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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und Bewertung des
Verschleißzustandes
von Schienen. Dazu wird vorgeschlagen, Fahrflächenfehler, beispielsweise
Riffel, Wellen oder Ausbrüche
mittels einer Längsprofilmessung
zu erfassen und den Abnutzungsgrades im Bereich der Fahrflanke des Schienenkopfes
mittels Querprofilmessung festzustellen.
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Dabei
wird ein Messwagen eingesetzt, der alle für die Messung und Auswertung
erforderlichen Bauteile aufnimmt, und sich durch geringes Gewicht, leichte
Verfahrbarkeit und gutes Handling innerhalb und außerhalb
der Gleisanlage auszeichnet.
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Das
Problem der Verschleißermittlung
an den Schienenköpfen
einer Gleisanlage ist seit Längerem
bekannt und unterliegt einer ständigen
technischen Weiterentwicklung.
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In
der Patentliteratur werden verschiedene Verfahren und Vorrichtungen
vorgeschlagen, unter anderem auch solche, bei denen Laser oder andere Sensoren
als berührungslos
arbeitende Messmittel zum Einsatz kommen.
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Die
Messanordnungen der beschriebenen technischen Lösungen sind überwiegend
in Großmaschinen
zur Gleisbearbeitung integriert oder auf speziellen Messwagen angeordnet.
Das Längs-
wie auch das Querprofil der Schiene wird während der Überfahrt kontinuierlich vermessen.
Die Auswertung der Messergebnisse erfordert einen hohen technischen
Aufwand, weil die durch die Fahrbewegung mit relativ hoher Geschwindigkeit
eingetragenen Messfehler eliminiert werden müssen, um ein verwertbares Ergebnis
zu erhalten.
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Entsprechende
Messwagen werden beispielsweise in
DE
43 32 722 ,
DE 44 41
349 und 195 10 560 vorgestellt. Diese sind überwiegend
als Anhängefahrzeuge
oder selbst fahrende Aggregate konzipiert.
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In
Folge ihres recht hohen Gewichts eignen sich diese Messwagen nicht
für Einsatzfälle, bei
denen ein häufiges
Ausgleisen erforderlich ist, wie zum Beispiel bei Straßenbahnen
unter laufenden Bahnverkehr.
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Es
wäre daher
wünschenswert,
ein speziell dafür
angepasstes Messverfahren mit entsprechenden apparativen Mitteln
zur Verfügung
zu haben, das mit angemessenem technischen und wirtschaftlichen Aufwand
einsetzbar ist.
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Die
Praxis hält
zur Zeit keine praktikablen Lösungen
bereit, die hierfür
ohne erfinderisches Zutun und ohne weitere Entwicklungsarbeit sofort
umsetzbar wären.
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Somit
war ein Verfahren zur Erfassung und Bewertung des Verschleißzustandes
von Schienen zu entwickeln, das gegenüber dem beschriebenen Stand
der Technik zwar vereinfachte aber für den vorgesehenen Verwendungszweck
ausreichende Merkmale aufweist. Insbesondere betrifft das die Messung des
Schienenquerprofils.
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Der
zugehörige
Messwagen soll insbesondere ein hohes Flexibilitätspotential aufweisen, d. h., er
soll im und auch außerhalb
des Gleises gut handhabbar sein und Messungen in unterschiedlichen Gleisanlagen
hinsichtlich Art, Spurweite und eingesetztem Schienenprofil ermöglichen.
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Die
vorgenannte Aufgabenstellung ist nach den Merkmalen des Patentanspruchs
1 in verfahrenstechnischer Hinsicht und nach denen des Patentanspruchs
2 apparativer Art und Weise gelöst
worden. In den Unteransprüchen
sind zweckmäßige Ausgestaltungen
angegeben.
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Zunächst war
zu sichern, dass bewährte
Verfahrensprinzipien zur Messung des Schienenlängs- und -querprofils sowie
Ausstattungsmerkmale bekannter Messwagen der in Rede stehenden Art
beibehalten werden.
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Der
Gegenstand der Erfindung ist in der Vereinfachung vorhandener Messmethoden
und in der Anpassung an die Forderungen der Praxis hinsichtlich
kurzer und flexibler Einsätze
zu sehen.
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Mittels
der Längsprofilmessung
werden Fahrflächenfehler,
insbesondere Riffel erfasst. Sie besteht im Wesentlichen aus einem
Laser, einem Geräteträger mit
Dämpfungseinheit,
der Signalverarbeitung und der Anzeige und Speicherung der Messergebnisse
unter Nutzung eines PC. Es handelt sich um eine kontinuierliche
Messung.
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Die
Oberfläche
der Schiene wird mit einem dafür
geeigneten Laser in der Mitte des Schienenkopfes abgetastet. Der
Längsvorschub
der Messanordnung ist durch die Fahrbewegung des Messwagens realisiert.
Dabei ist durch Einsatz geeigneter technischer Mittel am Messwagen
gesichert, das Schwingungen minimiert werden.
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Die
gewonnenen Messdaten werden einer Auswerteeinheit mit festgelegten
Korrektur- und Auswertefunktionen zur Verfügung gestellt und mittels einer
Messkarte weiter verarbeitet. Hier findet der Abgleich mit entsprechenden
Sollwerten für
das Längsprofil
statt, mit dem Ergebnis der Längsprofildarstellung über einen
definierten Messabschnitt. Der Maßstab ist so festgelegt, dass
die Längsrichtung
verkleinert und der vertikale Ausschlag vergrößert dargestellt ist.
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Aus
der maßstäblichen
Darstellung ist der höhenmäßige Abnutzungsgrad
des Schienenkopfes exakt ablesbar. Die genaue Lage der Messstelle
lässt sich
auf Grund der mitlaufenden Streckenmessung konkret zuordnen. Ein
momentaner Ausschnitt des Messprofils ist für den Bediener auf einem Bildschirm darstellbar.
Der gesamte Messverlauf ist in der Anlage gespeichert und kann nach
Abschluss der Messung auf andere Datenträger übertragen werden.
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Im
Unterschied zur Längsprofilmessung
wird die Messung der Querprofils der Schiene gewollt an ausgewählten Messstellen
vorgenommen, wobei relevante Zonen der Fahrflanke und des Schienenkopfes
berücksichtigt
werden. Die punktuelle Erfassung des Schienenprofils an definierten
Stellen ist für
die Beurteilung des Gesamtverschleißzustandes absolut ausreichend.
Die Messung kann daher bei Stillstand des Messwagens durchgeführt werden.
An der gewünschten
Messstelle tastet ein Scanner gegebenenfalls nach vorheriger Kalibrierung
des Geräteträgers den
Schienenkopf in Querrichtung ab. Dieser kann auch, wenn erforderlich,
entlang einer mechanischen Führungseinrichtung
bewegbar sein, um die Fläche
des Schienenquerprofils zu überstreichen. Die
Auswertung der gewonnenen Daten erfolgt ebenfalls in einer Auswerteeinheit
mittels einer Messkarte unter Nutzung eines PC's.
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Im
Ergebnis steht eine maßstäbliche Darstellung
des Schienenquerprofils an der vermessenen Stelle zur Verfügung, die
Auskunft über
den Verschleißzustand
gibt. Sie kann wahlweise sofort angezeigt bzw. gespeichert und später weiter
verarbeitet werden.
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Durch
die Messung im Stillstand entfallen zum Einen alle aufwendigen mechanischen
Dämpfungsmaßnahmen
für den
Scanner und zum Anderen alle rechentechnischen Aufwendungen zur
Korrektur von Verzerrungen, die sich aus der zusätzlichen Längsbewegung des Messwagens
ergeben würden.
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Trotzdem
ist eine hinreichende Anzahl von Messstellen erfassbar, insbesondere
auf Grund dessen, dass eine hohe Messgeschwindigkeit gegeben und
der Messwagen gut handhabbar ist, so dass kurze Messstopps an sich
nicht störend
empfunden werden.
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Vorteilhafterweise
sollte für
beide Messungen lediglich ein Messmittel, nämlich ein Laser oder ein Scanner
eingesetzt werden.
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Die
Ergebnisse der Längs-
und Querprofilmessung geben Auskunft über den Schienenzustand im
Hinblick auf den Verschleiß am
Fahrkopf und an der Fahrflanke sowie über Häufigkeit und Höhe von Riffeln
und anderer Schadstellen. Sie bilden die Grundlage für die Planung
und Durchführung
von Instandhaltungsmaßnahmen,
wie Schienenauswechslung, Schienenschleifen oder Auftragsschweißen, und
ermöglichen
dem Bahnbetriebsleiter Aussagen zur Verkehrsdurchführung, beispielsweise
zu Verkehrseinschränkungen
wegen Überschreitung
der Verschleißgrenzwerte
oder zu Lärmemissionen
wegen Riffelbildungen.
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Darüber hinaus
sind die Messungen der in Rede stehenden Art zur Kontrolle nach
Instandsetzungsarbeiten geeignet. Die gespeicherten Verschleißprofile
sind in bestehende Datenbänke
integrierbar und können
somit als Grundlage für
langfristige Entscheidungen über
Instandhaltung und Neubau dienen.
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Ein
Messwagen zur Durchführung
der genannten Verfahrensschritte besteht aus einer Rahmenkonstruktion,
die eine Plattform bzw. einen Geräteträger aufnimmt. Die Führung im
Gleis ist mittels Laufrollen oder auch -rädern realisiert. Die Messeinrichtung
bzw. mehrere Messeinrichtungen sind zur Vermessung jeweils eines
Schienenstrangs an Geräteträgern angeordnet.
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Zum
Ausgleich von Riffeln, Wellen und anderen Unebenheiten der zu vermessenden
Schiene sind die Laufrollen auf der Messseite als Mehrfachrollen
ausgeführt.
Sie sind beweglich gelagert, isoliert ausgeführt und jeweils am Ende der
Rahmenkonstruktion befindlich.
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Die
offene Rahmenbauweise erlaubt es, die Messeinrichtung zwischen den
Laufrollen anzuordnen. Die gesamte Schienenkopfbreite und die Fahrflanke
sind ohne Behinderung durch die eingesetzten Laser, Scanner und/oder
anderen Sensoren erfassbar.
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Die
großzügige Bemessung
der Sichtfelder ermöglicht
auch die Nachrüstung
weiterer Messmittel.
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Die
Rahmenkonstruktion und damit alle auf ihr befindlichen Bauteile
ist mittels eines Rollenauslegers auf dem gegenüber der Messseite liegenden Schienenstrang
abgestützt.
Die dortigen Führungsrollen
werden durch Federn an die Fahrflanke der Schiene angepresst. Dadurch
ist eine straffe und gleichmäßige Führung im
Gleis gewährleistet.
Der Einsatz des Rollenauslegers ermöglicht es, den Messwagen problemlos
an verschiedene Spurweiten anzupassen.
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Der
Messwagen ist so konzipiert, dass die Montage und Demontage mit
wenigen Handgriffen realisierbar ist. Durch Entfernen des Rollenauslegers und
der die Messeinrichtungen beinhaltenden Geräteträger von der Rahmenkonstruktion
ist der Messwagen so zerlegbar, dass der Transport in einem PKW
möglich
ist.
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Somit
sind die Voraussetzungen für
ein extrem flexibel einsetzbares Messsystem gegeben. Der Messwagen
kann per Hand im Gleis geschoben oder gezogen, wie auch an ein Fahrzeug,
insbesondere ein Schienenfahrzeug, angehängt werden.
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Auf
Grund der beschriebenen Leichtbauweise ist der Messwagen ohne Probleme
ein- und ausgleisbar. Die äußeren Abmessungen
sind so gewählt, dass
die Regellichtraumprofile der Bahnen eingehalten wird.
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Zur
Aufnahme der Messeinrichtungen je nach Messaufgabe sind verschiedene
Geräteträger jeweils
lösbar
mit dem Messwagen verbunden.
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Dem
Einsatz eines Messmittels für
beide Messaufgaben ist der Vorzug zu geben. Anderenfalls kommt zur
Erfassung des Längsprofils
der Schiene ein Laser zum Einsatz. Dieser zeichnet in Zusammenarbeit
mit nachgeschalteten Auswerteeinrichtungen das gesamte Längsprofil
des Fahrspiegels auf, so dass Riffel, Wellen und Schadstellen leicht
erkennbar sind. Da diese Messung kontinuierlich durchgeführt wird,
macht sich die Montage des Laserkopfes in einem Geräteträger mit
Dämpfungseinrichtung
erforderlich.
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Die
Messung erfolgt somit quasi schwebend. Innerhalb des Geräteträgers ist
eine Justage und Kalibrierung vorgesehen.
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Zur
Erfassung des Querprofils der Schiene sollte, wenn technisch möglich, der
Laser für
die Längsprofilmessung
genutzt werden. Es ist jedoch auch ein separater Scanner einsetzbar.
Der Scanner, für
den dann allerdings auf Grund der hier vorgesehenen stationären Messung
keine Dämpfungsmaßnahmen
erforderlich sind, ist ebenfalls auf einem Geräteträger anzuordnen.
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Der
Tatsache der stationären
Messung des Querprofils ist im Wesentlichen auch der relativ unkomplizierte
Aufbau des Messwagens geschuldet.
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Für die Streckenkalibrierung
ist ein auf dem Schienenkopf mitlaufendes Messrad vorgesehen.
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Die
zur Auswertung der Messsignale erforderliche Computertechnik ist
in einem Geräteschrank,
beispielsweise in einem Flightcase, untergebracht, ebenso die Stromversorgung
und andere erforderliche Bauteile. Auf dem Flightcase befindet sich
eine Tastatur und ein Monitor. Somit erhält der Bediener Informationen über den
Messvorgang und kann erforderliche Operationen, wie Starten, Beenden
oder Kalibrieren, ausführen.
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Vorgestellt
wird ein Messwagen der in Rede stehenden Art, der einen Laser für die Längsprofilmessung
und einen Scanner für
die Erfassung des Querprofils der Schiene aufweist.
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Eine
Rahmenkonstruktion 1 ist auf der Messseite mit Laufrollen 2 versehen,
wobei diese als Mehrfachrollen ausgebildet sind. Die Laufrollen 2 sollten
beweglich gelagert und isoliert sein und sich jeweils an den Enden
der Rahmenkonstruktion 1 befinden. Sie dienen zur Führung des
Messwagens im Gleis und können
auch als Räder
ausgebildet sein.
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Die
Rahmenkonstruktion 1 und damit alle auf ihr befindlichen
Baugruppen ist mittels eines Rollenauslegers 3 auf dem
gegenüberliegenden
Schienenstrang abgestützt.
Die dortigen Führungsrollen
werden mittels Federkraft an die Fahrflanke der Schiene gedrückt.
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Die
Bemessung des Rollenauslegers 3 ist so gewählt, dass
der Messwagen an verschiedene Spurweiten mit einer Ausleger- bzw.
Spurverstellung 4 angepasst werden kann.
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Die
Rahmenkonstruktion 1 nimmt einen oder mehrere Geräteträger 5 auf.
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Im
gewählten
Beispiel ist ein Scanner 8 für die Querprofilmessung am
Geräteträger 5 angeordnet
während
ein Laser 7 für
die Längsprofilmessung an
einer Dämpfungsvorrichtung 6,
die gleichzeitig als Geräteträger fungiert,
befindlich ist. Beide Messeinrichtungen, Laser 7 und Scanner 8,
befinden sich zwischen den Laufrollen 2, wobei die offene
Bauweise der Rahmenkonstruktion 1 großzügig bemessene Sichtfelder zur
Verfügung
stellt und darüber
hinaus Baufreiheit für
die Nachrüstung
weiterer Sensoren bietet.
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Es
sind Befestigungsmittel zur lösbaren
Anordnung verschiedener Geräteträger 5 auf
dem Messwagen vorhanden, außerdem
solche, die die Unterbringung der Computertechnik, inklusive Monitor 12 und
Tastatur 11, der Stromversorgung und anderer Bauteile,
die vorzugsweise in einem Geräteschrank 10 untergebracht
sind gestatten.
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Innerhalb
der Geräteträger können Justagen und
Kalibrierungen vorgesehen werden. Auf dem Schienenkopf läuft ein
Messrad 9 für
die Streckenkalibrierung mit.
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Der
Messwagen ist mit einer Anhängeöse 13 ausgestattet.
Er erfüllt
die Vorgaben der Regellichtraumprofile der Bahnen und ist leicht
und schnell zerlegbar, und zwar mindestens bis auf eine Größe, die den
Transport in einem PKW ermöglicht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Hand einer Zeichnung einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Die
Zeichnung besteht aus der 1,
die folgend Bezugszeichen enthält:
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- 1
- Rahmenkonstruktion,
- 2
- Laufrolle,
- 3
- Rollenausleger,
- 4
- Ausleger-
bzw. Spurverstellung,
- 5
- Geräteträger,
- 6
- Dämpfungsvorrichtung,
- 7
- Laser,
- 8
- Scanner,
- 9
- Messrad,
- 10
- Geräteschrank,
- 11
- Tastatur,
- 12
- Monitor,
- 13
- Anhängeöse.