EP3583012A1 - Gleismessfahrzeug und verfahren zur erfassung einer vertikalen gleislage - Google Patents

Gleismessfahrzeug und verfahren zur erfassung einer vertikalen gleislage

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EP3583012A1
EP3583012A1 EP18703943.3A EP18703943A EP3583012A1 EP 3583012 A1 EP3583012 A1 EP 3583012A1 EP 18703943 A EP18703943 A EP 18703943A EP 3583012 A1 EP3583012 A1 EP 3583012A1
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EP
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measuring
track
vertical
vertical arrow
detecting
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EP18703943.3A
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EP3583012C0 (de
EP3583012B1 (de
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Florian Auer
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Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/042—Track changes detection
    • B61L23/047—Track or rail movements

Definitions

  • the invention relates to a track measuring vehicle for detecting the
  • Compliance of a track with a machine frame, which can be moved on two tracks supported on the track, with a first measuring system for detecting a vertical distance of the track under load and with a second measuring system for detecting a
  • Invention a method for measuring a track by means of
  • the maintenance of a track is based on geometric sizes.
  • One of these variables is the vertical track position under load.
  • the weight of a track measuring vehicle is used as the load, which travels along the track and thereby detects the vertical track position.
  • DE 102 20 175 C1 discloses a method and a track measuring vehicle with which the compliance of the track can be detected in one measuring pass.
  • two measuring systems are arranged on the track measuring vehicle.
  • a first measuring system detects the relative track position under load with respect to a space-fixed inertial reference system.
  • a vertically measuring measuring head by means of optical triangulation is tracked in the lateral direction of the rail track.
  • a second measuring system detects the track position without load with respect to the same frame of reference with another vertically measuring measuring head, the a system carrier is arranged. Necessarily, a lateral tracker must be made in the second measuring system. In addition, over compensation devices and roll angle compensator
  • Movements of the track measuring vehicle can be compensated. Furthermore, complex adjustment devices with cameras and light sources are required to match the two measuring systems.
  • the first measuring system detects a course of a first vertical arrow height under load by means of the known inertial measuring principle or by measuring a vertical axis acceleration, wherein initially a dimensionally accurate
  • Measuring signal is determined. Subsequently, a three-point signal is calculated with respect to a virtual Bogensehe means of an evaluation, which corresponds to the course of the vertical arrow height when Wander Target measuring principle (three-point measurement).
  • the second measuring system is intended for determining a course of a second vertical arrow height, with a common reference base, with two outer measuring points under load and with an intermediate measuring point between them with no or reduced load, wherein the
  • Evaluation device for calculating a depression of the track under load from the two arrow heights is set up. It is the unloaded area of the track between the two rail undercarriages included in the measurement of the second arrow. This can be used together with the first arrow in a simple way to determine the sinking under load.
  • Such a track-measuring vehicle detects the compliance of the track under load in a single test drive, with only the courses of the two vertical arrow heights must be determined.
  • Measuring system is formed and includes a measuring frame, which is attached to one of the rail bogies. In this way, a measuring system already used on modern railroad measuring vehicles is used to determine the course of the first vertical arrow height of the track under load.
  • an inertial measuring unit and at least two position measuring devices for determining the position of the measuring frame relative to the rails of the track are arranged on the measuring frame. This gives a precise course of both rails of the track. To such a course regardless of a driving speed of
  • two spaced-apart position measuring devices are provided per rail.
  • the second comprises
  • Measuring system Two external measuring carriages for detecting the track position at the outer measuring points and a middle measuring carriage for detecting the track position at the intermediate measuring point. This provides a robust design that allows direct detection of the second vertical arrow height.
  • At least one measuring chord is tensioned as the reference base between the two outer measuring carriages.
  • the distance of a centrally tensioned steel tendon to a measuring device of the middle measuring carriage can be measured in a simple manner as a second vertical arrow height.
  • a vertical arrow height can be determined for each rail.
  • Measuring carriage is equipped with a Kochhöhungsmess adopted in order to determine a separate second vertical arrow height for each rail. This is also favorable if the reference frame used is the machine frame. In this case, there is a running distance measurement of the measuring carriages relative to the machine frame.
  • the second measuring system comprises non-contact distance measuring devices, which are arranged on the machine frame above the three measuring points and measure a respective distance to a rail of the track.
  • the measuring carriages are dispensed with and the machine frame serves as a common reference basis. This is a particularly stiff machine frame for
  • the method according to the invention for measuring a track by means of the track measuring vehicle provides that the first vertical arrow height and the second vertical arrow height are determined with a matching chord length and pitch, and that the two vertical arrow heights are subtracted to calculate the depression of the track under load , In this way, the determination of the sinking under load with little computational effort is feasible.
  • the first vertical arrow height and the second vertical arrow height are determined in each case in track center, wherein a mean depression course of the track is calculated. Such a depression detection is sufficient in many applications.
  • first vertical arrow height and the second vertical arrow height for both rails of the track are determined separately and if so for each rail a separate depression course is calculated.
  • Fig. 1 track measuring vehicle in an oblique view
  • FIG. 2 diagrams of the vertical track position
  • FIG. 3 Determination of the second arrow height by means of measuring carriages at a first track position
  • Fig. 1 shows a track measuring vehicle 1 with a machine frame 2, which is supported on two rail chassis 3 on two rails 4 of a track 5 movable.
  • the rail bogies 3 are designed as bogies.
  • a car body 6 is constructed, with driver or operator cabs, drive components and various
  • a first measuring system 7 is arranged on one of the rail carriages 3.
  • this is a so-called inertial measuring system.
  • another measuring system can be used, which detects the vertical course of the track 5 under load (e.g.
  • the first measuring system 7 comprises a measuring frame 8, which is connected to the
  • Axle bearings of the rail chassis 3 is connected and follows the vertical track position exactly.
  • an inertial measuring unit 9 is connected. This measures every move in relation to a dormant one
  • Reference system and provides a space curve in track center and / or two space curves of the rail inner edges.
  • position measuring devices 10 are arranged at four points of the measuring frame (Optical Gauge Measuring System). These constantly record the distances to the rail chassis 3 relative to the track 5 8 position measuring devices 10 are arranged at four points of the measuring frame (Optical Gauge Measuring System). These constantly record the distances to the rail chassis 3 relative to the track 5 8 position measuring devices 10 are arranged at four points of the measuring frame (Optical Gauge Measuring System). These constantly record the distances to the measuring frame.
  • Measurement data acquired by means of the first measuring system 7 are available in an evaluation device 11 for calculating the course of a first vertical arrow 12 of the track position under load.
  • the evaluation device 11 is supplied with the results of a second measuring system 13. This is intended to determine a course of a second vertical arrow 14.
  • the track position in the track longitudinal direction is measured at two outer measuring points 15, 16 under load and at an intermediate middle measuring point 17 therebetween without or with a reduced load.
  • the measurements are made with respect to a common
  • the second measuring system 13 includes, for example, an am
  • Machine frame 2 suspended central measuring carriage 18 which is arranged between the two rail bogies 3 in an unloaded section of the track 5.
  • the middle measuring carriage 18 has a low weight, so this can be disregarded. It is also possible to provide a weight-compensating suspension of the middle measuring carriage 18, which only prevents lifting off of the rails 4.
  • FIG. 2 shows diagrams with different vertical track layers 20, 21, 22, wherein a travel path is shown on the x-axis and a vertical deviation from a completely flat track position on the y-axis.
  • a thin solid line corresponds to an unloaded track layer 20 and a dashed line corresponds to a track layer 21 under load.
  • a thick solid line shows the actual track 22 during the
  • unloaded track layer 20 of the actual track position 22 corresponds.
  • the three diagrams below show a time sequence when driving on the track 5. Here are the loads of the track 5 by the
  • Evaluation device 1 1 is based on this assumption.
  • FIGS. 3 to 5 show the geometrical relationships in detail, wherein in FIGS. 3 and 4 three measuring carriages 18, 24, 25 are provided as components of the second measuring system 13. Next to the middle one
  • Measuring carriage 18 are the two outer measuring carriages 24, 25, which are arranged in close proximity to the rail chassis 3 and thus in loaded sections of the track 5. Also, a respective arrangement of the outer measuring carriages 24, 25 between the axes of a bogie
  • trained rail chassis 3 is a useful option.
  • a measuring chord 26 is stretched between the two outer measuring carriages 24, 25.
  • the machine frame 2 can serve as a common reference base, which is carried out in accordance with stiff.
  • distance measuring devices for detecting the distances between the machine frame 2 and the individual measuring carriages 18, 24, 25 are required.
  • the middle measuring carriage 18 thus has an equal distance 27 to the two outer measuring carriages 24, 25. But it is also one
  • an arrow height measurement takes place in the track center.
  • Measuring carriage 18, 24, 25 includes a Questionhöhungsmess occasion
  • a virtual reference base is used, which delivers corresponding results to the second measuring system 13.
  • this is a virtual measuring chord 28, which connects the outer measuring points 15, 16 and thus runs parallel to the measuring chord 26 of the second measuring system 13.
  • first vertical arrow height 12 As a calculated vertical distance between the virtual measuring chord 28 and the track-laying point 29, which was detected during the measuring run by means of the first measuring system 7 at the middle measuring point 17.
  • the depression 19 under load at the middle measuring point 17 thus results as the difference between the first and the second vertical arrow height 12, 14, the arrow heights 12, 14
  • FIG. 3 a situation is shown in which the virtual measuring chord 28 extends between the unloaded and loaded track 5 at the middle measuring point 17. Then the two arrowheads 12, 14 have different
  • FIG. 5 shows a second measuring system 13 without measuring carriages 18, 24, 25.
  • the machine frame 2 serves as a common reference base for the
  • a non-contact distance measuring device 30 is arranged over each of the three measuring points 15, 16, 17, a non-contact distance measuring device 30 is arranged. Thus, a respective distance 31, 32, 33 between a rail upper edge and the machine frame 2 is detected at the three measuring points 15, 16, 17.
  • the first vertical arrow 12 is calculated as in FIG. 3
  • the two outer measuring points 15, 16 are not exactly at the points with the largest depression. This is the case when the outer measuring carriages 24, 25 are arranged in front of or behind the loaded rail carriages 3. In any case, hollow layers of the track 5 can be detected safely.
  • Evaluation device 1 1 Calculation characteristics of the track 5 (e.g.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gleismessfahrzeug (1) zur Erfassung der Nachgiebigkeit eines Gleises (5), mit einem Maschinenrahmen (2), der auf zwei Schienenfahrwerken (3) abgestützt auf dem Gleis (5) verfahrbar ist, mit einem ersten Messsystem (7) zur Erfassung eines Vertikalabstandes des Gleises (5) unter Last und mit einem zweiten Messsystem (13) zur Erfassung eines Vertikalabstandes des Gleises (5) bei fehlender Last. Dabei ist das erste Messsystem mit einer Auswerteeinrichtung (11) zur Errechnung des Verlaufs einer ersten vertikalen Pfeilhöhe (12) gekoppelt, wobei das zweite Messsystem (13) zur Bestimmung eines Verlaufs einer zweiten vertikalen Pfeilhöhe (14) vorgesehen ist, mit einer gemeinsamen Bezugsbasis, mit zwei äußeren Messstellen (15, 16) unter Last und mit einer dazwischen liegenden mittleren Messstelle (17) ohne bzw. mit reduzierter Last, und wobei die Auswerteeinrichtung (11) zur Errechnung einer Einsenkung (19) des Gleises (5) unter Last aus den beiden Pfeilhöhen (12, 14) eingerichtet ist. Ein solches Gleismessfahrzeug (1) erfasst die Einsenkung des Gleises (5) unter Last in einer einzigen Messfahrt.

Description

Beschreibung
Gleismessfahrzeug und Verfahren zur Erfassung einer vertikalen Gleislage Gebiet der Technik
[01] Die Erfindung betrifft ein Gleismessfahrzeug zur Erfassung der
Nachgiebigkeit eines Gleises, mit einem Maschinenrahmen, der auf zwei Schienenfahrwerken abgestützt auf dem Gleis verfahrbar ist, mit einem ersten Messsystem zur Erfassung eines Vertikalabstandes des Gleises unter Last und mit einem zweiten Messsystem zur Erfassung eines
Vertikalabstandes des Gleises bei fehlender Last. Zudem betrifft die
Erfindung ein Verfahren zum Vermessen eines Gleises mittels des
Gleismessfahrzeugs.
Stand der Technik
[02] Die Instandhaltung eines Gleises erfolgt anhand geometrischer Größen. Eine dieser Größen ist die vertikale Gleislage unter Last. In der Regel wird als Last das Gewicht eines Gleismessfahrzeugs genutzt, welches am Gleis entlangfährt und dabei die vertikale Gleislage erfasst.
[03] Eine weitere Größe, die zur Beurteilung eines Gleiszustands herangezogen wird, ist die Nachgiebigkeit des Gleises. Zu deren Erfassung muss zusätzlich die Gleislage bei fehlender Last gemessen und mit der Gleislage unter Last verglichen werden. In der Regel geschieht dies durch zwei separate
Messungen.
[04] Aus der DE 102 20 175 C1 ist ein Verfahren und ein Gleismessfahrzeug bekannt, mit dem die Nachgiebigkeit des Gleises in einem Messdurchgang erfasst werden kann. Dazu sind am Gleismessfahrzeug zwei Messsysteme angeordnet. Ein erstes Messsystem erfasst die relative Gleislage unter Last bezüglich eines raumfesten inertialen Bezugssystems. Dabei wird ein mittels optischer Triangulation vertikal messender Messkopf in lateraler Richtung dem Schienenverlauf nachgeführt.
[05] Ein zweites Messsystem erfasst die Gleislage ohne Last bezüglich desselben Bezugssystems mit einem weiteren vertikal messenden Messkopf, der an einem Systemträger angeordnet ist. Notwendigerweise muss auch beim zweiten Messsystem eine laterale Schienennachführung erfolgen. Zudem müssen über Ausgleichseinrichtungen und Rollwinkelausgleicher
Bewegungen des Gleismessfahrzeugs kompensiert werden. Des Weiteren sind aufwändige Abgleicheinrichtungen mit Kameras und Lichtquellen erforderlich, um die beiden Messsysteme aufeinander abzugleichen.
Zusammenfassung der Erfindung
[06] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes
Gleismessfahrzeug sowie ein Verfahren anzugeben, mit dem auf eine einfache Weise die Nachgiebigkeit des Gleises bestimmbar ist.
[07] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale der
Ansprüche 1 und 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
[08] Das erste Messsystem erfasst einen Verlauf einer ersten vertikalen Pfeilhöhe unter Last mittels des bekannten Inertial-Messprinzips oder durch Messung einer vertikalen Achsbeschleunigung, wobei zunächst ein formtreues
Messsignal ermittelt wird. In weiterer Folge wird bezüglich einer virtuellen Bogensehe mittels einer Auswerteeinrichtung ein Dreipunktsignal errechnet, welches dem Verlauf der vertikalen Pfeilhöhe beim Wandersehen- Messprinzip entspricht (Dreipunktmessung).
[09] Das zweites Messsystem ist zur Bestimmung eines Verlaufs einer zweiten vertikalen Pfeilhöhe vorgesehen, mit einer gemeinsamen Bezugsbasis, mit zwei äußeren Messstellen unter Last und mit einer dazwischen liegenden mittleren Messstelle ohne bzw. mit reduzierter Last, wobei die
Auswerteeinrichtung zur Errechnung einer Einsenkung des Gleises unter Last aus den beiden Pfeilhöhen eingerichtet ist. Es wird der unbelastete Bereich des Gleises zwischen den beiden Schienenfahrwerken in die Messung der zweiten Pfeilhöhe miteinbezogen. Damit lässt sich gemeinsam mit der ersten Pfeilhöhe auf einfache Weise die Einsenkung unter Last bestimmen.
[10] Ein solches Gleismessfahrzeug erfasst die Nachgiebigkeit des Gleises unter Last in einer einzigen Messfahrt, wobei lediglich die Verläufe der beiden vertikalen Pfeilhöhen ermittelt werden müssen. Einrichtungen zur
Bewegungskompensation oder Abgleicheinrichtungen, um die beiden
Messsysteme aufeinander abzugleichen, sind nicht erforderlich. Somit erfolgt eine einfache und effiziente Bestimmung der Einsenkung des Gleises mit wenigen Systemkomponenten.
[1 1] Eine Weiterbildung sieht vor, dass das erste Messsystem als Inertial-
Messsystem ausgebildet ist und einen Messrahmen umfasst, welcher an einem der Schienenfahrwerke angebracht ist. Auf diese Weise wird ein auf modernen Gleismessfahrzeugen bereits vorhandenes Messsystem genutzt, um den Verlauf der ersten vertikalen Pfeilhöhe des Gleises unter Last zu bestimmen.
[12] Dabei ist es vorteilhaft, wenn an dem Messrahmen eine Inertial-Messeinheit und zumindest zwei Lagemesseinrichtungen zur Bestimmung der Lage des Messrahmens gegenüber den Schienen des Gleises angeordnet sind. Damit erhält man einen genauen Verlauf beider Schienen des Gleises. Um einen solchen Verlauf unabhängig von einer Fahrgeschwindigkeit des
Gleismessfahrzeugs erfassen zu können, sind pro Schiene zwei voneinander beabstandete Lagemesseinrichtungen vorgesehen.
[13] Bei einer weiterführenden Variante der Erfindung umfasst das zweite
Messsystem zwei äußere Messwägen zur Erfassung der Gleislage an den äußeren Messpunkten und einen mittleren Messwagen zur Erfassung der Gleislage am dazwischen liegenden Messpunkt. Damit ist ein robuster Aufbau gegeben, der eine direkte Erfassung der zweiten vertikalen Pfeilhöhe erlaubt.
[14] Vorteilhafterweise ist dabei als Bezugsbasis zwischen den beiden äußeren Messwägen zumindest eine Messsehne gespannt. Beispielsweise lässt sich auf einfache Weise der Abstand einer mittig gespannten Stahlsehne zu einer Messeinrichtung des mittleren Messwagens als zweite vertikale Pfeilhöhe messen. Mit einer Messsehne über jeder Schiene ist für jede Schiene eine vertikale Pfeilhöhe bestimmbar.
[15] Bei nur einer mittig gespannten Messsehne ist es günstig, wenn jeder
Messwagen mit einer Überhöhungsmesseinrichtung ausgestattet ist, um für jede Schiene eine eigene zweite vertikale Pfeilhöhe bestimmen zu können. Das ist auch günstig, wenn als Bezugsbasis der Maschinenrahmen herangezogen wird. Dabei erfolgt eine laufende Abstandsmessung der Messwägen gegenüber dem Maschinenrahmen.
[16] Eine andere weiterführende Variante der Erfindung sieht vor, dass das zweite Messsystem berührungslose Distanzmesseinrichtungen umfasst, welche am Maschinenrahmen über den drei Messstellen angeordnet sind und einen jeweiligen Abstand zu einer Schiene des Gleises messen. Hier entfallen die Messwägen und der Maschinenrahmen dient als gemeinsame Bezugsbasis. Dazu ist ein besonders steifer Maschinenrahmen zur
Vermeidung von störenden Schwingungseinflüssen vorgesehen.
[17] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Vermessen eines Gleis mittels des Gleismessfahrzeugs sieht vor, dass die erste vertikale Pfeilhöhe und die zweite vertikale Pfeilhöhe mit einer übereinstimmenden Sehnenlänge und Sehnenteilung bestimmt werden und dass die beiden vertikalen Pfeilhöhen zur Errechnung der Einsenkung des Gleises unter Last subtrahiert werden. Auf diese Weise ist die Bestimmung der Einsenkung unter Last mit wenig Rechenaufwand durchführbar.
[18] Bei einer einfachen Ausprägung des Verfahrens werden die erste vertikale Pfeilhöhe und die zweite vertikale Pfeilhöhe jeweils in Gleismitte bestimmt, wobei ein mittlerer Einsenkungsverlauf des Gleises errechnet wird. Eine solche Einsenkungsermittlung ist in vielen Anwendungsfällen ausreichend.
[19] Für eine genauere Analyse der Gleisbeschaffenheit ist es günstig, wenn die erste vertikale Pfeilhöhe und die zweite vertikale Pfeilhöhe für beide Schienen des Gleises separat bestimmt werden und wenn damit für jede Schiene ein eigener Einsenkungsverlauf errechnet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[20] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer
Darstellung:
Fig. 1 Gleismessfahrzeug in einer Schrägansicht
Fig. 2 Diagramme der vertikalen Gleislage Fig. 3 Bestimmung der zweiten Pfeilhöhe mittels Messwägen an einer ersten Gleisposition
Fig. 4 Bestimmung der zweiten Pfeilhöhe mittels Messwägen an einer zweiten Gleisposition
Fig. 5 Bestimmung der zweiten Pfeilhöhe mittels
Distanzmesseinrichtungen
Beschreibung der Ausführungsformen
[21] Fig. 1 zeigt ein Gleismessfahrzeug 1 mit einem Maschinenrahmen 2, der auf zwei Schienenfahrwerken 3 abgestützt auf zwei Schienen 4 eines Gleises 5 verfahrbar ist. Die Schienenfahrwerke 3 sind dabei als Drehgestelle ausgeführt. Am Maschinenrahmen 2 ist ein Wagenkasten 6 aufgebaut, mit Fahrer- bzw. Bedienerkabinen, Antriebskomponenten und diversen
Steuerungs- und Messeinrichtungen.
[22] Ein erstes Messsystem 7 ist an einem der Schienenfahrwerke 3 angeordnet.
In Fig. 1 handelt es sich dabei um ein sogenanntes Inertial-Messsystem. Stattdessen kann auch ein anderes Messsystem zur Anwendung kommen, welches den vertikalen Verlauf des Gleises 5 unter Last erfasst (z.B.
Messung der Achslagerbeschleunigung).
[23] Das erste Messsystem 7 umfasst einen Messrahmen 8, der mit den
Achslagern des Schienenfahrwerks 3 verbunden ist und der vertikalen Gleislage exakt folgt. Mit dem Messrahmen 8 ist eine Inertial-Messeinheit 9 verbunden. Diese misst jede Bewegung in Bezug auf ein ruhendes
Bezugssystem und liefert eine Raumkurve in Gleismitte und/oder zwei Raumkurven der Schieneninnenkanten.
[24] Zur rechnerischen Kompensation von lateralen Relativbewegungen des Schienenfahrwerks 3 gegenüber dem Gleis 5 sind an vier Punkten des Messrahmens 8 Lagemesseinrichtungen 10 angeordnet (Optical Gauge Measuring System). Diese erfassen laufend die Abstände zu den
Innenkanten der Schienen 4, wobei bei einer Mindestmessgeschwindigkeit auch zwei Lagemesseinrichtungen 10 ausreichen. Damit ist die Gleislage in Querrichtung exakt erfassbar. [25] Mittels des ersten Messsystems 7 erfasste Messdaten stehen in einer Auswerteeinrichtung 1 1 für eine Errechnung des Verlaufs einer ersten vertikalen Pfeilhöhe 12 der Gleislage unter Last zur Verfügung. Zudem sind der Auswerteeinrichtung 1 1 die Ergebnisse eines zweiten Messsystems 13 zugeführt. Dieses ist zur Bestimmung eines Verlaufs einer zweiten vertikalen Pfeilhöhe 14 vorgesehen.
[26] Als vertikale Pfeilhöhe 12, 14 ist bekanntermaßen der vertikale Abstand einer Gleislage bzw. eines Schienenverlaufs zu einer Bogensehne angegeben. Dabei kommt das sogenannte Wandersehen-Messprinzip
(Dreipunktmessung) zur Anwendung, wobei zur Errechnung der ersten vertikalen Pfeilhöhe 12 eine virtuelle Messsehne als Bezugsbasis
herangezogen wird.
[27] Mit dem zweiten Messsystem 13 wird die Gleislage in Gleislängsrichtung gesehen an zwei äußeren Messstellen 15, 16 unter Last und an einer dazwischen liegenden mittleren Messstelle 17 ohne bzw. mit reduzierter Last gemessen. Die Messungen erfolgen bezüglich einer gemeinsamen
Bezugsbasis entsprechend der Ermittlung der ersten vertikalen Pfeilhöhe 12.
[28] Das zweite Messsystem 13 umfasst beispielsweise einen am
Maschinenrahmen 2 aufgehängten mittleren Messwagen 18, der zwischen den beiden Schienenfahrwerken 3 in einem unbelasteten Abschnitt des Gleises 5 angeordnet ist. Der mittlere Messwagen 18 weist ein geringes Gewicht auf, weshalb dieses unberücksichtigt bleiben kann. Es besteht auch die Möglichkeit, eine gewichtskompensierende Aufhängung des mittleren Messwagens 18 vorzusehen, die lediglich ein Abheben von den Schienen 4 verhindert.
[29] An den beiden äußeren Messstellen 15, 16 ist das Gleis 5 mit einer
annähernd gleich großen Last beaufschlagt. Erreicht wird dies durch eine gleichmäßige Gewichtsaufteilung des Maschinenrahmens 2 samt
Wagenkasten 6 und diverser Einrichtungen auf die beiden
Schienenfahrwerke 3. Dadurch ergibt sich für eine betrachtete Stelle des Gleises 5 eine charakteristische Einsenkung 19 unter Last, unabhängig davon, welches Schienenfahrwerk 3 die Last aufbringt. [30] Fig. 2 zeigt Diagramme mit unterschiedlichen vertikalen Gleislagen 20, 21 , 22, wobei auf der x-Achse ein Fahrweg und auf der y-Achse eine vertikale Abweichung von einer vollkommen ebenen Gleislage dargestellt sind. Eine dünne durchgehende Linie entspricht einer unbelasteten Gleislage 20 und eine gestrichelte Linie entspricht einer Gleislage 21 unter Last. Eine dicke durchgehende Linie zeigt die tatsächliche Gleislage 22 während des
Befahrens mit dem Gleismessfahrzeug 1. Zur besseren Veranschaulichung sind die Abweichungen gegenüber einer ebenen Gleislage stark
überzeichnet.
[31] Im oberen Diagramm ist das Gleis 5 noch unbefahren, weshalb die
unbelastete Gleislage 20 der tatsächlichen Gleislage 22 entspricht. Die drei Diagramme darunter zeigen eine zeitliche Abfolge beim Befahren des Gleises 5. Dabei sind die Belastungen des Gleises 5 durch die
Schienenfahrwerke 3 mittels gleicher Punktlasten 23 dargestellt. Auch der Berechnung des Verlaufs der ersten Pfeilhöhe 12 mittels
Auswerteeinrichtung 1 1 liegt diese Annahme zugrunde.
[32] Die Figuren 3 bis 5 zeigen die geometrischen Zusammenhänge im Detail, wobei in den Figuren 3 und 4 drei Messwägen 18, 24, 25 als Komponenten des zweiten Messsystems 13 vorgesehen sind. Neben dem mittleren
Messwagen 18 sind das zwei äußere Messwägen 24, 25, die in unmittelbarer Nähe zu den Schienenfahrwerken 3 und somit in belasteten Abschnitten des Gleises 5 angeordnet sind. Auch eine jeweilige Anordnung der äußeren Messwägen 24, 25 zwischen den Achsen eines als Drehgestell
ausgebildeten Schienenfahrwerks 3 stellt eine sinnvolle Variante dar.
[33] Zwischen den beiden äußeren Messwägen 24, 25 ist eine Messsehne 26 gespannt. Alternativ dazu kann der Maschinenrahmen 2 als gemeinsame Bezugsbasis dienen, wobei dieser entsprechend steif ausgeführt ist. Zudem sind Distanzmesseinrichtungen zur Erfassung der Abstände zwischen dem Maschinenrahmen 2 und den einzelnen Messwägen 18, 24, 25 erforderlich.
[34] Im gezeigten Beispiel ist eine symmetrische Sehnenteilung gegeben. Der mittlere Messwagen 18 weist also einen gleich großen Abstand 27 zu den beiden äußeren Messwägen 24, 25 auf. Es ist aber ebenso eine
asymmetrische Sehnenteilung möglich. Zu beachten ist eine ausreichende Distanz des mittleren Messwagens 18 zu den beiden äußeren Messwägen 24, 25, damit kein Einfluss der belasteten Gleisabschnitte auf den mittleren Messwagen 18 besteht.
[35] Während des Befahrens des Gleises 5 mit dem Gleismessfahrzeug 1 wird mittels dieses zweiten Messsystems 13 laufend die zweite vertikale Pfeilhöhe 14 gemessen. Konkret ist das die vertikale Abweichung des mittleren
Messwagens 18 von der Messsehne 26 gegenüber einer Anordnung bei vollkommen ebener Gleislage. In einer einfachen Ausprägung erfolgt eine Pfeilhöhenmessung in Gleismitte. Es können jedoch auch die vertikalen Pfeilhöhen der jeweiligen Schiene 4 gemessen werden. Dann ist entweder über jeder Schiene 4 eine eigene Messsehne 26 gespannt oder jeder
Messwagen 18, 24, 25 umfasst eine Überhöhungsmesseinrichtung
(Neigungsmesser), um von einer Höhenlage in Gleismitte auf die
Längshöhen der Schienen 4 zu schließen.
[36] Mittels der Auswerteeinrichtung 1 1 erfolgt aus den abgespeicherten
Gleislagedaten des ersten Messsystems 7 die Berechnung der ersten vertikalen Pfeilhöhe 12. Dabei wird eine virtuelle Bezugsbasis herangezogen, die korrespondierende Ergebnisse zum zweiten Messsystem 13 liefert.
Beispielsweise ist das eine virtuelle Messsehne 28, welche die äußeren Messstellen 15, 16 verbindet und somit parallel zur Messsehne 26 des zweiten Messsystems 13 verläuft.
[37] Damit ergibt sich die erste vertikale Pfeilhöhe 12 als errechneter vertikaler Abstand zwischen der virtuellen Messsehne 28 und dem Gleislagepunkt 29, der während der Messfahrt mittels des ersten Messsystems 7 an der mittleren Messstelle 17 erfasst wurde. Die Einsenkung 19 unter Last an der mittleren Messstelle 17 ergibt sich somit als Differenz der ersten und der zweiten vertikalen Pfeilhöhe 12, 14, wobei die Pfeilhöhen 12, 14
vorzeichenbehaftet sind.
[38] In Fig. 3 ist eine Situation gezeigt, in der die virtuelle Messsehne 28 an der mittleren Messstelle 17 zwischen unbelastetem und belastetem Gleis 5 verläuft. Dann haben die beiden Pfeilhöhen 12, 14 unterschiedliche
Vorzeichen und die Subtraktion führt zu einer Summierung der Betragswerte beider Pfeilhöhen 12, 14. Anders verhält es sich in Fig. 4, wo beide Pfeilhöhen 12, 14 eine nach oben gewölbte Gleislage anzeigen. Diese Situation entspricht dem Regelfall, weil üblicherweise die vertikalen
Pfeilhöhen 12, 14 einer Gleisstrecke deutlich größer ausfallen als eine Einsenkung 19 unter Last.
[39] Fig. 5 zeigt ein zweites Messsystem 13 ohne Messwägen 18, 24, 25. Dabei dient der Maschinenrahmen 2 als gemeinsame Bezugsbasis für die
Dreipunktmessung. Über jeder der drei Messstellen 15, 16, 17 ist eine berührungslose Distanzmesseinrichtung 30 angeordnet. Damit wird an den drei Messstellen 15, 16, 17 eine jeweilige Distanz 31 , 32, 33 zwischen einer Schienenoberkante und dem Maschinenrahmen 2 erfasst.
[40] In einer einfachen Ausprägung werden nur die Distanzen 31 , 32, 33 zu einer Schienen 4 ermittelt. Für eine Bestimmung einer Einsenkung 19 beider Schienen 4 bzw. in Gleismitte sind jedoch für beide Schienen 4
Distanzmessungen durchzuführen. Aus den erfassten Distanzen 31 , 32, 33 lässt sich mittels der Auswerteeinrichtung 1 1 in einfacher Weise die zweite vertikale Pfeilhöhe 14 an der mittleren Messstelle 17 errechnen. Konkret wird die Differenz der mittleren Distanz 33 zu einem Mittelwert der beiden äußeren Distanzen 31 , 32 ermittelt. Durch eine Filterung der Ausgabesignale der Distanzmesseinrichtungen 30 können zudem störende Schwingungen des Maschinenrahmens 2 eliminiert werden.
[41] Die Berechnung der ersten vertikalen Pfeilhöhe 12 erfolgt wie zu Fig. 3
beschrieben aus den gespeicherten Messwerten des ersten Messsystems 7 bezüglich einer virtuellen Messsehen 28.
[42] Für die meisten Anwendungsfälle ist es vernachlässigbar, wenn zur
Bestimmung der zweiten Pfeilhöhe 14 die beiden äußeren Messstellen 15, 16 nicht exakt an den Stellen mit der größten Einsenkung liegen. Das ist der Fall, wenn die äußeren Messwägen 24, 25 vor oder hinter den belasteten Schienenfahrwerken 3 angeordnet sind. Jedenfalls können Hohllagen des Gleises 5 sicher erfasst werden.
[43] Um in einer Weiterbildung der Erfindung dennoch die Einsenkung des
Gleises 5 exakt bestimmen zu können, sind in einem Speicher der
Auswerteeinrichtung 1 1 Berechnungskennzahlen des Gleises 5 (z.B.
Bettungszahl bzw. Bettungsmodul) hinterlegt. Basierend auf der erfassten Nachgiebigkeit bzw. einer Biegelinie des Gleises 5 erfolgt dann nnittels des bekannten Verfahrens von Zimmermann eine Berechnung der maximalen Einsenkung unterhalb der Schienenfahrwerke 3.

Claims

Patentansprüche
1. Gleismessfahrzeug (1 ) zur Erfassung der Nachgiebigkeit eines Gleises (5), mit einem Maschinenrahmen (2), der auf zwei Schienenfahrwerken (3) abgestützt auf dem Gleis (5) verfahrbar ist, mit einem ersten Messsystem (7) zur Erfassung eines Vertikalabstandes des Gleises (5) unter Last und mit einem zweiten Messsystem (13) zur Erfassung eines Vertikalabstandes des Gleises (5) bei fehlender Last,
dadu rch geken nzeich net, dass das erste Messsystem mit einer
Auswerteeinrichtung (1 1 ) zur Errechnung des Verlaufs einer ersten vertikalen
Pfeilhöhe (12) gekoppelt ist, dass das zweite Messsystem (13) zur Bestimmung eines Verlaufs einer zweiten vertikalen Pfeilhöhe (14) vorgesehen ist, mit einer gemeinsamen Bezugsbasis, mit zwei äußeren Messstellen (15, 16) unter Last und mit einer dazwischen liegenden mittleren Messstelle (17) ohne bzw. mit reduzierter Last, und dass die Auswerteeinrichtung (1 1 ) zur Errechnung einer Einsenkung (19) des Gleises (5) unter Last aus den beiden Pfeilhöhen (12, 14) eingerichtet ist.
2. Gleismessfahrzeug (1 ) nach Anspruch 1 , dadu rch geken nzeich net, dass das erste Messsystem (7) als Inertial-Messsystem ausgebildet ist und einen
Messrahmen (8) umfasst, welcher an einem der Schienenfahrwerke (3) angebracht ist.
3. Gleismessfahrzeug (1 ) nach Anspruch 2, dadu rch geken nzeich net, dass an dem Messrahmen (8) eine Inertial-Messeinheit (9) und zumindest zwei
Lagemesseinrichtungen (10) zur Bestimmung der Lage des Messrahmens (8) gegenüber den Schienen (4) des Gleises (5) angeordnet sind.
4. Gleismessfahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
geken nzeich net, dass das zweite Messsystem (13) zwei äußere Messwägen (24, 25) zur Erfassung der Gleislage an den äußeren Messstellen (15, 16) und einen mittleren Messwagen (18) zur Erfassung der Gleislage an der dazwischen liegenden mittleren Messstelle (17) umfasst.
5. Gleismessfahrzeug (1 ) nach Anspruch 4, dadu rch geken nzeich net, dass als Bezugsbasis zwischen den beiden äußeren Messwägen (24, 25) zumindest eine Messsehne (26) gespannt ist.
6. Gleismessfahrzeug (1 ) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch geken nzeich net, dass jeder Messwagen (24, 25) mit einer Überhöhungsmesseinrichtung ausgestattet ist.
7. Gleismessfahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeich net, dass das zweite Messsystem (13) berührungslose
Distanzmesseinrichtungen (30) umfasst, welche am Maschinenrahmen (2) über den drei Messstellen (15, 16, 17) angeordnet sind und einen jeweiligen Abstand zu einer Schiene (4) des Gleises (5) messen.
8. Verfahren zum Vermessen eines Gleis (5) mittels eines Gleismessfahrzeugs (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch geken nzeich net, dass die erste vertikale Pfeilhöhe (12) und die zweite vertikale Pfeilhöhe (14) mit einer
übereinstimmenden Sehnenlänge und Sehnenteilung bestimmt werden und dass die beiden vertikalen Pfeilhöhen (12, 14) zur Errechnung der Einsenkung (19) des Gleises (5) unter Last subtrahiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch geken nzeich net, dass die erste vertikale Pfeilhöhe (12) und die zweite vertikale Pfeilhöhe (14) jeweils in Gleismitte bestimmt werden und dass damit ein mittlerer Einsenkungsverlauf des Gleises (5) errechnet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch geken nzeich net, dass die erste vertikale Pfeilhöhe (12) und die zweite vertikale Pfeilhöhe (14) für beide
Schienen (4) des Gleises (5) separat bestimmt werden und dass damit für jede Schiene (4) ein Einsenkungsverlauf errechnet wird.
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