DE10220175C1 - Messverfahren und Anordnung zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises - Google Patents

Abstract

Die Erfindung dient dem Ziel, 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. DOLLAR A Die Erfindung nutzt dazu ein erstes Messsystem für Messungen der Vertikallage sowie der Horizontallage der Schienen beidseitig eines Gleises in unmittelbarer Nähe der Radaufstandspunkte eines zu einem Messfahrzeug gehörenden Radsatzes unter Last. Dazu werden Messköpfe in vertikaler und horizontaler Anordnung verwendet, 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 ...

Description

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 Vor­ aussetzungen für eine qualitative und quantitative Bewertung der Nachgiebigkeit des Gleises.

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 miteinan­ der eingehen. Ein starres System würde gegenüber einem elastischen zu un­ zulässig 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.

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 Pla­ num Anteile zur Gleisnachgiebigkeit.

An bestimmten Orten oder Abschnitten des Gleises kann sich die Nachgie­ bigkeit im Laufe der Zeit verändern. Dabei treten langsame und schnelle Ände­ rungen auf. Langsame Änderungen können insbesondere durch Alterungspro­ zesse 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 unter­ schiedlicher Gleisbautechnologien, oder wenn im Streckenverlauf unterschiedli­ che geologische Untergrundverhältnisse auftreten. Hinzu kommen Inhomoge­ nitäten in der Nachgiebigkeit durch örtliche Störungen. Hierzu zählen Übergän­ ge, partielle Schwellen-Hohllagen oder auch ein Wechsel von neu durchgear­ beiteten zu gealterten Gleislage-Abschnitten und umgekehrt.

Ein sich im Gleis fortbewegendes Schienenfahrzeug ist immer zwei ver­ schiedenartigen 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 an­ deren sind dies Anregungen durch die Nachgiebigkeit der Gleise und im Be­ sonderen 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 Gleispflege und Gleisinstandhaltung kommt es demnach darauf an, neben dem Erkennen von geometrischen Gleislagefehlern auch den Verlauf der Gleisnach­ giebigkeit durch Messungen zu ermitteln, um diesen durch geeignete Maßnah­ men in einem vorgegebenen Toleranzbereich gewährleisten oder wiederher­ stellen zu können.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist es nach dem Stand der Technik be­ kannt, insbesondere auf dem Wege von Messfahrten kontinuierlich und berüh­ rungslos 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 mit Abstandssensoren am Schienenkopf - durch sogenannte Messköpfe in vertikaler und horizontaler Anordnung - möglichst nahe am Radaufstands­ punkt eines Radsatzes gemessen. Nach der DE 195 31 336 C2 kommt für Mes­ sungen 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 au­ ßerdem 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 An­ tastspuren für die vertikalen und für die horizontalen Messungen stets geradli­ nig und beispielsweise in der Mitte des Schienenkopfes verlaufen.

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 Navi­ gationssystem INS nutzt. Es werden damit Genauigkeiten im Millimeterbereich erreicht. Relativmessungen der Schienenköpfe in Bezug zu der Messplattform werden durch Ultraschallmessköpfe vorgenommen. Ein orthogonales Nachfüh­ ren der Messköpfe zur Gewährleistung geradliniger Antastspuren erfolgt dabei nicht.

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 Glei­ ses machen es indessen erforderlich, dass ein weiteres Mal am selben Mess­ punkt 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.

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 einzu­ setzen. 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 Lauf­ achsen 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 auf­ grund ihrer speziellen Bauform zudem als Sonderfahrzeuge eingestuft sind, wodurch sie besonderen betrieblichen Einschränkungen unterliegen.

Zur Lösung der Messaufgabe ist es weiterhin bekannt, zwei Messfahrzeuge für das Ausführen von Messfahrten miteinander zu verbinden. Von diesen bei­ den 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 redu­ zieren. Von dem ersten Messfahrzeug werden nun die Funktionen zur Messung der Gleislage unter belasteten Radsätzen wahrgenommen. Das zweite Mess­ fahrzeug 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 hin­ aus nur bis zu einem Mindestmaß reduzieren. Die entsprechenden Messungen können somit nicht gänzlich ohne Last durchgeführt werden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Messverfahren und eine Anord­ nung zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises zu schaffen, mit denen eine lü­ ckenlose 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 Mess­ systeme auf Messfahrzeugen nach Regelbauart installiert sind.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Hauptanspruches erfin­ dungsgemäß gelöst, indem von einem ersten Messsystem Messungen der Vertikallage sowie der Horizontallage der Schienen beidseitig 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 ver­ wendet, das sich an einem Systemträger befindet, der über mechanische Aus­ gleichseinrichtungen verfügt, welche die dort installierten vertikal und horizontal ange­ ordneten Messköpfe bei Translations- und Rotationsbewegungen des Fahrzeugrah­ mens während der Fahrt sowie beim Auswandern der Schienen in Bögen in entgegen­ gesetztem 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 konti­ nuierlich jeweils um eine halbe Länge fortbewegt hat, und die Messköpfe sich somit dann an dem vorher unter Last bestimmten Messpunkt befinden, wenn eine Einsen­ kung der Schienen infolge des Nachlassens der Last wieder abgeklungen ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst, indem als ortsfeste Be­ zugsbasis ein kreiselstabilisiertes Inertialsystem in einem absoluten Koordina­ tensystem verwendet wird, und die vertikalen sowie horizontalen Positionen der Schienen zur Bezugsbasis mittels optischer Triangulation an den vertikal und horizontal angeordneten Messköpfen bestimmt werden.

Mit der gefundenen erfindungsgemäßen Anordnung und dem erfindungsge­ mäßen Verfahren wird es ermöglicht, unabhängig voneinander die Vertikallage und die Horizontallage der Schienen mit Last und ohne Last für jeweils densel­ ben 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 Nachgie­ bigkeit des Gleises abzuleiten. Die Last setzt sich dabei in der Vertikalrichtung aus einem statischen Anteil, der der Radsatzlast 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.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Anordnung befinden sich die an beiden Messsystemen jeweils für die Messung der Vertikallage angeord­ neten 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 befin­ den sich dadurch immer nahe genug an den Schienen und können andererseits nicht durch Anlaufen an Hindernisse zerstört werden.

Besonders nützlich für die Anwendung der Erfindung ist es, optische Nach­ führeinrichtungen der bekannten Art für die vertikalen und horizontalen Mess­ köpfe vorzusehen. So wird der Lichtstrahl für die vertikale Antastung der Schie­ nen in horizontaler Richtung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des horizon­ talen Messsystems und der Lichtstrahl für die horizontale Antastung der Schie­ nen in vertikaler Richtung mit dem Ausgangssignal des vertikalen Messsystems angesteuert. Dadurch verlaufen die Antastspuren für die vertikalen und für die horizontalen Messungen immer geradlinig.

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 mecha­ nische Einrichtungen zum vertikalen Ausgleich an den Messköpfen zur Mes­ sung der Vertikallage und an den Messköpfen zur Messung der Horizontallage und außerdem über Einrichtungen zum Rollwinkelausgleich verfügen.

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 geometri­ schen Gleislage einhergehen kann. Durch eine Verwendung von Messfahrzeu­ gen nach Regelbauart kann dabei eine hohe Messgeschwindigkeit bis hin zur Streckenhöchstgeschwindigkeit gefahren werden.

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.

Gemäß der Fig. 1 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 un­ mittelbar an den Radaufstandspunkten der beiden Räder eines Radsatzes 6 gemessen. Das erste Messsysteme 1 ist dazu mit Messköpfen 7 zur Messung der Vertikallage z und der Horizontallage y der Schienen 5 eines Gleises aus­ gestattet, die die reale Lage der Schienen 5 gegenüber der inertialen Bezugs­ basis 4 ermitteln. Unter der Last der Radsätze 6 weisen die Schienen 5 dabei vertikale Verschiebungen in Form von Einsenkungen sowie horizontale Ver­ schiebungen 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 Messfahr­ zeug 3 auch der Bereich der Schienen 5 etwa in der Mitte des Messfahrzeuges 3. Dort befindet sich das zweite Messsystem 2, welches ebenfalls mit Mess­ köpfen 7 zur Messung der Vertikallage z und der Horizontallage y der Schienen 5 versehen ist, die die reale Lage gegenüber der inertialen Bezugsbasis 4 er­ mitteln. Mit dem zweiten Messsystem 2 werden die Messungen der Vertikalla­ gen 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.

Zur Erfassung und Beurteilung 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 Schie­ nenoberkante unter dem Radaufstandspunkt. Dieser Radaufstandspunkt ent­ spricht dem Messpunkt x₀. Die Größe der Vertikallage z_keineLast für denselben Messpunkt x₀ wird ermittelt, wenn die Last wieder abgeklungen ist. Die Diffe­ renzbildung der beiden Größen führt zu einem Wert für die Längendifferenz Δz in der vertikalen Ebene.

Δz = z_Last - z_keineLast

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.

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

Q = Q₀ + Q_dyn

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 stetig definiert.

In entsprechender Weise analog wird bei der Erfassung und Beurteilung der hori­ zontalen Nachgiebigkeit des Gleises, beziehungsweise der Schienen 5, verfahren. Man erhält am Messpunkt x₀ zunächst aus den Messungen jeweils für beide Schie­ nen 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 Längendiffe­ renz Δz in der horizontalen Ebene.

Δy = y_Last - y_keineLast

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.

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.

Y = Y_F + 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.

Fig. 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 unmit­ telbarer Nähe zu den Rädern des Radsatzes 6 möglich sind. Die Messköpfe 7 sind ge­ mäß der Fig. 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 Messungen der relativen Lagen der Schienen 5 gegenüber der inertialen Bezugsbasis 4 ermöglicht werden. Das Messsystem 1 verfügt außerdem über Nachführeinrichtungen 13 an den in der vertikalen und in der horizontalen Ebene angeordneten Mess­ köpfen 7. Durch die Nachführeinrichtungen 13 werden Lichtstrahlen zur Antas­ tung der Schiene 5 in dem horizontal messenden Messkopf 7 und in dem verti­ kal messenden Messkopf 7 so nachgeregelt, dass der vertikal messende Mess­ kopf 7 stets auf einer frei wählbaren aber dann festen Antastlinie - beispiels­ weise 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 vor­ gesehene 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.

Die für die Messungen der Vertikallage z und der Horizontallage y der Schie­ ne 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 Nach­ führeinrichtungen 13 während der Messungen aus ihren Neutrallagen heraus ausgelenkt werden.

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

Das zweite Messsystem 2 ist etwa in der Mitte des Messfahrzeuges 3 ange­ ordnet. Gemäß der Fig. 4 verfügt es ebenfalls über Messköpfe 7 für die Mes­ sung der Vertikallage z und der Horizontallage y der Schienen 5. Der wesentli­ che 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 opti­ schen 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 E­ bene angeordneten Messköpfe 7. Mit den Ausgleichseinrichtungen 17 werden die Translationsbewegungen des Fahrzeugrahmens 11 während der Fahrt sowie Be­ wegungen beim Auswandern der Schienen 5 in Bögen und Weichen in entgegenge­ setztem Sinn stets so ausgeglichen, dass ein hinreichend konstanter Abstand der in der vertikalen und horizontalen Ebene angeordneten Messköpfe 7 zu den Schienen 5 ge­ währleistet ist. Die Ausgleichseinrichtungen 17 werden von dem vertikal messen­ den Messkopf 7 in horizontaler Richtung und von dem horizontal messenden Messkopf 7 in vertikaler Richtung gesteuert. Der Systemträger 16 weist außer­ dem einen Rollwinkelausgleicher 18 auf, der Rotationsbewegungen des Fahr­ zeugrahmens 11 ausgleicht.

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 bezie­ hungsweise zur Schienenflanke und denjenigen Längenwerten gewonnen, um die die Ausgleichseinrichtungen 17 aus ihrer Neutrallage heraus verfahren wur­ den, um die Antastspuren auf der Schiene 5 konstant beizubehalten.

Bezugszeichen

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
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

Claims (8)

1. Messverfahren zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises mit einem Messfahrzeug zum Ausführen kontinuierlicher Messungen unter Verwen­ dung 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 Schie­ nen (5) beidseitig eines Gleises in unmittelbarer Nähe zu den Radaufstands­ punkten 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) an­ gelangt ist, wenn dieser infolge des Abstandes zu den Radaufstandspunkten des Radsatzes (6) als lastfrei gilt.

2. Messverfahren zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises nach An­ spruch 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 An­ spruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass über Ausgleichseinrichtun­ gen (17) an dem zweiten Messsystem (2) Translationsbewegungen eines Fahr­ zeugrahmens (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 An­ sprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Rollwinkelausglei­ cher (18) Übertragungen von Rollbewegungen des Fahrzeugrahmens (11) auf einen Systemträger (16) während der Messfahrt in entgegengesetztem Sinn ausgeglichen werden.

5. Anordnung zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises unter Ver­ wendung eines Messfahrzeuges zum Ausführen kontinuierlicher Messun­ gen mit einer inertialen Bezugsbasis sowie mit Messköpfen in der Nähe der Schienen des Gleises zur Bestimmung der realen vertikalen und hori­ zontalen Lage der Schienen gegenüber der inertialen Bezugsbasis, da­ durch gekennzeichnet, dass auf dem Messfahrzeug (3) ein erstes Mess­ system (1) für Messungen der Vertikallage sowie der Horizontallage der Schie­ nen (5) unmittelbar an den Radaufstandspunkten eines zu dem Messfahrzeug (3) gehörenden Radsatzes (6) angeordnet ist, dass an diesem ersten Messsys­ tem (1) Messköpfe (7) für eine vertikale Messebene zur Schienenoberkante und für eine horizontale Messebene zur Schienenflanke angeordnet sind, wobei die­ se 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 Messfahr­ zeuges (3) für Messungen der Vertikallage sowie der Horizontallage der Schie­ nen (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 Aus­ gleichseinrichtungen (17) für die horizontale und für die vertikale Ebene verfügt.

6. Anordnung zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises nach An­ spruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemträger (16) am zweiten Messsystem (2) einen Rollwinkelausgleicher (18) aufweist.

7. Anordnung zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises nach den Ansprü­ chen 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 Schie­ nenoberkante befinden, während die Messköpfe (7) für die Messung der Horizontallage so geformt und angeordnet sind, dass diese immer berüh­ rungslos im Spurkranzschatten eines Rades des Radsatzes (6) liegen.

8. Anordnung zum Erfassen der Nachgiebigkeit eines Gleises nach den Ansprü­ chen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Radsatz (6) zum Messen der Last ein Messradsatz ist.