WO2019120829A1 - Verfahren zum betreiben eines stopfaggregats einer gleisbaumaschine sowie stopfvorrichtung zur gleisbettverdichtung und gleisbaumaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines stopfaggregats einer gleisbaumaschine sowie stopfvorrichtung zur gleisbettverdichtung und gleisbaumaschine Download PDF

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tamping unit
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Thomas Philipp
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Plasser & Theurer Export Von Bahnbaumaschinen Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a tamping unit of a track construction machine and also to a stuffing device for track bed compaction and to a track construction machine.
  • Track-guided track-laying machines are used to maintain a
  • Tamping unit on The tamping unit is repeated in operation between a reset position in which the tamping unit is out of engagement with the track bed and an engagement position in which the tamping unit is in engagement with the track bed, relocated. High static and dynamic loads act on the tamping unit. To maintain the functionality of highly stressed parts of the tamping unit time-consuming and costly inspection and maintenance are performed regularly.
  • the invention has for its object to provide a method for operating a Stopfaggregats a track construction machine, which increases the performance and efficiency of Stopfaggregats.
  • Displacement direction of the tamping, acting ballast force for the stress of the tamping unit is essential and that this can be determined exactly on the basis of the driving force and the acceleration.
  • the ballast force By the determination and evaluation of the ballast force, the tamping unit can be operated efficiently and economically. For example, heavily used parts can be identified and designed and maintained in accordance with the requirements.
  • the processing of the track bed can also under
  • the displacement of the tamping unit relative to the track bed is at least, in particular exclusively, in the vertical direction. Relocating the
  • Stopfaggregats preferably takes place between the return position and the engaged position. In the return position, the tamping unit is raised and is out of engagement with the track bed. In particular, that can
  • the tamping unit has at least two, in particular at least four tamping picks. In the engaged position, the tamping unit, in particular the at least two tamping picks, dips into the track bed. In a between the reset position and the
  • the tamping unit comes into contact with the track bed.
  • the track bed compaction can be carried out during the shifting from the delivery position to the engagement position.
  • the driving force can be detected, for example, by means of a force sensor.
  • the driving force may be on the tamping unit and / or on the unit carrier and / or on a acting between the tamping unit and the unit carrier
  • an acceleration sensor can be used to determine the acceleration acting on the tamping unit.
  • the acceleration can be detected at the tamping unit and / or at the drive device.
  • the ballast force is determined by the driving force and the acceleration
  • the ballast force can be reliably and accurately determined despite the harsh operating conditions.
  • a method according to claim 2 ensures the increased performance and economy of the track construction machine.
  • the position of the Stopfaggregats, especially in the vertical direction, can be detected very reliable and robust. Used to move the tamping unit
  • Position sensors can be used, eliminating the need to integrate additional sensors.
  • the detection of the acceleration is thus particularly economical.
  • the position can be detected on the drive device.
  • the position can also be detected on a bearing device, by means of which the tamping unit is mounted relative to the unit carrier.
  • the position can be determined by means of a position sensor, in particular a
  • Position encoder or a rotary encoder in the form of a potentiometer or a Hall sensor or a rope length sensor are detected.
  • the time profile of the position can be differentiated by means of an evaluation unit according to time, or the change in position can be determined over a discrete time step.
  • the acceleration is determined as a temporal change of the speed.
  • the position and thus the acceleration are detected relative to the unit carrier. Taking into account the gravitational acceleration, the absolute
  • a method according to claim 3 ensures the increased performance and economy of the track construction machine. Taking into account the inertial force dependent on the mass, the ballast force can be determined particularly accurately.
  • the mass of the tamping unit can be weighed prior to installation in the track-laying machine or on the track-laying machine.
  • the mass of the Stopfaggregats can be determined in the reset position by detecting the driving force. In the unaccelerated state, the weight and thus the mass of the Stopfaggregats can be determined by the driving force.
  • a method according to claim 4 ensures the increased performance and economy of the track construction machine.
  • Drive device is robust in operation and ensures the provision of necessary for the processing of the track bed power. Determining the driving force by detecting at least one fluid pressure acting on the drive device can be particularly robust. By using necessary for the pressure control pressure sensors can be used.
  • the drive device preferably has at least one hydraulic cylinder and / or at least one pneumatic cylinder.
  • a guided within the respective cylinder piston is with a
  • Piston rod connected and has a piston rod facing the piston ring surface and one of the piston ring surface opposite
  • the detection of the fluid pressure is effected by detecting a piston pressure acting on the piston surface and / or a piston ring pressure acting on the piston ring surface.
  • a method according to claim 5 ensures the increased performance and economy of the track construction machine.
  • the tamping unit in particular the at least two tamping picks, the drive device and the bearing device, heavily stressed mechanically.
  • the ballast force is essential for the stress of the tamping unit.
  • Stopfaggregats between the return position and the engaged position varies greatly acting on the tamping ballast power.
  • the stress of the tamping aggregate is determined via at least one tamping cycle.
  • a stuffing cycle involves displacing the stuffing assembly from the return position to the engaged position and back from the engaged position to the return position.
  • the load on the tamping unit can also be maintained over the entire service life of the tamping unit
  • Stopfaggregats be determined.
  • the stress on the tamping unit in particular the at least two tamping picks, is determined at least over the duration of a tamping cycle, in particular over a plurality of tamping cycles, and in particular over the entire service life.
  • the temporal course of the ballast force also provides conclusions about the dynamic load of the tamping unit. With knowledge of the dynamic load, maintenance cycles can be optimized and maintenance costs reduced.
  • a method according to claim 7 ensures the increased performance and economy of the track construction machine.
  • the ballast force varies within and between different stuffing cycles. It was recognized that for the stress of the tamping aggregate the ballast force amplitudes, that is the amplitudes of the changing ballast force, are of essential importance.
  • the time course of the ballast force between a first and a second measuring point can be detected, wherein the ballast force to the first and to the second measuring point is the same size and wherein the second measuring point is determined by the first-time re-reaching this ballast force.
  • the ballast force amplitude is called
  • a method according to claim 8 ensures the increased performance and economy of the track construction machine.
  • Load collective is the cumulative frequency of the ballast force amplitudes determined.
  • the bandwidth of the occurring ballast force amplitudes is first divided into ballast force amplitude sections.
  • the frequency of the occurring and in the respective ballast force amplitude section falling ballast force amplitude can be counted.
  • the load collective thus provides information about the height and frequency of the alternating stress acting on the tamping unit. The load collective is therefore particularly suitable for evaluating the dynamic stress acting on the tamping unit.
  • a method according to claim 9 ensures the increased performance and economy of the track construction machine.
  • the ballast work is transferred between the tamping unit and the track bed.
  • the ballast work correlates with the stress of the tamping unit.
  • the stress of the tamping aggregate can be determined particularly efficiently.
  • the ballast force and the position can each be determined after certain time steps. Subsequently, the change in position over this time step can be multiplied by the ballast force, in particular the mean ballast force over this time step. Alternatively, the ballast force can also be integrated via the position.
  • a method according to claim 10 ensures the increased
  • the stress acting on the tamping unit can be compared with a maximum permissible load.
  • a prognosis can be made as to how long the tamping unit can still be operated before a failure occurs, in particular before individual parts of the tamping unit fail.
  • the state of wear may also indicate the need for maintenance work, in particular replacement of the
  • Tamping unit to be closed. With knowledge of the wear condition can the track construction machine, in particular the tamping, under
  • a method according to claim 11 ensures the increased performance and economy of the track construction machine.
  • Possible process parameters are, for example, a frequency and / or an amplitude of the vibration and / or displacement component transmitted to the at least one tamping pick, an adjustment speed of the tamping unit between the return position and the engagement position, the acceleration of the tamping aggregate and the fluid pressure acting on the drive device ,
  • the at least one process parameter can be adjusted as a function of the track bed to be processed and the stress resulting from the nature of the respective track bed.
  • Stopfaggregat acting stress can be optimized.
  • a method according to claim 12 ensures the increased performance and economy of the track construction machine.
  • the at least one process parameter when a threshold value of the stress is exceeded both an overuse of the tamping aggregate and a too low processing speed of the track bed can be counteracted.
  • the at least one process parameter when a threshold value of the stress is exceeded both an overuse of the tamping aggregate and a too low processing speed of the track bed can be counteracted.
  • the at least one process parameter can be changed so that the stress increases. It is advantageously achieved by a difference between the upper and the lower threshold that the at least one
  • a method according to claim ⁇ 3 ensures the increased performance and economy of the track construction machine.
  • the stress limit value may be a static and / or dynamic, in particular experimentally determined, strength value of the tamping aggregate, in particular of individual parts of the tamping aggregate.
  • the at least one process parameter can be continuously changed based on the stress, or the change can be made in discrete steps. For example, an oscillation frequency of the at least two stuffing picks can be changed continuously between 30 Hz and 50 Hz. Alternatively, the
  • the tamping unit can be operated in the first and in the second mode, which can be switched on the basis of the load between the first mode and the second mode.
  • Stopfaggregat can be operated in more than two modes of operation. Each mode of operation differs from another mode of operation in at least one process parameter.
  • ballast force and / or the stress can also be used to optimize the tamping unit, in particular the kinematics and / or the storage and / or the materials used and / or the structural design.
  • the invention is also based on the object to provide a stuffing device for track bed compaction, which has an increased efficiency and cost-effectiveness.
  • Stopfvoriques can be further developed in particular with the features of at least one of claims 1 to 13.
  • the tamping unit slidably mounted on the unit carrier in the vertical direction.
  • the drive device may comprise a hydraulic cylinder.
  • the tamping unit preferably comprises at least two, in particular at least four tamping picks.
  • the driving force sensor system can have at least one pressure sensor and / or at least one force sensor.
  • the acceleration sensor system can have at least one
  • Speed sensor and / or at least one position sensor and / or at least one acceleration sensor are provided.
  • Position sensor can be designed as a contactless sensor.
  • the position sensor can be arranged between the tamping unit and the unit carrier, in particular on the drive device.
  • the at least one position sensor is designed as a potentiometer and / or as a Hall sensor and / or as a rope length sensor.
  • the invention is further based on the object to provide a track construction machine with a stuffing device, which has an increased efficiency and cost-effectiveness.
  • Fig. ⁇ is a schematic representation of a rail-guided
  • Fig. 2 is a schematic front view of the stuffing device in Fig. ⁇ , wherein the stuffing device a tamping unit with four
  • FIG. 3 is a schematic side view of the stuffing device in Fig. 1, wherein a driving force, an inertial force and a
  • Fig. 7 shows a course of a position of the tamping unit, the ballast power and a ballast work over time.
  • a track construction machine ⁇ has a machine frame 2, at least two axles 3 mounted on the machine frame 2, a machine drive 4 and a stuffing device 5 for track bed compaction.
  • the axles 3 are spaced apart from each other along a horizontal x-direction
  • Track-laying machine ⁇ arranged.
  • On the axles 3 rail-guided wheels 6 are rotatably mounted.
  • the machine drive 2 is designed for rotational driving of the wheels 6 of at least one of the axles 3.
  • the stuffing device 5 has an assembly carrier 7 and a tamping unit 8 mounted in the z-direction relative thereto.
  • the tamping unit 8 comprises four tamping picks 8a and a compacting drive 8b.
  • the tamping picks 8a are each mounted on a stuffing tine carrier 8c and are rotatably mounted on the latter about a carrier axis 8d.
  • the compression drive 8b By means of the compression drive 8b, the stuffing tine carriers 8c can be driven in rotation about the respective carrier axis 8d.
  • the stuffing device 5 is on the unit carrier 7 on the
  • the tamping unit 8 is displaceable relative to the unit carrier 7.
  • a linear bearing ⁇ 0 is formed between the unit carrier 7 and the tamping unit 8.
  • the linear bearing ⁇ 0 has on the unit carrier 7 mounted bearing rails ⁇ and with the
  • Stopfaggregat 8 connected bearing sleeves ⁇ 2 on.
  • the stuffing device further comprises a drive device 9.
  • Drive device 9 comprises a hydraulic cylinder ⁇ 3.
  • Hydraulic cylinder ⁇ 3 acts between the unit carrier 7 and the
  • Stopfaggregat 8 In the hydraulic cylinder ⁇ 3 a hydraulic piston ⁇ 4 is mounted linearly displaceable with a piston rod attached thereto ⁇ 5.
  • the hydraulic piston ⁇ 4 has a piston ring surface AKR facing the piston rod ⁇ 5 and a piston rod ⁇ 5 facing away from the piston rod
  • Piston surface AK on.
  • a piston pressure rk of a hydraulic fluid in the hydraulic cylinder ⁇ 3 acts on the piston surface AK.
  • a piston ring pressure PKR of the hydraulic fluid acts on the piston ring surface AKR. From the piston pressure rk acting on the piston surface AK and the piston ring pressure PKR acting on the piston ring surface AKR, a total driving force FA transmitted via the piston rod ⁇ 5 to the tamping unit 8 results.
  • the stuffing device 1 has a drive force sensor system for detecting a first measured variable rk, PKR, F A corresponding to the drive force F A.
  • the driving force sensor includes a piston pressure sensor 16 for detecting the piston pressure rk and a piston ring pressure sensor 17 for detecting the piston ring pressure PKR. FROM acting on the piston surface AK
  • Piston ring pressure PKR can be closed to the total acting on the tamping unit 8 via the piston rod 15 driving force F A.
  • Driving force F A is calculated as follows:
  • the stuffing device 1 has an acceleration sensor system for detecting a second measured variable corresponding to an acceleration a z of the stuffing unit 8, the position z and / or the speed v z .
  • the acceleration sensor system is designed in the form of a displacement transducer 18.
  • the displacement sensor 18 is on the unit carrier 7 and on the
  • the displacement transducer 18 is designed to detect the position z and the speed v z of the tamping unit 8 relative to the unit carrier 7 in the z-direction.
  • the tamping device 5 comprises an evaluation unit ⁇ 9.
  • the evaluation unit ⁇ 9 is in signal communication with the piston pressure sensor 16, the
  • the evaluation unit 19 is in signal communication with a pressure regulator 20.
  • the pressure regulator 20 is for controlling the piston pressure rk and the
  • Piston ring pressure PKR trained on one setpoint each.
  • the respective setpoint for the piston pressure rk and the piston ring pressure PKR is of the
  • Evaluation unit 19 can be specified.
  • Track construction machine 1 by means of the machine drive 4 on a track 22 along the x-direction procedure.
  • a central axis 23 of the stuffing device 5 is thereby positioned centrally above a railway sleeper 24 arranged on the track bed 21 and supporting the tracks 22.
  • Stopfaggregat 8 in a reset position 25 The bearing sleeve 12 is located at an upper end of the linear bearing 10 and the piston rod 15 largely immersed in the hydraulic piston 14 a.
  • the tamping picks 8a attached to the tamping unit 8 are disengaged from the track bed 21.
  • the piston surface AK is at the piston pressure rk, and the piston ring surface AKR is acted upon at the piston ring pressure PKR.
  • the evaluation unit 19 the force acting on the tamping unit 8 by the hydraulic piston 14 driving force FA is determined.
  • the piston pressure rk is multiplied by the piston area AK and the piston ring pressure PKR by the piston ring area AKR.
  • For the driving force FA thus applies:
  • Aggregate support 7 and the tamping unit 8 acts only the
  • the mass m of the tamping unit is determined in the reset position 25 before starting the operation of the stuffing device 5. Taking into account the in the reset position 25th
  • Stopfaggregats 8 The mass m of Stopfaggregats 8 is in a memory element of
  • Driving force FA determined.
  • the speed v z of the tamping unit 8 relative to the unit carrier 7 in the z direction is first determined as a change in the position z over time t.
  • the acceleration a z is again determined as a change in the speed v z over the time t.
  • the acceleration a z is thus calculated as follows:
  • the drive device is first of all 9 pressed.
  • the piston pressure rk is increased and the piston ring pressure PKR is lowered.
  • the driving force FA acting on the tamping unit 8 via the piston rod ⁇ 5 is increased counter to the z-direction.
  • From the driving force F A results on the tamping unit 8 acting acceleration a z , which is oriented counter to the z-direction and to a rising
  • Speed v z of Stopfaggregats 8 leads in the direction of the track bed 2 ⁇ .
  • the tamping unit 8 is displaced counter to the z-direction. Contrary to the driving force FA, the amount of inertia force F, which has the same magnitude, acts.
  • Ballast force Fs is equal to zero before the tamping pick 8a contacts the track bed 2 ⁇ .
  • Reset position 25 and the engagement position 27 takes place in the delivery phase 28.
  • the reset phase 29 connects.
  • the tamping unit 8 is moved back from the engagement position 27 via the feed position 26 in the return position 25.
  • the drive device 9 is actuated in such a way that the piston pressure rk is reduced and the piston ring pressure PKR is increased.
  • the hydraulic cylinder ⁇ 3 thus causes the driving force FA, which is now oriented in the z-direction.
  • the tamping unit 8 is due to the driving force FA in the z direction
  • the acceleration a z is oriented in the z direction and results in a speed v z increasing in the z direction and the displacement of the tamping unit 8 in the z direction.
  • the ballast force Fs acts on the Stopfaggregat 8.
  • the delivery position 26 and the return position 25 act only the
  • Compression drive 8b the tamping pickup carrier 8c substantially in the horizontal direction, whereby the stuffing tine carrier 8c and the tamping pickles 8a attached thereto rotate about the respective carrier axis 8d.
  • the movement of the tamping picks 8a about the respective carrier axis 8d essentially comprises two components of movement.
  • a vibration component causes only a small rotational amplitude of the tamping picks 8a about the respective carrier axis 8d, wherein an oscillation frequency fs is between 35 Hz and 45 Hz.
  • the vibration component acts on the tamping picks 8a during the entire tamping cycle.
  • the displacement component has a higher rotational amplitude than the vibration component and a
  • Displacement frequency of about 0.5 Hz.
  • the tamping picks 8a are thereby rotated about the respective carrier axis 8d such that the stuffing tacks 8a, which are spaced apart from one another in the x-direction, move towards one another.
  • the displacement component is oriented in such a way that the tamping picks 8a move away from each other again.
  • the loading of the tamping picks 8a with the displacement component follows in the displacement phase 30.
  • Displacement component is the compression of the track bed 2 ⁇ .
  • Ballast force Fs determined.
  • the ballast force Fs is a temporally variable, oscillating load.
  • the ballast force amplitude S Fs is determined as the difference of a maximum ballast force Fs and a minimum ballast force Fs within a vibration.
  • the cumulative frequency N Fs of the respective ballast force amplitude S Fs is determined.
  • a load collective is determined on the basis of the cumulative frequency N Fs .
  • Fig. 6 is a curve of the ballast force amplitude S Fs above the
  • a state of wear of Stopfaggregats 8 is determined. The state of wear is determined both for individual parts of the tamping unit 8, such as the tamping picks 8a, the drive device 9 and the linear bearings 10, as well as for the entire tamping unit 8.
  • Process parameters p K , PKR, fs set to operate the Stopfaggregats 8 by means of the evaluation unit 19.
  • the evaluation unit 19 is in signal communication with the compression drive 8b for controlling the oscillation frequency fs and with the pressure regulator 20 for controlling the piston pressure rk and the piston ring pressure PKR.
  • a threshold value SW of the load is exceeded, the at least one process parameter p K , PKR, fs is changed.
  • the ballast force F s is compared with the threshold SW for this purpose, wherein the at least one
  • Process parameter p K , PKR, fs is changed when exceeding an upper threshold SWi such that the ballast force Fs is reduced, wherein when falling below a lower threshold SW2 the at least one process parameter p K , PKR, fs is changed such that the ballast force F s is increased.
  • the ballast force Fs is increased by increasing the oscillation frequency fs and by reducing the pressure difference between the Piston pressure rk and the piston ring pressure PKR reduced and increased in the opposite manner.
  • the process parameters p K PKR, fs are changed by means of the evaluation unit ⁇ 9 to the effect that an optimum between a low stress of the stuffing 5 and a high processing speed of the track bed 2 ⁇ takes place.
  • ballast work Ws is determined from the ballast force Fs and a change in the position z of the tamping unit 8.
  • Ballast work W s corresponds to the work brought into the track bed 21 via the tamping picks 8a.
  • the change in the position z is recorded over a discrete time period. This change in position z is then multiplied by the ballast force Fs.
  • the ballast work Ws is determined as the sum of the products of the ballast force Fs and the changes of the positions z.
  • Ballast work Ws for a stuffing cycle over the time t applied Ballast work Ws for a stuffing cycle over the time t applied.
  • the gravel work Ws can also be considered the area under the course of
  • Ballast force Fs above the position z are understood.

Landscapes

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  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Stopfaggregats (8) einer Gleisbaumaschine (1) wird zunächst eine Gleisbaumaschine (1) mit einem Stopfaggregat (8), einer Antriebskraft-Sensorik sowie einer Beschleunigungs-Sensorik auf einem Gleisbett (21) bereitgestellt. Das Stopfaggregat (8) wird relativ zu dem Gleisbett (21) verlagert. Eine auf das Stopfaggregat (8) wirkende und zum Verlagern erforderliche Antriebskraft (FA) sowie eine auf das Stopfaggregat (8) wirkende Beschleunigung (az) werden ermittelt. Eine zwischen dem Stopfaggregat (8) und dem Gleisbett (21) wirkende Schotterkraft (Fs) wird anhand der Antriebskraft (FA) und der Beschleunigung (az) bestimmt und ausgewertet.

Description

Beschreibu ng
Verfahren zum Betreiben eines Stopfaggregats einer Gleisbaumaschine sowie
Stopfvorrichtung zur Gleisbettverdichtung und Gleisbaumaschine
Gebiet der Technik
[01] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stopfaggregats einer Gleisbaumaschine und ferner eine Stopfvorrichtung zur Gleisbettverdichtung sowie eine Gleisbaumaschine.
Stand der Technik
[02] Schienengeführte Gleisbaumaschinen werden zum Instandhalten eines
Gleisbetts verwendet. Derartige Gleisbaumaschinen weisen zur
Gleisbettverdichtung eine Stopfvorrichtung mit einem verlagerbaren
Stopfaggregat auf. Das Stopfaggregat wird im Betrieb wiederholt zwischen einer Rückstellposition, in der das Stopfaggregat außer Eingriff mit dem Gleisbett steht und einer Eingriffsposition, in der das Stopfaggregat in Eingriff mit dem Gleisbett steht, verlagert. Hierbei wirken hohe statische und dynamische Belastungen auf das Stopfaggregat ein. Zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit stark beanspruchter Teile des Stopfaggregats werden regelmäßig zeit- und kostenintensive Kontroll- und Wartungsarbeiten durchgeführt.
Zusammenfassung der Erfindung
[03] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Stopfaggregats einer Gleisbaumaschine zu schaffen, das die Leistungsfähigkeit und die Wirtschaftlichkeit des Stopfaggregats erhöht.
[04] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die zwischen dem
Stopfaggregat und dem Gleisbett, insbesondere entlang einer
Verlagerungsrichtung des Stopfaggregats, wirkende Schotterkraft für die Beanspruchung des Stopfaggregats wesentlich ist und dass diese anhand der Antriebskraft und der Beschleunigung exakt bestimmt werden kann. Durch das Bestimmen und Auswerten der Schotterkraft kann das Stopfaggregat effizient und wirtschaftlich betrieben werden. Beispielsweise können stark beanspruchte Teile identifiziert und beanspruchungsgerecht ausgelegt und gewartet werden. Die Bearbeitung des Gleisbetts kann zudem unter
Gewährleistung eines hohen Verhältnisses zwischen einer
Bearbeitungsgeschwindigkeit und eines Energieverbrauchs und unter
Berücksichtigung der für den Verschleiß wesentlichen Schotterkräfte derart erfolgen, dass die zu erwartender Stillstandszeiten durch Wartungsarbeiten reduziert sind. Durch das Bestimmen und Auswerten der Schotterkraft können somit die Leistungsfähigkeit und die Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine gesteigert werden.
[05] Das Verlagern des Stopfaggregats relativ zu dem Gleisbett erfolgt zumindest, insbesondere ausschließlich, in vertikaler Richtung. Das Verlagern des
Stopfaggregats erfolgt vorzugsweise zwischen der Rückstellposition und der Eingriffsposition. In der Rückstellposition ist das Stopfaggregat angehoben und steht außer Eingriff mit dem Gleisbett. Insbesondere kann das
Stopfaggregat in der Rückstellposition in vertikaler Richtung derart
angeordnet sein, dass es vollständig oberhalb von Bahnschwellen und/oder von Gleisen positioniert ist. Vorzugsweise weist das Stopfaggregat mindestens zwei, insbesondere mindestens vier Stopfpickel auf. In der Eingriffsposition taucht das Stopfaggregat, insbesondere die mindestens zwei Stopfpickel, in das Gleisbett ein. In einer zwischen der Rückstellposition und der
Eingriffsposition angeordneten Zustellposition tritt das Stopfaggregat mit dem Gleisbett in Kontakt. Die Gleisbettverdichtung kann währende des Verlagerns von der Zustellposition bis zu der Eingriffsposition erfolgen.
[06] Zum Bestimmen der Schotterkraft wird die auf das Stopfaggregat wirkende und zum Verlagern erforderliche Antriebskraft bestimmt. Unter der
Antriebskraft wird diejenige Kraft verstanden, die zum Verlagern des Stopf aggregats zwischen der Rückstellposition und der Eingriffsposition,
insbesondere in vertikaler Richtung, erforderlich ist. Die Antriebskraft kann beispielsweise mittels eines Kraftsensors erfasst werden. Die Antriebskraft kann an dem Stopfaggregat und/oder an dem Aggregatträger und/oder an einer zwischen dem Stopfaggregat und dem Aggregatträger wirkenden
Antriebseinrichtung erfasst werden.
[07] Zum Ermitteln der auf das Stopfaggregat wirkenden Beschleunigung kann ein Beschleunigungssensors verwendet werden. Die Beschleunigung kann an dem Stopfaggregat und/oder an der Antriebseinrichtung erfasst werden.
[08] Die Schotterkraft wird anhand der Antriebskraft und der Beschleunigung
bestimmt. Unter der Schotterkraft wird diejenige Kraft verstanden, die zwischen dem Gleisbett und dem Stopfaggregat, insbesondere den
mindestens zwei Stopfpickeln, wirkt und entlang der Verlagerung zwischen der Rückstellposition und der Eingriffsposition, insbesondere in vertikaler Richtung, orientiert ist. Durch Berücksichtigung sowohl der Antriebskraft als auch der Beschleunigung des Stopfaggregats kann die Schotterkraft trotz der rauen Einsatzbedingungen zuverlässig und genau bestimmt werden.
[09] Ein Verfahren nach Anspruch 2 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Die Position des Stopfaggregats, insbesondere in vertikaler Richtung, kann besonders zuverlässig und robust erfasst werden. Zum Verlagern des Stopfaggregats verwendete
Positionssensoren können verwendet werden, womit die Integration zusätzlicher Sensoren entfällt. Das Erfassen der Beschleunigung ist somit besonders wirtschaftlich. Die Position kann an der Antriebseinrichtung erfasst werden. Die Position kann auch an einer Lagereinrichtung erfasst werden, mittels derer das Stopfaggregat relativ zu dem Aggregatträger gelagert ist.
Die Position kann mittels eines Positonssensors, insbesondere eines
Weggebers oder eines Drehgebers, in Form eines Potentiometers oder eines Hall-Sensors oder eines Seillängengebers erfasst werden. Zum Erfassen der zeitlichen Änderung der Position kann der zeitliche Verlauf der Position mittels einer Auswerteeinheit nach der Zeit differenziert oder die Änderung der Position über einen diskreten Zeitschritt bestimmt werden. Aus der zeitlichen Änderung der Position, also der Geschwindigkeit, wird die Beschleunigung als zeitliche Änderung der Geschwindigkeit bestimmt. Vorzugsweise werden die Position und damit die Beschleunigung relativ zu dem Aggregatträger erfasst. Unter Berücksichtigung der Erdbeschleunigung kann die absolute
Beschleunigung des Stopfaggregats bestimmt werden. [10] Ein Verfahren nach Anspruch 3 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Unter Berücksichtigung der von der Masse abhängigen Trägheitskraft kann die Schotterkraft besonders genau bestimmt werden. Die Masse des Stopfaggregats kann vor dem Einbau in die Gleisbaumaschine oder an der Gleisbaumaschine verbaut gewogen werden. Alternativ kann die Masse des Stopfaggregats in der Rückstellposition durch Erfassen der Antriebskraft bestimmt werden. Im unbeschleunigten Zustand kann die Gewichtskraft und damit die Masse des Stopfaggregats anhand der Antriebskraft bestimmt werden.
[11] Ein Verfahren nach Anspruch 4 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Die fluidisch betätigte
Antriebseinrichtung ist im Betrieb robust und gewährleistet die Bereitstellung der für die Bearbeitung des Gleisbetts notwendigen Leistung. Das Ermitteln der Antriebskraft durch Erfassen mindestens eines auf die Antriebseinrichtung wirkenden Fluiddrucks kann besonders robust erfolgen. Durch Verwendung von für die Druckregelung notwendigen Drucksensoren kann das
Stopfaggregat durch Vermeidung von Redundanzen besonders wirtschaftlich hergestellt werden. Die Antriebseinrichtung weist vorzugsweise mindestens einen Hydraulikzylinder und/oder mindestens einen Pneumatikzylinder auf.
Ein innerhalb des jeweiligen Zylinders geführter Kolben ist mit einer
Kolbenstange verbunden und weist eine der Kolbenstange zugewandte Kolbenringfläche und eine der Kolbenringfläche gegenüberliegende
Kolbenfläche auf. Vorzugsweise erfolgt das Erfassen des Fluiddrucks durch Erfassen eines auf die Kolbenfläche wirkenden Kolbendrucks und/oder eines auf die Kolbenringfläche wirkenden Kolbenringdrucks.
[12] Ein Verfahren nach Anspruch 5 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Beim Betrieb der
Gleisbaumaschine wird das Stopfaggregat, insbesondere die mindestens zwei Stopfpickel, die Antriebseinrichtung und die Lagereinrichtung, stark mechanisch beansprucht. Die Schotterkraft ist für die Beanspruchung des Stopfaggregats wesentlich. Durch das Auswerten der Beanspruchung anhand der Schotterkraft kann die Gleisbaumaschine robust ausgelegt und effizient und wirtschaftlich betrieben werden. [13] Ein Verfahren nach Anspruch 6 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Beim Verlagern des
Stopfaggregats zwischen der Rückstellposition und der Eingriffsposition variiert die auf das Stopfaggregat wirkende Schotterkraft erheblich. Durch das Bestimmen der Beanspruchung anhand des zeitlichen Verlaufs der
Schotterkraft können Änderungen der Schotterkraft berücksichtigt werden. Vorzugsweise wird die Beanspruchung des Stopfaggregats über mindestens einen Stopfzyklus bestimmt. Ein Stopfzyklus umfasst das Verlagern des Stopfaggregats aus der Rückstellposition in die Eingriffsposition und zurück von der Eingriffsposition in die Rückstellposition. Die Beanspruchung des Stopfaggregats kann auch über die gesamte Betriebsdauer des
Stopfaggregats bestimmt werden. Vorzugsweise wird die Beanspruchung des Stopfaggregats, insbesondere der mindestens zwei Stopfpickel, mindestens über die Dauer eines Stopfzyklus, insbesondere über mehrere Stopfzyklen, und insbesondere über die gesamte Betriebsdauer, bestimmt. Neben der statischen Beanspruchung gewährleistet der zeitliche Verlauf der Schotterkraft auch Rückschlüsse auf die dynamische Beanspruchung des Stopfaggregats. Mit Kenntnis der dynamischen Beanspruchung können Wartungszyklen optimiert und der Wartungsaufwand reduziert werden.
[14] Ein Verfahren nach Anspruch 7 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Abhängig von dem zu bearbeitenden Gleisbett variiert die Schotterkraft innerhalb und zwischen verschiedenen Stopfzyklen. Es wurde erkannt, dass für die Beanspruchung des Stopfaggregats die Schotterkraft-Amplituden, also die Amplituden der wechselnden Schotterkraft, von wesentlicher Bedeutung sind. Zum Bestimmen der Schotterkraft-Amplituden kann der zeitliche Verlauf der Schotterkraft zwischen einem ersten und einem zweiten Messpunkt erfasst werden, wobei die Schotterkraft zu dem ersten und zu dem zweiten Messpunkt gleich groß ist und wobei der zweite Messpunkt durch das erstmalige Wiedererreichen dieser Schotterkraft bestimmt ist. Die Schotterkraft-Amplitude wird als
Differenz zwischen dem maximalen Schotterkraftwert und dem minimalen Schotterkraftwert zwischen dem ersten und dem zweiten Messpunkt bestimmt. [15] Ein Verfahren nach Anspruch 8 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Zum Bestimmen des
Lastkollektivs wird die Summenhäufigkeit der Schotterkraft-Amplituden ermittelt. Vorzugsweise wird die Bandbreite der auftretenden Schotterkraft- Amplituden zunächst in Schotterkraft-Amplituden-Abschnitte unterteilt. Zum Bestimmen des Lastkollektivs kann die Häufigkeit der auftretenden und in den jeweiligen Schotterkraft-Amplituden-Abschnitt fallenden Schotterkraft- Amplitude gezählt werden. Das Lastkollektiv gibt damit Aufschluss über die Höhe und Häufigkeit der auf das Stopfaggregat wirkenden wechselnden Beanspruchung. Das Lastkollektiv ist somit besonders zur Auswertung der auf das Stopfaggregat wirkenden dynamischen Beanspruchung geeignet.
[16] Ein Verfahren nach Anspruch 9 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Beim Eindringen der mindestens zwei Stopfpickel in das Gleisbett wird zwischen dem Stopfaggregat und dem Gleisbett die Schotterarbeit übertragen. Die Schotterarbeit korreliert mit der Beanspruchung des Stopfaggregats. Mittels der Schotterarbeit kann die Beanspruchung des Stopfaggregats besonders effizient bestimmt werden. Zum Bestimmen der Schotterarbeit können die Schotterkraft und die Position jeweils nach bestimmten Zeitschritten bestimmt werden. Anschließend kann die Änderung der Position über diesen Zeitschritt mit der Schotterkraft, insbesondere der über diesen Zeitschritt mittleren Schotterkraft, multipliziert werden. Alternativ kann die Schotterkraft auch über die Position integriert werden.
[17] Ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gewährleistet die erhöhte
Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Zum
Bestimmen des Verschleißzustands kann die auf das Stopfaggregat wirkende Beanspruchung mit einer maximal zulässigen Beanspruchung verglichen werden. Anhand des Verschleißzustands kann eine Prognose aufgestellt werden, wie lange das Stopfaggregat noch betrieben werden kann, bevor ein Versagen eintritt, insbesondere bevor einzelne Teile des Stopfaggregats versagen. Anhand des Verschleißzustands kann auch auf die Notwendigkeit von Instandhaltungsarbeiten, insbesondere von einem Austausch des
Stopfaggregats, geschlossen werden. Mit Kenntnis des Verschleißzustands kann die Gleisbaumaschine, insbesondere das Stopfaggregat, unter
Ausschöpfung der tatsächlichen Lebensdauer länger betrieben werden, wodurch Stillstandszeiten reduziert und in Instandhaltungskosten verringert werden.
[18] Ein Verfahren nach Anspruch 11 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Das Einstellen mindestens eines Prozessparameters zur Steuerung des Stopfaggregats anhand der
Beanspruchung gewährleistet eine Einflussnahme auf die Beanspruchung des Stopfaggregats. Als Prozessparameter kommen beispielsweise infrage, eine Frequenz und/oder eine Amplitude der auf den mindestens einen Stopfpickel übertragenen Schwingungs- und/oder der Verlagerungskomponente, eine Stellgeschwindigkeit des Stopfaggregats zwischen der Rückstellposition und der Eingriffsposition, die Beschleunigung des Stopfaggregats und der auf die Antriebseinrichtung wirkende Fluiddruck. Vorteilhaft wird hierdurch erreicht, dass der mindestens eine Prozessparameter in Abhängigkeit von dem zu bearbeitenden Gleisbett und der aus der Beschaffenheit des jeweiligen Gleisbetts resultierenden Beanspruchung eingestellt werden kann. Abhängig von dem Gleisbett können somit der Energieverbrauch und die
Bearbeitungsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der auf das
Stopfaggregat wirkende Beanspruchung optimiert werden.
[19] Ein Verfahren nach Anspruch 12 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Durch Änderung mindestens eines Prozessparameters beim Überschreiten eines Schwellenwerts der Beanspruchung kann sowohl einer Überbeanspruchung des Stopfaggregats als auch einer zu geringen Bearbeitungsgeschwindigkeit des Gleisbetts entgegengesteuert werden. Vorzugsweise wird der mindestens eine
Prozessparameter bei Überschreiten eines oberen Schwellenwerts derart reduziert, dass die Beanspruchung des Stopfaggregats abnimmt. Bei
Unterschreiten eines unteren Schwellenwerts kann der mindestens eine Prozessparameter dahingehend geändert werden, dass die Beanspruchung zunimmt. Vorteilhaft wird durch einen Differenzbetrag zwischen dem oberen und dem unteren Schwellenwert erreicht, dass der mindestens eine
Prozessparameter nicht einem ständigen Wechsel unterliegt. [20] Ein Verfahren nach Anspruch Ί3 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Durch das Einstellen des mindestens einen Prozessparameters dahingehend, dass ein Beanspruchungs- Grenzwert nicht überschritten wird, kann ein Versagen des Stopfaggregats, insbesondere der mindestens zwei Stopfpickel, zuverlässig verhindert werden. Der Beanspruchungs-Grenzwert kann ein statischer und/oder dynamischer, insbesondere experimentell ermittelter, Festigkeitswert des Stopfaggregats, insbesondere einzelner Teile des Stopfaggregats, sein. Der mindestens eine Prozessparameter kann anhand der Beanspruchung kontinuierlich geändert werden oder die Änderung kann in diskreten Schritten erfolgen. Beispielsweise kann eine Schwingfrequenz der mindestens zwei Stopfpickel kontinuierlich zwischen 30 Hz und 50 Hz verändert werden. Alternativ beträgt die
Schwingfrequenz in einem ersten Modus 35 Hz und in einem zweiten Modus 45 Hz. Das Stopfaggregat kann in dem ersten und in dem zweiten Modus betrieben werden, wobei anhand der Beanspruchung zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus umgeschaltet werden kann. Das
Stopfaggregat kann in mehr als zwei Betriebsmodi betreibbar sein. Jeder Betriebsmodus unterscheidet sich von einem anderen Betriebsmodus in mindestens einem Prozessparameter.
[21] Anhand der Schotterkraft und/oder der Beanspruchung können
unterschiedliche Typen von Stopfaggregaten untereinander verglichen und bewertet werden. Die Schotterkraft und/oder die Beanspruchung können auch zur Optimierung des Stopfaggregats, insbesondere der Kinematik und/oder der Lagerung und/oder der verwendeten Materialien und/oder der konstruktiven Ausgestaltung, verwendet werden.
[22] Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Stopfvorrichtung zur Gleisbettverdichtung zu schaffen, die eine erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit aufweist.
[23] Diese Aufgabe wird durch eine Stopfvorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 14 gelöst. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Stopfvorrichtung entsprechen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die
Stopfvorrichtung kann insbesondere mit den Merkmalen mindestens einer der Ansprüche 1 bis 13 weitergebildet werden. Vorzugsweise ist das Stopfaggregat an dem Aggregatträger in vertikaler Richtung verschiebbar gelagert. Die Antriebseinrichtung kann einen Hydraulikzylinder aufweisen. Zum Eingriff in das Gleisbett umfasst das Stopfaggregat vorzugsweise mindestens zwei, insbesondere mindestens vier Stopfpickel. Die Antriebskraft-Sensorik kann mindestens einen Drucksensor und/oder mindestens einen Kraftsensor aufweisen. Die Beschleunigungs-Sensorik kann mindestens einen
Geschwindigkeits-Sensor und/oder mindestens einen Positions-Sensor und/oder mindestens einen Beschleunigungs-Sensor aufweisen. Der
Positions-Sensor kann als berührungsloser Sensor ausgebildet sein. Der Positions-Sensor kann zwischen dem Stopfaggregat und dem Aggregatträger, insbesondere an der Antriebseinrichtung angeordnet sein. Vorzugsweise ist der mindestens eine Positions-Sensor als Potentiometer und/oder als Hall- Sensor und/oder als Seillängengeber ausgebildet.
[24] Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Gleisbaumaschine mit einer Stopfvorrichtung zu schaffen, die eine erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit aufweist.
[25] Diese Aufgabe wird durch eine Gleisbaumaschine mit den Merkmalen des Anspruchs Ί5 gelöst. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Gleisbaumaschine entsprechen den Vorteilen der erfindungsgemäßen Stopfvorrichtung. Die Gleisbaumaschine kann insbesondere mit den Merkmalen mindestens einer der Ansprüche Ί bis Ί4 weitergebildet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[26] Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
Fig. Ί eine schematische Darstellung einer schienengeführten
Gleisbaumaschine mit einer Stopfvorrichtung zur
Gleisbettverdichtung,
Fig. 2 eine schematische Vorderansicht der Stopfvorrichtung in Fig. Ί, wobei die Stopfvorrichtung ein Stopfaggregat mit vier
Stopfpickeln aufweist und wobei die Stopfpickel in Eingriff mit einem Gleisbett stehen, Fig. 3 eine schematische Seitenansicht der Stopfvorrichtung in Fig. 1, wobei eine Antriebskraft, eine Trägheitskraft und eine
Schotterkraft auf das Stopfaggregat wirken,
Fig. 4 Verläufe der Antriebskraft, der Trägheitskraft und der
Schotterkraft über der Zeit und für einen einzelnen Stopfzyklus, Fig. 5 Verlauf der Schotterkraft über der Zeit für sechs Stopfzyklen,
Fig. 6 Verlauf erfasster Lastamplituden der Schotterkraft über einer
Lastspielzahl und
Fig. 7 Verläufe einer Position des Stopfaggregats, der Schotterkraft und einer Schotterarbeit über der Zeit.
Beschreibung der Ausführungsformen
[27] Eine Gleisbaumaschine Ί weist einen Maschinenrahmen 2, mindestens zwei an den Maschinenrahmen 2 gelagerte Achsen 3, einen Maschinenantrieb 4 und eine Stopfvorrichtung 5 zur Gleisbettverdichtung auf. Die Achsen 3 sind entlang einer horizontalen x-Richtung zueinander beanstandet an der
Gleisbaumaschine Ί angeordnet. Die x-Richtung bildet zusammen mit einer vertikalen z-Richtung und einer horizontalen y-Richtung ein maschinenfestes Koordinatensystem. An den Achsen 3 sind schienenführbare Räder 6 drehbar gelagert. Der Maschinenantrieb 2 ist zum Drehantreiben der Räder 6 mindestens einer der Achsen 3 ausgebildet.
[28] Die Stopfvorrichtung 5 weist einen Aggregatträger 7 und ein in z-Richtung relativ zu diesem gelagertes Stopfaggregat 8 auf. Das Stopfaggregat 8 umfasst vier Stopfpickel 8a und einen Verdichtungsantrieb 8b. Die Stopfpickel 8a sind jeweils an einem Stopfpickelträger 8c angebracht und über diesen um eine Trägerachse 8d drehbar gelagert. Mittels des Verdichtungsantriebs 8b sind die Stopfpickelträger 8c um die jeweilige Trägerachse 8d drehantreibbar.
[29] Die Stopfvorrichtung 5 ist über den Aggregatträger 7 an dem
Maschinenrahmen 2 angebracht. Das Stopfaggregat 8 ist relativ zu dem Aggregatträger 7 verlagerbar. Hierzu ist zwischen dem Aggregatträger 7 und dem Stopfaggregat 8 ein Linearlager Ί0 ausgebildet. Das Linearlager Ί0 weist an dem Aggregatträger 7 angebrachte Lagerschienen ΊΊ und mit dem
Stopfaggregat 8 verbundene Lagerhülsen Ί2 auf. [30] Die Stopfvorrichtung weist ferner eine Antriebseinrichtung 9 auf. Die
Antriebseinrichtung 9 umfasst einen Hydraulikzylinder Ί3. Der
Hydraulikzylinder Ί3 wirkt zwischen dem Aggregatträger 7 und dem
Stopfaggregat 8. In dem Hydraulikzylinder Ί3 ist ein Hydraulikkolben Ί4 mit einer mit einer daran angebrachten Kolbenstange Ί5 linear verschiebbar gelagert. Der Hydraulikkolben Ί4 weist eine der Kolbenstange Ί5 zugewandte Kolbenringfläche AKR sowie eine der Kolbenstange Ί5 abgewandte
Kolbenfläche AK auf. Ein Kolbendruck rk einer in dem Hydraulikzylinder Ί3 befindlichen Hydraulikflüssigkeit wirkt dabei auf die Kolbenfläche AK. Ein Kolbenringdruck PKR der Hydraulikflüssigkeit wirkt auf die Kolbenringfläche AKR. AUS dem auf die Kolbenfläche AK wirkenden Kolbendruck rk und dem auf die Kolbenringfläche AKR wirkenden Kolbenringdruck PKR resultiert eine insgesamt über die Kolbenstange Ί5 auf das Stopfaggregat 8 übertragene Antriebskraft FA.
[31] Die Stopfvorrichtung 1 weist eine Antriebskraft-Sensorik zum Erfassen einer zu der Antriebskraft FA korrespondierenden ersten Messgröße rk, PKR, FA auf. Die Antriebskraft-Sensorik umfasst einen Kolbendruck-Sensor 16 zum Erfassen des Kolbendrucks rk und einen Kolbenringdruck-Sensor 17 zum erfassen des Kolbenringdrucks PKR. AUS dem auf die Kolbenfläche AK wirkenden
Kolbendruck rk und aus dem auf die Kolbenringfläche AKR wirkenden
Kolbenringdruck PKR kann auf die insgesamt über die Kolbenstange 15 auf das Stopfaggregat 8 wirkende Antriebskraft FA geschlossen werden. Die
Antriebskraft FA berechnet sich wie folgt:
FA — PKR ' ΆKR — Rk ' Άk P)
[32] Die Stopfvorrichtung 1 weist eine Beschleunigungs-Sensorik zum Erfassen einer zu einer Beschleunigung az des Stopfaggregats 8 korrespondierenden zweiten Messgröße auf, der Position z und/oder der Geschwindigkeit vz. Die Beschleunigung-Sensorik ist in Form eines Wegaufnehmers 18 ausgebildet.
Der Wegaufnehmer 18 ist an dem Aggregatträger 7 und an dem
Stopfaggregat 8 angebracht. Der Wegaufnehmer 18 ist zum Erfassen der Position z und der Geschwindigkeit vz des Stopfaggregats 8 relativ zu dem Aggregatträger 7 in z-Richtung ausgebildet. [33] Zum Bestimmen der auf das Stopfaggregat 8 wirkenden Schotterkraft Fs umfasst die Stopfvorrichtung 5 eine Auswerteeinheit Ί9. Die Auswerteeinheit Ί9 steht in Signalverbindung mit dem Kolbendruck-Sensor 16, dem
Kolbenringdruck-Sensor 17 sowie dem Wegaufnehmer 18. Zudem steht die Auswerteeinheit 19 in Signalverbindung mit einem Druckregler 20. Der Druckregler 20 ist zur Regelung des Kolbendrucks rk und des
Kolbenringdrucks PKR auf je einen Sollwert ausgebildet. Der jeweilige Sollwert für den Kolbendruck rk und den Kolbenringdruck PKR ist von der
Auswerteeinheit 19 vorgebbar.
[34] Nachfolgend sind der Betrieb der Gleisbaumaschine 1 und der Betrieb des Stopfaggregats 8 beschrieben:
[35] Zum Anlegen und/oder Instandhalten eines Gleisbetts 21 wird die
Gleisbaumaschine 1 mittels des Maschinenantriebs 4 auf einem Gleis 22 entlang der x-Richtung verfahren. Eine Mittelachse 23 der Stopfvorrichtung 5 wird dabei mittig über einer auf dem Gleisbett 21 angeordneten und die Gleise 22 tragenden Bahnschwelle 24 positioniert.
[36] Zur Beginn des Prozesses zur Gleisbettverdichtung befindet sich das
Stopfaggregat 8 in einer Rückstellposition 25. Die Lagerhülse 12 befindet sich an einem oberen Ende des Linearlagers 10 und die Kolbenstange 15 taucht weitgehend in den Hydraulikkolben 14 ein. Die an dem Stopfaggregat 8 angebrachten Stopfpickel 8a stehen außer Eingriff mit dem Gleisbett 21. Die Kolbenfläche AK ist mit dem Kolbendruck rk und die Kolbenringfläche AKR ist mit dem Kolbenringdruck PKR beaufschlagt. Mittels der Auswerteeinheit 19 wird die von dem Hydraulikkolben 14 auf das Stopfaggregat 8 wirkende Antriebskraft FA bestimmt. Hierzu werden der Kolbendruck rk mit der Kolbenfläche AK und der Kolbenringdruck PKR mit der Kolbenringfläche AKR multipliziert. Für die Antriebskraft FA gilt somit:
Figure imgf000014_0001
[37] In der Rückstellposition 25 ruht das Stopfaggregat 8 relativ zu dem
Aggregatträger 7 und auf das Stopfaggregat 8 wirkt lediglich die
Erdbeschleunigung g. Für die Beschleunigung az des Stopfaggregats 8 relativ zu dem Aggregatträger 7 gilt az=0 und für die Schotterkraft Fs gilt Fs=0. Für das Kräftegleichgewicht entlang der z-Richtung an dem Stopfaggregat 8 gilt:
Figure imgf000015_0001
[38] Mittels der Auswerteeinheit Ί9 wird in der Rückstellposition 25 vor Aufnahme des Betriebs der Stopfvorrichtung 5 die Masse m des Stopfaggregats bestimmt. Unter Berücksichtigung der in der Rückstellposition 25
herrschenden Randbedingungen gilt für die Masse m:
Figure imgf000015_0002
[39] Die Masse m des Stopfaggregats 8 wird in einem Speicherelement der
Auswerteeinheit Ί9 gespeichert.
[40] Die Verdichtung des Gleisbetts 2Ί ist in einzelne Stopfzyklen unterteilt. Entlang der z-Richtung wird das Stopfaggregat 8 während des Stopfzyklus aus der Rückstellposition 25 in eine Zustellposition 26 und eine Eingriffsposition 27 verlagert. In der Zustellposition 26 kontaktieren die Stopfpickel 8a das
Gleisbett 21, dringen jedoch nicht in dieses ein. In der Eingriffsposition 27 dringen die Stopfpickel 8a in das Gleisbett 21 ein. Der Stopfzyklus ist beendet, wenn das Stopfaggregat 8 aus der Eingriffsposition 27 über die Zustellposition 26 wieder in die Rückstellposition 25 zurückverlagert ist. Die Schotterkraft Fs wird mittels der Auswerteeinheit 19 aus der Trägheitskraft F und der
Antriebskraft FA bestimmt. Zum Bestimmen der Trägheitskraft F wird zunächst die Geschwindigkeit vz des Stopfaggregats 8 relativ zu dem Aggregatträger 7 in z-Richtung als Veränderung der Position z über die Zeit t bestimmt. Die Beschleunigung az wird wiederum als Veränderung der Geschwindigkeit vz über die Zeit t bestimmt. Die Beschleunigung az wird damit wie folgt berechnet:
Figure imgf000015_0003
[41] Mit Beginn des Stopfzyklus beginnt das Auswerten der von der Zeit t
abhängigen Schotterkraft Fs(t). Anhand der Antriebskraft FA(t) und der
Beschleunigung az(t) sowie mit Kenntnis der Masse m und der
Erdbeschleunigung g wird die Schotterkraft Fs(t) wie folgt bestimmt:
Fs (t) = -FT (t) FA (t) = mk (t)+ g]~ FA (t) (6)
[42] Zum Verlagern des Stopfaggregats 8 aus der Rückstellposition 25 entgegen der z-Richtung in die Zustellposition 26 wird zunächst die Antriebseinrichtung 9 betätigt. Dabei wird der Kolbendruck rk erhöht und der Kolbenringdruck PKR gesenkt. Die über die Kolbenstange Ί5 auf das Stopfaggregat 8 wirkende Antriebskraft FA wird entgegen der z-Richtung erhöht. Aus der Antriebskraft FA resultiert die auf das Stopfaggregat 8 wirkende Beschleunigung az, welche entgegen der z-Richtung orientiert ist und zu einer ansteigenden
Geschwindigkeit vz des Stopfaggregats 8 in Richtung des Gleisbetts 2Ί führt. Das Stopfaggregat 8 wird entgegen der z-Richtung verlagert. Entgegen der Antriebskraft FA wirkt die im Betrag ebenso große Trägheitskraft F . Die
Schotterkraft Fs ist vor dem Kontakt der Stopfpickel 8a mit dem Gleisbett 2Ί gleich Null.
[43] In der Zustellposition 26 gelangen die Stopfpickel 8a in Eingriff mit dem
Gleisbett 2Ί. Zwischen der Zustellposition 26 und der Eingriffsposition 27 wirken über die vier Stopfpickel 8a zusätzlich die partiellen Schotterkräfte Fsi, FS2, FS3 und FS4 in z-Richtung auf das Stopfaggregat 8. Die partiellen
Schotterkräfte FSi, FS2, FS3 und FS4 addieren sich zur Schotterkraft Fs. Über die Verlagerung zwischen der Zustellposition und der Eingriffsposition 27 ist die Schotterkraft Fs ungleich Null.
[44] Die Verläufe der Antriebskraft FA, der Trägheitskraft F und der Schotterkraft Fs sind in Fig. 4 über der Zeit t für die Dauer eines Stopfzyklus im Detail dargestellt. Die Verlagerung des Stopfaggregats 8 zwischen der
Rückstellposition 25 und der Eingriffsposition 27 erfolgt in der Zustellphase 28. Zeitlich beabstandet zu der Zustellphase 28 schließt sich die Rückstellphase 29 an.
[45] In der Rückstellphase 29 wird das Stopfaggregat 8 aus der Eingriffsposition 27 über die Zustellposition 26 in die Rückstellposition 25 zurückverlagert. Hierzu wird die Antriebseinrichtung 9 derart betätigt, dass der Kolbendruck rk reduziert und der Kolbenringdruck PKR erhöht wird. Der Hydraulikzylinder Ί3 bewirkt damit die Antriebskraft FA, welche nun in z-Richtung orientiert ist. Das Stopfaggregat 8 wird aufgrund der Antriebskraft FA in z-Richtung
beschleunigt. Die Beschleunigung az ist in z-Richtung orientiert und resultiert in einer in z-Richtung zunehmenden Geschwindigkeit vz und der Verlagerung des Stopfaggregats 8 in z-Richtung. Zwischen der Eingriffsposition 27 und der Zustellposition 26 wirkt die Schotterkraft Fs auf das Stopfaggregat 8. Zwischen der Zustellposition 26 und der Rückstellposition 25 wirken lediglich die
Antriebskraft FA sowie die betragsmäßig ebenso große und entgegengesetzt orientierte Trägheitskraft FT auf das Stopfaggregat 8, wobei die Schotterkraft Fs gleich Null ist.
[46] Während des Stopfzyklus werden die Stopfpickel 8a durch Betätigung des Verdichtungsantriebs 8b in Schwingung versetzt. Hierzu treibt der
Verdichtungsantrieb 8b den Stopfpickelträger 8c im Wesentlichen in horizontaler Richtung an, wodurch die Stopfpickelträger 8c und die daran angebrachten Stopfpickel 8a um die jeweilige Trägerachse 8d drehen. Die Bewegung der Stopfpickel 8a um die jeweilige Trägerachse 8d umfasst im Wesentlichen zwei Bewegungskomponenten. Eine Schwingungskomponente verursacht eine nur geringe Drehamplitude der Stopfpickel 8a um die jeweilige Trägerachse 8d, wobei eine Schwingungsfrequenz fs zwischen 35 Hz und 45 Hz beträgt. Die Schwingungskomponente wirkt während des gesamten Stopfzyklus auf die Stopfpickel 8a. Zusätzlich zu der
Schwingungskomponente werden die Stopfpickel 8a mit einer
Verlagerungskomponente beaufschlagt. Die Verlagerungskomponente weist eine höhere Drehamplitude als die Schwingungskomponente und eine
Verlagerungsfrequenz von etwa 0,5 Hz auf. In der Eingriffsposition 27 werden die Stopfpickel 8a dabei derart um die jeweilige Trägerachse 8d gedreht, dass sich die in x-Richtung zueinander beabstandeten Stopfpickel 8a aufeinander zu bewegen. In der Rückstellposition 25 ist die Verlagerungskomponente derart orientiert, dass sich die Stopfpickel 8a wieder voneinander entfernen. Die Beaufschlagung der Stopfpickel 8a mit der Verlagerungskomponente folgt in der Verlagerungsphase 30. Durch die überlagerte Beaufschlagung der Stopfpickel 8a mit der Schwingungskomponente und der
Verlagerungskomponente erfolgt die Verdichtung des Gleisbetts 2Ί.
[47] Der Stopfzyklus ist beendet, sobald sich das Stopfaggregat 8 wieder in der Rückstellposition 25 befindet. Zur weiteren Verdichtung des Gleisbetts 2Ί wird die Gleisbaumaschine Ί in der x-Richtung verlagert bis die Mittelachse 23 mittig über der in x-Richtung nächsten Bahnschwelle 24 angeordnet ist. In dieser wird der Stopfzyklus wiederholt. Der Verlauf der Schotterkraft Fs über der Zeit t ist für sechs aufeinanderfolgende Stopfzyklen in Fig. 5 dargestellt. [48] Mittels der Auswerteeinheit Ί9 wird die Beanspruchung der Stopfvorrichtung 5 anhand des zeitlichen Verlaufs der Schotterkraft Fs bestimmt. Die
Beanspruchung wird anhand von Schotterkraft-Amplituden SFs der
Schotterkraft Fs bestimmt. Die Schotterkraft Fs ist eine zeitlich variable, schwingende Last. Die Schotterkraft-Amplitude SFs wird als Differenz einer maximalen Schotterkraft Fs und einer minimalen Schotterkraft Fs innerhalb einer Schwingung bestimmt. Zusätzlich zu den Schotterkraft-Amplituden SFs wird die Summenhäufigkeit NFs der jeweiligen Schotterkraft-Amplitude SFs ermittelt. Zum Bestimmen der Beanspruchung wird ein Lastkollektiv anhand der Summenhäufigkeit NFs bestimmt.
[49] In Fig. 6 ist ein Verlauf der Schotterkraft-Amplitude SFs über der
Summenhäufigkeit NFs dargestellt. Durch Abgleich des Verlaufs der
Schotterkraft-Amplitude SFs über der Summenhäufigkeit NFs mit einer maximal zulässigen Summenhäufigkeit NFs von Schotterkraft-Amplitude SFs wird ein Verschleißzustand des Stopfaggregats 8 bestimmt. Der Verschleißzustand wird sowohl für einzelne Teile des Stopfaggregats 8, wie die Stopfpickel 8a, die Antriebseinrichtung 9 und die Linearlager 10, bestimmt als auch für das gesamte Stopfaggregat 8.
[50] In Abhängigkeit von der Beanspruchung wird mindestens ein
Prozessparameter pK, PKR, fs zum Betrieb des Stopfaggregats 8 mittels der Auswerteeinheit 19 eingestellt. Hierzu steht die Auswerteeinheit 19 mit dem Verdichtungsantrieb 8b zur Steuerung der Schwingfrequenz fs und mit dem Druckregler 20 zur Steuerung des Kolbendrucks rk und des Kolbenringdrucks PKR in Signalverbindung. Bei Überschreiten eines Schwellenwerts SW der Beanspruchung wird der mindestens eine Prozessparameter pK, PKR, fs geändert. Mittels der Auswerteeinheit 19 wird hierzu die Schotterkraft Fs mit dem Schwellenwert SW verglichen, wobei der mindestens eine
Prozessparameter pK, PKR, fs beim Überschreiten eines oberen Schwellenwerts SWi derart verändert wird, dass die Schotterkraft Fs verringert wird, wobei beim Unterschreiten eines unteren Schwellenwerts SW2 der mindestens eine Prozessparameter pK, PKR, fs derart verändert wird, dass die Schotterkraft Fs erhöht wird. Die Schotterkraft Fs wird durch Erhöhen der Schwingfrequenz fs sowie durch eine Reduktion des Druckunterschieds zwischen dem Kolbendruck rk und dem Kolbenringdruck PKR reduziert und in entgegengesetzter Weise erhöht. Die Prozessparameter pK PKR, fs werden mittels der Auswerteeinheit Ί9 dahingehend geändert, dass ein Optimum zwischen einer geringen Beanspruchung der Stopfvorrichtung 5 und einer hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit des Gleisbetts 2Ί erfolgt.
[51] Zum Ermitteln der Beanspruchung kann alternativ zum Bestimmen des
Lastkollektivs auch eine Schotterarbeit Ws mittels der Auswerteeinheit 19 bestimmt werden. Die Schotterarbeit Ws wird aus der Schotterkraft Fs und einer Änderung der Position z des Stopfaggregats 8 bestimmt. Die
Schotterarbeit Ws entspricht der in das Gleisbett 21 über die Stopfpickel 8a eingebrachten Arbeit. Die Änderung der Position z wird dabei über eine diskrete Zeitdauer erfasst. Diese Änderung der Position z wird anschließend mit der Schotterkraft Fs multipliziert. Die Schotterarbeit Ws wird als Summe der Produkte aus der Schotterkraft Fs und der Änderungen der Positionen z bestimmt.
[52] In Fig. 7 sind die Verläufe des Position z, der Schotterkraft Fs und der
Schotterarbeit Ws für einen Stopfzyklus über der Zeit t angetragen. Die Schotterarbeit Ws kann auch als die Fläche unter dem Verlauf der
Schotterkraft Fs über der Position z verstanden werden.
Durch Bestimmen der auf das Stopfaggregat 8 wirkenden Schotterkraft Fs mittels der Auswerteeinheit 19 können Rückschlüsse auf die Beanspruchung des Stopfaggregats 8 gezogen werden. Das Bestimmen der Schotterkraft Fs unter Berücksichtigung der Antriebskraft FA und zusätzlich der Beschleunigung az ist im Vergleich zu einer ausschließlichen Betrachtung der Antriebskraft FA zur Ermittlung der Schotterkraft Fs wesentlich genauer. Die Beanspruchung des Stopfaggregats 8 kann somit zuverlässig bestimmt werden und ein Verschleißzustand des Stopfaggregats 8 kann sicher ermittelt werden. Die Anpassung des mindestens eines Prozessparameters rk, PKR, fs in
Abhängigkeit von der Beanspruchung ermöglicht das effiziente und wirtschaftliche Betreiben der Gleisbaumaschine. Dabei werden, insbesondere mittels einer Optimierung, eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit, ein geringer Energieverbrauch und eine reduzierte Beanspruchung des
Stopfaggregats 8 erreicht.

Claims

Patentansprüche
Ί. Verfahren zum Betreiben eines Stopfaggregats einer Gleisbaumaschine, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen einer Gleisbaumaschine (Ί) mit einem Stopfaggregat (8) auf einem Gleisbett (21),
- Verlagern des Stopfaggregats (8) relativ zu dem Gleisbett (21),
- Ermitteln einer auf das Stopfaggregat (8) wirkenden und zum Verlagern
erforderlichen Antriebskraft (FA),
- Ermitteln einer auf das Stopfaggregat (8) wirkenden Beschleunigung (az),
- Bestimmen einer zwischen dem Stopfaggregat (8) und dem Gleisbett (21)
wirkenden Schotterkraft (Fs) anhand der Antriebskraft (FA) und der Beschleunigung (az) und
- Auswerten der Schotterkraft (Fs).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadu rch geken nzeichnet, dass die
Beschleunigung (az) durch Erfassen einer zeitlichen Änderung einer Position (z) des Stopfaggregats (8) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadu rch geken nzeichnet, dass zum Bestimmen der Schotterkraft (Fs) eine auf das Stopfaggregat (8) wirkende
Trägheitskraft (F ) anhand der Beschleunigung (az) bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadu rch gekennzeichnet, dass das Verlagern des Stopfaggregats (8) mittels einer fluidisch betätigten
Antriebseinrichtung (9) erfolgt, wobei zum Ermitteln der Antriebskraft (FA) mindestens ein auf die Antriebseinrichtung (9) wirkender Fluiddruck (rk, PKR) erfasst wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadu rch gekennzeichnet, dass das Auswerten derart erfolgt, dass eine auf das Stopfaggregat (8) wirkende
Beanspruchung anhand der Schotterkraft (Fs) bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadu rch geken nzeichnet, dass die Beanspruchung anhand eines zeitlichen Verlaufs der Schotterkraft (Fs) bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadu rch geken nzeichnet, dass die Beanspruchung anhand von Schotterkraft-Amplituden
Figure imgf000021_0001
) der Schotterkraft (Fs) bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadu rch geken nzeichnet, dass zum Bestimmen der Beanspruchung ein Lastkollektiv anhand einer Summenhäufigkeit (NF ) der Schotterkraft-Amplituden (SF ) bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadu rch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der Beanspruchung eine Schotterarbeit (Ws) aus der Schotterkraft (Fs) und einer Änderung einer Position (z) des Stopfaggregats (8) bestimmt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadu rch gekennzeichnet, dass anhand der Beanspruchung ein Verschleißzustand des Stopfaggregats (8) bestimmt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadu rch gekennzeichnet, dass mindestens ein Prozessparameter (fs, vz, az, rk, PKR) zur Steuerung des
Stopfaggregats (8) abhängig von der Beanspruchung eingestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadu rch geken nzeichnet, dass der mindestens eine Prozessparameter (fs, vz, az, rk, PKR) beim Überschreiten oder Unterschreiten eines Schwellenwerts der Beanspruchung geändert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadu rch geken nzeichnet, dass der mindestens eine Prozessparameter (fs, vz, az, rk, PKR) derart eingestellt wird, dass die Beanspruchung einen Beanspruchungs-Grenzwert nicht überschreitet.
14. Stopfvorrichtung zur Gleisbettverdichtung, aufweisend
- einen Aggregatträger (7), - ein an dem Aggregatträger (7) gelagertes Stopfaggregat (8)
- eine Antriebseinrichtung (9) zum Bereitstellen einer Antriebskraft (FA) und zum
Verlagern des Stopfaggregats (8) relativ zu dem Aggregatträger (7),
- eine Antriebskraft-Sensorik zum Erfassen einer zu der Antriebskraft (FA)
korrespondierenden ersten Messgröße (rk, PKR, FA),
- eine Beschleunigungs-Sensorik zum Erfassen einer zu einer Beschleunigung (az) des Stopfaggregats (8) korrespondierenden zweiten Messgröße (z, vz, az) und
- eine Auswerteeinheit (Ί9) zum Bestimmen einer auf das Stopfaggregat (8)
wirkenden Schotterkraft (Fs) anhand der ersten Messgröße (rk, PKR, FA) und der zweiten Messgröße (z, vz, az).
Ί5. Gleisbaumaschine, aufweisend
- einen Maschinenrahmen (2),
- mindestens zwei an dem Maschinenrahmen (2) gelagerte Achsen (3) mit daran angeordneten schienenführbaren Rädern (6),
- einen Maschinenantrieb (4) zum Drehantreiben der Räder (6) mindestens einer der Achsen (3) und
- mindestens eine an dem Maschinenrahmen (2) befestigte Stopfvorrichtung (5) nach Anspruch Ί4.
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