WO2020083596A1 - Verfahren und vorrichtung zum verdichten eines schotterbettes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum verdichten eines schotterbettes Download PDF

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electric drive
evaluation device
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track
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Thomas Philipp
Harald Daxberger
Florian Auer
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Plasser & Theurer Export Von Bahnbaumaschinen Gmbh
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    • E01B27/00—Placing, renewing, working, cleaning, or taking-up the ballast, with or without concurrent work on the track; Devices therefor; Packing sleepers
    • E01B27/12—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track; Compacting track-carrying ballast
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    • E01B27/13—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track
    • E01B27/16—Sleeper-tamping machines
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    • E01B27/12—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track; Compacting track-carrying ballast
    • E01B27/20—Compacting the material of the track-carrying ballastway, e.g. by vibrating the track, by surface vibrators

Definitions

  • the invention relates to a method for compacting a ballast bed on which sleepers and rails of a track are mounted thereon, by means of a working unit which is arranged on a track construction machine which can be moved on the track, during a
  • Compression process recorded a signal and from it using a
  • An evaluation device derives a parameter for evaluating a quality of the ballast bed.
  • the invention relates to a
  • ballast bed When building a new track, the ballast bed must also be compacted.
  • a corresponding track construction machine is called a dynamic track stabilizer.
  • the one made of rails and sleepers The formed track grate is shaken into the ballast bed with horizontal vibrations and a vertical load. In this way, initial settling of the track is anticipated after a tamping process, in order to increase the track's lateral displacement resistance.
  • a force-displacement curve of a tamping tool is detected by means of sensors arranged on a tamping unit during an oscillation cycle. The course is then fed to an evaluation device in order to use it to produce a parameter for a
  • the invention has for its object a method of the beginning
  • the work unit comprises an electric drive, by means of which the compression process is carried out at least partially, that at least one operating variable of the electric drive is fed to the evaluation device, and that a ballast bed parameter is derived from the operating variable by means of the evaluation device.
  • the electric drive itself is called Sensor used to draw conclusions about the compression process or the nature of the ballast bed. This eliminates the need for sensors arranged separately on the work unit.
  • Compression process take place so that corrective action can be taken immediately if necessary.
  • a mechanical oscillation is generated by means of the electric drive, which via mechanical components of
  • At least one company size can therefore be used to determine a ballast bed parameter for the nature of the
  • a further improvement provides that several compaction processes are carried out in a cyclical sequence and that a course of the ballast bed parameter is derived from a course of the company size. In this way, local changes in the ballast bed are recognized in a cyclical mode of operation. Further work cycles can thus be adapted to changing circumstances if necessary.
  • the evaluation device In order to increase the accuracy or to verify the evaluations, it can make sense if the evaluation device is additionally supplied with a measured variable detected by a sensor and if the
  • Ballast bed parameter is derived from the company size and the measured variable.
  • sensors already installed for other purposes can be used.
  • the digital model is a static or dynamic model.
  • the level of detail selected in the modeling depends on the given requirements. A simple model is often sufficient to make a meaningful one
  • a mechanical operating variable in particular a current flowing in the electric drive, becomes a mechanical one
  • Ballast bed parameter is supplied to a control device and that the work unit is controlled by means of the control device as a function of the ballast bed parameter. This enables an automated workflow that adapts the compaction process to changed ballast bed properties without operator intervention.
  • ballast bed parameter is included
  • the device according to the invention for carrying out one of the
  • described method includes a machine frame that over
  • Rail carriages can be moved on a track with sleepers mounted on a ballast bed and rails fastened thereon.
  • an evaluation device for determining a parameter for evaluating a condition of the ballast bed being provided at the A work unit for compacting the ballast bed.
  • the work unit comprises an electric drive, by means of which a compression process can be carried out at least in part, the electric drive being coupled to the evaluation device and the evaluation device for deriving one
  • Ballast bed parameter is set up from an operating size of the electric drive.
  • Evaluation device stores a digital model of the electric drive. This means that various model sizes can be calculated from one company size or from several company sizes.
  • the electric drive drives a vibration generator to generate a mechanical vibration.
  • vibrations are introduced into the ballast bed, the quality or properties of the ballast bed being deduced from a reaction of the ballast bed to the work unit.
  • Stuffing unit is formed and that the vibration generator driven by means of the electric drive is also included in the
  • Ballast bed lowerable and mutually deliverable tamping tools is coupled. Properties of the ballast bed have a direct effect on the electric drive via the tamping tools that have penetrated into the ballast bed. This allows the operating parameters of the electric drive to be used to draw solid conclusions about the conditions in the ballast bed.
  • the work unit is as
  • Stabilization unit formed, the by means of the electrical
  • Vibrations on the ballast bed is coupled with rollers that can be rolled off the rails.
  • the rails and sleepers serve as
  • the device comprises one
  • FIG. 3 block diagram of the structural elements for determining a
  • the working unit 1 shown in FIG. 1 is designed as a tamping unit and comprises a unit frame 2 which is guided on a
  • Machine frame 3 of a track construction machine is not described.
  • the working unit 1 is used to machine a track 4 with a ballast bed 5 on which sleepers 6 are mounted with rails 7 fastened thereon.
  • a tool carrier 8 is guided such that it can be adjusted in height, with a lowering or fleece movement by means of an associated one
  • Vibration generator 10 arranged on the at least two
  • Each auxiliary drive 11 is connected to a pivot lever 12 of an associated tamping tool 13. Both swivel levers 12 are each about its own horizontal
  • the pivot axis 14 is movably supported on the tool carrier 8.
  • the vibration generator 10 comprises, for example, one by one
  • the auxiliary drives 1 1 are articulated on eccentric sections of this shaft.
  • the articulation points of the auxiliary drives 11 rotating around the axis of rotation lead to a transmission of vibrations to the swivel levers 12.
  • the advantageously adjustable eccentricity determines the oscillation amplitude and the speed determines that
  • a tamping pick is arranged at the free end of each tamping tool 13.
  • the tamping tools 13 are used
  • Vibrations are lowered into the ballast bed 5. Below the bottom edge of the sleeper, the tamping pimples with their ends
  • Pimple plates provided to one another by means of the auxiliary drives 11 and thereby compress the ballast layer of the sleeper 6.
  • the working unit 1 comprises an electric drive 15 which drives the eccentric shaft in the present example.
  • a torque motor that is flanged to an eccentric housing is particularly suitable, the eccentric shaft being connected to the rotor of the torque motor.
  • the torque motor is controlled by means of a control device 16.
  • the control device 16 also controls control valves of the hydraulic drives of the working unit 1. In the present example, these are the height adjustment drive 9 and the auxiliary drives 11.
  • An evaluation device 17 is coupled to the control device 16.
  • Evaluation device 17 is supplied with at least one operating variable 18 of the electric drive 15. This operating variable 18 is generated either by the control device 16 or directly by the electric drive 15
  • the compression depends on the present state of the ballast bed 5, that is, on its quality or its
  • Ballast bed size 19 can be used.
  • FIG. 33 A further exemplary work unit 1 is shown in FIG.
  • Stabilization unit shown. It is arranged on a machine frame 3 of a track construction machine (not described in more detail). In working mode, the stabilizing aggregate of the rail grating formed from rails 7 and sleepers 6 is set in vibration. The vibrations
  • This work unit 1 also includes an electric drive 15 of a vibration generator 10. For example, a shaft with imbalances arranged thereon is driven. The vibrations are transmitted to the track grating by means of rail rollers 20 pressed against the rails 7 and propagate into the ballast bed 5. In the process, counterforces acted back on the track grate, which in turn has an effect on the quality and properties of the ballast bed 5 on the electric drive 15. For example, with the same impact power, the vibration amplitude depends on the existing ballast bed compaction or on
  • Control device 16 available, this with the
  • Evaluation device 17 for calculating at least one Ballast bed size 19 is coupled.
  • the evaluation device 17 is supplied with at least one operating variable 18 of the electric drive 15.
  • At least one digital static or dynamic model 22 of a component of the work unit 1 is stored in a processor or a memory device.
  • a digital model 22 of an electric motor for the electric drive 15 is stored.
  • a model size 23 is calculated from an operating size 18 using the digital model 22.
  • Operating variables 18 are, for example, an electrical current, an electrical voltage, a pulse duty factor, a magnetic voltage, a
  • Model variables derived from this are, for example, a moment, a force, a speed or
  • Hydraulic pump can also be a pressure or a volume flow
  • Model size can be calculated.
  • Rotation angle of the rotor and the measured currents can be calculated using the digital motor model 22. Furthermore, from one
  • the model sizes 23 can be calculated in specially provided components, in the control device 16 or
  • Evaluation device 17 or in intended for other tasks Components (e.g. calculation of the engine torque in the power electronics of the engine).
  • the calculation process 21 only derives a ballast bed parameter 19 from an operating variable 18 of the electric drive 15. For a better assessment of the quality and the properties of the ballast bed 5, however, it is advantageous if several model sizes 23 are used.
  • the calculation process 21 is carried out by means of a processor. For this there is a in the processor
  • Calculation software set up based on parameters of the work unit 1 and the track 4 as well as specific
  • a parameter 19 is calculated from the input variables 18, 23.
  • the measured variables 24 are provided, for example, by sensors or electronics 25 installed on the work unit 1. Sensors and electrical components that are already provided for other purposes are expediently used.
  • an operating variable 18 can also be present as a measured variable 24 if the electric drive 15 comprises an appropriate sensor system.
  • operating variables 18 or model variables 23 of the electric drive 15 and measurement variables 24 are used in order to determine mechanical model variables 23 of the working unit 1 therefrom.
  • the result of the calculation process 21 is at least one
  • Ballast bed size 19 which is used to assess the quality
  • ballast bed 5 Properties of the ballast bed 5 is used. For example, a
  • Model sizes 23 (speed curve, force curve, pressure curve %) of the working unit 1 are determined. Specifically, energy absorption, extreme values of the forces and stiffnesses derived from a force-position curve can be formed as ballast bed parameters 19.
  • the evaluation device 17 is coupled to a recording device 26. To this one
  • ballast bed parameter 19 is thus stored depending on the location.

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Abstract

Verfahren zum Verdichten eines Schotterbettes (5), auf dem Schwellen (6) und darauf befestigte Schienen (7) eines Gleises (4) gelagert sind, mittels eines Arbeitsaggregats (1), das an einer auf dem Gleis (4) verfahrbaren Gleisbaumaschine angeordnet ist, wobei während eines Verdichtungsvorgangs ein Signal erfasst und daraus mittels einer Auswerteeinrichtung (17) eine Kenngröße zur Bewertung einer Beschaffenheit des Schotterbettes abgeleitet wird. Dabei umfasst das Arbeitsaggregat (1 ) einen elektrischen Antrieb (15), mittels dem der Verdichtungsvorgang zumindest teilweise ausgeführt wird, wobei wenigstens eine Betriebsgröße (18) des elektrischen Antriebs (15) der Auswerteeinrichtung (17) zugeführt wird und wobei mittels der Auswerteeinrichtung (17) aus der Betriebsgröße (18) eine Schotterbettkenngröße (19) abgeleitet wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten eines Schotterbettes
Gebiet der Technik
[01] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten eines Schotterbettes, auf dem Schwellen und darauf befestigte Schienen eines Gleises gelagert sind, mittels eines Arbeitsaggregats, das an einer auf dem Gleis verfahrbaren Gleisbaumaschine angeordnet ist, wobei während eines
Verdichtungsvorgangs ein Signal erfasst und daraus mittels einer
Auswerteeinrichtung eine Kenngröße zur Bewertung einer Beschaffenheit des Schotterbettes abgeleitet wird. Zudem betrifft die Erfindung eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
[02] Gleise mit auf einem Schotterbett gelagerten Schwellen und darauf
befestigten Schienen bedürfen einer wiederkehrenden Instandhaltung. Dabei wird das Gleis mittels einer Gleisbaumaschine gehoben und gerichtet, um eine optimale Gleislage herzustellen. Eine Verdichtung des Schotterbettes führt dabei zu einer Fixierung dieser neuen Gleislage. Auch beim Neubau eines Gleises ist abschließend eine Verdichtung des Schotterbettes erforderlich.
[03] Zur Durchführung eines Verdichtungsvorgangs umfasst die
Gleisbaumaschine ein Arbeitsaggregat bzw. mehrere Arbeitsaggregate. In der Regel erfolgt unmittelbar nach einem Hebevorgang eine Verdichtung mittels eines Stopfaggregats. Dabei tauchen Stopfwerkzeuge (Stopfpickel) in das Schotterbett ein und verdichten mit einer kombinierten Schwingungs- und Beistellbewegung den Schotter unterhalb der Schwellen. Mit diesem Stopfprozess wird eine homogene Schwellenauflage mit geringem
Setzungsverhalten erzeugt.
[04] Anschließend erfolgt gewöhnlich eine weitere Verdichtung mittels eines
Stabilisationsaggregats. Eine entsprechende Gleisbaumaschine wird als dynamischer Gleisstabilisator bezeichnet. Der aus Schienen und Schwellen gebildete Gleisrost wird dabei mit horizontalen Schwingungen und einer vertikalen Auflast in das Schotterbett gerüttelt. Auf diese Weise werden nach einem Stopfvorgang anfänglich auftretende Setzungen des Gleises vorweggenommen, um den Querverschiebewiderstand des Gleises zu erhöhen.
[05] Ein für die Gleisinstandhaltung verantwortlicher Infrastrukturbetreiber
benötigt Informationen, welche Belastungen und wie viele Lastspiele das verdichtete Schotterbett aufnehmen kann, bis die Gleislage einer erneuten Korrektur bedarf. Es kommen deshalb Methoden zum Einsatz, um die Eigenschaften des Schotterbettes bzw. dessen Güte beim Verdichten oder nach Abschluss eines Verdichtungsvorgangs zu ermitteln.
[06] Beispielsweise sind aus der österreichischen Patentanmeldung A 223/2017 derselben Anmelderin ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdichten eines Schotterbettes bekannt. Dabei wird mittels an einem Stopfaggregat angeordneter Sensoren während eines Schwingungszyklus ein Kraft-Weg- Verlauf eines Stopfwerkzeugs erfasst. Anschließend wird der Verlauf einer Auswerteeinrichtung zugeführt, um daraus eine Kenngröße für eine
Bewertung des Stopfvorgangs bzw. für die Beschaffenheit des
Schotterbettes abzuleiten.
Zusammenfassung der Erfindung
[07] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art zu vereinfachen. Zudem soll eine vereinfachte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
[08] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung an.
[09] Dabei ist vorgesehen, dass das Arbeitsaggregat einen elektrischen Antrieb umfasst, mittels dem der Verdichtungsvorgang zumindest teilweise ausgeführt wird, dass wenigstens eine Betriebsgröße des elektrischen Antriebs der Auswerteeinrichtung zugeführt wird und dass mittels der Auswerteeinrichtung aus der Betriebsgröße eine Schotterbettkenngröße abgeleitet wird. Auf diese Weise wird der elektrische Antrieb selbst als Sensor genutzt, um Rückschlüsse auf den Verdichtungsvorgang bzw. die Beschaffenheit des Schotterbettes zu ziehen. Die Notwendigkeit separat am Arbeitsaggregat angeordneter Sensoren entfällt damit. Auf einem
bearbeiteten Streckenabschnitt ist eine durchgehende Beurteilung der Güte und der Eigenschaften des Schotterbettes ohne zusätzlichen Mess- und Versuchsaufwand möglich. Diese Beurteilung kann während des
Verdichtungsvorgangs erfolgen, sodass gegebenenfalls sofort korrigierend eingegriffen werden kann.
[10] Vorteilhafterweise wird mittels des elektrischen Antriebs eine mechanische Schwingung erzeugt, die über mechanische Komponenten des
Arbeitsaggregats auf das Schotterbett übertragen wird. In das Schotterbett eingeleiteten Schwingungen erlauben unmittelbar Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des Schotterbettes. Beispielsweise muss bei einem
verhärteten Schotterbett eine erhöhte Schwingungsenergie aufgebracht werden, mit entsprechend geänderten Betriebsgrößen des elektrischen Antriebs. Mindestens eine Betriebsgröße kann deshalb herangezogen werden, um eine Schotterbettkenngröße für die Beschaffenheit des
Schotterbettes abzuleiten.
[11] Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass mehrere Verdichtungsvorgänge in einer zyklischen Abfolge durchgeführt werden und dass aus einem Verlauf der Betriebsgröße ein Verlauf der Schotterbettkenngröße abgeleitet wird. Damit werden bei einer zyklischen Arbeitsweise örtliche Veränderungen des Schotterbettes erkannt. Weitere Arbeitszyklen können somit gegebenenfalls an veränderte Gegebenheiten angepasst werden.
[12] Zur Steigerung der Genauigkeit oder zur Verifizierung der Auswertungen kann es sinnvoll sein, wenn der Auswerteeinrichtung zusätzlich eine mittels eines Sensors erfasste Messgröße zugeführt wird und wenn die
Schotterbettkenngröße aus der Betriebsgröße und der Messgröße abgeleitet wird. Dabei können insbesondere bereits für andere Zwecke verbaute Sensoren verwendet werden.
[13] In einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels eines in der Auswerteeinrichtung hinterlegten digitalen Modells einer
Komponente oder mehrerer Komponenten des Arbeitsaggregats aus der Betriebsgröße eine Modellgröße errechnet. Das digitale Modell ist dabei ein statisches oder dynamisches Modell. Dabei hängt ein bei der Modellierung gewählter Detaillierungsgrad von den gegebenen Anforderungen ab. Oft ist bereits ein einfaches Modell ausreichend, um eine aussagekräftige
Modellgröße errechnen zu können.
[14] Vorteilhafterweise wird mittels eines in der Auswerteeinrichtung hinterlegten Elektromotormodells aus einer elektrischen Betriebsgröße, insbesondere aus einem im elektrischen Antrieb fließenden Strom, eine mechanische
Modellgröße abgeleitet. Auf diese Weise lässt sich ein momentaner mechanischer Zustand des Arbeitsaggregats zur Bewertung des
Verdichtungsvorgangs heranziehen.
[15] Eine sinnvolle Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die
Schotterbettkenngröße einer Steuerungseinrichtung zugeführt wird und dass das Arbeitsaggregat mittels der Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit der Schotterbettkenngröße angesteuert wird. Damit ist ein automatisierter Arbeitsablauf möglich, der den Verdichtungsvorgang ohne Eingriff einer Bedienperson an verändertere Schotterbetteigenschaften anpasst.
[16] Dabei ist es vorteilhaft, wenn eine Steuerungsgröße des Arbeitsaggregats verändert wird, wenn die Schotterbettkenngröße einen vorgegebenen
Schwellenwert erreicht. Diese einfache Maßnahme bewirkt eine vorgebbare Anpassung des Verdichtungsvorgangs an geänderte
Schotterbettverhältnisse.
[17] Bei einer weiteren Verbesserung wird die Schotterbettkenngröße mit
Positionsdaten des Arbeitsaggregats in einer Aufzeichnungseinrichtung abgespeichert. Auf diese Weise werden Güte und Eigenschaften des
Schotterbettes ohne zusätzlichen Mess- und Versuchsaufwand dokumentiert. Mit diesem Nachweis der Verdichtungsergebnisse können für einen bearbeiteten Streckenabschnitt sofort entsprechende Fahrfreigaben erteilt werden.
[18] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines der
beschriebenen Verfahren umfasst einen Maschinenrahmen, der über
Schienenfahrwerke auf einem Gleis mit auf einem Schotterbett gelagerten Schwellen und darauf befestigten Schienen verfahrbar ist. Am Maschinenrahmen ist ein Arbeitsaggregat zum Verdichten des Schotterbettes gelagert, wobei eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung einer Kenngröße zur Bewertung einer Beschaffenheit des Schotterbettes vorgesehen ist. Dabei umfasst das Arbeitsaggregat einen elektrischen Antrieb, mittels dem zumindest teilweise ein Verdichtungsvorgang ausführbar ist, wobei der elektrische Antrieb mit der Auswerteeinrichtung gekoppelt ist und wobei die Auswerteeinrichtung zum Ableiten einer
Schotterbettkenngröße aus einer Betriebsgröße des elektrischen Antriebs eingerichtet ist.
[19] Bei einer verbesserten Ausführung der Vorrichtung ist in der
Auswerteeinrichtung ein digitales Modell des elektrischen Antriebs hinterlegt. Damit sind aus einer Betriebsgröße oder aus mehreren Betriebsgrößen diverse Modellgrößen errechenbar.
[20] Von Vorteil ist es, wenn der elektrische Antrieb einen Schwingungserzeuger zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung antreibt. Damit werden in das Schotterbett Schwingungen eingeleitet, wobei aus einer Rückwirkung des Schotterbettes auf das Arbeitsaggregat auf die Güte bzw. Eigenschaften des Schotterbettes geschlossen wird.
[21] Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass das Arbeitsaggregat als
Stopfaggregat ausgebildet ist und dass der mittels des elektrischen Antriebs angetriebene Schwingungserzeuger über Beistellantriebe mit in das
Schotterbett absenkbaren und zueinander zustellbaren Stopfwerkzeugen gekoppelt ist. Über die ins Schotterbett eingedrungenen Stopfwerkzeuge wirken Eigenschaften des Schotterbettes direkt auf den elektrischen Antrieb zurück. Dadurch lassen sich aus den Betriebsgrößen des elektrischen Antriebs solide Rückschlüsse auf die Gegebenheiten im Schotterbett ziehen.
[22] In einer anderen Weiterbildung ist das Arbeitsaggregat als
Stabilisationsaggregat ausgebildet, wobei der mittels des elektrischen
Antriebs angetriebene Schwingungserzeuger zur Übertragung von
Schwingungen auf das Schotterbett mit auf den Schienen abrollbaren Rollen gekoppelt ist. Dabei dienen die Schienen und Schwellen als
Übertragungselemente, wobei das in Schwingung versetzte Schotterbett auf den Schwingungserzeuger und dessen Antrieb rückwirkt. Auf diese Weise sind aus Betriebsgrößen des elektrischen Antriebs Informationen über die Schotterbettbeschaffenheit ableitbar.
[23] Bei einer weiteren Verbesserung umfasst die Vorrichtung eine
Aufzeichnungseinrichtung, die mit der Auswerteeinrichtung gekoppelt ist, um einen Verlauf der Schotterbettkenngröße zu protokollieren. Damit ist auf einfache Weise ein durchgehender Nachweis der Eigenschaften des bearbeiteten Schotterbettes möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[24] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer
Darstellung:
Fig. 1 Stopfaggregat mit elektrischem Antrieb
Fig. 2 Stabilisierungsaggregat mit elektrischem Antrieb
Fig. 3 Blockdiagramm der Strukturelemente zur Bestimmung einer
Schotterbettkenngröße
Beschreibung der Ausführungsformen
[25] Das in Fig. 1 dargestellte Arbeitsaggregat 1 ist als Stopfaggregat ausgeführt und umfasst einen Aggregatrahmen 2, der über Führungen an einem
Maschinenrahmen 3 einer nicht näher beschriebenen Gleisbaumaschine gelagert ist. Das Arbeitsaggregat 1 dient zur Bearbeitung eines Gleises 4 mit einem Schotterbett 5, auf dem Schwellen 6 mit darauf befestigten Schienen 7 gelagert sind. Konkret wird mit dem als Stopfaggregat ausgebildeten
Arbeitsaggregat 1 das Schotterbett 5 unter den Schwellen 6 verdichtet. Das geschieht beim Neubau und in der Instandhaltung eines Gleises 4.
[26] Im Aggregatrahmen 2 ist ein Werkzeugträger 8 höhenverstellbar geführt, wobei eine Absenk- bzw. Flebebewegung mittels eines zugeordneten
Flöhenverstellantriebs 9 erfolgt. Am Werkzeugträger 8 ist ein
Schwingungserzeuger 10 angeordnet, an den zumindest zwei
Beistellantriebe 11 angeschlossen sind. Jeder Beistellantrieb 11 ist mit einem Schwenkhebel 12 eines zugeordneten Stopfwerkzeuges 13 verbunden. Beide Schwenkhebel 12 sind um eine jeweils eigene horizontale
Schwenkachse 14 zueinander bewegbar am Werkzeugträger 8 gelagert.
[27] Der Schwingungserzeuger 10 umfasst beispielsweise eine um eine
Drehachse rotierbare Exzenterwelle, wobei die Beistellantriebe 1 1 an exzentrischen Abschnitten dieser Welle angelenkt sind. Bei rotierender Exzenterwelle führen die um die Drehachse umlaufenden Anlenkstellen der Beistellantriebe 11 zu einer Schwingungsübertragung auf die Schwenkhebel 12. Die vorteilhafterweise einstellbare Exzentrizität bestimmt dabei die Schwingungsamplitude und die Drehzahl bestimmt die
Schwingungsfrequenz.
[28] Am freien Ende jedes Stopfwerkzeugs 13 ist ein Stopfpickel angeordnet. Für einen Verdichtungsvorgang werden die Stopfwerkzeuge 13 mit
Schwingungen beaufschlagt in das Schotterbett 5 abgesenkt. Unterhalb der Schwellenunterkante werden die Stopfpickel mit ihren endseitigen
Pickelplatten mittels der Beistellantriebe 11 zueinander beigestellt und verdichten dabei die Schotterauflage der Schwelle 6.
[29] Erfindungsgemäß umfasst das Arbeitsaggregat 1 einen elektrischen Antrieb 15, der im vorliegenden Beispiel die Exzenterwelle antreibt. Besonders gut eignet sich ein Torquemotor, der an ein Exzentergehäuse geflanscht ist, wobei die Exzenterwelle mit dem Rotor des Torquemotors verbunden ist. Angesteuert wird der Torquemotor mittels einer Steuerungseinrichtung 16. Die Steuerungseinrichtung 16 steuert auch Steuerventile der hydraulischen Antriebe des Arbeitsaggregats 1. Im vorliegenden Beispiel sind das der Höhenverstellantrieb 9 und die Beistellantriebe 11.
[30] Mit der Steuerungseinrichtung 16 ist eine Auswerteeinrichtung 17 gekoppelt.
Dabei handelt es sich beispielsweise um einen Industriecomputer, der für den Empfang und die Auswertung von Signalen eingerichtet ist. Der
Auswerteeinrichtung 17 ist zumindest eine Betriebsgröße 18 des elektrischen Antriebs 15 zugeführt. Diese Betriebsgröße 18 wird entweder von der Steuerungseinrichtung 16 oder direkt vom elektrischen Antrieb 15
bereitgestellt.
[31] Beim Betrieb des Arbeitsaggregats 1 bewirkt der elektrische Antrieb 15
zumindest teilweise den Verdichtungsvorgang, weil die Verdichtung des Schotterbettes 5 maßgeblich durch die Schwingungen der Stopfwerkzeuge 13 beeinflusst wird. Zudem hängt die Verdichtung vom vorliegenden Zustand des Schotterbettes 5 ab, das heißt von seiner Güte bzw. seinen
physikalischen Eigenschaften. Dabei wirken Gegenkräfte des Schotterbettes 5 auf die Stopfwerkzeuge 13, wodurch in weiterer Folge einer Rückwirkung des Schotterbettes 5 auf den elektrischen Antrieb 15 vorliegt.
[32] Dabei ist es unerheblich, dass sich im Kraftpfad zwischen dem elektrischen Antrieb 15 und den Stopfwerkzeugen 13 hydraulische Komponenten
(Beistellantriebe 11 ) befinden. Wesentlich ist lediglich, dass zumindest eine Betriebsgröße 18 des elektrischen Antriebs 15 zur Berechnung einer
Schotterbettkenngröße 19 herangezogen werden kann.
[33] Als weiteres beispielhaftes Arbeitsaggregat 1 ist in Fig. 2 ein
Stabilisationsaggregat dargestellt. Es ist an einem Maschinenrahmen 3 einer nicht näher beschriebenen Gleisbaumaschine angeordnet. Im Arbeitsbetrieb wird mittels des Stabilisationsaggregats der aus Schienen 7 und Schwellen 6 gebildeten Gleisrostes in Schwingung versetzt. Die Schwingungen
übertragen sich auf das umgebende Schotterbett 5, wodurch dieses verdichtet wird. Auf diese Weise wird nach einem Stopfvorgang eine Setzung des Gleisrostes vorweggenommen, um das Gleis 4 sofort für den
Regelbetrieb freigeben zu können.
[34] Auch dieses Arbeitsaggregat 1 umfasst einen elektrischen Antrieb 15 eines Schwingungserzeugers 10. Beispielsweise wird eine Welle mit darauf angeordneten Unwuchten angetrieben. Die Schwingungen werden mittels an die Schienen 7 gedrückte Schienenrollen 20 auf den Gleisrost übertragen und pflanzen sich in das Schotterbett 5 fort. Dabei wirkten Gegenkräfte auf den Gleisrost zurück, wodurch wiederum eine Rückwirkung der Güte und Eigenschaften des Schotterbetts 5 auf den elektrischen Antrieb 15 vorliegt. Beispielsweise hängt bei gleicher Schlagkraft die Schwingungsamplitude von der bereits vorliegenden Schotterbettverdichtung bzw. vom
Querverschiebewiderstand des Schotterbettes 5 ab.
[35] Zur Ansteuerung des elektrischen Antriebs 15 ist eine entsprechende
Steuerungseinrichtung 16 vorhanden, wobei diese mit der
Auswerteeinrichtung 17 zur Berechnung zumindest einer Schotterbettkenngröße 19 gekoppelt ist. Für einen Berechnungsvorgang 21 ist der Auswerteeinrichtung 17 wenigstens eine Betriebsgröße 18 des elektrischen Antriebs 15 zugeführt.
[36] Anhand des Blockschaltbildes in Fig. 3 wird ein vorteilhaftes
Berechnungsverfahren näher beschrieben. In einem Prozessor bzw. einer Speichereinrichtung ist zumindest ein digitales statisches oder dynamisches Modell 22 einer Komponente des Arbeitsaggregats 1 hinterlegt.
Beispielsweise ist ein digitales Modell 22 eines Elektromotors für den elektrischen Antrieb 15 hinterlegt. Mittels des digitalen Modells 22 wird aus einer Betriebsgröße 18 eine Modellgröße 23 berechnet.
[37] Betriebsgrößen 18 sind beispielweise ein elektrischer Strom, eine elektrische Spannung, ein Tastverhältnis, eine magnetische Spannung, eine
magnetische Durchflutung, eine magnetische Feldstärke, ein magnetischer Fluss oder eine magnetische Flussdichte. Daraus abgeleitete Modellgrößen sind beispielsweise ein Moment, eine Kraft, eine Geschwindigkeit bzw.
Winkelgeschwindigkeit oder eine Beschleunigung bzw.
Winkelbeschleunigung. Bei einem elektrischen Antrieb 15 einer
Hyd rau likpumpe kann auch ein Druck oder ein Volumenstrom als
Modellgröße errechnet werden.
[38] Konkret kann ein Moment des elektrischen Antriebs 15 aus einem
Drehwinkel des Rotors und den gemessenen Strömen mit Hilfe des digitalen Motormodells 22 berechnet werden. Des Weiteren sind aus einer
Geschwindigkeit bzw. Winkelgeschwindigkeit sowie einer Antriebskraft bzw. einem Antriebsmoment des elektrischen Antriebs 15 unter Fieranziehung eines mechanischen Modells des Arbeitsaggregats 1 jene Kräfte
bestimmbar, die direkt auf das Schotterbett 5 wirken. Unter Berücksichtigung der bekannten dynamischen Kräfte ergeben sich daraus die vom
Schotterbett 5 auf das Arbeitsaggregat 1 rückwirkenden Kräfte, die zur Ableitung der Schotterbettkenngröße 19 dienen.
[39] Die Berechnung der Modellgrößen 23 kann in eigens dafür vorgesehenen Komponenten, in der Steuerungseinrichtung 16 bzw. der
Auswerteeinrichtung 17 oder in für andere Aufgaben vorgesehene Komponenten (z.B. Berechnung des Motorenmoments in der Leistungselektronik des Motors) erfolgen.
[40] Im einfachsten Fall wird mit dem Berechnungsvorgang 21 lediglich aus einer Betriebsgröße 18 des elektrischen Antriebs 15 eine Schotterbettkenngröße 19 abgeleitet. Zur besseren Bewertung der Güte und der Eigenschaften des Schotterbettes 5 ist es jedoch von Vorteil, wenn mehrere Modellgrößen 23 herangezogen werden. Die Durchführung des Berechnungsvorgangs 21 erfolgt mittels eines Prozessors. Dazu ist im Prozessor eine
Berechnungssoftware eingerichtet, die auf Basis von Parametern des Arbeitsaggregats 1 und des Gleises 4 sowie spezifischen
Berechnungsvorgaben aus den Eingangsgrößen 18, 23 eine Kenngröße 19 errechnet.
[41] Eine Verbesserung des Berechnungsvorgangs 21 wird durch eine
Berücksichtigung von Messgrößen 24 erreicht. Bereitgestellt werden die Messgrößen 24 beispielsweise von einer am Arbeitsaggregat 1 verbauten Sensorik bzw. Elektronik 25. Sinnvollerweise werden bereits für andere Zwecke vorgesehene Sensoren und elektrische Komponenten genutzt.
Zudem kann eine Betriebsgröße 18 auch als Messgröße 24 vorliegen, wenn der elektrische Antrieb 15 eine entsprechende Sensorik umfasst.
Beispielsweise werden Betriebsgrößen 18 bzw. Modellgrößen 23 des elektrischen Antriebs 15 und Messgrößen 24 herangezogen, um daraus mechanische Modellgrößen 23 des Arbeitsaggregats 1 zu bestimmen.
[42] Resultat des Berechnungsvorgangs 21 ist zumindest eine
Schotterbettkenngröße 19, die zur Beurteilung der Güte bzw. der
Eigenschaften des Schotterbettes 5 dient. Beispielsweise wird eine
Kenngröße 19 aus dem Verlauf einer Modellgröße 23 oder mehrerer
Modellgrößen 23 (Geschwindigkeitsverlauf, Kraftverlauf, Druckverlauf...) des Arbeitsaggregats 1 bestimmt. Konkret können als Schotterbettkenngrößen 19 eine Energieaufnahme, Extremwerte der Kräfte und aus einem Kraft- Positionsverlauf abgeleitete Steifigkeiten gebildet werden.
[43] Für eine Dokumentation der Gleisbearbeitung ist die Auswerteeinrichtung 17 mit einer Aufzeichnungseinrichtung 26 gekoppelt. An diese wird
günstigerweise laufend eine momentane Position des Arbeitsaggregats 1 gemeldet. Damit wird ein Verlauf der ermittelten Schotterbettkenngröße 19 ortsabhängig abgespeichert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Verdichten eines Schotterbettes (5), auf dem Schwellen (6) und darauf befestigte Schienen (7) eines Gleises (4) gelagert sind, mittels eines
Arbeitsaggregats (1 ), das an einer auf dem Gleis (4) verfahrbaren Gleisbaumaschine angeordnet ist, wobei während eines Verdichtungsvorgangs ein Signal erfasst und daraus mittels einer Auswerteeinrichtung (17) eine Kenngröße zur Bewertung einer Beschaffenheit des Schotterbettes abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsaggregat (1 ) einen elektrischen Antrieb (15) umfasst, mittels dem der Verdichtungsvorgang zumindest teilweise ausgeführt wird, dass wenigstens eine Betriebsgröße (18) des elektrischen Antriebs (15) der Auswerteeinrichtung (17) zugeführt wird und dass mittels der Auswerteeinrichtung (17) aus der Betriebsgröße (18) eine Schotterbettkenngröße (19) abgeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels des elektrischen Antriebs (15) eine mechanische Schwingung erzeugt wird, die über mechanische Komponenten (11 , 12, 13, 20) des Arbeitsaggregats (1 ) auf das Schotterbett (5) übertragen wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verdichtungsvorgänge in einer zyklischen Abfolge durchgeführt werden und dass aus einem Verlauf der Betriebsgröße (18) ein Verlauf der
Schotterbettkenngröße (19) abgeleitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteeinrichtung (17) zusätzlich eine mittels eines Sensors (25) erfasste Messgröße (24) zugeführt wird und dass die Schotterbettkenngröße (19) aus der Betriebsgröße (18) und der Messgröße (24) abgeleitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines in der Auswerteeinrichtung (17) hinterlegten digitalen Modells (22) einer Komponente oder mehrerer Komponenten des Arbeitsaggregats (1 ) aus der Betriebsgröße (18) eine Modellgröße (23) errechnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines in der Auswerteeinrichtung (17) hinterlegten Elektromotormodells (22) aus einer elektrischen Betriebsgröße (18), insbesondere aus einem im elektrischen Antrieb (15) fließenden Strom, eine mechanische Modellgröße (23) abgeleitet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schotterbettkenngröße (19) einer Steuerungseinrichtung (16) zugeführt wird und dass das Arbeitsaggregat (1 ) mittels der Steuerungseinrichtung (16) in
Abhängigkeit der Schotterbettkenngröße (19) angesteuert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Steuerungsgröße des Arbeitsaggregats (1 ) verändert wird, wenn die
Schotterbettkenngröße (19) einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schotterbettkenngröße (19) mit Positionsdaten des Arbeitsaggregats (1 ) in einer Aufzeichnungseinrichtung (26) abgespeichert wird.
10. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Maschinenrahmen (3), der über Schienenfahrwerke auf einem Gleis (4) mit auf einem Schotterbett (5) gelagerten Schwellen (6) und darauf befestigten Schienen (7) verfahrbar ist, mit einem am Maschinenrahmen (3) gelagerten
Arbeitsaggregat (1 ) zum Verdichten des Schotterbettes (5) und mit einer
Auswerteeinrichtung (17) zur Ermittlung einer Kenngröße zur Bewertung einer Beschaffenheit des Schotterbettes (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsaggregat (1 ) einen elektrischen Antrieb (15) umfasst, mittels dem zumindest teilweise ein Verdichtungsvorgang ausführbar ist, dass der elektrische Antrieb (15) mit der Auswerteeinrichtung (17) gekoppelt ist und dass die Auswerteeinrichtung (17) zum Ableiten einer Schotterbettkenngröße (19) aus einer Betriebsgröße (18) des elektrischen Antriebs (15) eingerichtet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinrichtung (17) ein digitales Modell (22) des elektrischen Antriebs (15) hinterlegt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb (15) einen Schwingungserzeuger (10) zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung antreibt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsaggregat (1 ) als Stopfaggregat ausgebildet ist und dass der mittels des elektrischen Antriebs (15) angetriebene Schwingungserzeuger (10) über
Beistellantriebe (11 ) mit in das Schotterbett (5) absenkbaren und zueinander zustellbaren Stopfwerkzeugen (13) gekoppelt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsaggregat (1 ) als Stabilisationsaggregat ausgebildet ist und dass der mittels des elektrischen Antriebs (15) angetriebene Schwingungserzeuger (10) zur
Übertragung von Schwingungen auf das Schotterbett (5) mit auf den Schienen (7) abrollbaren Rollen (20) gekoppelt ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Aufzeichnungseinrichtung (26), die mit der Auswerteeinrichtung (17) gekoppelt ist, um einen Verlauf der Schotterbettkenngröße (19) zu protokollieren.
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