DE4102872C2 - Kontinuierlich verfahrbare Gleisbaumaschine zum Verdichten der Schotterbettung und Verfahren zur kontinuierlichen Absenkung des Gleises - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine kontinuierlich verfahrbare Gleisbaumaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren nach dem Ober­ begriff des Anspruches 4.

Aus dem Prospekt der Firma Plasser+Theurrer, "DGS 62 N Dynamischer Gleisstabilisator", ist eine Gleisbaumaschine der gattungsgemäßen Art mit einer am Gleis abrollbaren Meßradachse bekannt. Diese Meßradachse ist mittig zwischen zwei durch die inneren Fahrwerksachsen der Drehgestelle gebildeten Endpunkten der Referenzbasis und zwischen zwei Gleis-Stabili­ sationsaggregaten angeordnet. Die Genauigkeit der Korrektur der Gleis- Höhenlage erscheint hierbei verbesserungswürdig.

Aus der DE 31 37 457 A1 ist eine Gleis-Stabilisations-Maschine bekannt, bei der sich ein Abnahmeorgan am Gleis ebenfalls zwischen Vibratorwerkzeugen befindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleisbaumaschine der gat­ tungsgemäßen Art und ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so auszuge­ stalten, daß gleichzeitig mit der durch horizontale Querschwingungen und vertikale Auflast bewirkten Gleisabsenkung eine genaue Korrektur der Gleis-Höhenlage erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Gleisbaumaschine der gattungsgemäßen Art durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Positionierung der Meßradachse des Nivellierbezugsystems ermöglicht erstmals eine genaue Kontrolle des Gleises im Übergangsbereich der durch die Gleisabsenkung mit Hilfe der Stabilisationsaggregate gebildeten Rampe von der Ist- zur Soll-Lage. Damit ist in besonders vorteilhafter Weise einerseits die Gleis-Höhenlage in einem beinahe schon zur Gänze in die Soll-Lage abgesenkten Bereich genau erfaßbar. Andererseits ist jedoch noch bei Feststellung einer Divergenz zwischen errechneter Soll-Lage und der durch die Meßradachse festgestellten Ist- Lage des Gleises eine entsprechende Korrektur der Gleis-Höhenlage möglich. Diese läßt sich sehr rasch, z. B. durch eine entsprechende Änderung der vertikalen Auflast auf die Stabilisationsaggregate, durchführen. Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung der Meßradachse besteht in der Verkleinerung des Lage­ fehlers, der sich aus der Auflage des vorderen Endpunktes der Refe­ renzbasis auf einem Gleispunkt mit einem Gleis-Höhenlagefehler ergeben kann.

Mit entsprechend der vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 positionierten Meßradachsen ist ein konstantes Verhältnis zwischen den Höhen-Meßwertgebern der beiden Meßradachsen erzielbar. Der besondere Vorteil dieses Systems liegt darin, daß ein Fehler, der bei der vorderen Auflage der Referenzbasis am Gleis auftritt, keinen Fehler bei der Meßstelle verursacht.

Nach Anspruch 3 wird durch die beiden äußeren Meßradachsen bzw. Höhen-Meßwertgeber eine Gerade definiert, auf welcher der Höhen-Meßwertgeber der mittleren Meßradachse liegen muß. Damit werden Fehler bei der vorderen und bei der hinteren Gleisauflage der Referenzbasis automatisch kompensiert.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art weiterhin durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 4 gelöst. Hiermit ist erstmals ein Gleisstabilisator, der bisher zur gleichmäßigen Absenkung eines unmittelbar vorher durch eine Stopfmaschine in eine korrekte Lage verbrachten Gleises eingesetzt wurde, zur Korrektur von Höhenlagefehlern verwendbar. Dabei werden im Gegensatz zu einer Stopfmaschine nicht die Hebekräfte, sondern die Absenkkräfte, beispielsweise über die vertikale Auflast, proportional zu den Höhenlagefehlern gesteuert. Diese Gleislagekorrektur ist in besonders vorteilhafter Weise kontinuierlich durchführbar.

Durch die in der vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 5 auf­ gebrachte vertikale Auf- bzw. Grundlast, welche die regelmäßig gewünschte Absenkung bzw. den Stabilisierungsgrad ergibt, wird der Regelbereich vorgegeben. Bei Fehlern, wie Buckeln oder Senken, wird die vertikale Auflast proportional gesteigert bzw. reduziert. Demnach liegt nach dem Arbeitseinsatz des Gleisstabilisators ein im gewünschten Ausmaß zur Schotterverdichtung abgesenktes Gleis mit genauer Höhenlage vor.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dar­ gestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer kontinuierlich verfahrbaren Gleis­ baumaschine mit Stabilisationsaggregaten zum Verdichten der Schotter­ bettung eines Gleises mit einem Nivellierbezugsystem und einer in Arbeitsrich­ tung hinter den Stabilisationsaggregaten angeordne­ ten Meßradachse,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Nivellierbe­ zugsystems,

Fig. 3 eine Schemaskizze für einen Regelkreis des Ni­ vellierbezugsystems,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer kontinuierlich verfahr­ baren Gleisbaumaschine eines weiteren Ausführungsbei­ spieles mit einem Nivellierbezugsystem und zwei Meß­ radachsen,

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Nivellierbe­ zugsystems gemäß Fig. 4,

Fig. 6 eine Schemaskizze für den Regelkreis des Nivel­ lierbezugsystems gemäß Fig. 4 und 5,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer konti­ nuierlich verfahrbaren Gleisbaumaschine in Seitenan­ sicht, wobei das Nivellierbezugsystem drei Meßradach­ sen aufweist,

Fig. 8 eine schematische Darstellung des in Fig. 7 ge­ zeigten Nivellierbezugsystems und

Fig. 9 eine weitere Schemaskizze des Regelkreises für das in Fig. 7 und 8 dargestellte Nivellierbezugsystem.

Eine in Fig. 1 dargestellte und allgemein als Gleisstabi­ lisator bezeichnete Gleisbaumaschine 1 weist einen kräf­ tig dimensionierten Maschinenrahmen 2 auf, der endseitig jeweils über Drehgestell-Fahrwerke 3 auf einem aus Schwellen 4 und Schienen 5 gebildeten Gleis 6 verfahr­ bar ist. Die Energieversorgung eines Fahrantriebes 7, eines Vibratorantriebes 8 und der verschiedenen weite­ ren Antriebe erfolgt durch eine zentrale Energiestation 9. Am vorderen und hinteren Ende der Maschine 1 ist je eine schallisolierte Kabine 10 auf einem Schwingrahmen gelagert. Für die Steuerung der diversen Antriebe und die Verarbeitung der verschiedenen Meßsignale ist eine zentrale Steuer-, Rechen- und Aufzeichnungseinheit 11 vorgesehen. Zwischen den beiden Fahrwerken 3 sind zwei Gleis-Stabilisationsaggregate 12 mit durch Spreizan­ triebe an die Schieneninnenseiten anlegbaren und mit Hilfe von Vibratoren 13 in horizontale Schwingungen ver­ setzbaren Rollwerkzeugen 14 angeordnet. Zur Aufbringung einer statischen Auflast auf die Gleis-Stabilisationsaggregate 12 sind jeweils zwei vertikale, mit dem Maschinen­ rahmen 2 gelenkig verbundene Hydraulik-Antriebe 15 vor­ gesehen. Ein Nivellierbezugsystem 16 weist als Referenz­ basis 17 je Schiene 5 eine gespannte Drahtsehne auf, der jeweils ein Höhen-Meßwertgeber 18 zugeordnet ist. Dieser ist jeweils mit einer höhenverstellbar am Maschi­ nenrahmen 2 gelagerten und über eine Spurkranzrolle am Gleis 6 abrollbaren Meßradachse 19 verbunden. Die Draht­ sehne bzw. Referenzbasis 17 ist am vorderen und hinte­ ren Endpunkt an einem höhenverstellbar am Maschinenrah­ men 2 gelagerten und am Achslager der Fahrwerke 3 abge­ stützten Höhenabnehmer 20 befestigt. Durch einen Pfeil 21 ist die Arbeitsrichtung der Maschine 1 angedeutet. Wie mit strichpunktierten Linien aufgezeigt, kann in einer vorteilhaften Ausführungsvariante auch eine zwei­ te Meßradachse 22 vorgesehen sein, so daß die Maschine 1 auch - unter Abhebung der anderen Meßradachse 19 vom Gleis 6 - in der anderen Arbeitsrichtung einsetzbar ist.

Die in Fig. 2 ersichtliche Referenzbasis 17 wird durch die beiden endseitig angeordneten Höhenabnehmer 20 am Gleis 6 geführt, wobei die im unteren Endbereich ange­ ordneten, schematisch dargestellten Rollen sinngemäß den Drehgestell-Fahrwerken 3 entsprechen. Der über einen höhenverstellbar am Maschinenrahmen 2 gelagerten Höhen­ abnehmer 23 mit der Meßradachse 19 verbundene Höhen-Meß­ wertgeber 18 ist beispielsweise als Drehpotentiometer ausgebildet und steht formschlüssig mit der gespannten Drahtsehne in Verbindung. Mit A ist die durchschnitt­ liche gewünschte Absenkung des Gleises 6 durch den Ein­ satz der beiden Gleis-Stabilisationsaggregate 12 in die Soll-Lage bezeichnet. 1 bzw. a entspricht der Distanz zwischen dem vorderen bzw. mittleren Höhenabnehmer 20 bzw. 23 und hinteren Höhenabnehmer 20. FA entspricht der durch die Gleis-Stabilisationsaggregate 12 auf das Gleis 6 ausgeübten vertikalen Auflast.

Die vertikale Auflast im Bereich der Stabilisations­ aggregate 12 wird so gesteuert, daß die Differenz zwi­ schen der Soll-Lage und der durch den Höhen-Meßwertge­ ber 18 gemessenen Ist-Lage gleich Null ist. Dabei wird die vertikale Grundauflast so eingestellt, daß die ge­ wünschte Absenkung A des Gleises im Mittel erreicht wird. Ist nun das Gleis im Bereich der Meßradachse 19 - infol­ ge eines Buckels - zu hoch, dann wird proportional dazu die Auflast FA erhöht, ist das Gleis zu niedrig, wird die Auflast FA entsprechend reduziert. Dieser Effekt ist auch durch Steuerung der Frequenz möglich, wobei die größte Gleisabsenkung im Frequenzbereich zwischen 30 und 40 Hertz erzielbar ist. Auch über die Regelung der Arbeitsgeschwindigkeit ist eine entsprechende Be­ einflussung der Gleisabsenkung möglich. Da sich das Meß­ system in seinem vorderen Bereich in einem noch fehler­ behafteten Gleis bewegt, wird angenommen, daß sich der vordere Höhenabnehmer 20 auf einem mit strichlierten Linien angedeuteten Buckel 24 des Gleises befindet. Dies führt zu einem Fehler Fv des vorderen Höhenabnehmers 20. In weiterer Folge kommt es natürlich auch im Bereich des mittleren Höhenabnehmers 23 zu einer fehlerhaften Abnahme fvA. Damit wird praktisch im Bereich der Meß­ radachse 19 eine entsprechende, mit strichlierten Linien angedeutete Senke 25 vorgetäuscht. Die fehlerhafte Ab­ nahme läßt sich aus folgender Formel genau berechnen:

fvA=Fv·a/1.

Bei einem vorgegebenen Soll-Längsprofil des Gleises und durch den Höhen-Meßwertgeber 18 gemessenen Abweichungen des Ist-Längsprofiles kann der Fehler Fv bei der vorde­ ren Abnahme durch einen entsprechenden Korrekturwert fvA in der elektronischen Nivelliersteuerung automatisch be­ rücksichtigt werden. Damit bleibt dieser Fehler im Be­ reich der mittleren Meßradachse 19 ohne jeden Einfluß auf die Höhenlagekorrektur.

Das genannte Soll-Längsprofil des Gleises kann beispiels­ weise durch eine Aufmessung mit der Maschine 1 selbst ermittelt werden. Dazu ist folgender Ablauf erforder­ lich:
Aufmessung der Ist-Höhenlage des Gleises 6 im Rahmen einer Meßfahrt der Maschine 1;
Errechnung des Soll-Längsprofiles mit einem geeigneten Computerprogramm durch die Recheneinheit 11;
Stabilisierung bzw. Absenkung des Gleises 6 mit der Gleisbaumaschine 1;
Führung der Maschine 1 durch Ausgabe von Steuer- und Regelsignalen an das Nivellier-Bezugsystem 16 entspre­ chend den ermittelten Abweichungen der Soll-Längshöhe von der gemessenen Ist-Längshöhe.

Eine weitere Möglichkeit besteht in einer Vorgabe der Soll-Geometrie durch die örtliche Bahnverwaltung. In diesem Falle werden die Daten in Listenform oder auf Diskette an die Maschinenbesatzung übergeben und in die Recheneinheit 11 eingelesen. Es ist auch eine manuelle Aufmessung durch das Maschinenpersonal mit z. B. opti­ schen Geräten vor der Stabilisierung möglich. Die errechneten Korrekturwerte werden während der Durchar­ beitung durch das Personal oder auch automatisch einge­ geben.

Gemäß der in Fig. 3 ersichtlichen Schemaskizze wird die Ist-Höhenlage durch den Höhen-Meßwertgeber 18 konti­ nuierlich abgenommen und ein entsprechender Meßwert an einen Differenzverstärker 26 weitergeleitet. Diesem wird außerdem über eine Leitung 27 der entsprechende Korrekturwert ΔfvA zugeleitet. Der unter Differenzie­ rung gebildete Soll-Ist-Wert wird anschließend einem Addierglied 28 zugeleitet. Dieses ist auch einem einstellbaren Potentiometer 29 zur Einstellung der Grund­ last für die entsprechende gewünschte Absenkung A des Gleises zugeordnet. Der Ausgang des Addiergliedes 28 ist mit einem hydraulischen Stellglied bzw. Servoventil 30 verbunden. Mit diesem werden die hydraulischen Antriebe 15 der Gleis-Stabilisationsaggregate 12 proportional zu den vom Addierglied 28 abgegebenen Meßwerten beaufschlagt. Durch die strichliert dargestellte Leitung 31 ist die Rückkoppelung bzw. der geschlossene Regelkreis durch die Auflage der Meßradachse 19 am Gleis 6 angedeutet.

Die in Fig. 4 ersichtliche Gleisbaumaschine 1 weist zu­ sätzlich zur außermittig angeordneten Meßradachse 19 eine weitere, zwischen den beiden Gleis-Stabilisations­ aggregaten 12 angeordnete, mit einem Höhenabnehmer 32 und einem Höhen-Meßwertgeber 33 verbundene Meßradachse 34 auf.

Das in Fig. 5 schematisch dargestellte Nivellierbezug­ system 16 hat ein konstantes Verhältnis zwischen den beiden Höhen-Meßwertgebern 18 und 33 als Grundlage. Als konstantes Verhältnis ergibt sich:

i = f1/f2 = a/(a+b).  Δf2v = i · Δf1v.

Der Vorteil dieses Systems liegt darin, daß ein Fehler, der im Bereich des vorderen Höhenabnehmers 20 auftritt, keinen Fehler im Bereich des Höhenabnehmers 32 verur­ sacht.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Schemaskizze ist zusätz­ lich zu jener in Fig. 3 dargestellten noch der Höhen- Meßwertgeber 33, ein Differenzverstärker 35 und ein Ver­ stärker 36 vorgesehen. Über die Leitung 27 wird automa­ tisch die Korrekturvorgabe Δf1v = Fv·a/1 berücksich­ tigt. Nach Differenzbildung mit den Meßwerten des Höhen- Meßwertgebers 33 werden die Meßsignale im Verstärker 36 mit dem Wert i verstärkt und als Soll-Wert zum Differenz­ verstärker 26 weitergeführt. Dieser ist über seinen zwei­ ten Eingang mit dem Höhen-Meßwertgeber 18 verbunden. Am Ausgang des Differenzverstärkers 26 wird ein Soll-Ist- Wert gebildet, der mit der auf dem Potentiometer 29 einstellbaren Grundlast addiert wird.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Gleisbaumaschine 1 sind drei Meßradachsen 19, 22 und 34 gleichzeitig im Einsatz, wobei die zusätzliche Meßradachse 22 in Arbeitsrichtung vor den Gleis-Stabilisationsaggregaten 12 angeordnet ist. Diese Meßradachse 22 ist über einen höhenverstell­ bar am Maschinenrahmen 2 gelagerten Höhenabnehmer 37 mit einem Höhen-Meßwertgeber 38 verbunden.

Wie insbesondere in Fig. 8 ersichtlich, wird durch die beiden äußeren Höhen-Meßwertgeber 18 und 38 eine durch die Drahtsehne bzw. Referenzbasis 17 verkörperte Gerade definiert, auf welcher der mittlere Höhen-Meßwertgeber 33 liegen muß. Dadurch werden Fehler bei der vorderen und bei der hinteren Abnahme (Fv bzw. Fh) automatisch kompensiert. Die Soll-Längshöhe fA am mittleren Höhen- Meßwertgeber 33 errechnet sich aus:

fA = (f3·c+f4·b) / (b+c).

f3 entspricht dabei der Längs-Pfeilhöhe am hinteren Höhen-Meßwertgeber 18 und f4 am vorderen Höhen-Meßwert­ geber 38. Mit F ist der Ist-Fehler bei vorgetäuschter Senke des Gleises bezeichnet; f ist gibt den Ist-Gleis­ lagefehler an. Wird die Maschine 1 durch Soll-Längs­ höhen- und Korrekturwerte geführt, dann werden die beim Höhen-Meßwertgeber 38 befindlichen Fehler kompen­ siert.

Wie aus der in Fig. 9 ersichtlichen Schemaskizze hervor­ geht, wird die Ist-Höhenlage durch den Höhen-Meßwertge­ ber 33 dem Differenzverstärker 26 zugeführt. In einem Verstärker 39 wird der am Höhen-Meßwertgeber 18 abge­ nommene Wert F3 um den Faktor c/b+c verstärkt und dem Addierglied 42 zugeführt. Im Differenzverstärker 41 wird die Differenz zwischen dem über die Leitung 27 eingegebenen Korrekturwert und dem am Höhen-Meßwertge­ ber 38 abgenommenen Meßwert gebildet und einem Verstär­ ker 40 zugeführt. Der um den Faktor b/b+c verstärkte Meßwert wird zum Addierglied 42 weitergeleitet und wird schließlich als Soll-Wert dem Differenzverstärker 26 zugeführt. In diesem wird der Soll-Ist-Wert gebildet und im Addierglied 28 mit der im Potentiometer 29 wahl­ weise einstellbaren Grundlast addiert. In weiterer Folge werden die Hydraulikantriebe 15 der Gleis-Stabilisa­ tionsaggregate 12 in der bereits in Fig. 3 beschriebe­ nen Art und Weise gesteuert.

Claims (5)

1. Kontinuierlich verfahrbare Gleisbaumaschine zum Verdichten der Schotterbettung eines Gleises, mit einem Fahrantrieb und einem auf Fahrwerken abgestützten Maschinenrahmen, wenigstens einem durch Antriebe beauf­ schlag- und höhenverstellbaren Gleis-Stabilisationsaggregat, das durch Spreizantriebe an die Schieneninnenseiten anlegbare und mit Hilfe von Vibratoren in Schwingungen versetzbare Rollwerkzeuge aufweist, sowie mit einem eine Referenzbasis und wenigstens eine am Gleis abrollbare Meß­ radachse mit einem Höhen-Meßwertgeber aufweisenden Nivellierbezugsystem, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßradachse (19) außermittig zwischen zwei Endpunkten der Referenzbasis (17) und in Arbeitsrichtung der Maschine (1) hinter dem bzw. hinter mehreren Gleis-Stabilisationsaggregaten (12) angeordnet ist.

2. Maschine nach Anspruch 1 mit zwei Gleis-Stabilisationsaggregaten (12), dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der hinter den Gleis-Stabilisa­ tionsaggregaten (12) angeordneten Meßradachse (19) eine weitere, zwischen diesen angeordnete Meßradachse (34) mit einem eigenen Höhen-Meß­ wertgeber (33) für jede Schiene vorgesehen ist.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den beiden Meßradachsen (19 und 34) eine dritte, vor dem vorderen Stabilisationsaggregat (12) angeordnete Meßradachse (22) mit einem eigenen Höhen-Meßwertgeber (38) für jede Schiene vorgesehen ist.

4. Verfahren zur kontinuierlichen Absenkung des Gleises in eine Soll-Lage mit einer Gleis-Stabilisationsmaschine, wobei das Gleis in horizontale Schwingungen versetzt und mit einer vertikalen, statischen Auflast so lange beaufschlagt wird, bis die Gleisabsenkung in die Soll-Lage erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Lage des Gleises vor der Arbeits­ durchfahrt erfaßt und daraus eine optimale Soll-Lage errechnet wird und daß durch eine zur Größe der Abweichung der Ist-Lage von der Soll- Lage des Gleises proportionale Änderung wenigstens eines Parameters, wie der vertikalen Auflast, der Vorfahrtsgeschwindigkeit und der Frequenz der Gleisschwingung, das Gleis aus der Ist-Lage in die errechnete Soll-Lage abgesenkt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleis im Bereich des gesamten zu bearbeitenden Gleisabschnittes mit einer mittleren statischen Auflast beaufschlagt wird und daß diese in Abhängigkeit von der Größe der Abweichungen zwischen der Ist- und Soll-Lage des Gleises proportional verändert wird.