EP3377699A1 - Stopfaggregat und verfahren zum stopfen eines gleises - Google Patents

Stopfaggregat und verfahren zum stopfen eines gleises

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EP3377699A1
EP3377699A1 EP16788021.0A EP16788021A EP3377699A1 EP 3377699 A1 EP3377699 A1 EP 3377699A1 EP 16788021 A EP16788021 A EP 16788021A EP 3377699 A1 EP3377699 A1 EP 3377699A1
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EP
European Patent Office
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shaft
eccentric
stopfaggregat
vibration
adjusting device
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EP16788021.0A
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English (en)
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EP3377699B1 (de
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Georg Seyrlehner
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Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
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Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
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Publication date
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    • E01B2203/127—Tamping devices vibrating the track surface

Definitions

  • the invention relates to a tamping unit for plugging a track, with plunging into a ballast tufts, which are displaceable by means of a vibration drive in vibration, wherein the vibration drive comprises a housing in which a shaft is rotatably mounted with an eccentric about a shaft axis and being on the eccentric one
  • Transmission element is mounted for transmitting a vibrating motion.
  • the invention relates to a method for plugging a track by means of the tamping unit, wherein the generated vibration movement is transmitted via a Beistellzylinder on a picking arm.
  • Patent AT 350 097 B known vibration drive proven in which an oscillating vibration movement by means of a driven
  • Eccentric shaft is generated.
  • the vibration amplitude is fixed by the dimensioning of the eccentric shaft.
  • the transmitted over Beistellzylinder and Pickelarme on the tamping Vibration movement thus remains largely unaffected by the resistance of the ballast bed.
  • Vibratory motion generated by means of a hydraulic linear drive Without special measures here leads to an increased ballast bed resistance to an undesirable reduction of the vibration amplitude.
  • a hydraulic linear drive allows easy adjustment of the vibration parameters up to a rapid sequence of inputs and
  • the invention has for its object to provide an improvement over the prior art for a vibration drive of the type mentioned. Another task is a
  • the eccentric is rotationally connected and radially displaceable connected to the shaft, wherein the position of the eccentric relative to the shaft in the radial direction by means of an adjusting device is adjustable.
  • a torque is transmitted by means of the shaft on the eccentric designed as a separate component.
  • the effect on the transmission element determines an adjustable center distance between an eccentric axis and the shaft axis.
  • Shaft axis not only leads to an altered vibration amplitude, but at constant torque also to a changed impact force, which is applied by means of the vibration drive.
  • Transmission element as a connecting rod for transmitting an oscillating
  • Vibratory movement is formed.
  • the connecting rod is then connectable to a linear guided piston, by means of which the vibration is transferable to several components.
  • the shaft on a lateral surface on two opposite, mutually parallel flats, by means of which the eccentric is guided radially.
  • the flattenings form a positive connection together with correspondingly executed mating surfaces of the eccentric in order to securely transmit a torque.
  • the adjusting device at least one
  • the hydraulic cylinder is arranged in the shaft.
  • This cylinder is connected to a guided in the shaft hydraulic line, so there is a compact and weight-saving design of the adjusting device.
  • the hydraulic cylinder is by means of a
  • the adjusting device comprises a further cylinder with a piston for fixing and / or for returning the eccentric.
  • the eccentric is thus clamped in its position between two pistons, whereby a particularly robust fixation is given.
  • the second piston is favorably controlled by means of a pilot-operated check valve.
  • the vibration drive a sensor for detecting a current center distance between the shaft axis and a
  • Eccentric axis comprises. In this way is verifiable, whether a
  • the vibration drive comprises a sensor for detecting an angular position and / or angular velocity of the shaft. This creates the opportunity to determine at any time an actual speed of the shaft and, for example, the vibration drive a
  • vibration drives can be operated synchronized in this way.
  • a simple drive variant provides that the shaft is connected to a variable hydraulic motor.
  • the shaft is connected to a variable hydraulic motor.
  • a simple adaptation of a vibration frequency is possible by the rotational speed of the shaft is changed.
  • the shaft is coupled to a flywheel.
  • the flywheel serves as a buffer to compensate for these energy fluctuations.
  • the method is further developed in such a way that a
  • Stuffing cycle is formed of several successive phases running and that by means of a control and / or regulation at least in one phase compared to another phase different center distance between the shaft axis and an eccentric axis is set.
  • Individual phases of the Stopfzyklus form, for example, a lowering of the
  • Stopfaggregats and a repositioning of Stopfaggregats Due to the adjustability of the vibration drive for each phase is optimally used.
  • a center distance equal to zero is set in order to suspend the vibration independently of the rotational speed of the shaft for a desired duration. This is particularly useful during a repositioning of the tamping unit between two stuffing operations for noise reduction and to reduce the power consumption of the vibration drive.
  • the shaft is driven at different speeds.
  • the vibration frequency is adaptable to different requirements during a stuffing cycle.
  • FIG. 2 Vibratory drive of the tamping unit according to FIG. 1
  • FIG. 7 oblique view of the shaft according to FIG. 2
  • the tamping unit 1 shown in Fig. 1 comprises an adjustable
  • Each stuffing pike 3 is attached to a pimple 4.
  • the respective picking arm 4 is pivotally connected to a lowerable stuffing tool carrier 5 and connected to a piston rod of an associated auxiliary cylinder 6.
  • Also attached to the stuffing tool carrier 5 is the vibratory drive 2, to which each picking arm 4 is connected via the associated auxiliary cylinder 6. A generated vibration is thus transmitted via the respective auxiliary cylinder 6 to the respective picking arm 4 and the tamping pick 3 attached thereto.
  • the vibration drive comprises a shaft 7 which is mounted in a housing 8 with sealed passages. At least one further sealed passage is provided for a transmission element 9, on which the auxiliary cylinder 6 of the tamping unit. 1
  • the bearing of the shaft 7 in the housing 8 is conveniently carried out by means of rolling bearings.
  • the components of the vibration drive 2 cause an oscillating vibration movement 10.
  • the shaft 7 rotates about a shaft axis 11 and is rotationally connected to an eccentric 12.
  • FIGS. 3-6 show that an eccentric distance 15 can be adjusted between an eccentric axis 13 and the shaft axis 11 by means of an adjusting device 14. At an adjusted center distance 15 greater than zero, a rotational movement 16 of the shaft 7 and the eccentric 12 is transmitted into the vibratory movement 10 by means of the transmission element 9.
  • the transmission element 9 as a connecting rod
  • Vibratory motion 10 are to be acted upon.
  • the respective auxiliary cylinder is directly with a suitable
  • Transmission element 9 The oil-lubricated roller bearing 19 between transmission element 9 and eccentric 12 shown in FIG. 2 is not shown in FIGS. 3-6 for the sake of clarity.
  • the adjusting device 14 conveniently comprises a hydraulic
  • Cylinder 20 which is arranged in the shaft 7 and presses a piston 21 against an inner surface of the seated on the shaft 7 eccentric 12.
  • a mechanical adjusting device instead of a hydraulic adjusting device 14, a mechanical adjusting device, not shown, can be used. This includes, for example, in the shaft 7 guided spindles or crankshafts to adjust the position of the eccentric 12 relative to the shaft 7.
  • Rotational movement 16 of the shaft 7 and the eccentric 12 lead here to no vibration movement. This adjustment of the eccentric position thus serves to suspend the vibration.
  • Fig. 5 is a maximum center distance 15 between shaft axis 11 and
  • Eccentric axis 13 is set.
  • Transmission element 9 then transmits an oscillating
  • the respective auxiliary cylinder 6, the respective Pickelarms 4 and the respective stuffing pickle 3 results in a desired amplitude of vibration at the free end of the stuffing 3.
  • each value between zero and a maximum value can be set for the axial spacing 15. This results in a constant torque a reduced center distance 15 not only to a lower vibration amplitude, but also to a higher impact force of the vibratory drive 2. This is advantageous for the operation of Stopfaggregats 1 to adjust, if necessary, the effect of the respective vibrating stuffing 3 on a ballast bed ,
  • the free ends of the pistons 21, 22 are inserted in a respective longitudinal groove on an inner surface of the eccentric 12 and by means of fastening means 24 in
  • the pistons 21, 22 serve on the one hand the adjustment in the radial direction and on the other hand as elements of a rotationally-locked connection between the shaft 7 and the eccentric 12.
  • the shaft 7 shown in Fig. 7 according to the embodiment in Fig. 2 has two flats 25, by means of which the eccentric 12 is guided radially.
  • two hydraulic cylinders 20, 23 are arranged as elements of the adjusting device 14 in the shaft 7.
  • the pistons 21, 22 press in the installed state against inner surfaces of the eccentric 12, whereby it is displaced radially to the shaft axis 11. Inner surfaces of the eccentric 12 slide along the flattenings 25 of the shaft 7.
  • each cylinder 20, 23 is connected to a respective pilot-operated check valve 26.
  • the check valves 26 are also disposed within the shaft 7 to very short connecting lines between the
  • Supply lines and control lines of the adjusting device 14 are guided, for example, on an end face 27 of the shaft 7 to the outside. A connection of these rotating lines to a hydraulic system by means of a known rotary feedthrough.
  • the vibratory movement 10 can be adapted to individual phases of a stuffing cycle.
  • the stuffing tool carrier 5 is lowered.
  • the tamping pick 3 immerse in a ballast bed of a track.
  • the tamping picks 3 vibrate with a vibration frequency of up to 60 Hertz and in the vibration drive 2, the maximum center distance 15 between
  • the vibration frequency is set to 35 Hertz in this phase.
  • Vibrational movements therefore continuously lead to release and absorption of kinetic energy. Much of this fluctuating
  • the shaft 7 is additionally coupled to a flywheel to keep constant the angular velocity of the rotating masses independently of a rotational drive over a period of oscillation.
  • the power consumption of the vibration drive 2 according to the invention is thus significantly lower than that of a linear vibration drive, which generates a vibration, for example by means of a hydraulic cylinder.
  • the vibration amplitude is reduced to zero, during which the vibration frequency remains constant. Without the eccentric adjustment according to the invention, the shaft 7 would have to be braked in order to suspend the vibration. The vibration drive 2 would inevitably go through low frequency ranges. Components of a tamping unit 1 comprehensive stuffing machine or elements of
  • Adjustment device 14 controlled by a controller and / or a control.
  • various sensors may be mounted to detect in real time vibration parameters such as frequency and amplitude and to report to the control or regulation.
  • Shaft axis 11 and eccentric axis 13 may be provided.
  • axial spacing 15 For a particularly precise adjustment of the axial spacing 15 can be realized.
  • the shaft 7 is driven by means of a hydraulic motor, which in the
  • Tamping machine uses existing hydraulic system. Thus, a sufficiently high torque is available and the speed is infinitely adjustable.

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Abstract

Stopfaggregat (1) zum Stopfen eines Gleises, mit in ein Schotterbett eintauchbaren Stopfpickeln (3), die mittels eines Vibrationsantriebs (2) in Vibration versetzbar sind, wobei der Vibrationsantrieb (2) ein Gehäuse (8) umfasst, in dem eine Welle (7) mit einem Exzenter (12) um eine Wellenachse (11) drehbar angeordnet ist und wobei auf dem Exzenter (12) ein Übertragungselement (9) zur Übertragung einer Vibrationsbewegung (10) gelagert ist. Dabei ist der Exzenter (12) rotationsschlüssig und radial verschiebbar mit der Welle (7) verbunden, wobei die Lage des Exzenters (12) gegenüber der Welle (7) in radialer Richtung mittels einer Versteileinrichtung (14) einstellbar ist.

Description

Beschreibung Stopfaggregat und Verfahren zum Stopfen eines Gleises Gebiet der Technik
[01] Die Erfindung betrifft ein Stopfaggregat zum Stopfen eines Gleises, mit in ein Schotterbett eintauchbaren Stopfpickeln, die mittels eines Vibrationsantriebs in Vibration versetzbar sind, wobei der Vibrationsantrieb ein Gehäuse umfasst, in dem eine Welle mit einem Exzenter um eine Wellenachse drehbar angeordnet ist und wobei auf dem Exzenter ein
Übertragungselement zur Übertragung einer Vibrationsbewegung gelagert ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Stopfen eines Gleises mittels des Stopfaggregats, wobei die erzeugte Vibrationsbewegung über einen Beistellzylinder auf einen Pickelarm übertragen wird.
Stand der Technik
[02] Aufgrund der hohen Belastungen, denen ein Stopfaggregat ausgesetzt ist, muss der Vibrationsantrieb besondere Anforderungen erfüllen. Beim
Eintauchen des Stopfpickels in ein Schotterbett eines Gleises und beim anschließenden Verdichten des Schotters unterhalb einer Schwelle treten laufend Lastwechsel auf, die den Vibrationsantrieb beanspruchen.
Insbesondere bei der Stopfung eines nicht erneuerten Schotterbetts, das oftmals vollständig verkrustet ist, wirken auf den mittels Vibrationsantrieb in Schwingung versetzten Stopfpickel hohe Gegenkräfte. Auch bei derart schwierigen Einsatzbedingungen muss der Vibrationsantrieb die erforderliche Vibration der Stopfpickel mit einer annähernd konstanten Vibrationsamplitude aufrechterhalten, um eine gleichbleibende Stopfqualität sicherzustellen.
[03] Für den Einsatz in Stopfaggregaten hat sich deshalb ein aus der
Patentschrift AT 350 097 B bekannter Vibrationsantrieb bewährt, bei dem eine oszillierende Vibrationsbewegung mittels einer angetriebenen
Exzenterwelle erzeugt wird. Bei dieser Bauart ist die Vibrationsamplitude durch die Dimensionierung der Exzenterwelle fix vorgegeben. Die über Beistellzylinder und Pickelarme auf die Stopfpickel übertragene Vibrationsbewegung bleibt somit weitgehend unbeeinflusst vom Widerstand des Schotterbetts.
[04] Bei einer aus der AT 513 973 A bekannten Bauart wird die
Vibrationsbewegung mittels eines hydraulischen Linearantriebes erzeugt. Ohne besondere Maßnahmen führt hier ein erhöhter Schotterbettwiderstand zu einer unerwünschten Reduktion der Vibrationsamplitude. Andererseits ermöglicht ein hydraulischer Linearantrieb eine einfache Anpassung der Vibrationsparameter bis hin zu einer raschen Abfolge von Ein- und
Ausschaltvorgängen. Letzteres ist bei einem bekannten Vibrationsantrieb mit Exzenterachse aufgrund der Trägheit der in Rotation befindlichen Massen schwieriger umzusetzen.
Zusammenfassung der Erfindung
[05] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Vibrationsantrieb der eingangs genannten Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik zu schaffen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein
entsprechendes Verfahren zum Stopfen eines Gleises anzugeben.
[06] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch einen Stopfaggregat gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12. Weiterbildungen finden sich in abhängigen Ansprüchen.
[07] Dabei ist der Exzenter rotationsschlüssig und radial verschiebbar mit der Welle verbunden, wobei die Lage des Exzenters gegenüber der Welle in radialer Richtung mittels einer VerStelleinrichtung einstellbar ist. Im Betrieb wird mittels der Welle auf den als eigener Bauteil ausgebildeten Exzenter ein Drehmoment übertragen. Die Wirkung auf das Übertragungselement bestimmt dabei ein einstellbarer Achsabstand zwischen einer Exzenterachse und der Wellenachse. Konkret ist die Amplitude der mittels des
Übertragungselements übertragbaren Vibrationsbewegung stufenlos einstellbar. Unter Beibehaltung der Vorteile eines Exzenterantriebs wird somit die Möglichkeit geschaffen, Vibrationsparameter während des Betriebs anzupassen. Ein veränderter Abstand zwischen Exzenterachse und
Wellenachse führt dabei nicht nur zu einer veränderten Vibrationsamplitude, sondern bei gleichbleibendem Drehmoment auch zu einer veränderten Schlagkraft, die mittels des Vibrationsantriebs aufgebracht wird.
[08] Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das
Übertragungselement als Pleuel zur Übertragung einer oszillierenden
Vibrationsbewegung ausgebildet ist. Das Pleuel ist dann mit einem linear geführten Kolben verbindbar, mittels dem die Vibration auf mehrere Bauteile übertragbar ist.
[09] In einer einfachen Ausprägung weist die Welle an einer Mantelfläche zwei gegenüberliegende, zueinander parallele Abflachungen auf, mittels derer der Exzenter radial geführt ist. In Rotationsrichtung bilden die Abflachungen gemeinsam mit entsprechend ausgeführten Gegenflächen des Exzenters eine formschlüssige Verbindung, um ein Drehmoment sicher zu übertragen.
[10] Weiters ist es vorteilhaft, wenn die Versteileinrichtung zumindest einen
hydraulischen Zylinder mit einem Kolben umfasst, wobei mittels des Kolbens eine Verstellkraft auf den Exzenter ausübbar ist. Damit ist ein oftmals bereits vorhandenes hydraulisches System nutzbar, um eine Verstellung des
Exzenters gegenüber der Welle vorzunehmen.
[11] Dabei ist günstigerweise der hydraulische Zylinder in der Welle angeordnet.
Angeschlossen ist dieser Zylinder an eine in der Welle geführte hydraulische Leitung, sodass eine kompakte und gewichtsparende Ausführung der Versteileinrichtung vorliegt.
[12] Vorteilhafterweise ist der hydraulischen Zylinders mittels eines
vorgesteuerten Rückschlagventils angesteuert. Damit ist sichergestellt, dass der Zylinder nach einem Verstellvorgang auch dann in seiner Position fixiert bleibt, wenn hohe Gegenkräfte auf den Exzenter einwirken.
[13] Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Versteileinrichtung einen weiteren Zylinder mit einem Kolben zur Fixierung und/oder zur Rückstellung des Exzenters umfasst. Der Exzenter ist somit in seiner Position zwischen zwei Kolben eingeklemmt, wodurch eine besonders robuste Fixierung gegeben ist. Auch der zweite Kolben ist dabei günstigerweise mittels eines vorgesteuerten Rückschlagventils angesteuert.
[14] Eine Verbesserung der Einsatzmöglichkeiten des Stopfaggregats ist
gegeben, wenn die Versteileinrichtung an eine Steuerung und/oder eine Regelung angeschlossen ist. Auf diese Weise ist der Vibrationsantrieb des Stopfaggregats während des Betriebs automatisch an geänderte
Bedingungen anpassbar.
Zum Generieren einer Rückmeldung nach einem Verstellvorgang ist es von Vorteil, wenn der Vibrationsantrieb einen Sensor zur Erfassung eines momentanen Achsabstands zwischen der Wellenachse und einer
Exzenterachse umfasst. Auf diese Weise ist überprüfbar, ob ein
vorgegebener Achsabstand auch tatsächlich eingestellt wurde bzw. im Betrieb aufrecht erhalten bleibt. Störungen sind somit sofort erkennbar.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn der Vibrationsantrieb einen Sensor zur Erfassung einer Winkelstellung und/oder Winkelgeschwindigkeit der Welle umfasst. Damit ist die Möglichkeit geschaffen, jederzeit eine Ist-Drehzahl der Welle festzustellen und beispielsweise dem Vibrationsantrieb eine
bevorzugte Anfangs- oder Endstellung vorzugeben. Zudem können auf diese Weise mehrere Vibrationsantriebe synchronisiert betrieben werden.
Eine einfache Antriebsvariante sieht vor, dass die Welle an einen variablen Hydraulikmotor angeschlossen ist. Neben der vorteilhaften Nutzung eines oftmals bereits vorhandenen Hydrauliksystems ist damit eine einfache Anpassung einer Vibrationsfrequenz möglich, indem die Drehzahl der Welle verändert wird.
Zur Reduzierung einer Leistungsaufnahme des Vibrationsantriebs ist es von Vorteil, wenn die Welle mit einem Schwungrad gekoppelt ist. Während eines Vibrationszyklus wird nämlich laufend durch verzögerte und beschleunigte Massen Energie abgegeben bzw. aufgenommen. Das Schwungrad dient als Zwischenspeicher, um diese Energieschwankungen auszugleichen.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Stopfen eines Gleises mittels eines oben beschriebenen Stopfaggregats wird die erzeugte
Vibrationsbewegung über einen Beistellzylinder und einen Pickelarm auf den jeweiligen Stopfpickel übertragen, wobei die Vibrationsbewegung verändert wird, indem mittels der VerStelleinrichtung der Exzenter gegenüber der Welle in radialer Richtung verstellt wird. Konkret erfolgt eine Anpassung der Vibrationsamplitude während des Betriebs. [20] Vorteilhaft weitergebildet wird das Verfahren in der Weise, dass ein
Stopfzyklus aus mehreren hintereinander ablaufenden Phasen gebildet wird und dass mittels einer Steuerung und/oder Regelung zumindest in einer Phase ein gegenüber einer anderen Phase unterschiedlicher Achsabstand zwischen Wellenachse und einer Exzenterachse eingestellt wird. Einzelne Phasen des Stopfzyklus bilden beispielweise ein Absenken des
Stopfaggregats, ein Beistellen der Stopfpickel, ein Anheben des
Stopfaggregats sowie ein Neupositionieren des Stopfaggregats. Durch die Verstellbarkeit wird der Vibrationsantrieb für die jeweilige Phase optimal eingesetzt.
[21] Dabei ist es von Vorteil, wenn zumindest in einer Phase des Stopfzyklus ein Achsabstand gleich Null eingestellt wird, um die Vibration unabhängig von der Drehzahl der Welle für eine gewünschte Dauer auszusetzen. Sinnvoll ist das insbesondere während einer Neupositionierung des Stopfaggregats zwischen zwei Stopfvorgängen zur Lärmreduktion und zur Verminderung der Leistungsaufnahme des Vibrationsantriebs.
[22] Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn während eines Stopfzyklus die Welle mit unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben wird. Auf diese Weise ist die Vibrationsfrequenz an unterschiedliche Anforderungen während eines Stopfzyklus anpassbar. Während eines Eintauchvorgangs wird
beispielsweise eine höhere Drehzahl vorgegeben, weil sich mit höherer Vibrationsfrequenz der Eintauchwiderstand eines Schotterbetts reduziert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[23] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer
Darstellung:
[24] Fig. 1 Stopfaggregat mit zwei Pickelarmen
[25] Fig. 2 Vibrationsantrieb des Stopfaggregats gemäß Fig. 1
[26] Fig. 3 Schnittansicht des Vibrationsantriebs im Aufriss
[27] Fig. 4 Schnittansicht mit Exzenter in Null-Stellung
[28] Fig. 5 Schnittansicht mit Exzenter mit maximalem Achsabstand
[29] Fig. 6 Ausführung mit alternativer VerStelleinrichtung [30] Fig. 7 Schrägansicht der Welle gemäß Fig. 2
Beschreibung der Ausführungsformen
[31] Das in Fig. 1 dargestellte Stopfaggregat 1 umfasst einen verstellbaren
Vibrationsantrieb 2, um zwei gegenüberliegende Stopfpickel 3 oder
Stopfpickelgruppen in Schwingung zu versetzten. Jeder Stopfpickel 3 ist dabei an einem Pickelarm 4 befestigt. Der jeweilige Pickelarm 4 ist an einem absenkbaren Stopfwerkzeugträger 5 schwenkbar angelenkt und an eine Kolbenstange eines zugeordneten Beistellzylinders 6 angeschlossen. Am Stopfwerkzeugträger 5 ist auch der Vibrationsantrieb 2 befestigt, an den jeder Pickelarm 4 über den zugeordneten Beistellzylinder 6 angeschlossen ist. Eine erzeugte Vibration wird somit über den jeweiligen Beistellzylinder 6 auf den jeweiligen Pickelarm 4 und den daran befestigten Stopfpickel 3 übertragen.
[32] Wie in Fig. 2 ersichtlich ist, umfasst der Vibrationsantrieb eine Welle 7, die in einem Gehäuse 8 mit abgedichteten Durchführungen gelagert ist. Zumindest eine weitere abgedichtete Durchführung ist für ein Übertragungselement 9 vorgesehen, an dem die Beistellzylinder 6 des Stopfaggregats 1
angeschlossen sind. Die Lagerung der Welle 7 im Gehäuse 8 erfolgt günstigerweise mittels Wälzlager. Die Komponenten des Vibrationsantriebs 2 bewirken im Betrieb eine oszillierende Vibrationsbewegung 10. Dabei rotiert die Welle 7 um eine Wellenachse 11 und ist dabei rotationsschlüssig mit einem Exzenter 12 verbunden.
[33] Die Figuren 3-6 zeigen, dass zwischen einer Exzenterachse 13 und der Wellenachse 11 mittels einer Versteileinrichtung 14 ein Achsabstand 15 einstellbar ist. Bei einem eingestellten Achsabstand 15 größer Null wird mittels des Übertragungselements 9 eine Rotationsbewegung 16 der Welle 7 und des Exzenters 12 in die Vibrationsbewegung 10 übertragen.
Im Ausführungsbeispiel ist das Übertragungselement 9 als Pleuel
ausgebildet, das gelenkig mit einem linear geführten Kolbenelement 17 verbunden ist. Zur Verbindung des Kolbenelements 17 mit dem Übertragungselement 9 ist ein Bolzen 18 vorgesehen.
[34] An das Kolbenelement 17 sind jene Bauteile anschließbar, die mit der
Vibrationsbewegung 10 beaufschlagt werden sollen. In einer einfacheren Variante ist der jeweilige Beistellzylinder direkt mit einem geeigneten
Anschluss direkt am Exzenter gelagert und fungiert selbst als
Übertragungselement 9. Das in Fig. 2 dargestellte ölgeschmierte Wälzlager 19 zwischen Übertragungselement 9 und Exzenter 12 ist in den Figuren 3-6 der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.
[35] Die Versteileinrichtung 14 umfasst günstigerweise einen hydraulischen
Zylinder 20, der in der Welle 7 angeordnet ist und einen Kolben 21 gegen eine Innenfläche des auf der Welle 7 aufsitzenden Exzenters 12 drückt.
Mittels dieser Druckkraft ist der Exzenter 12 gegenüber der Welle 7 verstellbar. Um den Exzenter 12 in seiner jeweiligen Lage zu fixieren bzw. zurückzustellen, erzeugt ein weiteres Element der VerStelleinrichtung 14 auf einer gegenüberliegenden Innenfläche des Exzenters 12 eine Gegenkraft. Diese wird beispielsweise mittels einer Feder oder - wie in Fig. 3 dargestellt - mittels eines weiteren Kolbens 22 eines weiteren Zylinders 23 aufgebracht.
[36] Anstelle einer hydraulischen Versteileinrichtung 14 ist eine nicht dargestellte mechanische VerStelleinrichtung einsetzbar. Diese umfasst beispielsweise in der Welle 7 geführte Spindeln oder Kurbelwellen, um die Lage des Exzenters 12 gegenüber der Welle 7 zu verstellen.
[37] Die Figuren 4 und 5 zeigen in vereinfachter Darstellungsweise zwei
Endpositionen des verstellbaren Exzenters 12. In Fig. 4 ist der Achsabstand 15 zwischen Wellenachse 11 und Exzenterachse 13 gleich Null. Die
Rotationsbewegung 16 der Welle 7 und des Exzenters 12 führen hier zu keiner Vibrationsbewegung. Diese Einstellung der Exzenterlage dient somit zum Aussetzen der Vibration.
[38] In Fig. 5 ist ein maximaler Achsabstand 15 zwischen Wellenachse 11 und
Exzenterachse 13 eingestellt. Das als Pleuel ausgebildete
Übertragungselement 9 überträgt dann eine oszillierende
Vibrationsbewegung 10 mit einer Vibrationsamplitude, die dem maximalen Achsabstand 15 entspricht. Mit der gegebenen kinematischen Anordnung des jeweiligen Beistellzylinders 6, des jeweiligen Pickelarms 4 sowie des jeweiligen Stopfpickels 3 ergibt sich eine gewünschte Vibrationsamplitude am freien Ende des Stopfpickels 3.
[39] Durch entsprechende Ansteuerung der VerStelleinrichtung 14 ist für den Achsabstand 15 jeder Wert zwischen Null und einem Maximalwert einstellbar. Dabei führt bei gleichbleibendem Drehmoment ein reduzierter Achsabstand 15 nicht nur zu einer geringeren Vibrationsamplitude, sondern auch zu einer höheren Schlagkraft des Vibrationsantriebs 2. Das ist für den Betrieb des Stopfaggregats 1 vorteilhaft, um im Bedarfsfall die Wirkung des jeweiligen vibrierenden Stopfpickels 3 auf ein Schotterbett anzupassen.
[40] Bei einer alternativen VerStelleinrichtung 14 gemäß Fig. 6 sitzt der Exzenter
12 nicht auf der Welle 7 auf, sondern ist über die Versteileinrichtung 14 rotationsschlüssig und radial verstellbar mit der Welle 7 verbunden.
Beispielsweise sind im Fall einer hydraulischen Ausführung die freien Enden der Kolben 21 , 22 in einer jeweiligen Längsnut an einer Innenfläche des Exzenters 12 eingeschoben und mittels Befestigungsmittel 24 in
Längsrichtung fixiert. Auf diese Weise dienen die Kolben 21 , 22 einerseits der Verstellung in radialer Richtung und andererseits als Elemente einer rotationsschlüssigen Verbindung zwischen Welle 7 und Exzenter 12.
[41] Die in Fig. 7 dargestellte Welle 7 gemäß der Ausführungsvariante in Fig. 2 weist zwei Abflachungen 25 auf, mittels derer der Exzenter 12 radial geführt ist. Im Bereich dieser Abflachungen 25 sind in der Welle 7 zwei hydraulische Zylinder 20, 23 als Elemente der Versteileinrichtung 14 angeordnet. Die Kolben 21 , 22 drücken im eingebauten Zustand gegen Innenflächen des Exzenters 12, wodurch dieser radial zur Wellenachse 11 verschoben wird. Dabei gleiten Innenflächen des Exzenters 12 entlang der Abflachungen 25 der Welle 7.
[42] Über in der Welle 7 angeordnete hydraulische Leitungen ist jeder Zylinder 20, 23 an ein jeweiliges vorgesteuert.es Rückschlagventil 26 angeschlossen. Günstigerweise sind die Rückschlagventile 26 ebenfalls innerhalb der Welle 7 angeordnet, um sehr kurze Verbindungsleitungen zwischen den
vorgesteuerten Rückschlagventilen 26 und den Zylindern 20, 23
sicherzustellen. Dadurch wird ein rasches Ansprechen der VerStelleinrichtung 14 ermöglicht. Zudem ist die komprimierbare Flüssigkeitsmenge minimiert, sodass die Kompressibilität einer verwendeten Hydraulikflüssigkeit vernachlässigbar ist. Die Verwendung zweier mittels vorgesteuerter Rückschlagventile 26 angesteuerter Zylinder 20, 23 bewirkt eine sichere Fixierung des Exzenters 12 in seiner eingestellten Lage gegenüber der Welle 7.
[43] Versorgungsleitungen und Steuerleitungen der Versteileinrichtung 14 sind beispielsweise an einer Stirnseite 27 der Welle 7 nach außen geführt. Ein Anschluss dieser rotierenden Leitungen an ein Hydrauliksystem erfolgt mittels einer bekannten Drehdurchführung.
[44] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Vibrationsbewegung 10 an einzelne Phasen eines Stopfzyklus anpassbar. Am Beginn des Stopfzyklus wird zunächst der Stopfwerkzeugträger 5 abgesenkt. Während dieser Phase tauchen die Stopfpickel 3 in ein Schotterbett eines Gleises ein. Dabei vibrieren die Stopfpickel 3 mit einer Vibrationsfrequenz von bis zu 60 Hertz und im Vibrationsantrieb 2 ist der maximale Achsabstand 15 zwischen
Wellenachse 11 und Exzenterachse 13 eingestellt. Am freien Ende des jeweiligen Stopfpickels 3 ergibt sich damit die größtmögliche
Vibrationsamplitude.
[45] In einer nächsten Phase erfolgt die Verdichtung des Schotters unterhalb
einer Schwelle. Die in Gleisrichtung gegenüberliegenden Stopfpickel 3 bewegen sich mit einer Beistellbewegung aufeinander zu, indem jeder Beistellzylinder 6 auf den zugeordneten Pickelarm 4 ein Drehmoment ausübt. Dabei ist der Beistellbewegung weiterhin die mittels des Vibrationsantriebs 2 erzeugte Vibrationsbewegung 10 überlagert. Durch eine Anpassung der Drehzahl der Welle 7 ist in dieser Phase die Vibrationsfrequenz auf 35 Hertz eingestellt.
[46] Wird die Welle 7 bereits mit einem maximalen Drehmoment angetrieben, kann in dieser Phase bei Bedarf durch geringfügige Reduktion des
Achsabstands 15 zwischen Wellenachse 11 und Exzenterachse 13 die Schlagkraft der Stopfpickel 3 erhöht werden. Eine solche Maßnahme ist gegebenenfalls bei einem stark verkrusteten Schotterbett sinnvoll. Dabei wird der Achsabstand 15 nur so weit reduziert, dass die sich ergebende
Verringerung der Vibrationsamplitude vernachlässigbar bleibt.
[47] Während einer Schwingungsperiode werden die in Vibration befindlichen
Massen der Beistellzylinder 6, der Pickelarme 4 und der Stopfpickel 3 zunächst in einer Richtung beschleunigt und abgebremst und anschließend in der Gegenrichtung beschleunigt und abgebremst. Diese
Vibrationsbewegungen führen deshalb laufend zu einer Abgabe und einer Aufnahme von kinetischer Energie. Ein Großteil dieser fluktuierenden
Energie wird in den durchgängig in Schwung befindlichen Rotationsmassen der Welle 7 und des Exzenters 12 zwischengespeichert.
[48] Günstigerweise ist die Welle 7 zusätzlich mit einem Schwungrad gekoppelt, um die Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Massen unabhängig von einem Rotationsantrieb über eine Schwingungsperiode hinweg konstant zu halten. Die Leistungsaufnahme des erfindungsgemäßen Vibrationsantriebs 2 ist somit deutlich geringer als die eines linearen Vibrationsantriebs, der eine Vibration beispielsweise mittels eines Hydraulikzylinders erzeugt.
[49] Sobald der Verdichtungsvorgang beendet ist, werden die Stopfpickel 3 durch Anheben des Stopfwerkzeugträgers 5 aus dem Schotterbett gezogen. Dabei erfolgt auch eine Rückstellung der Bestellzylinder 6. In dieser Phase des Stopfzyklus wird die Vibration bis zum neuerlichen Eindringen der Stopfpickel 3 ausgesetzt, indem der Achsabstand 15 zwischen Wellenachse 11 und Exzenterachse 13 auf null gestellt wird.
[50] Konkret wird die Vibrationsamplitude bis auf null reduziert, wobei während dieses Reduktionsvorgangs die Vibrationsfrequenz konstant bleibt. Ohne die erfindungsgemäße Exzenterverstellung müsste die Welle 7 abgebremst werden, um die Vibration auszusetzen. Dabei würde der Vibrationsantrieb 2 zwangsläufig niedrige Frequenzbereiche durchlaufen. Bauteile einer das Stopfaggregat 1 umfassenden Stopfmaschine oder Elemente der
Gleisstrecke weisen zumeist niedrigen Eigenfrequenzen auf, sodass es zu unerwünschten Resonanzen käme. Zudem würde ein zyklisches Abbremsen und Beschleunigen der rotierenden Massen die Leistungsaufnahme des Vibrationsantriebs 2 deutlich erhöhen. [51] Zur automatischen Durchführung der in den einzelnen Phasen eines
Stopfzyklus vorgenommenen Änderungen der Exzenterlage wird die
Versteileinrichtung 14 mittels einer Steuerung und/oder einer Regelung angesteuert. Am Stopfaggregat 1 können diverse Sensoren angebracht sein, um in Echtzeit Vibrationsparameter wie Frequenz und Amplitude zu erfassen und an die Steuerung bzw. Regelung zu melden. Insbesondere kann ein Sensor zur Erfassung des momentanen Achsabstands 15 zwischen
Wellenachse 11 und Exzenterachse 13 vorgesehen sein. Damit ist eine besonders präzise Einstellung des Achsabstands 15 realisierbar.
[52] Angetrieben wird die Welle 7 mittels eines Hydraulikmotors, der das in der
Stopfmaschine vorhandene Hydrauliksystem nutzt. Damit ist ein ausreichend hohes Drehmoment vorhanden und die Drehzahl ist stufenlos einstellbar.

Claims

Patentansprüche
1. Stopfaggregat (1) zum Stopfen eines Gleises, mit in ein Schotterbett eintauchbaren Stopfpickeln (3), die mittels eines Vibrationsantriebs (2) in Vibration versetzbar sind, wobei der Vibrationsantrieb (2) ein Gehäuse (8) umfasst, in dem eine Welle (7) mit einem Exzenter (12) um eine Wellenachse (11) drehbar angeordnet ist und wobei auf dem Exzenter (12) ein Übertragungselement (9) zur Übertragung einer Vibrationsbewegung (10) gelagert ist, dadurch
gekennzeichnet, dass der Exzenter (12) rotationsschlüssig und radial
verschiebbar mit der Welle (7) verbunden ist und dass die Lage des Exzenters (12) gegenüber der Welle (7) in radialer Richtung mittels einer VerStelleinrichtung (14) einstellbar ist.
2. Stopfaggregat (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (9) als Pleuel zur Übertragung einer oszillierenden
Vibrationsbewegung (10) ausgebildet ist.
3. Stopfaggregat (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (7) an einer Mantelfläche zwei gegenüberliegende, zueinander parallele Abflachungen (25) aufweist, mittels derer der Exzenter (12) radial geführt ist.
4. Stopfaggregat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die VerStelleinrichtung (14) zumindest einen hydraulischen Zylinder (20) mit einem Kolben (21) umfasst und dass mittels des Kolbens (21) eine Verstellkraft auf den Exzenter (12) ausübbar ist.
5. Stopfaggregat (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Zylinder (20) in der Welle (7) angeordnet ist.
6. Stopfaggregat (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, der hydraulische Zylinder (20) mittels eines vorgesteuerten Rückschlagventils (26) angesteuert ist.
7. Stopfaggregat (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die VerStelleinrichtung (14) einen weiteren Zylinder (23) mit einem Kolben (22) zur Fixierung und/oder zur Rückstellung des Exzenters ( 2) umfasst.
8. Stopfaggregat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die VerStelleinrichtung (14) an eine Steuerung und/oder eine Regelung angeschlossen ist.
9. Stopfaggregat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass der Vibrationsantrieb (2) einen Sensor zur Erfassung eines momentanen Achsabstands (15) zwischen der Wellenachse (11) und einer
Exzenterachse (13) umfasst.
10. Stopfaggregat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der Vibrationsantrieb (2) einen Sensor zur Erfassung einer Winkelstellung und/oder Winkelgeschwindigkeit der Welle (7) umfasst.
11. Stopfaggregat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Welle (7) an einen variablen Hydraulikmotor
angeschlossen ist.
12. Verfahren zum Stopfen eines Gleises mittels eines Stopfaggregats (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die erzeugte Vibrationsbewegung (10) über einen Beistellzylinder (6) auf einen Pickelarm (4) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationsbewegung (10) verändert wird, indem mittels der Versteileinrichtung (14) der Exzenter (12) gegenüber der Welle (7) in radialer Richtung verstellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Stopfzyklus aus mehreren hintereinander ablaufenden Phasen gebildet wird und dass mittels einer Steuerung und/oder Regelung zumindest in einer Phase ein gegenüber einer anderen Phase unterschiedlicher Achsabstand (15) zwischen Wellenachse (11) und einer Exzenterachse (13) eingestellt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einer Phase des Stopfzyklus ein Achsabstand (15) gleich Null eingestellt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Stopfzyklus die Welle (7) mit unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben wird.
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