DE2133125A1 - Verfahren und Einrichtung zur Kontrolle und Regelung der Temperatur von Schienenstraengen - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Kontrolle und Regelung der Temperatur von Schienenstraengen

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DE2133125A1 DE19712133125 DE2133125A DE2133125A1 DE 2133125 A1 DE2133125 A1 DE 2133125A1 DE 19712133125 DE19712133125 DE 19712133125 DE 2133125 A DE2133125 A DE 2133125A DE 2133125 A1 DE2133125 A1 DE 2133125A1
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Description

Dipl. pHys. Gerhard Liedl
München 22, Steinsdorfstr. 21-22 A 7869/7o
Eck. Zwe.brOdcn^T.1. 3*8462 ^
FRANZ PLASSER IN WIEN
Verfahren und Einrichtung zur Kontrolle und Regelung der Temperatur von Schienensträngen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle und Regelung der Temperatur von Schienensträngen, insbesondere von verschweißten Schienensträngen, während des Verlegevorganges sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bekanntlich muß beim Verlegen von lückenlos verschweißten Schienensträngen stets darauf geachtet werden,, daß die Verschweißung bzw. Verlegung bei einer Temperatur erfolgt, deren Höhe etwa dem Mittelwert zwischen den durch langjährige Erfahrung feststellbaren Temperatur-Grenzwerten entspricht. Diese Maßnahme ist deshalb notwendig, weil
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sonst die durch spätere Temperaturschwankungen auftretenden Formänderungen in Längsrichtung des Schienenstranges zu solch übermäßigen inneren Spannungen führen könnten,daß daraus ein Druck bzw.ein Ausknicken des Schienenstranges folgt.
Zur Erzielung der notwendigen Soll—Verlegetemperatur wurde daher seitens der Anmelderin schon ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erwärmen bzw.Kühlen der Schienenstränge vorgeschlagen (A 11824/67). Dabei war es jedoch bisher schwi'erig, die genaue Temperatur des jeweiligen Schienenstranges zu messen, da ja diese Temperaturmessung während des Verlegene fortlaufend entlang des ganzen Schienenstranges erfolgen muß. ·
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle bzw.Regelung der Temperatur von solchen kontinuierlich zu verlegenden Schienensträngen zu schaffen, bei dem bzw.bei der keine direkte Temperaturmessung des Schienenstranges mehr erforderlich ist, und welches Verfahren bzw.welche Vorrichtung sich daher durch besondere Einfachheit auszeichnet und dennoch eine sehr hohe Meßgenauigkeit ergibt.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht,daß die Schienenstränge zunächst in bestimmten Abständen markiert werden,
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worauf die Temperatur des ersten markierten Abschnittes durch Zu~oder Abführung einer empirisch ermittelten, von der beim Markieren vorhandenen Ist—Temperatur und der Soll-Temperatur abhängigen Wärmemenge auf eine der Soll-Temperatur zumindest annähernd entsprechende Temperatur gebracht wird, und dann die Längenänderung zwischen den Markierungen des ersten Schienenabschnittes gemessen wird t und schließlich die Fehlerdifferenz zwischen dieser tatsächlich gemessenen Länge und der der Soll-Temperatur entsprechenden Soll-Länge für die Wärmezu-oder abführung im nächsten markierten Schienenabschnitt zugrundegelegt wird, um diese Differenz im nächsten Schienenabschnitt auszugleichen.
Die Längenmessung bzw.die Messung der Ausdehnung der Schiene ist wesentlich einfacher und genauer durchzuführen als die bisher übliche direkte Temperaturmessung. Wenn beispielsweise die Schienen im ersten Abschnitt zu wenig erwärmt wurden, kann der entstandene Fehler bereits im nächsten· Abschnitt durch eine erhöhte Wärmezufuhr wieder ausgeglichen werden, wobei die erforderliche zusätzliche Wärmemenge für den nächsten Abschnitt einfach aus der Differenz zwischen der Soll-Länge und der nach dem Erwärmen gemessenen Länge des ersten Abschnittes errechenbar ist. Um also einen Fehler in der Gesamtlänge der Schiene zu vermeiden, werden die Fehler je-
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weils vorangegangener Meßabschnitte in dem gerade zu erwärmenden Abschnitt berücksichtigt. Die Länge der einzelnen Meßabschnitte wird selbstverständlich möglichst kurz gewählt werden, weil dann die jeweiligen Abweichungen vom Soll-Maß geringer sind und dementsprechend auch die Wärmezufuhr im nächstfolgenden Abschnitt nicht so stark variiert werden muß. Dies bedeutet also, daß die Erwärmung (oder Kühlung) der Schienen umso gleichmäßiger (stufenloser) wird, je kleiner die Meßabschnitte sind.
Bas örfindungsgemäße Verfahren eignet sich mit besonderem Vorteil für ein kontinuierliches Schienenverlegeverfahren, z.B„im Verband einer Einrichtung zum Verlegen bzw.Auswechseln der Schienen.
Die mit einer Heiz-und/oder Kühlvorrichtung zum Erwärmen bsw.Kühlen der Schienenstränge versehene Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nach eiaem weiteren Merkmal der Erfindung gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Messen der Länge von im voraus markierten Abschnitten des Schienenstranges, eine Vorrichtung zur Ermittlung der Differenz zwischen der gemessenen Ist—Länge und der der Solltemperatur des Schienenstranges entsprechenden Soll—Länge sowie einer Vorrichtung zur Steuerung der Heiz—fozw.Kühlvorrichtung in Abhängigkeit vom ermittel—
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ten Differenzwert.
Dabei kann die Vorrichtung zum Messen der Länge der Schienenabschnitte wenigstens einen durch die Markierungen des Schienenstranges betätigbaren Impulsgeber aufweisen, der einen mit einem Meßrad in Verbindung stehenden Wegstreckenzähler in Betriebsbereitschaft versetzt. Der Impulsgeber arbeitet zweckmäßigerweise auf photoelektronischer Basis und die Markierungen auf dem Schienenstrang sind lichtreflektierend, vorzugsweise als selbsthaftende Metallfolien ausgebildet.
Als Vorrichtung zur Ermittlung des Differenzwertes zwischen der gemessenen Ist-Länge und der Soll-Länge dient vorteil— hafterweise ein Rechner, der mit dem Wegstreckenzähler sowie einer Sollwerteinstellvorrichtung verbunden ist. Dieser Rechner kann außerdem direkt mit der zur Steuerung der Heizbzw. Kühlvorrichtung vorgesehenen Vorrichtung, z.B.Magnetventilen, in Verbindung stehen. Auf diese Weise ist es möglich, den TeraperaturregelungsVorgang für den Schienenstrang vollautomatisch zu steuern.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Fig.l eine schematische Darstellung der Längenänderungen eines Schienenstranges, Fig.2 eine
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sefaesiafcisehe Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung und Fig.3 ein Schaltschema zu dieser Einrichtung.
Die in Figel unter A dargestellte Länge des Schienenstranges 1 entspricht einer Ist-Temperatur, die der Schienenstrang beim Markieren der einzelnen Schienenabschnitte a ,
a , und a aufweist. Die Markierungen I, II,III und IV 2 3
sind zweckmäßigerweise lichtreflektierend, vorzugsweise als selbsthaftende Metallfolien ausgebildet, um mit einer später noch zu erläuternden Einrichtung zusammenzuarbeiten.,
Nach dem Markieren der Schienenabschnitte wird die Temperatur des ersten markierten Abschnittes a durch Zuführen (Erwärmen) oder Abführen (Kühlen) einer auf Erfahrungswerten beruhenden Wärmemenge, die von der beim Markieren der Schienen vorhandenen Temperatur und der Soll-Verlegetemperatur abhängt, auf eine der Soll-Temperatur zumindest annähernd entsprechende Temperatur gebracht. Der Einfachheit halber sei im Folgenden angenommen, daß die Temperatur beim Markieren unterhalb der Soll-Verlegetemperatur liegt und somit die Temperatur nach dem Markieren der Schienen erhöht werden muß, um annähernd die Soll-Verlegetemperatur zu erreichen. Dabei dehnt sich der Schienenabschnitt a um ein der zugeführten Wärmemenge entsprechendes Ausmaß aus, so daß
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der Meßabschnitt b, wie unter B gezeigt, nunmehr langer ist als die Meßabschnitte a, a und a vor der Wärmezufuhr.
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Im Idealfalle stimmt die Länge des Meßabschnittes b mit der unter C dargestellten,der Soll-Verlegetemperatur entspre chenden Soll-Länge c der einzelnen Abschnitte überein. In diesem Fall wird auch für die Erwärmung des nächsten Schienenabschnittes a der gleiche Erfahrungswert zugrundegelegt wie für den ersten Abschnitt a, d.h.die Wärmezufuhr wird konstant gehalten. In der Regel wird jedoch dieser Fall äußerst selten eintreten und es wird vielmehr zwischen der gemessenen Länge b und der Soll-Länge c eine Differenz bestehen. Dieser Differenzwert kann entweder negativ oder positiv sein, d.h. der Abschnitt b kann kürzer oder langer als die Soll-Länge c sein. Der Differenzwert wird nun der Wärmezufuhr im nächsten Schienenabschnitt & zugrundegelegt. Sollte dieser Differenzwert wie im vorliegenden Fall nega- ^ tiv sein, d.h.die gemessene Länge ist kürzer als die Soll-Länge, dann wird im nächsten Schienenabschnitt a nicht nur die dem oben erwähnten Erfahrungswert entsprechende Wärmemenge zugeführt, sondern darüber hinaus noch eine zusätzliche Wärmemenge, die dem Differenzwert δ 1* entspricht. Im umgekehrten Fall, d.h.bei positivem Differenzwert, wird im nächsten Schienenabschnitt eine diesem Wert entsprechende, geringere Wärmemenge als der genannte Erfahrungswert zuge-
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führt. Auf diese Weise ist es möglich, den im Abschnitt a entstandenen Längenfehler im nächsten Abschnitt a (b ) auszugleichen. Sollte auch im zweiten Meßabschnitt noch ein Fehlerdifferenzwert A 1» zwischen der Soll-Länge c* und der gemessenen Ist-Länge festgestellt werden, kann auch dieser Wert im nächsten Abschnitt a (b ) ausgeglichen wer-
Zl Zl
den, so daß schließlich über mehrere Meßabschnitte gesehen, beispielsweise bei der Markierung IV, die Soll-Länge und damit die SoIl-Temperatur exakt erreicht wird.
Die in Fig.2 dargestellte Einrichtung zur Durchführung des oben erläuterten Verfahrens weist einen auf dem bereits verlegten, aus den beiden Schienensträngen 1, den Querschwellen 2 und der Schotterbettung 3 bestehenden Gleis fahrbaren Fahrgestellrahmen 4 auf, der in seinem vorderen Bereich mit einer Vorrichtung zum Messen der Länge der von den Markierungen I, II, III begrenzten Schienenabschnitte . versehen ist. Diese Vorrichtung besteht aus einem durch die Markierungen des Schienenstranges 1 betätigbaren Impulsgeber '5 sowie einem Meßrad 6. Dieses Meßrad arbeitet seinerseits mit einem weiteren Impulsgeber 6a zusammen,der pro zurückgelegter Wegeinheit, z.B.l mm, einen Impuls an einen Wegstreckenzähler 7 abgibt. Das Meßrad 6 bzw. der Impulsgeber 6a stehen mit dem Markierungsimpulsgeber 5 so in
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Verbindung, daß erst durch einen von einer Markierung des Schienenstranges ausgelösten Anfangsimpuls des Gebers 5 das Meßrad 6 bzw.der zugeordnete Impulsgeber 6a in Betriebsbereitsehaft versetzt werden. Sobald der Markierungsimpulsgeber 5 die nächste Schienenmarkierung erreicht, wird das Meßrad 6 bzw.der Impulsgeber 6a wieder außer Tätigkeit gesetzt, so daß der auf dem Wegstreckenzähler 7 aufscheinende Wert dem zwischen den jeweiligen Markierungen zurückgelegten Weg entspricht. Dem Wegstreckenzähler 7 ist ein mit einer Sollwerteinstellung versehener Rechner 8 zugeordnet, der die Differenz zwischen dem eingestellten Sollwert und dem vom Wegstreckenzähler 7 eingespeisten tatsächlichen Meßwert bildet und auf einer Differenzanzeigevorrich— tung anzeigt. Dieser Differenzwert kann nun für die notwendige Wärmezufuhr bzw.-abfuhr im nächsten Schienenabschnitt zugrundegelegt werden.
In Arbeitsrichtung (Pfeil) vor dem Fahrgestellrahmen 4 ist eine Heiz-und/oder Kühlvorrichtung 9 angeordnet, die auf einem eigenen, nicht dargestellten Fahrwerk bzw.Fahrgestellrahmen oder an einem vorkragenden Ausleger des Fahrgestellrahmens 4 angebracht sein kann. Die Art der Heizung oder Kühlung kann beliebig gewählt werden, z.B.eine elektrische Widerstandsheizung, eine Gasheizung bzw.eine Kühlung mit
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Kohlensäureschnee. Obwohl es an sich auch möglich wäre,die Steuereinrichtungen für diese Heiz-bzw.Kühlvorrichtung 9 aufgrund des angezeigten Differenzwertes händisch zu betätigen, wird jedoch in der Regel eine automatische Steuerung vorzuziehen sein, bei der eine Regelvorrichtung 10, z.B. ein Magnetventil oder Relais, direkt mit dem Rechner 8 verbunden ist und durch die von diesem abgegebenen, dem errechneten Differenzwert entsprechenden Signale gesteuert wird.
Selbstverständlich können zur Rückstellung des Wegstreckenzählers 7 und der Differenzanzeigevorrichtung auf den Nullwert bzw.zur Inbetriebsetzung des Meßrades 6 bzw.des Impulsgeber s 6a jeweils eigene Markierungsimpulsgeber für den Anfang und für das Ende des jeweiligen Schienenabschnittes vorgesehen sein, wodurch ein einwandfreies kontinuierliches Arbeiten der Einrichtung sichergestellt wird. Das Schaltschema einer solchen, mit mehreren Markierungsimpulsgebern versehene^Einrichtung ist in Fig.3 dargestellt. Dabei gibt ein Impulsgeber 5a am Anfang des jeweiligen Schiehenabschnittes ein Signal ab, welches den auf Null stehenden Wegstreckenzähler 7 in Bereitschaft setzt. Bei der Fortbewegung der Einrichtung werden vom Meßrad 6 bzw.Impulsgeber 6a laufend Impulse (z.B.pro mm 1 Impuls) an den Wegstreckenzäh-
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Ier7abgegeben und von diesem addiert. Auch ein Zurückfahren der Einrichtung ist ohne Entstehung von Fehlern möglich, weil der Zähler 7 in diesem Fall subtrahiert. Der Zählvorgang wird so lange fortgesetzt, bis vom Markierungsimpulsgeber 5 ein Signal an den Rechner 8 abgegeben wird. Der Rechner 8 subtrahiert nun den über eine Einstelleinrichtung 11 in den Rechner eingespeisten Sollwert S von dem vom Wegstreckenzähler 7 aufgenommenen und vom Meßrad 6 gemessenen Wert M und zeigt die Differenz auf einer Differenzanzeigevorrichtung 12 an. Dies kann ein Minus-oder Pluswert sein. Gleichzeitig stellt ein weiterer Markierungsimpulsgeber 5 b am Ende des gemessenen Schienenabschnittes die Differenzanzeigevorrichtung 12 wieder auf Null zurück, wobei auch der Wegstreckenzähler 7 zurückgestellt wird,u.zw. auf den vorher auf der Differenzanzeige aufscheinenden Dif— ferenzwert (Fehlerwert). Dadurch wird erreicht, daß der Fehler des ersten Schienenabschnittes im zweiten mitgerechnet und in diesem zweiten Abschnitt durch entsprechende Über— bzw.Untertemperatur gegenüber der Solltemperatur ausgeglichen wird. Dieses Mitzählen der Fehler in den einzelnen Schienenabschnitten hat zur Folge, daß die tatsächliche Soll Länge eines Schienenstranges in kleinen, d.h.erlaubten Toleranzen erreicht wird.
Um jedoch ein allmähliches Auftreten und Fortpflanzen von
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Fehlern, die durch Schlupf (Rutschen des Meßrades 6),Reibungen odοdgl.auftreten können, zu vermeiden, wird der Wegstreckenzähler 7 und die Differenzanzeigevorrichtung 12 nach jedem Schienenabschnitt durch den Markierungsimpulsgeber 5 b in der bereits erwähnten Weise zurückgestellt.
Der jeweils auf der Differenzanzeigevorrichtung 12 sichtbare Wert kann, wie bereits erwähnt, verschieden ausgewertet werden. Da der Differenzwert für die Wärmemengenzufuhr bzw.-abfuhr im nächsten Schienenabschnitt ausschlaggebend ist, kann ein diesem Wert entsprechendes Signal über eine Steuerleitung 13 direkt der Regelvorrichtung 10 auf die Heiz-bzw.Kühlvorrichtung 9 zugeführt werden.
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Claims (6)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zur Kontrolle und Regelung der Temperatur von Schienensträngen, insbesondere von verschweißten Schienensträngen, während des Verlegevorganges, dadurch gekennzeichnet ,daß die Schienenstränge zunächst in bestimmten Abständen markiert werden, worauf die Temperatur des ersten markierten Abschnittes durch Zu-oder Abführung einer empirisch ermittelten, von der beim Markieren vorhandenen Ist-Temperatur und der Soll-Temperatur abhängigen Wärmemenge auf eine der Soll-Temperatur zumindest annähernd entsprechende Temperatur gebracht wird, und dann die Längenänderung zwischen den Markierungen! des ersten Schienenabschnittes gemessen wird, und schließlich die Fehlerdifferenz zwischen dieser tatsächlich gemessenen Länge und der der Soll-Temperatur entsprechenden Soll-Länge für die Wärmezu-oderabführung im nächsten markierten Schienenabschnitt zugrundegelegt wird, um diese Differenz im nächsten Schienenabschnitt auszugleichen.
  2. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Heiz-und/oder Kühlvorrichtung zum Erwärmen bzw.Kühlen der Schienenstränge, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Messen der Länge von im voraus markier-
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    ten Abschnitten des Schienenstranges, eine Vorrichtung zur Ermittlung der Differenz zwischen der gemessenen Ist-Länge und der der Solltemperatur des Schienenstranges entsprechenden Soll-Länge sowie einer Vorrichtung zur Steuerung der Heiz-bzw*Kühlvorrichtung in Abhängigkeit vom ermittelten Differenzwert o
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Messen der Länge der Schienenabschnitte wenigstens einen durch die Markierungen des Schienenstranges betätigbaren Impulsgeber aufweist, der einen mit einem Meßrad in Verbindung stehenden Wegstreckenzähler in Betriebsbereitschaft versetzt.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber auf photoelektronischer Basis arbeitet und die Markierungen auf dem Schienenstrang lichtreflektierend, vorzugsweise als selbsthaftende Metallfolien,ausgebildet sind.
  5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4j dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Ermittlung des Differenzwertes zwischen der gemessenen Ist-Länge und der Soll— Länge als Rechner ausgebildet ist, der mit dem Wegstreckenzähler sowie einer Sollwerteinstellvorrichtung verbunden ist.
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  6. 6. Einrichtung nach Anspruch _5j dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner direkt mit der zur Steuerung der Heiz-bzw. Kühlvorrichtung vorgesehenen Vorrichtung, ζ.Β«Magnetventilen, in Verbindung steht.
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