DE1916729B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung des Zustandes einer Schienenfahrbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feststellung des Zustandes einer Schienenfahrbahn mittels mechanischer Beanspruchung bestimmter Fahrbahnteile und Messung der durch diese Beanspruchung sich ergebenden Formänderungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einem Oberbaumeßwagen mit wenigstens zwei in Gleislängsrichtung voneinander distanzierten, auf das Gleis eine Belastung ausübenden Achsen, sowie aus mindestens einer am Gleis geführten, durch ein Meßgestell oder durch Fühler gebildeten Bezugsbasis, aus Meßvorrichtungen zum Feststellen der Abweichung des Gleises von der Bezugsbasis und aus einer Vorrichtung zum Ermitteln der Differenzen zwischen den Formänderungen des Gleises.

Aus der DL-PS 23 925 ist ein Oberbaumeßwagen mit Laufwerk und Fahrzeugkasten zum Messen von die Güte eines Gleises bestimmenden Kenngrößen, die auf eine im Fahrzeugkasten untergebrachte Registriervorrichtung übertragen werden, bekanntgeworden. Die Kenngrößen werden dabei mindestens zum Teil durch ein Meßgestell ermittelt, das auf Radsätzen mit zylindrischen Laufrädern gelagert ist und unter dem Fahrzeugkasten frei mitlaufend angeordnet ist. Die Messung der Kenngrößen beruht bei dem bekannten Oberbaumeßwagen auf der Erkenntnis, daß die Lip>e der Schienenoberkante einschließlich der Abschnitte der Überhöhungen und der angrenzenden Rampen als die Integralkurve einer die gegenseitige senkrechte Winkellage der Schienenstränge kennzeichnenden Differentialkurve aufgefaßt werden kann. Es wird also beim Di>-chfahren eines Gleises die Differentialkurve aufgenommen, wobei dann die Integralkurve durch Integrieren der Differentialwerte bestimmt werden kann. Der Zweck eines derartigen Meßverfahrens liegt darin, kostspielige Kreiselsysteme, welche eine stabilisierende Plattform bilden, zu vermeiden.

Bei dem bekannten Oberbaumeßwagen können die Kenngrößen des Gleises unter Belastung durch eine Achslast gemessen werden, also unter Verhältnissen wie sie sich etwa beim Überfahren des Gleises durch einen Zug darbieten. Zu diesem Zweck ist eine tragen de Achse des Oberbaumeßwagens zwischen den beiden Meßachsen eines frei mitlaufenden Meßgestelles angeordnet. Die Feststellung dynamischer Formveränderungen ist auf diese Weise jedoch nur insoweit möglich, als sich Unterschiede zwischen den beiden Schienen eines Gleises ergeben. Man kann also mit anderen Worten mit einem derartigen Oberbaumeßwagen feststellen, ob unter der Belastung durch die tragende Achse eine Schiene, beispielsweise stärker abgesenkt wird als die andere. Es läßt sich jedoch nicht feststellen, ob diese Absenkung auf die Achslast zurückzuführen ist oder ob es sich um eine Absenkung handelt, die bereits in der Ruhelage vorhanden ist.

Es wurden weiterhin bereits örtlich auf Gleise. Brükken oder Probestücke Probebelastungen aufgebracht und die sich unter den verschiedenen Belastungen ergebenden Formveränderungen gemessen. Auf diese Weise kann man die Steifigkeit der Schiene oder auch die Nachgiebigkeit der Bettung, die sogenannte Bettungsziffer sowie andere Kennwerte des Gleises ermitteln. Solche Verfahren aber wurden bisher bestenfalls örtlich beschränkt oder nur in Versuchsanstalten an Hand einzelner Bestandteile der Schienenfahrbahnen durchgeführt.

Ferner ist es auch schon bekannt, vom Zustand einzelner Fahrbahnteile dadurch Kenntnis zu erlangen, daß diese Bestandteile in Schwingungen versetzt und die Größe und/oder Frequenz dieser Schwingungen gemessen wurden. Diese Verfahren wurden aber bisher nicht in kontinuierlichem Fortschreiten längs der Fahrbahn und während der Fahrt durchgeführt und wurden

auch nicht mit anderen gleichartigen Messungen verglichen.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, die für die Beurteilung der Beschaffenheit der Fahrbahn wesentlichen Kennwerte des Oberbaus aus den Formänderungen unter verschiedenen Belastungen genauer zu ermitteln, und zwar während der Fahrt längs des Schienenweges ohne örtliches Anhalten.

Diese Aufgabe wird durch die in den Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 6 angegebenen Verfahrens- und Vorrichtuaigsmerkmale gelöst

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 5,7 und 8.

Im folgenden ist die Erfindung näher erläutert.

Die Erfindung ermöglicht an der gleichen Gleisstelle aufeinanderfolgend und an voneinander distanzierten Gleisstellen gleichzeitig Meßwerte zu ermitteln und danach die Differenzmeßwerte zur Ermittlung des Zustandes der Fahrbahn insbesondere in e'nem Lochkartensystem oder einem Computer zu verarbeiien.

Die verschieden großen Beanspruchungen der Fahrbahn können z. B. dadurch erfolgen, daß man die verschieden großen Kräfte an der gleichen Stelle der Fahrbahn nacheinander zur Einwirkung kommen läßt, indem man z. B. eine fahrbare Vorrichtung mit stark unterschiedlichen Achsdrücken die gleiche Stelle der Fahrbahn mit den beiden unterschiedlich belasteten Achsen nacheinander überrollen läßt und dabei im Bereich jeder der beiden Achsen die jeweiligen verschiedenen Formänderungen mißt sowie die Meßwerte \nn-\ sammen vergleicht

Während an der einen Stelle die Messung einer durch eine geringere Beanspruchung verursachten Formänderung erfolgt, erfolgt gleichzeitig an einer in Gleislängsrichtung distanzierten Stelle die Messung einer von der größeren Beanspruchung verursachten Formänderung.

Die Beanspruchungen der Fahrbahn können durch vertikale Kräfte, z. B. als Druckbeanspruchungen, zumindest mittelbar auf eine oder beide Schienen ausgeübt werden, aber auch durch horizontale Kräfte, z. B. als Seitenkräfte, auf Teile der Fahrbahn, vorzugsweise al· ■> auf die Schienen.

>ie Art und Richtung der auszuübenden Kräfte wird natürlich danach zu wählen sein, welche Kennwerte des Gleises jeweils festzustellen sind. Für die Beurteilung der Beschaffenheit der Schiene und der Bettung werden beispielsweise vertikale Druckbeanspruchungen anzuwenden sein. Über die Beschaffenheit der Schienenbefestigung und des Schwellenzustandes bzw. so auch über die Güte der Schwellenvorkopf-Verdichtung kann hingegen auf Grund jener Formänderungen geurteilt werden, die durch eine Horizuntalbeanspruchung des Gleises verursacht werden. Drückt man etwa die beiden Schienen zumindest annähernd an der gleichen Stelle des Gleises nach einander gegenüberliegenden Seiten, so kann man aus der daraus resultierenden Formänderung Schlüsse hinsichtlich der Beschaffenheit der Schwelle und der Schienenbefestigung ziehen.

Bei den Beanspruchungen des Gleises bzw. der Bettung, wie sie im Rahmen der Erfindung anwendbar sind, muß es sich natürlich nicht unbedingt um Druck- oder Seitenkräfte handeln. An Stellen der Beanspruchungen können auch z. B. mit Schlägen auf eine oder beide Schienen Schwingungen erzeugt werden, wobei dann 6s die aus der resultierenden Reaktion folgernden Ergebnisse, z. B. elektroakustisch, gemessen werden.

Diese Ergebnisse ermöglichen es insbesondere, die Beschaffenheit der Schienen und Schienenbefestigungen zu beurteilen, sie lassen aber auch Schlüsse auf die Lagerung der Schwellen und die Beschaffenheit der Bettung ziehen.

Je mehr Arten und Größen von Beanspruchungen an der gleichen Stelle des Gleises durchgeführt werden, desto besser und sicherer läßt sich begreiflicherweise aus den Ergebnissen dieser Beanspruchungen ein Bild über die Kennwerte des Gleises gewinnen. So können beispielsweise die sich aus zahlreichen verschiedenen Beanspruchungen ergebenden Meßwerte in einem Lochkartensystem verwertet oder noch besser von einem Computer unverzüglich verarbeitet werdea Für jede anfallende Kombination solcher Meßwerte ergibt sich dann erfahrungsgemäß eine bestimmte Diagnose über den Zustand des Oberbaus und seiner Teile, deren Zuverlässigkeit weitgehend von der Anzahl der zur Verfugung stehenden Meßwerte abhängt Aus diesem Sachverhalt ergibt sich der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.

In der Zeichnung sind in den F i g. 1 bis 10 verschiedene schematische Ausführungsformen von Meßfahrzeugen teils in Draufsicht teils in Seitenansicht dargestellt.

Im einzelnen zeigt die F i g. 1 im Grundriß das Schema eines dreiachsigen Fahrzeuges mit den Achsen 1. 2 und Γ. dessen mittlere Achse 2 mittels eines Antriebs 2' in bezug zu den beiden anderen Achsen 1. Γ seitwärts verschoben werden kann, um auf die eine oder andere Schiene des Gleises G örtlich eine horizontal gerichtete Kraft ausüben zu können. Die durch eine solche Kraft verursachte Formänderung der Schiene bzw. des Gleises G kann dann mittels — nicht dargestellter, beliebiger — Meßvorrichtungen gemessen und zur Ermittlung von Kennwerten benutzt werden, die über die örtliche Beschaffenheit der Bettung, der Schwellen, der Schienenbefestigungen usw. Auskunft geben.

Ein Fahrwerk dieser Art ist bereits als sogenannter Entgleisungswagen bekanntgeworden, und zwar wird mit einem solchen Wagen das Kräfteverhältnis iim Augenblick der Entgleisung eines Fahrzeuges festgestellt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung dient das Fahrwerk jedoch dem Zweck, Formänderungen des Gleises herbeizuführen und diese Formänderungen zu messen und daraus den Zustand des Gleises festzustellen.

Bekannt sind auch Oberbaumeßwagen, die nach den F i g. 2 bis 4 ausgebildet sind. Im Rahmen der Erfindung geht es jedoch nicht um den grundsätzlichen Aufbau der Fahrgestellrahmen solcher Meßwagen, sondern um die Messung der von den Achsdrücken, insbesondere von unterschiedlichen Achsdrücken hervorgerufenen Formänderungen des Gleises. Insbesondere sollen die Kennwerte des Gleises aus den Differenzen jener Formänderungen ermittelt werden, die sich bei unterschiedlicher Belastung durch Achsdrücke ergeben.

In den F i g. 2 und 3 ist deshalb angedeutet, wie man verschieden große Achsdrücke gewollt erzielen kann, z. B. durch verschieden große Auflasten 3', 4' auf den Drehgestellen 3 bzw. 4 eines Meßwagens nach F i g. 2 oder dadurch, daß man gemäß F t g. 3 Drehgestelle mit gleicher (oder ungleicher) Auflast 5 bzw. 6 mit verschiedener Anzahl von Achsen ausstattet, so daß die Auflast sich auf verschieden viele Anteile aufteilt und verschiedene Achsdrücke entstehen.

In gleicher Weise kann man selbstverständlich bei einem achtachsigen Fahrgestellrahmen vorgehen, wie er in der F i g. 4 veranschaulicht ist.

Besser regelbar und meßbar ist jedoch die Größe örtlicher, durch Achsdrücke bewirkbarer Beanspruchungen des Gleises bei einem Fahrzeug, das nach einer der in den F i g. 5 bis 8 dargestellten Varianten ausgebildet ist und aus einem Mutterfahrzeug A besteht, von dem aus auf mindestens ein mitrollendes Begleitfahrzeug B, ein Fahrgestell oder dergleichen Satellitenfahrzeug, die zur Beanspruchung der Fahrbahn bestimmten Kräfte ausübbar sind.

Nach F i g. 5 ist nur ein solches mitrollendes Begleitfahrzeug B (Satellitenfahrzeug) mit den beiden Achsen 7 vorgesehen, das sich zwischen den Fahrzeugachsen 8 des eigentlichen Meßwagens A befindet, von dem aus mit einer Vertikalkraft regelbarer Größe vermittels eines hydraulischen Antriebs 9 Achsdrücke gegen das Gleis C ausgeübt werden können. In grundsätzlich gleicher Weise kann das Begleitfahrzeug B selbstverständlich auch zur Ausübung seitwärts gerichteter Drücke benützt werden.

Solche Begleitfahrzeuge Si. Bi können nach Fig.6 auch in doppelter oder auch in mehrfacher Anzahl angeordnet werden, z. B. wie die F i g. 6 zeigt, derart, daß sich deren beide Achsen 7'jeweils beiderseits einer Fahrzeugachse 8' des Mutterfahrzeugs A befinden. In der F i g. 7 hingegen ist eine Variante dargestellt, bei der sich die Achsen 7" des Begleitfahrzeugs an den Stirnseiten des FahrgL.stelIrahmens des Mutterfahrzeugs A, also außerhalb der Fahrzeugachsen 8" befinden.

Um die Größe der Achsdrücke noch weitergehend variieren zu können, mag es vorteilhaft sein, sowohl die Achsdrücke des Mutterfahrzeugs A verschieden groß zu wählen, z. B. durch einen unsymmetrischen Aufbau, wie in F i g. 8 dargestellt oder durch verschieden große Belastungen, als auch Begleitfahrzeuge Bi, Βΐ mit relativ kleinen Achsdrücken anzuordnen.

Die Fig.9 und 10 schließlich zeigen im Aufriß bzw. Grundriß, wie es darüber hinaus möglich ist, zwei oder mehrere mitrollende Begleitfahrzeuge nicht nur zw Übertragung von Beanspruchungen in horizontaler und'oder vertikaler Richtung auf das Gleis zu benutzen, sondern dabei auch die Lageänderungen der Bfgleitfahrzeuge in bezug zueinander bzw. in bezug zum Mutterfahrzeug abzunehmen und zu vergleichen, um daraus die von den Beanspruchungen verursachten Formänderungen zu messen. Beispielsweise können hierzu die Winkel« und β in vertikaler bzw. horizontaler Ebene gemessen werden, die von zwei in Gleislängsrichtung verlaufenden Linien gebildet werden, von denen die eine in ihrem Verlauf von der Lage des einen Begleitfahrzeugs Si, die andere durch die Lage des anderen BegieitFahrzeugs Bi bestimmt wird.

in der Fig. 10 ist ferner angedeutet, wie durch die beiden Achsen 8 des Mutterfahrzeugs die beiden Begleitfahrzeuge mit Seitenkräften K beaufschlagt werden können und die Begleitfahrzeuge dabei eine Bezugsbasis verkörpern, die zur Ermittlung von Meßwerten und Kennwerten benutzbar ist. Bei einer Fahrt in einem Gleisbogen läuft die jeweils vordere Achse T der beiden Begleitfahrzeuge Si und Bi von vornherein an der jeweiligen Außenschiene des Gleisbogens an, und nur die zweite Achse T" nimmt eine unbestimmte

:o Lage ein. Es würde deshalb auch genügen diese jeweils hinteren Achsen 7" mit Kräften K gegen die Bogen-Außenschiene zu drücken.

Eine Bezugsbasis kann — gegebenenfalls zusätzlich und vorteilhaft mit größerer Länge — davon unabhängig natürlich auch mittels gesonderter Meßwägelchen (Meßgestelle) und einer Bezugsgeraden verkörpert werden: zur Bildung eines aus einer oder mehreren Bezugsgeraden bestehenden Bezugssystems können Wellenbündel aller Art (Licht-, Hochfrequenz-, lnfrarot- oder Laser-Strahlen) oder auch durch Draht verkörperte Bezugsgerade benutzt werden.

Die einzelnen Begleitfahrzeuge Bi, Bi haben — wie dies in der Fig. 10 angedeutet ist — einen Rahmen, der aus durchwegs verdrehbar oder gelenkig mitsammen verbundenen Rahmenteilen besteht, demnach also nicht verwindungssteif ist und somit mit jeweils allen Rädern am Gleis anliegend dem Verlauf des Gleises G zu folgen vermag, auch dann, wenn die beiden Schienenstränge, ζ. B. in Überhöhungsrampen von Gleisbögen, windschief zueinander verlaufen. Solche Begleitfahrzcuge eignen sich auch dann gut zur Messung der Verbindung eines Gleises, wobei die Lage der Achsen in bezug zueinander und in bezug zu einem benachbarten Begleitfahrzeug für die Messung dienlich ist. !n der Fig. 10 ist angedeutet, daß die Begleitfahrzeuge Bi und Bi mit den Seitenkräften K gegen die Leitschiene bzw. gegen die zu überprüfende Schiene des Gleises G gedrückt werden und dabei als Ganzes oder nur mit Teilen Bezugsbasen verkörpern, deren Lage in bezug zueinander zur Ermittlung von Kennwerten benutzbar ist. wie dies durch den Winkel β angedeutet wurde.

Wie schon erwähnt, können auch Schwingungen der Fahrbahn benutzt werden, um aus der Reaktion der Fahrbahn auf solche Schwingungsbeanspruchungen Kennwerte zu ermitteln. Hierzu können Oberbaumeßwagen der oben erläuterten Ausführungsformen mit Schlag- und/oder Schwingungserzeugern ausgestattet werden sowie mit Schwingungsmeßvorrichtungen. Als Schlagerzeuger kann etwa ein Rad oder Radpaar mit Flachstellen ausgebildet sein, welche beim Befahren des Gleises der Schiene regelmäßig aufeinanderfolgende Sctnäge erteilen. Die Schwingungsmeßvorrichtungen können in an sich bekannter Weise z.B. als elektroakustische Schwingungsmesser ausgebildet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Feststellung des Zustandes einer Schienenfahrbahn mittels mechanischer Beansprudiung bestimmter Fahrbahnteile und Messung der durch diese Beanspruchung sich ergebenden Formänderungen, dadurch gekennzeichnet. daJJ die Schienenfahrbahn an in Längsrichtung voneinander distanzierten Stellen gleichzeitig Bean- ίο spruchungen unterschiedlicher Größe ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beanspruchungen durch vertikale Kräfte, z.B. als Druckbeanspruchungen, auf eine oder beide Schienen des Gleises ausgeübt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Beanspruchungen durch horizontale Kräfte, z. B. Schubbeanspruchungen, auf Teile der Fahrbahn, z. B. auf mindestens eine der Schienen des Gleises, ausgeübt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schienen nach einander gegenüberliegenden Seiten gedruckt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche. dadurch gekennzeichnet, daß die Beanspruchungen durch dynamische Kräfte ausgeübt werden, indem z. B. durch Schläge auf eine oder beide Schienen Schwingungen erzeugt werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus einem Oberbaumeßwagen mit wenigstens zwei in Gleislängsrichtung voneinander distanzierten, auf das Gleis eine Belastung ausübenden Achsen, sowie aus mindestens einer am Gleis geführten, durch ein Meßgestell oder durch Fühler gebildeten Bezugsbasis, aus Meß vorrichtungen zum Feststellen der Abweichung des Gleises von der Bezugsbasis und aus einer Vorrichtung zum Ermitteln der Differenzen zwischen den Formänderungen des Gleises, dadurch gekennzeichnet, daß die voneinander distanzierten Achser, zum Ausüben verschieden großer vertikaler und/oder horizontaler Kräfte und bzw. oder Schwingungen ausgebildet sind und daß im Bereich jeder dieser Achsen eine mit einer Bezugsbasis zusammenarbeitende Meßvorrichtung angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein mitrollendes Begleitfahrzeug, ein Fahrgestell od. dgl. an dem Oberbaumeßwagen vorgesehen ist, über welches die zur Beanspruchung der Fahrbahn bestimmten Kräfte ausübbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwingungserzeuger ein eine Flachstelle aufweisendes Rad dient und daß zur Fp^c' ellung der sich ergebender. Änderungen eine elektroakustische Schwingungsmeßvorrichtung vorgesehen ist.

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