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EP3555365B1 - Messvorrichtung und verfahren zum erfassen einer gleisgeometrie - Google Patents

Messvorrichtung und verfahren zum erfassen einer gleisgeometrie Download PDF

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Publication number
EP3555365B1
EP3555365B1 EP17816552.8A EP17816552A EP3555365B1 EP 3555365 B1 EP3555365 B1 EP 3555365B1 EP 17816552 A EP17816552 A EP 17816552A EP 3555365 B1 EP3555365 B1 EP 3555365B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring device
track
measuring
wheel
rail
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP17816552.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3555365A1 (de
Inventor
Christoph Kaiser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Original Assignee
Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH filed Critical Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Priority to PL17816552T priority Critical patent/PL3555365T3/pl
Publication of EP3555365A1 publication Critical patent/EP3555365A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3555365B1 publication Critical patent/EP3555365B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B35/00—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes
    • E01B35/02—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes for spacing, for cross levelling; for laying-out curves
    • E01B35/04—Wheeled apparatus
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • 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
    • E01B27/13—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track
    • E01B27/16—Sleeper-tamping machines
    • E01B27/17—Sleeper-tamping machines combined with means for lifting, levelling or slewing the track
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
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    • E01B27/13—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track
    • E01B27/16—Sleeper-tamping machines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E01B2201/00—Fastening or restraining methods
    • E01B2201/08—Fastening or restraining methods by plastic or elastic deformation of fastener
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B2201/00—Fastening or restraining methods
    • E01B2201/10—Fastening or restraining methods in alternative ways, e.g. glueing, welding, form-fits
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B2203/00—Devices for working the railway-superstructure
    • E01B2203/16—Guiding or measuring means, e.g. for alignment, canting, stepwise propagation
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B35/00—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes
    • E01B35/06—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes for measuring irregularities in longitudinal direction

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for detecting the track geometry of a track immediately after the track has been processed by means of a track-laying machine, the measuring device comprising wheel axles for driving on the track, connecting elements for fastening to the track-laying machine and a data interface for exchanging data with the track-laying machine.
  • the invention also relates to a method for detecting a track geometry by means of the measuring device.
  • Hand-held measuring devices are often used for short construction phases.
  • a measuring vehicle is used after the work has been completed in order to record the track geometry of the track section being worked on. It is also known to drive over a track section that has been worked on by means of a track laying machine a second time for a final measurement after the track laying work has been completed.
  • measuring devices which can be attached to a track-laying machine and which enable the track to be re-measured immediately after machining has been carried out with the track-laying machine.
  • the EP 0 952 254 A1 a track tamping machine with a trailer on which such a measuring device is mounted.
  • This measuring device comprises three measuring trolleys. A measuring chord is stretched between the outer measuring trolleys, the distance to the measuring devices on the middle measuring trolley being recorded. This allows the track geometry to be determined using the walking vision measuring principle (three-point measurement) measure. With inclinometers (pendulum) attached to the measuring trolleys, a track elevation can also be measured.
  • the invention is based on the object of improving a measuring device of the type mentioned at the beginning compared to the prior art.
  • a method carried out by means of the measuring device should be specified.
  • the measuring device comprises a device frame on which an inertial measuring unit is arranged, a front wheel axle and a rear wheel axle being mounted on the device frame so as to be rotatable relative to one another about an axis of rotation extending orthogonally to the wheel axles.
  • a compact measuring device can be attached in a simple manner to an existing track-laying machine in order to carry out an efficient re-measurement of the lateral, longitudinal and vertical position of the track immediately after a track has been worked. There is no need for a trailer.
  • the rotatability of the wheel axles in relation to one another ensures that the device frame with the interial measuring unit follows the course of the track exactly.
  • the device frame is divided into a front frame part and a rear frame part via a pivot joint to form the axis of rotation.
  • Such a construction is robust against vibrations and ensures a very precise final measurement with a backlash-free design of the swivel joint.
  • connection elements comprise a first Watt linkage for guiding the device frame in the lateral direction. If the measuring device is attached to a track-laying machine, the position of the measuring device with respect to the track-laying machine remains constant in the longitudinal direction and the measurement results can be easily assigned in the longitudinal direction of the track.
  • the measuring device can be used as a rear measuring carriage of a leveling measuring system of a track construction machine
  • the measuring device advantageously comprises a support bracket for each rail for coupling to a linkage of a leveling chord.
  • the measuring device comprises a tendon tensioning device for clamping an alignment tendon.
  • the measuring device fulfills a double function. On the one hand, the final measurement is carried out and, on the other hand, the measuring device serves as a measuring system component for controlling a track processing.
  • the tendon tensioning device is favorably connected to a second Watt linkage for connection to the track-laying machine via a handlebar mounted centrally on the device frame.
  • This kinematic characteristic of the connection elements ensures that no torque acts on the measuring device as a result of a tensile force exerted asymmetrically by means of a straightening chord on the measuring device. This could affect the measurement accuracy.
  • At least one non-contact position measuring device is arranged for determining the position of the device frame opposite each rail. This creates a relationship between the spatial curves recorded by means of the inertial measuring unit and the rail courses, which results in a separate spatial curve for each rail.
  • each wheel axle is designed as a telescopic axle on which measuring wheels with cylindrical running surfaces are arranged.
  • the position of the inertial measuring unit fastened to the device frame relative to a rail is determined during a measuring process in order to record the course of this rail as a spatial curve.
  • a measuring sensor for detecting a track width is advantageously assigned to at least one telescopic axis.
  • the course of the other rail can also be derived from the spatial curve recorded by means of the inertial measuring unit.
  • each measuring wheel is assigned a guide blade for guidance along a wheel guide.
  • the respective guide sword pulls the assigned measuring wheel inwards as soon as it is guided along a wheel guide. This prevents a measuring wheel from being pushed into a gap in the rail by means of the telescopic axis.
  • At least one measuring wheel is expediently designed as an element of a distance measuring device in order to assign the changes in position detected with the inertial measuring unit to the distance covered on the track.
  • each measuring wheel comprises an impeller and a flange which are rotatably mounted on a shaft with respect to one another.
  • the contact line between the wheel and the rail and the contact line between the flange and the rail have different arc lengths.
  • the division of the measuring wheel into the impeller and the flange means that there is no friction.
  • the method according to the invention for detecting a track geometry by means of the measuring device provides that immediately after driving on the track by means of a rail carriage of the track tamping machine to remeasure the track geometry, the wheel axles of the measuring device are pressed onto the rails from above and that the position of the device frame is detected by means of the inertial measuring unit becomes. In this way, the track geometry is recorded after the track has been processed, with the rail carriage of the track tamping machine stabilizing the track immediately before the measurement.
  • a separate spatial curve is determined for each rail in an evaluation device from a spatial curve recorded by means of the inertial measuring unit and a recorded track width.
  • the measuring device When using the measuring device as a measuring carriage of a directional measuring system, it is advantageous if a tendon tensioning device arranged on the measuring device and guided laterally between two stops is used for positioning against a rail one of the two stops is pressed. In this way, the alignment measuring system can optionally be placed on one of the rails of the track.
  • a track tamping machine As an example of a track construction machine 1 is shown in Figures 1 and 2 a track tamping machine is shown. This comprises a machine frame 2, which can be moved on rails 4 of a track 5 by means of rail bogies 3. A tamping unit 6 and a lifting / straightening unit 7 are arranged as working units.
  • a leveling measuring system and a leveling measuring system comprise three measuring carriages 8, a leveling sight 9 and two leveling chords 10. Using these measuring systems, the lifting and straightening unit 7 is controlled when the track 5 is leveled and straightened.
  • the track construction machine After tamping, the track position is checked.
  • the track construction machine includes 1 in Fig. 1 According to the prior art, a trailer 11 with two further measuring carriages 8. An additional measuring chord 12 is stretched for a three-point measurement based on the traveling chord measuring principle.
  • the final measurement is improved if a measuring device 13 with an inertial measuring unit 14 is used instead of a trailer 11 equipped with further measuring trolleys 8 ( Fig. 2 ).
  • This measuring device 13 is by means of several connection elements 15 on the Track construction machine 1 can be fastened and moved on track 5 by means of wheel axles 16.
  • the measuring device 13 also serves as a measuring carriage for the directional measuring system and the leveling measuring system.
  • the measuring device 13 comprises contactless position measuring devices 17 (e.g. laser line scanners). Two position measuring devices 17 spaced apart from one another are directed at each rail 4 in order to determine the exact position of the inertial measuring unit 14 with respect to the rails 4. In this way, the courses of the two rails 4 can be derived from a space curve recorded by means of an inertial measuring unit 14.
  • contactless position measuring devices 17 e.g. laser line scanners.
  • Two position measuring devices 17 spaced apart from one another are directed at each rail 4 in order to determine the exact position of the inertial measuring unit 14 with respect to the rails 4. In this way, the courses of the two rails 4 can be derived from a space curve recorded by means of an inertial measuring unit 14.
  • FIG. 3 to 5 an embodiment of the measuring device 13 with wheel axles 16 designed as telescopic axles 18, 19 is shown.
  • Measuring wheels 20 with cylindrical running surfaces are arranged on a front telescopic axis 18 and a rear telescopic axis 19.
  • the telescopic axes 18, 19 are mounted rotatably with respect to one another about an orthogonally extending axis of rotation 21.
  • a device frame 22 is divided into a front frame part 24 and a rear frame part 25 via a backlash-free swivel joint 23.
  • a plurality of tapered roller bearings tensioned against one another are arranged in the swivel joint 23.
  • the inertial measuring unit 14 is arranged centrally on the front frame part 24. This thus detects every change in position of the front frame part 24 when it is moved along the track 5.
  • the measurement result is a space curve which corresponds exactly to the course of that rail 4 against which the device frame 22 with the measuring wheels 20 is placed laterally.
  • connection brackets 26, four pneumatic vertical cylinders 27 and a first Watt linkage 28 are arranged as connection elements 15.
  • the measuring device 13 can be lowered from a transport position to a working position, it being possible for a length measuring sensor to be assigned to each vertical cylinder 27. This allows the position of the measuring device 13 in relation to the track construction machine 1 to be determined. In this way, the measuring device 13 can be switched on and off by remote control and can be pressed onto the rails 4 from above with a constant pressure during a measuring process.
  • remotely controllable locking elements 29 are provided for fixing in the transport position. These are, for example, hooks that can be pivoted by means of their own drives and hooked onto the shaft ends 30 of the telescopic axles 18, 19.
  • the first Watt linkage 28 (Lemniskatenlenker with a horizontal plane of movement) causes a lateral guidance of the measuring device 13 opposite the track construction machine 1. It comprises two lever rods 31 of equal length, each of which can be articulated at one end to the track construction machine 1 or to the connection brackets 26 are. The other ends are connected to one another via a coupling element 32.
  • the coupling element 32 is mounted symmetrically about a guide axis of rotation 33 in the center of the measuring device 13.
  • the guide axis of rotation 33 is guided on an orthogonal to the longitudinal axis of the track construction machine during cornering.
  • the position of the measuring device 13 in the longitudinal direction with respect to the track construction machine 1 always remains unchanged, so that the subsequent measurement results can be easily assigned in the longitudinal direction.
  • a pneumatic horizontal cylinder 34 is assigned to each telescopic axis 18, 19 in order to press the measuring wheels 20 against the respective inside of the rails 4 during a measuring process.
  • the pneumatic cylinders 34 With the pneumatic cylinders 34, a uniform contact pressure can be achieved.
  • the measuring wheels 20 can be pulled inward before the measuring device 13 is lifted.
  • a measuring wheel 20 can be displaced laterally with respect to the device frame 22.
  • the respective non-displaceable measuring wheel 20 is guided with the device frame 22 along the associated rails 4, the respective displaceable measuring wheel 20 compensating for a variable track width of the track 5.
  • each telescopic axle 18, 19 is assigned a measuring sensor 35, which continuously detects the variable length of the respective telescopic axle 18, 19.
  • the spatial curve of a rail 4 recorded with the inertial measuring unit 14 becomes a spatial curve of the second over the track width Track 4 determined. In this way, an exact re-measurement of both rail lines is possible.
  • a guide blade 36 is assigned to each measuring wheel 20 in order to ensure that switches and crossings are passed safely.
  • the guide blade 36 assigned to the respective measuring wheel 20 is located on the other side of the measuring device 13 and pulls the measuring wheel 20 inward when it comes into contact with a wheel guide.
  • the respective displaceable measuring wheel 20 is coupled to the associated guide blade 36 via a connection 37 shown in dashed lines, so that the measuring wheel 20 and guide blade 36 can be moved together.
  • each measuring wheel 20 is designed to be divided.
  • An impeller 38 and a flange 39 are separately supported on a shaft 40.
  • the running wheel 38 and the flange 39 can rotate at different speeds of rotation and in this way compensate for different arc lengths of the lines of contact with the rail 4.
  • the measuring device 13 includes a data interface 41 for data exchange with the track construction machine 1.
  • a bus system of the track construction rail 1 is used to transmit measurement data and control data.
  • the unchangeable longitudinal positioning of the measuring device 13 with respect to the track-laying machine 1 facilitates the data comparison with other measuring devices of the track-laying machine 1.
  • a measuring wheel 20 is preferably designed as an element of a displacement measuring device 42 for each rail 4. In this way, an improved assignment of the measurement results to the kilometrage of track 5 is achieved.
  • the respective displacement measuring device 42 is arranged, for example, with a torque support on an outside of the assigned measuring wheel 20.
  • a measuring device 13 is designed as a rear measuring carriage of a directional measuring system and a leveling measuring system of a track construction machine 1.
  • the measuring device 13 comprises a tendon tensioning device 43 with a transverse beam 44 in which a slide 45 is guided.
  • a rear end of a straightening tendon 9 is located in the carriage 45 clampable.
  • the carriage 45 is displaced laterally by means of a drive in order to enable chord tracking.
  • a second Watt linkage 46 is arranged, by means of which a centrally mounted link 47 can be coupled to the track construction machine 1.
  • the position of the link 47 thus always remains aligned orthogonally to the longitudinal axis of the track machine during cornering.
  • the cross bar 44 of the tendon tensioning device 43 is connected to the handlebar 47 via two coupling rods 48. In this way, the torque caused by the off-center tendon tension is supported on the track construction machine 1 via the coupling rods 48, the link 47, the second Watt linkage 46 and a connection bracket 26.
  • the counterforce in the longitudinal direction occurring on the central guide axis of rotation 33 is absorbed by the track construction machine 1 via the first Watt linkage 28, so that the measuring device 13 remains completely unaffected by the tensile force of the straightening tendon 9.
  • the transverse beam 44 is guided laterally between two stops 49, 50, only one stop 49 having a rigid connection with the device frame 22.
  • an actuator presses the transverse bar 44 against this stop 49, as a result of which the directional measuring system and the device frame 22 are placed on the same rail 4.
  • the second stop 50 is coupled to the transversely displaceable measuring wheel 20 and the associated guide blade 36.
  • the crossbar 44 When the crossbar 44 is pressed against this stop 50 in a second operating position, the other rail 4 serves as a reference for the alignment measuring system. In this way, the inner rail in a curve can always be selected as the reference base for the alignment measuring system.
  • two support brackets 51 are arranged on this measuring device 13 on the device frame 22, around a height position of the measuring device 13 to be able to transmit via linkage to leveling tendons 10 of the leveling measuring system.
  • An evaluation device 52 is arranged in the measuring device 13 itself or in the track tamping machine 1 in order to evaluate the data from the inertial measuring unit 14, the position measuring devices 19 or the measuring sensors 35 to detect the track width and to create a space curve for each rail 4.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

    Gebiet der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Erfassen einer Gleisgeometrie eines Gleises unmittelbar nach einer Bearbeitung des Gleises mittels einer Gleisbaumaschine, wobei die Messvorrichtung Radachsen zum Befahren des Gleises, Anschlusselemente zur Befestigung an der Gleisbaumaschine und eine Datenschnittstelle zum Datenaustausch mit der Gleisbaumaschine umfasst. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen einer Gleisgeometrie mittels der Messvorrichtung.
    • Stand der Technik
  • Bei Gleisbauarbeiten besteht oft die Notwendigkeit einer Abnahmemessung, um den Einhalt von Normen und sonstigen Vorgaben nachzuweisen. Dafür kommen bei kurzen Bauabschnitten oftmals Handmessgeräte zum Einsatz. Bei umfangreichen Bau- bzw. Instandhaltungstätigkeiten erfolgt nach Beendigung der Arbeiten die Befahrung mittels eines Messfahrzeugs, um die Gleisgeometrie des bearbeiten Gleisabschnitts zu erfassen. Es ist auch bekannt, einen mittels einer Gleisbaumaschine bearbeiteten Gleisabschnitt nach Abschluss der Gleisbauarbeiten ein zweites Mal für eine Nachmessung zu befahren.
  • Bekannt sind auch Messvorrichtungen, die an einer Gleisbaumaschine befestigbar sind und eine Nachmessung des Gleises unmittelbar nach einer mit der Gleisbaumaschine durchgeführten Bearbeitung ermöglichen. Beispielsweise offenbart die EP 0 952 254 A1 eine Gleisstopfmaschine mit einem Anhänger, an dem eine solche Messvorrichtung montiert ist. Diese Messvorrichtung umfasst drei Messwägen. Zwischen den äußeren Messwägen ist eine Messsehne gespannt, deren Abstand zu Messeinrichtungen am mittleren Messwagen erfasst wird. Damit lässt sich die Gleisgeometrie mittels Wandersehenen-Messprinzip (Dreipunktmessung) nachmessen. Mit an den Messwägen angebrachten Neigungsmessern (Pendeln) ist zudem eine Gleisüberhöhung messbar.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung der eingangs genannten Art gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern. Zudem soll ein mittels der Messvorrichtung durchgeführtes Verfahren angegeben werden.
  • Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 13. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Dabei umfasst die Messvorrichtung einen Vorrichtungsrahmen, an dem eine Inertialmesseinheit angeordnet ist, wobei eine vordere Radachse und eine hintere Radachse zueinander um eine orthogonal zu den Radachsen verlaufende Drehachse drehbar am Vorrichtungsrahmen gelagert sind. Eine solche kompakte Messvorrichtung ist auf einfache Weise an einer bestehenden Gleisbaumaschine befestigbar, um unmittelbar nach einer Gleisbearbeitung ein effizientes Nachmessen der Lateral-, Longitudinal und Vertikallage des Gleises durchzuführen. Die Notwendigkeit eines Anhängers entfällt. Durch die Drehbarkeit der Radachsen zueinander ist sichergestellt, dass der Vorrichtungsrahmen mit der Interialmesseinheit dem Gleisverlauf exakt folgt.
  • Dabei ist es günstig, wenn zur Bildung der Drehachse der Vorrichtungsrahmen über ein Drehgelenkt in einen vorderen Rahmenteil und in einen hinteren Rahmenteil geteilt ist. Eine solche Bauweise ist robust gegenüber Erschütterungen und stellt mit einer spielfreien Ausführung des Drehgelenks eine sehr präzise Nachmessung sicher.
  • Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass die Anschlusselemente ein erstes Watt-Gestänge zur Führung des Vorrichtungsrahmens in lateraler Richtung umfassen. Wenn die Messvorrichtung an einer Gleisbaumaschine befestigt ist, bleibt die Lage der Messvorrichtung gegenüber der Gleisbaumaschine in Längsrichtung konstant und es kann eine einfache Zuordnung der Messergebnisse in Gleislängsrichtung erfolgen.
  • Damit die Messvorrichtung als hinterer Messwagen eines Nivelliermesssystems einer Gleisbaumaschine einsetzbar ist, umfasst die Messvorrichtung vorteilhafterweise für jede Schiene eine Auflagekonsole zur Kopplung mit einem Gestänge einer Nivelliersehne.
  • Für die Nutzung als hinterer Messwagen eines Richtmesssystems einer Gleisbaumaschine ist es sinnvoll, wenn die Messvorrichtung eine Sehnenspannvorrichtung zum Einspannen einer Richtsehne umfasst. Die Messvorrichtung erfüllt dabei eine Doppelfunktion. Einerseits wird die Nachmessung durchgeführt und andererseits dient die Messvorrichtung als Messsystemkomponente zur Steuerung einer Gleisbearbeitung.
  • Dabei ist günstigerweise die Sehnenspannvorrichtung über einen mittig am Vorrichtungsrahmen gelagerten Lenker mit einem zweiten Watt-Gestänge zum Anschluss an die Gleisbaumaschine verbunden. Durch diese kinematische Ausprägung der Anschlusselemente ist sichergestellt, dass infolge einer asymmetrisch mittels Richtsehne auf die Messvorrichtung ausgeübten Zugkraft kein Drehmoment auf die Messvorrichtung wirkt. Ein solches könnte die Messgenauigkeit beeinträchtigen.
  • In einer Ausprägung der Erfindung ist vorgesehen, dass für eine Positionsbestimmung des Vorrichtungsrahmens gegenüber jeder Schiene mindestens eine berührungslose Lagemesseinrichtung angeordnet ist. Damit ist ein Bezug der mittels Inertialmesseinheit erfassten Raumkurven zu den Schienenverläufen hergestellt, woraus sich für jede Schiene eine eigene Raumkurve ergibt.
  • In einer robusten alternativen Ausprägung ist jede Radachse als Teleskopachse ausgebildet, an der Messräder mit zylindrischen Laufflächen angeordnet sind. Damit ist während eines Messvorgangs die Lage der am Vorrichtungsrahmen befestigten Inertialmesseinheit gegenüber einer Schiene bestimmt, um den Verlauf dieser Schiene als Raumkurve zu erfassen.
  • Vorteilhafterweise ist zumindest einer Teleskopachse ein Messsensor zur Erfassung einer Spurweite zugeordnet. Mit dem erfassten Spurweitenverlauf ist aus der mittels Inertialmesseinheit erfassten Raumkurve auch der Verlauf der anderen Schiene ableitbar.
  • Zum entgleisungssicheren Befahren von Weichen und Kreuzungen ist es sinnvoll, wenn jedem Messrad ein Führungsschwert zur Führung entlang eines Radlenkers zugeordnet ist. Das jeweilige Führungsschwert zieht das zugeordnete Messrad nach innen, sobald es entlang eines Radlenkers geführt ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass ein Messrad mittels Teleskopachse in eine Schienenlücke gedrückt wird.
  • Sinnvollerweise ist zumindest ein Messrad als Element einer Wegmesseinrichtung ausgebildet, um die mit der Inertialmesseinheit erfassten Lageänderungen dem zurückgelegten Weg auf dem Gleis zuzuordnen.
  • Für eine verschleißarme und genaue Messung ist es von Vorteil, wenn jedes Messrad ein Laufrad und einen Spurkranz umfasst, die zueinander drehbar auf einer Welle gelagert sind. In Kurvenfahrten weisen die Kontaktlinie zwischen Laufrad und Schiene und die Kontaktlinie zwischen Spurkranz und Schiene unterschiedliche Bogenlängen auf. Durch die Teilung des Messrads in Laufrad und Spurkranz kommt es zu keiner Reibung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erfassen einer Gleisgeometrie mittels der Messvorrichtung sieht vor, dass unmittelbar nach einem Befahren des Gleises mittels eines Schienenfahrwerks der Gleisstopfmaschine zur Nachmessung der Gleisgeometrie die Radachsen der Messvorrichtung von oben auf die Schienen gedrückt werden und dass die Lage des Vorrichtungsrahmens mittels der Inertialmesseinheit erfasst wird. Auf diese Weise wird die Gleisgeometrie nach einer Bearbeitung des Gleises erfasst, wobei das Schienenfahrwerk der Gleisstopfmaschine unmittelbar vor der Messung eine Stabilisierung des Gleises bewirkt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird in einer Auswerteeinrichtung aus einer mittels der Inertialmesseinheit erfassten Raumkurve und einer erfassten Spurweite für jede Schiene eine eigene Raumkurve ermittelt.
  • Bei der Nutzung der Messvorrichtung als Messwagen eines Richtmesssystems ist es günstig, wenn eine an der Messvorrichtung angeordnete und lateral zwischen zwei Anschlägen geführte Sehnenspannvorrichtung zu Positionierung gegenüber einer Schiene gegen einen der beiden Anschläge gedrückt wird. Auf diese Weise ist das Richtmesssystem wahlweise an eine der Schienen des Gleises anlegbar.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
    • Fig. 1
    Gleisstopfmaschine mit Messvorrichtung nach dem Stand der Technik
    Fig. 2
    Messvorrichtung, an einer Gleisstopfmaschine befestigt
    Fig. 3
    Messvorrichtung in einer Seitenansicht
    Fig. 4
    Messvorrichtung in einer Draufsicht
    Fig. 5
    Messvorrichtung mit einer Sehnenspannvorrichtung
    Beschreibung der Ausführungsformen
  • Als Beispiel für eine Gleisbaumaschine 1 ist in den Figuren 1 und 2 eine Gleisstopfmaschine dargestellt. Diese umfasst einen Maschinenrahmen 2, der mittels Schienenfahrwerke 3 auf Schienen 4 eines Gleises 5 verfahrbar ist. Als Arbeitsaggregate sind ein Stopfaggregat 6 und ein Hebe-/Richtaggregat 7 angeordnet. In bekannter Weise umfassen ein Richtmesssystem und ein Nivelliermesssystem drei Messwägen 8, eine Richtsehen 9 und zwei Nivelliersehnen 10. Unter Verwendung dieser Messsysteme erfolgt eine Steuerung des Hebe-Richtaggregats 7 beim Richten und Nivellieren des Gleises 5.
  • Nach dem Unterstopfen wird die erzielte Gleislage überprüft. Für diese Nachmessung umfasst die Gleisbaumaschine 1 in Fig. 1 nach dem Stand der Technik einen Anhänger 11 mit zwei weiteren Messwägen 8. Dabei ist für eine Dreipunktmessung nach dem Wandersehnen-Messprinzip eine zusätzliche Messsehne 12 gespannt.
  • Erfindungsgemäß wird die Nachmessung verbessert, wenn anstelle eines mit weiteren Messwägen 8 ausgestatteten Anhängers 11 eine Messvorrichtung 13 mit einer Inertialmesseinheit 14 zum Einsatz kommt (Fig. 2). Diese Messvorrichtung 13 ist mittels mehrerer Anschlusselemente 15 an der Gleisbaumaschine 1 befestigbar und mittels Radachsen 16 am Gleis 5 verfahrbar. Optional dient die Messvorrichtung 13 zusätzlich als Messwagen des Richtmesssystems und des Nivelliermesssystems.
  • In einer Ausprägung der Erfindung umfasst die Messvorrichtung 13 berührungslose Lagemesseinrichtungen 17 (z.B. Laser-Linienscanner). Dabei sind auf jede Schiene 4 zwei voneinander beabstandete Lagemesseinrichtungen 17 gerichtet, um die Lage der Inertialmesseinheit 14 gegenüber den Schienen 4 exakt zu bestimmen. Auf diese Weise sind aus einer mittels Inertialmesseinheit 14 erfassten Raumkurve die Verläufe der beiden Schienen 4 ableitbar.
  • In den Figuren 3 bis 5 ist eine Ausprägung der Messvorrichtung 13 mit als Teleskopachsen 18, 19 ausgebildeten Radachsen 16 dargestellt. An einer vorderen Teleskopachse 18 und einer hinteren Teleskopachse 19 sind Messräder 20 mit zylindrischen Laufflächen angeordnet. Die Teleskopachsen 18, 19 sind zueinander um eine orthogonal verlaufende Drehachse 21 drehbar gelagert. Dazu ist ein Vorrichtungsrahmen 22 über ein spielfreies Drehgelenk 23 in einen vorderen Rahmenteil 24 und einen hinteren Rahmenteil 25 unterteilt. Beispielsweise sind im Drehgelenk 23 mehrere gegeneinander gespannte Kegelrollenlager angeordnet.
  • Am vorderen Rahmenteil 24 ist mittig die Inertialmesseinheit 14 angeordnet. Diese erfasst somit jede Lageänderung des vorderen Rahmenteils 24, wenn dieser entlang des Gleises 5 bewegt wird. Messresultat ist eine Raumkurve, die exakt dem Verlauf jener Schiene 4 entspricht, gegen die der Vorrichtungsrahmen 22 mit den Messrädern 20 seitlich angelegt ist.
  • Als Anschlusselemente 15 sind beispielhaft zwei Anschlusskonsolen 26, vier pneumatische Vertikalzylinder 27 und ein erstes Watt-Gestänge 28 angeordnet. Mittels der Vertikalzylinder 27 ist die Messvorrichtung 13 von einer Transportstellung in einer Arbeitsstellung absenkbar, wobei jedem Vertikalzylinder 27 ein Längenmesssensor zugeordnet sein kann. Damit lässt sich die Lage der Messvorrichtung 13 gegenüber der Gleisbaumaschine 1 bestimmen. Auf diese Weise ist die Messvorrichtung 13 ferngesteuert ein- bzw. ausgleisbar und während eines Messvorgangs mit einem konstanten Druck von oben auf die Schienen 4 drückbar.
  • Dabei ist es günstig, wenn für eine Fixierung in der Transportstellung fernbedienbare Arretierungselemente 29 vorgesehen sind. Das sind beispielsweise Haken, die mittels eigener Antriebe verschwenkbar und an Wellenenden 30 der Teleskopachsen 18, 19 einhakbar sind.
  • Das erste Watt-Gestänge 28 (Lemniskatenlenker mit einer horizontalen Bewegungsebene) bewirkt eine laterale Führung der Messvorrichtung 13 gegenüber der Gleisbaumaschine 1. Es umfasst zwei gleich lange Hebelstangen 31, die jeweils mit einem Ende an der Gleisbaumaschine 1 bzw. an den Anschlusskonsolen 26 gelenkig befestigbar sind. Die anderen Enden sind über ein Koppelelement 32 miteinander verbunden. Das Koppelelement 32 ist dabei symmetrisch um eine Führungsdrehachse 33 drehbar in der Mitte der Messvorrichtung 13 gelagert.
  • Auf diese Weise wird die Führungsdrehachse 33 während einer Kurvenfahrt auf einer Orthogonalen zur Gleisbaumaschinenlängsachse geführt. Somit bleibt die Lage der Messvorrichtung 13 in Längsrichtung gegenüber der Gleisbaumaschine 1 immer unverändert, sodass eine einfache Zuordnung der Nachmessergebnisse in Längsrichtung erfolgen kann.
  • Jeder Teleskopachse 18, 19 ist ein pneumatischer Horizontalzylinder 34 zugeordnet, um die Messräder 20 bei einem Messvorgang gegen die jeweilige Innenseite der Schienen 4 zu drücken. Mit den pneumatischen Zylindern 34 lässt sich ein gleichmäßiger Anpressdruck realisieren. Zudem können die Messräder 20 vor einem Anheben der Messvorrichtung 13 nach innen gezogen werden. Konkret ist bei jeder Teleskopachse 18, 19 ein Messrad 20 gegenüber dem Vorrichtungsrahmen 22 lateral verschiebbar. Das jeweils nicht verschiebbare Messrad 20 wird mit dem Vorrichtungsrahmen 22 entlang der zugeordneten Schienen 4 geführt, wobei das jeweilige verschiebbare Messrad 20 eine veränderliche Spurweite des Gleises 5 ausgleicht.
  • Zur Erfassung der Spurweite ist jeder Teleskopachse 18, 19 ein Messsensor 35 zugeordnet, der laufend die variable Länge der jeweiligen Teleskopachse 18, 19 erfasst. Aus der mit der Inertialmesseinheit 14 erfassten Raumkurve einer Schiene 4 wird über die Spurweite eine Raumkurve der zweiten Schiene 4 ermittelt. Auf diese Weise ist eine exakte Nachmessung beider Schienenstränge ermöglicht.
  • Jedem Messrad 20 ist ein Führungsschwert 36 zugeordnet, um ein sicheres Durchfahren von Weichen und Kreuzungen sicherzustellen. Das dem jeweiligen Messrad 20 zugeordnete Führungsschwert 36 befindet sich dabei auf der anderen Seite der Messvorrichtung 13 und zieht das Messrad 20 bei einem Kontakt mit einem Radlenker nach innen. Über eine gestrichelt dargestellte Verbindung 37 ist das jeweils verschiebbare Messrad 20 mit dem zugeordnete Führungsschwert 36 gekoppelt, sodass Messrad 20 und Führungsschwert 36 gemeinsam verschiebbar sind.
  • Zudem ist jedes Messrad 20 geteilt ausgeführt. Dabei sind ein Laufrad 38 und ein Spurkranz 39 getrennt auf einer Welle 40 gelagert. Bei einer Kurvendurchfahrt können sich das Laufrad 38 und der Spurkranz 39 mit unterschiedlichen Umdrehungsgeschwindigkeiten drehen und auf diese Weise unterschiedliche Bogenlängen der Berührungslinien mit der Schiene 4 ausgleichen.
  • Neben einem Pneumatikanschluss umfasst die Messvorrichtung 13 eine Datenschnittstelle 41 zum Datenaustausch mit der Gleisbaumaschine 1. Beispielsweise wird ein Bussystem der Gleisbaumschiene 1 genutzt, um Messdaten und Steuerungsdaten zu übertragen. Die unveränderliche Längspositionierung der Messvorrichtung 13 gegenüber der Gleisbaumaschine 1 erleichtert den Datenabgleich mit anderen Messeinrichtungen der Gleisbaumaschine 1.
  • Vorzugsweise ist für jede Schiene 4 ein Messrad 20 als Element einer Wegmesseinrichtung 42 ausgebildet. Damit wird eine verbesserte Zuordnung der Messergebnisse zur Kilometrierung des Gleises 5 erreicht. Die jeweilige Wegmesseinrichtung 42 ist beispielsweise mit einer Drehmomentstütze an einer Außenseite des zugeordneten Messrads 20 angeordnet.
  • In Fig. 5 ist eine Messvorrichtung 13 als hinterer Messwagen eines Richtmesssystems und eines Nivelliermesssystems einer Gleisbaumaschine 1 ausgebildet. Dazu umfasst die Messvorrichtung 13 eine Sehnenspannvorrichtung 43 mit einem Querbalken 44, in dem ein Schlitten 45 geführt ist. Im Schlitten 45 ist ein hinteres Ende einer Richtsehne 9 einspannbar. Bei einer Kurvenfahrt wird der Schlitten 45 mittels eines Antriebs lateral verschoben, um eine Sehnennachführung zu ermöglichen.
  • Damit eine außermittige Zugbelastung der Richtsehne 9 kein störendes Drehmoment auf die Messvorrichtung 13 ausüben kann, ist ein zweites Watt-Gestänge 46 angeordnet, mittels dem ein mittig gelagerter Lenker 47 mit der Gleisbaumaschine 1 koppelbar ist. Die Position des Lenkers 47 bleibt somit während einer Kurvenfahrt immer orthogonal zur Gleismaschinenlängsachse ausgerichtet.
  • An den Lenker 47 ist über zwei Koppelstangen 48 der Querbalken 44 der Sehnenspannvorrichtung 43 angeschlossen. Auf diese Weise wird das von der außermittigen Richtsehnenspannung verursachte Drehmoment über die Koppelstangen 48, den Lenker 47, das zweite Watt-Gestänge 46 und eine Anschlusskonsole 26 an der Gleisbaumaschine 1 abgestützt. Die dabei an der mittigen Führungsdrehachse 33 auftretende Gegenkraft in Längsrichtung wird über das erste Watt-Gestänge 28 von der Gleisbaumaschine 1 aufgenommen, sodass die Messvorrichtung 13 von der Zugkraft der Richtsehne 9 völlig unbeeinflusst bleibt.
  • Um das Richtmesssystem wahlweise auf eine der beiden Schienen 4 des Gleises 5 beziehen zu können, ist der Querbalken 44 lateral zwischen zwei Anschlägen 49, 50 geführt, wobei nur ein Anschlag 49 eine starre Verbindung mit dem Vorrichtungsrahmen 22 aufweist. In einer ersten Betriebsstellung drückt ein Aktuator den Querbalken 44 gegen diesen Anschlag 49, wodurch das Richtmesssystem und der Vorrichtungsrahmen 22 an dieselbe Schiene 4 angelegt sind.
  • Der zweite Anschlag 50 ist mit dem querverschiebbaren Messrad 20 und dem dazugehörenden Führungsschwert 36 gekoppelt. Wenn der Querbalken 44 in einer zweiten Betriebsstellung gegen diesen Anschlag 50 gedrückt ist, dient die andere Schiene 4 als Referenz für das Richtmesssystem. Auf diese Weise ist in einer Kurve immer die innere Schiene als Bezugsbasis für das Richtmesssystem auswählbar.
  • Zudem sind an dieser Messvorrichtung 13 am Vorrichtungsrahmen 22 zwei Auflagekonsolen 51 angeordnet, um eine Höhenposition der Messvorrichtung 13 über Gestänge auf Nivelliersehnen 10 des Nivelliermesssystems übertragen zu können.
  • Bei einem optischen Gleismesssystem (z.B. gemäß der österreichischen Patentanmeldung A 325/2016), entfällt die Notwendigkeit einer Sehnenspannvorrichtung 43. Stattdessen ist an der Messvorrichtung 13 beispielsweise eine Konsole für die Befestigung einer Kamera angeordnet.
  • In der Messeinrichtung 13 selbst oder in der Gleisstopfmaschine 1 ist eine Auswerteeinrichtung 52 angeordnet, um die Daten der Intertialmesseinheit 14, der Lagemesseinrichtungen 19 oder der Messsensoren 35 zu Erfassung der Spurweite auszuwerten und eine Raumkurve für jede Schiene 4 zu erstellen.

Claims (15)

  1. Messvorrichtung (13) zum Erfassen einer Gleisgeometrie eines Gleises (5) unmittelbar nach einer Bearbeitung des Gleises (5) mittels einer Gleisbaumaschine (1), wobei die Messvorrichtung Radachsen (16) zum Befahren des Gleises (5), Anschlusselemente (15) zur Befestigung an der Gleisbaumaschine (1) und eine Datenschnittstelle (41) zum Datenaustausch mit der Gleisbaumaschine (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (13) einen Vorrichtungsrahmen (22) umfasst, an dem eine Inertialmesseinheit (14) angeordnet ist, und dass eine vordere Radachse (16) und eine hintere Radachse (16) zueinander um eine orthogonal zu den Radachsen (16) verlaufende Drehachse (21) drehbar am Vorrichtungsrahmen (22) gelagert sind.
  2. Messvorrichtung (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Drehachse (21) der Vorrichtungsrahmen (22) über ein Drehgelenkt (23) in einen vorderen Rahmenteil (24) und in einen hinteren Rahmenteil (25) geteilt ist.
  3. Messvorrichtung (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (15) ein erstes Watt-Gestänge (28) zur Führung des Vorrichtungsrahmens (22) in lateraler Richtung umfassen.
  4. Messvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (13) für jede Schiene (4) eine Auflagekonsole (51) zur Kopplung mit einem Gestänge einer Nivelliersehne (10) umfasst.
  5. Messvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (13) eine Sehnenspannvorrichtung (43) zum Einspannen einer Richtsehne (9) umfasst.
  6. Messvorrichtung (13) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sehnenspannvorrichtung (43) über einen mittig am Vorrichtungsrahmen (22) gelagerten Lenker (47) mit einem zweiten Watt-Gestänge (46) zum Anschluss an die Gleisbaumaschine (1) verbunden ist.
  7. Messvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Positionsbestimmung des Vorrichtungsrahmens (22) gegenüber jeder Schiene (4) mindestens eine berührungslose Lagemesseinrichtung (17) angeordnet ist.
  8. Messvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Radachse (16) als Teleskopachse (18, 19) ausgebildet ist, an der Messräder (20) mit zylindrischen Laufflächen angeordnet sind.
  9. Messvorrichtung (13) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer Teleskopachse (18, 19) ein Messsensor (35) zur Erfassung einer Spurweite zugeordnet ist.
  10. Messvorrichtung (13) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Messrad (20) ein Führungsschwert (36) zur Führung entlang eines Radlenkers zugeordnet ist.
  11. Messvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Messrad (20) als Element einer Wegmesseinrichtung (42) ausgebildet ist.
  12. Messvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Messrad (20) ein Laufrad (38) und einen Spurkranz (39) umfasst, die zueinander drehbar auf einer Welle (40) gelagert sind.
  13. Verfahren zum Erfassen einer Gleisgeometrie eines Gleises (5) mittels der Messvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach einem Befahren des Gleises (5) mittels eines Schienenfahrwerks (3) der Gleisstopfmaschine (1) zur Nachmessung der Gleisgeometrie die Radachsen (16) der Messvorrichtung (13) von oben auf die Schienen (4) gedrückt werden und dass die Lage des Vorrichtungsrahmens (22) mittels der Inertialmesseinheit (14) erfasst wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Auswerteeinrichtung (52) aus einer mittels der Inertialmesseinheit (14) erfassten Raumkurve und einer erfassten Spurweite für jede Schiene (4) eine eigene Raumkurve ermittelt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine an der Messvorrichtung (13) angeordnete und lateral zwischen zwei Anschlägen (49, 50) geführte Sehnenspannvorrichtung (43) zu Positionierung gegenüber einer Schiene (4) gegen einen der beiden Anschläge (49, 50) gedrückt wird.
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