EP3653789A1 - Verfahren und stopfaggregat zum stopfen eines gleises - Google Patents

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EP3653789A1
EP3653789A1 EP19203198.7A EP19203198A EP3653789A1 EP 3653789 A1 EP3653789 A1 EP 3653789A1 EP 19203198 A EP19203198 A EP 19203198A EP 3653789 A1 EP3653789 A1 EP 3653789A1
Authority
EP
European Patent Office
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tamping
tool
rail
unit
threshold
Prior art date
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Pending
Application number
EP19203198.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef HOFSTÄTTER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Original Assignee
Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH filed Critical Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Publication of EP3653789A1 publication Critical patent/EP3653789A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B27/00—Placing, renewing, working, cleaning, or taking-up the ballast, with or without concurrent work on the track; Devices therefor; Packing sleepers
    • E01B27/12—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track; Compacting track-carrying ballast
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
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    • E01B27/13—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track
    • E01B27/16—Sleeper-tamping machines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B2203/00—Devices for working the railway-superstructure
    • E01B2203/12—Tamping devices

Definitions

  • the invention relates to a method for compacting ballast in a track bed by means of a tamping unit comprising several tamping tools, four vibrating tamping tool ends being immersed in the ballast on both sides of the rail and on both sides of a sleeper in the area of a rail, and the four tamping tool ends by means of motion drives approximately in the direction of a crossing point rail / threshold to be moved towards each other.
  • the invention relates to a tamping unit for performing the method.
  • tracks with ballast bedding are regularly processed using a tamping machine.
  • the tamping machine travels the track and lifts the track grate, which is formed from sleepers and rails, to a desired position using a lifting / straightening unit.
  • the new track position is fixed by tamping the track using a tamping unit.
  • the tamping unit comprises tamping tools with tamping picks, which are subjected to vibration during a tamping process and plunge into the ballast bed and are placed next to each other.
  • the ballast is compacted below the respective threshold.
  • a tamping unit with diagonally arranged tamping tools is known.
  • an additional movement takes place approximately in the direction of a rail / threshold crossing point in order to enable a primary compression zone directly under the respective rail.
  • each tamping tool must be assigned its own vibration generator.
  • additional tamping tools are required to prevent the ballast from moving upwards and into areas between the tamping tools.
  • the invention has for its object to improve a method of the type mentioned in such a way that an optimally compacted threshold support can be produced in a simple manner below a rail / threshold crossing point.
  • a corresponding tamping unit is to be specified for carrying out the method.
  • pimple plates arranged on the tamping tool ends are at least partially moved into a region below the rail during a tamping process. In this way, the pimple plates are largely approached on each threshold side.
  • the pimple plates thus act together on an area below the rails and create an optimal sleeper support without gravel in a disruptive way to escape upwards or between the pimple plates.
  • the threshold load is reduced, which means that the track has a longer service life.
  • the central ballast compaction underneath the rails results in a higher transverse resistance of the respective sleeper and thus a better load capacity of the track.
  • a further development of the method provides that a depth limit value is specified for a lowering process, the stuffing tool ends only being moved in the direction of the rail when the depth limit value is reached. This ensures that the stuffing tool ends are only moved towards one another below the rail after a predetermined immersion depth. In this case, an upper side of the pick plate should be lowered at least below a bottom edge of the rail foot in order to reliably rule out contact between the tamping tool and the rail.
  • the tamping tool ends are first moved in the direction of the rail and then in the direction of the threshold. This means that the pimple plates are already in an optimal position before an actual add-on process begins. In addition, with this type of process, an additional direction parallel to the longitudinal direction of the rail is possible. A corresponding kinematic arrangement for moving the tamping tools is easy to implement.
  • a further improvement of the method increases the possible uses of the tamping unit in that the respective tamping tool is pivoted about a vertical axis of rotation relative to an associated tool carrier. This happens either before dipping into the gravel or during an add-on process.
  • a movement drive is assigned to each tamping tool in order to move the tamping tool ends approximately in the direction of a rail / threshold crossing point during a tamping process, each tamping tool end having at least one pimple plate, which at least partially into one by means of the associated movement drive Area below the rail is movable and that a control device of the respective movement drive is set up to control a corresponding movement. This ensures that the sleeper pads below the respective rail / sleeper crossing point are optimally compressed. The highest forces act on the track at the rail / sleeper crossing points.
  • each tamping tool is mounted on an associated tool carrier that is height-adjustable by means of a height adjustment drive.
  • the tool carrier is guided vertically in an assembly frame, for example, and is lowered and raised again together with the tamping tools during a tamping cycle.
  • An improvement of this variant provides that the height adjustment drive is controlled by the control device and that the control device is supplied with a signal from a sensor for detecting a height position. This ensures that the tamping tools are only moved in the direction of the rail after they have been sufficiently lowered. A collision of the rail with the pimple plates is excluded.
  • each tamping tool has a pivotable about a pivot axis Includes pivot lever and a tamping tool holder for receiving at least one tamping pick.
  • This provides simple and effective kinematics for the transmission of the oscillation and auxiliary movement from the drives to the tamping ax penetrating into the ballast.
  • the auxiliary force can also be effectively transferred from the respective movement drive to the associated pimple plate or pimples.
  • a further improvement of the structure is provided if a pair of tamping tools is mounted on a common tool carrier and if each tool carrier is assigned its own height adjustment drive.
  • This variant is suitable for a so-called universal tamping machine, which is designed for tamping track sections and switches.
  • a separate lowering or lateral displacement of individual tamping tool pairs is provided in order to avoid branching rails or obstacles.
  • an auxiliary cylinder for moving the tamping tools in the direction of the threshold and a pivoting cylinder for moving the tamping tools in the direction of the rail are assigned to each tamping tool as the movement drive. This gives the possibility of pivoting the respective tamping tool in the direction of the rail before the actual auxiliary movement.
  • the respective pimple plates are then approximated underneath the rail during the entire add-on process and act continuously on the ballast in the area of the rail / threshold crossing point.
  • a vibration generator and two auxiliary cylinders coupled to the vibration generator are assigned to each pair of tamping tools. This increases the efficiency of the tamping unit because a common vibration generator causes two tamping tools to vibrate during operation. When vibrating with opposite directions of movement of the two tamping tools, there is also sufficient mass compensation to avoid disturbing vibration loads on the unit.
  • the vibration generator advantageously includes an eccentric shaft to which the auxiliary cylinders are articulated.
  • Such an eccentric drive delivers an exactly predeterminable vibration amplitude and an exact vibration frequency, these parameters being independent of counter-forces of the ballast on the tamping tools.
  • each tamping tool is mounted obliquely on the associated tool carrier with respect to a vertical longitudinal plane, in order to move the tamping tool ends approximately in the direction of the rail / threshold crossing point during an additional movement.
  • the corresponding movement execution leads to the formation of an optimal primary compression zone.
  • the compacting effect of the tamping tool ends provided is increased because lateral evacuation possibilities of the ballast set in vibration are minimized.
  • each tamping tool is assigned a hydraulic cylinder unit as a motion drive, by means of which the tamping tool can be set in vibration and can be moved approximately in the direction of the rail / threshold crossing point.
  • a hydraulic cylinder unit consists, for example, of several coupled hydraulic cylinders with different chambers for the generation of vibrations and the auxiliary movement. In a simple variant, both movements are carried out by means of a hydraulic cylinder with two chambers. In this solution, a pulsating increasing volume flow is applied to a chamber in order to superimpose the additional movement and the oscillating movement.
  • a further improvement of the tamping unit provides that each tamping tool is mounted on the associated tool carrier so as to be adjustable about a vertical axis of rotation. In this way it is possible to tamp a track in several successive tamping operations with different inclined positions of the tamping tools.
  • the illustrated tamping unit 1 comprises four tamping units 2, two tamping units 2 being assigned to a rail 3.
  • Each tamping unit 2 comprises an assembly frame 4 in which a tool carrier 5 is guided vertically.
  • a pair of tamping tools 6 is mounted on the respective tool carrier 5.
  • only one tamping unit 2 with a common tool holder 5 for four tamping tools 6 is assigned to each rail.
  • the respective unit frame 4 is attached to a machine frame of a track construction machine.
  • the track construction machine travels on a track 7 with sleepers 9 mounted on ballast 8 and the rails 3 fastened thereon.
  • the so-called track axis 9 runs between the rails 3, which usually serves as a reference point for railway construction work.
  • the sleepers 9 are stuffed in order to fix the track grating formed by sleepers 9 and rails 3 in a predetermined position.
  • a lowering or lifting movement of the respective tool carrier 5 takes place by means of an associated height adjustment drive 10.
  • a vibration generator 12 is arranged on the respective tool carrier 5 and acts on the tamping tools 6 with a vibration 13.
  • the tamping tools 6 are assigned movement drives 14, by means of which ordering or pivoting movements 15 of the tamping tool ends 16 can be carried out.
  • the respective tamping tool 6 is rotatably mounted on the associated tool carrier 4 about a pivot axis 17 and is coupled to the associated vibration generator 12 via an auxiliary cylinder 18.
  • Each tamping tool 6 comprises a pivot lever 19 and a tamping pick holder 20 for receiving two tamping pick 21.
  • the respective tamping pick holder 20 can be pivoted in the direction of the associated rail 3 by means of a pivot cylinder 22 relative to the associated pivot lever 19.
  • the movement drive 14 assigned to a stuffing tool 6 thus comprises an auxiliary cylinder 18 and a pivoting cylinder 22 together with corresponding control or regulating valves.
  • the tamping picks 21 located on the tamping tool ends 16 each have a pimple plate 23 which acts on the ballast 8 during operation.
  • a primary compression zone 24 is drawn with cross hatching, in which the ballast 7 is moved directly by the pimple plates 23 approximately in the direction of a rail / threshold 25 crossing point until an optimal compression is achieved.
  • the application of vibrations promotes the mobility of the individual gravel grains within the gravel structure.
  • an eccentric drive with a rotating eccentric shaft is used as the vibration generator 12.
  • an eccentricity specifies the vibration amplitude for the vibration 13 transmitted to the tamping tools 6.
  • a speed of rotation determines the frequency.
  • the respective movement drive 14 is controlled by means of a control device 26 in such a way that the pick plates 23 are at least partially moved into an area 27 below the assigned rail 3 during an ordering or pivoting process.
  • the rail / threshold is formed below the crossing point 25 the primary compression zone 24 with an optimal compression of the ballast 8.
  • the tool carriers 5 are lowered, the tamping picks 21 with the pimple plates 23 being immersed in the ballast 8.
  • a respective top of the pick plate is lowered at least to below a bottom edge of the rail foot before the corresponding tamping pick 21 is moved in the direction of the assigned rail 3.
  • the respective height adjustment drive 11 is given a depth limit. Only when this depth limit value is reached is there a release of movement for the movement drives 14.
  • An improved embodiment includes a sensor that detects the respective height position of the tamping tools 6 relative to the associated rail foot.
  • FIG. 2 A simple variant of the procedure is referenced to Fig. 2 explained.
  • the pimple plates 23 are moved in the lowered state with a combined actuation of the auxiliary and pivoting cylinders 18, 22 in the direction of the assigned rail / threshold 25 crossing point.
  • a part of the pimple plates 23 near the rail reaches the area 27 below the associated rail 3 during this movement process.
  • the starting positions of the tamping pick 21 or pick plate 23 are shown with dash-dotted lines.
  • the end positions are drawn with solid lines. Arrows indicate the corresponding direction of movement.
  • FIG. 3 Another variant show the Figures 3 and 4 .
  • the pimple plates 23 are first moved in the direction of the associated rail 3 by means of the pivoting cylinders 22 ( Fig. 3 ).
  • the pimple plates 23 located on one threshold side are already small before the actual addition process Clearances lined up.
  • a uniform primary compression zone 24 builds up around the respective crossing point rail / threshold 25 during the entire auxiliary process ( Fig. 4 ).
  • Fig. 5 shows a tamping unit 1 with tamping tools 6 inclined relative to a vertical longitudinal plane 28 Fig. 6 the processing of a track curve with such a tamping unit 1 can be seen.
  • the vertical longitudinal plane 28 usually runs normal to the longitudinal extent of the stuffed sleeper 9. It is thus oriented tangentially to the track axis 10.
  • the tamping tools 6 are inclined by 25 ° with respect to the vertical longitudinal plane 28.
  • a smaller angle of, for example, 5 ° is suitable for tucking in a new track position for the first time, in order to increase the width effect transversely to the track axis 10.
  • Larger angles of up to 40 ° result in a pronounced centering of the primary compression effect below the respective rail / threshold 25 crossing point.
  • a hydraulic cylinder unit 29 with coupled hydraulic cylinders forms the respective movement drive 14 of a tamping tool 6.
  • Each hydraulic cylinder unit 29 generates the vibration 13 and the auxiliary movement 15 specifically for the associated tamping tool 6.
  • an inner hydraulic cylinder generates the auxiliary movement 15 and is thereby involved with one Piston for an outer hydraulic cylinder coupled to provide the vibration 13.
  • only one hydraulic cylinder is assigned to each tamping tool 6. A pulsating increasing volume flow is applied to the latter during an add-on operation in order to superimpose the add-on movement 15 on the vibration 13.
  • each tamping tool 6 can be designed as an identical unit. As in Fig. 7 this shows that an arrangement of the tamping tools 6 on the associated tool carrier 5 is pivotable about a respective vertical axis of rotation 30 (shown as a point in the plan view). This is the skew angle adjustable. The arrangement can also be adjusted during operation by arranging remote-controlled rotary actuators.
  • the tamping pimples and the pimple plates are shown in dashed lines.
  • the pivotability about the vertical axis of rotation 30 is expedient for flexible use of the tamping unit 1. This means that adaptation to different threshold and rail widths can be carried out in a simple manner. In addition, the extent and shape of the primary compression zone 24 can be quickly adapted to existing requirements.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)

Abstract

Verfahren zum Verdichten von Schotter (8) in einer Gleisbettung mittels eines mehrere Stopfwerkzeuge (6) umfassenden Stopfaggregats (1), wobei im Bereich einer Schiene (3) vier vibrierende Stopfwerkzeugenden (16) zu beiden Seiten der Schiene (3) und zu beiden Seiten einer Schwelle (9) in den Schotter (8) eingetaucht werden und wobei die vier Stopfwerkzeugenden (16) mittels Bewegungsantriebe (14, 18, 22, 29) annähernd in Richtung eines Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle (25) aufeinander zu bewegt werden. Dabei werden an den Stopfwerkzeugenden (16) angeordnete Pickelplatten (23) während eines Stopfvorgangs zumindest teilweise in einen Bereich (27) unterhalb der Schiene (3) bewegt.

Description

    Gebiet der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten von Schotter in einer Gleisbettung mittels eines mehrere Stopfwerkzeuge umfassenden Stopfaggregats, wobei im Bereich einer Schiene vier vibrierende Stopfwerkzeugenden zu beiden Seiten der Schiene und zu beiden Seiten einer Schwelle in den Schotter eingetaucht werden und wobei die vier Stopfwerkzeugenden mittels Bewegungsantriebe annähernd in Richtung eines Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle aufeinander zu bewegt werden. Zudem betrifft die Erfindung ein Stopfaggregat zur Durchführung des Verfahrens.
    • Stand der Technik
  • Zur Wiederherstellung bzw. Erhaltung einer vorgegebenen Gleislage werden Gleise mit Schotterbettung regelmäßig mittels einer Stopfmaschine bearbeitet. Dabei befährt die Stopfmaschine das Gleis und hebt den aus Schwellen und Schienen gebildeten Gleisrost mittels eines Hebe-/Richtaggregats auf eine Sollposition. Eine Fixierung der neuen Gleislage erfolgt durch Stopfen des Gleises mittels eines Stopfaggregats. Das Stopfaggregat umfasst Stopfwerkzeuge mit Stopfpickeln, die bei einem Stopfvorgang mit einer Schwingung beaufschlagt in das Schotterbett eintauchen und zueinander beigestellt werden. Dabei wird der Schotter unterhalb der jeweiligen Schwelle verdichtet.
  • Beim Stopfen mit einem aus AT 343 168 B oder AT 516 547 A4 bekannten Stopfaggregat sind jeder Schiene des Gleises zwei Stopfwerkzeugpaare zugeordnet. Ein inneres Stopfwerkzeugpaar taucht neben einer Schieneninnenseite und ein äußeres Stopfwerkzeugpaar taucht neben einer Schienenaußenseite in das Schotterbett ein. Die Beistellbewegung des jeweiligen Stopfwerkzeugs erfolgt an der jeweiligen Eintauchstelle im rechten Winkel zur Längsausdehnung der Schwelle. Infolgedessen ergibt sich die größte Verdichtungswirkung auf den Schotter in einer jeweiligen primären Verdichtungszone zwischen den Eintauchstellen der Stopfwerkzeuge eines Stopfwerkzeugpaares. Das sind die Stellen neben den Schienen. Unter den Schienen und in den Endbereichen der Schwellen erfolgt eine sekundäre Schotterverdichtung durch den aus der primären Verdichtungszone verdrängten Schotter.
  • Aus der DE 25 16 166 A1 ist ein Stopfaggregat mit schräg angeordneten Stopfwerkzeugen bekannt. Dabei erfolgt eine jeweilige Beistellbewegung annähernd in Richtung eines Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle, um direkt unter der jeweiligen Schiene eine primäre Verdichtungszone zu ermöglichen. Allerdings muss bei einem solchen Verfahren jedem Stopfwerkzeug ein eigener Vibrationserzeuger zugeordnet sein. Zudem sind zusätzliche Stopfwerkzeuge erforderlich, um ein Ausweichen des Schotters nach oben und in Bereiche zwischen den Stopfwerkzeugen zu verhindern.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass auf einfache Weise unterhalb eines Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle eine optimal verdichtete Schwellenauflage herstellbar ist. Zudem soll ein entsprechendes Stopfaggregat zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
  • Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
  • Dabei ist vorgesehen, dass an den Stopfwerkzeugenden angeordnete Pickelplatten während eines Stopfvorgangs zumindest teilweise in einen Bereich unterhalb der Schiene bewegt werden. Auf diese Weise wird eine weitgehende Annäherung der Pickelplatten auf einer jeweiligen Schwellenseite erreicht. Die Pickelplatten wirken somit gemeinsam auf einen Bereich unterhalb der Schienen und schaffen eine optimale Schwellenauflage, ohne dass Schotter in störender Weise nach oben oder zwischen den Pickelplatten ausweicht. Gegenüber gängigen Methoden des Standes der Technik wird die Schwellenbelastung reduziert, wodurch eine höhere Lebensdauer des Gleises gegeben ist. Zudem ergibt sich durch die zentrische Schotterverdichtung unterhalb der Schienen ein höherer Querverschiebewiderstand der jeweiligen Schwelle und dadurch eine bessere Belastbarkeit des Gleises.
  • Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass für einen Absenkvorgang ein Tiefengrenzwert vorgegeben wird, wobei die Stopfwerkzeugenden erst bei Erreichen des Tiefengrenzwertes in Richtung der Schiene bewegt werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Stopfwerkzeugenden erst nach einer vorgegebenen Eintauchtiefe unterhalb der Schiene aufeinander zu bewegt werden. Dabei soll eine Pickelplattenoberseite zumindest unterhalb einer Schienenfußunterkante abgesenkt sein, um eine Berührung zwischen Stopfwerkzeug und Schiene sicher auszuschließen.
  • Bei einer vorteilhaften Ausprägung ist es sinnvoll, wenn die Stopfwerkzeugenden zuerst in Richtung der Schiene bewegt werden und anschließend in Richtung der Schwelle bewegt werden. Damit befinden sich die Pickelplatten bereits in einer optimalen Lage, bevor ein eigentlicher Beistellvorgang beginnt. Zudem ist bei dieser Verfahrensausprägung eine Beistellrichtung parallel zum Schienenlängsverlauf möglich. Eine entsprechende kinematische Anordnung zur Bewegung der Stopfwerkzeuge ist einfach realisierbar.
  • Eine weitere Verbesserung des Verfahrens vergrößert die Einsatzmöglichkeiten des Stopfaggregats, indem das jeweilige Stopfwerkzeug gegenüber einem zugeordneten Werkzeugträger um eine vertikale Drehachse verschwenkt wird. Das geschieht entweder vor einem Eintauchen in den Schotter oder während eines Beistellvorgangs. Damit ist die Ausdehnung der primären Verdichtungszone an geänderte Schwellen- und Schienendimensionen sowie an sich verändernde örtliche Gegebenheiten anpassbar. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, bei einer Gleisneulage mit nahezu unverdichtetem Schotter die primäre Verdichtungszone zu verbreitern, indem die bezüglich der Schwelle gegenüberliegenden Stopfwerkzeuge in einem ersten Stopfdurchgang zueinander ausgerichtet werden. In einem zweiten Stopfdurchgang erfolgt dann durch eine ausgeprägte Schrägstellung der Stopfwerkzeuge eine zentrierte Unterstopfung in den Bereichen unterhalb der Schienen.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Stopfaggregat zur Durchführung eines der Verfahren ist jedem Stopfwerkzeug ein Bewegungsantrieb zugeordnet, um die Stopfwerkzeugenden während eines Stopfvorgangs annähernd in Richtung eines Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle zu bewegen, wobei jedes Stopfwerkzeugende wenigstens eine Pickelplatte aufweist, die mittels des zugeordneten Bewegungsantriebs zumindest teilweise in einen Bereich unterhalb der Schiene bewegbar ist und dass eine Steuerungseinrichtung des jeweiligen Bewegungsantriebs zur Steuerung einer entsprechenden Bewegung eingerichtet ist. Damit ist sichergestellt, dass die Schwellenauflagen unterhalb des jeweiligen Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle optimal verdichtet werden. In den Kreuzungspunkten Schiene/Schwelle wirken im Bahnbetrieb die höchsten Kräfte auf das Gleis. Bei unzureichender Verdichtung unterhalb der Schienen würde eine Durchbiegung der Schwellen zu einer fortschreitenden Verschlechterung der Gleislage führen. Resultat der dynamischen Bahnverkehrsbelastungen und der damit verbundenen Schwingungen wäre ein inhomogenes Schotterbett mit einer unregelmäßigen Setzung des Gleises.
  • In einer Weiterbildung des Stopfaggregats ist jedes Stopfwerkzeug an einem zugeordneten, mittels eines Höhenverstellantriebs höhenverstellbaren Werkzeugträger gelagert. Dabei ist der Werkzeugträger beispielsweise in einem Aggregatrahmen vertikal geführt und wird während eines Stopfzyklus gemeinsam mit den Stopfwerkzeugen abgesenkt und wieder angehoben.
  • Eine Verbesserung dieser Variante sieht vor, dass der Höhenverstellantrieb mittels der Steuerungseinrichtung angesteuert ist und dass der Steuerungseinrichtung ein Signal eines Sensors zur Erfassung einer Höhenposition zugeführt ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Stopfwerkzeuge erst nach einer ausreichenden Absenkung in Richtung der Schiene bewegt werden. Eine Kollision der Schiene mit den Pickelplatten ist damit ausgeschlossen.
  • Ein vorteilhafter Aufbau des Stopfaggregats zeichnet sich dadurch aus, dass jedes Stopfwerkzeug einen um eine Schwenkachse schwenkbaren Schwenkhebel und eine Stopfwerkzeughalterung zur Aufnahme zumindest eines Stopfpickels umfasst. Damit ist eine einfache und wirkungsvolle Kinematik zur Übertragung der Schwingungs- und Beistellbewegung von den Antrieben auf die in den Schotter eindringenden Stopfpickel gegeben. Auch die Beistellkraft ist effektiv vom jeweiligen Bewegungsantrieb auf die zugehörige Pickelplatte bzw. die zugehörigen Pickelplatten übertragbar.
  • Eine weitere Verbesserung des Aufbaus ist gegeben, wenn jeweils ein Stopfwerkzeugpaar an einem gemeinsamen Werkzeugträger gelagert ist und wenn jedem Werkzeugträger ein eigener Höhenverstellantrieb zugeordnet ist. Diese Variante eignet sich für eine sogenannte Universalstopfmaschine, die für ein Stopfen von Gleisstrecken und Weichen konzipiert ist. Dabei ist ein separates Absenken oder seitliches Verlagern einzelner Stopfwerkzeugpaare vorgesehen, um abzweigenden Schienen oder Hindernissen auszuweichen.
  • In einer vorteilhaften Variante sind jedem Stopfwerkzeug als Bewegungsantrieb ein Beistellzylinder zur Bewegung der Stopfwerkzeuge in Richtung der Schwelle und ein Verschwenkzylinder zur Bewegung der Stopfwerkzeuge in Richtung der Schiene zugeordnet. Damit ist die Möglichkeit gegeben, das jeweilige Stopfwerkzeug vor der eigentlichen Beistellbewegung in Richtung der Schiene zu verschwenken. Die jeweiligen Pickelplatten sind dann während des gesamten Beistellvorgangs unterhalb der Schiene angenähert und wirken durchgehend auf den Schotter im Bereich des Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle.
  • Dabei ist es von Vorteil, wenn jeweils einem Stopfwerkzeugpaar ein Schwingungserzeuger und zwei mit dem Schwingungserzeuger gekoppelte Beistellzylinder zugeordnet sind. Das steigert die Effizienz des Stopfaggregats, weil im Betrieb ein gemeinsamer Schwingungserzeuger zwei Stopfwerkzeuge in Vibration versetzt. Bei einer Vibrationsbeaufschlagung mit gegengleichen Bewegungsrichtungen der beiden Stopfwerkzeuge ergibt sich zudem ein hinreichender Masseausgleich, um störende Schwingungsbelastungen des Aggregats zu vermeiden.
  • Günstigerweise umfasst der Schwingungserzeuger eine Exzenterwelle, an die die Beistellzylinder angelenkt sind. Ein solcher Exzenterantrieb liefert eine exakt vorgebbare Schwingungsamplitude sowie eine exakte Schwingungsfrequenz, wobei diese Parameter von Gegenkräften des Schotters auf die Stopfwerkzeuge unabhängig sind.
  • Eine andere vorteilhafte Variante sieht vor, dass jedes Stopfwerkzeug bezüglich einer Vertikal-Längsebene schräg am zugeordneten Werkzeugträger gelagert ist, um bei einer Beistellbewegung die Stopfwerkzeugenden annähernd in Richtung des Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle zu bewegen. Die entsprechende Bewegungsausführung führt zur Ausbildung einer optimalen primären Verdichtungszone. Die Verdichtungswirkung der beigestellten Stopfwerkzeugenden verstärkt sich, weil seitliche Ausweichmöglichkeiten des in Schwingung versetzten Schotters minimiert werden.
  • Dabei ist es von Vorteil, wenn jedem Stopfwerkezeug als Bewegungsantrieb eine Hydraulikzylindereinheit zugeordnet ist, mittels derer das Stopfwerkzeug in Vibration versetzbar und annähernd in Richtung des Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle bewegbar ist. Dabei besteht eine Hydraulikzylindereinheit beispielsweise aus mehreren gekoppelten Hydraulikzylindern mit unterschiedlichen Kammern für die Schwingungserzeugung und die Beistellbewegung. In einer einfachen Variante werden beide Bewegungen mittels eines Hydraulikzylinders mit zwei Kammern ausgeführt. Bei dieser Lösung wird eine Kammer mit einem pulsierend zunehmenden Volumenstrom beaufschlagt, um Beistellbewegung und Schwingungsbewegung zu überlagern.
  • Eine weitere Verbesserung des Stopfaggregats sieht vor, dass jedes Stopfwerkzeug um eine vertikale Drehachse verstellbar am zugeordneten Werkzeugträger gelagert ist. Auf diese Weise ist es möglich, ein Gleis in mehreren aufeinanderfolgenden Stopfvorgängen mit unterschiedlichen Schrägstellungen der Stopfwerkzeuge zu stopfen.
    • 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
    Querschnitt durch ein Gleis mit Stopfaggregat in abgesenkter Stellung
    Fig. 2
    Aufsicht eines Gleises mit schräger Beistellbewegung der Pickelplatten
    Fig. 3
    Aufsicht eines Gleises mit Verschwenkbewegung der Pickelplatten
    Fig. 4
    Aufsicht gemäß Fig. 3 mit Beistellbewegung der Pickelplatten
    Fig. 5
    Stopfaggregat in einer Seitenansicht
    Fig. 6
    Aufsicht eines Gleises mit Beistellbewegung schräg gestellter Pickelplatten gemäß Fig. 5
    Fig. 7
    Draufsicht eines Stopfaggregats mit variabler Schrägstellung der Stopfwerkzeuge
    Beschreibung der Ausführungsformen
  • Das in Fig. 1 dargestellte Stopfaggregat 1 umfasst vier Stopfeinheiten 2, wobei jeweils zwei Stopfeinheiten 2 einer Schiene 3 zugeordnet sind. Jede Stopfeinheit 2 umfasst einen Aggregatrahmen 4, in dem ein Werkzeugträger 5 vertikal geführt ist. Am jeweiligen Werkzeugträger 5 ist ein Paar Stopfwerkzeuge 6 gelagert. In einer vereinfachten Variante ist jeder Schiene nur eine Stopfeinheit 2 mit einem gemeinsamen Werkzeugträger 5 für vier Stopfwerkzeuge 6 zugeordnet.
  • Der jeweilige Aggregatrahmen 4 ist an einem Maschinenrahmen einer Gleisbaumaschine befestigt. Im Arbeitseinsatz befährt die Gleisbaumaschine ein Gleis 7 mit auf Schotter 8 gelagerten Schwellen 9 und den darauf befestigten Schienen 3. Im Abstand einer halben Spurweite verläuft zwischen den Schienen 3 die sogenannte Gleisachse 9, die bei Bahnbauarbeiten gewöhnlich als Bezugssache dient. Mit dem Stopfaggregat 1 werden die Schwellen 9 der Reihe nach unterstopft, um den aus Schwellen 9 und Schienen 3 gebildeten Gleisrost in einer vorgegebenen Lage zu fixieren.
  • Eine Absenk- bzw. Hebebewegung des jeweiligen Werkzeugträgers 5 erfolgt mittels eines zugeordneten Höhenverstellantriebs 10. In der Variante gemäß Fig. 1 ist am jeweiligen Werkzeugträger 5 ein Schwingungserzeuger 12 angeordnet, der die Stopfwerkzeuge 6 mit einer Vibration 13 beaufschlagt. Zudem sind den Stopfwerkzeugen 6 Bewegungsantriebe 14 zugeordnet, mittels derer Bestell- bzw. Verschwenkbewegungen 15 der Stopfwerkzeugenden 16 ausführbar sind.
  • Im Ausführungsbeispiel ist das jeweilige Stopfwerkzeug 6 am zugeordneten Werkzeugträger 4 um eine Schwenkachse 17 drehbar gelagert und über einen Beistellzylinder 18 mit dem zugehörigen Schwingungserzeuger 12 gekoppelt. Jedes Stopfwerkzeug 6 umfasst einen Schwenkhebel 19 und eine Stopfpickelhalterung 20 zur Aufnahme zweier Stopfpickel 21. Die jeweilige Stopfpickelhalterung 20 ist mittels eines Verschwenkzylinders 22 gegenüber dem zugehörigen Schwenkhebel 19 in Richtung der zugeordneten Schiene 3 verschwenkbar. Somit umfasst der einem Stopfwerkzeug 6 zugeordnete Bewegungsantrieb 14 einen Beistellzylinder 18 und einen Verschwenkzylinder 22 samt entsprechender Steuer- bzw. Regelventile.
  • Die an den Stopfwerkzeugenden 16 befindlichen Stopfpickel 21 weisen jeweils eine Pickelplatte 23 auf, die im Betrieb auf den Schotter 8 wirkt. Konkret bildet sich eine mit Kreuzschraffur eingezeichnete primäre Verdichtungszone 24 aus, in welcher der Schotter 7 unmittelbar durch die Pickelplatten 23 annähernd in Richtung eines Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle 25 bewegt wird, bis eine optimale Verdichtung erreicht ist. Die Vibrationsbeaufschlagung fördert dabei die Beweglichkeit der einzelnen Schotterkörner innerhalb des Schottergefüges.
  • Als Schwingungserzeuger 12 kommt beispielsweise ein Exzenterantrieb mit einer rotierenden Exzenterwelle zum Einsatz. Dabei gibt eine Exzentrizität die Schwingungsamplitude für die auf die Stopfwerkzeuge 6 übertragene Vibration 13 vor. Eine Umdrehungsgeschwindigkeit bestimmt die Frequenz. Mittels der auf der Exzenterwelle gelagerten Beistellzylinder 18 und der Verschwenkzylinder 22 wird der Vibration 13 die Beistell- bzw. Verschwenkbewegung 15 überlagert.
  • Erfindungsgemäß wird der jeweilige Bewegungsantrieb 14 mittels einer Steuerungseinrichtung 26 in der Weise angesteuert, dass die Pickelplatten 23 während eines Bestell- bzw. Verschwenkvorgangs zumindest teilweise in einen Bereich 27 unterhalb der zugeordneten Schiene 3 bewegt werden. Auf diese Weise bildet sich unterhalb des Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle 25 die primären Verdichtungszone 24 mit einer optimalen Verdichtung des Schotters 8 aus.
  • Vor einer Aktivierung der Bewegungsantriebe 14 werden die Werkzeugträger 5 abgesenkt, wobei die Stopfpickel 21 mit den Pickelplatten 23 in den Schotter 8 eintauchen. Dabei ist zu beachten, dass eine jeweilige Pickelplattenoberseite zumindest bis unterhalb einer Schienenfußunterkante abgesenkt ist, bevor der entsprechende Stopfpickel 21 in Richtung der zugeordneten Schiene 3 bewegt wird. Beispielsweise wird dem jeweiligen Höhenverstellantrieb 11 ein Tiefengrenzwert vorgegeben. Erst bei Erreichung dieses Tiefengrenzwertes erfolgt dann eine Bewegungsfreigabe für die Bewegungsantriebe 14. Eine Verbesserte Ausführung umfasst einen Sensor, der die jeweilige Höhenposition der Stopfwerkzeuge 6 gegenüber dem zugeordneten Schienenfuß erfasst.
  • Des Weiteren ist zu beachten, dass es bei einer Rückstellbewegung der Stopfwerkzeuge 6 zu keiner Kollision mit einer Schwelle 9 oder einer Schiene 3 kommt. Günstig ist jedenfalls eine kombinierte Rückstell- und Hebebewegung der Stopfwerkzeuge 6, insbesondere mit abgeschaltetem Schwingungserzeuger 12.
  • Eine einfache Variante des Verfahrens wird mit Bezug auf Fig. 2 erläutert. Dabei werden die Pickelplatten 23 im abgesenkten Zustand mit einer kombinierten Ansteuerung der Beistell- und Verschwenkzylinder 18, 22 in Richtung des zugeordneten Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle 25 bewegt. Ein Teil der schienennahen Pickelplatten 23 gelangt während dieses Bewegungsvorgangs in den Bereich 27 unterhalb der zugeordneten Schiene 3. Wie in Fig. 1 sind die Ausgangpositionen der Stopfpickel 21 bzw. Pickelplatten 23 mit strichpunktierten Linien dargestellt. Die Endpositionen sind mit durchgezogenen Linien eingezeichnet. Pfeile geben die entsprechende Bewegungsrichtung an.
  • Eine weitere Variante zeigen die Figuren 3 und 4. Dabei werden die Pickelplatten 23 im abgesenkten Zustand zunächst mittels der Verschwenkzylinder 22 in Richtung der zugeordneten Schiene 3 bewegt (Fig. 3). Auf diese Weise sind die an einer Schwellenseite befindlichen Pickelplatten 23 bereits vor dem eigentlichen Beistellvorgang mit geringen Abständen aneinandergereiht. Während der anschließenden Aktivierung der Beistellzylinder 18 baut sich um den jeweiligen Kreuzungspunkt Schiene/Schwelle 25 während des gesamten Beistellvorgangs eine gleichmäßige primäre Verdichtungszone 24 auf (Fig. 4).
  • Fig. 5 zeigt ein Stopfaggregat 1 mit gegenüber einer Vertikal-Längsebene 28 schräg gestellten Stopfwerkzeugen 6. In Fig. 6 ist die Bearbeitung eines Gleisbogens mit einem derartigen Stopfaggregat 1 ersichtlich. Im Betrieb verläuft die Vertikal-Längsebene 28 gewöhnlich normal zur Längsausdehnung der unterstopften Schwelle 9. Sie ist somit tangential zur Gleisachse 10 ausgerichtet.
  • Im Ausführungsbeispiel sind die Stopfwerkzeuge 6 gegenüber der Vertikal-Längsebene 28 um 25° schräg gestellt. Ein kleinerer Winkel von beispielsweise 5° eignet sich für das erstmalige Unterstopfen einer Gleisneulage, um die Breitenwirkung quer zur Gleisachse 10 zu erhöhen. Größere Winkel bis 40° bewirken eine ausgeprägte Zentrierung der primären Verdichtungswirkung unterhalb des jeweiligen Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle 25.
  • In dieser Variante bildet eine Hydraulikzylindereinheit 29 mit gekoppelten Hydraulikzylindern den jeweiligen Bewegungsantrieb 14 eines Stopfwerkzeugs 6. Jede Hydraulikzylindereinheit 29 erzeugt dabei eigens für das zugeordnete Stopfwerkzeug 6 die Vibration 13 und die Beistellbewegung 15. Beispielsweise erzeugt ein innerer Hydraulikzylinder die Beistellbewegung 15 und ist dabei mit einem Kolben für einen äußeren Hydraulikzylinder zur Bereitstellung der Vibration 13 gekoppelt. In einer baulichen Vereinfachung ist jedem Stopfwerkzeug 6 nur ein Hydraulikzylinder zugeordnet. Dieser wird während eines Beistellvorgangs mit einem pulsierend zunehmenden Volumenstrom beaufschlagt, um der Vibration 13 die Beistellbewegung 15 zu überlagern.
  • Bei dieser Ausführungsform ist jedes Stopfwerkzeug 6 als baugleiche Einheit ausführbar. Wie in Fig. 7 dargestellt ist damit eine um eine jeweilige vertikale Drehachse 30 (in der Draufsicht jeweils als Punkt eingezeichnet) schwenkbare Anordnung der Stopfwerkzeuge 6 am zugeordneten Werkzeugträger 5 möglich. Auf diese Weise ist der Schrägstellungswinkel einstellbar. Durch Anordnung ferngesteuerter Schwenkantriebe besteht die Verstellmöglichkeit auch während des Betriebs. Die Stopfpickel und die Pickelplatten sind gestrichelt eingezeichnet.
  • Sinnvoll ist die Schwenkbarkeit um die vertikale Drehachse 30 für einen flexiblen Einsatz des Stopfaggregats 1. Damit ist eine Anpassung an unterschiedliche Schwellen- und Schienenbreiten auf einfache Weise durchführbar. Zudem kann die Ausdehnung und Form der primären Verdichtungszone 24 rasch an bestehende Anforderungen angepasst werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Verdichten von Schotter (8) in einer Gleisbettung mittels eines mehrere Stopfwerkzeuge (6) umfassenden Stopfaggregats (1), wobei im Bereich einer Schiene (3) vier vibrierende Stopfwerkzeugenden (16) zu beiden Seiten der Schiene (3) und zu beiden Seiten einer Schwelle (9) in den Schotter (8) eingetaucht werden und wobei die vier Stopfwerkzeugenden (16) mittels Bewegungsantriebe (14, 18, 22, 29) annähernd in Richtung eines Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle (25) aufeinander zu bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stopfwerkzeugenden (16) angeordnete Pickelplatten (23) während eines Stopfvorgangs zumindest teilweise in einen Bereich (27) unterhalb der Schiene (3) bewegt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Absenkvorgang ein Tiefengrenzwert vorgegeben wird und dass die Stopfwerkzeugenden (16) erst bei Erreichen des Tiefengrenzwertes in Richtung der Schiene (3) bewegt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stopfwerkzeugenden (16) zuerst in Richtung der Schiene (3) bewegt werden und anschließend in Richtung der Schwelle (9) bewegt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Stopfwerkzeug (6) gegenüber einem zugeordneten Werkzeugträger (5) um eine vertikale Drehachse (30) verschwenkt wird.
  5. Stopfaggregat (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jedem Stopfwerkzeug (6) ein Bewegungsantrieb (14, 18, 22, 29) zugeordnet ist, um die Stopfwerkzeugenden (16) während eines Stopfvorgangs annähernd in Richtung eines Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle (25) zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stopfwerkzeugende (16) wenigstens eine Pickelplatte (23) aufweist, die mittels des zugeordneten Bewegungsantriebs (14, 18, 22, 29) zumindest teilweise in einen Bereich (27) unterhalb der Schiene (3) bewegbar ist und dass eine Steuerungseinrichtung (26) des jeweiligen Bewegungsantriebs (14, 18, 22, 29) zur Steuerung einer entsprechenden Bewegung eingerichtet ist.
  6. Stopfaggregat (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stopfwerkzeug (6) an einem zugeordneten, mittels eines Höhenverstellantriebs (11) höhenverstellbaren Werkzeugträger (5) gelagert ist.
  7. Stopfaggregat (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Höhenverstellantrieb (11) mittels der Steuerungseinrichtung (26) angesteuert ist und dass der Steuerungseinrichtung (26) ein Signal eines Sensors zur Erfassung einer Höhenposition zugeführt ist.
  8. Stopfaggregat (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stopfwerkzeug (6) einen um eine Schwenkachse schwenkbaren Schwenkhebel (19) und eine Stopfwerkzeughalterung (20) zur Aufnahme zumindest eines Stopfpickels (21) umfasst.
  9. Stopfaggregat (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Stopfwerkzeugpaar an einem gemeinsamen Werkzeugträger (5) gelagert ist und dass jedem Werkzeugträger (5) ein eigener Höhenverstellantrieb (11) zugeordnet ist.
  10. Stopfaggregat (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Stopfwerkzeug (6) als Bewegungsantrieb (14) ein Beistellzylinder (18) zur Bewegung der Stopfwerkzeugenden (16) in Richtung der Schwelle (9) und ein Verschwenkzylinder (22) zur Bewegung der Stopfwerkzeugenden (16) in Richtung der Schiene (3) zugeordnet sind.
  11. Stopfaggregat (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils einem Stopfwerkzeugpaar ein Schwingungserzeuger (12) und zwei mit dem Schwingungserzeuger (12) gekoppelte Beistellzylinder (18) zugeordnet sind.
  12. Stopfaggregat (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (12) eine Exzenterwelle umfasst, an die die Beistellzylinder angelenkt sind.
  13. Stopfaggregat (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stopfwerkzeug (6) bezüglich einer Vertikal-Längsebene (28) schräg am zugeordneten Werkzeugträger (5) gelagert ist, um bei einer Beistellbewegung (15) die Stopfwerkzeugenden (16) annähernd in Richtung des Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle (25) zu bewegen.
  14. Stopfaggregat (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Stopfwerkzeug (6) als Bewegungsantrieb (14) eine Hydraulikzylindereinheit (29) zugeordnet ist, mittels derer das Stopfwerkzeug (6) in Vibration (13) versetzbar und annähernd in Richtung des Kreuzungspunktes Schiene/Schwelle (25) bewegbar ist.
  15. Stopfaggregat (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stopfwerkzeug (6) um eine vertikale Drehachse (30) verstellbar am zugeordneten Werkzeugträger (5) gelagert ist.
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