AT525614A1

AT525614A1 - Vorrichtung zum Detektieren von Schwellen eines Gleises

Info

Publication number: AT525614A1
Application number: ATA50893/2021A
Authority: AT
Inventors: Hüttmayr Harald
Original assignee: Hp3 Real Gmbh
Priority date: 2021-11-10
Filing date: 2021-11-10
Publication date: 2023-05-15
Also published as: WO2023081946A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Detektieren von Schwellen eines Gleises umfassend einen Schwellendetektionssensor (11), der auf einer Gleisbaumaschine, gegebenenfalls auf einem der Gleisbaumaschine zugeordneten Gleismesswagen, zur Messung und Bestimmung der Position von Schwellen (5, 19) im Gleis angeordnet ist beschrieben. Um die Position von Schwellen vorteilhaft ermitteln zu können, wird vorgeschlagen, dass der Schwellendetektionssensor (11) einen ein Magnetfeld in einem magnetischen Kreis mit wenigstens einem Luftspalt zwischen Schwellendetektionssensor (11) und Gleis erzeugenden Magneten, und einen im magnetischen Kreis angeordneten Hallsensor (13) umfasst, dessen sich in Gleislängsrichtung (A, s) ändernde Hallspannung (U) zur Bestimmung der Lage der Schwellen (5, 19) im Gleis dient.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Detektieren von Schwellen eines Gleises umfassend einen Schwellendetektionssensor, der auf einer Gleisbaumaschine, gegebenenfalls auf einem der Gleisbaumaschine zugeordneten Gleismesswagen, zur Messung und Bestimmung der Position von Schwellen im

Gleis angeordnet ist.

Derartige Schwellendetektionssensoren dienen insbesondere zur Messung und Bestimmung der Position von metallischen Befestigungsmitteln, welche die Schiene mit einer Schwelle verbinden, womit auch die Position der Schwelle eindeutig

ermittelt werden kann.

Stopfmaschinen sind Maschinen die die Gleislage berichtigen. Dazu werden Messsysteme benutzt die die Gleishöhen-Istlage und die Gleisrichtungs-Istlage sowie die Überhöhungs-Istlage des Gleises während der Arbeit messen und mit vorgegebenen Sollwerten vergleichen. Mit Hilfe eines Gleishebe-Richtaggregates wird der Gleisrost solange angehoben und seitlich ausgerichtet bis die Differenz zwischen vorgegebener Solllage und Istlage Null ist und in dieser Lage durch Verdichten des Schotters unter den Schwellen mit Hilfe eines Stopfaggregates fixiert. Das Heben und Richten des Gleisrostes erfolgt dabei über entsprechende hydraulische Hebe- und Richtzylinder mit Proportional- oder Servosteuerung. Die Stopfwerkzeuge derartiger Gleisbaumaschinen müssen exakt im Zwischenfach zwischen den Schwellen tauchen, um Zerstörung und Beschädigung der Schwellen zu verhindern. Der genauen Positionierung der Stopfmaschine mit ihren

Werkzeugen ist daher große Beachtung zu schenken. Eine automatische

die Schwellen sichtbar und nicht durch eine Schotterschicht abgedeckt sind.

Neben Instandhaltungsarbeiten werden Stopfmaschinen auch zum Stopfen von Gleisneulagen, nach Schotterreinigungsarbeiten oder Gleisumbau eingesetzt. Diese Arbeiten sind durch mehrfache Stopfgänge gekennzeichnet. Charakteristisch für diese Stopfgänge ist, dass das Gleis bis zur Schienenoberkante eingeschottert ist und die Stopfmaschine große Hebungen ausführt. Die Lage der Schwellen ist dem Bediener nur ungefähr während des Hebens durch die sich ausprägenden Schotterunebenheiten ersichtlich. Problematisch dabei ist, dass der Stopfmaschinist die Maschinenvorfahrt und die Positionierung der Stopfwerkzeuge über dem Zwischenfach nur nach Gefühl und Erfahrung vornehmen kann. Eine automatische Vorfahrt ist dabei praktisch ausgeschlossen. Wenn die Positionierung der Stopfwerkzeuge nicht stimmt, dann wird die Schwelle getroffen und beschädigt. Daneben ist der Nachteil gegeben, dass die Maschinenleistung stark negativ

beeinträchtigt wird.

Mit verschiedenen optischen Systemen beispielsweise mit Laserscannern oder Videokameras kann die Lage der Schienen, der Schwellen und der Schienenbefestigungen erkannt werden. Damit gelingt auch eine automatische genaue Positionierung der Stopfwerkzeuge und Vorfahrt der Stopfmaschine. Die bekannten optischen Methoden versagen aber bei bis zur Schienenoberkante

eingeschotterten Gleisen.

Problematisch bei bis zur Schienenoberkante eingeschotterten Gleisen ist auch, dass der Maschinist Hindernisse im Zwischenfach wie sie oft in Weichen auftreten wie Weichenantriebe, Weichengestänge und Weichenschlösser nicht erkennt und diese bei einem Tauchvorgang mit den Stopfaggregaten beschädigt. Auch hier

bringen optische Messverfahren keine Abhilfe.

Übliche induktive und kapazitive Analog-Sensoren weisen einen Detektionsabstand von etwa maximal 30mm auf. Zwischen der Oberkante der Schiene und der

Höhenlage der zu detektierenden Schienenbefestigungsmittel besteht aber ein

praktisch nicht mehr möglich.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Detektionsgerät und eine Anordnung zu finden welche(s) die oben erwähnten Nachteile vermeidet und auch bei Volleinschotterung mit einem großen Abstand (oberhalb des Schotters) zu den

Schienenbefestigungsmitteln geführt, diese eindeutig detektiert.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Schwellendetektionssensor einen ein Magnetfeld in einem magnetischen Kreis mit wenigstens einem Luftspalt zwischen Schwellendetektionssensor und Gleis erzeugenden Magneten, und einen im magnetischen Kreis angeordneten Hallsensor umfasst, dessen sich in Gleislängsrichtung ändernde Hallspannung zur Bestimmung der Lage Schwellen im Gleis dient. Vorteilhafte Weiterbildungen der

Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Über einen Elektromagneten und oder Permanentmagneten wird ein Magnetfeld im

magnetischen Kreis erzeugt, das mittels eines mit Strom durchflossenen Hallsensor

Schienenbefestigung und damit der Schwellen in Gleislängsrichtung.

Der magnetische Kreis schließt sich zwischen zwei Schwellen über die Schiene. Kommt eine Schienenbefestigung in diesen magnetischen Wirkbereich, dann wird der magnetische Widerstand geringer und das Magnetfeld damit größer. Da die Messung der Schienenbefestigung und damit die Veränderung des Magnetfeldes und die Lage der Schwellen einige Schwellen vor der Positionierung der Stopfaggregate erfolgt, kann das Signal vorher ausgewertet und die Mittenposition

bestimmt werden.

Für ein magnetisches Feld gilt die vektorielle Lorentzkraft: FL=Q: (“x B)

FL... Lorenzkraft

Q ... Ladung

v ... Geschwindigkeit der Ladungsträger

B ... Magnetfeld

Ein Halleffektsensor der mit einem bekannten Strom | betrieben wird misst die orthogonal zu seiner Fläche auftretende Magnetfeldkomponente By. Es entsteht ein elektrisches Feld Ex. Proportional zu diesem kann an den Seitenflächen die

Spannung U gemessen werden. Der Schwellendetektionssensor ist auf einem

Vorfahrsteuerung und Positionierung der Stopfwerkzeuge.

Vorteilhaft bei dieser erfindungsgemäßen Ausführung ist die Messung durch eine Schotterschicht hindurch und die damit mögliche genaue Positionierung der Stopfwerkzeuge. Damit kann die Stopfmaschine mit hoher Geschwindigkeit im Automatikvorfahrmodus betrieben werden. Die Anordnung kann auch aus mehreren nebeneinander auf dem Wagen angeordneten Schwellendetektionssensoren Hindernisse aus ferroelektrischem Material beispielsweise Antriebsstangen für

Weichen im Zwischenfach detektieren.

In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise schematisch

dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine im teilgeschnittenen Querschnitt schematisch dargestellte Schwelle mit Schiene und W-Befestigung,

Fig. 2 eine im teilgeschnittenen Querschnitt schematisch dargestellte Schwelle mit Schiene und K-Befestigung,

Fig. 3 schematisch den Aufbau des Schwellendetektionssensors mit Magnetfeld,

Fig. 4 den prinzipiellen Aufbau eines Halleffektsensors,

Fig. 5 schematisch den Ablauf einer Messung und das entstehende

Spannungssignal am Hallsensor.

Fig. 1 zeigt eine Schiene 1 im Querschnitt, die mit 1:40 Neigung auf eine Schwelle 5 aufgeschraubt ist. Die Schwellenschraube 2, die Spannklemme 3, die Winkelführungsplatte 4 und die Zwischenlage 6 sind in Ansicht dargestellt. Die

Spannklemme 3, die Schwelle 5 und die Schwellenschraube 2 sind aus Stahl und

ihre Längsposition im Gleis eindeutig detektiert werden.

Fig. 2 zeigt eine andere Art der Schienenbefestigung, die so genannte KBefestigung (Klemmplatten). Auf die Schwelle 5 ist die Schiene 1 mit einer Neigung von 1:40 angeschraubt. Die Hakenschraube 7 mit Befestigungsmutter, die Klemmplatte 8, die Schwellenschraube 9, die Rippenplatte 10 und die elastische Zwischenlage 6 sind dargestellt. Hakenschraube 7, Rippenplatte 10 und Klemmplatte 8 sind aus Stahl und verringern den magnetischen Widerstand bei

einem Überfahren der K-Befestigung mit einem Schwellendetektionssensor.

Fig. 3 zeigt schematisch den Messaufbau eines in Rede stehenden Schwellendetektionssensors 11 der auf einer nicht näher dargestellten Gleisbaumaschine, gegebenenfalls auf einem der Gleisbaumaschine zugeordneten Gleismesswagen, zur Messung und Bestimmung der Position von Schwellen 5, 19 im Gleis angeordnet ist. Der Schwellendetektionssensor 11 umfasst einen ein Magnetfeld in einem magnetischen Kreis mit wenigstens einem Luftspalt zwischen Schwellendetektionssensor 11 und Gleis erzeugenden Elektromagneten 12 und einen im magnetischen Kreis angeordneten Hallsensor 13. Die sich bei einem Verfahren des Schwellendetektionssensors 11 in Gleislängsrichtung A, s, also entlang des Gleises ändernde Hallspannung U dient zur Bestimmung der Lage der

Schwellen 5, 19 im Gleis.

Über eine elektrische Spule des Elektromagneten 12 und einen Magnetkern 11, insbesondere einem weicheisenkern, wird ein Magnetfeld 14, 15 erzeugt, das in den Schienenkopf eingeleitet wird. Der Magnetkern 11 wird dazu in geringem Abstand über dem Schienenkopf in Gleichlängsrichtung geführt oder gleitet direkt auf dem Schienenkopf. Auch ein Einleiten des Magnetfeldes in den Schienenkopf über ein Laufrad ist möglich. Falls keine Schienenbefestigung vorhanden ist, wird der magnetische Kreis andernends des Magnetkern11 direkt zum Schienenkopf der

Schiene 1 hin geschlossen. Das andere Ende des Magnetkerns wird in etwa über

seiner Kontaktfläche zum Luftspalt den Hallsensor 13.

Im Bereich einer Schwellenbefestigung ändert sich das Magnetfeld durch zusätzliche Kopplung des Magnetfeldes 14 über die Schienenbefestigung, insbesondere die Schwellenschraube 2 bzw. die Hakenschraube 7 zum mit dem Hallsensor 13 ausgestatteten Ende des Magnetkerns hin. Der magnetische Widerstand sinkt, das Magnetfeld erhöht sich und die gemessene Hallspannung U steigt. Der Magnetkern 11 kann aus Gründen besserer Magnetisierbarkeit aus Lamellen, insbesondere aus mehreren Lagen gegenseitig isoliertem Trafoblech,

gebildet werden.

Fig. 4 zeigt schematisch den Halleffektsensor 16 der vom Magnetfeld By durchflutet wird. Durch den Halleffektsensor fließt ein Strom I, der quer dazu am Halleffektsensor über Kontakte abgreifbar, eine zum Magnetfeld By proportionale

elektrische Spannung U erzeugt. Für die auftretende Hallspannung gilt:

I: By

U = Ray‘ d

Wie die Beziehung zeigt ist die entstehende Spannung U dem Strom 1, einer materialspezifischen Hallkonstanten R:y und dem Magnetfeld By direkt proportional.

Mit steigender Dicke d der Hallschicht nimmt die Spannung U ab.

Fig. 5 stellt die Wirkungsweise schematisch dar. Der Schwellendetektionssensor 11 wird in Richtung A längs der Schiene 18 in konstanter Höhe geführt. Die Schiene 18 ist über Befestigungsmittel 17 mit Schwellen 19 im Schwellenabstand ai verbunden. Darüber ist der Verlauf der gemessenen Hallspannung U über der Gleislänge s wiedergegeben. Sind keine Befestigungsmittel 17 vorhanden dann wird ein Spannungspegel 22 gemessen. Im Bereich der metallischen Schienenbefestigungsmittel 17 steigt die Hallspannung U an 21. Die Lage der Befestigungsmittel 17 und mit ihnen die Schwellen 19 können nun bestimmt

werden. Aus der Differenz der Spannungsspitzen 21 und dem Grundpegel 22 wird

ergibt die Position des Befestigungsmittels 17 und damit die Lage der Schwelle 19.

Claims

(344298.2) HEL

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Detektieren von Schwellen eines Gleises umfassend einen Schwellendetektionssensor (11), der auf einer Gleisbaumaschine, gegebenenfalls auf einem der Gleisbaumaschine zugeordneten Gleismesswagen, zur Messung und Bestimmung der Position von Schwellen (5, 19) im Gleis angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellendetektionssensor (11) einen ein Magnetfeld (14, 15) in einem magnetischen Kreis mit wenigstens einem Luftspalt zwischen Schwellendetektionssensor (11) und Gleis erzeugenden Magneten, und einen im magnetischen Kreis angeordneten Hallsensor (13) umfasst, dessen sich in Gleislängsrichtung (A, s) ändernde Hallspannung (U) zur Bestimmung der Lage der Schwellen (5, 19) im Gleis dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet ein

Elektromagnet (12) und/oder ein Permanentmagnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromspule des Elektromagneten (12) an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist

und im magnetischen Kreis ein magnetisches Gleichfeld (By) erzeugt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromspule des Elektromagneten (12) an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist und im

magnetischen Kreis ein magnetisches Wechselfeld (By) erzeugt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion metallischer Bauteile zwischen den Schwellen (5, 19) mehrere Schwellendetektionssensoren (11) in Gleisquerrichtung nebeneinander angeordnet

sind.

zugeordneten Verschiebeeinrichtung in Querrichtung des Gleises verlagerbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Schwellendetektionssensor (11) bezüglich des Gleises höhenverstellbar an der Gleisbaumaschine und/oder dem Gleismesswagen

angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

dass der Hallsensor (13) im Luftspalt angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung aus der Differenz von Spannungsspitzen (21) der Hallspannung (U) über der Gleislänge und einem Grundpegel (22) der Hallspannung (U) kontinuierlich einen zwischen Spannungsspitzen (21) und Grundpegel (22) liegenden Grenzwert (20) ermittelt, und aus einem Mittelwert der Schnittpunkte jeder Spannungsspitze (21) mit dem Grenzwert (20) die Lage der

Schwelle (5, 19) im Gleis bestimmt.