EP3887222A1 - Messanordnung zum überwachen einer gleisstrecke - Google Patents

Messanordnung zum überwachen einer gleisstrecke

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Publication number
EP3887222A1
EP3887222A1 EP19794487.9A EP19794487A EP3887222A1 EP 3887222 A1 EP3887222 A1 EP 3887222A1 EP 19794487 A EP19794487 A EP 19794487A EP 3887222 A1 EP3887222 A1 EP 3887222A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rail
optical waveguide
measuring arrangement
arrangement according
track
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP19794487.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Krzysztof WILCZEK
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.)
Prodes 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 EP3887222A1 publication Critical patent/EP3887222A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B9/00—Fastening rails on sleepers, or the like
    • E01B9/38—Indirect fastening of rails by using tie-plates or chairs; Fastening of rails on the tie-plates or in the chairs
    • E01B9/44—Fastening the rail on the tie-plate
    • E01B9/46—Fastening the rail on the tie-plate by clamps
    • E01B9/48—Fastening the rail on the tie-plate by clamps by resilient steel clips
    • E01B9/483—Fastening the rail on the tie-plate by clamps by resilient steel clips the clip being a shaped bar
    • 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
    • B61L23/044—Broken rails

Definitions

  • the invention relates to a measuring arrangement for monitoring a
  • Optical waveguide is connected to a measuring device in order to detect a load acting on a rail.
  • the invention also relates to a method for producing the corresponding measuring arrangement.
  • Optical waveguides are becoming increasingly important in corresponding measuring arrangements. These are used on the one hand for signal transmission and on the other hand as elements of a sensor.
  • DAS distributed acoustic detection
  • Vibrations along the track Specifically, the wheels of trains are monitored in order to detect damage at an early stage.
  • the solution aims to make one already used for other purposes
  • WO 2015/110361 A2 discloses a measuring device with a fiber-optic sensor unit for measuring a mechanical variable that acts on a rail.
  • the fiber-optic sensor unit is arranged obliquely on a rail web and is used with primary light to generate a signal light Illuminated reflection or transmission. The signal light is evaluated to determine changes in the load on the rail.
  • the object of the invention is to improve a measuring arrangement of the type mentioned at the outset in such a way that simple manufacture and maintenance as well as precise measurement results with high replicability can be achieved.
  • Another object of the invention is to specify a method for producing the corresponding measuring arrangement.
  • optical waveguide is releasably clamped in at least one rail fastening. This is how one works
  • Optical fibers can be evaluated using known methods.
  • the measuring device connected to the optical waveguide sends light signals into the optical waveguide, reflections of these light signals correlating with the deformations of the optical waveguide. This also enables the precise location of a deformation. Vibrations or wheel loads are thus detected directly because the optical waveguide is arranged in the force path between the rail and the threshold.
  • the optical waveguide is at least at two successive thresholds in the
  • the optical waveguide advantageously runs over a wide area of the track section to be monitored and is clamped in all rail fastenings of the same rail.
  • the optical waveguide serves as a sensor element with a longitudinal extension over a plurality of thresholds.
  • a routed next to the track in a cable trough In contrast to a routed next to the track in a cable trough
  • the optical fiber arranged according to the invention is excited in discrete sections (respective contact point with a threshold). This means that each threshold can be assigned its own virtual sensor. Each individual threshold is monitored with a local assignment of the measurement results. For example, hollow layers or loose ones
  • Axle counters can also be implemented in this way, with interoperability with existing systems.
  • optical waveguide has a loop for longitudinal compensation between two clamping points. This allows changes to be made to the measuring arrangement if necessary.
  • the optical waveguide is placed at a sufficient distance from the welding point using the longitudinal compensation.
  • Optical fiber between two successive sleepers is releasably attached to the rail by means of a fastening means.
  • a fastening means For example, a clip clipped onto the rail foot prevents the
  • Optical fiber sags between the sleepers. Especially for the trouble-free execution of maintenance processes such as
  • the at least one rail fastening comprises an intermediate layer as a base for the rail foot and that the clamped-in optical waveguide lies against the intermediate layer. Vertical loads on the rail are transmitted directly to the optical fiber. In addition, with this arrangement the optical waveguide is protected from external influences by the rail.
  • Rail fastening comprises a tension clamp and that the clamped optical fiber lies against the tension clamp.
  • the lateral guide is an angle guide plate.
  • an angle guide plate is arranged on each side of the rail foot in order to fix the lateral position of the rail.
  • the respective angle guide plate usually also serves as a support for a tension clamp.
  • the at least one rail fastening can be a
  • ribbed plate ribs running parallel to the rail being arranged as lateral guides.
  • Such a ribbed plate is usually used in conjunction with a wooden sleeper to also ensure a predetermined inclination of the rail towards the middle of the track.
  • screw connections serve as fastening elements.
  • the method according to the invention for producing one of the measuring arrangements described provides that in the case of new track construction or track renewal by means of a track construction machine, a rail is placed on sleepers that before, after or during this time the optical waveguide is unwound from a coil arranged on the track construction machine and on respective ones
  • Clamping points is positioned and that the rail by means of
  • Rail fastenings with simultaneous clamping of the fiber optic cable is attached to the sleepers.
  • the measuring arrangement is erected in the course of track construction work, whereby the effort required for this is negligible.
  • common track construction machines which are designed for laying or exchanging rails, can be easily equipped with a coil for unwinding the optical waveguide.
  • Fig. 1 cross section through a rail and a rail fastening with a ribbed plate
  • FIG. 2 Detail A from Fig. 1 with optical fiber in the released state
  • FIG. 3 Detail A from Fig. 1 with optical fiber in the clamped state
  • Fig. 4 cross section through a rail and a rail fastening with
  • FIG. 5 top view of a rail and two sleepers description of the embodiments
  • a rail 1 shown in Fig. 1 is slightly inclined by means of a
  • Rail attachment 2 attached to a threshold 3.
  • the rail fastening 2 comprises one
  • Ribbed plate 4 which is screwed onto the threshold 3 with screws 5. Between the rail base 6 and the ribbed plate 4, an intermediate layer 7, which is usually made of plastic, is arranged.
  • the ribbed slat 4 comprises ribs 8 running on both sides of the rail 1 in the longitudinal direction of the rail. These ribs 8 point downwards
  • At least one optical waveguide 12 is arranged, which is releasably clamped in the rail fastening 2.
  • the mechanical properties of the optical waveguide 12 and the rail fastening 2 are matched to one another.
  • the optical waveguide 12 has a sheathing made from abrasion-resistant plastic or a composite material. This avoids premature mechanical wear of the optical waveguide 12. If necessary, the optical waveguide 12 is also exchanged in the course of a rail exchange, the resultant given thereby
  • a longitudinal groove 13 is provided in the intermediate layer 7 for receiving the optical waveguide 12.
  • the ribbed plate 4 has a corresponding longitudinal groove 13.
  • the longitudinal groove 13 can also be provided in the threshold 3, so that a conventional rail fastening 2 can be used without further adjustments. The same applies to a longitudinal groove 13 on the underside of the rail foot 6.
  • the respective longitudinal groove 13 has a depth which is less than the diameter of the optical waveguide 12 in the released state.
  • the optical waveguide 12 is pressed against surfaces of the rail fastening 2 and optionally the rail 1 or the threshold 3.
  • loads and vibrations acting on rail 1 or threshold 3 are transmitted directly to the
  • the optical waveguide 12 is arranged in a longitudinal groove 13 of a rib 8. In the assembled state, the optical waveguide 12 is clamped between the rib 8 and a lateral web of the rail foot 6. In an advantageous development, this is
  • Optical waveguide 12 with an optical waveguide 12 under the rail base 6 combined. In this way, separate detection and evaluation of the horizontal and vertical forces and vibrations is possible.
  • the threshold 3 for receiving the rail fastening 2 on the top has relief
  • the intermediate layer 7 here forms a damping element between the rail base 6 and the threshold 3.
  • the angle guide plates ⁇ 4 serve as lateral guides which fix the rail base 7 in the horizontal transverse direction of the rail.
  • Each angle guide plate ⁇ 4 also has a groove ⁇ 5 in which one
  • Round material bent clamp ⁇ is engaged.
  • the respective tension clamp ⁇ is tensioned by means of a rail fastening screw ⁇ 6, the ends of the tension clamp ⁇ being pressed against the rail foot 6 from above.
  • a longitudinal groove ⁇ 3 is provided in the intermediate layer 7 or in the threshold 3 below the intermediate layer 7. Also the
  • Angle guide plate ⁇ 4 or below the respective clamp kl is an advantage. Forces and vibrations in a horizontal
  • Rail transverse direction are advantageously detected with an optical waveguide ⁇ 2 between the angle guide plate ⁇ 4 and the associated lateral web of the rail foot 6. For this, the corresponding points
  • Angular guide plate ⁇ 4 has a lateral longitudinal groove ⁇ 3.
  • the arrangement of several optical fibers run2 can be useful.
  • the top view in FIG. 5 shows two rail fastenings 2 with a respective rib plate 4 as an example.
  • the optical fiber ⁇ 2 is clamped in the respective rail attachment 2 below the rail ⁇ .
  • the respective rib plate 4 has a corresponding longitudinal groove ⁇ 3.
  • the optical fiber ⁇ 2 is excited discretely at these clamping points ⁇ 7, so that correspondingly discrete measurement results are available during a measurement process.
  • the optical waveguide Licht2 is arranged in a loop Loop8 between the thresholds. This loop ⁇ 8 serves as length compensation if the
  • Optical fiber ⁇ 2 must be repaired or positioned differently. To use the length compensation of several loops ⁇ 8, the
  • Optical fiber ⁇ 2 can slide through the rail fastenings 2.
  • the optical fiber ⁇ 2 is welded on the rail ⁇ using the length compensation at a sufficient distance from the
  • a fastening means ⁇ 9 is advantageously provided in the respective sleeper compartment between two sleepers 3, with which the optical waveguide ⁇ 2 is detachably fastened to the rail ⁇ .
  • this is a clip that is clipped onto the rail base 6 and holds the optical fiber ⁇ 2 in position. In this way, the optical fiber ⁇ 2 is adequately protected during maintenance work such as rail grinding or track plugs.
  • Fasteners ⁇ 9 can also be used to omit the detector function of the optical fiber ⁇ 2 in complicated track systems.
  • the optical waveguide ⁇ 2 is only clipped to a rail ⁇ in the area of a switch without being clamped in the rail fastenings 2.
  • One end of the optical waveguide ⁇ 2 is connected to a measuring device 20
  • Optical fiber ⁇ 2 and evaluates the resulting reflections. These reflections are dependent on the mechanical stress in the relevant fiber of the optical waveguide ⁇ 2. Such mechanical stresses arise when forces act on the optical waveguide oder2 or the optical waveguide ⁇ 2 is vibrated due to vibrations or vibrations. A localization of the force or the force is also possible via evaluable signal patterns, in particular through the discrete expression of the measurement signal
  • Track maintenance with the old rails ⁇ in a continuous Working methods can be exchanged for new rails ⁇ .
  • the new rails ⁇ are placed in front of the track.
  • the rail fastenings 2 are released.
  • Track construction machine uses a so-called conversion train.
  • This has a conversion device in a central part, which is supported like a bridge on a front and a rear rail chassis.
  • the front rail carriage runs on the old rails ⁇ and the rear rail carriage already drives on the new rails ⁇ .
  • the old rails ⁇ from sleepers 3 and guide them to the outside next to the track.
  • the new rails are guided from the outside in and placed on the sleepers 3.
  • individual sleepers 3 with their rail fastenings 2 are exposed. This state is used to position the optical fiber ⁇ 2 at the respective clamping points ⁇ 7.
  • a coil (cable drum) is arranged in the conversion device, from which the optical fiber 12 is unwound during the machine approach.
  • a positioning device guides the optical waveguide 12 into the exposed longitudinal grooves 13 of the rib plates 4. This either happens only for one rail track or a separate optical waveguide 12 is unwound from an associated coil for each rail track.
  • the intermediate layers 7 are placed on the rib plates 4 with a corresponding depositing device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zum Überwachen einer Gleisstrecke mit auf Schwellen (3) befestigten Schienen (1), wobei ein Lichtwellenleiter (12) mit einer Messeinrichtung (20) verbunden ist, um eine auf eine Schiene (1) wirkende Belastung zu detektieren. Dabei ist der Lichtwellenleiter (12) lösbar in wenigstens einer Schienenbefestigung (2) eingeklemmt. Auf diese Weise wirkt eine Beanspruchung, die von der Schiene (1) über die Schienenbefestigung (2) auf die Schwelle (3) übertragen wird, direkt auf den Lichtwellenleiter (12).

Description

Beschreibu ng
Messanordnung zum Überwachen einer Gleisstrecke
Gebiet der Technik
[01] Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zum Überwachen einer
Gleisstrecke mit auf Schwellen befestigten Schienen, wobei ein
Lichtwellenleiter mit einer Messeinrichtung verbunden ist, um eine auf eine Schiene wirkende Belastung zu detektieren. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der entsprechenden Messanordnung.
Stand der Technik
[02] Auf Gleisstrecken kommen verschiedene Messsysteme zum Einsatz, um die Bahn Infrastruktur, den Eisenbahnverkehr und sonstige Aktivitäten am Gleis zu überwachen. In entsprechenden Messanordnungen gewinnen Lichtwellenleiter zunehmend an Bedeutung. Diese werden einerseits zur Signalübertragung genutzt und andererseits als Elemente eines Sensors.
[03] Beispielsweise kennt man aus WO 2016/027072 A1 ein Messsystem und ein entsprechendes Messverfahren mit einem neben einem Gleis verlegten Lichtwellenleiter. An den Lichtwellenleiter ist eine Messeinrichtung
angeschlossen, mittels derer eine sogenannte verteilte akustische Erfassung (Distributed Acoustic Sensing, DAS) erfolgt. Dabei wird zumindest eine Faser des Lichtwellenleiters genutzt, um Reflexionen von Laserimpulsen zu detektieren. Die erfassten Lichtsignale erlauben Rückschlüsse auf
Erschütterungen entlang der Gleisstrecke. Konkret werden damit die Räder von Zügen überwacht, um frühzeitig Beschädigungen zu erkennen. Die Lösung zielt darauf ab, einen bereits für andere Zwecke verlegten
Lichtwellenleiter als Sensorelement zu nutzen.
[04] WO 2015/110361 A2 offenbart eine Messeinrichtung mit einer faseroptischen Sensoreinheit zum Messen einer mechanischen Größe, die auf eine Schiene wirkt. Dabei ist die faseroptische Sensoreinheit schräg an einem Schienensteg angeordnet und wird mit Primärlicht zur Erzeugung eines Signallichts in Reflexion oder Transmission bestrahlt. Das Signallicht wird ausgewertet, um auf Belastungsänderungen in der Schiene zu schließen.
Zusammenfassung der Erfindung
[05] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine einfache Herstellung und Instandhaltung sowie genaue Messergebnisse mit hoher Replizierbarkeit erzielbar sind. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung der entsprechenden Messanordnung anzugeben.
[06] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der
Ansprüche Ί und 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
[07] Dabei ist vorgesehen, dass der Lichtwellenleiter lösbar in wenigstens einer Schienenbefestigung eingeklemmt ist. Auf diese Weise wirkt eine
Beanspruchung, die von der Schiene über die Schienenbefestigung auf die Schwelle übertragen wird, direkt auf den Lichtwellenleiter. Auch Vibrationen von Quellen in der Gleisumgebung wirken über die Schwelle und die
Schienenbefestigung auf den Lichtwellenleiter und können somit detektiert werden. Die sich ergebenden geringfügigen Verformungen des
Lichtwellenleiters sind mit bekannten Methoden auswertbar. Dabei sendet die mit dem Lichtwellenleiter verbundene Messeinrichtung Lichtsignale in den Lichtwellenleiter, wobei Reflexionen dieser Lichtsignale mit den Verformungen des Lichtwellenleiters korrelieren. Auch die genaue Ortung einer Verformung ist damit möglich. Somit werden Vibrationen oder Radlasten unmittelbar detektiert, weil der Lichtwellenleiter im Kraftpfad zwischen Schiene und Schwelle angeordnet ist. Durch den Einbau des Lichtwellenleiters in ein lastabtragendes Bauteil der Schienenbefestigung wird bei der Detektion ein großer Signalabstand (Messsignal zu Rauschen) zwischen einem belasteten und einem unbelasteten Zustand erzeugt. Dadurch unterliegt die
erfindungsgemäße Nutzung des Lichtwellenleiters als Detektorelement deutlich weniger Störeinflüssen als bekannte Lösungen. Zudem ermöglicht die Messanordnung eine Zustandsanalyse der Schienenbefestigung unter Last. [08] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist der Lichtwellenleiter zumindest an zwei aufeinanderfolgenden Schwellen in den
Schienenbefestigungen derselben Schiene eingeklemmt. Günstigerweise verläuft der Lichtwellenleiter über einen weiten Bereich der zu überwachenden Gleisstrecke und ist dabei in allen Schienenbefestigungen derselben Schiene eingeklemmt. Der Lichtwellenleiter dient auf diese Weise als Sensorelement mit einer Längsausdehnung über eine Vielzahl von Schwellen hinweg. Im Gegensatz zu einem neben dem Gleis in einem Kabeltrog geführten
Lichtwellenleiter wird der erfindungsgemäß angeordnete Lichtwellenleiter in diskreten Abschnitten (jeweilige Kontaktstelle mit einer Schwelle) angeregt. Dadurch ist jeder Schwelle ein eigener virtueller Sensor zuordenbar. Mit einer örtlichen Zuordnung der Messergebnisse wird jede einzelne Schwelle überwacht. Beispielsweise sind Hohllagen oder lose werdende
Befestigungsmittel sofort erkennbar. Auch Achszähler sind auf diese Weise realisierbar, wobei eine Interoperabilität mit bestehenden Systemen gegeben ist. Zudem ist das Kalibrieren der Messanordnung durch die diskrete
Anregung des Lichtwellenleiters einfacher als bei bekannten Systemen.
[09] Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass der Lichtwellenleiter zwischen zwei Klemmstellen eine Schlaufe für einen Längsausgleich aufweist. Damit können bei Bedarf Änderungen an der Messanordnung vorgenommen werden.
Zudem besteht die Möglichkeit, den Lichtwellenleiter an einer Baustelle aus den Klemmstellen zu lösen und neben dem Gleis abzulegen. Zum Beispiel wird der Lichtwellenleiter vor einem Verschweißen der Schiene unter Nutzung des Längsausgleichs in einem ausreichenden Abstand zur Schweißstelle abgelegt.
[10] Im montierten Zustand der Messanordnung ist es von Vorteil, wenn der
Lichtwellenleiter zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schwellen mittels eines Befestigungsmittels lösbar an der Schiene befestigt ist. Beispielsweise verhindert eine auf den Schienenfuß geklippte Klammer, dass der
Lichtwellenleiter zwischen den Schwellen durchhängt. Insbesondere für die problemlose Durchführung von Instandhaltungsvorgängen wie
Schienenschleifen, Gleisstopfen oder Gleisstabilisieren ist diese zusätzliche Schutzmaßnahme sinnvoll. [11] Eine vorteilhafte Weiterbildung der Messanordnung sieht vor, dass die wenigstens eine Schienenbefestigung eine Zwischenlage als Unterlage für den Schienenfuß umfasst und dass der eingeklemmte Lichtwellenleiter an der Zwischenlage anliegt. Vertikale Belastungen auf die Schiene werden dabei unmittelbar auf den Lichtwellenleiter übertragen. Zudem ist bei dieser Anordnung der Lichtwellenleiter durch die Schiene von äußeren Einflüssen geschützt.
[12] In einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine
Schienenbefestigung eine Spannklemme umfasst und dass der eingeklemmte Lichtwellenleiter an der Spannklemme anliegt. Insbesondere
Vibrationsbelastungen der Schiene werden über die elastischen
Spannklemmen abgeleitet. Durch den anliegenden Lichtwellenleiter sind solche Belastungen besonders gut detektierbar. Von Vorteil ist hier auch die einfache Möglichkeit, die Klemmung des Lichtwellenleiters durch ein
Entspannen der Spannklemme zu lösen.
[13] Eine weitere vorteilhafte Variante ermöglicht eine sehr genaue Erfassung von horizontalen Querbelastungen. Dabei umfasst die wenigstens eine
Schienenbefestigung eine seitliche Führung zur seitlichen Abstützung des Schienenfußes, wobei der eingeklemmte Lichtwellenleiter an der seitlichen Führung anliegt.
[14] In einer günstigen Ausgestaltung dieser Variante ist die seitliche Führung eine Winkelführungsplatte. Bei einer entsprechenden Schienenbefestigung ist an jeder Seite des Schienenfußes eine Winkelführungsplatte angeordnet, um die seitliche Position der Schiene zu fixieren. Die jeweilige Winkelführungsplatte dient dabei in der Regel auch als Auflage für eine Spannklemme.
[15] Alternativ dazu kann die wenigstens eine Schienenbefestigung eine
Rippenplatte umfassen, wobei parallel zur Schiene verlaufende Rippen als seitliche Führungen angeordnet sind. Eine solche Rippenplatte kommt gewöhnlich in Verbindung mit einer Holzschwelle zum Einsatz, um auch eine vorgegebene Neigung der Schiene zur Gleismitte hin sicherzustellen. Hier dienen zumeist Verschraubungen als Befestigungselemente.
[16] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer der beschriebenen Messanordnungen sieht vor, dass bei einem Gleisneubau oder Gleisumbau mittels einer Gleisbaumaschine eine Schiene auf Schwellen gelegt wird, dass davor, danach oder währenddessen der Lichtwellenleiter von einer an der Gleisbaumaschine angeordneten Spule abgewickelt und an jeweiligen
Klemmstellen positioniert wird und dass die Schiene mittels der
Schienenbefestigungen bei gleichzeitiger Klemmung des Lichtwellenleiters auf den Schwellen befestigt wird. Auf diese Weise wird die Messanordnung im Zuge von Gleisbauarbeiten errichtet, wobei der dafür erforderliche Aufwand vernachlässigbar ist. Insbesondere können gängige Gleisbaumaschinen, welche zum Verlegen oder zum Tauschen von Schienen konzipiert sind, auf einfache Weise mit einer Spule zum Abwickeln des Lichtwellenleiters ausgerüstet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[17] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 Querschnitt durch eine Schiene und eine Schienenbefestigung mit einer Rippenplatte
Fig. 2 Detail A aus Fig. 1 mit Lichtwellenleiter in gelöstem Zustand
Fig. 3 Detail A aus Fig. 1 mit Lichtwellenleiter in geklemmtem Zustand
Fig. 4 Querschnitt durch eine Schiene und eine Schienenbefestigung mit
Winkelführungsplatten
Fig. 5 Draufsicht auf eine Schiene und zwei Schwellen Beschreibung der Ausführungsformen
[18] Eine in Fig. 1 dargestellte Schiene 1 ist leicht geneigt mittels einer
Schienenbefestigung 2 auf einer Schwelle 3 befestigt. Zur Vorgabe eines exakten Neigungswinkels umfasst die Schienenbefestigung 2 eine
Rippenplatte 4, die mit Schrauben 5 auf der Schwelle 3 festgeschraubt ist. Zwischen dem Schienenfuß 6 und der Rippenplatte 4 ist eine meist aus Kunststoff gefertigte Zwischenlage 7 angeordnet. Zur seitlichen Abstützung umfasst die Rippenlatte 4 beiderseits der Schiene 1 in Schienenlängsrichtung verlaufende Rippen 8. Diese Rippen 8 weisen nach unten aufgehende
Ausnehmungen auf, die als Gegenhalt für Hakenschrauben 9 von Schraubverbindungen Ί0 dienen. Mit diesen Schraubverbindungen Ί0 wird auf jeder Seite der Schiene Ί ein Spannklemme ΊΊ von oben gegen den
Schienenfuß 6 gepresst. Eine solche Anordnung ist bei einer Verwendung von Holzschwellen üblich.
[19] Erfindungsgemäß ist zumindest ein Lichtwellenleiter 12 angeordnet, der lösbar in der Schienenbefestigung 2 eingeklemmt ist. Dabei sind die mechanischen Eigenschaften des Lichtwellenleiters 12 und der Schienenbefestigung 2 aufeinander abgestimmt. Beispielsweise weist der Lichtwellenleiter 12 eine Ummantelung aus abriebfestem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff auf. Ein vorzeitiger mechanischer Verschleiß des Lichtwellenleiters 12 wird dadurch vermieden. Gegebenenfalls wird der Lichtwellenleiter 12 im Zuge eines Schienentausches mit ausgetauscht, wobei der dadurch gegebene
Mehraufwand vernachlässigbar ist.
[20] In Fig. 1 sind mehrere sinnvolle Positionen des Lichtwellenleiters 12
eingezeichnet. Beispielsweise ist in der Zwischenlage 7 eine Längsnut 13 zur Aufnahme des Lichtwellenleiters 12 vorgesehen. Alternativ dazu oder ergänzend weist die Rippenplatte 4 eine entsprechende Längsnut 13 auf. Die Längsnut 13 kann auch in der Schwelle 3 vorgesehen sein, sodass eine herkömmliche Schienenbefestigung 2 ohne weitere Anpassungen verwendbar ist. Dasselbe gilt für eine Längsnut 13 auf der Unterseite des Schienenfußes 6.
[21] Wie in den Figuren 2 und 3 ersichtlich weist die jeweilige Längsnut 13 eine Tiefe auf, die geringer ist als der Durchmesser des Lichtwellenleiters 12 im gelösten Zustand. Im geklemmten Zustand ist der Lichtwellenleiter 12 gegen Oberflächen der Schienenbefestigung 2 und gegebenenfalls der Schiene 1 oder der Schwelle 3 gepresst. Dadurch übertragen sich auf die Schiene 1 oder die Schwelle 3 wirkende Belastungen und Vibrationen direkt auf den
Lichtwellenleiter 12.
[22] Zur genauen Erfassung von Kräften und Vibrationen in einer horizontalen Schienenquerrichtung ist der Lichtwellenleiter 12 in einer Längsnut 13 einer Rippe 8 angeordnet. Im montierten Zustand erfolgt hierbei eine Klemmung des Lichtwellenleiters 12 zwischen der Rippe 8 und einem seitlichen Steg des Schienenfußes 6. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist dieser
Lichtwellenleiter 12 mit einem Lichtwellenleiter 12 unter dem Schienenfuß 6 kombiniert. Auf diese Weise ist eine separate Erfassung und Auswertung der horizontalen und der vertikalen Kräfte und Vibrationen möglich.
[23] In Fig. 4 ist eine alternative Schienenbefestigung 2 dargestellt, die gewöhnlich bei Betonschwellen zum Einsatz kommt. Dabei weist die Schwelle 3 zur Aufnahme der Schienenbefestigung 2 auf der Oberseite reliefartige
Vertiefungen auf. Konkret sind in diesen Vertiefungen eine Zwischenlage 7 und zwei Winkelführungsplatten Ί4 der Schienenbefestigung 2 angeordnet.
Die Zwischenlage 7 bildet hier ein Dämpfungselement zwischen Schienenfuß 6 und Schwelle 3. Die Winkelführungsplatten Ί4 dienen als seitliche Führungen, die den Schienenfuß 7 in horizontaler Schienenquerrichtung fixieren. Jede Winkelführungsplatte Ί4 weist zudem eine Nut Ί5 auf, in der eine aus
Rundmaterial gebogene Spannklemme ΊΊ eingerastet ist. Gespannt ist die jeweilige Spannklemme ΊΊ mittels einer Schienenbefestigungsschraube Ί6, wobei die Enden der Spannklemme ΊΊ von oben gegen den Schienenfuß 6 gepresst sind.
[24] Auch hier sind mehrere sinnvolle Positionen des Lichtwellenleiters Ί2
eingezeichnet. Zum Beispiel ist eine Längsnut Ί3 in der Zwischenlage 7 oder in der Schwelle 3 unterhalb der Zwischenlage 7 vorgesehen. Auch die
Anordnung des Lichtwellenleiters Ί2 unterhalb der jeweiligen
Winkelführungsplatte Ί4 oder unterhalb der jeweiligen Spannklemme ΊΊ ist von Vorteil. Kräfte und Vibrationen in einer horizontalen
Schienenquerrichtung werden günstigerweise mit einem Lichtwellenleiter Ί2 zwischen der Winkelführungsplatte Ί4 und dem zugeordneten seitlichen Steg des Schienenfußes 6 detektiert. Dafür weist die entsprechende
Winkelführungsplatte Ί4 eine seitliche Längsnut Ί3 auf. Auch bei dieser Variante kann die Anordnung mehrerer Lichtwellenleiter Ί2 sinnvoll sein.
[25] In der Draufsicht in Fig. 5 sind beispielhaft zwei Schienenbefestigungen 2 mit einer jeweiligen Rippenplatte 4 dargestellt. Der Lichtwellenleiter Ί2 ist in der jeweiligen Schienenbefestigung 2 unterhalb der Schiene Ί eingeklemmt. Zum Beispiel weist die jeweilige Rippenplatte 4 eine entsprechende Längsnut Ί3 auf. Bei Belastungen wird der Lichtwellenleiter Ί2 an diesen Klemmstellen Ί7 diskret angeregt, sodass bei einem Messvorgang entsprechend diskrete Messergebnisse vorliegen. [26] Zwischen den Schwellen ist der Lichtwellenleiter Ί2 in einer Schlaufe (Loop) Ί8 angeordnet. Diese Schlaufe Ί8 dient als Längenausgleich, falls der
Lichtwellenleiter Ί2 repariert oder anders positioniert werden muss. Um den Längenausgleich mehrerer Schlaufen Ί8 zu nutzen, werden die
dazwischenliegenden Schienenbefestigungen 2 gelöst, sodass der
Lichtwellenleiter Ί2 durch die Schienenbefestigungen 2 gleiten kann.
Beispielsweise wird der Lichtwellenleiter Ί2 bei Schweißarbeiten an der Schiene Ί unter Nutzung des Längenausgleichs im ausreichenden Abstand zur
Schweißstelle platziert.
[27] Günstigerweise ist im jeweiligen Schwellenfach zwischen zwei Schwellen 3 ein Befestigungsmittel Ί9 vorgesehen, mit dem der Lichtwellenleiter Ί2 lösbar an der Schiene Ί befestigt ist. Im einfachsten Fall ist das eine Spange, die an den Schienenfuß 6 geklippt wird und den Lichtwellenleiter Ί2 in Position hält. Auf diese Weise ist der Lichtwellenleiter Ί2 bei Instandhaltungsarbeiten wie Schienenschleifen oder Gleisstopfen ausreichend geschützt. Solche
Befestigungsmittel Ί9 können auch genutzt werden, um die Detektorfunktion des Lichtwellenleiters Ί2 bei komplizierten Gleiseinrichtungen wegzulassen. Beispielsweise wird der Lichtwellenleiter Ί2 im Bereich einer Weiche nur an eine Schiene Ί geklippt, ohne eine Klemmung in den Schienenbefestigungen 2 vorzunehmen.
[28] Ein Ende des Lichtwellenleiters Ί2 ist an eine Messeinrichtung 20
angeschlossen. Diese sendet Lichtimpulse in zumindest eine Faser des
Lichtwellenleiters Ί2 und wertet die sich ergebenden Reflexionen aus. Diese Reflexionen sind von mechanischen Spannung in der betreffenden Faser des Lichtwellenleiters Ί2 abhängig. Solche mechanischen Spannungen entstehen, wenn auf den Lichtwellenleiter Ί2 Kräfte einwirken oder der Lichtwellenleiter Ί2 durch Erschütterungen oder durch Schalleinwirkung in Vibration versetzt wird. Über auswertbare Signalmuster, insbesondere durch die diskrete Ausprägung des Messsignals ist auch eine Ortung der Krafteinwirkung oder der
Vibrationsbeaufschlagung möglich.
[29] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Messanordnung wird mit Bezug auf die Variante in Fig. 5 erläutert. Als Beispiel dient eine
Gleisinstandhaltung, bei der alte Schienen Ί in einem kontinuierlichen Arbeitsverfahren gegen neue Schienen Ί getauscht werden. Bei einem solchen Schienentausch sind neben dem Gleis die neuen Schienen Ί vorgelagert. In einem ersten Schritt werden die Schienenbefestigungen 2 gelöst. Als
Gleisbaumaschine kommt ein sogenannter Umbauzug zum Einsatz. Dieser weist in einem Mittelteil eine Umbaueinrichtung auf, die brückenartig auf einem vorderen und einem hinteren Schienenfahrwerk abgestützt ist. Dabei befährt das vordere Schienenfahrwerk die alten Schienen Ί und das hintere Schienenfahrwerk befährt bereits die neuen Schienen Ί.
[30] Während einer Maschinenvorfahrt hebt die Umbaueinrichtung mit
entsprechenden Führungselementen die alten Schienen Ί von den Schwellen 3 und leitet sie nach außen neben das Gleis. Mit anderen Führungselementen werden die neuen Schienen von außen nach innen geleitet und auf den Schwellen 3 abgelegt. Im Zuge dieses Austauschvorgangs liegen einzelne Schwellen 3 mit ihren Schienenbefestigungen 2 frei. Dieser Zustand wird genutzt, um den Lichtwellenleiter Ί2 an den jeweiligen Klemmstellen Ί7 zu positionieren.
[31] Dabei ist in der Umbaueinrichtung eine Spule (Kabeltrommel) angeordnet, von welcher der Lichtwellenleiter 12 während der Maschinenvorfahrt abgespult wird. Eine Positioniereinrichtung leitet den Lichtwellenleiter 12 in die freiliegenden Längsnuten 13 der Rippenplatten 4. Das geschieht entweder nur für einen Schienenstrang oder es wird für jeden Schienenstrang ein eigener Lichtwellenleiter 12 von einer zugehörigen Spule abgespult. Anschließend werden die Zwischenlagen 7 mit einer entsprechenden Ablagevorrichtung auf die Rippenplatten 4 gelegt.
[32] Erst dann erfolgt die Positionierung der neuen Schienen 1 zwischen den
Rippen 8 der Rippenplatten 4 auf den Schwellen 3. In einem abschließenden Arbeitsschritt werden die Spannklemmen 11 mit den Schraubverbindungen 10 festgezogen. Dabei wird auch der Lichtwellenleiter 12 in den entsprechenden Schienenbefestigungen 2 geklemmt.

Claims

Patentansprüche
Ί. Messanordnung zum Überwachen einer Gleisstrecke mit auf Schwellen (3) befestigten Schienen (1), wobei ein Lichtwellenleiter (Ί2) mit einer Messeinrichtung (20) verbunden ist, um eine auf eine Schiene (Ί) wirkende Belastung zu detektieren, dadu rch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (Ί2) lösbar in wenigstens einer Schienenbefestigung (2) eingeklemmt ist.
2. Messanordnung nach Anspruch 1, dadu rch geken nzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (Ί2) an zwei aufeinanderfolgenden Schwellen (3) in den
Schienenbefestigungen (2) derselben Schiene (Ί) eingeklemmt ist.
3. Messanordnung nach Anspruch Ί oder 2, dadu rch geken nzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (Ί2) zwischen zwei Klemmstellen (Ί7) eine Schlaufe (Ί8) für einen Längsausgleich aufweist.
4. Messanordnung nach einem der Ansprüche Ί bis 3, dadu rch
gekennzeich net, dass der Lichtwellenleiter (Ί2) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schwellen (3) mittels eines Befestigungsmittels (Ί9) lösbar an der Schiene (Ί) befestigt ist.
5. Messanordnung nach einem der Ansprüche Ί bis 4, dadu rch
gekennzeich net, dass die wenigstens eine Schienenbefestigung (2) eine
Zwischenlage (7) umfasst und dass der eingeklemmte Lichtwellenleiter (Ί2) an der Zwischenlage (7) anliegt.
6. Messanordnung nach einem der Ansprüche Ί bis 5, dadu rch
gekennzeich net, dass die wenigstens eine Schienenbefestigung (2) eine
Spannklemme (11) umfasst und dass der eingeklemmte Lichtwellenleiter (12) an der Spannklemme (11) anliegt.
7. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadu rch
gekennzeich net, dass die wenigstens eine Schienenbefestigung (2) eine seitliche Führung zur seitlichen Abstützung der Schiene (Ί) umfasst und dass der eingeklemmte Lichtwellenleiter (Ί2) an der seitlichen Führung anliegt.
8. Messanordnung nach Anspruch 7, dadu rch gekennzeichnet, dass als seitliche Führung eine Winkelführungsplatte (Ί4) angeordnet ist.
9. Messanordnung nach Anspruch 7, dadu rch geken nzeichnet, dass die wenigstens eine Schienenbefestigung (Ί2) eine Rippenplatte (4) umfasst und dass parallel zur Schiene (Ί) verlaufende Rippen (8) als seitliche Führungen angeordnet sind.
10. Verfahren zum Herstellen einer Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadu rch gekennzeichnet, dass bei einem Gleisneubau oder Gleisumbau mittels einer Gleisbaumaschine eine Schiene (1) auf Schwellen (2) gelegt wird, dass davor, danach oder währenddessen der Lichtwellenleiter (12) von einer an der
Gleisbaumaschine angeordneten Spule abgewickelt und an jeweiligen Klemmstellen (17) positioniert wird und dass die Schiene (1) mittels der Schienenbefestigungen (2) bei gleichzeitiger Klemmung des Lichtwellenleiters (12) auf den Schwellen (3) befestigt wird.
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