EP3583012B1 - Verfahren zur erfassung einer vertikalen gleislage - Google Patents

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EP3583012B1
EP3583012B1 EP18703943.3A EP18703943A EP3583012B1 EP 3583012 B1 EP3583012 B1 EP 3583012B1 EP 18703943 A EP18703943 A EP 18703943A EP 3583012 B1 EP3583012 B1 EP 3583012B1
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EP
European Patent Office
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measuring
track
vertical
versine
under load
Prior art date
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EP18703943.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3583012A1 (de
EP3583012C0 (de
Inventor
Florian Auer
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Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Original Assignee
Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
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Publication date
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Publication of EP3583012C0 publication Critical patent/EP3583012C0/de
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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 method for measuring a track at two outer measuring points under load and at a middle measuring point in between without load by means of a track measuring vehicle with a machine frame which is movable on the track supported on two rail bogies, with a first measuring system for detecting a vertical distance of the track under load and with a second measuring system for detecting a vertical distance of the track in the absence of a load, wherein the first measuring system is coupled to an evaluation device and wherein both measuring systems have a common reference base.
  • Track maintenance is based on geometric parameters.
  • One of these parameters is the vertical track position under load.
  • the load is the weight of a track measuring vehicle, which travels along the track and records the vertical track position.
  • track compliance Another parameter used to assess track condition is track compliance. To determine this, the track position must also be measured without load and compared with the track position under load. This is usually done through two separate measurements.
  • a method and a track measuring vehicle are known with which the compliance of the track can be measured in a single measurement pass.
  • two measuring systems are installed on the track measuring vehicle.
  • a first measuring system records the relative track position under load with respect to a spatially fixed inertial reference system.
  • a measuring head, measuring vertically using optical triangulation, is guided laterally along the rail.
  • a second measuring system records the track position without load relative to the same reference system using another vertical measuring head mounted on a system carrier. Lateral rail tracking is also required for the second measuring system. Furthermore, movements of the track measuring vehicle must be compensated for using compensation devices and roll angle compensators. Furthermore, complex calibration devices with cameras and light sources are required to align the two measuring systems.
  • the invention is based on the object of specifying a generic track measuring vehicle and a method with which the compliance of the track can be determined in a simple manner.
  • the first measuring system records the course of a first vertical arrow height under load using the well-known inertial measurement principle or by measuring a vertical axis acceleration. Initially, a form-accurate measurement signal is determined. Subsequently, a three-point signal is calculated for a virtual bowstring using an evaluation device, which corresponds to the course of the vertical arrow height using the traveling-vision measurement principle (three-point measurement).
  • the second measuring system is designed to determine the course of a second vertical sweep, with a common reference base, two outer measuring points under load and an intermediate measuring point with or without a reduced load.
  • the evaluation device is configured to calculate the track deflection under load from the two sweeps.
  • the unloaded section of the track between the two track carriages is included in the measurement of the second sweep. This allows the deflection under load to be easily determined together with the first sweep.
  • Such a track measuring vehicle measures the track's compliance under load in a single measurement run, requiring only the determination of the two vertical sweeps. Motion compensation devices or adjustment devices to align the two measuring systems are not required. This allows for simple and efficient determination of track subsidence with just a few system components.
  • a further development, not claimed, provides for the first measuring system to be designed as an inertial measuring system and to comprise a measuring frame mounted on one of the rail bogies. In this way, a measuring system already present on modern track measuring vehicles is used to determine the course of the first vertical sweep 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 track rails are arranged on the measuring frame. This provides an accurate track layout for both rails. To be able to record such a layout independently of the track measuring vehicle's speed, two spaced-apart position measuring devices are provided per rail.
  • the second measuring system comprises two outer measuring carriages for recording the track position at the outer measuring points and a middle measuring carriage for recording the track position at the intermediate measuring point. This provides a robust structure that allows direct recording of the second vertical sweep height.
  • At least one measuring chord is stretched between the two outer measuring carriages as a reference base.
  • the distance of a centrally stretched steel chord to a measuring device on the middle measuring carriage can be easily measured as a second vertical vertex.
  • a vertical vertex can be determined for each rail.
  • each measuring carriage is equipped with a superelevation measuring device in order to Each rail can be determined with its own second vertical height.
  • the machine frame is used as the reference base. This involves a continuous measurement of the distance between the measuring carriages and the machine frame.
  • the second measuring system comprises non-contact distance measuring devices arranged on the machine frame above the three measuring points, which measure the respective distance to a rail of the track.
  • the measuring carriages are eliminated, and the machine frame serves as a common reference base.
  • a particularly rigid machine frame is provided to prevent disruptive vibration influences.
  • the method according to the invention for measuring a track using the described track measuring vehicle provides that the first vertical sagittal height and the second vertical sagittal height are determined with a matching chord length and chord pitch, and that the two vertical sagittal heights are subtracted to calculate the track deflection under load. In this way, the deflection under load can be determined with little computational effort.
  • the first vertical sag and the second vertical sag are each determined at the center of the track, whereby an average track depression is calculated. Such a determination of the depression is sufficient in many applications.
  • first vertical arrow height and the second vertical arrow height are determined separately for both rails of the track and if a separate subsidence profile is calculated for each rail.
  • Fig. 1 shows a track measuring vehicle 1 with a machine frame 2, which is supported on two rail bogies 3 and can be moved along two rails 4 of a track 5.
  • the rail bogies 3 are designed as bogies.
  • a car body 6 is mounted on the machine frame 2, containing driver or operator cabins, drive components, and various control and measuring devices.
  • a first measuring system 7 is arranged on one of the rail carriages 3.
  • This is a so-called inertial measurement system.
  • another measurement system can be used that records the vertical course of track 5 under load (e.g., measuring the axle bearing acceleration).
  • the first measuring system 7 comprises a measuring frame 8, which is connected to the axle bearings of the rail bogie 3 and precisely tracks the vertical track position.
  • An inertial measuring unit 9 is connected to the measuring frame 8. This unit measures every movement relative to a stationary reference system and provides a spatial curve in the track center and/or two spatial curves of the inner rail edges.
  • position measuring devices 10 Optical Gauge Measuring System
  • Optical Gauge Measuring System are arranged at four points on the measuring frame 8. These continuously measure the distances to the inner edges of the rails 4, although at a minimum measuring speed, two position measuring devices 10 are sufficient. This allows the track position in the transverse direction to be precisely measured.
  • Measurement data acquired by the first measuring system 7 are available in an evaluation device 11 for calculating the course of a first vertical sag 12 of the track position under load.
  • the results of a second measuring system 13 are also fed to the evaluation device 11. This system is intended to determine the course of a second vertical sag 14.
  • the vertical distance of a track position or rail line from a bowstring is specified as the vertical chord 12, 14.
  • the so-called traveling vision measurement principle three-point measurement
  • a virtual measuring chord being used as a reference base to calculate the first vertical chord 12.
  • the second measuring system 13 measures the track position in the longitudinal direction at two outer measuring points 15, 16 under load and at an intermediate measuring point 17 without or with reduced load. The measurements are taken with respect to a common reference base according to the determination of the first vertical sag 12.
  • the second measuring system 13 comprises, for example, a central measuring carriage 18 suspended from the machine frame 2, which is arranged between the two rail bogies 3 in an unloaded section of the track 5.
  • the central measuring carriage 18 is lightweight, so this can be disregarded. It is also possible to provide a weight-compensating suspension for the central measuring carriage 18, which merely prevents it from lifting off the rails 4.
  • track 5 is subjected to an approximately equal load. This is achieved by evenly distributing the weight of the machine frame 2, including the car body 6, and various devices, between the two rail bogies 3. This results in a characteristic depression 19 under load for a particular point on track 5, regardless of which rail bogie 3 applies the load.
  • Fig. 2 shows diagrams with different vertical track positions 20, 21, and 22, with the x-axis representing a track path and the y-axis representing a vertical deviation from a perfectly level track position.
  • a thin solid line corresponds to an unloaded track position 20, and a dashed line corresponds to a track position 21 under load.
  • a thick solid line shows the actual track position 22 during travel by the track measuring vehicle 1. For clarity, the deviations from a level track position are greatly exaggerated.
  • track 5 is not yet in use, which is why the unloaded track position 20 corresponds to the actual track position 22.
  • the three diagrams below show a chronological sequence when traveling on track 5.
  • the loads on track 5 by the rail bogies 3 are represented by equal point loads 23. This assumption is also used to calculate the course of the first arrow height 12 using the evaluation device 11.
  • FIGS. 3 to 5 show the geometric relationships in detail, whereby in the Figures 3 and 4 Three measuring carriages 18, 24, 25 are provided as components of the second measuring system 13. In addition to the middle measuring carriage 18, there are two outer measuring carriages 24, 25, which are arranged in the immediate vicinity of the rail bogies 3 and thus in loaded sections of the track 5. An arrangement of the outer measuring carriages 24, 25 between the axles of a rail bogie 3 designed as a bogie also represents a useful variant.
  • 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, in which case it is designed to be correspondingly rigid.
  • Distance measuring devices are also required to record the distances between the machine frame 2 and the individual measuring carriages 18, 24, 25.
  • a symmetrical chord division is given.
  • the middle measuring carriage 18 therefore has an equal distance 27 to the two outer measuring carriages 24, 25.
  • an asymmetric chord division is also possible. Sufficient Distance of the middle measuring carriage 18 to the two outer measuring carriages 24, 25, so that there is no influence of the loaded track sections on the middle measuring carriage 18.
  • the second vertical vertex 14 is continuously measured using this second measuring system 13. Specifically, this is the vertical deviation of the center measuring carriage 18 from the measuring chord 26 compared to a completely level track layout. In a simple version, the vertex measurement is performed in the center of the track. However, the vertical vertexes of the respective rails 4 can also be measured. In this case, either a separate measuring chord 26 is stretched over each rail 4, or each measuring carriage 18, 24, 25 includes a cant measuring device (inclinometer) to determine the longitudinal heights of the rails 4 from a height in the center of the track.
  • inclinometer inclinometer
  • the evaluation device 11 calculates the first vertical vertex 12 from the stored track position data of the first measuring system 7.
  • a virtual reference base is used, which provides 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.
  • the first vertical sag 12 is thus the calculated vertical distance between the virtual measuring chord 28 and the track position point 29, which was recorded during the measurement run using the first measuring system 7 at the middle measuring point 17.
  • the depression 19 under load at the middle measuring point 17 is thus the difference between the first and second vertical sags 12, 14, with the sags 12, 14 being signed.
  • Fig. 3 shows a situation in which the virtual measuring chord 28 runs at the middle measuring point 17 between the unloaded and loaded track 5. Then the two vertex heights 12, 14 have different signs and the subtraction leads to a summation of the absolute values of both vertex heights 12, 14.
  • Fig. 4 shows both Swashplates 12 and 14 indicate an upwardly curved track position. This situation is typical because the vertical swashplates 12 and 14 of a track section are usually significantly larger than a depression 19 under load.
  • 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 three-point measurement.
  • a non-contact distance measuring device 30 is arranged above each of the three measuring points 15, 16, 17. This measures a respective distance 31, 32, 33 between a rail top edge and the machine frame 2 at the three measuring points 15, 16, 17.
  • the distances 31, 32, 33 to one rail 4 are determined. However, to determine a depression 19 of both rails 4 or in the center of the track, distance measurements must be performed for both rails 4. From the recorded distances 31, 32, 33, the second vertical arrow height 14 at the middle measuring point 17 can be easily calculated using the evaluation device 11. Specifically, the difference between the middle distance 33 and an average value of the two outer distances 31, 32 is determined. By filtering the output signals of the distance measuring devices 30, disruptive vibrations of the machine frame 2 can also be eliminated.
  • the calculation of the first vertical arrow height 12 is carried out as Fig. 3 described from the stored measured values of the first measuring system 7 with respect to a virtual measuring line 28.
  • the two outer measuring points 15, 16 are not located exactly at the points of greatest depression for determining the second vertex 14. This is the case if the outer measuring carriages 24, 25 are arranged in front of or behind the loaded rail bogies 3. In any case, hollow positions of the track 5 can be reliably detected.
  • calculation parameters of the track 5 e.g. bedding number or bedding module
  • the maximum subsidence below the rail bogies 3 is then calculated using the well-known Zimmermann method.

Landscapes

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

Description

    Gebiet der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen eines Gleis an zwei äußeren Messstellen unter Last und an einer dazwischen liegenden mittleren Messstelle ohne Last mittels eines Gleismessfahrzeugs 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, wobei das erste Messsystem mit einer Auswerteinrichtung gekoppelt ist und wobei beide Messsysteme eine gemeinsame Bezugsbasis aufweisen.
    • Stand der Technik
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • Eine nicht-beanspruchte 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.
  • 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.
  • Bei einer nicht-beanspruchten Variante 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine andere nicht-beanspruchte Variante 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.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Vermessen eines Gleises mittels des beschriebenen 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.
  • 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.
  • 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
  • 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
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • Mittels des ersten Messsystems 7 erfasste Messdaten stehen in einer Auswerteeinrichtung 11 für eine Errechnung des Verlaufs einer ersten vertikalen Pfeilhöhe 12 der Gleislage unter Last zur Verfügung. Zudem sind der Auswerteeinrichtung 11 die Ergebnisse eines zweiten Messsystems 13 zugeführt. Dieses ist zur Bestimmung eines Verlaufs einer zweiten vertikalen Pfeilhöhe 14 vorgesehen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 11 liegt diese Annahme zugrunde.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Mittels der Auswerteeinrichtung 11 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 11 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.
  • 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.
  • 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.
  • Um in einer Weiterbildung der Erfindung dennoch die Einsenkung des Gleises 5 exakt bestimmen zu können, sind in einem Speicher der Auswerteeinrichtung 11 Berechnungskennzahlen des Gleises 5 (z.B. Bettungszahl bzw. Bettungsmodul) hinterlegt. Basierend auf der erfassten Nachgiebigkeit bzw. einer Biegelinie des Gleises 5 erfolgt dann mittels des bekannten Verfahrens von Zimmermann eine Berechnung der maximalen Einsenkung unterhalb der Schienenfahrwerke 3.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Vermessen eines Gleis (5) an zwei äußeren Messstellen (15, 16) unter Last und an einer dazwischen liegenden mittleren Messstelle (17) ohne Last mittels eines Gleismessfahrzeugs (1) mit einem Maschinenrahmen, 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, wobei das erste Messsystem (7) mit einer Auswerteinrichtung (11) gekoppelt ist und wobei beide Messsysteme eine gemeinsame Bezugsbasis aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswerteeinrichtung (11) ein Verlauf einer ersten vertikalen Pfeilhöhe (12) errechnet wird, dass mittels des zweiten Messsystems (13) ein Verlauf einer zweiten vertikalen Pfeilhöhe (14) bestimmt wird, 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.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 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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