EP4359609B1

EP4359609B1 - Verfahren und system zur korrektur von vertikalen lagefehlern eines gleises

Info

Publication number: EP4359609B1
Application number: EP22733082.6A
Authority: EP
Inventors: Harald Daxberger; Markus Pröll; Florian Auer
Original assignee: Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Current assignee: Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2022-06-14
Publication date: 2025-03-12
Anticipated expiration: 2042-06-14
Also published as: WO2022268566A1; ES3029957T3; JP2024525380A; EP4359609A1; AT17790U1; US20240271371A1; EP4359609C0; PL4359609T3

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von vertikalen Lagefehlern eines Gleises nach einem Hebe-Stopfvorgang, mit einem mittels eines dynamischen Gleisstabilisators durchgeführten Stabilisierungsvorgang, bei dem ein Stabilisationsaggregat an einer in einer Arbeitsrichtung vorwärts wandernden Arbeitsstelle auf das Gleis einwirkt, wobei vor dem Hebe-Stopfvorgang Gleislagedaten des unbearbeiteten Gleises erfasst werden und wobei nach dem Hebe-Stopfvorgang an einer in Arbeitsrichtung vor dem Stabilisationsaggregat befindlichen Messstelle Gleislagedaten des unterstopften Gleises erfasst werden. Zudem betrifft die Erfindung ein System zur Durchführung des Verfahrens.

Stand der Technik

Aus der WO 2006/056215 A1 ist ein Verfahren zur Korrektur von vertikalen Lagefehler (Höhelagefehlern) eines Gleises mit Schotterbettung bekannt, wobei dieses unter Anheben in eine vorläufige Soll-Lage unterstopft und nachfolgend im Rahmen einer Gleisstabilisation durch Aufbringen einer statischen Auflast in Verbindung mit Querschwingungen kontrolliert in eine endgültige Soll-Lage abgesenkt wird.
Dabei wird beim Anheben und Unterstopfen eine in Relation zu den Höhelagefehlern gezielte Überhöhung des Gleises vorgegeben, um Gleisabschnitte mit größeren Höhelagefehlern mittels der nachfolgenden Gleisstabilisation stärker verdichtet zu können. Einem raschen Absinken durch Verkehrsbelastungen in die alte fehlerhafte Gleislage soll damit entgegengewirkt werden.
Das bekannte Verfahren wird gewöhnlich als "Design Overlift" bezeichnet, wobei ein jeweiliger Überhebewert anhand empirischer Daten vorgegeben wird. Damit können Einzelfehler nachhaltig korrigiert werden. Allerdings kommt es bei dieser Vorgehensweise in manchen Bearbeitungszonen zu einer unnötig starken Überhöhung, mit einem damit verbundenen erhöhten Schotterbedarf.
Die AT 519317 A1 offenbart ein modifiziertes Verfahren, bei dem vor einem Hebe-Stopfvorgang aus einem Verlauf der Ist-Lage des unbearbeiteten Gleises ein geglätteter Ist-Lageverlauf gebildet wird. Der jeweilige Überhebewert wird in weiterer Folge in Abhängigkeit dieses Verlaufs der Ist-Gleislage bezüglich des annähernd geglätteten Ist-Lageverlaufs vorgegeben. Bei diesem Verfahren werden nur kurzwellige Gleislagefehler mit einem Überhebewert bearbeitet. Langwellige Setzungen bleiben bei der Vorgabe des Überhebewertes ausgeblendet.
Ein weiteres Verfahren zur Gleislagekorrektur mittels eines dynamischen Gleisstabilisators beschreibt die EP 0 952 254 A1 . Dabei wird der Gleisstabilisator mit einer veränderbaren statischen Auflast betrieben, um nach einem Hebe-Stopfvorgang langwellige Gleislagefehler zu eliminieren. Ausgehend von einer Aufmessung des unterstopften Gleises wird eine neue Soll-Lage des Gleises berechnet, wobei daraus abgeleitete Korrekturwerte die Veränderung der statischen Auflast bestimmen.
Ein ähnliches Verfahren ist aus der WO 2020/177967 A1 bekannt, wobei durch Entfernung von Schotter an den Stirnseiten der Gleisschwellen mittels einer jeweiligen seitlichen Räumvorrichtung eine verstärkte Absenkung des Gleises durch einen dynamischen Gleisstabilisators erzielbar ist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art gegenüber dem Stand der Technik derart zu verbessern, dass nach dem Stabilisierungsvorgang unabhängig von Art und Ausmaß bestehender Gleisfehler eine optimale Gleislage erreicht wird. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes System anzugeben.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Dabei werden an einer in Arbeitsrichtung nach dem Stabilisationsaggregat befindlichen Nachmessstelle zusätzliche Gleislagedaten des stabilisierten, abgesenkten Gleises außerhalb des Einflussbereiches des Stabilisationsaggregats erfasst, wobei der dynamische Gleisstabilisator während des Stabilisierungsvorgangs in Abhängigkeit von Gleislagedaten des unbearbeiteten und des unterstopften Gleises an der Arbeitsstelle und von Gleislagedaten des stabilisierten, abgesenkten Gleises an der Nachmessstelle angesteuert wird. Gemeinsam mit den Messungen vor und nach dem Hebe-Stopfvorgang ermöglicht die zusätzliche Nachmessung der Gleislage nach dem Stabilisierungsvorgang eine exakte Regelung des dynamischen Gleisstabilisators. Konkret wird die vor und nach dem Hebe-Stopfvorgang gemessene Gleislage gemeinsam mit der nach dem Stabilisierungsvorgang gemessenen Gleislage als Basis zur geregelten Ansteuerung des dynamischen Gleisstabilisators herangezogen. Auf diese Weise gehen verbleibende Restfehler nach einer anfänglichen Einschwingphase gegen null, mit dem Resultat einer optimalen Gleislage. Insbesondere nach dem Hebe-Stopfvorgang erfasste Restfehler werden mit der geregelten Ansteuerung des dynamischen Gleisstabilisators eliminiert.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens werden Gleislagedaten einer endgültigen Soll-Lage des Gleises vorgegeben, wobei der dynamische Gleisstabilisator während des Stabilisierungsvorgangs zusätzlich in Abhängigkeit von Korrekturdaten, die für die Arbeitsstelle aus den Daten der Soll-Lage und den Gleislagedaten des unbearbeiteten Gleises abgeleiteten werden, angesteuert wird. Somit fließen Messdaten von Einzelfehlern und sonstigen ausgeprägten Lagefehlern des unbearbeiteten Gleises unmittelbar in die Ansteuerung des dynamischen Gleisstabilisators ein, wodurch Regelabweichungen vorausschauend minimiert werden. Mit dieser Verfahrenserweiterung erfolgt insbesondere ein aktiver Ausgleich von ungleichmäßigen Überhebungen durch den vorgelagerten Hebe-Stopfvorgang mit Design-Overlift.
Vorteilhafterweise werden zur Erfassung der Gleislagedaten an der jeweiligen Messstelle jeweils eine Längsneigung oder Längshöhe und eine Querneigung oder Überhöhung des Gleises gemessen. In einer Kurve wird bevorzugt die Längsneigung oder Längshöhe einer inneren Schiene erfasst. Relativ dazu gibt die Querneigung oder Überhöhung die Lage einer äußeren Schiene an. Somit werden als Gleislagedaten die vertikalen Lagen (Höhenlagen) beider Schienen des Gleises in unterschiedlichen Bearbeitungszuständen erfasst.
In einer vorteilhaften Konkretisierung des Verfahrens wird während des Stabilisierungsvorgangs zumindest einer der folgenden Betriebsparameter des dynamischen Gleisstabilisators in Abhängigkeit der erfassten Gleislagedaten verändert: eine Schwingungsfrequenz des Stabilisationsaggregats, eine Fahrgeschwindigkeit des dynamischen Gleisstabilisators, eine auf eine linke Schiene des Gleises wirkende Auflast des Stabilisationsaggregats, eine auf eine rechte Schiene des Gleises wirkende Auflast des Stabilisationsaggregats und eine vom Stabilisationsaggregat auf das Gleis wirkende Gesamtauflast.
Der Stabilisierungsvorgang wird sinnvollerweise mit einem vorgegebenen Ausgangswert des jeweiligen Betriebsparameters begonnen, wobei für den jeweiligen Betriebsparameter während des Stabilisierungsvorgangs mittels eines in einer Recheneinheit eingerichteten Algorithmus laufend ein angepasster Wert errechnet wird. Die laufende Neuberechnung des jeweils veränderbaren Betriebsparameters bewirkt eine unmittelbare Anpassung des Stabilisierungsvorgangs auf diverse systemeigene oder äußere Einflüsse.
Bevorzugt sind in dem Algorithmus für den jeweiligen Betriebsparameter Gewichtungsfaktoren hinterlegt, wobei die Gewichtungsfaktoren mittels einer Regelung laufend angepasst werden. Beispielsweise ist in der Recheneinheit für jeden veränderbaren Betriebsparameter eine Formel mit eigenen Gewichtungsfaktoren implementiert. Die geregelte Ansteuerung des dynamischen Gleisstabilisators erfolgt sodann lediglich durch eine laufende Anpassung der Gewichtungsfaktoren. Ein solcher Algorithmus ermöglicht eine hohe Qualität der Regelung, weil die Charakteristik der vorliegenden Regelstrecke und die Dynamik der Regelung separat vorgegeben werden. In jeder Betriebsparameterformel wird die konkrete Wechselwirkung zwischen dem jeweiligen Betriebsparameter und den erfassten Gleislagedaten abgebildet. Eine hinterlegte Anpassungslogik der Gewichtungsfaktoren bestimmt die Regeldynamik.
Erfindungsgemäß wird mit dem dynamischen Gleisstabilisator ein mehrere Messvorrichtungen umfassendes Gleislagemesssystems mitgeführt, wobei an der jeweiligen Messstelle mittels der zugeordneten Messvorrichtungen die entsprechende Gleislage bezüglich eines gemeinsamen Bezugssystems erfasst wird. Auf diese Weise werden die Gleislagedaten der sich im Zuge der Bearbeitung ändernden Gleislage während einer Vorwärtsfahrt des dynamischen Gleisstabilisators gesammelt. Eine betrachtete Gleisstelle befindet sich zunächst vor dem Stabilisationsaggregat, wo die Gleislage nach dem Hebe-Stopfvorgang erfasst wird. Durch die Vorwärtsbewegung des dynamischen Gleisstabilisators wird dieselbe Gleisstelle während der geregelten Absenkung des Gleises durch das Stabilisationsaggregat zur aktuellen Arbeitsstelle, mit einer unmittelbar dahinterliegenden Messstelle. Bei einem Doppelaggregat befindet sich diese Messstelle vorzugsweise zwischen zwei Stabilisationsaggregateinheiten. Außerhalb des Einflussbereichs des Stabilisationsaggregats werden an der Nachmessstelle die Gleislagedaten der abgesenkten Gleislage erfasst. Somit entspricht die jeweilige Messstelle einer betrachteten Gleisstelle in einer zeitlichen Abfolge während einer Arbeitsvorfahrt.
Bei einer Weiterbildung dieser Verbesserung wird das Bezugssystem mittels einer auf einer der Messvorrichtungen befestigten Kamera und einer auf einer anderen Messvorrichtung befestigten, in einem Aufnahmebereich der Kamera positionierten Referenzmarke gebildet, wobei zur Erfassung der Gleislagedaten mittels der Kamera auf den übrigen Messvorrichtungen befestigte Messmarken aufgenommen werden. Ein derartiges optisches Messsystem liefert für mehrere Messstellen präzise Messergebnisse, wobei das gemeinsame Bezugssystem die Weiterverarbeitung der gewonnenen Gleislagedaten vereinfacht. In einer sinnvollen Weiterbildung ist eine Referenzmarke direkt am Stabilisationsaggregat angebracht. Die entsprechende Messstelle deckt sich dadurch mit der Arbeitsstelle. Mittels der Kamera werden dann auch die Schwingungsamplituden des Stabilisationsaggregats erfasst. Diese zusätzliche Messgröße ist als weiterer Parameter zur Regelung des Stabilisierungsvorgangs nutzbar.
Das erfindungsgemäße System zur Durchführung eines der beschriebenen Verfahren umfasst ein Gleislagemesssystem und einen dynamischen Gleisstabilisator mit einem Stabilisationsaggregat zur Korrektur von vertikalen Lagefehlern an einer vorwärts wandernden Arbeitsstelle eines Gleises, wobei das Gleislagemesssystem zur Erfassung der Gleislage an einer dem dynamischen Gleisstabilisator in Arbeitsrichtung vorgeordneten Messstelle und an einer dem dynamischen Gleisstabilisator in Arbeitsrichtung nachgeordneten , außerhalb des Einflussbereichs des Stabilisationsaggregats liegenden Nachmessstelle eingerichtet ist, wobei der dynamische Gleisstabilisator eine Steuerungseinrichtung umfasst, der mittels des Gleislagemesssystems erfasste Gleislagedaten zugeführt sind und wobei die Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung des dynamischen Gleisstabilisators in Abhängigkeit von der Arbeitsstelle zugeordneten Gleislagedaten und von der Nachmessstelle zugeordneten Gleislagedaten des stabilisierten, abgesenkten Gleises außerhalb des Einflussbereichs des Stabilisationsaggregats eingerichtet ist.
Vorteilhafterweise umfasst die Steuerungseinrichtung eine Recheneinheit, in der ein Algorithmus zur Neuberechnung zumindest eines Betriebsparameters des dynamischen Gleisstabilisators auf Basis laufend aktualisierter Gleislagedaten implementiert ist. Damit führen erfasste Gleislagefehler nahezu in Echtzeit zu einer Anpassung der Steuerung des dynamischen Gleisstabilisators. Die kurze Reaktionszeit bewirkt eine weitere Qualitätsverbesserung der korrigierten Gleislage.
Vorteilhafterweise liegt ein Abstand zwischen der Arbeitsstelle und der Nachmessstelle in einem Bereich zwischen 3m und 10m, insbesondere zwischen 5m und 8m. Damit ist sichergestellt, dass nach dem Stabilisierungsvorgang an der Nachmessstelle eine ungestörte Ist-Gleislage bestimmt wird. Auf diese Weise liefert die Nachmessung für einen Regelkreislauf zur Ansteuerung des dynamischen Gleisstabilisators besonders genaue Daten. Dabei folgt die Nachmessstelle der Arbeitsstelle in ausreichend geringem Abstand, damit bei Bedarf schnelle Regelungsanpassungen durchgeführt werden können.
In einer Weiterbildung des Systems umfasst das Stabilisationsaggregat einen Schwingungserzeuger und auf Schienen des Gleises festklemmbare Rollzangen, wobei das Stabilisationsaggregat mit separat ansteuerbaren Auflastantrieben gegen einen Maschinenrahmen abgestützt ist. Mit dieser Verbesserung sind auf eine linke und auf eine rechte Schiene des Gleises unterschiedliche Auflasten aufbringbar. Das ermöglicht eine präzise Abstimmung der mit dem Stabilisationsaggregat erzielten Einsenkungen, damit die vorgegebene Querneigung bzw. Überhöhung des Gleises exakt erreicht wird.
Eine vorteilhafte Erweiterung des Systems bezieht sich auf einen Maschinenverbund, bei dem in Arbeitsrichtung unmittelbar vor dem dynamischen Gleisstabilisator eine Stopfmaschine angeordnet ist und wobei das Gleislagemesssystem zumindest eine Messvorrichtung umfasst, die der Stopfmaschine zugeordnet ist. Bei einer kontinuierlich arbeitenden Gleisstopfmaschine besteht die Möglichkeit einer dauerhaften Kopplung mit dem dynamischen Gleisstabilisator. Eine zyklisch arbeitende Stopfmaschine und ein dahinterfahrender dynamischer Gleisstabilisator werden ohne mechanische Kopplung betrieben. Das erweiterte Gleislagemesssystem erstreckt sich bei beiden Varianten auch auf Messstellen der Stopfmaschine, sodass zusätzliche Gleislagedaten unmittelbar zur Ansteuerung des dynamischen Gleisstabilisators zur Verfügung stehen.
Vorteilhafterweise umfasst das Gleislagemesssystem eine erste Messvorrichtung, auf der ein Kamera befestigt ist, wobei auf einer zweiten Messvorrichtung eine Referenzmarke befestigt ist und wobei zwischen erster und zweiter Messvorrichtung zumindest eine weitere Messvorrichtung mit einer Messmarke befestigt ist. Eine solche optische Messanordnung liefert auch über weite Distanzen exakte Messergebnisse, wobei Störungen durch Vibrationen gezielt herausgefiltert werden können.
Eine weitere Verbesserung dieses Gleislagemesssystems umfasst ein Blitzlicht, das gemeinsam mit der Kamera ansteuerbar ist. Damit ist eine Beleuchtung der Referenzmarken und Messmarken auf eine Belichtungszeit der Kamera abstimmbar, damit störende Einflüsse durch Sonnenlicht oder durch andere Lichtquellen unterdrückt werden.

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: Dynamischer Gleisstabilisator hinter einer Stopfmaschine
Fig. 2: Gleislagemesssystem mit fünf Messvorrichtungen in einer Draufsicht
Fig. 3: Stabilisationsaggregat mit Maschinenrahmen und Gleis in einer Schnittdarstellung
Fig. 4: Optische Messanordnung mit passiven Markern
Fig. 5: Optische Messanordnung mit aktiven Markern
Fig. 6: Optische Messanordnung mit redundanten Markern

Beschreibung der Ausführungsformen

Ein in Fig. 1 dargestellter dynamischer Gleisstabilisator (DGS) 1 ist eine eigenständige Gleisbaumaschine mit einem Maschinenrahmen 2, der auf Schienenfahrwerken 3 abgestützt auf einem Gleis 4 verfahrbar ist. Im beschriebenen Beispiel wird dieser dynamische Gleisstabilisator 1 gemeinsam mit einer Stopfmaschine 5 betrieben. Die Erfindung bezieht sich jedoch auch auf ein Verfahren, bei dem der dynamische Gleisstabilisator 1 zeitlich unabhängig von einer Stopfmaschine 5 eingesetzt wird.
In einer nicht dargestellten Variante bilden die Stopfmaschine 5 und der dynamische Gleisstabilisator 1 eine kombinierte Gleisbaumaschine. Dabei ist die zyklische Vorwärtsbewegung eines Stopfaggregats 6 beispielsweise über einen längsverschiebbaren Hilfsrahmen (Satelliten) an die kontinuierliche Vorwärtsbewegung des dynamischen Gleisstabilisators 1 angepasst.
Die in Fig. 1 dargestellte zyklisch arbeitende Stopfmaschine 5 ist dem dynamischen Gleisstabilisator 1 bezüglich einer Arbeitsrichtung 7 vorangestellt. Ein überzeichneter Verlauf einer sich im Arbeitsprozess verändernden Gleislage dient der besseren Veranschaulichung. Ein vorderes Schienenfahrwerk 3 der Stopfmaschine 1 fährt auf dem unbearbeiteten Gleis 4. Davor wird eine Messvorrichtung 8 zur Erfassung einer Ist-Lage dieses unbearbeiteten Gleisabschnittes geführt. Diese Messvorrichtung 8 ist ein Element eines Gleislagemesssystems 9 zur Erfassung von Gleislagedaten an unterschiedlichen Messstellen 10. Ergänzend oder in einer alternativen Ausprägung des Verfahrens werden Gleislagedaten des unbearbeiteten Gleises 4 mittels eines separaten Gleismessfahrzeugs erfasst.
Im Bespiel gemäß Fig. 1 ist der Stopfmaschine 1 ein Messsystem 9 mit Messsehnen als Bezugssystem zugeordnet. Der dynamische Gleisstabilisator 1 umfasst ein weiteres Messsystem 9 mit eigenen Messsehnen. Bei im Verbund betriebenen Maschinen 1, 5 sind diese beiden Messsysteme 9 zu einem gemeinsamen Gleislagemesssystem 9 zusammengefasst. Vorteilhafterweise werden alle erfassten Gleislagedaten mittels einer gemeinsamen Auswerteeinrichtung 11 verarbeitet. Gegebenenfalls erfolgt zwischen der Stopfmaschine 5 und dem dynamischen Gleisstabilisator 1 eine Datenübertragung über eine Luftschnittstelle.
In weiterer Folge sind die Gleislagedaten einer Steuerungseinrichtung 12 zur adaptiven Ansteuerung des dynamischen Gleisstabilisators 1 zugeführt. Gegebenenfalls von einem separaten Gleismessfahrzeug erfasste Gleislagedaten des unbearbeiteten oder bereits unterstopften Gleises 4 werden der Steuerungseinrichtung 12 vorab übermittelt oder über eine Funkverbindung übertragen.
Während eines Hebe-Stopfvorgangs wird ein aus Schwellen 13 und darauf befestigten Schienen 14 gebildeter Gleisrost aus einem Schotterbett 15 gehoben. Dazu umfasst die Stopfmaschine 5 ein Hebeaggregat 16, das vor dem Stopfaggregat 6 angeordnet ist. Dazwischen befindet sich eine weitere Messvorrichtung 8 zur Erfassung einer durchgeführten Hebung 17. In der angehobenen Gleislage dringen Stopfpickel des Stopfaggregats 6 in das Schotterbett 15 ein. Unter Vibrationsbeaufschlagung erfolgt eine Beistellbewegung, bei der Schotter unter die angehobenen Schwellen 13 geschoben und verdichtet wird. Auf diese Weise wird das Gleis 4 vorläufig in einer überhobenen Gleislage fixiert.
In der dargestellten Variante ist jede Messvorrichtung 8 als schienengeführte Vorrichtung ausgebildet. Die jeweilige Vorrichtung 8 umfasst Spurkranzrollen, die mittels einer Spreizachse gegen die Innenseiten der Schienen 14 gepresst sind. Eine berührungslose Variante der jeweiligen Messvorrichtung 8 umfasst einen Träger, auf dem gegen die Schienen 14 gerichtete Messsensoren (z.B. Laserscanner) angeordnet sind. Mittels dieser Sensoren wird die Lage der Messvorrichtung 8 gegenüber den Schienen 14 erfasst.
An der in Arbeitsrichtung 7 letzten Messstelle 10 des Gleislagemesssystems 9 der Stopfmaschine 1 befindet sich beispielsweise eine Messvorrichtung 8 mit einer inertialen Messeinheit (IMU) 18. Diese ist an einem Messrahmen 19 angeordnet, der mit vier Spurkranzrollen auf den Schienen 14 geführt ist. Mit dieser Messvorrichtung 8 werden in bekannter Weise Gleislagedaten des unterstopften Gleises 4 erfasst. Gleichzeitig dient die Messvorrichtung 8 als hintere Bezugseinheit eines auf der Stopfmaschine 5 aufgebauten Sehnenmesssystems.
Die überhobene Gleislage wird in einem anschließenden Stabilisierungsvorgang in eine endgültige Soll-Gleislage 20 abgesenkt. Hier kommt der dynamische Gleisstabilisator 1 zum Einsatz. Die Ansteuerung des dynamischen Gleisstabilisators 1 erfolgt in Abhängigkeit von Messdaten, die an mehreren Messstellen 10 einschließlich einer Nachmessstelle 21 erfassten werden. Konkret erfolgt mittels des dynamischen Gleisstabilisators 1 eine geregelte Absenkung des Gleises 4 an einer mit der Maschine 1 in Arbeitsrichtung 7 vorwärts wandernden Arbeitsstelle 22.
An dieser Arbeitsstelle 22 ist ein Stabilisationsaggregat 23 mit Rollzangen 24 auf die Schienen 14 geklemmt (Fig. 3). Mit einer vorgegebenen Frequenz versetzt ein auf dem Stabilisationsaggregat 23 angeordneter Schwingungserzeuger 25 den Gleisrost im Bereich der Arbeitsstelle 22 in horizontale Schwingungen. Eine Abstützung des Stabilisationsaggregats 23 gegenüber dem Maschinenrahmen 2 erfolgt über Auflastantriebe 26, die jeweils der darunter befindlichen Schiene 14 zugeordnet sind. Diese Auflastantriebe 26 sind beispielsweise als separat ansteuerbare Hydraulikzylinder ausgeführt. Über eine veränderte Druckbeaufschlagung ist die statische Auflast, die über Spurkranzrollen 27 des Stabilisationsaggregats 23 auf die zugeordnete Schiene 14 wirkt, veränderbar. Unmittelbar hinter der Arbeitsstelle 22 ist eine Messvorrichtung 8 angeordnet, um die aktuell durchgeführte Gleisabsenkung zu erfassen.
Bei einem als Sehnenmesssystem ausgebildeten Gleislagemesssystem 9 dient diese Messvorrichtung 8 einerseits zur Regelung der Absenkung des Gleises 4 und andererseits zur Nachmessung der ungestörten Ist-Gleislage 28 nach dem Stabilisieren. Im dargestellten Beispiel sind auf dem dynamischen Gleisstabilisator 1 insgesamt vier Messvorrichtung 8 angeordnet. Von vorne gesehen wird die erste Messvorrichtung 8 auf einem Gleisabschnitt mit überhobener Gleislage geführt. Die zweite Messvorrichtung 8 befindet sich direkt hinter dem Stabilisationsaggregat 23. Dahinter sind noch die dritte und die vierte Messvorrichtung 8 in definierten Abständen zueinander angeordnet.
Die vier Messvorrichtungen 8 bilden mit entsprechenden Messsehnen zwei Dreipunkt-Messsysteme. Für die Regelung der Absenkung ist über jeder Schiene 14 eine Sehne zwischen der ersten und der dritten Messvorrichtung 8 gespannt. Das Bezugssystem für die Nachmessung des ungestörten Gleises 4 bilden zwischen der zweiten und der vierten Messvorrichtung 8 gespannte Messsehnen. Auf der jeweils dazwischen positionierten Messvorrichtung 8 wird der Abstand (Pfeilhöhe) zur zugeordneten Messsehne gemessen und daraus entsprechend dem bekannten Wandersehnen-Messprinzip die Gleislage abgeleitet. Die Position der dritten Messvorrichtung 8 definiert dabei die Nachmessstelle 21. Um die Lage des unbeeinflussten Gleises 4 präzise zu erfassen, beträgt ein Abstand a zwischen der Nachmessstelle 21 und der Arbeitsstelle 22 beispielsweise 6m. Alternativ dazu ist die dritte Messvorrichtung 8 als Messwagen mit einer auf einem Messrahmen 19 angeordneten inertialen Messeinheit 18 ausgebildet. In diesem Fall erfolgt die Nachmessung lediglich mittels dieser adaptierten Messvorrichtung 8.
Das Stabilisationsaggregat 23 ist entweder als Einfachaggregat oder als Doppelaggregat ausgebildet. Ein Doppelaggregat umfasst zwei annähernd gleich aufgebaute, hintereinander am Gleis 4 geführte Aggregateinheiten. In Fig. 1 ist eine solche zweite Aggregateinheit mit gepunkteten Linien eingezeichnet. Mit einem Doppelaggregat sind gleichzeitig unterschiedlich gerichtete Schwingungen in das Gleis 4 einleitbar, wodurch sich gegenüber einem Einfachaggregat mehr veränderbare Betriebsparameter ergeben.
Erfindungsgemäß wird zumindest ein Betriebsparameter des dynamischen Gleisstabilisators 1 in Abhängigkeit von erfassten Gleislagedaten während eines Stabilisierungsvorgangs verändert. Wesentlich ist dabei die Erfassung von Gleislagedaten an mehreren Messstellen 10, 21 nämlich an dem Stabilisationsaggregat 23 vorgelagerten Messstellen 10 und an einer Nachmessstelle 21 hinter dem Stabilisationsaggregat 23. In dem Beispiel gemäß Fig. 1 werden die entsprechenden Messungen mittels der beschriebenen Dreipunkt-Messsysteme und der inertialen Messeinheit 18 durchgeführt.
In einer verbesserten Variante erfolgt die Messung der sich im Arbeitsprozess ändernden Gleislage mittels eines optischen Messsystems 9, wie in Fig. 2 dargestellt. Vorteil dieser Variante ist ein gemeinsames Bezugssystem für alle durchgeführten Messungen. Bezüglich der Arbeitsrichtung 7 umfasst eine hintere Messvorrichtung 8 eine Kamera 29, die auf alle davor befindlichen Messvorrichtungen 8 gerichtet ist. Auf jeder dieser davor befindlichen Messvorrichtungen 8 ist eine Messmarke 30 angeordnet, wobei eine als Referenzmarke 30 definiert ist. Zwischen der Referenzmarke 30 und der Kamera 29 spannt sich eine virtuelle optische Sehne 31, die als Bezugsbasis für die Lage der übrigen Messmarken 30 dient. Alle Marken 30 des Messsystems 9 liegen in einem Aufnahmebereich 32 der Kamera 29. Die jeweilige Mess- bzw. Referenzmarke 30 umfasst beispielsweise ein Fadenkreuz auf einer reflektierenden Oberfläche.
In der Auswerteeinrichtung 11 des Gleislagemesssystems 9 werden die Aufnahmen der Kamera 29 laufend ausgewertet. Dabei sind die Entfernungen der Messvorrichtungen 8 zueinander und ein Abbildungsmaßstab der Kamera 29 bekannt. Mit diesen bekannten Größenverhältnissen berechnet die Auswerteeinrichtung 11 aus einer Verschiebung einer auf einem Bildsensor abgebildeten Messmarke 30 eine tatsächliche Lageänderung der Messmarke 30 bezüglich der optischen Sehne 31. In einem vorgegeben Koordinatensystem x,y,z ergeben sich entsprechende Verschiebungswerte Δx, Δy (Fig. 4). Diese errechneten Verschiebungswerte Δx, Δy entsprechen Pfeilhöhenwerten, die mit einem herkömmlichen Sehnenmesssystem erfasst werden.
Vorteilhafterweise ist die Kamera 29 zur Erfassung monochromer Aufnahmen eingerichtet, um die Auswertung zu optimieren. Die Auflösung des Bildsensors beträgt beispielsweise 5 Megapixel. Damit sind Verschiebungen der Messmarken 30 in Millimetern erkennbar. Eine Aufnahmefrequenz von ca. 200 Hz stellt sicher, dass Lageänderungen sofort erkannt werden. Somit erfolgen ca. 200 Messungen pro Sekunde.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Kamera 29 mit einem Blitzlicht 33 gekoppelt. Zum Beispiel sind um ein Objektiv der Kamera 29 mehrere Hochleistungs-LEDs angeordnet, um synchron zum Auslösen der Kamera 29 in Richtung der Messmarken 30 zu blitzen. Bei dieser Ausprägung sind die Messmarken 30 als passive Elemente des Gleislagemesssystems 9 ausgebildet (Fig. 4). Beispielsweise ist die jeweilige Messmarke 30 als retroreflektierende Folie an einer geeigneten Oberfläche der zugeordneten Messvorrichtung 8 aufgeklebt.
In Fig. 5 sind aktive Messmarken 30 dargestellt. Diese werden gemeinsam mit der Kamera 29 angesteuert und leuchten in Richtung der Kamera 29.
Bevorzugt kommen auch hier Hochleistungs-LEDs zum Einsatz, die synchron zum Auslösen der Kamera 29 blitzen. Die jeweilige Messmarke 30 umfasst eine transparente Folie, die von einem LED-Blitzlicht 33 mit diffusem Licht hinterleuchtet wird. Gegenüber einer passiven Messmarke ist eine höhere Lichtintensität erreichbar, wodurch insbesondere bei staubiger Umgebung und bei schlechten Witterungen bessere Ergebnisse erzielt werden.
Eine weitere Verbesserung des in der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommenden Gleislagemesssystems 9 ist in Fig. 6 dargestellt. Dabei wird berücksichtigt, dass in Ausnahmefällen Hindernisse 34 zwischen der Kamera 29 und den Messmarken 30 liegen können. Beispielsweise können bei starken Auslenkungen in Gleisbögen einzelne Aggregatteile vorübergehend die jeweilige Blickachse abdecken. Einer Messvorrichtung 8 sind hier mehrere redundante Messmarken 30 zugeordnet, damit die Position der Messvorrichtung 8 auch noch dann sicher erfassbar ist, wenn eine der Messmarken 30 nicht in der Aufnahme der Kamera 29 aufscheint.
Ausgehend von den erfassten Gleislagedaten werden beispielsweise folgende Betriebsparameter des dynamischen Gleisstabilisators 1 laufend angepasst:

fdgs: Schwingungsfrequenz des Schwingungserzeugers 25
aldgs: Auflast des Stabilisationsaggregats 23 auf die linke Schiene 14
ardgs: Auflast des Stabilisationsaggregats 23 auf die rechte Schiene 14
agdgs: Gesamtauflast
Vdgs: Überfahrgeschwindigkeit (Vorwärtsgeschwindigkeit) des Stabilisationsaggregats 23

Die in Arbeitsrichtung 7 vor dem Stabilisationsaggregat 23 erfassten Gleislagedaten werden der aktuellen Arbeitsstelle 22 zugeordnet. Das heißt, dass vor dem Stabilisierungsvorgang alle Gleislagedaten mit einer örtlichen Zuordnung zum Gleis 4 erfasst werden. Beispielsweise werden die Gleislagedaten mit Positionsdaten eines Navigationssatellitensystems (GNSS-Daten) ergänzt. Mit bekannten Abständen zwischen den Messstellen 10 und der Arbeitsstelle 22 ist ein einfacher Bezug über eine erfasste Wegstrecke herstellbar.
Konkret werden folgende Messdaten im Voraus erfasst und dann zur Anpassung der Betriebsparameter genutzt, wenn die jeweilige Messstelle 10 der aktuellen Arbeitsstelle 22 entspricht:

hivs: Ist-Längshöhe des unbearbeiteten Gleises 4
qivs: Ist-Querneigung (Ist-Überhöhung) des unbearbeiteten Gleises 4
hins: Ist-Längshöhe des unterstopften Gleises 4
qins: Ist-Querneigung (Ist-Überhöhung) des unterstopften Gleises 4

Zusätzlich werden vorgegebene Werte für eine endgültige Soll-Gleislage zur Anpassung der Betriebsparameter genutzt:

hs: Soll-Längshöhe des fertig bearbeiteten Gleises 4
qs: Soll-Querneigung (Soll-Überhöhung) des fertig bearbeiteten Gleises 4

Beispielhafte Formeln für die laufende Anpassung der Betriebsparameter nutzen folgende Gewichtungsfaktoren:

gf1: 1. Gewichtungsfaktor für Schwingungsfrequenz
gf2: 2.Gewichtungsfaktor für Schwingungsfrequenz
ga1: 1. Gewichtungsfaktor für Auflast
ga2: 2. Gewichtungsfaktor für Auflast
ga3: 3. Gewichtungsfaktor für Auflast
ga4: 4. Gewichtungsfaktor für Auflast
gv1: 1. Gewichtungsfaktor für Überfahrgeschwindigkeit
gv2: 2. Gewichtungsfaktor für Überfahrgeschwindigkeit

Zu Beginn eines Arbeitseinsatzes kommen für die Betriebsparameter folgende Ausgangswerte zur Anwendung:

f0: Ausgangswert für Schwingungsfrequenz
a0: Ausgangswert für die linke und die rechte Auflast
v0: Ausgangswert für die Überfahrgeschwindigkeit

Folgende Formeln sind in der Steuerungseinrichtung 12 hinterlegt, um während eines Stabilisierungsvorgangs für die aktuelle Arbeitsstelle 22 Betriebsparameter des dynamischen Gleisstabilisators 1 anzupassen: $f_{dgs} : = f_{0} + g_{f 1} \cdot (h_{s} - h_{ivs}) + g_{f 2} \cdot (h_{ins} - h_{s})$
${al}_{dgs} : = a_{0} + g_{a 1} \cdot (q_{s} - q_{ivs}) + g_{a 2} \cdot (q_{ins} - q_{s}) + g_{a 3} \cdot (h_{s} - h_{ivs}) + g_{a 4} \cdot (h_{ins} - h_{s})$
${ar}_{dgs} : = a_{0} - g_{a 1} \cdot (q_{s} - q_{ivs}) - g_{a 2} \cdot (q_{ins} - q_{s}) + g_{a 3} \cdot (h_{s} - h_{ivs}) + g_{a 4} \cdot (h_{ins} - h_{s})$
$v_{dgs} : = v_{0} - g_{v 1} \cdot (h_{s} - h_{ivs}) + g_{v 2} \cdot (h_{ins} - h_{s})$
${ag}_{dgs} : = {al}_{dgs} + {ar}_{dgs}$
Durch die Wirkung des dynamischen Gleisstabilisators 1 kommt es bei der Überfahrt zu einer Absenkung des Gleises 4 und einer Änderung der Längshöhe und/oder der Überhöhung. Diese Änderungen werden durch die Nachmessung der Gleislage erfasst. Zur Anpassung der Korrektur der Gleislage und der Betriebsparameter werden demnach folgende Gleislagedaten verwendet:

hind: Ist-Längshöhe des stabilisierten Gleises 4
qind: Ist-Querneigung (Ist-Überhöhung) des stabilisierten Gleises 4

Beispielsweise erfolgte eine iterative Anpassung der Betriebsparameter durch folgende in der Steuerungseinrichtung 12 hinterlegte Formeln: $Δh : = (h_{s} - h_{ind})$
$Δq : = (q_{s} - q_{ind})$
$g_{f 1} (n + 1) : = g_{f 1} (n) + k_{gf 1} \cdot Δh$
$g_{f 2} (n + 1) : = g_{f 2} (n) + k_{gf 2} \cdot Δh$
$g_{a 1} (n + 1) : = g_{a 1} (n) + k_{ga 1} \cdot Δq$
$g_{a 2} (n + 1) : = g_{a 2} (n) + k_{ga 2} \cdot Δq$
$g_{a 3} (n + 1) : = g_{a 3} (n) + k_{ga 3} \cdot Δh$
$g_{a 4} (n + 1) : = g_{a 4} (n) + k_{ga 4} \cdot Δh$
$g_{v 1} (n + 1) : = g_{v 1} (n) + k_{gv 1} \cdot Δh$
$g_{v 2} (n + 1) : = g_{v 1} (n) + k_{gv 2} \cdot Δh$
Mit der iterativen Anpassung werden die ursprünglichen Werte der Gewichtungsfaktoren durch neue Werte ersetzt. Entspricht sowohl die Querneigung als auch die Längshöhe nach dem Stabilisierungsvorgang dem jeweiligen Sollwert, ist der dynamische Stabilisator 1 perfekt eingestellt und es erfolgt keine Adaption der Gewichtungsfaktoren.
Die verwendeten Faktoren k_gf1, k_gf2, k_ga1, k_ga2, k_ga3, k_ga4, k_gv1, k_gv2 bestimmen eine Regelungsverstärkung und werden beispielsweise in Versuchen oder Simulationen ermittelt. Dasselbe gilt für die Ausgangswerte der Betriebsparameter f₀, a₀, v₀ und für Ausgangswerte der Gewichtungsfaktoren g_f1(0), g_f2(0), g_a1(0), g_a2(0), g_a3(0), g_a4(0), g_v1(0), g_v2(0). Bei oftmaliger Ausführung des Verfahrens werden Erfahrungswerte gewonnen, sodass zu Beginn eines Arbeitseinsatzes geeignete Werte zur Verfügung stehen.
Beim erweiterten Verfahren unter Einbeziehung der Stopfmaschine 5 werden dieser folgende Überhebungswerte (Korrekturwerte) vorgegeben: $h_{ks} : = (h_{s} - h_{ivs}) \cdot F_{h}$
$q_{ks} : = (q_{s} - q_{ivs}) \cdot F_{q}$
In einer einfachen Ausführung wird jeweils ein unveränderlicher Faktor F_h, F_q vorgegeben, um die Überhebungswerte zu bestimmen. Es können jedoch auch bekannte Verfahren zur laufenden Anpassung der Überhebungen an veränderliche Gleisbedingungen zur Anwendung kommen.

Claims

Verfahren zur Korrektur von vertikalen Lagefehlern eines Gleises (4) nach einem Hebe-Stopfvorgang, mit einem mittels eines dynamischen Gleisstabilisators (1) durchgeführten Stabilisierungsvorgang, bei dem ein Stabilisationsaggregat (23) an einer in einer Arbeitsrichtung (7) vorwärts wandernden Arbeitsstelle (22) auf das Gleis (4) einwirkt, wobei vor dem Hebe-Stopfvorgang Gleislagedaten des unbearbeiteten Gleises (4) erfasst werden und wobei nach dem Hebe-Stopfvorgang an einer in Arbeitsrichtung (7) vor dem Stabilisationsaggregat (23) befindlichen Messstelle (10) Gleislagedaten des unterstopften Gleises (4) erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass an einer in Arbeitsrichtung (7) nach dem Stabilisationsaggregat (23) befindlichen Nachmessstelle (21) zusätzliche Gleislagedaten des stabilisierten, abgesenkten Gleises (4) außerhalb des Einflussbereiches des Stabilisationsaggregats (23) erfasst werden, dass der dynamische Gleisstabilisator (1) während des Stabilisierungsvorgangs in Abhängigkeit von Gleislagedaten des unbearbeiteten und des unterstopften Gleises (4) an der Arbeitsstelle (22) und von Gleislagedaten des stabilisierten, abgesenkten Gleises (4) an der Nachmessstelle (21) angesteuert wird, dass mit dem dynamischen Gleisstabilisator (1) ein mehrere Messvorrichtungen (8) umfassendes Gleislagemesssystems (9) mitgeführt wird und dass an der jeweiligen Messstelle (10, 21) mittels der zugeordneten Messvorrichtungen (8) die entsprechende Gleislage bezüglich eines gemeinsamen Bezugssystems erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gleislagedaten einer Soll-Lage (20) des Gleises (4) vorgegeben werden und dass der dynamische Gleisstabilisator (1) während des Stabilisierungsvorgangs zusätzlich in Abhängigkeit von Korrekturdaten, die für die Arbeitsstelle (22) aus den Daten der Soll-Lage (20) und den Gleislagedaten des unbearbeiteten Gleises (4) abgeleiteten werden, angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Gleislagedaten an der jeweiligen Messstelle (10, 21) jeweils eine Längsneigung oder Längshöhe und eine Querneigung oder Überhöhung des Gleises (4) gemessen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Stabilisierungsvorgangs zumindest einer der folgenden Betriebsparameter des dynamischen Gleisstabilisators (1) in Abhängigkeit der erfassten Gleislagedaten verändert wird:
- eine Schwingungsfrequenz,

- eine Fahrgeschwindigkeit (v_dgs),

- eine auf eine linke Schiene wirkende Auflast (al_dgs),

- eine auf eine rechte Schiene wirkende Auflast (ar_dgs),

- eine Gesamtauflast.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungsvorgang mit einem Ausgangswert des jeweiligen Betriebsparameters begonnen wird und dass für den jeweiligen Betriebsparameter während des Stabilisierungsvorgangs mittels eines in einer Recheneinheit eingerichteten Algorithmus laufend ein angepasster Wert errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Algorithmus für den jeweiligen Betriebsparameter Gewichtungsfaktoren hinterlegt sind und dass die Gewichtungsfaktoren mittels einer Regelung laufend angepasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bezugssystem mittels einer auf einer der Messvorrichtungen (8) befestigten Kamera (29) und einer auf einer anderen Messvorrichtung (8) befestigten, in einem Aufnahmebereich (32) der Kamera (29) positionierten Referenzmarke (30) gebildet wird und dass zur Erfassung der Gleislagedaten mittels der Kamera (29) auf den übrigen Messvorrichtungen (8) befestigte Messmarken (30) aufgenommen werden.
System zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Gleislagemesssystem (9) und mit einem dynamischen Gleisstabilisator (1), umfassend ein Stabilisationsaggregat (23), zur Korrektur von vertikalen Lagefehlern an einer vorwärts wandernden Arbeitsstelle (22) eines Gleises (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Gleislagemesssystem (9) zur Erfassung der Gleislage an einer dem dynamischen Gleisstabilisator (1) in Arbeitsrichtung (7) vorgeordneten Messstelle (10) und an einer dem dynamischen Gleisstabilisator (1) in Arbeitsrichtung (7) nachgeordneten, außerhalb des Einflussbereichs des Stabilisationsaggregats (23) liegenden Nachmessstelle (21) eingerichtet ist, dass der dynamische Gleisstabilisator (1) eine Steuerungseinrichtung (12) umfasst, der mittels des Gleislagemesssystems (9) erfasste Gleislagedaten zugeführt sind und dass die Steuerungseinrichtung (12) zur Ansteuerung des dynamischen Gleisstabilisators (1) in Abhängigkeit von der Arbeitsstelle (22) zugeordneten Gleislagedaten und von der Nachmessstelle (21) zugeordneten Gleislagedaten des stabilisierten, abgesenkten Gleises außerhalb des Einflussbereichs des Stabilisationsaggregats (23) eingerichtet ist.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (a) zwischen der Arbeitsstelle (22) und der Nachmessstelle (21) in einem Bereich zwischen 3m und 10m, insbesondere zwischen 5m und 8m, liegt.
System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (12) eine Recheneinheit umfasst, in der ein Algorithmus zur Neuberechnung zumindest eines Betriebsparameters des dynamischen Gleisstabilisators (1) auf Basis laufend aktualisierter Gleislagedaten implementiert ist.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisationsaggregat (23) einen Schwingungserzeuger (25) und auf Schienen (14) des Gleises (4) festklemmbare Rollzangen (24) umfasst und mit separat ansteuerbaren Auflastantrieben (26) gegen einen Maschinenrahmen (2) abgestützt ist.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Arbeitsrichtung (7) unmittelbar vor dem Gleisstabilisator (1) eine Stopfmaschine (5) angeordnet ist und dass das Gleislagemesssystem (9) zumindest eine Messvorrichtung (8) umfasst, die der Stopfmaschine (5) zugeordnet ist.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer ersten Messvorrichtung (8) eine Kamera (29) befestigt ist, dass auf einer zweiten Messvorrichtung (8) eine Referenzmarke (30) befestigt ist und dass zwischen erster und zweiter Messvorrichtung (8) zumindest eine weitere Messvorrichtung (8) mit einer Messmarke (30) befestigt ist.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleislagemesssystem (29) ein Blitzlicht (33) umfasst, das gemeinsam mit der Kamera (29) ansteuerbar ist.