WO2019007621A1

WO2019007621A1 - Verfahren und vorrichtung zum verdichten eines gleisschotterbetts

Info

Publication number: WO2019007621A1
Application number: PCT/EP2018/064849
Authority: WO
Inventors: Thomas Philipp
Original assignee: Plasser & Theurer Export Von Bahnbaumaschinen Gmbh
Priority date: 2017-07-04
Filing date: 2018-06-06
Publication date: 2019-01-10
Also published as: CA3063806A1; CN110809654B; PL3649289T3; EP3649289B1; CN110809654A; EP3649289A1; ES2890246T3; US11542666B2; AT519738A4; EA201900527A1; JP2020525672A; EA039695B1; US20200141063A1; JP7044809B2; AT519738B1

Abstract

Verfahren zum Verdichten eines Gleisschotterbetts (2) mittels eines Stopfaggregats (1), das zwei gegenüberliegende Stopfwerkzeuge (6) umfasst, die bei einem Stopfvorgang mit einer Schwingung beaufschlagt in das Gleisschotterbett (2) abgesenkt und mit einer Beistellbewegung aufeinander zubewegt werden. Dabei ist vorgesehen, dass zumindest eine variable Schwingungsgröße (16, 23) in Abhängigkeit einer Eindringdauer (13) in das Gleisschotterbett (2) vorgegeben wird, bis eine geforderte Eindringtiefe der Stopfwerkzeuge (6) erreicht wird.

Description

Besch rei bu ng

Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten eines Gleisschotterbetts

Gebiet der Technik

[01] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten eines Gleisschotterbetts mittels eines Stopfaggregats, das zwei gegenüberliegende Stopfwerkzeuge umfasst, die bei einem Stopfvorgang mit einer Schwingung beaufschlagt in das Gleisschotterbett abgesenkt und mit einer Beistellbewegung aufeinander zubewegt werden. Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur

Durchführung des Verfahrens.

Stand der Technik

[02] Stopfaggregate zum Unterstopfen von Schwellen sind bereits mehrfach

bekannt, wie z. B. durch AT 500 972 B1 oder AT 513 973 B1. Auf die

Stopfwerkzeuge einwirkende Vibrationen können entweder mechanisch durch eine Exzenterwelle oder durch hydraulische Impulse in einem Linearmotor erzeugt werden.

[03] AT 51 5 801 B1 beschreibt ein Verfahren zum Verdichten eines

Gleisschotterbettes mittels eines Stopfaggregats, wobei eine Qualitätsziffer für eine Schotterbetthärte ausgewiesen werden soll. Zu diesem Zweck wird eine Beistellkraft eines Beistellzylinders in Abhängigkeit eines Beistellweges erfasst und über einen daraus abgeleiteten Energieverbrauch eine

Kennziffer

definiert. Allerdings hat diese Kennziffer wenig Aussagekraft, weil ein nicht zu

vernachlässigender Energieanteil, der im System verloren geht, keine Berücksichtigung findet. Zudem würde auch die während eines

Stopfvorgangs tatsächlich in den Schotter eigebrachte Gesamtenergie keine

verlässliche Beurteilung eines Schotterbettzustands erlauben. Außerdem muss für eine Ermittlung einer energieoptimalen Amplitude bzw. Frequenz zuerst der Oberbau identifiziert werden, was sich sehr zeit- und

kostenintensiv auf den Stopfvorgang auswirkt.

Zusammenfassung der Erfindung

[04] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Verfahren und eine

Vorrichtung der eingangs genannten Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben.

[05] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß

Anspruch Ί und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

[06] Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine variable

Schwingungsgröße in Abhängigkeit einer Eindringdauer in das

Gleisschotterbett vorgegeben wird, bis eine geforderte Eindringtiefe der Stopfwerkzeuge erreicht wird. Auf diese Weise wird ein energieoptimiertes Eindringen der Stopfwerkzeuge erreicht. Die Schwingungsgröße ändert sich dabei automatisch mit zunehmender Eindringdauer, sodass der

Eindringvorgang immer auf die tatsächlichen Schotterbettverhältnisse abgestimmt ist. Dadurch ist vorab kein Identifizieren eines Oberbaus und dessen Bettungshärte bzw. Widerstand notwendig. Aufgrund der

Eindringdauer wird einfach ein Rückschluss auf die Bettungshärte gezogen.

[07] In einer einfachen Ausprägung des Verfahrens wird hierzu die

Schwingungsgröße mittels einer in einer Steuerung abgespeicherten Tabelle und/oder Kurve verändert. Damit kann mit wenig Rechenleistung eine schnelle Anpassung der Schwingungsgröße erfolgen.

[08] Zudem ist es vorteilhaft, wenn die vorgegebene Abhängigkeit der

Schwingungsgröße von der Eindringdauer in Echtzeit verändert wird. Auf diese Weise kann rasch auf besondere Verhältnisse reagiert werden, indem beispielsweise ein schnellerer Anstieg der Schwingungsgröße bei

zunehmender Eindringdauer erfolgt. Zudem hat ein Bediener der

Arbeitsmaschine jederzeit die Möglichkeit, Vorgaben für einen Stopfvorgang in Echtzeit zu optimieren. [09] Vorteilhafterweise wird als Schwingungsgröße eine ansteigende Amplitude vorgegeben. Bei einer lockeren Schotterbettung (Neulage) mit geringem Widerstand reicht für das Eindringen der Stopfwerkzeuge eine geringe Amplitude. Bei dieser lockeren Schotterbettung ist keine Erhöhung der Amplitude notwendig. Die Masse des Stopfaggregates reicht aus, um die Stopfwerkzeuge auf eine geforderte Bearbeitungstiefe abzusenken. Bei einer harten Schotterbettung (lange Liegezeit) dauert das Eindringen der

Stopfwerkzeuge durch einen höheren Widerstand des Schotters länger. In Abhängigkeit der Eindringdauer wird die Amplitude gesteigert, um dem höheren Eindringwiderstand entgegen zu wirken und diesen zu überwinden.

[10] Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass als Schwingungsgröße eine variable Frequenz vorgegeben wird. Eine Abhängigkeit der Frequenz von der

Eindringdauer wirkt sich energieoptimierend auf das Stopfaggregat aus.

Beispielsweise kann bei einer lockeren Schotterbettung eine geringere Frequenz beibehalten werden. Nur für eine harte Schotterbettung werden die Frequenz und damit die aufzuwendende Energie mit zunehmender

Eindringdauer erhöht.

[11] Zudem ist es von Vorteil, wenn die Eindringdauer und eine für das Eindringen in das Gleisschotterbett aufgewendete Energie in einer Auswerteeinrichtung aufgezeichnet werden. Durch ein Aufzeichnen der benötigten Energie bei jedem Eindringvorgang ist eine einfache Dokumentation gegeben, die zur weiteren Optimierung der Wartungsintervalle heranziehbar ist.

[12] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren umfasst ein Stopfaggregat, das zwei gegenüberliegende

Stopfwerkzeuge umfasst, die jeweils über einen Schwenkarm mit einem Beistellantrieb und einem Schwingungsantrieb gekoppelt sind, wobei in einer Steuerung eine Abhängigkeit zumindest einer Schwingungsgröße von der Eindringdauer vorgegeben ist.

[13] Dabei ist es vorteilhaft, wenn eine Auswerteeinrichtung zur Aufzeichnung der Eindringdauer und/oder einer aufgewendeten Energie vorgesehen ist. Durch die Aufzeichnung und Auswertung wird eine Energiebilanz des

Stopfaggregates weiterführend verbessert. [14] Eine zusätzliche Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die Steuerung als intelligente Steuerung eingerichtet ist, um die vorgegebene Abhängigkeit der Schwingungsgröße von der Eindringdauer zur Energieoptimierung automatisch anzupassen. Eine intelligente Steuerung kann beispielsweise lernfähig ausgebildet sein, um vorhergehende aufgezeichnete Stopfvorgänge in die Energieoptimierung miteinfließen zu lassen.

[15] Zudem ist es von Vorteil, wenn die Steuerung mit einer Bedieneinheit zum Verändern der vorgegebenen Abhängigkeit der Schwingungsgröße von der Eindringdauer in Echtzeit gekoppelt ist. Somit hat der Bediener bei jedem Stopfvorgang nach wie vor die Möglichkeit, in eine Steuerung des

Stopfaggregates und somit den Stopfvorgang einzugreifen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[16] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

[17] Fig. 1 Stopfaggregat

[18] Fig. 2Diagramm optimiertes Eindringverhalten Beschreibung der Ausführungsformen

[19] Fig.1 zeigt ein vereinfacht dargestelltes Stopfaggregat 1 zum Unterstopfen einer Gleisschotterbettung 2 unterhalb von Schwellen 3 eines Gleises 4 mit einem absenkbaren Werkzeugträger 5 und Paaren von zwei

gegenüberliegenden Stopfwerkzeugen 6. Jedes Stopfwerkzeug 6 ist über einen Schwenkarm 7 mit einem hydraulischen Beistellantrieb 8 verbunden, welcher zeitgleich als Schwingungsantrieb 9 dient. Der jeweilige

Schwenkarm 7 weist eine obere Schwenkachse 10 auf, auf der der

Beistellantrieb 8 gelagert ist. Um eine untere Schwenkachse 1 1 ist der jeweilige Schwenkarm 7 drehbar auf dem Werkzeugträger 5 gelagert. Ein solches Stopfaggregat 1 ist für den Einbau in eine Gleis 4 verfahrbare Gleisstopfmaschine bzw. einen Stopfsatelliten vorgesehen.

[20] In Fig. 2 ist ein Schwingungsverlauf eines Stopfwerkzeugs 6 während eines Eindringvorgangs in einem Diagramm 1 2 dargestellt. Auf der

Abszissenachse ist die Eindringdauer 1 3 aufgetragen. Die Ordinatenachse gibt Werte für die Schwingungsausschläge 14 (Vibration) der Stopfwerkzeuge 6 an. Eine Hüllkurve 1 5 der Schwingungsausschläge 14 zeigt einen Verlauf der Schwingungsamplitude 1 6. Mit dieser Kurve 1 5 ist im vorliegenden Beispiel die Amplitude 16 als variable Schwingungsgröße in Abhängigkeit der Eindringdauer 13.

[21] Konkret wird in Abhängigkeit der Eindringdauer 13 die Amplitude 16 anhand der Kurve 15 erhöht, bis die geforderte Eindringtiefe erreicht ist (die Amplitude 16 ist eine Funktion der Eindringdauer 13). Auf diese Weise wird abhängig von der Eindringdauer 13 und damit vom Widerstand der Schotterbettung 2 automatisch die energieoptimale Schwingungsamplitude 16 vorgegeben. Es ist vorab kein Identifizieren des Oberbaus und dessen Bettungshärte notwendig. Die in Fig. 2 dargestellte Kurve 15 weißt beispielhaft einen linearen Verlauf auf.

[22] Im Diagramm zeigen zwei vertikale Linien 17, 18 jeweils ein Erreichen der

vorgegebenen Eindringtiefe. Die erste vertikale Linie 17 entspricht einer lockeren Schotterbettung 2 mit einem geringen Widerstand. Hier ist der Eindringvorgang bereits nach einer kurzen Eindringdauer 13 unter

Beibehaltung einer kleinen Schwingungsamplitude 16 abgeschlossen.

[23] Die zweite vertikale Linie 18 entspricht einer harten Schotterbettung 2 mit großem Widerstand. Über die längere Eindringdauer 13 steigert sich

entsprechend der Kurve 15 die Amplitude 16, bis bei einem maximalen

Ausschlag der Stopfwerkzeuge 6 der Eindringvorgang abgeschlossen ist. Bei einer härteren Schotterbettung 2 dauert der Eindringvorgang länger und dadurch wird automatisch die optimale Amplitude 16 vorgegeben.

[24] Beispielsweise ist die Kurve 15 als Funktion oder in tabellarischer Form in

einem Speicher einer Steuerung 19 hinterlegt. Es können auch mehrere Kurven 15 abgespeichert sein, wobei über eine Bedieneinheit 20 eine Auswahl getroffen oder eine Änderung von Kurvenparametern vorgenommen werden kann. Mit einer intelligenten Steuerung besteht die Möglichkeit, automatisiert in Echtzeit Anpassungen der vorgegebenen Kurve 15 vorzunehmen. Dabei werden beispielsweise aktuell durchgeführte Eindringvorgänge ausgewertet, um den Energieaufwand für das Eindringen der Stopfwerkzeuge 6 zu optimieren. Auch Rückschlüsse auf die Beschaffenheit der Schotterbettung 2 sind möglich. [25] Die Anpassung der vorgegebenen Kurve Ί5 kann auch die Form betreffen. Beispielsweise kann ein Anstiegsbeginn 2Ί und ein Anstiegsende 22 eines linearen Anstiegs der Schwingungsamplitude Ί6 verschoben werden. Auch nichtlineare Änderungen der Schwingungsgrößen können sinnvoll sein, um in optimaler Weise auf bestehende Bedingungen zu reagieren (z.B.

sinusförmiger Anstieg). Zudem sind aufeinander abgestimmte

Änderungsvorgaben für die Amplitude Ί6 und die Frequenz bzw.

Periodendauer 23 zweckmäßig, um die Schwingungsbewegung der

Stopfwerkzeuge 6 während eines Eindringvorgangs zu optimieren.

[26] Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung eine mit der Steuerung Ί9

gekoppelten Auswerteeinrichtung 24. Mittels dieser Auswerteeinrichtung 24 wird beispielsweise die für einen Eindringvorgang notwendige Energie ermittelt. Dabei gilt bei einer hydraulischen Schwingungserzeugung mittels Beistellzylinder für die mechanische Leistung folgende Beziehung:

P-mech ⁼ Po^■ Q

p₀... hydraulischer Versorgungsdruck [bar]

Q... notwendiger Volumenstrom der Beistellzylinder [^-J.

[27] Der Volumenstrom der Beistellzylinder kann mit folgender Formel abgeschätzt werden:

Q = (A_A + A_B). a. f

A_A... Große Fläche des Beistellzylinders, [m²]

A_B ... Kleine Fläche des Beistellzylinders, [m²]

a... Amplitude Ί6 des Beistellzylinders, [m]

"... Frequenz der Schwingungsbewegung, [j]

[28] Die benötigte Energie für das Eindringen pro Eindringvorgang ergibt sich

dann wie folgt:

W_ed = (A_A + A_B). a. f. dt

t₀... Beginn der Eindringdauer Ί3 [s]

ttauch - Ende der Eindringdauer Ί3 [s]

[29] Bei Stopfaggregaten mit einem Exzenterantrieb zur Vibrationserzeugung lässt sich zunächst die Schwingungsfrequenz in der oben beschriebenen Weise vorgeben. Bei Varianten mit verstellbarer Schwingungsamplitude Ί6 ist auch diese in Abhängigkeit von der Eindringdauer Ί3 vorgebbar (siehe hierzu die österreichische Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen A 60/20Ί7 der Anmelderin oder die Anmeldung AT 5Ί7 999 ΑΊ).

Claims

Patenta nsprüche

Ί. Verfahren zum Verdichten eines Gleisschotterbetts (2) mittels eines

Stopfaggregats (1), das zwei gegenüberliegende Stopfwerkzeuge (6) umfasst, die bei einem Stopfvorgang mit einer Schwingung beaufschlagt in das Gleisschotterbett (2) abgesenkt und mit einer Beistellbewegung aufeinander zubewegt werden, dad u rch geken nzeich net, dass zumindest eine variable Schwingungsgröße (Ί6, 23) in Abhängigkeit einer Eindringdauer (Ί3) in das Gleisschotterbett (2) vorgegeben wird, bis eine geforderte Eindringtiefe der Stopfwerkzeuge (6) erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch Ί, dadu rch geken nzeich net, dass die

Schwingungsgröße (Ί6, 23) mittels einer in einer Steuerung (Ί9) abgespeicherten Tabelle und/oder Kurve (Ί5) verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadu rch geken nzeich net, dass die vorgegebene Abhängigkeit der Schwingungsgröße (Ί6, 23) von der Eindringdauer (Ί3) in Echtzeit verändert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadu rch geken nzeich net, dass als Schwingungsgröße eine ansteigende Amplitude (Ί6) vorgegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche Ί bis 4, dadu rch geken nzeich net, dass als Schwingungsgröße eine variable Frequenz bzw. Periodendauer (23) vorgegeben wird.

6. Verfahren zum Verdichten eines Gleisschotterbetts nach einem der Ansprüche Ί bis 5, dadu rch geken nzeich net, dass die Eindringdauer (Ί3) und eine für das Eindringen in das Gleisschotterbett (2) aufgewendete Energie in einer

Auswerteeinrichtung (24) aufgezeichnet werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche Ί bis 6, mit einem Stopfaggregat (Ί), das zwei gegenüberliegende Stopfwerkzeuge (6) umfasst, die jeweils über einen Schwenkarm (7) mit einem Beistellantrieb (8) und einem Schwingungsantrieb (9) gekoppelt sind, dadu rch geken nzeich net, dass in einer Steuerung (Ί9) eine Abhängigkeit zumindest einer Schwingungsgröße (Ί6, 23) von der Eindringdauer (Ί3) vorgegeben ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadu rch geken nzeich net, dass eine

Auswerteeinrichtung (24) zur Aufzeichnung der Eindringdauer (Ί3) und/oder einer aufgewendeten Energie vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadu rch geken nzeich net, dass die Steuerung (Ί9) als intelligente Steuerung eingerichtet ist, um die vorgegebene Abhängigkeit der Schwingungsgröße (Ί6, 23) von der Eindringdauer (Ί3) zur Energieoptimierung automatisch anzupassen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadu rch geken nzeich net, dass die Steuerung (19) mit einer Bedieneinheit (20) zum Verändern der

vorgegebenen Abhängigkeit der Schwingungsgröße (16, 23) von der Eindringdauer (13) in Echtzeit gekoppelt ist.