Messverfahren zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises und Fahrzeug zur Durchführung dieses Verfahrens

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Messverfahren und eine Anordnung zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises. Sie findet Anwendung zur Gleisdiagnose im Rahmen von Gleisinspektions- beziehungsweise Gleismessfahrten und schafft neben einer Beurteilung des geometrischen Gleiszustandes zugleich auch die Voraussetzungen für eine qualitative und quantitative Bewertung der Nachgiebigkeit des Gleises.

[0002] Eisenbahngleise sind keine starren Gebilde. Aufgrund ihrer Nachgiebigkeit erfahren sie unter vertikalen wie auch horizontalen Krafteinwirkungen der auf diesen verkehrenden Schienenfahrzeuge elastische Verformungen in vertikaler und horizontaler Richtung. Diese Nachgiebigkeit der Gleise ist eine wichtige Eigenschaft desjenigen Systems, das Schienenfahrzeuge und Gleise miteinander eingehen. Ein starres System würde gegenüber einem elastischen zu unzulässig hohen dynamischen Beanspruchungen sowohl am Gleis wie auch an den Schienenfahrzeugen führen. Schienenfahrzeuge und Gleise müssen daher hinsichtlich ihrer elastischen Eigenschaften und Dämpfungen eng aufeinander abgestimmt sein.

[0003] Die Nachgiebigkeit eines Gleises setzt sich aus den Nachgiebigkeiten aller Komponenten des Gleisbaus zusammen. Das betrifft den Ober- und Unterbau ebenso wie den Untergrund. Neben den Schienen liefern insbesondere die Schienenbefestigungen, Zwischenlagen, Schwellen, die Bettung und das Planum Anteile zur Gleisnachgiebigkeit.

[0004] An bestimmten Orten oder Abschnitten des Gleises kann sich die Nachgiebigkeit im Laufe der Zeit verändern. Dabei treten langsame und schnelle Änderungen auf. Langsame Änderungen können insbesondere durch Alterungsprozesse an den Komponenten des Gleisbaus verursacht werden, während schnelle Änderungen vorwiegend durch wechselnde klimatische Einwirkungen oder durch bauliche Änderungen entstehen. Weiterhin existieren Variationen in der Nachgiebigkeit entlang des Gleisverlaufes, beispielsweise infolge unterschiedlicher Gleisbautechnologien, oder wenn im Streckenverlauf unterschiedliche geologische Untergrundverhältnisse auftreten. Hinzu kommen Inhomogenitäten in der Nachgiebigkeit durch örtliche Störungen. Hierzu zählen Übergänge, partielle Schwellen-Hohllagen oder auch ein Wechsel von neu durchgearbeiteten zu gealterten Gleislage-Abschnitten und umgekehrt.

[0005] Ein sich im Gleis fortbewegendes Schienenfahrzeug ist immer zwei verschiedenartigen Anregungsmechanismen unterworfen, die für das Auftreten von dynamischen Kräfte zwischen den Rädern des Schienenfahrzeuges und dem Gleis verantwortlich sind. Das sind zum einen Anregungen durch den Verlauf der Gleisgeometrie selbst einschließlich vorhandener Gleislagefehler. Zum anderen sind dies Anregungen durch die Nachgiebigkeit der Gleise und im Besonderen die dynamischen Effekte durch unterschiedliche aufeinanderfolgende Nachgiebigkeiten im Gleisverlauf, die bei starken Änderungen beträchtliche und sogar bedrohliche Ausmaße annehmen können. Im Zuge von Maßnahmen zur Gleisinstandhaltung kommt es demnach darauf an, neben dem Erkennen von geometrischen Gleislagefehlern auch den Verlauf der Gleisnachgiebigkeit durch Messungen zu ermitteln, um diesen durch geeignete Maßnahmen in einem vorgegebenen Toleranzbereich gewährleisten oder wiederherstellen zu können.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist es nach dem Stand der Technik bekannt, insbesondere auf dem Wege von Messfahrten kontinuierlich und berührungslos die Lage der Schienen über deren Profilverlauf beidseitig des Gleises zu ermitteln und aufzuzeichnen. Anschaulich werden Messvorrichtungen und Verfahren hierfür in den Schriften DE 34 41 092 C2 sowie DE 195 31 336 C2 beschrieben. Als Bezugssystem kommt dabei eine kreiselstabilisierte inertiale Plattform auf dem Messfahrzeug zum Einsatz, deren Lage in einem absoluten Koordinatensystem bestimmbar ist. Gleichzeitig mit der Lage der inertialen Plattform wird die vertikale und horizontale Position der Schienen relativ zu dieser über eine Messkette bestimmt. Die Messkette besteht aus Vektor-Abstandsmesssystemen welche die Abstandsvektoren von der Plattform bis zu den Montagepunkten so genannter Messköpfe erfassen, die ihrerseits die vertikalen und horizontalen Abstände zu den Schienen nahe am Radaufstandspunkt messen.. Nach der DE 195 31 336 C2 kommt für Messungen in der vertikalen und horizontalen Ebene das Verfahren der optischen Triangulation zur Anwendung. Um Fehler bei den Abtastmessungen an den naturgemäß gewölbten und geneigten Oberflächen der Schienenköpfe infolge von Translationsbewegungen des Schienenfahrzeuges auszugleichen, wird außerdem eine orthogonale optische Nachführung sowohl der vertikalen als auch der horizontalen Messanordnung vorgesehen. Dabei wird ein Lichtstrahl für die vertikale Antastung der Schiene in horizontaler Richtung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des horizontalen Messsystems und umgekehrt ein Lichtstrahl für die horizontale Antastung in vertikaler Richtung mit dem Ausgangssignal des vertikalen Messsystems angesteuert. Hierdurch wird erreicht, dass die Antastspuren für die vertikalen und für die horizontalen Messungen stets geradlinig und beispielsweise in der Mitte des Schienenkopfes verlaufen.

[0007] Nach einer anderen Lösung, die in DE 200 21 678 beschrieben ist, wird ein Messrahmen als Bezugsbasis verwendet, der zur Bestimmung seiner Lage und seines Winkels in einem absoluten Koordinatensystem eine Kombination aus dem differentiell arbeitendem Ortungssystem DGPS mit einem inertialen Navigationssystem INS nutzt. Es werden damit Genauigkeiten im Millimeterbereich erreicht. Relativmessungen der Schienenköpfe in Bezug zu der Messplattform werden durch Ultraschallmessköpfe vorgenommen. Ein orthogonales Nachführen der Messköpfe zur Gewährleistung geradliniger Antastspuren erfolgt dabei nicht.

[0008] Mit den beschriebenen Verfahren und Messanordnungen ist es bekannt, die Lage der Schienen in unmittelbarer Nähe zum Radaufstandspunkt und somit unter der Last eines in bestimmungsgemäßer Weise beaufschlagten Radsatzes zu messen. Verfahrenslösungen zur Bestimmung der Nachgiebigkeit des Gleises machen es indessen erforderlich, dass ein weiteres Mal am selben Messpunkt und unter Verwendung vergleichbarer Messanordnungen die Lage der Schienen dann gemessen wird, wenn diese nicht durch eine Last beaufschlagt werden. Erst so wird es möglich, über die Längendifferenz der Einsenkungen aus den Messungen mit und ohne Last und unter Bezugnahme auf die Größe derselben die Gleisnachgiebigkeit wertmäßig zu beschreiben. Zur Messung der dabei jeweils einwirkenden Last wird zweckmäßigerweise auf die Verwendung von bekannten Messradsätzen nach dem Stand der Technik zurückgegriffen.

[0009] Um zusätzlich zur Lage der Schienen unmittelbar am Radaufstandspunkt und somit unter Last auch die Lage der Schienen ohne Last ermitteln zu können, ist es bekannt, Messfahrzeuge mit dafür speziell hergerichteten Laufachsen einzusetzen. Dabei handelt es sich um Laufachsen, die unter dem Messfahrzeug zumeist mittig angeordnet sind und in solcher Weise lediglich geführt werden, dass sie nur sehr geringe Lasten auf die Schienen übermitteln. An den Laufachsen befinden sich Messanordnungen, die denjenigen an den Rädern des belasteten Radsatzes entsprechen. Nachteilig an Messfahrzeugen dieser Art ist indessen, dass diese einen größeren Herstellungsaufwand bedingen und aufgrund ihrer speziellen Bauform zudem als Sonderfahrzeuge eingestuft sind, wodurch sie besonderen betrieblichen Einschränkungen unterliegen.

[0010] Zur Lösung der Messaufgabe ist es weiterhin bekannt, zwei Messfahrzeuge für das Ausführen von Messfahrten miteinander zu verbinden. Von diesen beiden Messfahrzeugen weist das erstere eine hinreichend hohe, zumindest aber eisenbahntypische Masse auf, während im zweiten Messfahrzeug spezielle Maßnahmen getroffen werden, um dessen Masse soweit wie möglich zu reduzieren. Von dem ersten Messfahrzeug werden nun die Funktionen zur Messung der Gleislage unter belasteten Radsätzen wahrgenommen. Das zweite Messfahrzeug dagegen nimmt die Gleislage unter weitgehend entlasteten Radsätzen auf. Beide Messfahrzeug weisen dazu Messanordnungen nach dem bekannten Stand der Technik auf. Nachteilig an dieser Technologie ist dagegen, dass weiterhin spezielle Messfahrzeuge außerhalb der Regelbauart benötigt werden. Die Masse des als leicht eingesetzten Messfahrzeuges lässt sich darüber hinaus nur bis zu einem Mindestmaß reduzieren. Die entsprechenden Messungen können somit nicht gänzlich ohne Last durchgeführt werden.

[0011] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Messverfahren und eine Anordnung zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises zu schaffen, mit denen eine lückenlose kontinuierliche Erfassung der Nachgiebigkeit von Gleisen in Gemeinsamkeit mit Messungen zur geometrischen Gleislage mit hoher Messgeschwindigkeit bis hin zur Streckenhöchstgeschwindigkeit ausführbar sind, wobei die dafür erforderlichen Messsysteme auf Messfahrzeugen nach Regelbauart installiert sind.

[0012] Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Hauptanspruches erfindungsgemäß gelöst, indem von einem ersten Messsystem Messungen der Vertikallage sowie der Horizontallage beider Schienen eines Gleises in unmittelbarer Nähe der Radaufstandspunkte eines zu einem Messfahrzeug gehörenden Radsatzes unter Last erfolgen, wozu Messköpfe in vertikaler und horizontaler Anordnung verwendet werden, die sich an einem Messrahmen befinden, der quasistarr mit den Achslagern verbunden ist. Für die Messungen der Vertikallage und der Horizontallage ohne eine Last wird ein zweites Messsystem vorzugsweise in der Mitte des Messfahrzeuges verwendet, das sich an einem Systemträger befindet, der über mechanische Ausgleichseinrichtungen verfügt, welche die dort installierten vertikal und horizontal angeordneten Messköpfe bei Translations- und Rotationsbewegungen des Fahrzeugrahmens während der Fahrt sowie beim Auswandern der Schienen in Bögen in entgegengesetztem Sinn stets so verschiebt, dass ein hinreichend konstanter Abstand zu den Schienen gewährleistet bleibt. Die Vertikallage und die Horizontallage der Schienen werden an dem zweiten Messsystem gemessen, wenn sich das Messfahrzeug kontinuierlich jeweils um eine halbe Länge fortbewegt hat, und die Messköpfe sich somit dann an dem vorher unter Last bestimmten Messpunkt befinden, wenn eine Einsenkung der Schienen infolge des Weiterwanderns und somit Nachlassens der Last örtlich abgeklungen ist.

[0013] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst, indem als Bezugsbasis ein kreiselstabilisiertes Inertialsystem in einem absoluten Koordinatensystem verwendet wird, und die vertikalen sowie horizontalen Positionen der Schienen zur Bezugsbasis mittels vektorieller Abstandmessung und optischer Triangulation an den vertikal und horizontal angeordneten Messköpfen bestimmt werden.

[0014] Mit der gefundenen erfindungsgemäßen Anordnung und dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es ermöglicht, unabhängig voneinander die Vertikallage und die Horizontallage der Schienen mit Last und ohne Last für jeweils denselben Messpunkt zu ermitteln, daraus Längendifferenzen der Vertikallagen und der Horizontallagen mit und ohne Last zu bestimmen und aus dem Verhältnis dieser Längendifferenzen zu der Größe der Last einen Wert über die Nachgiebigkeit des Gleises abzuleiten. Die Last setzt sich dabei in der Vertikalrichtung aus einem statischen Anteil, der der Radlast entspricht, zusammen sowie aus einem dynamischen Anteil. In der Horizontalrichtung besteht die Last aus einem statischen Anteil, der dem Formschluss der Rad-Schiene-Kontaktfläche entspricht und aus einem dynamischen Anteil der Horizontalkraft.

[0015] Nach einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Anordnung befinden sich die an beiden Messsystemen jeweils für die Messung der Vertikallage angeordneten Messköpfe stets oberhalb der Schienenoberkante der Schienen, während die Messköpfe für die Messung der Horizontallage so angeordnet sind, dass diese immer im Spurkranzschatten eines Rades bleiben. Die Messköpfe befinden sich dadurch immer nahe genug an den Schienen und können andererseits nicht durch Anlaufen an Hindernisse zerstört werden.

[0016] Besonders nützlich für die Anwendung der Erfindung ist es, optische Nachführeinrichtungen der bekannten Art für die vertikalen und horizontalen Messköpfe vorzusehen. So wird der Lichtstrahl für die vertikale Antastung der Schienen in horizontaler Richtung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des horizontalen Messsystems und der Lichtstrahl für die horizontale Antastung der Schienen in vertikaler Richtung mit dem Ausgangssignal des vertikalen Messsystems angesteuert. Dadurch verlaufen die Antastspuren für die vertikalen und für die horizontalen Messungen immer geradlinig.

[0017] Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass die Ausgleichseinrichtungen am zweiten Messsystem, welches zur Messung der Schienenlagen ohne Last dient, über mechanische Einrichtungen zum horizontalen Ausgleich und über mechanische Einrichtungen zum vertikalen Ausgleich an den Messköpfen zur Messung der Vertikallage und an den Messköpfen zur Messung der Horizontallage und außerdem über Einrichtungen zum Rollwinkelausgleich verfügen.

[0018] Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit ihrer Anwendung die Gleisnachgiebigkeit im Rahmen von Gleisinspektionsfahrten lückenlos und kontinuierlich erfassbar ist, und unmittelbar mit der Beurteilung der geometrischen Gleislage einhergehen kann. Durch eine Verwendung von Messfahrzeugen nach Regelbauart kann dabei eine hohe Messgeschwindigkeit bis hin zur Streckenhöchstgeschwindigkeit gefahren werden.

[0019] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1

das Messprinzip zur Messung der Nachgiebigkeit eines Gleises,

Fig. 2

eine schematische Anordnung des ersten und zweiten Messsystems auf einem Messfahrzeug in der Längsansicht,

Fig. 3

eine schematische Darstellung des ersten Messsystems zur Messung der Gleislage unter Last im Querschnitt und

Fig. 4

eine schematische Darstellung des zweiten Messsystems zur Messung der Gleislage ohne Last im Querschnitt.

[0020] Gemäß der Fig. 1 und Fig. 2 weist ein Messfahrzeug 3 ein erstes Messsystem 1 sowie ein zweites Messsystem 2 auf. Nach bekannten inertialen Messverfahren wird von einer inertialen Bezugsbasis 4 aus mit dem ersten Messsystem 1 für jeden Messpunkt x₀ die Vertikallage z und die Horizontallage y von Schienen 5 unmittelbar neben den Radaufstandspunkten der beiden Räder eines Radsatzes 6 gemessen. Das erste Messsystem 1 ist dazu mit Messköpfen 7 zur Messung der Vertikallage z und der Horizontallage y der Schienen 5 eines Gleises ausgestattet, die die reale Lage der Schienen 5 gegenüber der inertialen Bezugsbasis 4 ermitteln. Unter der über die Räder 6 eingeleiteten Last weisen die Schienen 5 dabei vertikale Verschiebungen in Form von Einsenkungen sowie horizontale Verschiebungen infolge des kraftbelasteten Formschlusses der Rad-Schiene-Kontaktfläche gegenüber den unbelasteten Abschnitten des Gleises auf. Als unbelasteter Abschnitt gilt neben den Bereichen vor und hinter dem Messfahrzeug 3 auch der Bereich der Schienen 5 etwa in der Mitte des Messfahrzeuges 3. Dort befindet sich das zweite Messsystem 2, welches ebenfalls mit Messköpfen 7 zur Messung der Vertikallage z und der Horizontallage y der Schienen 5 versehen ist, die die reale Lage gegenüber der inertialen Bezugsbasis 4 ermitteln. Mit dem zweiten Messsystem 2 werden die Messungen der Vertikallagen z und der Horizontallagen y der Schienen 5 wiederholt, wenn sich das Messfahrzeug 3 um eine halbe Fahrzeuglänge vorwärts bewegt hat, wodurch das zweite Messsystem 2 seinerseits an dem Messpunkt x₀ angelangt ist.

[0021] Zur Erfassung der vertikalen Nachgiebigkeit des Gleises wird wie folgt vorgegangen: Man erhält zunächst aus den Messungen jeweils für beide Schienen 5 des Gleises die Größe der Vertikallage z_Last der Schienenoberkante unter dem Radaufstandspunkt. Dieser Radaufstandspunkt entspricht dem Messpunkt x_0. Die Größe der Vertikallage z_keineLast für denselben Messpunkt x₀ wird ermittelt, wenn sich das Fahrzeug um eine halbe Länge weiter bewegt hat.. Die Differenzbildung der beiden Größen führt zu einem Wert für die Längendifferenz Δz in der vertikalen Ebene.

[0022] Die Längendifferenz Δz wird weiterhin in Bezug gesetzt zu der Größe der Last Q, die nach bekannten Messverfahren beispielsweise mit einem Messradsatz bestimmbar ist. Es ergibt sich somit ein Maß für die Nachgiebigkeit des Gleises N_v - respektive seiner beiden Schienen 5 - in der vertikalen Ebene.

[0023] Es wird dabei berücksichtigt, dass sich die Last Q zusammensetzt aus einer statischen Radlast Q₀ und einem dynamischen Anteil Q_dyn.

[0024] Weil der dynamische Anteil Q_dyn stets kleiner bleibt als die statische Radlast Q₀, ist die Last Q immer größer als Null, und der Quotient für die Nachgiebigkeit des Gleises N_v ist immer definiert.

[0025] In entsprechender Weise analog wird bei der Erfassung und Beurteilung der horizontalen Nachgiebigkeit des Gleises, beziehungsweise der Schienen 5, verfahren. Man erhält am Messpunkt x₀ zunächst aus den Messungen jeweils für beide Schienen 5 des Gleises die Größe für die Horizontallage y_Last der Schienenflanken unter dem Radaufstandspunkt und sodann die Größe für die Horizontallage y_keineLast für denselben Messpunkt x₀, wenn die Last wieder abgeklungen ist. Die Differenzbildung der beiden Größen führt zu einem Wert für die Längendifferenz Δz in der horizontalen Ebene.

[0026] Die Längendifferenz Δy wird in Bezug gesetzt zur Größe der Querlast Y , die ebenfalls mit einem bekannten Messradsatz bestimmbar ist, und ergibt somit ein Maß für die Nachgiebigkeit des Gleises N_H - respektive seiner beiden Schienen 5 - in der horizontalen Ebene.

[0027] Dabei wird berücksichtigt, dass sich die in der horizontalen Ebene einstellende Querlast Y zusammensetzt aus einem statischen Anteil, der Formschlusskraft Y _F, und einem dynamischen Anteil Y _dyn.

Die Formschlusskraft Y _F wirkt dabei wie eine Vorlast, sie muss eine endliche Größe haben, damit der Zustand Y = 0 nicht auftreten kann.

[0028] Figur 2 zeigt die Anordnung eines ersten und eines zweiten Messsystems 1 und 2 auf einem Messfahrzeug 3. Das Messfahrzeug 3 weist zwei Drehgestelle mit je zwei Radsätzen 6 auf. Dem ersten Messsystem 1 sind Messköpfe 7 solcherart zugeordnet, dass Messungen der Vertikallage z und der Horizontallage y der Schienen 5 in unmittelbarer Nähe zu den Rädern des Radsatzes 6 möglich sind. Die Messköpfe 7 sind gemäß der Figur 3 an einem Messrahmen 14 angeordnet, der sich mit Achslagern 15 des Radsatzes 6 in einer quasistarren Verbindung befindet. Die in einer horizontalen und in einer vertikalen Ebene angeordneten Messköpfe 7 sind mit Abstandssensoren nach dem Messverfahren der optischen Triangulation ausgestattet, womit in Verbindung mit den Vektor-Abstandsmesssystemen 9 Messungen der relativen Lagen der Schienen 5 gegenüber der inertialen Bezugsbasis 4 ermöglicht werden. Das Messsystem 1 verfügt außerdem über Nachführeinrichtungen in den in der vertikalen und in der horizontalen Ebene angeordneten Messköpfen 7. Durch die Nachführeinrichtungen werden Lichtstrahlen zur Antastung der Schiene 5 in dem horizontal messenden Messkopf 7 und in dem vertikal messenden Messkopf 7 so nachgeregelt, dass der vertikal messende Messkopf 7 stets auf einer frei wählbaren aber dann festen Antastlinie - beispielsweise der Schienenmitte - den vertikalen Abstand des Messkopfes 7 von der Schiene 5 erfasst, während der horizontal messende Messkopf 7 ebenfalls auf einer frei wählbaren aber dann festen Antastlinie - beispielsweise 14 mm unter der Schienenoberkante - den horizontalen Abstand zwischen der Schiene 5 und dem Messkopf 7 bestimmt. Hierzu wird eine Stellgröße zur Nachregelung des vertikal messenden Messkopfes 7 vom zugeordneten horizontal messenden Messkopf 7 und die Stellgröße zur Nachregelung des horizontal messenden Messkopfes 7 vom zugeordneten vertikal messenden Messkopf 7 ermittelt. Die Messköpfe 7 sind so geformt, dass der für die Messung der Vertikallage z vorgesehene Messkopf 7 stets oberhalb der Schienenoberkante der Schiene 5 in Position bleibt, während der Messkopf 7 für die Messung der Horizontallage y immer im Spurkranzschatten des Rades läuft.

[0029] Die für die Messungen der Vertikallage z und der Horizontallage y der Schiene 5 jeweils maßgebenden Größen werden aus Superposition der ermittelten Abstandsmesswerte der Messköpfe 7 zur Schienenoberkante beziehungsweise zur Schienenflanke mit denjenigen Längenwerten gewonnen, um die die Nachführeinrichtungen 13 während der Messungen aus ihren Neutrallagen heraus ausgelenkt werden.

[0030] Das erste Messsystem 1 und das zweite Messsystem 2 verfügen außerdem über Lichtquellen 8 sowie Vektor-Abstandsmesssysteme 9, wobei sich die Vektor-Abstandsmesssysteme 9 zusammen mit der inertialen Bezugsbasis 4 auf einer gemeinsamen Messplattform 10 befinden. Wegaufnehmer 12 überwachen dabei den Abstand der Messplattform 10 gegenüber dem Fahrzeugrahmen 11, der beispielsweise infolge von Schwingungen des Messfahrzeuges 3 bestimmten Variationen unterliegt.

[0031] Das zweite Messsystem 2 ist etwa in der Mitte des Messfahrzeuges 3 angeordnet. Gemäß der Figur 4 verfügt es ebenfalls über Messköpfe 7 für die Messung der Vertikallage z und der Horizontallage y der Schienen 5. Der wesentliche Unterschied gegenüber dem ersten Messsystem 1 besteht nun darin, dass die Messköpfe 7 des zweiten Messsystems 2 nicht in der unmittelbaren Nähe eines Radsatzes 6 angeordnet sind, sondern frei an den Schienen 5 entlang gleiten. Für Messungen der relativen Lage der Schienen 5 gegenüber der inertialen Bezugsbasis 4 in der vertikalen und in der horizontalen Ebene verfügen auch diese Messköpfe 7 über Abstandssensoren nach dem Messverfahren der optischen Triangulation. Die Messköpfe 7 des zweiten Messsystems 2 sind jedoch nicht an einem quasistarr mit den Achslagern 15 verbundenen Messrahmen 14 befestigt, sondern befinden sich an einem Systemträger 16, welcher beweglich mit einer Traverse 19 am Fahrzeugrahmen 11 befestigt ist. Dieser verfügt über Ausgleichseinrichtungen 17 für die in der vertikalen und in der horizontalen Ebene angeordneten Messköpfe 7. Mit den Ausgleichseinrichtungen 17 werden die Translationsbewegungen des Fahrzeugrahmens 11 während der Fahrt sowie Bewegungen beim Auswandern der Schienen 5 in Bögen und Weichen in entgegengesetztem Sinn stets so ausgeglichen, dass ein hinreichend konstanter Abstand der in der vertikalen und horizontalen Ebene angeordneten Messköpfe 7 zu den Schienen 5 gewährleistet ist. Die Ausgleichseinrichtungen 17 werden von dem vertikal messenden Messkopf 7 in horizontaler Richtung und von dem horizontal messenden Messkopf 7 in vertikaler Richtung gesteuert. Der Systemträger 16 weist außerdem einen Rollwinkelausgleicher 18 auf, der Rotationsbewegungen des Fahrzeugrahmens 11 ausgleicht.

[0032] Die für die Messungen der Vertikallagen z und der Horizontallagen y der Schienen 5 jeweils maßgebenden Größen werden aus der Superposition der ermittelten Abstandsmesswerte der Messköpfe 7 zur Schienenoberkante beziehungsweise zur Schienenflanke und denjenigen Längenwerten gewonnen, um die die Ausgleichseinrichtungen 17 aus ihrer Neutrallage heraus verfahren wurden, um die Antastspuren auf der Schiene 5 konstant beizubehalten.

Bezugszeichen

[0033] 

1

erstes Messsystem

2

zweites Messsystem

3

Messfahrzeug

4

inertiale Bezugsbasis

5

Schiene

6

Radsatz

7

Messkopf

8

Lichtquellen

9

Kamera

10

Messplattform

11

Fahrzeugrahmen

12

Wegaufnehmer

13

Nachführeinrichtung

14

Messrahmen

15

Achslager

16

Systemträger

17

Ausgleichseinrichtung

18

Rollwinkelausgleicher

19

Traverse

x₀

Messpunkt

z_Last

Vertikallage der Schienenoberkante unter Last

z_keineLast

Vertikallage der Schienenoberkante ohne Last

Δz

Längendifferenz in der vertikalen Ebene

Q

Last

Q₀

Radlast statisch

Q_dyn

dynamischen Anteil der Radlast

N_v

Nachgiebigkeit des Gleises in der vertikalen Ebene

y_Last

Horizontallage der Schienenflanken mit Querlast

y_keineLast

Horizontallage der Schienenflanken ohne Querlast

Δz

Längendifferenz in der horizontalen Ebene

Y

Querlast

Y_F

Formschlusskraft

Y_dyn

dynamischer Anteil der Querlast

N_H

Nachgiebigkeit des Gleises in der horizontalen Ebene

Ansprüche

1. Messverfahren zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises mit einem Messfahrzeug zum Ausführen kontinuierlicher Messungen unter Verwendung eines inertialen Messverfahrens zur Bestimmung der vertikalen und horizontalen Lage der Schienen des Gleises, dadurch gekennzeichnet, dass von einem ersten Messsystem (1) auf dem Messfahrzeug (3) an einem Messpunkt (x₀) Messungen der Vertikallage sowie der Horizontallage der Schienen (5) beidseitig eines Gleises in unmittelbarer Nähe zu den Radaufstandspunkten eines zu dem Messfahrzeug (3) gehörenden Radsatzes (6) unter Last erfolgen, und dass für Messungen der Vertikallage und der Horizontallage der Schienen (5) ohne eine Last ein zweites Messsystem (2) vorzugsweise in der Mitte des Messfahrzeuges (3) verwendet wird, wobei die Messungen an dem Messpunkt (x₀) mit dem zweiten Messsystem (2) dann erfolgen, wenn sich das Messfahrzeug (3) um eine halbe Länge vorwärts bewegt hat, und das zweite Messsystem (2) dann an dem vorher unter Last bestimmten Messpunkt (x₀) angelangt ist, wenn dieser infolge des Abstandes zu den Radaufstandspunkten des Radsatzes (6) als lastfrei gilt.

2. Messverfahren zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messsystem (1) und das zweite Messsystem (2) eine gemeinsame inertiale Bezugsbasis (4) benutzen.

3. Messverfahren zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass über Ausgleichseinrichtungen (17) an dem zweiten Messsystem (2) Translationsbewegungen eines Fahrzeugrahmens (11) während der Messfahrt sowie beim Auswandern der Schienen (5) in Bögen und Weichen in entgegengesetztem Sinn stets so ausgeglichen werden, dass ein für die Messung optimaler Abstand der Messköpfe (7) zu den Schienen (5) gewährleistet bleibt.

4. Messverfahren zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Rollwinkelausgleicher (18) Übertragungen von Rollbewegungen des Fahrzeugrahmens (11) auf einen Systemträger (16) während der Messfahrt in entgegengesetztem Sinn ausgeglichen werden.

5. Meßfahrzeug mit einer Anordnung zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises zum Ausführen kontinuierlicher Messungen mit einer inertialen Bezugsbasis sowie mit Messköpfen in der Nähe der Schienen des Gleises zur Bestimmung der realen vertikalen und horizontalen Lage der Schienen gegenüber der inertialen Bezugsbasis, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Messfahrzeug (3) ein erstes Messsystem (1) für Messungen der Vertikallage sowie der Horizontallage der Schienen (5) unmittelbar an den Radaufstandspunkten eines zu dem Messfahrzeug (3) gehörenden Radsatzes (6) angeordnet ist, dass an diesem ersten Messsystem (1) Messköpfe (7) für eine vertikale Messebene zur Schienenoberkante und für eine horizontale Messebene zur Schienenflanke angeordnet sind, wobei diese Messköpfe (7) optische Nachführeinrichtungen (13) für die horizontale und für die vertikale Ebene aufweisen, und diese Anordnung an einem Messrahmen (14) befestigt ist, der quasistarr mit Achslagern (15) des Radsatzes (6) verbunden ist, und dass ein zweites Messsystem (2) vorzugsweise in der Mitte des Messfahrzeuges (3) für Messungen der Vertikallage sowie der Horizontallage der Schienen (5) angeordnet ist mit Messköpfen (7) für eine vertikale Messebene zur Schienenoberkante und für eine horizontale Messebene zur Schienenflanke, welche sich an einem Systemträger (16) befinden, der über mechanische Ausgleichseinrichtungen (17) für die horizontale und für die vertikale Ebene verfügt.

6. Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemträger (16) am zweiten Messsystem (2) einen Rollwinkelausgleicher (18) aufweist.

7. Fahrzeug nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils für die Messungen der Vertikallage der Schienen (5) angeordneten Messköpfe (7) so geformt und geführt sind, dass sie sich stets berührungslos oberhalb der Schienenoberkante befinden, während die Messköpfe (7) für die Messung der Horizontallage so geformt und angeordnet sind, dass diese immer berührungslos im Spurkranzschatten eines Rades des Radsatzes (6) liegen.

8. Fahrzeug nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Radsatz (6) zum Messen der Last ein Messradsatz ist.

Claims

1. A measuring method for determining the resilience of a track by means of a measuring vehicle for carrying out continuous measurements, wherein an inertial measuring method is utilized for determining the vertical and the horizontal position of the rails of the track, characterized in that a first measuring system (1) on the measuring vehicle (3) measures the vertical position as well as the horizontal position of the rails (5) on both sides of a track under a load, namely in a measuring point (x₀) that lies in the immediate vicinity of the wheel contact points of a wheelset (6) that forms part of the measuring vehicle (3), and in that a second measuring system (2) is preferably arranged in the center of the measuring vehicle (3) and used for measuring the vertical position and the horizontal position of the rails (5) under no-load conditions, wherein the second measuring system (2) carries out measurements in the measuring point (x₀) when the measuring vehicle (3) has traveled forward by half its length, i.e., when the second measuring system (2) has arrived at the measuring point (x₀) that was previously measured under a load and this measuring point is practically no longer subjected to a load due to the distance from the wheel contact points of the wheelset (6).

2. The measuring method for determining the resilience of a track according to Claim 1, characterized in that the first measuring system (1) and the second measuring system (2) utilize a common inertial reference base (4).

3. The measuring method for determining the resilience of a track according to Claims 1 and 2, characterized in that translatory movements of the vehicle frame (11) while traveling along a track as well as excursions of the rails (5) while driving through curves and over switches are always compensated in the opposite direction by means of compensating devices (17) on the second measuring system (2) such that an optimal distance for the measurement is ensured between the rails (5) and the measuring heads (7).

4. The measuring method for determining the resilience of a track according to Claims 1-3, characterized in that rolling movements of the vehicle frame (11) that are transmitted to a system carrier (16) are compensated in the opposite direction during the measuring run by means of a roll angle compensator (18).

5. A measuring vehicle with an arrangement for determining the resilience of a track, wherein said measuring vehicle serves for carrying out continuous measurements and comprises an inertial reference base as well as measuring heads arranged in the vicinity of the rails of the track in order to determine the actual vertical and horizontal position of the rails relative to the inertial reference base, characterized in that a first measuring system (1) is arranged on the measuring vehicle (3) in order to measure the vertical position as well as the horizontal position of the rails (5) in the immediate vicinity of the wheel contact points of a wheelset (6) that forms part of the measuring vehicle (3), in that this first measuring system (1) comprises measuring heads (7) for a measuring plane that extends vertically referred to the rail head and for a measuring plane that extends horizontally referred to the rail flank, wherein these measuring heads (7) contain optical adjusting devices (13) for the horizontal and for the vertical plane, and wherein this arrangement is mounted on a measuring frame (14) that is connected in a quasi-rigid fashion to axle boxes (15) of the wheelset (6), and in that the second measuring system (2) for measuring the vertical position as well as the horizontal position of the rails (5) is arranged preferably in the center of the measuring vehicle (3) and contains measuring heads (7) for a measuring plane that extends vertically referred to the rail head and for a measuring plane that extends horizontally referred to the rail flank, wherein said measuring heads are situated on a system carrier (16) that is equipped with mechanical compensating devices (17) for the horizontal and for the vertical plane.

6. The vehicle according to Claim 5, characterized in that the system carrier (16) on the second measuring system (2) contains a roll angle compensator (18).

7. The vehicle according to Claims 5 and 6, characterized in that the measuring heads (7) for measuring the vertical position of the rails (5) are designed and guided in such a way that they are always situated above the rail head in a contactless fashion, wherein the measuring heads (7) for measuring the horizontal position are designed and arranged in such a way that they always lie in the wheel flange shadow of a wheel of the wheelset (6) in a contactless fashion.

8. The vehicle according to Claims 5-7, characterized in that the wheelset (6) consists of a measuring wheelset for measuring the load.

Revendications

1. Procédé de mesure pour l'enregistrement de la flexibilité d'une voie à l'aide d'un véhicule de mesure afin de réaliser des mesures continues en utilisant un procédé de mesure inertiel pour déterminer la position verticale et horizontale des rails de la voie, caractérisé en ce que des mesures de la position verticale ainsi que de la position horizontale des rails (5) sont effectuées sous charge par un premier système de mesure (1) sur le véhicule de mesure (3) à un point de mesure (x₀) des deux côtés d'une voie à proximité immédiate des points d'élévation des roues d'un jeu de roues (6) appartenant au véhicule de mesure (3) et qu'on utilise pour les mesures de la position verticale et de la position horizontale des rails (5) sans charge un deuxième système de mesure (2), placé de préférence au milieu du véhicule de mesure (3), les mesures étant ensuite effectuées au point de mesure (x₀) avec le deuxième système de mesure (2) lorsque le véhicule de mesure (3) s'est avancé d'une demi-longueur et que le deuxième système de mesure (2) arrive ensuite au point de mesure (x₀) défini auparavant sous charge lorsque celui-ci est considéré comme dépourvu de charge suite à la distance par rapport aux points d'élévation de roues du jeu de roues (6).

2. Procédé de mesure pour l'enregistrement de la flexibilité d'une voie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier système de mesure (1) et le deuxième système de mesure (2) utilisent une base de référence inertielle commune (4).

3. Procédé de mesure pour l'enregistrement de la flexibilité d'une voie selon la revendication 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moyen de dispositifs de réglage (17) placés sur le deuxième système de mesure (2), les mouvements translatoires d'un châssis de véhicule (11) pendant le trajet de mesure ainsi qu'à la sortie des rails (5) dans les courbes et aiguillages en sens opposé sont constamment compensés de manière à ce qu'une distance optimale des têtes de mesure (7) par rapport au rails (5) reste garantie.

4. Procédé de mesure pour l'enregistrement de la flexibilité d'une voie selon les revendication 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moyen d'un compensateur d'angle de roulis (18), les transmissions de mouvement de roulis du châssis de véhicule (11) à un support de système (16) pendant le trajet de mesure dans le sens opposé sont compensées.

5. Véhicule de mesure comportant un dispositif d'enregistrement de la flexibilité d'une voie, servant à réaliser des mesures continues avec une base de référence inertielle ainsi que des têtes de mesure à proximité des rails de la voie pour déterminer la position verticale et horizontale réelle des rails par rapport à la base de référence inertielle, caractérisé en ce qu'est disposé sur le véhicule de mesure (3) un premier système de mesure (1) pour mesurer la position verticale ainsi que la position horizontale des rails (5) directement aux points d'élévation des roues d'un jeu de roues (6) faisant partie du véhicule de mesure (3), que sont disposées sur ce premier système de mesure (1) des têtes de mesure (7) pour un plan de mesure vertical par rapport au bord supérieur des rails et pour un plan de mesure horizontal par rapport au bord supérieur des rails, ces têtes de mesure (7) présentant des dispositifs de redressement optiques (13) pour le plan horizontal et vertical, et ce dispositif étant fixé à un cadre de mesure (14) qui est relié de manière quasiment rigide à des paliers d'essieu (15) du jeu de roues (6), et qu'un deuxième système de mesure (2) est disposé de préférence au milieu du véhicule de mesure (3) pour mesurer la position verticale ainsi que la position horizontale des rails et présente des têtes de mesure (7) pour un plan de mesure vertical par rapport au bord supérieur des rails et pour un plan de mesure horizontal par rapport au flanc des rails, lesquels systèmes se trouvent sur un support de système (16) qui dispose de mécanismes de compensation (17) pour le plan horizontal et le plan vertical.

6. Véhicule selon la revendication 5, caractérisé en ce que le support de système (16) présente sur le deuxième système de mesure (2) un compensateur d'angle de roulis (18).

7. Véhicule selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les têtes de mesure (7) prévues respectivement pour les mesures de la position verticale des rails (5) sont formées et guidées de manière se trouver en permanence sans contact au dessus du bord supérieur des rails, tandis que les têtes de mesure (7) prévues pour la mesure de la position horizontale sont formées et disposées de manière à se trouver en permanence sans contact dans l'ombre de couronne d'une roue du jeu de roues (6).

8. Véhicule selon les revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le jeu de roues (6) sert à mesurer la charge d'un jeu de roues de mesure.

Zeichnung