AT527618A1 - Schienen-Messwagen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schienen-Messwagen mit zumindest einem ersten Führungselement (2) zur Führung des Messwagens (1) entlang einer Fahrtrichtung (7) auf einer Schiene (8) und zumindest einem Tragelement (9) zur Halterung von Schienen-Messvorrichtungen (10), wobei das Tragelement (9) mit dem zumindest einen ersten Führungselement (2) gekoppelt ist, sodass das Tragelement (9) mittels des Führungselementes (2) entlang der Schiene (8) führbar ist. Der Messwagen (1) umfasst eine erste Inertial-Sensorik (11) und zumindest eine zweite Inertial-Sensorik (12) zur Messung von Bewegungen des Tragelementes (9), wobei die erste Inertial-Sensorik (11) einem ersten Bezugspunkt (4) auf dem Tragelement (9) zugeordnet ist und die zweite Inertial-Sensorik (12) einem zweiten Bezugspunkt (5) auf dem Tragelementes (9) zugeordnet ist, und wobei der erste Bezugspunkt (4) und der zweite Bezugspunkt (5) in einer festgelegten Position (6) zueinander an dem Tragelement (9) angeordnet sind, sodass mittels der festgelegten Position (6) des ersten und zweiten Bezugspunktes (4,5) zueinander auch eine jeweilige aktuelle Position des Tragelementes (9) bestimmbar ist, welcher zur Korrektur von zu vermessender Schienenparameter herangezogen werden kann.

Description

sen von Schienen, Weichen und weiterer, im Gleis verbauter Infrastruktur.

Schienen-Messwagen bzw. -Messfahrzeuge sowie auch stationäre SchienenMessgeräte sind aus dem Stand der Technik bekannt und weit verbreitet. Sie werden zur Bestimmung unterschiedlichster Schienen-Kenngrößen verwendet, hinsichtlich Gleisgeometrien, Schienendefekten, Oberflächenunebenheiten etc. und dienen zur Ermittlung der Schienen-Parameter bezüglich der Einhaltung vorgege-

bener Normen, sowie zur Nachbearbeitung und Instandhaltung der Schienen.

In der AT 520526 B1 ist ein Schienenfahrzeug mit einem Fahrzeugrahmen offenbart, der auf Schienenfahrwerken abgestützt auf Schienen eines Gleises verfahrbar ist, umfassend eine erste Messplattform mit einem ersten Inertial- Messsystem zur Erfassung eines Gleisverlaufs und einer ersten Raumkurve. Dabei ist an dem Schienenfahrzeug eine zweite Messplattform angeordnet, die ein zweites InertialMesssystem zur Erfassung einer zweiten Raumkurve und zumindest eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Oberflächenpunkten einer Gleisstrecke umfasst. Mit der zweiten Messplattform und dem zweiten Inertial-Messsystem wird die Be-

wegung der Sensoreinrichtung im dreidimensionalen Raum erfasst.

Nachteilig bei Schienen-Messvorrichtungen aus dem Stand der Technik ist, dass diese einerseits bei stationären Messungen oftmals eine Mehrzahl an Messaggregaten zur Ermittlung der Schienen- bzw. Gleiszustände erfordern, und somit mehre unterschiedliche Messvorgänge an der Schiene durchgeführt werden müs-

sen, welche zu höheren Standzeiten und Unterbrechungen an den Gleisen führen,

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bußen hinsichtlich der Messqualität führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Schienen-Messvorrichtung und ein Messverfahren zur Verfügung zu stellen, mittels derer ein Benutzer in der Lage ist, präzise SchienenMessungen vornehmen zu können und dennoch die Standzeiten bzw. Wartungs-

aufwände möglichst gering zu halten.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprü-

chen gelöst.

Der erfindungsgemäße Schienen-Messwagen, umfasst zumindest ein erstes Führungselement, wobei das zumindest eine Führungselement zur Führung des Messwagens entlang einer Fahrtrichtung auf einer (zu vermessenden) Schiene vorgesehen ist.

Weiters umfasst der Messwagen zumindest ein (starres) Tragelement zur Halterung (bzw. Montage) von Schienen-Messvorrichtungen, wobei das Tragelement mit dem zumindest einen ersten Führungselement gekoppelt ist, sodass das Tragelement mittels des Führungselementes entlang der Schiene führbar ist, bzw. ebenfalls gegenüber der Schiene gelagert ist, und zeichnet sich dadurch aus, dass der Messwagen eine erste Inertial-Sensorik und zumindest eine zweite InertialSensorik zur Messung von Bewegungen des Tragelementes umfasst, wobei die erste Inertial-Sensorik einem ersten Bezugspunkt auf dem Tragelement zugeordnet ist und die zweite Inertial-Sensorik einem zweiten Bezugspunkt auf dem Tragelementes zugeordnet ist, und wobei der erste Bezugspunkt und der zweite Bezugspunkt in einer festgelegten Position (in einem Abstand) zueinander an dem Tragelement angeordnet sind, sodass mittels der festgelegten Position des ersten und zweiten Bezugspunktes zueinander auch eine jeweilige (aktuelle, inertiale)

Position des Tragelementes bestimmbar ist.

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der beiden Bezugspunkte und deren festgelegten Position zueinander bestimmt.

Mittels der erfindungsgemäßen Ausbildung ist es möglich, den Bewegungsablauf des Tragelementes (gegenüber der Schiene) selbst zu erfassen bzw. zu überwachen und somit ein Bewegungsprofil anhand der erfassten Inertial-Bewegungen zu erstellen. Dadurch können sämtliche weiteren erfassten Messwerte, unabhängig von der spezifischen Ausgestaltung der an dem Tragelement zu montierenden Messvorrichtung(en), hinsichtlich der Bewegungen der Messvorrichtung(en) während der Fahrt korrigiert werden, um hochpräzise Messergebnisse zu erhalten, in-

dem die Bewegung des Tragelementes selbst miteinbezogen wird.

Das zumindest eine Führungselement selbst ist bevorzugt in der Form eines Rollund/oder Gleitelementes ausgebildet, sowie zur Auflage bzw. Lagerung des Messwagens auf der Schiene. Hierbei sei grundsätzlich auf die gemäß der aus dem

Stand der Technik bekannten Mittel bezüglich einer Lagerung oder Führung derar-

tiger Messwagen auf einer Schiene hingewiesen.

Das Tragelement, welches zur Aufnahme bzw. Halterung von Messvorrichtungen ausgebildet ist, ist mit diesem zumindest einen Führungselement gekoppelt und wird bezüglich der Inertial-Messung als starr angenommen, sodass die von dem Führungselement auf das Tragelement übertragenen Störeinflüsse zu jeden Zeit-

punkt (bezüglich einem fahrenden Zustand) bestimmbar bzw. ermittelbar ist. Bau-

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sein können.

Bezüglich der Inertial-Messung wird die aktuelle Inertiale Position des Tragelementes mittels Integration der jeweiligen Beschleunigungssignale der beiden Inertial-Sensoriken ermittelt, womit 2 Punkte des Tragelementes im Raum bekannt sind, und anhand der geometrischen Verhältnisse der Sensoriken zueinander (z.B. eine Gerade, die durch die 2 beabstandeten Punkte verläuft), aufgrund ihrer festgelegten Position zueinander, sowohl die Höhenposition des Tragelementes bezüglich jeder der beiden Sensoriken als auch dessen Neigung bezüglich dieser zueinander bestimmt werden. Anhand dessen ist es möglich, die Position von beliebig vielen Abstands-Sensoren (in Form von Messvorrichtungen) am Tragelement

zu bestimmen, ohne die Anzahl an Inertial-Sensoren erhöhen zu müssen.

Ein Erfassungsintervall der Inertial-Sensoriken kann prinzipiell an die jeweiligen verwendeten Messvorrichtungen angepasst werden. Bevorzugt kann vorgesehen werden, dass dieses Intervall an ein Messintervall einer Messvorrichtung anpass-

bar, bzw. einstellbar ist.

Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Maßnahme ist, dass alle mit dem Messwagen ermittelten Messwerte kontinuierlich und mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit aufgezeichnet werden können und dass es möglich ist, alle, für die Schienennachbearbeitung relevanten Messungen, normgerecht in nur einem Durchgang aufzuzeichnen. Ein erfindungsgemäßer Messwagen kann dabei bevorzugt mit Geschwindigkeiten in einem Bereich von etwa 6m/min bis 20km/h während dem Vermessen verfahren werden, wobei auch noch höhere Geschwindigkeiten denkbar sind. Im Vergleich; für eine Messung des Qualitätsindexes (EN 13231-2) gibt es bisher im Stand der Technik nur ein zugelassenes Messgerät, welches auf einer Strecke von nur 150mm „stationär“ messen kann. Mobile Messgeräte für die akustische Rauigkeit (EN 15610) aus dem Stand der Technik er-

möglichen lediglich Messungen bei Geschwindigkeiten bis zu 4km/h.

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hen.

Der Schienen-Messwagen kann dabei bezüglich des Tragelementes zur Aufnahme von Messvorrichtungen Schnittstellen und Halterungen oder andere Befestigungs- und Koppelungsmittel umfassen, sodass alle Arten von (Schienen-) Messvorrichtungen nachgerüstet werden können. So kann der Messwagen in seiner grundlegenden Ausführungsform und Ausstattung dazu eingerichtet sein, die Bewegungen des Tragelementes mittels der Inertial-Sensoriken zu erfassen und zumindest an eine auslesbare Speichereinheit zu übertragen und/oder mit einer Recheneinheit auszuwerten. Somit ist es auch möglich, die Inertial-Werte auch für nachzurüstende Messvorrichtungen lediglich bereitzustellen, sodass anhand der ermittelten Inertial-Bewegungen des Tragelementes in weiterer Folge für die nachgerüsteten Messvorrichtungen eine Sensor bzw. Messwertkorrektur in einem externen System vorgenommen werden kann, wenn diese z.B. nicht mit den am Messwagen vorgesehenen Maßnahmen kompatibel sind oder der Messwagen z.B. für eine Berechnung zusätzlicher, größerer Datenmengen nicht ausgelegt

wäre.

Eine mögliche Ausgestaltung sieht vor, dass eine Recheneinheit vorgesehen ist, welche mit der ersten und zumindest zweiten Inertial-Sensorik verbunden oder verbindbar ist (oder gegebenenfalls mit einer Speichereinheit, auf welcher die erfassten Inertial-Werte gespeichert sind), und die Recheneinheit dazu eingerichtet ist, eine jeweilige, mittels der ersten und zumindest zweiten Inertial-Sensorik erfasste Bewegung des Tragelementes bezüglich des ersten und zweiten Bezugspunktes zusammenzuführen, sodass eine translatorische Bewegung, sowie eine Rotation des Tragelementes (gegenüber der Schiene) bezüglich des ersten und

zweiten Bezugspunktes zueinander bestimmbar ist.

Eine mit den Inertial-Sensoriken verbundene Recheneinheit kann besonders be-

vorzugt am Schienen-Messwagen angeordnet sein. Ferner kann die Rechenein-

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ner kann das Fahrzeug auch von der Recheneinheit zentral gesteuert werden.

Die Recheneinheit kann aber auch als ein externes System in einer Steuerzentrale oder einem Zugfahrzeugt ausgebildet sein, welche die Messsignale der InertialSensoriken empfängt und/oder aus der erwähnten Speichereinheit auslesen kann. Weiters ist auch eine Recheneinheit in Form eines mobilen Gerätes möglich, welches mit dem Messwagen (bzw. Inertial-Sensoren und Messvorrichtungen) ver-

bunden werden kann, unter anderem auch ein Smartphone oder dergleichen.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Tragelement und dem zumindest einen ersten Führungselement zumindest eine Vibrationsdämpfung angeordnet ist, sodass das Tragelement gegenüber dem jeweiligen Führungselement bzw. dessen Schwingungen, verursacht durch die zu befahrende Schiene, gedämpft ist. Mit einer Vibrationsdämpfung ist eine verbesserte Erfassung der Inertial-Bewegungen vornehmbar, indem Störeinflüsse aufgrund von Unregelmäßigkeiten der Schiene über das Führungselement auf das Tragelement übertragen würden, soweit reduziert werden können, dass sie die Messergebnisse nicht mehr relevant beeinflussen. Insbesondere zur Tilgung hochfrequenter Schwingungen, bzw. hoher Störfrequenzen ist diese Maßnahme besonders vorteilhaft. So können kurze Wellenlängen der Schiene auf die Sensoren unterdrückt werden. Niedrige Störeinflüsse hingegen können von der Inertial-Sensorik hochgenau erfasst und bei der Messung bzw. bei deren Miteinbeziehung somit berücksichtigt werden. Zur Vollständigkeit sei erwähnt, dass bei einer Ausführung von mehreren Führungselementen eine derartige Vibrationsdämpfung zwischen jedem der Führungsele-

mente und dem Tragelement vorgesehen ist.

Die Vibrationsdämpfung kann in z.B. Form eines Elastomers, bzw. Silikon oder dergleichen ausgebildet sein. Bevorzugt besitzt die Vibrationsdämpfung sowohl fe-

dernde als auch dämpfende Eigenschaften. Unter anderem können auch Draht-

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eine Vibrationsdämpfung angeordnet ist.

Hinsichtlich der Anordnung der Inertial-Sensoriken kann vorgesehen sein, dass bezüglich der Fahrtrichtung der erste Bezugspunkt (bzw. auch die Inertial-Sensorik) an einem ersten Ende des Tragelementes angeordnet ist und der zweite Bezugspunkt an einem, dem ersten Ende gegenüberliegenden, zweiten Ende des Tragelementes angeordnet ist. Weiters können die Bezugspunkte auf einer gleichen Höhe gegenüber der Schiene, bzw. einer Aufstandsebene des Führungsele-

mentes angeordnet sein.

Das Tragelement selbst kann sich bevorzugt in Schienenlängsrichtung, bzw. entlang der Fahrtrichtung erstrecken und im Wesentlichen die Form eines Balkens aufweisen. Ferner können die Bezugspunkte auf einer Geraden am Tragelement

angeordnet sein, welche parallel zur Fahrt- bzw. Schienenlängsrichtung ist.

Bevorzugt kann an dem Tragelement zumindest eine Messvorrichtung angeordnet sein, wobei die Messvorrichtung unter anderem zum Vermessen von zumindest einem der folgenden Schienen-Parameter ausgebildet ist;

- eine Längswelligkeit der Schiene;

- eine akustische Rauigkeit der Schiene;

- ein Qualitätsindex der Schiene;

- Schienendefekte

- Lichtraumprofil;

- ein Querprofil der Schiene;

- eine Schienenkopfhöhe;

- ein Schienenabtrag.

Es sei hierbei zum allgemeinen Verständnis auf die aus dem Stand der Technik

bekannten Messvorrichtungen hingewiesen, welche an einem erfindungsgemäßen

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nahme bzw. Halterung in einem starren Verhältnis mit dem Tragelement.

In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Messwagen ferner einen Neigungssensor aufweist, wobei der Neigungssensor zur Bestimmung einer Lage des Tragelementes quer zur Fahrtrichtung und/oder in Fahrtrichtung eingerichtet ist. Der Neigungssensor kann zur Unterstützung bezüglich der Ermittlung einer ge-

nerellen Gleislage, sowie einer Lage des Messwagens verwendet werden.

Ferner kann vorgesehen sein, dass der Messwagen für zwei Schienen eines Gleises jeweils einen Messwagensatz aufweist, wobei ein jeweiliger Messwagensatz für eine jeweilige Schiene zumindest folgende Elemente umfasst;

- das zumindest eine erste Führungselement; und

- das mit dem zumindest einen ersten Führungselement gekoppelte Tragelement; und

- die erste und zumindest zweite Inertial-Sensorik.

Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, zeitlich beide Schienen eines Gleises mittels derselben Messmethode zu vermessen und bevorzugt mittels derselben Re-

cheneinheit auszuwerten.

Eine mögliche Weiterbildung sieht vor, dass der jeweiligen Messwagensätze über Querverbindungselemente miteinander verbunden sind, wobei die Querverbindungselemente bezüglich einer Erstreckung zwischen den Messwagensätzen

quer zur Fahrtrichtung elastisch veränderbar sind, sodass die jeweiligen Tragele-

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derte Verbindungselemente ausgebildet sein.

An diesem Punkt sei erwähnt, dass die Querverbindungselemente derart dimensioniert sind, dass diese bezüglich deren Eigenschaften die beiden Messwagensätze im Messwagen zueinander halten können, diese sich aber bezüglich deren Bewegungen auf den jeweiligen Schienen über die Querverbindungselemente nicht beeinflussen und somit zueinander gedämpft sind, beziehungsweise bezüglich deren Verlagerungen gegenüber der Schiene entkoppelt sind. Bevorzugt können auch die Querverbindungselemente eine Vibrationsdämpfung oder dergleichen aufweisen. Zur Vollständigkeit sei noch erwähnt, dass derartige Querverbindungselemente bei einem Messwagen vorgesehen sein können, welcher nur zum Vermessen von einer Schiene ausgebildet ist, und z.B. an der anderen Schiene geführt bzw. abgestützt sind, sodass das Tragelement von der weiteren Anord-

nung zur Führung des Messwagens entkoppelt ist.

Ferner wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Vermessen von Schienen gemäß der Ansprüche gelöst, umfassend die Schritte;

- Bereitstellen des Schienen-Messwagens,

- Verfahren des Schienen-Messwagens auf einer Schiene entlang der Fahrtrichtung des Messwagens;

- Erfassen von Inertial-Werten des zumindest einen Tragelementes bezüglich der jeweiligen Bewegung des ersten Bezugspunktes, sowie des zweiten Bezugspunktes mittels der ersten und zweiten Inertial-Sensorik während des Verfahrens des Schienen-Messwagens;

- - Berechnen einer jeweiligen Neigung und Position bezüglich der translatorischen Bewegung sowie der Rotation des zumindest einen Tragelementes zu einem jeweiligen Erfassung-Zeitpunkt der Inertial-Werte durch Zusammenführen der erfassten Inertial-Werte der ersten und zweiten Inertial-Sensorik mittels der

Recheneinheit.

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Wie bereits erwähnt kann somit die Position und Neigung des Tragelementes im Raum anhand der bekannten Positionen der beiden Inertial-Sensoriken berechnet werden. Die Recheneinheit weist diesbezüglich zumindest eine Speichereinheit (z.B. Datenlogger) zum Speichern der erfassten Inertial-Werte aufweist sowie eine Auswerteeinheit zum Berechnen der jeweiligen Neigungs- und Positionswerte bezüglich der einzelnen Erfassungszeitpunkte (und gegebenenfalls speichern/archi-

vieren der berechneten Werte in der Speichereinheit).

Wie eingangs erwähnt, kann zwischen der Schritte bezüglich des Erfassens der Inertial-Werte und dem Berechnen der jeweiligen Neigung und Position auch lediglich ein Speichern der erfassten Werte erfolgen, sodass das Berechnen bzw.

Zusammenführen zu einem wahlweise späteren Zeitpunkt erfolgen kann.

Bei der Verwendung von Messvorrichtungen können folgende Schritte vorgesehen sein,

- Bereitstellen zumindest einer Schienen-Messvorrichtung auf dem Tragelement des Schienen-Messwagens.

- Erfassen zumindest eines Schienen-Messwertes mittels der zumindest einen Messvorrichtung während des Verfahrens des Schienen-Messwagens entlang der Fahrtrichtung;

- Berechnen eines Schienen-Parameters unter Verwendung des erfassten Schienen-Messwerte, wobei die berechnete Neigung und Position des Tragelementes zum Zeitpunkt der Erfassung des Schienen-Messwertes mit dem Schienen-Messwert zusammengeführt wird, sodass eine aktuelle Ausrichtung und Position der Messvorrichtung auf dem Tragelement gegenüber der Schiene miteinbe-

rechnet wird.

Anhand der bekannten Position der Messvorrichtung auf dem Tragelement kann unter Berücksichtigung der Ausrichtung und des Befestigungsortes der Messvorrichtung auf dem Tragelement ein mit der Messvorrichtung ermittelter SchienenMesswert mittels der zuvor berechneten Neigung und Position korrigiert werden, um hochpräzise Schienen-Parameter zu erhalten. Somit umfasst das Bereitstellen

der Messvorrichtung auch ein Zuweisen einer eindeutigen Position auf dem Tra-

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gelement für die Berechnung (hinsichtlich geometrischen Beziehung sowie der daraus resultierenden zeitlichen Verzögerung beim Verfahren auf einer Schiene). Die Anpassung der Schienen-Werte zur Berechnung der Schienen Parameter mittels der Berechnung aus den Inertial-Werten kann dabei bevorzugt zeitgleich beim Messen während des Verfahrens erfolgen, indem eine laufende Messwertkorrektur vorgenommen wird. Eine an dem Tragelement angeordnete Messvorrichtung kann somit bevorzugt ebenfalls mit der Recheneinheit datentechnisch verbunden

sein.

Eine mögliche Weiterbildung sieht vor, dass zumindest zwei Messvorrichtungen auf dem Tragelement bereitgestellt werden und ein zeitgleiches Erfassen von jeweils zumindest einem Schienen-Messwert mittels jeder der zumindest zwei Messvorrichtungen erfolgt, und ein Berechnen der jeweiligen Schienen-Parameter unter Verwendung der jeweiligen Schienen-Messwerte erfolgt, wobei die aktuelle Neigung und Position des Tragelementes zum Zeitpunkt der Erfassung der jeweiligen Schienen-Messwerte mit den jeweiligen Schienen-Messwerten zusammengeführt wird. Diesbezüglich wird einer jeden Messvorrichtung eine jeweilige Messposition (bezüglich der Bezugspunkte) auf dem Tragelement zugewiesen, welche in der Auswertung bzw. beim Zusammenführen berücksichtig wird. Dieser Schritt kann ebenfalls durch die Recheneinheit erfolgen. Bei den zumindest zwei Messvorrichtungen kann es sich bevorzugt um zwei unterschiedliche Messvorrichtungen handeln, welche voneinander unterschiedliche Paramater der Schiene erfassen. Dabei sei beispielsweise auf die zuvor erwähnten unterschiedlichen Messvorrichtungen, bzw. jene aus dem Stand der Technik bekannten Messvorrichtungen

verwiesen.

Besonders bevorzugt kann in weiterer Folge vorgesehen sein, dass ein fortlaufendes Wiederholen der Verfahrensschritte während des Verfahrens des SchienenMesswagens entlang der Schiene erfolgt, umfassend;

- Erfassen der Inertial-Werte;

- Berechnen der jeweiligen Neigung und Position des Tragelementes;

- Erfassen des zumindest einen Schienen-Messwertes mittels der zumin-

dest einen Messvorrichtung;

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- Berechnen der Schienen-Parameter mittels Zusammenführen des Schienen-Messwertes und der berechneten Neigung und Position des Tragelementes zum Zeitpunkt der Erfassung des Schienen-Messwertes; und ferner umfassend die Schritte;

- Zusammenführen von aufeinanderfolgenden, berechneten Schienen-Parameter; und - Erstellen eines Schienen-Messprofils mit den aufeinanderfolgenden, berechne-

ten Schienen-Parameter bezüglich eines Streckenabschnittes einer Schiene.

Über einen längeren Zeitraum, bzw. bezüglich eines zu befahrenden Abschnittes einer Schiene können die zu einzelnen, aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten erfassten Schienen-Messwerte bzw. die daraus berechneten Schienen-Parameter zusammengeführt werden, um somit ein gesamtes Messprofil über den befahre-

nen Schienen Abschnitt zu erhalten.

Zum erleichterten Verständnis sei erwähnt, dass dieser Abschnitt beispielsweise in einem Bereich von 100m bis 10km liegen kann und daher die mit der Erfindung erreichbaren höheren Geschwindigkeiten zu enormen Zeiteinsparungen führen. Der Abschnitt kann jedoch, abhängig von der Kapazität der Speichereinheit zur Erfas-

sung der Daten bzw. der Rechenleistung der Recheneinheit auch weitere Stre-

ckenabschnitte umfassen und theoretisch endlos sein.

Die gesamten Verfahrensschritte können dabei computerimplementiert, bevorzugt

mit der erwähnten Recheneinheit, durchgeführt werden.

Ferner wird ein System zum Vermessen von Schienen vorgeschlagen; welches zumindest ein Schienenfahrzeug umfasst, sowie zumindest einen erfindungsgemäßen Schienen-Messwagen wobei der Schienen-Messwagen and das Schienenfahrzeug angekoppelt oder ankoppelbar ist. Die zumindest eine Recheneinheit ist bezüglich des Systems in dem Schienenfahrzeug angeordnet und mit dem Schienen-Messwagen (datentechnisch) verbunden oder verbindbar, wobei die Recheneinheit zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte eingerichtet

ist.

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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden

Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 Ein erfindungsgemäßer Schienen-Messwagen in Seitenansicht;

Fig. 2 ein Schienen-Messwagen in Draufsicht;

Fig. 3 ein Schienen-Messwagen im fahrenden Zustand;

Fig. 4 ein Berechnungsschema der Recheneinheit;

Fig. 5 eine mögliche Weiterbildung des Schienen-Messwagens;

Fig. 6 eine Ausführungsform eines Messwagens mit einem Gleitelement als

Führungselement; Fig. 7 eine weitere Ausführungsform eines Messwagens; Fig. 8 ein System zum Vermessen von Schienen.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lage-

angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Schienen-Messwagen 1 schematisch auf

einer Schiene 8 dargestellt.

Der Grundaufbau des Messwagens 1 umfasst zumindest ein erstes Führungselement 2, in Form eines Roll- und oder Gleitelementes, zur Führung des Messwa-

gens 1 entlang einer Fahrtrichtung 7 auf einer Schiene 8, im dargestellten Beispiel

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ein erstes Rad. Vorzugsweise kann dies zudem die Form eines Schienenrads aufweisen. Zur Vollständigkeit sei erwähnt, dass es sich bei der Fahrtrichtung 7 im Wesentlichen um eine Richtung entsprechend der Schienen-Längsrichtung handelt.

Ferner kann der Messwagen ein zweites Führungselement 3 umfassen, wie dargestellt, beispielsweise ein zweites Rad, jedoch kann das zweite Führungselement 3 auch in Form eines Gleitelementes oder dergleichen ausgebildet sein, oder aber auch zur Gänze entfallen. Ein weiteres Führungselement kann beispielsweise auch an der nicht zu vermessenden Schiene anliegen, sondern z.B. an einer zweiten Schiene eines Gleises oder an anderen Aufstandsflächen oder dergleichen. Ferner kann bei nur einem Führungselement 2 auf einer Schiene der Schwerpunkt des Messwagens, sowie weitere Dämpfungselemente dementsprechend ausgebildet sein, dass dieser gegenüber dem Führungselement in der Horizontalen gelagert wird. Ferner kann ein weiteres Stützelement vorgesehen sein, welches an ei-

nem Schienenfahrzeug oder dergleichen angekoppelt ist.

Ferner umfasst der Messwagen 1 zumindest ein Tragelement 9 zur Halterung von Schienen-Messvorrichtungen 10, wobei das Tragelement 9 mit dem zumindest einem ersten Führungselement 2 gekoppelt ist, sodass das Tragelement 9 bezüglich einer jeweiligen translatorischen Verlagerung des Führungselementes 2 gegenüber der Schiene 8 mit bewegbar ist, bzw. mittels des Führungselementes 2

entlang der zu vermessenden Schiene geführt werden kann.

Dabei sei zur Vollständigkeit erwähnt, dass das Tragelement 9 sich im Wesentlichen entlang der Fahrtrichtung 7 erstreckt und bezüglich seiner Länge, bei z.B. zumindest zwei Führungselementen, wie in Fig. 1 dargestellt, sich zumindest zwischen diesen beiden erstreckend angeordnet ist, aber sich auch über diese hinaus

erstrecken kann.

Erfindungsgemäß umfasst der Messwagen 1 eine erste Inertial-Sensorik 11 und zumindest eine zweite Inertial-Sensorik 12, wobei die erste Inertial-Sensorik 11 ei-

nem ersten Bezugspunkt 4 auf dem Tragelement 9 zugeordnet ist und die zweite

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Inertial-Sensorik 12 einem zweiten Bezugspunkt 5 auf dem Tragelementes 9 zugeordnet ist. Bezüglich der „Zuordnung“ ist gemeint, dass die erste Inertial-Sensorik 11 zur Messung der inertialen Bewegungen des Tragelementes 9 bezüglich des ersten Bezugspunktes 4 und die zweite Inertial-Sensorik 12 zur Messung der inertialen Bewegungen des Tragelementes 9 bezüglich des zweiten Bezugspunk-

tes 5 eingerichtet ist.

Bevorzugt kann die jeweilige Inertial-Sensorik 11,12 durch eine jeweilige (direkte) Anbringung bzw. Anordnung an dem Tragelement 9 den jeweiligen Bezugspunkt ausbilden. Am Tragelement 9 kann eine Sensorhalterung vorgesehen sein, mittels welcher die festgelegte Position 6 der jeweiligen Sensoren, bzw. der Bezugspunkte vorgegeben ist. Somit befinden sich die Inertial-Sensoriken selbst bezüglich der Bewegungen bzw. Verlagerungen in starrer Verbindung mit dem Tragele-

ment 9.

Mittels der aus den beiden Inertial-Sensoriken 11,12 erfassten Werte ist sowohl eine jeweilige translatorische Bewegung des Tragelementes 9 bezüglich des jeweiligen Bezugspunktes 4,5 gegenüber der Schiene erfassbar, wobei aufgrund der bekannten geometrischen Beziehung der Punkte, nämlich anhand der Anordnung des ersten und zweiten Bezugspunktes 4,5 in einer festgelegten Position 6 zueinander, auch eine gesamte Bewegung des Tragelementes 9 bestimmbar ist. Eine Anordnung von mehr als zwei Inertial-Sensoriken bezüglich einem Tragelement 9 ist grundsätzlich auch möglich, indem für jede weitere Inertial-Sensorik ein weiterer Bezugspunkt auf dem Tragelement 9 bestimmt wird, welcher in einem

festgelegten Verhältnis zu den anderen Bezugspunkten steht.

Die Auswertung bzw. das Zusammenführen der jeweiligen Inertial-Werte erfolgt bevorzugt durch eine Recheneinheit 13, wobei diese Auswertung direkt erfolgen kann, oder aber auch in einem folgenden Verfahren, indem z.B. die erfassten Werte in ein Speichermedium abgelegt werden und zu einem späteren Zeitpunkt ausgewertet bzw. zusammengeführt werden. Ein derartiges Speichermedium kann

am Messwagen 1 angeordnet sein

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Wie eingangs erwähnt kann das Erfassungsintervall an die jeweiligen, zu verwendenden Messvorrichtungen angepasst werden, bzw. von diesen abhängig sein. Ein möglicher Bereich diesbezüglich wäre beispielhaft von 0.01ms bis 4s, insbe-

sondere 0.02ms bis 3s.

Bei den zwei Inertial-Sensoriken 11,12 kann es sich bevorzugt um zwei einfache

Beschleunigungssensoren handeln, welche nur in vertikaler Richtung messen.

Der Schienen-Messwagen 1 kann in der Form eines einfachen Schienenwagens ausgebildet sein, welcher per Hand durch eine Bedienperson über die Schiene verfahren bzw. geschoben werden kann, oder aber an auch ein Zugfahrzeug oder dergleichen ankoppelbar ausgebildet sein. Ferner kann es bezüglich seines Aufbaus zur Vermessung von 2 Schienen eines Gleises ausgebildet sein oder aber auch nur für eine Schiene, und z.B. mit einstellbaren Führungsrad oder dergleichen an der zweiten Schiene geführt sein. Alternativ kann zu einem Rad auch ein

Gleitelement oder dergleichen vorgesehen sein.

Die Recheneinheit 13 ist in Fig. 1 und 2 als ein mögliches externes System angedeutet, welches mit den Inertial-Sensoriken 11,12 verbunden bzw. verbindbar ist. Die Recheneinheit 13 kann aber auch im Messwagen 1 integriert sein und bevorzugt eine Energieversorgung in Form einer Batterie oder dergleichen aufweisen, sowie auch Schnittstellen, drahtlose Kommunikationsgeräte etc. Ferner kann die Recheneinheit 13 auch in zumindest eine der beiden Inertial-Sensoriken 11,12 integriert (und mit der anderen Sensorik verbunden) sein. Je nach Ausbildung des Schienen-Messwagens 1, kann die Recheneinheit 13 auch als eine tragbare Bediengerät ausgebildet sein, welches z.B. an den Messwagen zur Datenübertragung angeschlossen bzw. drahtlos verbunden werden kann, oder auch an diesen befestigt werden kann. Ein eigens hierfür ausgebildetes Gerät wäre denkbar, oder

aber auch ein Smartphone oder dergleichen.

Die Recheneinheit 13 kann bevorzugt zumindest eine Speichereinheit zur Speicherung der Inertial-Werte und eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Inertial-

Werte aufweisen, bzw. zur Berechnung der Inertial-Positionen des Tragelementes

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bezüglich dessen Rotation und translatorischen Bewegungen. Bezüglich des Berechnens bzw. Korrigierens von (mittels Messgeräten) erfassten Schienenwerten kann dies ebenfalls durch die Recheneinheit erfolgen, oder aber auch an ein wei-

teres System übertragen werden.

Bezüglich der Koppelung kann das Tragelement 9 gegenüber dem Führungselement 2 zumindest eine Vibrationsdämpfung 14 aufweisen, sodass es derart beweglich gekoppelt ist, dass es während einer Fahrt auf der Schiene bezüglich der Bewegungen des Führungselementes — z.B. aufgrund von Unebenheiten der Schienenoberfläche —- gegenüber diesen gedämpft bzw. gefedert werden kann. Bezüglich der Art der Vibrationsdämpfung sei auf die eingangs erwähnten Ausführungen hingewiesen. Der zu dämpfende Anteil kann vorzugsweise in einem Be-

reich von über 200 Hz liegen.

Zudem kann jeweils eine Vibrationsdämpfung 14 für jedes Führungselement am Schienen-Messwagen 1 vorgesehen sein, um geringe Schwingungseinflüsse bezüglich der Sensoren zu tilgen und somit eine hochpräzise Messsignalkorrektur zu ermöglichen. Beispielsweise können bei Verwendung von Rädern zusätzlich Vibrationsdämpfungen 14 im Bereich der Radlagerungen angeordnet sein. Zudem kann das Tragelement gegenüber jedem weiteren, mit dem Tragelement in Ver-

bindung befindlichen Bauteil des Messwagen eine derartige Dämpfung aufweisen.

Vorteilhaft ist, wenn die beiden Inertial-Sensoriken 11,12 bzw. die Bezugspunkte 4,5 zumindest geringfügig zueinander beabstandet sind, um die Bewegungen des Tragelementes 9 bezüglich des ersten Bezugspunktes 4 und des zweiten Bezugspunktes 5 zueinander wahrzunehmen. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass ein Abstand zwischen den Bezugspunkten möglichst groß gewählt ist, sodass bezüglich der Fahrtrichtung 7 der erste Bezugspunkt 4 (bezüglich einer ebenen Ausrichtung des Messwagens) an einem ersten Ende 33 des Tragelementes 9 angeordnet ist und der zweite Bezugspunkt 5 an einem, dem ersten Ende gegenüberliegenden, zweiten Ende 34 des Tragelementes 9 angeordnet ist, wie in Fig. 1 dargestellt ist, sowie die Anordnung der Inertial-Sensoren direkt am Tragelement. Es kann aber auch vorgesehen sein, zumindest einer der beiden Inertial-Sensoren 11,12 nicht an

einem Ende angeordnet ist, wie in Fig. 3 angedeutet ist.

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An dem Tragelement 9 kann zumindest eine Messvorrichtung 10 zum Vermessen von zumindest einem Schienen- Parameter angeordnet werden, wobei hier grundsätzlich auch auf Messvorrichtungen verwiesen sei, welche aus dem Stand der

Technik zur Vermessung von Schienen, Weichen und weiterer, im Gleis verbauter

Infrastruktur bekannt sind.

Mittels der erfindungsgemäßen Ausbildung ist es möglich, die mittels der Messvorrichtungen erfassten Schienen-Messwerte anhand der aktuellen Inertial-Position des Tragelementes 9 zu jeden Messzeitpunkt zu korrigieren, um einen tatsächlichen Schienenwert zu erhalten, indem bei dessen Berechnung die aktuelle Position der Messvorrichtung (bzw. in Relation zum Tragelement) zu jedem Zeitpunkt

berücksichtigt wird.

Die zu ermittelnden Schienen-Parameter können dabei mittels unterschiedlicher Messvorrichtungen 10 erfasst werden, welche im Folgenden beispielhaft erläutert

werden.

Die verwendeten Messvorrichtungen können direkte, sowie indirekte Messverfahren umfassen, bzw. bevorzugt berührungslose Messmethoden, aber auch berührende sind denkbar. Berührungslose Methoden können beispielsweise auf magnetischer Induktion, optischer oder akustischer Reflektierung, sowie elektrischer In-

teraktion basieren.

Mittels einer Lasermessung bzw. einem Laserscanner kann beispielsweise eine Längswelligkeit bzw. ein Längsprofil der Schiene erfasst werden. Weiters können die Messvorrichtungen zur Bestimmung weitere Gleis-Geometrien, sowie des Qualitätsindexes vorgesehen. Ferner können auch Parameter wie die akustische

Rauigkeit derart bestimmt werden.

Zur Vollständigkeit sei erwähnt, dass der Messwagen 1 auch grundsätzlich weitere Messvorrichtungen umfassen kann, deren Messwerte gegebenenfalls nicht mit den Werten der Inertial-Sensoriken zusammengeführt werden. Beispielsweise eine Bestimmung des Lichtraumprofils wäre hierbei denkbar, z.B. einer Laserscan-

ner, ausgebildet zur Vermessung des Raumprofils im Wesentlichen senkrecht zur

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Fahrtrichtung 7, welche Messvorrichtung bevorzugt bezüglich der Fahrtrichtung

am vorderen Ende des Messwagens (bzw. Tragelement) angeordnet ist.

Auch eine Messvorrichtung zur Bestimmung von Schienendefekte kann zusätzlich am Messwagen angeordnet sein, beispielsweise eine Wirbelstromprüfung. Diesbezüglich kann ein Wirbelstrom-Aggregat zur Erzeugung des Wirbelstroms (sowie ein Sensor zur Detektion) eine mögliche Messvorrichtung an dem Tragelement 9

ausbilden.

Weiters vorgesehen sein, dass das Tragelement 9 oder der Messwagen 1 zusätzlich einen Neigungssensor 15 aufweist, wobei der Neigungssensor 15 zur Bestimmung einer Lage des Tragelementes 9 bzw. des gesamten Messwagens 1 bezüglich einer Richtung 24 quer zur Fahrtrichtung 7 und/oder in Fahrtrichtung 7 eingerichtet ist und somit zusätzlich eine generelle Neigung des Tragelementes oder des Messwagens erfasst. Diese Neigungswerte können ebenfalls von der Recheneinheit gespeichert und ausgewertet bzw. für die Lage des Messwagens zusätz-

lich berücksichtigt werden.

Bei Verwendung eines Führungsrades kann an diesem weiters ein Drehgeber angeordnet sein, welcher unter anderem zur Messung der Geschwindigkeit des Schienen-Messwagens eingerichtet ist (und bevorzugt mit der Recheneinheit verbunden ist). So kann der Drehgeber beispielsweise bei der Berechnung der Position und Neigung berücksichtigt werden, wenn der Messwagen z.B. per Hand über die Schiene geführt wird oder an ein Zugfahrzeug gekoppelt ist. Ferner wäre auch

eine Messung an der Schiene denkbar, z.B. bei einem Gleitelement.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann der Messwagen 1 für zwei Schienen 8 eines Gleises 16 jeweils einen Messwagensatz 17 aufweisen, wobei ein jeweiliger Messwagensatz 17 zur Vermessung der jeweiligen Schienen 8a und 8b die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist. Wie weiters aus der Fig. 2 ersichtlich, kann das Tragelement 9 bevorzugt oberhalb der Schiene 8 angeordnet sein, sodass diese sich in einer Draufsicht auf die Schiene überlagern, um z.B. auch Verkippungen des

Tragelementes 9 um eine Achse in der Fahrtrichtung 7 zu verhindern.

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So umfasst ein erster Messwagensatz 17a zumindest ein erstes Führungselement 2a; sowie das mit den ersten Führungselementen 2a, gekoppelte Tragelement 9a mit einer ersten und zweiten Inertial-Sensorik 11a,12a. Analog dazu umfasst ein zweiter Messwagensatz 17b ein zumindest erstes Führungselement 2b, sowie das mit den ersten Führungselementen 2b gekoppelte Tragelement 9b mit einer ersten und zweiten Inertial-Sensorik 11b,12b. Wie dargestellt können weiters die beiden Wagensätze 17 bezüglich ihres Aufbaus und der Messvorrichtungen gespiegelt zueinander angeordnet sein. Weiters kann dieser wiederum mehr als einen Führungselement 2 aufweisen, wie mit den zweiten Führungselementen 3a,b ange-

deutet ist.

Weiters können die jeweiligen Messwagensätze 17 über Querverbindungselemente 18 miteinander verbunden sein, wobei die Querverbindungselemente 18 bezüglich einer Erstreckung zwischen den Messwagensätzen 17 quer zur Fahrtrichtung elastisch veränderbar sind, sodass die Tragelemente 9 der jeweiligen Messwagensätze 17 bezüglich ihrer relativen Bewegungen - zueinander bzw. von-

einander entfernt —- keine starre Verbindung zueinander aufweisen..

Ferner ist mit der erfindungsgemäßen Maßnahme möglich, wie in Fig. 2 angedeutet, bezüglich der Messvorrichtung 10 mit nur einem Sensor pro Messspur (mit Ausnahme der zusätzlichen erfindungsgemäßen Inertial-Sensoren 11, 12) hochgenaue Messungen für kurze und lange Wellenlängen der Schiene durchzuführen, wie mit der Messvorrichtung 10 in Form einer Sensoranordnung 30 in Fig. 2 angedeutet ist. Die Sensoranordnung 30 ist zur Messung von 3 Messspuren 31 eingerichtet, wobei mittels der erfassten Werte der zwei Inertial-Sensoriken die Messungen der Sensoranordnung 30 bezüglich der 3 Messspuren korrigiert werden können. Zur Verständlichkeit sei erwähnt, dass einem jeden Sensor einer Sensoranordnung ebenfalls eine eindeutige Position bezüglich der Berechnung zugewiesen

ist.

Weiters kann der Messwagen 1 auch eine Antriebsvorrichtung 25 (z.B. elektrisch) aufweisen und bemannt oder autonom fahrbar ausgebildet sein. Diesbezüglich kann der Messwagen 1 eine zentrale Steuerungsvorrichtung 26 aufweisen, wie in

Fig. 5 angedeutet ist bzw. auch die Recheneinheit 13 in Form einer derartigen

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Steuerungsvorrichtung ausgebildet sein, welche zur Steuerung von Fahrzeugantriebselemente, Bremsvorrichtungen etc. des Messwagens 1 eingerichtet ist, Sowie zur Steuerung der Messvorrichtung(en) 10 und eine weiters hierfür vorgesehene Energieversorgungseinheit aufweisen. Ferner kann der Messwagen zudem noch zumindest ein GPS-Modul 27 aufweisen, welches bevorzugt mit der Rechen-

einheit 13 bzw. einer Steuerungsvorrichtung verbunden ist.

In Fig. 3 ist ein Messwagen 1 in einem fahrenden Zustand auf einer Schiene 8 bezüglich seiner Bewegungen gegenüber der Schiene 8 dargestellt, wobei zur Veranschaulichung die Schienenunebenheiten übertrieben dargestellt sind. Während des Verfahrens des Schienen-Messwagens 1 entlang der Schiene 8 weist das Tragelement 9 zu dem aktuellen, dargestellten Zeitpunkt eine Neigung und Position 20 auf, die aufgrund der Koppelung des Tragelementes 9 mit dem zumindest einen Führungselement 2 durch dessen relativen Vertikalbewegungen aufgrund

von Unebenheiten der Schiene verursacht wird.

Mittels der ersten und zweiten Inertial-Sensorik 11,12 können die jeweiligen Bewegungen des Tragelementes 9 gegenüber der Schiene 8 erfasst werden, wobei mittels der beiden erfassten Bewegungen bzw. der festgelegten Position 6 und dem damit einhergehenden geometrischen Verhältnis auch die Rotation des Tragelementes 9 feststellbar ist, sodass die aktuelle Neigung und Position 20 des Tragelementes 9 (sowie jeder weitere Punkt auf dem Tragelement) zu jeden Zeitpunkt bestimmt werden kann. Unabhängig von der genaueren Ausführung der Messvorrichtung 10 ist es möglich, den mittels der Messvorrichtung ermittelten SchienenMesswert mit der Neigung und Position 20 des Tragelementes 9 (bzw. der im direkten Verhältnis dazu stehenden Neigung und Position 20 der Messvorrichtung 10) zusammenzuführen, wodurch die aktuelle Ausrichtung der Messvorrichtung 10 zum Messzeitpunkt in der Berechnung berücksichtigt werden kann. Diesbezüglich ist beispielhaft ein Messwinkel 29 der Messvorrichtung 10 angedeutet, welcher von der Neigung und Position 20 des Tragelementes abhängig ist, bzw. durch

diese beeinflusst wird.

Bezüglich der Anordnung mehrerer Messvorrichtungen 10 ist in Fig. 3 nur eine

stellvertretend dargestellt, wobei bevorzugt einer jeden Messvorrichtung 10 eine

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eindeutige Bezugsposition auf dem Tragelement 9 bezüglich der Fahrtrichtung 7 (bzw. auch quer zur Fahrtrichtung) zugewiesen ist, sodass deren Abstände 28a, 28b in Fahrtrichtung (bzw. auch Höhenpositionen) zwischen den beiden Bezugspunkten 4,5 bzw. entlang der Erstreckung des Tragelementes 9, für die Berechnung der unterschiedlichen Schienen-Messwerte berücksichtigt werden, sowie auch die aus der Neigung resultierenden unterschiedlichen Höhepositionen der jeweiligen Messvorrichtungen. Somit weist jede Messvorrichtung ebenfalls eine eindeutige geometrische Beziehung zu den Tragelement bzw. zu den Inertial-Sensoriken 11,12 (bzw. deren Bezugspunkte) auf. Zur Vollständigkeit sei erwähnt, dass auch eine Beabstandung der Messvorrichtung in einer Richtung quer zur Fahrt-

richtung (bezüglich der Bezugspunkte) berücksichtigt werden kann.

Ferner ist in Fig. 3, unabhängig von der gezeigten Ausführungsform, eine Referenzlinie 32 angedeutet, die eine verbindende Gerade zwischen den beiden Bezugspunkten 4,5 der Inertial-Sensoriken 11,12 ausbildet und die geometrische Beziehung dieser beiden im Raum hinsichtlich der festgelegten Position 6 darstellt und sich entsprechend dem Tragelement 9 bezüglich der translatorischen Bewegungen und der Rotation verhält. Weiters ist die vertikale Bewegung der Bezugspunkte 4,5, bzw. die Rotation des Tragelementes 9 mit Pfeilen angedeutet. Wie eingangs erwähnt kann die verbindende Gerade bzw. die zwei Bezugspunkte 4,5, zueinander bevorzugt horizontal gegenüber der Schiene (und/oder parallel zur Fahrtrichtung angeordnet sein, -selbiges gilt für das Tragelement. Somit können die beiden Bezugspunkte 4,5, (bzw. Inertial-Sensoriken 11,12) bezüglich ihrer festgelegten Position 6 gegenüber einer Ebene, welche durch eine Aufstandsfläche des Führungselementes 2 (bzw. durch die Schiene) gebildet wird, bevorzugt den-

selben Abstand in vertikaler Richtung aufweisen.

Nachfolgend wird das Verfahren zum Vermessen von Schienen 8 mittels des Schienen-Messwagens 1 erläutert, wobei der Schienen-Messwagen 1 auf einer

Schiene 8 entlang der Fahrtrichtung 7 verfahren wird.

Während des Verfahrens des Schienen-Messwagens 1 entlang der Fahrtrichtung 7 erfolgt ein Erfassen von Inertial-Werten 19 bezüglich der translatorischen Bewe-

gung, bzw. Verlagerung des zumindest einen Tragelementes 9 in Bezug auf die

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Bewegung des ersten und zweiten Bezugspunktes 4,5 mittels der ersten und zweiten Inertial-Sensorik 11,12; wobei mittels der Recheneinheit 13 die jeweilige Neigung und Position 20 des Tragelementes 9 anhand der erfassten Inertial-Werte 19 bezüglich der translatorischen Bewegung sowie der Rotation des Tragelementes 9 zu einem jeweiligen Erfassungs-Zeitpunkt der erfassten Inertial-Werte 19 berech-

net wird.

So kann bezüglich eines zu befahrenden Streckenabschnittes einer Schiene eine gesamter Bewegungsablauf des Tragelementes 9 mittels der Messungen der Inertial-Sensoren dokumentiert werden, sowie ein Bewegungsprofil bezüglich dessen translatorischen Bewegungen und Rotation über den gesamten Streckenabschnitt erstellt werden. Wie eingangs erwähnt kann dies über mehrere Schritte erfolgen, sodass diese zuerst in einem lesbaren Speichermedium abgespeichert werden und später ausgewertet werden, oder direkt an die Recheneinheit 13 übertragen

werden.

Diesbezüglich ist in Fig. 4 ein Berechnungsschema dargestellt. Die zu einem Mess-Zeitpunkt tn erfassten Inertial-Werte 19a der ersten Inertial-Sensorik 11 und die erfassten Inertial-Werte 19b der zweiten Inertial-Sensorik 12 werden an die Recheneinheit 13 übermittelt, zusammengeführt und somit die Neigung und Posi-

tion 20 des Tragelementes 9 berechnet.

Dabei werden die zwei Beschleunigungssignale des ersten und zweiten Bezugspunktes 4,5 (bzw. auch des Tragelementes 9 relativ zu den Bezugspunkten 4,5 aufgrund deren festgelegten Position) zum Mess-Zeitpunkt erfasst und doppelt integriert, um die jeweilige inertiale Position des Tragelementes bezüglich der jeweiligen Bezugspunkte 4,5 zu bestimmen. Anhand der geometrischen Beziehung der beiden inertialen Positionen (bzw. Raumposition der Sensoren) zueinander ist somit auch die Neigung und Position des Tragelementes im Raum zum Mess-Zeit-

punkt bestimmbar.

Mittels der einzeln erfassten Inertial-Bewegungen bzw. Inertial-Positionen lässt

sich somit ein Bewegungsprofil des Tragelementes über eine zurückgelegte

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Schienenstrecke erstellen, welches sich aus den einzelnen Positions- und Neigungs-Zuständen des Tragelementes (verursacht durch die Bewegungen des Messwagens gegenüber der Schiene) zu den jeweiligen Zeitpunkten zusammen-

setzt.

Ebenso erfolgt während des Verfahrens des Schienen-Messwagens 1 entlang der Fahrtrichtung 7 zu einem Mess-Zeitpunkt tn das Erfassen von zumindest einem Schienen-Messwert 21 mittels der zumindest einen Messvorrichtung 10, welcher bevorzugt ebenfalls an die Recheneinheit 13 übermittelt werde kann, oder zumindest in einem lesbaren Speichermedium abgespeichert. Zur Vollständigkeit sei erwähnt, dass derart aufgezeichnete Messwerte gegebenenfalls mit einem „Zeitstempel“ versehen, sodass dieser mit den korrekten Positions- und Neigungswer-

ten zusammengeführt werden kann.

Mittels dieser gemessenen Werte wird ein Schienen-Parameter 22 anhand des erfassten Schienen-Messwerte 21 zum Messzeitpunkt tn berechnet, wobei die berechnete Neigung und Position 20 des Tragelementes 9 zum Zeitpunkt der Erfassung des Schienen-Messwertes 21 mit diesem Schienen-Messwert 21 zusammengeführt wird, sodass eine aktuelle Ausrichtung und Position der Messvorrich-

tung 10 auf dem Tragelement 9 gegenüber der Schiene 8 miteinberechnet wird.

Diese Berechnung kann mittels einzelner Berechnungen zeitgleich zu den jeweiligen Zeitpunkten in Form einer Messwert- bzw. Sensorkorrektur erfolgen, als auch mittels Zusammenführen der gesamten erfassten und gespeicherten Messwerte über einen Streckenabschnitt mit dem gesamten (berechneten) Bewegungsprofil

des Tragelementes.

Bei Verwendung von zumindest zwei Messvorrichtungen 10 auf dem Tragelement 9 kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die zu einem Zeitpunkt ermittelte Neigung und Position für alle auf dem Tragelement 9 angeordneten Messvorrichtungen 10 zur Bestimmung der jeweiligen Schienen Parameter herangezogen wird. Somit erfolgt ein zeitgleiches Erfassen von jeweils zumindest einem SchienenMesswert 21 mittels jeweils einer der zumindest zwei Messvorrichtungen 10, so-

wie ein Berechnen der jeweiligen Schienen-Parameter 22 anhand der jeweiligen

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Schienen-Messwerte 21 mittels der Recheneinheit 13, wobei die eine aktuelle Neigung und Position 20 des Tragelementes 9 zum Zeitpunkt der Erfassung der jeweiligen Schienen-Messwerte 21 mit diesen jeweiligen Schienen-Messwerten 21 zusammengeführt wird. Bezüglich der Zuordnung der jeweiligen Messvorrichtungen am Tragelement zur Berechnung (zum Messzeitpunkt der Inertial-Werte) sei

auf die zuvor erwähnte eindeutige Position hingewiesen.

Wie in Fig. 4 angedeutet kann diesbezüglich zumindest eine zweite Messvorrichtung 10a vorgesehen sein, welche zum Erfassen von zumindest eines weiteren Schienen-Messwertes 21a eingerichtet bzw. ausgebildet ist, wobei zum Berechnen der jeweiligen Schienen-Parameter 22 und 22a die jeweiligen Schienen-Messwerte 21 und 21a zum Messzeitpunkt tn mit derselben ermittelten Neigung und Position 20 des Tragelementes zu diesem Zeitpunkt tn zusammengeführt werden (un-

ter Berücksichtigung deren Positionen auf dem Tragelement).

Wie aus Fig. 4 ebenfalls ersichtlich, kann anhand der berechneten Schienen-Parameter 22 von mehreren (aufeinanderfolgenden) Messzeitpunkten ein Messprofil 23 eines Streckenabschnittes erstellt werden, indem mittels Zusammenführen von aufeinanderfolgen Schienen-Parameter 22 (zumindest einer selben Kategorie) ein Schienen-Messprofils 23 des gesamten befahrenen Streckenabschnittes erstellt wird. Dieser Vorgang kann für die erfassten Messwerte einer jeweiligen Messvorrichtung, sowie der daraus berechneten Parameter erfolgen, oder aber auch für

mehrere Messvorrichtungen und Parameter gemeinsam.

Zur Vollständigkeit sei erwähnt, dass bei Verwendung eines Messwagens 1 mit zwei Wagensätze 17 ferner vorgesehen sein kann, dass diese Berechnungen für beide Schienen zeitgleich erfolgen, um ein übergreifendes Profil für ein Gleis 16

zu erstellen.

Wie in Fig. 6 dargestellt, kann der Messwagen 1 nur ein Führungselement 2 zur

Führung des Messwagens entlang der zu vermessenden Schiene 8 aufweisen.

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Das Führungselement 2 ist dabei als Gleitelement ausgebildet, wobei es auch in der Form eines Rades gebildet sein kann. Bevorzugt kann wieder eine zuvor erwähnte Vibrationsdämpfung zwischen dem Führungselement 2 und dem Tragelement 9 vorgesehen sein. Ferner kann der Messwagen 1 für zwei Schienen eines

Gleises eine derartige Ausgestaltung aufweisen, oder nur für eine Schiene 8.

Ferner ist unabhängig von der gezeigten Ausführungsform des Führungselementes 2 eine Recheneinheit 13 angedeutet, in Form einer tragbaren bzw. mobilen Vorrichtung, welche mit dem Messwagen bzw. den Inertial-Sensoriken verbunden

werden kann.

Wie eingangs erwähnt, kann es sich gegebenenfalls um einen per Hand führbaren Messwagen 1 handeln, welcher von einer Bedienperson entlang der Schiene 8 ge-

führt werden kann

In Fig. 7 ist eine weitere mögliche Ausführung eines erfindungsgemäßen Messwagen 1 dargestellt, welcher z.B. an ein Zugfahrzeug oder dergleichen angekoppelt

werden kann.

Wie angedeutet kann der Messwagen 1 ein Koppelungselement 35 oder dergleichen auf, mittels dessen der Messwagen 1 mit einem Zugfahrzeug angekoppelt ist, und mittels dessen zusammen mit dem Zugfahrzeug verfahren werden kann. Zur Vollständigkeit sei erwähnt, dass ein derartiger Messwagen auch mehrere Führungselemente aufweisen kann und in der Form eines (Mess-)Drehgestells mit z.B. 4 Rädern ausgebildet sein kann, bzw. weitere, aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtungen. Gegebenenfalls kann eine derartige Ausgestaltung auch

nur für eine der Schienen 8 eines Gleises 16 vorgesehen sein.

Damit sei lediglich veranschaulicht bzw. verdeutlicht, dass eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Messwagen 1 entsprechend der zahlreichen aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen ausgebildet sein kann, und mit einem erfindungsgemäßen Tragelement 9 bzw. der ersten und zumindest zweiten Inertial-Sensorik 11,12 versehen ist, sodass eine Bewegung bezüglich der jeweiligen

Bezugspunkte 4,5 zur Bestimmung der jeweiligen Neigungen und Positionen des

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Tragelementes 9 bzw. der daran anzubringenden Messvorrichtungen genau bestimmt werden kann, um hochpräzise Messungen durchzuführen. Ebenso können die eingangs erwähnten Vibrationsdämpfungen auf jeglicher Art von Messwagen zwischen dem Tragelement und sämtlichen weiteren Komponenten des Wagens angeordnet sein, insbesondere auch zwischen dem Koppelungselement und dem

Tragelement.

In Fig. 8 ist ein System zum Vermessen von Schienen 8 dargestellt, umfassend ein Schienenfahrzeug 36, welches mit zumindest einem erfindungsgemäßen Schienen-Messwagen 1 ausgestattet ist und auf der Schiene verfahren werden

kann.

Das Schienenfahrzeug 36 kann mit dem Schienen-Messwagen 1 in einer festen Verbindung stehen und diesen somit umfassen oder lediglich mit diesem koppelbar sein. Dasselbe gilt für eine Datenverbindung zwischen dem Messwagen und

dem Schienenfahrzeug (bzw. dessen Recheneinheit).

Die Recheneinheit 13 ist bevorzugt im Schienenfahrzeug 36 angeordnet, bzw. kann durch einen Teil der Steuerung des Schienenfahrzeuges 36 gebildet sein. Vorteilhaft diesbezüglich ist, dass die Recheneinheit 13 somit nicht den Vibrationen am Messwagen 1 ausgesetzt ist, bzw. auch nicht Witterungseinflüssen und dgl. Der Messwagen 1 selbst kann gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungen ausgebildet sein, wobei auf die Beschreibung der vorangegangenen Ausführun-

gen hingewiesen ist.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen

Fachmannes liegt.

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Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert

und/oder verkleinert dargestellt wurden.

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Bezugszeichenliste

Schienen-Messwagen erstes Führungselement zweites Führungselement erster Bezugspunkt zweiter Bezugspunkt festgelegte Position Fahrtrichtung

Schiene

Tragelement Messvorrichtung

erste Inertial-Sensorik zweite Inertial-Sensorik Recheneinheit Vibrationsdämpfung Neigungssensor

Gleis

Messwagensatz Querverbindungselemente Inertial-Wert

Neigung und Position Schienen-Messwertes Schienen-Parameter Schienen-Messprofil Richtung Antriebsvorrichtung Steuerungsvorrichtung GPS-Modul

Abstand

Messwinkel

Sensoranordnung

31 32 33 34 35 36

Messspur Referenzlinie

erstes Ende zweites Ende Koppelungselement

Schienenfahrzeug

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Claims (13)

Patentansprüche

1. Schienen-Messwagen (1), umfassend;

- zumindest ein erstes Führungselement (2), wobei das zumindest eine Führungselement (2) zur Führung des Messwagens (1) entlang einer Fahrtrichtung (7) auf einer zu vermessenden Schiene (8) vorgesehen ist;

- zumindest ein Tragelement (9) zur Halterung von Schienen-Messvorrichtungen (10), wobei das Tragelement (9) mit dem zumindest einen ersten Führungselement (2) gekoppelt ist, sodass das Tragelement (9) mittels des Führungselementes (2) entlang der Schiene (8) führbar ist;

dadurch gekennzeichnet, dass

der Messwagen (1) eine erste Inertial-Sensorik (11) und zumindest eine zweite Inertial-Sensorik (12) zur Messung von Bewegungen des Tragelementes (9) umfasst, wobei die erste Inertial-Sensorik (11) einem ersten Bezugspunkt (4) auf dem Tragelement (9) zugeordnet ist und die zweite Inertial-Sensorik (12) einem zweiten Bezugspunkt (5) auf dem Tragelementes (9) zugeordnet ist, und wobei der erste Bezugspunkt (4) und der zweite Bezugspunkt (5) in einer festgelegten Position (6) zueinander an dem Tragelement (9) angeordnet sind, sodass mittels der festgelegten Position (6) des ersten und zweiten Bezugspunktes (4,5) zueinander auch

eine jeweilige Position des Tragelementes (9) bestimmbar ist.

2. Schienen-Messwagen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Recheneinheit (13) vorgesehen ist, wobei die Recheneinheit (13) mit der ersten und zumindest zweiten Inertial-Sensorik (11,12) verbunden oder verbindbar ist, und die Recheneinheit (13) dazu eingerichtet ist, eine jeweilige, mittels der ersten und zumindest zweiten Inertial-Sensorik (11,12) erfasste Bewegung des Tragelementes (9) bezüglich des ersten und zweiten Bezugspunktes (4,5) zusammenzuführen, sodass eine translatorische Bewegung, sowie eine Rotation des Tragelementes (9) bezüglich des ersten und zweiten Bezugspunktes (4,5) zuei-

nander bestimmbar ist.

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3. Schienen-Messwagen (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Tragelement (9) und dem zumindest einen ersten

Führungselement (2) zumindest eine Vibrationsdämpfung angeordnet ist.

4. Schienen-Messwagen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich der Fahrtrichtung (7) der erste Bezugspunkt (4) an einem ersten Ende des Tragelementes (9) angeordnet ist und der zweite Bezugspunkt (5) an einem, dem ersten Ende gegenüberliegenden, zweiten Ende des

Tragelementes (9) angeordnet ist.

5. Schienen-Messwagen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Tragelement (9) zumindest eine Messvorrichtung (10) angeordnet ist, wobei die Messvorrichtung (10) zum Vermessen von zumindest einem der folgenden Schienen-Parameter ausgebildet ist;

- eine Längswelligkeit der Schiene (8);

- ein Querprofil der Schiene (8);

- eine akustische Rauigkeit der Schiene (8);

- ein Qualitätsindex der Schiene (8);

- eine Gleislage.

6. Schienen-Messwagen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwagen (1) ferner einen Neigungssensor (15) aufweist, wobei der Neigungssensor (15) zur Bestimmung einer Lage des Tragele-

mentes (9) quer zur Fahrtrichtung (7) und/oder in Fahrtrichtung (7) eingerichtet ist.

7. Schienen-Messwagen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwagen (1) für zwei Schienen (8) eines Gleises (16) jeweils einen Messwagensatz (17) aufweist, wobei ein jeweiliger Messwagensatz (17) für eine jeweilige Schiene (8) zumindest folgende Elemente umfasst;

- das zumindest eine erste Führungselement (2); und

- das mit dem zumindest einen ersten Führungselement (2) gekoppelte

Tragelement (9); und

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- die erste und zumindest zweite Inertial-Sensorik (11,12), die einem

ersten und zweiten Bezugspunkt (4,5) auf dem Tragelement (9) zugeordnet sind.

8. Schienen-Messwagen (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Messwagensätze (17) über Querverbindungselemente (18) miteinander verbunden sind, wobei die Querverbindungselemente (18) bezüglich einer Erstreckung zwischen den Messwagensätzen (17) quer zur Fahrtrichtung elastisch veränderbar sind, sodass die Tragelemente (9) der jeweiligen Messwa-

gensätze (17) voneinander entkoppelt sind.

9. Verfahren zum Vermessen von Schienen (8), umfassend die Schritte;

- Bereitstellen eines Schienen-Messwagens (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8

- Verfahren des Schienen-Messwagens (1) auf einer Schiene (8) entlang der Fahrtrichtung (7) des Messwagens;

- Erfassen von Inertial-Werten (19) des zumindest einen Tragelementes (9) bezüglich der jeweiligen Bewegung des ersten Bezugspunktes (4) ‚sowie des zweiten Bezugspunktes (5) mittels der ersten und zweiten Inertial-Sensorik (11,12) während des Verfahrens des Schienen-Messwagens (1);

- Berechnen einer jeweiligen Neigung und Position (20) bezüglich der translatorischen Bewegung sowie der Rotation des zumindest einen Tragelementes (9) zu einem jeweiligen Erfassung-Zeitpunkt der Inertial-Werte (19) durch Zusammenführen der erfassten Inertial-Werte (19) der ersten und zweiten Inertial-

Sensorik (11,12) mittels einer Recheneinheit (13).

10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Schritte

- Bereitstellen zumindest einer Messvorrichtung (10) auf dem Tragelement (9) des Schienen-Messwagens (1).

- Erfassen zumindest eines Schienen-Messwertes (21) mittels der zumindest einen Messvorrichtung (10) während des Verfahrens des Schienen-Messwagens (1) entlang der Fahrtrichtung (7);

- Berechnen eines Schienen-Parameters (22) unter Verwendung des

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erfassten Schienen-Messwerte (21), wobei die berechnete Neigung und Position

(20) des Tragelementes (9) zum Zeitpunkt der Erfassung des Schienen-Messwertes (21) mit dem Schienen-Messwert (21) zusammengeführt wird, sodass eine aktuelle Ausrichtung und Position der Messvorrichtung (10) auf dem Tragelement (9)

gegenüber der Schiene (8) miteinberechnet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch,

- Bereitstellen von zumindest zwei Messvorrichtungen (10) auf dem Tragelement(9);

- Zeitgleiches Erfassen von jeweils zumindest einem Schienen-Messwert (21) mittels jeder der zumindest zwei Messvorrichtungen (10),

- Berechnen der jeweiligen Schienen-Parameter (22) unter Verwendung der jeweiligen Schienen-Messwerte (21), wobei die aktuelle Neigung und Position (20) des Tragelementes (9) zum Zeitpunkt der Erfassung der jeweiligen Schienen-Mess-

werte (21) mit den jeweiligen Schienen-Messwerten (21) zusammengeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch; fortlaufendes Wiederholen der Verfahrensschritte während des Verfahrens des Schienen-Messwagens (1) entlang der Schiene (8), umfassend;

- Erfassen der Inertial-Werte (19);

- Berechnen der jeweiligen Neigung und Position (20) des Tragelementes (9);

- Erfassen des zumindest einen Schienen-Messwertes (21) mittels der zumindest einen Messvorrichtung (10);

- Berechnen der Schienen-Parameter (22) mittels Zusammenführen des Schienen-Messwertes (21) und der berechneten Neigung und Position (20) des Tragelementes (9) zum Zeitpunkt der Erfassung des Schienen-Messwertes (21); und ferner umfassend die Schritte;

- Zusammenführen von aufeinanderfolgenden, berechneten Schienen-Parameter (22); und

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- Erstellen eines Schienen-Messprofils (23) mit den aufeinanderfolgenden, berechneten Schienen-Parameter (22) bezüglich eines Streckenabschnittes einer

Schiene.

13. System zum Vermessen von Schienen (8), umfassend;

- zumindest ein Schienenfahrzeug (36);

- zumindest einen Schienen-Messwagen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schienen-Messwagen (1) an das Schienenfahrzeug (36) angekoppelt oder ankoppelbar ist;

- zumindest eine Recheneinheit (13), wobei die Recheneinheit (13) in dem Schienenfahrzeug angeordnet ist und die Recheneinheit (13) mit dem Schienen-Messwagen (1) verbunden oder verbindbar ist; und wobei die Recheneinheit (13) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der

Ansprüche 9 bis 12 eingerichtet ist.

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