DE1916729C3 - 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 miilels mechanischer Beanspruchung bestimmter Fahrbahn; Vde und Messung der durch diese Beanspruchung sich ergebenden Formänderungen sowie eine Vorrichtune 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 MeB-gestell oder durch Fühler gebildeten Bezugsbasis, aus Meßvorrichtungen zum Feststellen der Abweichung de- Gleises von der Bezugsbasis und aus einer Vorrichtung zum Ermitteln der Differenzen zwischen den

Formänderungen des Gieises

Aus der DL-PS 23 925 ist ein Oberbaumeßwagen mit Lajfwerk 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 ι eil durch ein Meßgestell ermittelt, das auf Radsätzen mn 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 Linie der Schienenoberkante einschließlich der Abschnitte der Überhöhungen und der angrenzenden Rampen ais die Integralkurve einer die gegenseitige senkrechte Winkellage der Schienenstränge kennzeichnenden

Differen'ialkurve aufgefaßt werden kann. Es wird also beim Durchfahren eines Gleises die Differentialkurve aufgenommen, wobei dann die Integralkurve durch Integrieren der Differentialwerte bestimmt werden kann Der Zweck eines derartigen Meßverf .irens liegt daiin, kostspielige Kreiselsysteme, welche eine stabilisierende Plattform bilden, zu vermeiden.

Bei dem bekannten Oberbaumeßwagen könn-n die Kenngrößen des Gleises unter Belastung durch eine Achslast gemessen werden, also un'er Verhältnissen wie sie su-n etwa beim Überfahren ri...s Gleises dbrch einen Zug darbieten. Zu diesem Zweck ist eine tragen de Achse des Oberbaumeßwagens zwischen den beiden Meßachsen eines frei mitlaufenden Meßgestelles an-. „<»/-._rHnet Die Feststellung dynamischer Formverandr·

⁴" rungen 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 fest stellen, ob unter der Belastung durch die tragende »-t._ - „:..<, c„h,_Or,o KpUnipkweise stärker abgesenkt

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wird als die andere. Es läßt sich jedoch nicht feststellen, ob diese Absenkung auf die Achslast zurückzufuhren ist oder ob es sich um eine Absenkung handelt, die bereits

<io in der Ruhelage vorhanden ist.

Es wurden weiterhin Dereits örtlich auf üieise. öruk· ken oder Probestück· frobebelastungen aufgebracht und die sich unter den >, .rschiedcnen Belastungen ergebenden Formveränderungen gemessen. Auf diese Wei-

se 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

(»ο einzelner Bestandteile der Schienenfahrbahnen durchgeführt.

Ferner ist es auch schon bekannt, vom Zustand einzelner Fahrbahnteile dadurch Kenntnis zu erlangen, daß fliese 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 liegt die Aufgabe zugrunde, die für die Beurteilung der Beschaffenheit der Fahrbahn wesentlichen Kennwerte des Oberbaus aus den Forminderungen unter verschiedenen Belastungen genauer ju 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 angegebene-· Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegen. --·' der Unteransprüche 2 bis 5,7 und 8.

Im folgenden ist die Erfindung näher crl=* < . t.

Die Erfindung ermöglicht an der ti^nen Gieisstelle aufeinanderfc^agend und an voneir--ic<er distanzierten Cleisstellen gleichzeitig MeBv. >~ zu ermitteln und danach die Differenzmeßwene zui Ermittlung des Zujtrndes der Fahrbahn insbesondere in einem Lechfcartensystem oder einem Computer zu verarbeiten.

üie verschieden großen Beanspruchungen der Fahr bahn können z. B. dadurch erfolgen, daß man die verschieden großen Kräfte an der gleichen Steile der Fahrbahn nacheinander zur Einwirkung kommen läßt, indem man z. B. eine fahrbare Vorrichtung mit stark unterschiedlichen Achsdrücken die gleiche Stellt der Fahrbahn mit den beiden unterschiedlich belasteten Achsen nacheinander überrollen läßt und dabei im Be reich jeder der beiden Achsen die jeweiligen versehie denen Formänderungen mißt sowie die Meßwerte mm 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 dt ' größeren Beanspruchung verursachten Formänderung.

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

Die Art und Richtung der ajs/uubenden Kräfte wird natürlich danach zu wählen sein, welche Kennwerte des Gleises jeweils festzustellen sind, hur die Beurteilung der Beschaffenheil der Schiene und der Bettung werden beispielweise vertikale Druekbeanspruchungen anzuwenden sein. Über die Beschaffenheit der Schienenbefestigung und des Schwellen/ustandes b/w.

aUL!i uutf «JiC CüiC «ST Sch^l.V?!!'Jn^v"^^rk"pf-Vprdirhtiinfi^r kann hingegen auf eirund jener Formänderungen geurteilt werden, die durch eine Hori/ontdlbeanspruchung des Gleises verursacht werden. Druckt 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 b/w der Bei tung, wie sie im Rahmen der Erfindung anwendbar sinu. muß es sich naturhcn nicht unbedingt um Druck· oder Seitenkräfte handeln An Stellen der Beanspruchungen können auch z. B. mv Schlagen auf eine oder beide Schienen Schwingungen T/eugt werden, wobei dann die aus der resultierenden Reaktion folgernden F.rgcb nisse. 7. B. elektroakustisch, gemessen werden Diese Ergebnisse ermöglichen es insbesondere, da· 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 Lochkariensystem verwertet oder noch besser von einem Computer unverzüglich verarbeitet werden. 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 Verfügung stehenden Meßwerte abhängt. Aus diesem Sachverhalt ergibt sich der wesentii'' e Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung.

Ausfuhrungsbeispiele 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 verschie dene schematische Ausführungsformen von Meßfahrzeugen teils in Draufsicht teils in Seitenansicht darge stellt.

Im einzelnen zeigt die F i g. 1 im Grundriß das Schema cnes dreiachsigen Fahrzeuges mit den Achsen 1. 2 und Γ, dessen miniere Achse 2 mittels eines Antriebs 2' in bezug /u den beiden anderen Achsen t, 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 b/w. des Gleises C kann dann mittels — nicht dargeste'Her, 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 bere'ts als sogenannter Entgleisungswagen bekanntgeworden, und zwar wird mit einem solchen Wagen das Kräfteverhältnis im Augenblick der Entgleisung eines Fahrzeuges festgestellt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung dient das Fahrwerk jedoch dem Zweck. Formänderungen des Gieiies herbeizuführen und diese Formänderungen zu messen und daraus den Zustand des Gleises festzu teilen.

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

In den F i g. 2 und 3 ist deshalb angedeutet, wie man verschieden große Achsdrücke gewollt erzielen kann, / B durch verschieden große Auflasten 3', 4' auf den Duhgestellen 3 b/w. 4 eines Meßwagens nach F 1 g 2 oder dadurch, daß man gemäß F 1 g. 3 Drehgestelle mit gleicher (oder ungleicher) Auflast 5 bzw. 6 mit verschie dener An/ahl von Achsen ausstattet, so daß die Auflast sich auf verschieden viele Anteilr aufteilt und verschiedene Achs, !rücke 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 bewirkbarcr Beanspruchungen !'des Gleises bei einem, Fahrzeug, das nach einer der in den Fig. 5 bis 8 dargestellten Varianten ausgebildet ist und aus einem Mutterfahr/eug A besteht, von dem aus auf mindestens ein mitrollendes Begleitfahrzeug B. ein Fahrgestell oder dergleichen Satel litenfahrzeug. 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 /wischen 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 G ausgeübt werden können. In grundsätzlich gleicher Weise kann das Begleitfahrzeug B selbstverständlich auch zur Ausübung seitwärts gerichteter Drücke benutzt werden.

Solche Begleitfahrzeuge Bi. 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 Fahrgestellrahmens 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. Bi mit relativ kleinen Achsdrücken anzuordnen.

Die F i g. 9 und 10 schließlich zeigen im Aufriß bzw. Grundriß, wie es darüber hinaus möglich ist. zwei oder mehrere mitrollende Begleitfahrzeuge nicht nur zur Übertragung von Beanspruchungen in horizontaler und/oder vertikaler Richtung auf das Gleis zu benutzen, sondern dabei auch die Lageänderungen der Begleitfahrzeuge in bezug zueinander bzw. in bezug zum Mutlcrfahrzeug abzunehmen und zu vergleichen, um daraus die von den Beanspruchungen verursachten Formänderungen zu messen. Beispielsweise können hierzu die Winkel <x und β in vertikaler bzw. horizontaler Ebene gemessen werden, die von zwei in Gieislängsrichtung verlaufenden Linien gebildet werden, von denen die eine in ihrem Verlauf von der Lage des einen Begleitfa'nrzeugs Bi, die andere durch die Lage des anderen Begleitfahrzeugs 82 bestimmt wird.

Γη der Fig. 10 ist ferner angedeutet, wie durch die beiden Achsen 8 des Mutterfahrzeugs die beiden Begleitfahrzeuge mit Scitenkräflcn K beaufschlagt werden können und die Begleitfahrzeuge dabei eine Bezugsbasi.s verkörpern, die zur Ermittlung von Meßwerten und Kennwerten benutzbar ist. Bei einer Fahrt in einem Gleisbogen läuft die jeweils vordere Achse T der beiden Begleitfahr/euge' Bi und Bi von vornherein an der jeweiligen Außenschiene des Gleisbogens an. und nur die zweite Achse T" nimmt eine unbestimmte Lage tin. Es würde deshalb auch penugen diese jeweils hinteren Achsen T" mn Krä en K gegen die Bogen-Außenschiene /u drücken.

Eine Bezugsbasis kann — gegebenenfalls zusätzlich und vorteilhaft mit größerer Länge — davon i"*rbhängig 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 Dra'. I verkörperte Bezugsgerade benutzt werden.

Die einzelnen Begleitfahrzeuge Bu Bi haben — wie dies in der ~ i g. 10 angedeutet ist — einen Rahmen, der aus durchwegs verdrehbar oder gelenkig mitsammen verbundenen Rahmenteilen besteht, demnach also nicht verwindungssteif ist und sonvt mit jeweils allen Fädern am Gleis anliegend dem Vorlauf des Gleises G zu folgen vermag, auch dann, wenn die beiden Schienenstränge, ζ. B. in Überhöhungsrampen von Gleisbögen, windschief zueinander verlaufen. Solche Begleitfahrzeuge 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. In der Fig. 10 ist angedeutet, daß die Beglctfahrzeuge 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 Reakt«~n der Fahrbahn auf solche Schwingungsbeanspruchuiigen 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 Schläge 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 Beanspruchung bestimmter Fahrbahnteile und Messung der durch diese Beanspruchung sich ergebenden Forminderungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienenfahrbahn an in Längsrichtung voneinander distanzierten Stellen gleichzeitig Beanspruchungen unterschiedlicher Größe ausgesetzt wird.

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

3. Verfahren m^ 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 narh einander gegenüberliegenden Seiten gedrückt werden.

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

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 Meßgestel! 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 Gieises, dadurch gekennzeichnet, daß die voneinander distanzierten Achsen /um Ausüben verschieden großer vertikaler und/oder hon/ontaler Kräfte und b/w oder Schwingungen ausgebildet sind und daß im Bereich jeder dieser Achsen eine mit einer Bezugsbasis zusammenarbeitende Melivornchtung angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein mitrollendes Begleitiuhrzeu** ei" F

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meßwagen 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 Feststellung der sich ergebenden Änderungen eine eiektroakustische Schwingungsmeßvomchtung vorgesehen ist.