DE4332722C2 - Auf einem Gleis verfahrbarer Meßwagen zum Messen von Fahrflächenfehlern bei Gleisanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen auf einem Gleis verfahrbaren Meßwagen mit einem Rahmen und einer registrierenden Meßvorrichtung zur Bestimmung und Aufzeichnung des Profils entlang der Längsrichtung der Lauffläche des Schienenstranges mit auf den Schienen in Schienenlängsrichtung aufliegenden und auf der Lauffläche in Schienenlängsrichtung bewegli­ chen Tragelementen, welche seitliche Führungselemente aufweisen, die durch Federdruck an den Innenseiten des Schienenkopfes anliegen.

Steigende Zugzahlen, höhere Geschwindigkeiten sowie große Achslasten führen zu einer hohen Beanspruchung und zu entsprechendem Materialver­ schleiß des Oberbaus von Schienenanlagen.

Typische Verschleißbilder zeigen sich in Form von longitudinalen, periodischen, wellenartigen Unebenheiten der Fahrfläche an fahrdyna­ misch besonders belasteten Schienenbereichen von meist bestimmter Län­ genausdehnung. Derartige Unebenheiten der Fahrfläche führen beim Be­ fahren zu Schwingungen, welche den Verschleiß des rollenden Materials sowie sämtlicher Schienenbefestigungsteile fördern. Ebenso wird der Fahrkomfort eingeschränkt und die Umwelt zusätzlich mit Lärm belastet.

Man unterscheidet verschiedene Arten von longitudinalen, periodischen, wellenartigen Unebenheiten der Fahrfläche. Besonders auffällig sind hierbei die sogenannten Riffel, welche eine Wellenlänge von 3 bis 8 cm und eine Tiefe bis zu 0,6 mm aufweisen. Die Durchschnittstiefe beträgt etwa 0,3 mm. Diese Riffel treten überwiegend in den Geraden und Bögen mit Radien über 900 m auf.

Bekannt sind ferner die sogenannten kurzen Wellen, welche regelmäßige periodische Unebenheiten auf der Schienenfahrfläche von etwa 2,5 bis 60 cm darstellen. Die Tiefen der Wellentäler können bis zu 2 mm betra­ gen. Die Durchschnittstiefe liegt bei 0,5 mm. Diese kurzen Wellen tre­ ten überwiegend in Bögen mit einem Radius < 600 m im tiefen Strang auf.

Diese Definitionen der Begriffe Riffel und kurze Wellen sollen im Rahmen dieser Erfindung angewendet werden.

Bei diesen Fahrflächenfehlern handelt es sich somit um Abweichungen von der idealen Nullinie der Fahrfläche in den negativen Bereich. Der­ artige Fahrflächenfehler werden grundsätzlich durch Schleifen besei­ tigt. Um sich ein Bild über die vorliegenden Fahrflächenfehler und Vorgaben für den Schleifprozeß zu machen, ist es notwendig, zunächst diese Unebenheiten zu vermessen und nach dem Beschleifen der Fahrflä­ che eine erneute Vermessung vorzunehmen, um sicher zu sein, daß die Fahrflächenfehler durch das Schleifen beseitigt worden sind.

Für die Sanierung von zusammenhängenden Gleisabschnitten mit einer Länge von mehr als 2 km, insbesondere für Längen von mehr als 10 km, kommen sogenannte Meß- und Schleifzüge zum Einsatz, die sich aber wegen des hohen technischen Aufwandes nicht in einem Längenbereich < 2 bis 4 km einsetzen lassen.

Zur Vermessung von kurzen Schienenabschnitten bis zu einer Länge von etwa 3,6 m ist ein tragbares Handmeßgerät im Einsatz, welches nach dem Standsehnenprinzip arbeitet. Es ist verständlich, daß bei Längen über 3,6 m dieses Meßgerät wirtschaftlich nicht genutzt werden kann.

Aus der DE-OS 30 00 323 ist ein Ratterwellenanalysator zur Bestimmung der Größe von Ratterwellen in der Lauffläche eines Schienenstranges beschrieben. Er ist gekennzeichnet durch ein kufenförmiges Element mit einer Längsabmessung, die im wesentlichen gleich dem zweifachen Ab­ stand zwischen den Spitzen der Ratterwellen ist, eine Vorrichtung zum Verschieben des kufenartigen Elementes in Längsrichtung und in Berüh­ rung mit einem Schienenstrang, und einen nahe am Mittelpunkt des ku­ fenartigen Elementes montierten Abstandsfühler, welcher die Lauffläche des Schienenstranges nicht berührt.

Diese Vorrichtung weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Kon­ struktionsbedingt ist es mit dieser Vorrichtung nur möglich, in einer Bewegungsrichtung zu messen. Die Vorrichtung gleitet auf Kufen, die sich über die ganze Länge der Vorrichtung erstrecken und deshalb unter Berücksichtigung der Frequenz der Ratterwellen eine Länge von etwa 150 cm aufweisen. Bezugsebene für die Messung ist die Berührungsebene der Kufe mit der Fahrfläche der Schiene. Es können keine Deformationen über die Bezugsebene hinaus gemessen werden. Infolge des relativ hohen Gewichtes der Vorrichtung besteht die Gefahr, daß bei dem Meßvorgang, der nach den Angaben der Offenlegungsschrift mit etwa 8 km/h erfolgen soll, durch die Schleifreibung der kufenförmigen Elemente Beschädi­ gungen der Schienenfahrfläche bis zu Kaltverschweißungen erfolgen kön­ nen. Derartige Beeinträchtigungen der Schienenfahrfläche sind insbe­ sondere dann unbedingt zu vermeiden, wenn nach erfolgtem Schliff der Schiene ein Zustandsprotokoll über die Schliffgüte angefertigt werden soll. Ein weiterer Nachteil der Vorrichtung besteht darin, daß die Ku­ fen zwar an Parallellenker angelenkt sind, in bezug auf eine quer zur Schienenlängsrichtung gedachte Achse aber starr angeordnet sind, wobei in der Praxis durchaus eine horizontale Abweichung der Schienen in Laufrichtung auftreten kann.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem technischen Problem, einen auf dem Gleis verfahrbaren Meßwagen zu schaffen, der die vorge­ nannten Nachteile nicht aufweist. Die Vorrichtung soll in beiden Fahrtrichtungen reproduzierbare Messungen ergeben, so daß Kontrollmes­ sungen in beiden Richtungen vorgenommen werden können. Die Vorrichtung soll insbesondere geeignet sein, Deformationen der Schienenfahrfläche über die durch die Auflagearme gegebene Bezugsebene hinaus zu messen, wobei eine Beeinträchtigung der zu messenden Schienenoberfläche durch die Meßvorrichtung ausgeschlossen sein muß. Diese und weitere Vorteile sind der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu eigen, welche erfindungsge­ mäß gekennzeichnet ist durch die Merkmale

• 1. der Rahmen des Meßwagens besteht aus zwei Winkelrah­ men,
• 1.1 die Winkelrahmen sind durch eine Steckachsenverbin­ dung gegeneinander in einem begrenzten Bereich verdreh­ bar,
• 1.2 die Tragelemente bestehen jeweils aus zwei in Schienenlängs­ richtung fluchtenden Rollenelementen,
• 1.2.1 die Rollenelemente weisen voneinander einen Abstand auf, der größer als die maximale Periode der kurzen Wellen ist,
• 1.2.2 in jedem Rollenelement ist eine Mehrzahl von Einzelrol­ len hintereinander fluchtend gelagert,
• 1.2.2.1 der Achsabstand der Einzelrollen ist kleiner als die minimale Periode der Riffel,
• 1.2.2.2 die Einzelrollen stützen sich jeweils auf dem Schienen­ kopf auf dessen radabgewandter Seite ab,
• 1.3.1 an den Tragrahmen sind jeweils mittig zwischen den Rol­ lenelementen als Meßvorrichtungen Meßtaster angeord­ net, welche die Fahrfläche des Schienenkopfes mittig berüh­ ren,
• 1.4.1 die seitlichen Führungselemente sind als Führungsrollen ausgebildet.

Der Meßwagen kann durch Lösen der Steckachsenverbindung in zwei Winkelrahmen zerlegt werden, wobei jeder Winkelrahmen die Rollenelemente, den Meßtaster und die Führungsrollen aufweist. Nach Verbindung der beiden Winkelrahmen durch die Steckachsenver­ bindung sind die Winkelrahmen gegeneinander in einem begrenzten Bereich verdrehbar und längs dieser Achse federnd im Abstand verän­ derbar. Dies gestattet das sichere Aufliegen des Meßwagens auf den beiden Schienen des Gleises auch in dem Fall, wenn die beiden Schie­ nen in der Horizontalen geringfügig voneinander abweichen. Die Aus­ bildung der Achse als federnde Achse gestattet, Abweichungen von der Idealstruktur des Gleises auszugleichen. Durch diese Steckachsenver­ bindung werden somit sowohl etwaige Verwindungen der beiden Schienen wie auch eine Spurerweiterung oder -verengung ausgeglichen.

Die an jedem Winkelrahmen befindlichen Tragrahmen weisen je­ weils zwei in Schienenlängsrichtung fluchtende Rollenelemente auf. Diese Rollenelemente weisen einen Abstand auf, der größer als die maximale Periode der kurzen Wellen ist. Geht man wie eingangs geschildert davon aus, daß die kurzen Wellen eine Periodizi­ tät von maximal 60 cm haben, sollte der Abstand a zweckmäßig minde­ stens 70 cm betragen.

Die Rollenelemente weisen eine Mehrzahl von Einzelrollen auf (so­ genannte Rollenbahn), die hintereinander fluchtend gelagert sind, wo­ bei der Achsabstand der einzelnen Rollen kleiner als die minimale Periode der Riffel sein soll. Da die minimale Periode der Riffel etwa 3 cm beträgt, ist der Achsabstand der Einzelrollen vorzugsweise etwa 1,5 cm.

Die Einzelrollen stützen sich jeweils auf dem Schienenkopf ab, und zwar in dem Bereich des Schienenkopfes, der radabgewandt ist. Es handelt sich also um die, bezogen auf das Gleis, außenliegenden Antei­ le der Fahrfläche des Schienenkopfes. Hier sind die Fahrflächenfehler am geringsten.

In der Mitte jedes Tragrahmens und damit auch mittig zwischen den Rollenelementen sind Meßtaster angeordnet. Diese Meßtaster be­ rühren unter leichtem Andruck punktförmig den Schienenkopf mittig auf dessen Fahrfläche. Diese Meßtaster sind so ausgebildet, daß sie ein dem Meßwert entsprechendes Signal an ein registrierendes Meßgerät wei­ terleiten, welches von dem Meßgerät in eine ablesbare, insbesondere registrierbare Größe umgewandelt wird.

Es hat sich dabei als besonders günstig herausgestellt, die Registrie­ rung der Meßwerte diskontinuierlich vorzunehmen. Vorzugsweise wird hierzu am Tragrahmen eine, an Hebelarmen angelenkte Rolle aus isolierendem Werkstoff mit Kontakten angeordnet. Diese Kontakte lösen bei Annäherung an einen, an einem Hebelarm befindlichen Nähe­ rungsschalter induktiv die Registrierung des Meßtaster-Ist-Zustandes durch das Meßgerät aus. Die Rolle ist vorzugsweise aus Polypropy­ len gefertigt. Vorzugsweise sind die Kontakte im Randbereich der Rolle angeordnet. Man erhält somit beim Abfahren des Gleises eine reprodu­ zierbare Messung der Unebenheiten der Fahrfläche über die abgefah­ rene Länge.

Bei dem erfindungsgemäßen Meßwagen weisen beide Winkelrahmen an dem Tragrahmen befindliche Meßtaster auf, so daß beide Schienen des Gleises gleichzeitig vermessen werden können. Durch die Abstimmung der Länge der Rollenelemente, welche vorzugsweise jeweils etwa 700 mm beträgt, und durch den Abstand der beiden auf jeder Seite befindlichen Rollenelemente voneinander (Abstand a), der vorzugsweise etwa 800 mm beträgt, ist gewährleistet, daß die Riffel und die kurzen Wellen keinen Einfluß auf die Meßebene haben und somit die Höhenunter­ schiede optimal ermittelt werden können.

Um den Meßtaster von der Schienenfläche abheben und den Meßwagen ohne Messung verfahren zu können, ist vorzugsweise ein heb- und absenkbares Fahrwerk vorgesehen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßwagens ist deshalb dadurch gekennzeichnet, daß an den Tragrahmen jeweils ein heb- und absenkbares Fahrwerk angeordnet ist, welches zwei Spur­ rollen aufweist, die über Schwingen an dem jeweiligen Tragrah­ men angelenkt sind, wobei an dem Anlenkpunkt ein Betätigungshebel vorgesehen ist, welcher eine Fixiereinrichtung für die beiden Funk­ tionsstellungen aufweist, und wobei die beiden Schwingen mit einer Koppelstange verbunden sind. Durch die Betätigung des Hebels ist es möglich, die Tragrahmen mit den darin befindlichen Konstruktions­ teilen von der Schiene abzuheben, so daß sich der Meßwagen nunmehr auf die an jedem Tragrahmen befindlichen Spurrollen abstützt.

Anhand der Fig. 1 bis 6 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtdarstellung der Vorrichtung,

Fig. 2 eine Ansicht gemäß dem Pfeil II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 1 und 2,

Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 1,

Fig. 6 eine Wegaufnahmeanordnung perspektivisch.

In Fig. 1 ist ein Meßwagen 1 erkennbar, welcher auf einem Gleis respektive dessen zwei Schienen 2, welche vermessen werden sollen, aufgesetzt ist. Der Meßwagen 1 besteht aus zwei Winkelrahmen 3, 4, welche über eine weiter unten noch näher beschriebene Steckachsenverbindung 5 mit­ einander verbindbar sind, derart, daß die beiden Winkelrahmen 3, 4 um die Achse 6 in einem bestimmten Bereich gegeneinander verdrehbar sind und längs dieser Achse federnd im Abstand veränderbar sind. Die beiden Winkelrahmen 3, 4 weisen jeweils zwei, in Schienenlängsrichtung fluch­ tende, im Abstand a (beispielsweise 800 mm) voneinander beabstandete Rollenelemente 7 auf, welche ihrerseits eine Längserstreckung b (bei­ spielsweise 700 mm) aufweisen.

An den Tragrahmen 8 der Rollenelemente 7 sind mittig, zwischen diesen Rollenelementen 7, die Meßtaster 9 angeordnet. An den Winkelrahmen 3, 4 des Meßwagens 1 sind Führungsrollen 11 angebracht, derart, daß diese bezüglich der Gleisanlage innenseitig, an den im wesentlichen vertikalen Innenflächen 12 der Schienenköpfe 13 zur Anlage kommen. Spurweitenschwankungen werden über die in Fig. 5 näher beschriebene Federanordnung im Bereich der Steckachsenverbindung 5 der Winkelrah­ men 3, 4 ausgeglichen.

Einem Winkelrahmen 4 ist ein Wegaufnehmer 14 zugeordnet, welcher durch eine an einem Hebelarm 15 angeordnete Rolle 16 gebildet ist, die auf der Schiene abläuft.

An jedem Winkelrahmen 3, 4 des Meßwagens 1 ist ein ausklappbares Fahr­ werk 18 erkennbar, mit dem der Meßwagen 1 mit seinen Rollenelementen 7 resp. Meßtaster 9 von der Schienenlauffläche 17 abgehoben und auf der Schiene 2 verfahren werden kann. Das Fahrwerk 18 eines jeden Winkel­ rahmens 3, 4 besteht aus zwei Spurrollen 19, welche über Schwingen 21 an dem Rahmen 8 angelenkt sind. An einem Anlenkpunkt ist ein Betäti­ gungshebel 22 vorgesehen, welcher eine Fixiereinrichtung 23 für die zwei Funktionsstellungen aufweist. Eine Koppelstange 24, die an den jeweiligen spurradseitigen Schwingenenden angreift, synchronisiert die Bewegungen beider Schwingen 21 bzw. Spurrollen 19.

In Fig. 2 ist gegenüber Fig. 1 im vergrößerten Maßstab ein Rollenele­ ment 7 dargestellt. Man erkennt deutlich die in einer Flucht, bezüg­ lich der Schienenlängsachse, hintereinanderliegenden Einzelrollen 25. Die Rollenachsen sind im Abstand c (beispielsweise 15 mm) angeordnet.

Fig. 3 zeigt im Querschnitt ein Rollenelement 7. Man erkennt deutlich, daß die Rollen 25 außermittig zur Schienensymmetrieebene 26, nämlich bezüglich der Gleisanlage außen in einer weniger durch Verschleiß be­ troffenen Zone der Schienenlauffläche 17 in Anlage kommen.

Die Rollen 25 werden vorzugsweise durch Kugellager gebildet, dessen Innenring über eine Achse 27 in einem Lagerteil 28 gehalten ist und dessen Außenring direkt auf der Schienenlauffläche 17 abrollen kann. Die zuvor beschriebene Führungsrolle 11, welche den Meßwagen 1 seit­ lich, das heißt quer zur Fahrtrichtung führt, ist in Fig. 2 besonders gut erkennbar.

Als Arretiervorrichtung 23 für das Fahrwerk 18 in seinen zwei Funk­ tionsstellungen ist hier eine Klemmverbindung, welche durch eine Sternmutter 29 betätigbar ist, schematisch angedeutet.

Fig. 4 stellt einen Querschnitt in Höhe des Meßtasters 9 dar. Man er­ kennt den Meßtaster 9, dessen Tastarm 31 mit seinem kugelförmigen Ende 32 im Bereich der Symmetrieebene 26 der Schiene 2 angreift.

Fig. 5 zeigt im Detailschnitt die zuvor beschriebene Verbindungsstel­ le 5 der beiden Winkelrahmen 3, 4 des Meßwagens 1. An dem quer verlau­ fenden Holm 33 des einen Winkelrahmens 4 ist ein runder Achszapfen 34 fest angebracht, welcher einen langlochartigen Durchbruch 35 quer zu dessen Längsachse 6 aufweist. In dem quer verlaufenden Holm 36 des an­ deren Winkelrahmens 3 ist eine Aufnahmebohrung 37 für den Achszap­ fen 34 vorgesehen. Diese Aufnahmebohrung 37 ist quer zu dessen Längs­ achse 6 von einem Bolzen 38 durchsetzbar, derart, daß der Bolzen 38 bei zusammengesteckter Situation der beiden Winkelrahmen 3, 4 durch Durchbruch 35 mit ausreichend Luft durchgreift. Die Freiheitsgrade der Verbindungsstelle 5 der beiden Winkelrahmen 3, 4 sind hauptsächlich in Achsrichtung (Pf1) und in Drehrichtung (Pf2) um die Achse 6 gegeben. In dem die Aufnahmebohrung 37 aufweisenden Teil 39 ist ein mittels einer Feder 41 beaufschlagter Druckbolzen 42 verschiebbar gelagert, derart, daß sein freies Ende 43 in die Aufnahmebohrung 37 hineinragt und die freie Stirnfläche 44 des Achszapfens 34 beaufschlagt. Die bei­ den Winkelrahmen 3, 4 des Meßwagens 1 werden dadurch federnd quer zur Schienenlängsrichtung auseinandergedrückt (Pf1), so weit bis die Füh­ rungsrollen 11 (Fig. 3) in Anlage mit den entsprechenden Innenflä­ chen 12 der Schienenköpfe 13 gelangen.

Spurweitenschwankungen können dadurch federnd ausgeglichen werden. Ein schnelles Zerlegen des Meßwagens 1 in seine beiden Winkelrahmen 3, 4 ist durch einfaches Entfernen des Bolzens 38 gegeben.

In Fig. 6 ist vergrößert ein Wegaufnehmer 14 dargestellt. Man erkennt eine über Hebelarme 15 am Rahmen 8 eines Winkelrahmens 4 gelagerte Rolle 16, vorzugsweise aus Polypropylen, welche auf der Lauffläche 17 einer Schiene 2 abläuft. In gleichen Winkelabständen am Außenumfang verteilt sind Kontakte 45 angeordnet, welche zur Steuerung des Meßin­ tervalls, bezogen auf den Verfahrweg des Meßwagens 1, dienen. Dabei lösen die Kontakte bei Annäherung an einen, an einem Hebelarm 15 be­ findlichen Näherungsschalter, der in Fig. 6 nicht dargestellt ist, in­ duktiv die Registrierung des Meßtaster-Ist-Zustandes durch das Meßge­ rät aus.

Claims (3)

1. Auf einem Gleis verfahrbarer Meßwagen mit einem Rahmen und einer regi­ strierenden Meßvorrichtung zur Bestimmung und Aufzeichnung des Profils entlang der Längsrichtung der Lauffläche des Schienenstranges mit auf den Schienen in Schienenlängsrichtung aufliegenden und auf der Lauf­ fläche in Schienenlängsrichtung beweglichen Tragelementen, welche seitliche Führungselemente aufweisen, die durch Federdruck an den Innenseiten des Schienenkopfes anliegen, gekennzeichnet durch die Merkmale

• 1. der Rahmen des Meßwagens (1) besteht aus zwei Winkelrah­ men (3, 4),
• 1.1 die Winkelrahmen (3, 4) sind durch eine Steckachsenverbin­ dung (5) gegeneinander in einem begrenzten Bereich verdreh­ bar,
• 1.2 die Tragelemente bestehen jeweils aus zwei in Schienenlängs­ richtung fluchtenden Rollenelementen (7),
• 1.2.1 die Rollenelemente (7) weisen voneinander einen Abstand auf, der größer als die maximale Periode der kurzen Wellen ist,
• 1.2.2 in jedem Rollenelement (7) ist eine Mehrzahl von Einzelrol­ len (25) hintereinander fluchtend gelagert,
• 1.2.2.1 der Achsabstand der Einzelrollen (25) ist kleiner als die minimale Periode der Riffel,
• 1.2.2.2 die Einzelrollen (25) stützen sich jeweils auf dem Schienen­ kopf auf dessen radabgewandter Seite ab,
• 1.3.1 an den Tragrahmen (8) sind jeweils mittig zwischen den Rol­ lenelementen (7) als Meßvorrichtungen Meßtaster (9) angeord­ net, welche die Fahrfläche des Schienenkopfes mittig berüh­ ren,
• 1.4.1 die seitlichen Führungselemente sind als Führungsrollen (11) ausgebildet.

2. Meßwagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Tragrah­ men (8) eine, an Hebelarmen (15) angelenkte Rolle (16) aus isolie­ rendem Werkstoff mit Kontakten (45) angeordnet ist, wobei die Kon­ takte (45) bei Annäherung an einen, an einem Hebelarm (25) befind­ lichen Näherungsschalter induktiv die Registrierung des Meßtaster- Ist-Zustandes durch das Meßgerät auslösen.

3. Meßwagen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Tragrahmen (8) jeweils ein heb- und absenkbares Fahrwerk (18) ange­ ordnet ist, welches zwei Spurrollen (19) aufweist, die über Schwin­ gen (21) an dem jeweiligen Tragrahmen (8) angelenkt sind, wobei an dem Anlenkpunkt ein Betätigungshebel (22) vorgesehen ist, welcher eine Fixiereinrichtung (23) für die beiden Funktionsstellungen auf­ weist, und wobei die beiden Schwingen (21) mit einer Koppelstan­ ge (24) verbunden sind.