AT528209B1 - Verfahren und System zum Verdichten eines Gleisschotterbetts - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten eines Gleisschotterbetts (10) mittels eines Stopfaggregats (3), das einen Werkzeugträger (13) und auf diesem gelagerte Stopfwerkzeuge (15) mit Stopfpickeln (17) aufweist, wobei mehrere Verfahrensschritte ausgeführt werden, nämlich ein Positionieren der Stopfpickel (17) über der Oberfläche (20) des Gleisschotterbetts (10), ein Absenken des Werkzeugträgers (13) mittels eines Höhenstellantriebs (14), wobei die Stopfpickel (17) in das Gleisschotterbett (10) eintauchen, ein Beistellen der Stopfwerkzeuge (15) mittels Beistellantriebe (16), wobei die Stopfpickel (17) aufeinander zubewegt werden, sowie ein Rückstellen der Stopfwerkzeuge (15) und ein Anheben des Werkzeugträgers (13), wobei die Stopfpickel (17) voneinander wegbewegt und aus dem Gleisschotterbett (10) gezogen werden, wobei mittels einer Recheneinheit (22) für den jeweiligen Stopfpickel (17) bei Beendigung des Beistellens eine Schotterbettoberflächenstelle (33), an der ein Schaft (34) des Stopfpickels (17) aus dem Gleisschotterbett (10) ragt, bestimmt wird und wobei mittels einer Steuerungseinrichtung (19) der Höhenstellantrieb (14) und die Beistellantriebe (16) in der Weise aufeinander abgestimmt angesteuert werden, dass der jeweilige Stopfpickel (17) durch die zugeordnete Schotterbettoberflächenstelle (33) bewegt wird. Dadurch ergibt sich während des Herausziehens der Stopfpickel (17) die geringstmögliche Beeinflussung des verdichteten Gleisschotterbetts (10).

Description

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Beschreibung

VERFAHREN UND SYSTEM ZUM VERDICHTEN EINES GLEISSCHOTTERBETTS

[0001] Die Erfindung betrifft Verfahren zum Verdichten eines Gleisschotterbetts mittels eines Stopfaggregats, das einen Werkzeugträger und auf diesem gelagerte Stopfwerkzeuge mit Stopfpickeln umfasst, wobei mehrere Verfahrensschritte ausgeführt werden, nämlich ein Positionieren der Stopfpickel über der Oberfläche des Gleisschotterbetts, ein Absenken des Werkzeugträgers mittels eines Höhenstellantriebs, wobei die Stopfpickel in das Gleisschotterbett eintauchen, ein Beistellen der Stopfwerkzeuge mittels Beistellantriebe, wobei die Stopfpickel aufeinander zubewegt werden, sowie ein Rückstellen der Stopfwerkzeuge und ein Anheben des Werkzeugträgers, wobei die Stopfpickel voneinander wegbewegt und aus dem Gleisschotterbett gezogen werden. Zudem betrifft die Erfindung ein entsprechendes System zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Bei einem Gleis mit Schotterbettung verschlechtert sich aufgrund von Verkehrsbelastungen sowie von Witterungseinflüssen mit der Zeit die Gleislage. Zur Wiederherstellung der gewünschten Gleislage kommt eine Stopfmaschine zum Einsatz. Eine solche Maschine ist am Gleis verfahrbar und umfasst ein Hebe- und Richtaggregat und ein Stopfaggregat mit Stopfpickeln.

[0003] Das gattungsgemäße Verfahren dient zum Fixieren des aus Schienen und Schwellen gebildeten Gleisrosts nach einem Hebe- und Richtvorgang. Dabei tauchen die mit Vibration beaufschlagten Stopfpickel an beiden Längsseiten einer Schwelle in das Gleisschotterbett ein und werden zueinander beigestellt. Der jeweilige Stopfpickel weist einen nach unten verjüngten Pickelschaft auf, an dessen Ende eine quer zur Beistellrichtung ausgerichtete Pickelplatte angeordnet ist. Damit wird beim Beistellvorgang zunächst Schotter in einen durch das Anhaben der Schwelle entstanden Hohlraum geschoben. Nach diesem Verfüllen wird der Schotter durch anhaltende Vibration der Stopfpickel verdichtet, wodurch eine nachhaltige Schwellenauflage entsteht.

[0004] Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der AT 520056 A1 beschrieben. Der Stopfvorgang ist in einzelne Phasen gegliedert. In einer ersten Phase wird ein Werkzeugträger mit Stopfwerkzeugen abgesenkt, wobei Stopfpickel in neben einer Schwelle befindliche Schwellenfächer eintauchen. Noch während des Absenkens setzt in einer zweiten Phase eine Beistellbewegung ein, wobei sich die Stopfpickel auf die Schwelle zu bewegen. Die Absenkung des Werkzeugträgers endet bei einer definierten Eindringtiefe der Stopfpickelenden und die Beistellbewegung wird fortgesetzt. In einer dritten Phase erfolgt eine Bewegungsumkehr. Der Werkzeugträger samt der Stopfwerkzeuge wird nach oben bewegt und eine Rückstellbewegung bewirkt ein Öffnen der zangenförmig gegenüberliegenden Stopfwerkzeuge.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren eingangs genannter Art dahingehend zu verbessern, dass nach einem Stopfvorgang eine optimale Verdichtung des Gleisschotterbetts vorliegt, insbesondere mit einer annähernd gleichmäßigen Schotterbettoberfläche. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes System zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

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

[0007] Erfindungsgemäß wird mittels einer Recheneinheit für den jeweiligen Stopfpickel bei Beendigung des Beistellens eine Schotterbettoberflächenstelle, an der ein Schaft des Stopfpickels aus dem Gleisschotterbett ragt, bestimmt, wobei mittels einer Steuerungseinrichtung der Höhenstellantrieb und die Beistellantriebe in der Weise aufeinander abgestimmt angesteuert werden, dass der jeweilige Stopfpickel durch die zugeordnete Schotterbettoberflächenstelle bewegt wird. Bei dieser vorgegebenen Bewegung bewegt sich insbesondere ein unterer Endpunkt des jeweiligen Stopfpickels entlang einer vorgegebenen Trajektorie durch die zugeordnete Schotterbettoberflächenstelle. Bevorzugt ist für den jeweiligen Stopfpickel die Trajektorie in der Weise vorgegeben, dass die geometrischen Schwerpunkte oder Flächenschwerpunkte der Querschnitte des Stopfpickels annähernd durch ein Zentrum der zugeordneten Schotterbettoberflächenstelle bewegt werden.

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[0008] Durch die abgestimmte Koordination der Aufwärtsbewegung des Werkzeugträgers und der Rückstellbewegung der Stopfwerkzeuge ergibt sich während des Herausziehens der Stopfpickel die geringstmögliche Beeinflussung des verdichteten Gleisschotterbetts. Sogenannte Stopflöcher werden weitestgehend verhindert, sodass nach dem Herausziehen der Stopfpickel aus dem Gleisschotterbett eine annähernd gleichmäßige Schotterbettoberfläche zurückbleibt.

[0009] Ohne die erfindungsgemäße Anpassung des Stopfverfahrens sind zwei Fälle möglich, mit mehr oder weniger großen Nachteilen. Im ersten Fall ist die Rückstellbewegung gegenüber der Aufwärtsbewegung verzögert, sodass die noch beigestellten Stopfpickel nach oben bewegt werden. Dabei wird Schotter nach oben geschleudert und gelangt auf die Schwellenoberseiten, in den Bereich der Schienenbefestigungen und auf die Schienenköpfe. In den Zwischenfächern verschlechtert sich die Schotterdichte und es entstehen ausgeprägte Stopflöcher. Zudem verringert sich der Querverschiebewiderstand des Gleises. Im zweiten Fall ist die Aufwärtsbewegung des Werkzeugträgers gegenüber der Rückstellbewegung der Stopfwerkzeuge verzögert. Die resultierende Öffnungsbewegung der Stopfpickel im Gleisschotterbett bewirkt, dass Schotter von der Schwelle weggeschoben wird. Die Schotterverdichtung unter der Schwelle verringert sich, weil der bereits verdichtete Schotter in Richtung der sich öffnenden Stopfpickel abfließen kann. Auch hier ergibt sich eine inhomogene Verdichtung und ein verringerter Querverschiebewiderstand des Gleises.

[0010] Diese Nachteile werden durch die Bewegung des jeweiligen Stopfpickels durch die zugeordnete Schotterbettoberflächenstelle vermieden. Diese ermittelte Schotterbettoberflächenstelle, an welcher der Stopfpickel zum Ende des Beistellens aus dem Gleisschotterbett ragt, kann als gedachte Schnittfläche des Stopfpickelschafts mit der Schotterbettoberfläche aufgefasst werden. Das Zentrum der Schotterbettoberflächenstelle ist dann der geometrische Schwerpunkt oder Flächenschwerpunkt dieser Schnittfläche. Unterhalb der Schotterbettoberfläche verdrängen der Pickelschaft und die daran angeordnete Pickelplatte den Schotter. Dieses verdrängte Schottervolumen verringert sich kontinuierlich während des erfindungsgemäßen Herausziehens des Stopfpickels aus dem Gleisschotterbett.

[0011] Bevorzugt ist die vorgegebene Trajektorie für den untersten Endpunkt des jeweiligen Stopfpickels einer Linie durch die geometrischen Schwerpunkte oder Flächenschwerpunkte der Querschnitte des in Beistellposition befindlichen Pickelschafts angenähert, sodass die unteren Abschnitte des Pickelschafts und die Pickelplatte beim Herausziehen im Wesentlichen durch die gedachte Schnittfläche des Pickelschafts mit der Schotterbettoberfläche bewegt werden.

[0012] Dadurch bleibt die durch das Beistellen erreichte Schotterverdichtung unter der Schwelle weitgehend unbeeinflusst vom Herausziehen der Stopfpickel in der abschließenden Phase des Stopfvorgangs. Es erfolgt keine Auflockerung des Schotters im jeweiligen Schwellenzwischenfach, weil die Schotterverdrängung miniert ist. Im Nachgang zu verfüllende Stopflöcher werden weitestgehend vermieden. Zudem wird kein Schotter nach oben auf die Schwellenoberseiten, Schienenbefestigungen und Schienen geschleudert. Schotterkörner auf der Schwellenoberseite und auf den Schienenbefestigungen können bei Überfahrten eines Gleisfahrzeugs mit hoher Geschwindigkeit zu gefährlichem Schotterflug führen. Ein nachfolgendes Abkehren der Schwellen und Schienenbefestigung kann beim erfindungsgemäß en Verfahren entfallen. Ebenso entfällt die Gefahr der Beschädigung von Rädern und Schienen durch Schotterkörner auf den Schienenlaufflächen.

[0013] Insgesamt führt die verbleibende homogene Schotterverdichtung in den Schwellenzwischenfächern und unter den Schwellen zu einem hohen Querverschiebewiderstand der Schwellen. Die Gleislagequalität bleibt lange erhalten, sodass sich die Intervalle zwischen den notwendigen Gleislagekorrekturen verlängern.

[0014] In einer Weiterbildung des Verfahrens wird ein am jeweiligen Stopfwerkzeug angeordneter Schwenkantrieb zum seitlichen Verschwenken eines der Stopfpickel mit der Steuereinrichtung angesteuert, wobei der Stopfpickel mit einer seitlichen Schwenkbewegung durch die zugeordnete Schotterbettoberflächenstelle bewegt wird. Solche seitlich schwenkbare Stopfpickel sind für die Bearbeitung von Weichen und Gleiskreuzungen sinnvoll. An Stellen mit geringem Freiraum zwi-

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schen Schwellen, Schienen, Radlenkern, Weichenzungen und sonstigen Gleisobjekten werden einzelne Stopfpickel hochgeschwenkt, damit nur die verbleibenden Stopfpickel in freie Bereiche des Gleisschotterbetts eintauchen. Die eintauchenden Stopfpickel sind in der Regel nicht vertikal nach unten ausgerichtet, sondern geringfügig mit den Pickelplatten in Richtung der Schienen geneigt. Damit wird eine besonders gute Verdichtung des Schotters unterhalb der Kreuzungsstellen von Schienen und Schwellen erreicht. Dort ist eine qualitativ hochwertige Auflage der Schwellen besonders wichtig, um im Belastungsfall Kippbewegungen der Schwellen zu vermeiden. Durch das seitliche Rückschwenken während des Herausziehens bewegt sich das untere Ende des jeweiligen Stopfpickels durch die zugeordnete Schotterbettoberflächenstelle und die verdichtete Zone unter den Schwellen bleibt unbeeinflusst.

[0015] Vorteilhafterweise wird eine aktuelle Position des jeweiligen Stopfpickels mittels einer Sensoranordnung bestimmt. In einer einfacheren Variante wird die jeweilige Stopfpickelposition lediglich von Steuersignalen des Höhenstellantriebs sowie der Beistellantriebe unter Berücksichtigung der bekannten geometrischen und kinematischen Gegebenheiten abgeleitet. Die Antriebe sind dabei beispielsweise als Hydraulikzylinder mit diskreter Kolbenverstellung ausgebildet. Beim verbesserten Verfahren ermöglicht die Sensoranordnung auf einfache Weise eine genaue und zuverlässige Erfassung der jeweiligen Pickelposition. Mit der jeweils bekannten Pickelposition am Ende der Beistellbewegung wird in weiterer Folge mittels der Recheneinheit die Schotterbettoberflächenstelle, an welcher der Schaft des Stopfpickels aus dem Gleisschotterbett ragt, berechnet.

[0016] Bevorzugt werden dabei Ausgabedaten der Sensoranordnung an die Steuerungseinrichtung übermittelt, wobei der jeweilige Stopfpickel geregelt entlang einer zugeordneten Trajektorie bewegt wird. Insbesondere wird ein unterer Endpunkt des jeweiligen Stopfpickels entlang der Trajektorie bewegt. Die Regelung ermöglicht auch bei störenden Einflüssen eine genaue Bewegung entlang der vorgegebenen Trajektorie.

[0017] Bei einer weiteren Verbesserung wird das jeweilige Stopfwerkzeug nach dem vollständigen Herausziehen des zugeordneten Stopfpickels aus dem Gleisschotterbett in eine Endposition rückgestellt. Die Einstellung einer großen Öffnungsweite der gegenüberliegenden Stopfpickel bleibt somit ohne Auswirkungen auf den Herausziehvorgang des jeweiligen Stopfpickels. Das ist insbesondere bei unregelmäßigen Schwellenabständen und beim Unterstopfen von Doppelschwellen sinnvoll.

[0018] Bevorzugt werden die Stopfpickel während des Absenkens, während des Bestellens sowie während des Rückstellens und Anhebens mit Vibration beaufschlagt. Eine während dieser Verfahrensschritte durchgehende Vibration der Stopfpickel mobilisiert die Schotterkörner im Einflussbereich der Stopfpickel. Auf diese Weise vermindert sich der Widerstand beim Eintauchen und Beistellen der Stopfpickel. Zudem wird beim Beistellen eine höhere Verdichtung der Schotterkörner erzielt. Beim Herausziehen der Stopfpickel bewirkt die Vibrationsbeaufschlagung ein unmittelbares Ausfüllen des vom jeweiligen Stopfpickel verdrängten Volumens durch die mobilisierten Schotterkörner.

[0019] Verbessert wird diese Wirkung, wenn die Vibrationsbeaufschlagung der Stopfpickel während des Rückstellens und Anhebens mit einer höheren Frequenz erfolgt als während des Beistellens. Durch die erhöhte Frequenz geraten die unmittelbar am jeweiligen Stopfpickel anliegenden Schotterkörner in einen fließähnlichen Zustand, wodurch das von den Stopfpickeln freigegeben Volumen besonders effizient verfüllt wird.

[0020] Das erfindungsgemäße System zur Durchführung eines der beschriebenen Verfahren umfasst ein Stopfaggregat mit einem mittels eines Höhenstellantriebs höhenverstellbaren Werkzeugträger, an dem mittels Beistellantriebe schwenkbare Stopfwerkzeuge mit Stopfpickeln zum Eintauchen in ein Gleisschotterbett gelagert sind, wobei eine Recheneinheit zur Bestimmung einer Schotterbettoberflächenstelle, an der ein Schaft des jeweiligen Stopfpickels am Ende des Beistellens aus dem Gleisschotterbett ragt, eingerichtet ist und wobei eine Steuerungseinrichtung in der Weise zur koordinierten Ansteuerung des Höhenstellantriebs und der Beistellantriebe eingerichtet ist, dass der jeweilige Stopfpickel durch die zugeordnete Schotterbettoberflächenstelle

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bewegt wird. Mit diesem System, dass zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, wird eine hohe Qualität des bearbeiteten Gleises erreicht. Es entsteht eine nachhaltige Gleislage entsprechend den Sollvorgaben mit einem besonders hohen Querverschiebewiderstand, weil nach dem Unterstopfen einer Schwelle beim Herausziehen der Stopfpickel keine nachteilige Beeinflussung des Verdichtungsergebnisses auftritt.

[0021] Bei einer Verbesserung des Systems sind in einer Speichereinheit, die der Steuerungseinrichtung und/oder der Recheneinheit zugeordnet ist, Abmessungen des Stopfaggregats hinterlegt. Damit erfolgt anhand von Stellsignalen des Höhenstellantriebs und der Beistellantriebe auf einfache Weise eine Berechnung der Schotterbettoberflächenstellen, an welchen die Stopfpickel am Ende eines jeweiligen Beistellvorgangs aus dem Schotterbett ragen. Im einfachsten Fall wird dazu der Abstand zur Schotterbettoberfläche auf Basis von Erfahrungswerten abgeschätzt und in der Recheneinheit hinterlegt. Bevorzugt wird das Auftreffen des jeweiligen Stopfpickels auf die Schotterbettoberfläche anhand des dabei auftretenden Widerstands detektiert und daraus die aktuelle Lage des Stopfpickels bezüglich der Schotterbettoberfläche abgeleitet.

[0022] Zudem ist in einer Weiterbildung des Systems am jeweiligen Stopfwerkzeug ein Schwenkantrieb zum seitlichen Verschwenken des zugeordneten Stopfpickels angeordnet. Während des Herausziehens der Stopfpickel aus dem Schotterbett wird der jeweilige Schwenkantrieb mittels der Steuerungseinrichtung in der Weise angesteuert, dass der jeweilige Stopfpickel durch die zugeordnete Schotterbettoberflächenstelle bewegt wird.

[0023] Bei einer weiteren Verbesserung ist eine Sensoranordnung zur Erfassung einer aktuellen Position des jeweiligen Stopfpickels eingerichtet. Damit ist die Lage des jeweiligen Stopfpickels bezüglich des Schotterbetts zum Ende eines Beistellvorgangs unmittelbar erfassbar. Aus den Messergebnissen der Sensoranordnung werden die Positionen der Schotterbettoberflächenstellen, an welchen die Stopfpickel aus dem Schotterbett ragen, errechnet und in weiterer Folge die Trajektorien der Stopfpickel beim Herausziehen aus dem Schotterbett abgeleitet.

[0024] Vorteilhafterweise umfasst die Sensoranordnung mehrere Sensoren, wobei jedem der Antriebe zur Positionsänderung des jeweiligen Stopfpickels ein Bewegungssensor und/oder ein Wegmesssensor und/oder ein Drehwinkelsensor zugeordnet ist. Mit diesen Sensoren ist unter Berücksichtigung der bekannten geometrischen und kinematischen Gegebenheiten die aktuelle Lage und Position des jeweiligen Stopfpickels in einem räumlichen Bezugssystem ermittelbar.

[0025] Bevorzugt ist die Sensoranordnung mit der Steuerungseinrichtung gekoppelt, wobei in der Steuerungseinrichtung ein Regler zur geregelten Ansteuerung der Antriebe eingerichtet ist. Mit dieser Ausprägung des Systems erfolgt eine geregelte Bewegung des jeweiligen Stopfpickels, insbesondere während des Herausziehens der Stopfpickel aus dem Schotterbett.

[0026] In einer bevorzugten Weiterbildung ist der jeweilige Beistellantrieb einerseits mit dem zugeordneten Stopfwerkzeug verbunden und andererseits mit einem Vibrationsantrieb gekoppelt. Der Vibrationsantrieb gewährleistet eine Vibrationserzeugung mit einer stabilen Schwingungsamplitude. In einer anderen Variante ist der jeweilige Beistellantrieb sowohl zur Erzeugung der Beistellbewegung als auch zur Erzeugung der Vibrationsbewegung eingerichtet. Beispielsweise wird dazu ein Hydraulikzylinder mit einem Servo- oder Proportionalventil angesteuert, wobei einer Druckbeaufschlagung für die Beistellbewegung zyklische Druckimpuls überlagert sind.

[0027] Bei einer weiteren Verbesserung des Systems ist ein Abstandssensor zur Abstandserfassung der Schotterbettoberfläche angeordnet. Aus dem erfassten Abstand zwischen dem Abstandssensor und der Schotterbettoberfläche ist unter Berücksichtigung der bekannten geometrischen und kinematischen Gegebenheiten die Lage des jeweiligen Stopfpickels bezüglich der Schotterbettoberfläche mittels der Recheneinheit ableitbar. Bevorzugt ist der Abstandssensor direkt am Stopfaggregat, beispielsweise am Werkzeugträger oder am Aggregatrahmen, angeordnet und mit der Recheneinheit gekoppelt.

[0028] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

[0029] Fig. 1 System mit einer Stopfmaschine, die auf einem Gleisabschnitt angeordnet ist; 41713

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[0030] Fig. 2 Stopfaggregat mit in ein Gleisschotterbett eingetauchten Stopfpickeln in Seitenansicht;

[0031] Fig. 3 Stopfaggregat mit in ein Gleisschotterbett eingetauchten Stopfpickeln in Vorderansicht;

[0032] Fig. 4 Stopfaggregat in Seitenansicht;

[0033] Fig. 5 Beistellantrieb in Seitenansicht;

[0034] Fig. 6 Werkzeugträger in Seitenansicht;

[0035] Fig. 7 Stopfwerkzeug mit Stopfpickel in Seitenansicht;

[0036] Fig. 8 Stopfaggregat mit angehobenem Werkzeugträger in Seitenansicht; [0037] Fig. 9 Stopfaggregat mit abgesenktem Werkzeugträger in Seitenansicht; [0038] Fig. 10 Stopfaggregat mit abgesenktem Werkzeugträger in Vorderansicht; [0039] Fig. 11 Herausziehvorgang gegenüberliegender Stopfpickel;

[0040] Fig. 12 Stopfpickel in Vorderansicht;

[0041] Fig. 13 Stopfpickel gemäß Fig. 12 in einer Seitenansicht.

[0042] Das in Fig. 1 dargestellte System 1 umfasst eine Stopfmaschine 2 mit einem Stopfaggregat 3 und einem Hebe- und Richtaggregat 4. Angeordnet sind die Aggregate 3, 4 an einem Maschinenrahmen 5, der auf Schienenfahrwerken 6 abgestützt auf einem Gleis 7 verfahrbar ist. Ein Gleisrost, der aus Schwellen 8 und darauf befestigten Schienen 9 besteht, lagert in einem Gleisschotterbett 10. Während eines Bearbeitungsvorgangs wird der Gleisrost abschnittsweise mittels des Hebe- und Richtaggregats 4 angehoben und seitlich gerichtet und mittels des Stopfaggregats 3 in der vorgegebenen Lage fixiert.

[0043] Das beispielhafte Stopfaggregat 3 in den Figuren 2-7 umfasst einen Aggregatrahmen 11, der seitlich verschiebbar und vorzugsweise mittels einer Drehvorrichtung um eine Hochachse drehbar am Maschinenrahmen 5 befestigt ist. Am Aggregatrahmen 11 sind vertikale Führungen 12 für einen Werkzeugträger 13 angeordnet. Über einen Höhenstellantrieb 14 ist der Werkzeugträger 13 entlang dieser Führungen 12 gegenüber dem Aggregatrahmen 11 höhenverstellbar. Am Werkzeugträger 13 sind zwei gegenüberliegende Stopfwerkzeuge 15 zangenförmig gelagert. Jedes Stopfwerkzeuge 15 bildet einen Schwenkhebel, dessen oberes Ende mit einem zugeordneten Beistellantrieb 16 verbunden ist. Am freien unteren Ende des jeweiligen Stopfwerkzeugs 15 sind nebeneinander zwei Stopfpickel 17 angeordnet. In einer einfacheren Variante ist nur ein Stopfpickel 17 am jeweiligen Stopfwerkzeug 15 angeordnet.

[0044] Vorzugsweise sind die Beistellantriebe 16 als Hydraulikzylinder ausgebildet. Ein Ausfahren der jeweiligen Kolbenstange bewirkt, dass die Stopfpickel 17 zueinander beigestellt werden. Zudem sind die Beistellantriebe 16 mit einem Vibrationsantrieb 18 gekoppelt. Der Vibrationsantrieb 18 umfasst insbesondere eine Exzenterwelle, auf der die Beistellantriebe 16 gelagert sind. Im Betrieb wird eine Rotation der Exzenterwelle über die Beistellantriebe 16 in oszillierende Vibrationsbewegungen der Stopfwerkzeuge 15 übertragen.

[0045] Die Antriebe 14, 16, 18 des Stopfaggregats 3 sind mit einer Steuerungseinrichtung 19 angesteuert. Bevorzugt umfasst die Steuerungseinrichtung 19 einen Mikrocontroller, in dem ein Steuerungsprogramm zur koordinierten Ansteuerung der einzelnen Antriebe 14, 16, 18 eingerichtet ist.

[0046] Ein Stopfvorgang gliedert sich in mehrere Verfahrensschritte, die sich zyklisch wiederholen. In einem ersten Verfahrensschritt werden die Stopfpickel 17 über der Schotterbettoberfläche 20 positioniert. Dazu wird die Stopfmaschine 2 am Gleis verfahren, bis sich der jeweilige Stopfpickel 17 über einem Schwellenfach befindet.

[0047] Im nächsten Schritt erfolgt ein Absenken des Werkzeugträgers 13, wobei die mit Vibration beaufschlagten Stopfpickel 17 in das Gleisschotterbett 10 eintauchen. Der Absenkvorgang wird

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beendet, sobald die unteren Enden der Stopfpickel 17 eine vorgegeben Eintauchtiefe erreicht haben. In der Regel liegt dabei eine obere Pickelplattenkante 21 knapp unterhalb einer Schwellenunterseite. Die Vibrationsfrequenz während des Eintauchens liegt beispielsweise bei 45 Hz, wodurch die Beweglichkeit der einzelnen Schotterkörner besonders angeregt wird.

[0048] Bereits während des finalen Absenkens oder unmittelbar anschließend beginnt das Beistellen der Stopfwerkzeuge 15. Die Beistellantriebe 16 fahren aus und drücken die oberen Hebelarme der Stopfwerkzeuge 15 auseinander, wodurch die an den unteren Hebelarmen befestigten Stopfpickel 17 zueinander beigestellt werden. Die Vibration bleibt dabei aufrecht, allerdings mit einer für das Verschieben und Verdichten der Schotterkörner optimalen Frequenz von 35 Hz.

[0049] Im letzten Abschnitt des Stopfvorgangs läuft eine umgekehrte Bewegung ab, wobei der Werkzeugträger 13 angehoben und die Beistellantriebe 16 eingefahren werden. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen bei diesem letzten Abschnitt zum Tragen. Dabei ist die aktuelle Lage und Position des jeweiligen Stopfpickels 17 bei Beendigung des Beistellens von Bedeutung.

[0050] Zur Bestimmung dieser Lage und Position des jeweiligen Stopfpickels 17 ist in der Steuerungseinrichtung 19 oder als separate Einrichtung ein Recheneinheit 22 angeordnet. In dieser Recheneinheit 22 sind geometrische und kinematische Daten des Stopfaggregats 3 hinterlegt. Näher wird darauf mit Bezug auf die Figuren 4-7 eingegangen.

[0051] Am Werkzeugträger 13 werden ein horizontaler Abstand a zwischen den beiden Lagerstellen 23 der Stopfwerkzeuge 15 und ein vertikaler Abstand b zwischen diesen Lagerstellen 23 und einem Zentrum 24 des Vibrationsantriebs 18 berücksichtigt. Das jeweilige Stopfwerkzeug 15 wird in einer Ausgangslage mit vertikal ausgerichtetem Stopfpickel 17 betrachtet. Hier sind zunächst ein horizontaler Abstand c und ein vertikaler Abstand d zwischen der Schwenklagerstelle 25 und einem oberen Lagerauge 26 zur Verbindung mit dem zugehörigen Beistellantrieb 16 von Bedeutung. Hinzu kommt ein Abstand e zwischen der Schwenklagerstelle 25 bis zum unteren Ende einer Pickelhalterung 27 und eine freie Länge f des in der Pickelhalterung 27 befestigten Stopfpickels 17. In Summe ergibt das eine Länge des unteren Hebelarms des Stopfwerkzeugs 15. Ein weiteres Maß für die Berechnungen ist ein Schaftdurchmesser g des Stopfpickels 17. Maßgeblich ist dabei der Schaftdurchmesser g an der Stelle, bis zu welcher der Stopfpickel 17 gewöhnlich in das Gleisschotterbett 10 eintaucht.

[0052] Weitere Daten zur Berechnung der Lage und Position der Stopfpickel 17 sind eine aktuelle Länge h des Höhenstellantriebs 14 und eine aktuelle Länge i des jeweiligen Beistellantriebs 16. Aus diesen variablen Längen h, i ergibt sich die aktuelle Stellung des zugeordneten Stopfwerkzeugs 15. Bevorzugt ist jedem Antrieb 14, 16 ein eigener Wegmesssensor zur Erfassung der aktuellen Antriebsstellung zugeordnet. Als Alternative kann im jeweiligen Schwenklager 28 ein Drehwinkelgeber angeordnet sein, dessen Ausgangsdaten die aktuelle Stellung des zugeordneten Stopfwerkzeugs 15 bezüglich des Werkzeugträgers 13 angeben.

[0053] Weitere Daten kommen hinzu bei einer Weiterbildung mit seitlich schwenkbaren Stopfpickeln (Fig. 8-10). Hier sind Schwenkantriebe 29 zwischen dem oberen Schwenkarm des jeweiligen Stopfwerkzeugs 15 und der zugeordneten Pickelhalterung 27 angeordnet. In der Recheneinheit 22 sind die Abstände zwischen den zusätzlichen Lagerstellen 30 der Pickelhalterungen 27 hinterlegt. Zudem sind der Recheneinheit 22 die variablen Längen der Schwenkantriebe 29 zugeführt, wobei auch hier Drehwinkelgeber als Alternative dienen können.

[0054] In Fig. 8 ist das weitergebildete Stopfaggregat 3 mit den Stopfpickeln 17 über der Schotterbettoberfläche 20 positioniert. Untere Stopfpickelenden 31 sind in der Darstellung mit Markierungen hervorgehoben. Für diese Stopfpickelenden 31 wird beim Herausziehen der Stopfpickel 17 eine optimierte Trajektorie 32 vorgegeben. Dazu wird bei Beendigung des jeweiligen Beistellvorgangs zunächst für jeden Stopfpickel 17 eine Schotterbettoberflächenstelle 33 bestimmt, an der ein Schaft 34 des Stopfpickels 17 aus dem Gleisschotterbett 10 ragt. Diese Bestimmung der Schotterbettoberflächenstellen 33 geschieht in der Recheneinheit 22 mit den oben beschriebenen Daten a-i auf Basis der gegebenen geometrischen und kinematischen Zusammenhänge.

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[0055] In Fig. 11 sind mehrere aufeinanderfolgende Stellungen der aus dem Gleisschotterbett 10 gezogenen Stopfpickel 17 gemeinsam dargestellt. Für die Bestimmung der jeweiligen Schotteroberflächenstelle 33 ist der Abstand zwischen dem jeweiligen Stopfwerkzeug 15 und der Schotterbettoberfläche 20 heranzuziehen. Im einfachsten Fall wird dieser Abstand anhand von Erfahrungswerten abgeschätzt. Bevorzugt wird die Stellung des Höhenstellantriebs 14 beim Auftreffen der Stopfpickel 17 auf die Schotterbettoberfläche 20 während des Eintauchvorgangs registriert. Mit den hinterlegten geometrischen Daten ist daraus der Abstand ableitbar. In einer Weiterbildung ist ein separater Abstandssensor 35 zur Bestimmung des Abstands zur Schotterbettoberfläche 20 angeordnet.

[0056] Bei Beendigung des Beistellvorgangs befinden sich die unteren Stopfpickelenden 31 am jeweils tiefsten Punkt. Hier sind die mittels der Recheneinheit 22 bestimmten Schotterbettoberflächenstellen 33 als Schnittflächen 36 des zugeordneten Pickelschafts 34 und der Schotterbettoberfläche 20 ersichtlich. Jede dieser Schotteroberflächenstellen 33 besitzt einen geometrischen Schwerpunkt 37, der das Zentrum dieser Schotteroberflächenstelle 33 bildet. Die vorgegebene Trajektorie 32 des jeweiligen unteren Stopfpickelendes 31 verläuft bevorzugt durch dieses Zentrum.

[0057] Das erfindungsgemäße Verfahren sieht jedenfalls vor, dass der jeweilige Stopfpickel 17 durch die zugeordnete Schotterbettoberflächenstelle 33 bewegt wird. Diese Vorgabe ist erfüllt, wenn das jeweilige untere Stopfpickelende 31 durch die aufeinander abgestimmte Ansteuerung des Höhenstellantriebs 14 und der Beistellantriebe 16 beim Herausziehen des Stopfpickels 17 entlang einer stetigen Trajektorie durch die zugeordnete Schnittfläche 36 wandert. Bevorzugt sind die erste und die zweite Ableitung der Trajektorie stetig, sodass der jeweilige Stopfpickel 17 während des Herausziehens aus dem Gleisschotterbett 10 eine glatte Bewegung ohne seitlichen Versatz vollführt. Dabei bewegt sich das untere Stopfpickelende 31 im Wesentlichen entlang einer Linie durch die geometrischen Schwerpunkte der Querschnitte entlang des Pickelschafts 34.

[0058] Erst wenn der jeweilige Stopfpickel 17 vollständig aus dem Gleisschotterbett 10 gezogen ist, erfolgt eine abschließende Rückstellung der Beistellantriebe 16, damit eine gewünschte Offnungsweite w für den nächsten Stopfvorgang eingestellt ist.

[0059] Die Figuren 12 und 13 zeigen eine vorteilhafte Ausprägung des jeweiligen Stopfpickels 17 zur weiteren Verbesserung des Herausziehens aus dem Gleisschotterbett 10. In der Vorderansicht (Fig. 12) ist ersichtlich, dass die oberen Pickelplattenkanten 21 vom Schaftansatz nach auBen abfallend ausgebildet sind. Auch in der Seitenansicht (Fig. 13) zeigt sich, dass die Pickelplatte an der Oberseite einen Grad mit abfallenden Flächen aufweist. Mit diesen schräg nach unten verlaufenden Flächen werden die Schotterkörner seitlich abgeleitet, während der Stopfpickel 17 aus dem Schotterbett 10 gezogen wird. Diese Bewegungsbahnen der Schotterkörner sind mit Pfeilen angedeutet. Durch die besondere Form an den oberen Kanten der Pickelplatte wird weitgehend verhindert, dass Schotterkörner mit dem Stopfpickel 17 gemeinsam nach oben bewegt werden.

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Claims (15)

A ‚hes AT 528 209 B1 2025-11-15 Ss N Patentansprüche

1. Verfahren zum Verdichten eines Gleisschotterbetts (10) mittels eines Stopfaggregats (3), das einen Werkzeugträger (13) und auf diesem gelagerte Stopfwerkzeuge (15) mit Stopfpickeln (17) aufweist, umfassend die Verfahrensschritte:

- Positionieren der Stopfpickel (17) über der Oberfläche (20) des Gleisschotterbetts (10),

- Absenken des Werkzeugträgers (13) mittels eines Höhenstellantriebs (14), wobei die Stopfpickel (17) in das Gleisschotterbett (10) eintauchen,

- Beistellen der Stopfwerkzeuge (15) mittels Beistellantriebe (16), wobei die Stopfpickel (17) aufeinander zubewegt werden,

- Rückstellen der Stopfwerkzeuge (15) und Anheben des Werkzeugträgers (13), wobei die Stopfpickel (17) voneinander wegbewegt und aus dem Gleisschotterbett (10) gezogen werden,

dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Recheneinheit (22) für den jeweiligen Stopfpi-

ckel (17) bei Beendigung des Beistellens eine Schotterbettoberflächenstelle (33), an der ein

Schaft (34) des Stopfpickels (17) aus dem Gleisschotterbett (10) ragt, bestimmt wird und

dass mittels einer Steuerungseinrichtung (19) der Höhenstellantrieb (14) und die Beistellan-

triebe (16) in der Weise aufeinander abgestimmt angesteuert werden, dass der jeweilige

Stopfpickel (17) durch die zugeordnete Schotterbettoberflächenstelle (33) bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein am jeweiligen Stopfwerkzeug (15) angeordneter Schwenkantrieb (29) zum seitlichen Verschwenken eines der Stopfpickel (17) mit der Steuereinrichtung (19) angesteuert wird und dass der Stopfpickel (17) mit einer seitlichen Schwenkbewegung durch die zugeordnete Schotterbettoberflächenstelle (33) bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine aktuelle Position des jeweiligen Stopfpickels (17) mittels einer Sensoranordnung bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgabedaten der Sensoranordnung an die Steuerungseinrichtung (19) übermittelt werden und dass der jeweilige Stopfpickel (17) geregelt entlang einer zugeordneten Trajektorie (32) bewegt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Stopfwerkzeug (15) nach dem vollständigen Herausziehen des zugeordneten Stopfpickels (17) aus dem Gleisschotterbett (10) in eine Endposition rückgestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stopfpickel (17) während des Absenkens, während des Bestellens sowie während des Rückstellens und Anhebens mit Vibration beaufschlagt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationsbeaufschlagung der Stopfpickel (17) während des Rückstellens und Anhebens mit einer höheren Frequenz erfolgt als während des Beistellens.

8. System (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend ein Stopfaggregat (3) mit einem mittels eines Höhenstellantriebs (14) höhenverstellbaren Werkzeugträger (13), an dem mittels Beistellantriebe (16) schwenkbare Stopfwerkzeuge (15) mit Stopfpickeln (17) zum Eintauchen in ein Gleisschotterbett (10) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Recheneinheit (22) zur Bestimmung einer Schotterbettoberflächenstelle (33), an der ein Schaft (34) des jeweiligen Stopfpickels (17) am Ende des Beistellens aus dem Gleisschotterbett (10) ragt, eingerichtet ist und dass eine Steuerungseinrichtung (19) in der Weise zur koordinierten Ansteuerung des Höhenstellantriebs (14) und der Beistellantriebe (16) eingerichtet ist, dass der jeweilige Stopfpickel (17) durch die zugeordnete Schotterbettoberflächenstelle (33) bewegt wird.

9. System (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Speichereinheit Abmessungen (a-i) des Stopfaggregats (3) hinterlegt sind.

A ‚hes AT 528 209 B1 2025-11-15

Ss N

10. System (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass am jeweiligen Stopfwerkzeug (15) ein Schwenkantrieb (29) zum seitlichen Verschwenken des zugeordneten Stopfpickels (17) angeordnet ist.

11. System (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoranordnung zur Erfassung einer aktuellen Position des jeweiligen Stopfpickels (17) eingerichtet ist.

12. System (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Antriebe (14, 16, 29) zur Positionsänderung des jeweiligen Stopfpickels (17) ein Bewegungssensor und/oder ein Wegmesssensor und/oder ein Drehwinkelsensor zugeordnet ist.

13. System (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung mit der Steuerungseinrichtung (19) gekoppelt ist und dass in der Steuerungseinrichtung (19) ein Regler zur geregelten Ansteuerung der Antriebe (14, 16, 29) eingerichtet ist.

14. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Beistellantrieb (16) einerseits mit dem zugeordneten Stopfwerkzeug (15) verbunden und andererseits mit einem Vibrationsantrieb (18) gekoppelt ist.

15. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstandssensor (35) zur Abstandserfassung der Schotterbettoberfläche (20) angeordnet ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen