2. [0026] Fig. 1 schematically shows a track maintenance machine 2 operating fully automatically and autonomously in the working direction W for tamping a track formed by rails 16 and sleepers 9, comprising a machine frame supported on rail bogies 12, a rail-leveling unit 13 with tamping units 1, a position-determining device for determining the position of the track maintenance machine on the track, and a control computer 41 integrated into a wireless network 36. A handheld control unit 24 is integrated into the wireless network 36 for transmitting and receiving event data. A means for determining the relative position of the track maintenance machine and the handheld control unit 24 is provided. The handheld control unit is equipped with a marking device for marking event locations on the track. The control computer 41 calculates work instructions for the track maintenance machine 2 from the marking and relative position at a marking time.

[0027] 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. [0027] The track-laying machine 2 can be moved along the rails 16, which are mounted on sleepers 9, by means of the rail bogies 12. A tamping unit 1 comprises tamping picks 8, tamping arms 7, and a mounting bracket 6.

[0028] 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. Uber den Steuercomputer 41 kommuniziert die Maschinensteuerung mit dem Handsteuergerät 24, Das Hebe-Richt-Aggregat 13 verfügt über Hebezylinder 3 und Richtzylinder 4. Uber 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. [0028] The track maintenance machine 2 has a control and measuring system required to measure the current track position. It consists of three measuring carriages 10, 11. The machine has a drive 5, a work cabin 14, and two driver cabins 17. The machine control system communicates with the manual control unit 24 via the control computer 41. The lifting and straightening unit 13 has lifting cylinders 3 and straightening cylinders 4. The machine is supplied with GNSS coordinates (GNSS Global Navigation Satellite System) via a satellite antenna 18 and a satellite receiver. The machine has WLAN with antenna 19 (WLAN Wireless Local Area Network) and, for example, a Bluetooth beacon transmitter 20. A lidar scanner 38 automatically scans the area in front of and behind the machine for obstacles or people stepping onto the track. If a person is detected within a danger zone, the machine automatically stops and informs the control center. The area around the work units is monitored by a light curtain 39, using lidar scanners mounted on the left and right sides of the machine. If someone enters the secured area, the machine or unit is shut down.

[0029] 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 der autonomen Gleisbaumaschine 2 kommuniziert. Uber das WLAN 21 können Bildschirmbilder 22 zur etwaigen Bedienung der Maschine durch die Aufsichtsperson, die sich außerhalb der Maschine aufhält, von der Gleisbaumaschine 2 auf das Handsteuergerät 24 und dessen Display 22 übertragen werden. Das Handsteuergerät 24 verfügt über einen Steuercomputer 32. Uber einen Notaustaster 25 kann die Gleisbaumaschine 2 abgestellt werden. Uber einen Lebend-Taster 29, den der Aufsichtsperson innerhalb einer gewissen Zeitspanne (z. B. 1 Minute) drücken muss, erkennt das Steuersystem der Gleisbaumaschine 2, dass der Aufsichtsperson noch handlungsfähig und aktiv ist. Wird innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne die Taste nicht gedrückt, stellt sich die Gleisbaumaschine 2 ab und bremst sich ein. Automatisch wird die Steuerzentrale benachrichtigt. Wird die Funkverbindung (WLAN) unterbrochen stellt sich die Gleisbaumaschine 2 ebenfalls ab, bremst sich ein und informiert die Steuerzentrale. Das Handsteuergerät 24 sendet in regelmäßigen Abständen eine AktivNachricht an die Gleisbaumaschine 2 und bestätigt den Empfang. Wird dieser Zyklus eine gewisse Zeitspanne lang unterbrochen, dann stellt sich die Maschine ab, bremst sich ein und informiert die Steuerzentrale. Uber Kreuztaster 26 können durch den Bediener, bei Bedarf, gewisse Einstellungen (Hilfestellung) vorgenommen werden. Die Markierungsvorrichtung umfasst einen [0029] Fig. 2 shows a handheld control unit 24 with a touch display 22, which communicates with the autonomous track-laying machine 2 via a satellite antenna or WLAN antenna 21 and WLAN transmitter/receiver 30, or via a Bluetooth antenna 23 and, if applicable, a Bluetooth transmitter/receiver 31. Via WLAN 21, screen images 22 for possible operation of the machine by the supervisor, who is located outside the machine, can be transmitted from the track-laying machine 2 to the handheld control unit 24 and its display 22. The handheld control unit 24 has a control computer 32. The track-laying machine 2 can be shut down via an emergency stop button 25. Via a life button 29, which the supervisor must press within a certain period of time (e.g., 1 minute), the control system of the track-laying machine 2 detects that the supervisor is still capable of acting and active. If the button is not pressed within the specified time period, the track construction machine 2 stops and brakes. The control center is automatically notified. If the radio connection (WLAN) is interrupted, the track construction machine 2 also stops, brakes, and informs the control center. The hand-held control unit 24 sends an active message to the track construction machine 2 at regular intervals and confirms receipt. If this cycle is interrupted for a certain period of time, the machine stops, brakes, and informs the control center. Using the 4-way pushbutton 26, the operator can make certain settings (assistance) as needed. The marking device includes a

Hindernistaster 28 mit dem ein punktuelles Hindernis im Gleis der Maschine markiert werden kann. Uber die Tasten 27 kann ein ausgedehntes Hindernis im Gleis oder eine bestimmte besonders zu behandelnde Stelle im Gleis markiert werden. Werden die Tasten 27, 28 gedrückt, dann könnte beispielsweise am Schirm 22 aus einer Liste die Art des Hindernisses und dessen Länge und Höhe im Gleis (Schieneninnen oder Schienenaußen, über / unter Schienenoberkante) angegeben und diese Information an die Maschine 2 übertragen werden. Zu diesem Zweck stellt sich der Aufsichtsperson in Gleislängsrichtung genau an die Position des Hindernisses und drückt dann die entsprechende Taste 27, 28. Uber Bluetooth 23 wird beispielsweise der exakte Abstand zwischen Handsteuergerät 24 und Gleisbaumaschine 2 ermittelt. Damit kann die Gleisbaumaschine automatisch (über das auf der Gleisbaumaschine aufgebaute Wegmessrad (Odometer)) die Arbeitsaggregate (1, 13) adäquat 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. Obstacle button 28 with which a specific obstacle on the track can be marked. Using buttons 27, an extensive obstacle on the track or a specific location on the track requiring special treatment can be marked. If buttons 27, 28 are pressed, the type of obstacle and its length and height on the track (inside or outside of the rail, above/below the top of the rail) could be displayed on screen 22 from a list, and this information could be transmitted to machine 2. For this purpose, the supervisor positions himself exactly at the position of the obstacle in the longitudinal direction of the track and then presses the corresponding button 27, 28. Via Bluetooth 23, for example, the exact distance between the hand control unit 24 and track maintenance machine 2 is determined. This allows the track maintenance machine to automatically control the work units (1, 13) appropriately (via the distance measuring wheel (odometer) mounted on the track maintenance machine). For example, if an induction magnet is not dismantled, a sweeping brush can be automatically raised in the appropriate area. If a cable is indicated which runs transversely in the intermediate compartment between the sleepers, then the tamping units are not used in this area, or the supervisor adjusts the position of the units from the outside using the operating elements 26, for example, so precisely that the cable is not damaged by the tamping picks during diving.

[0030] 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. [0030] Fig. 3 shows the front cabin 17 with control computer 41, Bluetooth (BLE Beacon) connection 37 to the handheld control unit 24 and wireless network 36, possibly a WLAN connection to the handheld control unit 24. The front measuring carriage 10 is typically used to synchronize the machine. Determined distances Di, DSi+1, DEI+1, Di+2, etc. ideally refer to the distance between the measuring carriage 10 and a observed obstacle on the track. The supervisor, for example, moves in front of the machine in the working direction W on the track. If he is located at the position of an obstacle, for example a cable 33 running transversely in the intermediate compartment, then the distance Di, for example, is determined via Bluetooth and transmitted to machine 2 and processed there. When the tamping units reach this location, the machine automatically influences the operation of the working units. For an extended obstacle 34, start DSi+1 and end DEi+1 are marked and transmitted analogously to machine 2.

[0031] 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. [0031] Instead of marking via the handheld control unit 24, the marking can also be entered via a smartphone 40 and a program running on it. The Bluetooth function of the smartphone 40 can be used for marking. This eliminates the need to set up a Bluetooth device on the handheld control unit. The program on the smartphone allows the selection of the type, location, and height of the obstacle.

[0032] Die Aufsichtsperson kann neben Hindernissen auch die exakte Lage von Synchropunkten (Bogenhauptpunkte, Mastpositionen etc.) eingeben, damit der Schlupf des Odometers kompensiert wird. [0032] In addition to obstacles, the supervisor can also enter the exact position of synchronization points (main arc points, mast positions, etc.) to compensate for the slip of the odometer.

[0033] Natürlich kann auch die hintere Kabine in Arbeitsrichtung W mit einem Bluetooth-Beacon 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. [0033] Of course, the rear cabin in the west direction of travel can also be equipped with a Bluetooth beacon or Wi-Fi transmitter/receiver. In this case, the supervisor can use a standard device (fixed-point measuring device) to measure the absolute position relative to the fixed points on the masts behind the track maintenance machine. The current height and distance values measured by the supervisor, as well as the mast position at which the measurement was taken, are transmitted to the track maintenance machine. The control computer compares the actual data thus acquired with the target data on the corresponding mast, and its control system automatically corrects to compensate for any trend.

[0034] 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. [0034] The type, distance Di to the track construction machine 2, and height of obstacles on the track 33, 34, 35 can be transmitted to the track construction machine 2 via the wireless network. The track construction machine 2 can have functions that react accordingly to the marked obstacles on the track and, once the corresponding position Di is reached, control the working units in such a way that damage to the marked obstacles is avoided.

Claims

Patent claims

1. A fully automatic track construction machine (2) for tamping a track formed from rails (16) and sleepers (9), comprising a machine frame supported on rail bogies (12), a track lifting and straightening unit (13) with tamping units (1), a position-determining device determining the position of the track construction machine (2) in the track, and a control computer (41) integrated into a wireless network (36), characterized in that a hand-held control unit (24) is integrated into the wireless network (36) for transmitting and receiving event data, a means for determining the relative position of the track construction machine and the hand-held control unit (24) is provided, the hand-held control unit (24) is equipped with a marking device for marking event locations (33, 34, 35) in the track, and the control computer (41) generates work instructions for the track construction machine (2) from the marking and the relative position at a marking time. calculated.

2. Autonomously operating track construction machine (2) according to claim 1, characterized in that the manual control device (24) has an emergency stop function (25).

3. Autonomously operating track construction machine (2) according to claim 1 or 2, characterized in that the manual control device (24) has a dead man function (29).

4. Autonomously operating track construction machine (2) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the hand control device (24) has a display (22) via which machine functions can be displayed and controlled.

5. Autonomously operating track construction machine (2) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the manual control device (24) has operating elements (26) for controlling track construction machine functions.

6. Autonomously operating track construction machine (2) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the hand control device (24) has operating elements (28, 27) for marking event locations, in particular obstacles (33, 34, 35), that the hand control device measures the distance to the event location and the control computer (41) determines the position of the event location in the track from the relative position and distance.

7. Autonomously operating track construction machine (2) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hand-held control device (24) is a smartphone (40) or a tablet equipped with a device for measuring the distance to the event location, optionally a 3D camera and/or an inclination sensor.

8. Autonomously operating track construction machine (2) according to one of claims 1 to 7, characterized in that lidar devices (39) for monitoring the danger area are provided at least in the area of the tamping units to the left and right of the track construction machine (2).

9. Autonomously operating track construction machine (2) according to one of claims 1 to 8, characterized in that lidar devices (38) are provided in front of and behind the track construction machine (2) for monitoring the danger area.

2 sheets of drawings