EP3631087A1 - Verfahren und vorrichtung zum verdichten eines gleisschotterbetts - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum verdichten eines gleisschotterbetts

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EP3631087A1
EP3631087A1 EP18725766.2A EP18725766A EP3631087A1 EP 3631087 A1 EP3631087 A1 EP 3631087A1 EP 18725766 A EP18725766 A EP 18725766A EP 3631087 A1 EP3631087 A1 EP 3631087A1
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EP
European Patent Office
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characteristic
ballast bed
stuffing
ballast
stuffing tool
Prior art date
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EP18725766.2A
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Fritz Kopf
Dietmar Adam
Bernhard ANTONY
Florian Auer
Olja BARBIR
Johannes Pistrol
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Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
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Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
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Publication date
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for compacting a track ballast bed by means of a tamping unit comprising two opposing stuffing tools, which are subjected to vibration in a stuffing process lowered into the ballast bed and moved towards each other with a Beistellterrorism.
  • the invention relates to a device for
  • Weichenstopf- or universal tamping machines are used. Such machines, which can be moved cyclically or continuously on the track, usually comprise a measuring system, a lifting / straightening unit and a tamping unit. By means of the lifting / straightening unit, the track is raised to a predetermined position. To fix this new situation is by means of
  • Tamping unit of tamping tools Stuffed and compacted track ballast from both sides under a respective threshold of the track.
  • AT 350 097 B discloses a tamping unit, in which hydraulic auxiliary drives for transmitting vibrations to a rotating eccentric shaft are articulated.
  • AT 339 358 B we know a tamping unit with hydraulic drives, in a combined function as a side drives and as
  • Vibration generator serve.
  • AT 515 801 A4 describes a method for compacting a
  • the invention is based on the object, for a method and a
  • the method is characterized in that, by means of sensors arranged on the tamping unit, at least for one tamping tool during a vibration cycle, a course of a force acting on the tamping tool is detected over a path traveled by the tamping tool and that at least one characteristic quantity is derived therefrom by means of which a
  • the tamping unit is used during a surgical operation as a measuring apparatus to detect a force-displacement curve (working diagram) of the stuffing tool and derive a meaningful characteristic therefrom.
  • the operation of compacting serves as a measuring procedure to the load-deformation behavior of the track ballast and its changes Place to determine.
  • track ballast quality and compression can be assessed online during the compaction process.
  • the process parameters of the compaction and the corrected track position can be continuously adjusted accordingly. For example, from the evaluation of ballast bed quality, a default value for a
  • the parameter is used as a parameter for a
  • An advantageous embodiment of the invention provides that for evaluating a gravel condition or a compaction state of the
  • Vibration cycle on the stuffing tool acting maximum force is derived.
  • This first parameter takes into account that the track ballast can only oppose the stuffing tool with a limited force (reaction force).
  • reaction force depends on which phase of the stuffing process the examined vibration cycle is and on the other hand on the gravel condition.
  • the first parameter is a meaningful indicator for both the gravel condition (new gravel offers higher resistance) and the compaction condition (increase in the course of compaction).
  • Compression state of the ballast bed derived from the detected force-displacement curve as a second characteristic of a vibration occurring during the vibration cycle amplitude.
  • reversal points of the dynamic stuffing tool can be moved in absolute coordinates and / or relative coordinates (more dynamic)
  • Vibration path are determined. It is taken into account that both the Beistellzi and the dynamic stuffing tool movement by design are not driven away exclusively.
  • Stopfwerkmaschinemaschine and gravel is determined and if it is derived from a third characteristic.
  • Stopfwerkmaschinemaschine and gravel is determined and if it is derived from a third characteristic.
  • a Beistellphase results in a
  • a further advantageous evaluation of the force-displacement curve provides that, as a fourth parameter, a slope of the profile during a
  • Loading phase of the stuffing tool is derived. This slope of the working line in the loading branch of the working diagram gives as
  • an inclination of the course during a relieving phase of the stuffing tool is also derived. This inclination of working line in
  • Relief load of the working diagram is to be regarded as relief stiffness.
  • New gravel shows partially elastic at discharge
  • Discharge tool performed deformation work is derived. These Deformation work corresponds to the area enclosed by the working line. It is that part of the work of the drive of the tamping aggregate, which is transferred to the track ballast, to a compression, a
  • a further improvement provides that to determine a
  • Total stiffness of the ballast bed is derived as a seventh characteristic an overall slope of the course.
  • the tamping tool acts in both directions, as it also introduces dynamic forces into the ground due to the lack of auxiliary movement on its rear side. Due to the two-sided effect, the physical sense of loading and unloading stiffness obsolete and the
  • Total rigidity is represented by the slope of the working line.
  • the overall inclination is determined by linear regression of the detected course, for example by the method of the least square error.
  • Valuation process takes place. Depending on the characteristic used can be inferred from the characteristic curve in a simple way conclusions on the
  • the aforementioned method comprises a tamping unit, with two
  • opposite tamping tools which are each coupled via a pivoting arm with a Beistellantrieb and a vibration drive, wherein at least on a pivoting arm and / or the associated
  • arranged distance are arranged, wherein measurement signals of the sensors are fed to an evaluation and wherein the evaluation device is arranged to determine a derived from the history characteristic.
  • Tamping tool compensated in a simple manner.
  • Tamping tool compensated in a simple manner.
  • FIG. 1 shows courses of the loading rigidity for two feeding operations
  • FIG. 12 shows the relief rigidity for two feeding operations
  • FIG. 13 shows the courses of the positions of the contact entry point at two
  • Fig. 14 curves of the positions of the contact loss point at two
  • Fig. 1 shows a track 1 with one of sleepers 2, 3 rails and
  • Fastener 4 existing track grid, which is mounted on a ballast bed 5. At a point to be machined 6 of the track 1 is a
  • Stopfaggregat 7 positioned. This comprises two opposite stuffing tools 8 (tamping picks), which enclose the stuffing threshold 2 during a stuffing 9. In this case, along a threshold 2 usually four Schwenkarmpaare are arranged, each with two Stopftechnikmaschinefaren. [26] Each stuffing tool is coupled via a pivoting arm 10 with a Beistellantrieb 1 1 and a vibratory drive 12.
  • Vibrations 13 are, for example, by means of a rotating shaft
  • An eccentric shaft housing including rotary drive is mounted on a lowerable tool carrier 14 on which the two pivot arms 10 are articulated.
  • a vibration drive 12 may also be arranged on the respective articulation. In such - not shown - move the arrangement
  • Each pivot arm 10 acts as a two-armed lever, wherein the associated stuffing tool 8 is fixed in a stuffing tool holder 15 at a lower lever arm.
  • An upper lever arm is coupled via the formed as a hydraulic cylinder Beistellantrieb 1 1 with the vibratory drive 12.
  • Stopfaggregat 7 is positioned at the point to be machined 6 above a threshold 2 and by means of the vibratory drive 12 are the
  • Stopftechnikmaschinemaschinee 8 with the vibrations 13 applied. Specifically, the generated vibrations 13 cause a quick opening and closing of the pliers-shaped movable stuffing tools 8 with small amplitude
  • the actual stuffing process 9 is divided into several phases.
  • the tool carrier 14 is lowered with the Stopftechnikmaschineen 8 in next to the threshold 2 located threshold trays.
  • the respective stuffing tool 8 penetrates vertically into the ballast bed 5, wherein the vibrations 13 or dynamic movements facilitate displacement of the ballast 17.
  • Beistellieri 18 is stuffed by the stuffing tools 8 gravel 17 below the threshold 2, compressed and optionally displaced laterally. there are the Beistellieri 18, which mainly serves the bulkhead transport, further superimposed on the vibrations 13 (vibration at about 35 Hz). In this dynamic compression of the ballast 17 so-called gravel flow can be caused.
  • a force measuring sensor 20 is arranged in the stuffing tool holder 15.
  • sensors can also be arranged on a shaft of a stuffing tool 2 provided for the measurements.
  • a horizontal contact force 21 to the ballast 17 (FIG. 2) is detected.
  • the pivot arms 10 are equipped with acceleration sensors 22 (depending on the machine type, one or two acceleration sensors 22 per pivot arm 10 are used).
  • An absolute auxiliary travel 23 is measured by means of a displacement sensor 24 (e.g., laser sensor).
  • Tamping machines often have several tamping units 7. Then, conveniently, each of these units 7 is equipped with the sensors 20, 22, 24.
  • Measurement signals 25 detected by the sensors 20, 22, 24 are one
  • Evaluation device 26 is supplied. This evaluation device 26 is set up to process the measurement signals 25 in order to apply a force acting on the considered stuffing tool 2 over one of the stuffing tool
  • the vibration paths of the acceleration sensors 22 are first determined by double integration of the acceleration signals. About the known geometric relationships of the vibration path 27 at the free end of the stuffing tool (pick plate) is determined. [35] Based on the force measurement on the shaft of the stuffing tool 2
  • Cutting forces (moments, normal force, shear force) determined. From this, the evaluation device 26 calculates the horizontal contact force 21.
  • Contact force 21 corresponds to the reaction force of the ballast 17 to the imprinted displacement.
  • a bending of the stuffing tool 2 can be easily compensated with the measured force.
  • a compensation of the mass inertia force of the stuffing tool 2 is effected by means of the determined stuffing tool movements.
  • FIGS. 3-5 Exemplary force-displacement curves 28 for a vibration cycle 29 are shown in FIGS. 3-5.
  • the contact force 21 is indicated on an abscissa of the vibration path 27 and on an ordinate.
  • the force-displacement curve 28 itself is shown in the form of a working line 30.
  • Working diagrams have distinguishing features that allow a clear inference to the conditions prevailing during the measurement. In particular, it is possible to draw conclusions about the particular phase of work (lowering, additions or re-dividing), the state of compaction and the gravel condition (new, freshly broken gravel or old, soiled, rounded gravel).
  • Fig. 3 shows a working diagram for new ballast, the sharp edges and a high toothing identifies.
  • Fig. 4 shows a working diagram for old ballast with rounded edges, low teeth, high compression and a high proportion of fine particles.
  • the distinguishing features (characteristics) of the working diagrams allow an automated classification into status categories such as
  • Neophytes short-lived gravel and gravel with advanced or end-of-life use.
  • Maximum force 31 a vibration amplitude 32, a front turnaround point 33, a rear turnaround point 34, a contact entry point 35, a Contact loss point 36, a slope 37 of the working line 30 during a loading phase (loading stiffness), a slope 38 of the working line 30 during a relief phase (relief stiffness), a
  • Stopfvorgangs 9 It can be assessed the condition of the track 17 with the two extremes, the new gravel from a quarry and the old gravel at the end of its technical life. Depending on
  • Maintenance may also take place a ballast processing or mixing of gravel. Specifically, it can be determined that new gravel 17 is clean, has sharp edges and has a defined particle size distribution. Old gravel 17, on the other hand, is polluted, has rounded edges and has dirt, abrasion,
  • Grain fragmentation and fines from the substrate a changed particle size distribution.
  • ballast Deformations that are mostly irreversible. The stiffness of such a non-compacted ballast is low. In contrast, compacted ballast is tightly packed and has a low pore volume. Due to the compression deformations are largely anticipated, which is why under load only more small deformations occur. These are predominantly elastic, that is reversible. Compacted ballast has a high rigidity.
  • data is transferred from the evaluation device 26 to a machine control 41.
  • Loading stiffness is an essential parameter for assessing the load-bearing capacity of the track ballast. It increases in the course of ballast compaction and is used as compaction proof.
  • the relief stiffness presents itself as a slope of the working line 30 in a relief phase.
  • the contact force 21 increases through the
  • the efficiency of the Gleisstopfens can be optimized with this parameter by the tamping unit 7 is operated in such a way that for the
  • Deformation work 40 gives a maximum.
  • Fig. 5 shows a working diagram in the phase of penetration in which the stuffing tool 8 acts approximately symmetrically in both directions.
  • the working line 30 is like an oval.
  • the resistance of the ballast 17 may be described by the stiffness which represents the slope of this oval.
  • the total inclination 39 turns as a slope of a line 42 by linear regression according to the method of least
  • FIGS. 6 and 7 show such curves in a three-dimensional diagram.
  • An x-axis and a y-axis correspond to the abscissa and the ordinate in Figs. 3-5.
  • On the third axis an additional time 43 (sequence of the oscillation cycles 29) is indicated.
  • FIG. 8 shows the same measurement results as FIG. 6 and FIG. 9 shows the same measurement results as FIG. 7.
  • the force profile is shown here as isolines 45 (isarithms) of the same force 21.
  • the spacing of these lines shows the slope 37, 38 in the working diagram (e.g., load stiffness).
  • Gradient and size characterize the compaction process in new gravel 17 (FIG. 8) and old gravel 17 (FIG. 9).
  • Shown here are also a line of the layers 46 of the contact entry points 35 and a line of the layers 47 of the contact loss points 36.
  • a different hatching is shown with increasing value.
  • a corresponding legend is attached to FIG. 8.
  • Figures 10-14 show characteristic curves for a sequence of several
  • Vibration cycles 29 with two Beistellvor réellen at a point 6 of the track first are discrete progressions of those characteristic values (values of the respective characteristic 31 -40), which at the respective
  • Vibration cycle 29 are detected.
  • the characteristic curves for a first supply process 48 and a second supply process 49 are shown together in the respective diagram and each begin with the first oscillation cycle 29 of the respective supply process 48, 49.
  • the comparison of the courses allows conclusions about the compaction of the ballast 17 and also serves as Decision criterion on how many stuffing operations 9 per track 6 are required.
  • the difference between the first and the second Beistellvorgang 48, 49 is clearly visible and thus justifies the second process 49th
  • Stopfvor Cyprus 9 or threshold positions at successive points 6 along the track 1 shown (spatial development).
  • the respective diagram shows for each stuffing process 9 again the characteristic values of two addition processes 47, 48.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten eines Gleisschotterbetts (5) mittels eines Stopfaggregats (7), das zwei gegenüberliegende Stopfwerkzeuge (8) umfasst, die bei einem Stopfvorgang (9) mit Schwingungen (13) beaufschlagt in das Gleisschotterbett (5) abgesenkt und mit einer Beistellbewegung (18) aufeinander zubewegt werden. Dabei wird mittels am Stopfaggregat (7) angeordneter Sensoren (20, 22, 24) zumindest für ein Stopfwerkzeug (8) während eines Schwingungszyklus (29) ein Verlauf (28) einer auf das Stopfwerkzeug (8) wirkenden Kraft (21) über einem vom Stopfwerkzeug (8) zurückgelegten Weg (23, 27) erfasst, wobei daraus zumindest eine Kenngröße (31-40) abgeleitet wird, mittels derer eine Bewertung des Stopfvorgangs (9) und/oder einer Beschaffenheit des Gleisschotterbettes (5) erfolgt. Auf diese Weise wird das Stopfaggregat (7) während eines operativen Einsatzes als Messapparatur genutzt.

Description

Besch reibung
Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten eines Gleisschotterbetts Gebiet der Technik
[01 ] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten eines Gleisschotterbetts mittels eines Stopfaggregats, das zwei gegenüberliegende Stopfwerkzeuge umfasst, die bei einem Stopfvorgang mit Schwingungen beaufschlagt in das Gleisschotterbett abgesenkt und mit einer Beistellbewegung aufeinander zubewegt werden. Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
[02] Eisenbahnstrecken mit Schotteroberbau erfordern eine regelmäßige
Korrektur der Gleislage, wobei in der Regel Gleisstopfmaschinen bzw.
Weichenstopf- oder Universalstopfmaschinen zum Einsatz kommen. Solche zyklisch oder kontinuierlich am Gleis verfahrbare Maschinen umfassen gewöhnlich ein Messsystem, ein Hebe-/Richtaggregat und ein Stopfaggregat. Mittels des Hebe-/Richtaggregats erfolgt eine Anhebung des Gleises in eine vorgegebene Lage. Zur Fixierung dieser neuen Lage wird mittels am
Stopfaggregat befindlicher Stopfwerkzeuge Gleisschotter von beiden Seiten unter eine jeweilige Schwelle des Gleises gestopft und verdichten.
[03] Je nach Zustand des Gleisschotters (Neulage, beginnende Nutzungsdauer, zu Ende gehende Nutzungsdauer) bzw. je nach Verschlechterungsrate ist eine entsprechende Überkorrektur der Gleislage angebracht, damit das Gleis durch eine nachfolgende Setzung die gewünschte endgültige Lage einnimmt. Die Setzung erfolgt dabei gegebenenfalls durch eine Stabilisierung mittels eines Dynamischen Gleisstabilisators und in jedem Fall durch die
anschließende Regelbelastung des Zugverkehrs.
[04] Für Stopfaggregate zum Unterstopfen von Schwellen eines Gleises sind
verschiedene Bauformen bekannt. Beispielsweise offenbart AT 350 097 B ein Stopfaggregat, bei dem hydraulische Beistellantriebe zur Übertragung von Schwingungen an eine rotierende Exzenterwelle angelenkt sind. Aus AT 339 358 B kennt man ein Stopfaggregat mit Hydraulikantrieben, die in einer kombinierten Funktion als Beistellantriebe und als
Schwingungserzeuger dienen.
[05] AT 515 801 A4 beschreibt ein Verfahren zum Verdichten eines
Gleisschotterbettes mittels eines Stopfaggregats, wobei eine Qualitätsziffer für eine Schotterbetthärte ausgewiesen werden soll. Zu diesem Zweck wird eine Beistellkraft eines Beistellzylinders in Abhängigkeit eines Beistellweges erfasst und über einen daraus abgeleiteten Energieverbrauch eine Kennziffer definiert. Allerdings hat diese Kennziffer wenig Aussagekraft, weil ein nicht zu vernachlässigender Energieanteil, der im System verloren geht, keine Berücksichtigung findet. Zudem würde auch die während eines
Stopfvorgangs tatsächlich in den Schotter eigebrachte Gesamtenergie keine verlässliche Beurteilung eines Schotterbettzustands erlauben.
Zusammenfassung der Erfindung
[06] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Verfahren und eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben.
[07] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß
Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 13. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
[08] Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mittels am Stopfaggregat angeordneter Sensoren zumindest für ein Stopfwerkzeug während eines Schwingungszyklus ein Verlauf einer auf das Stopfwerkzeug wirkenden Kraft über einem vom Stopfwerkzeug zurückgelegten Weg erfasst wird und dass daraus zumindest eine Kenngröße abgeleitet wird, mittels derer eine
Bewertung des Stopfvorgangs und/oder einer Beschaffenheit des
Gleisschotterbettes erfolgt. Auf diese Weise wird das Stopfaggregat während eines operativen Einsatzes als Messapparatur genutzt, um einen Kraft-Weg- Verlauf (Arbeitsdiagramm) des Stopfwerkzeugs zu erfassen und daraus eine aussagekräftige Kenngröße abzuleiten.
[09] Konkret dient der Arbeitsvorgang des Verdichtens als Messprozedur, um das Last-Verformungs-Verhalten des Gleisschotters und dessen Änderungen vor Ort zu bestimmen. Durch eine Analyse der Messgrößen in Echtzeit und die Bildung zumindest einer Kenngröße kann die Gleisschotterqualität und -Verdichtung bereits während des Verdichtungsvorgangs online beurteilt werden. In weiterer Folge lassen sich Prozessparameter der Verdichtung und der korrigierten Gleislage laufend darauf abstimmen. Beispielsweise kann aus der Bewertung der Schotterbettqualität ein Vorgabewert für eine
Überkorrektur der Gleislage abgeleitet werden.
[10] Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Kenngröße als ein Parameter für eine
Ansteuerung des Stopfaggregats vorgegeben wird. Die damit erreichte automatisierte Anpassung des Stopfvorgangs erlaubt eine rasche Reaktion auf eine sich verändernde Beschaffenheit des Schotterbetts. Zum Beispiel können automatisch mehrere Beistellvorgänge erfolgen, bis ein
vorgegebener Schotterverdichtungsgrad erreicht ist.
[1 1 ] Eine vorteilhafte Ausprägung der Erfindung sieht vor, dass zur Bewertung eines Schotterzustandes oder eines Verdichtungszustandes des
Schotterbettes als eine erste Kenngröße eine während des
Schwingungszyklus auf das Stopfwerkzeug wirkende Maximalkraft abgeleitet wird. Diese erste Kenngröße berücksichtigt, dass der Gleisschotter dem Stopfwerkzeug nur eine begrenzte Kraft (Reaktionskraft) entgegensetzen kann. Abhängig ist die Maximalkraft einerseits davon, in welcher Phase des Stopfvorgangs sich der untersuchte Schwingungszyklus befindet und andererseits vom Schotterzustand. Somit ist die erste Kenngröße ein aussagekräftiger Indikator sowohl für den Schotterzustand (neuer Schotter bietet höheren Widerstand) als auch für den Verdichtungszustand (Anstieg im Laufe der Verdichtung).
[12] In einer sinnvollen Weiterbildung wird zur Bewertung eines
Verdichtungszustandes des Schotterbettes aus dem erfassten Kraft-Weg- Verlauf als eine zweite Kenngröße eine während des Schwingungszyklus auftretende Schwingungsamplitude abgeleitet. Zur Amplitudenbestimmung können Umkehrpunkte der dynamischen Stopfwerkzeug beweg ung in absoluten Koordinaten und/oder relativen Koordinaten (dynamischer
Schwingweg) ermittelt werden. Dabei wird berücksichtigt, dass sowohl die Beistellbewegung als auch die dynamische Stopfwerkzeugbewegung konstruktionsbedingt nicht ausschließlich weggesteuert sind.
[13] Zudem ist es von Vorteil, wenn zur Bewertung eines Schotterzustandes des Schotterbettes für den Schwingungszyklus ein Kontakteintritt zwischen Stopfwerkzeug und Schotter sowie ein Kontaktverlust zwischen
Stopfwerkzeug und Schotter ermittelt wird und wenn daraus eine dritte Kenngröße abgeleitet wird. In einer Beistellphase ergibt sich eine
ausgeprägte asymmetrische Belastung des Stopfwerkzeugs, wobei durch die Beistellbewegung eine Bearbeitungsrichtung des Schotters in Richtung der zu unterstopfenden Schwelle gegeben ist. Die Lage eines
Kontakteintrittspunktes und die Lage eines Kontaktverlustpunktes hängen dabei vom Schotterzustand ab. Im Kraft-Weg-Verlauf bilden deshalb ein Abschnitt mit Kontakt und ein Abschnitt ohne Kontakt gute Indikatoren für die Gleisschotterqualität.
[14] Eine weitere vorteilhafte Auswertung des Kraft-Weg-Verlaufes sieht vor, dass als eine vierte Kenngröße eine Neigung des Verlaufs während einer
Belastungsphase des Stopfwerkzeugs abgeleitet wird. Diese Neigung der Arbeitslinie im Belastungsast des Arbeitsdiagrammes gibt als
Belastungssteifigkeit Auskunft über die Tragfähigkeit des Gleisschotters. Sie steigt im Zuge der Schotterverdichtung an und wird als
Verdichtungsnachweis herangezogen.
[15] Vorteilhafterweise wird zur Bewertung des Schotterzustandes als eine fünfte Kenngröße auch eine Neigung des Verlaufs während einer Entlastungsphase des Stopfwerkzeugs abgeleitet. Diese Neigung der Arbeitslinie im
Entlastungsast des Arbeitsdiagrammes ist dabei als Entlastungssteifigkeit anzusehen. Neuer Schotter zeigt bei Entlastung teilweise elastisches
Verhalten und federt mit dem Stopfwerkzeug bei dessen
Rückwärtsbewegung bis zum Kontaktverlust zurück. Alter Schotter reagiert hingegen kaum elastisch. Deshalb ist die Entlastungssteifigkeit ein guter Indikator für den Schotterzustand.
[16] Zur Ermittlung eines Nutzungsgrades ist es von Vorteil, wenn aus dem
erfassten Verlauf als eine sechste Kenngröße eine mittels des
Stopfwerkzeugs geleistete Verformungsarbeit abgeleitet wird. Diese Verformungsarbeit entspricht dabei der von der Arbeitslinie umschlossenen Fläche. Es ist jener Anteil der Arbeit des Antriebes des Stopfaggregates, der in den Gleisschotter übertragen wird, um eine Verdichtung, eine
Verdrängung, ein Fließen des Schotters etc. zu bewirken. Mit dieser sechsten Kenngröße lässt sich auf einfache Weise die Effizienz des
Gleisstopfens optimieren.
[17] Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass zur Ermittlung einer
Gesamtsteif ig keit des Schotterbetts als eine siebente Kenngröße eine Gesamtneigung des Verlaufs abgeleitet wird. In einer Phase des Eindringens in den Gleisschotter wirkt das Stopfwerkzeug in beide Richtungen, da es durch die fehlende Beistellbewegung auch an seiner Rückseite dynamische Kräfte in den Boden einträgt. Durch die beidseitige Wirkungsweise wird der physikalische Sinn der Be- und Entlastungssteifigkeit obsolet und die
Gesamtsteif ig keit wird durch die Neigung der Arbeitslinie repräsentiert.
[18] Dabei ist es günstig, wenn die Gesamtneigung durch lineare Regression des erfassten Verlaufs ermittelt wird, beispielsweise nach der Methode des geringsten Fehlerquadrates.
[19] Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der Verlauf der auf das Stopfwerkzeug wirkenden Kraft über dem vom
Stopfwerkzeug zurückgelegten Weg für mehrere Schwingungszyklen eines Stopfvorgangs erfasst, wobei für jeden dieser Schwingungszyklen je
Kenngröße ein Wert ermittelt wird und wobei mittels eines Verlaufs dieser ermittelten Kennwerte bzw. mittels mehrerer Kennwertverläufe ein
Bewertungsvorgang erfolgt. Je nach herangezogener Kenngröße lassen sich aus dem Kennwertverlauf auf einfache Weise Rückschlüsse auf den
Schotterzustand und/oder den Verdichtungszustand ziehen.
[20] Zudem ist es von Vorteil, wenn an einer Gleisstelle mehrere Beistellvorgänge durchgeführt werden, wobei für jeden Beistellvorgang je Kenngröße ein Wert für einen Schwingungszyklus oder je Kenngröße ein Kennwertverlauf für mehrere Schwingungszyklen zur Bewertung eines Verdichtungszustandes des Schotterbetts ermittelt wird und wobei bei Nichterreichung eines vorgegebenen Verdichtungszustandes ein weiterer Beistellvorgang durchgeführt wird. Die Kennwerte bzw. Kennwertverläufe zeigen dabei deutliche Unterschiede zwischen den aufeinanderfolgenden Beistellvorgängen.
[21 ] Eine zusätzliche Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass für mehrere
Stopfvorgänge an unterschiedlichen Stellen entlang eines Gleises jeweils ein Kennwert für einen Schwingungszyklus oder ein Kennwertverlauf für mehrere Schwingungszyklen ermittelt wird und dass daraus eine Bewertung einer räumlichen Entwicklung eines Verdichtungserfolges und/oder der
Beschaffenheit des Schotterbettes erfolgt. Dieser übergeordnete Verlauf der Kenngrößen über mehrere Stopfvorgänge hinweg gibt Aufschluss über die Homogenität des Gleises, den Schotterzustand und den Verdichtungserfolg.
[22] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines der
vorgenannten Verfahren umfasst ein Stopfaggregat, mit zwei
gegenüberliegenden Stopfwerkzeugen, die jeweils über einen Schwenkarm mit einem Beistellantrieb und einem Schwingungsantrieb gekoppelt sind, wobei zumindest an einem Schwenkarm und/oder dem zugeordneten
Stopfwerkzeug Sensoren zur Erfassung des Verlauf der auf das
Stopfwerkzeug wirkenden Kraft über dem vom Stopfwerkzeug
zurückgelegten Weg angeordnet sind, wobei Messsignale der Sensoren einer Auswerteeinrichtung zugeführt sind und wobei die Auswerteeinrichtung zur Ermittlung einer aus dem Verlauf abgeleiteten Kenngröße eingerichtet ist.
[23] Dabei ist es vorteilhaft, wenn in einer Stopfwerkzeughalterung zumindest ein Kraftmesssensor angeordnet ist. Der Kraftmesssensor ist somit vor störenden Einflüssen geschützt und misst mit hoher Genauigkeit die auf das Stopfwerkzeug wirkenden Kräfte. Dabei wird eine Biegung des
Stopfwerkzeugs auf einfache Weise kompensiert. Zusätzlich sind
Beschleunigungssensoren bzw. Wegsensoren zur Erfassung des
Stopfwerkzeugwegs angeordnet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[24] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer
Darstellung:
Fig. 1 Stopfaggregat Fig. 2 Stopfwerkzeug und Schwenkarm mit Sensoren
Fig. 3 Kraft-Weg-Verlauf (Arbeitsdiagramm) bei neuem Schotter
Fig. 4 Kraft-Weg-Verlauf bei altem Schotter
Fig. 5 Kraft-Weg-Verlauf beim Eindringen in den Schotter
Fig. 6 3D-Diagramm der Kraft-Weg-Verläufe für mehrere
Schwingungszyklen bei neuem Schotter
Fig. 7 3D-Diagramm der Kraft-Weg-Verläufe für mehrere
Schwingungszyklen bei altem Schotter
Fig. 8 Schnittflächen durch das 3D-Diagramm gemäß Fig. 6
Fig. 9 Schnittflächen durch das 3D-Diagramm gemäß Fig. 7
Fig. 10 Verläufe der Maximal kraft bei zwei Beistellvorgängen
Fig. 1 1 Verläufe der Belastungssteifigkeit bei zwei Beistellvorgängen Fig. 12 Verläufe der Entlastungssteifigkeit bei zwei Beistellvorgängen Fig. 13 Verläufe der Lagen des Kontakteintrittspunktes bei zwei
Beistellvorgängen
Fig. 14 Verläufe der Lagen des Kontaktverlustpunktes bei zwei
Beistellvorgängen
Fig. 15 Verlauf der Maximal kraft bei neuem Schotter
Fig. 16 Verlauf der Belastungssteifigkeit bei neuem Schotter
Fig. 17 Verlauf der Entlastungssteifigkeit bei neuem Schotter
Fig. 18 Verlauf der Maximal kraft bei altem Schotter
Fig. 19 Verlauf der Belastungssteifigkeit bei altem Schotter
Fig. 20 Verlauf der Entlastungssteifigkeit bei altem Schotter
Beschreibung der Ausführungsformen
[25] Fig. 1 zeigt ein Gleis 1 mit einem aus Schwellen 2, Schienen 3 und
Befestigungsmittel 4 bestehenden Gleisrost, der auf einem Schotterbett 5 gelagert ist. An einer zu bearbeitenden Stelle 6 des Gleises 1 ist ein
Stopfaggregat 7 positioniert. Dieses umfasst zwei gegenüberliegende Stopfwerkzeuge 8 (Stopfpickel), die während eines Stopfvorgangs 9 die zu unterstopfende Schwelle 2 umschließen. Dabei sind entlang einer Schwelle 2 gewöhnlich vier Schwenkarmpaare mit jeweils zwei Stopfwerkzeugpaaren angeordnet. [26] Jedes Stopfwerkzeug ist über einen Schwenkarm 10 mit einem Beistellantrieb 1 1 und einem Schwingungsantrieb 12 gekoppelt.
Schwingungen 13 werden beispielsweise mittels einer rotierenden
Exzenterwelle erzeugt. Ein Exzenterwellengehäuse samt Rotationsantrieb ist auf einem absenkbaren Werkzeugträger 14 befestigt, auf dem auch die beiden Schwenkarme 10 angelenkt sind. Alternativ dazu kann auch an der jeweiligen Anlenkung ein Schwingungsantrieb 12 angeordnet sein. Bei einer derartigen - nicht dargestellten - Anordnung bewegen sich die
Stopfwerkzeuge 8 entlang elliptischer Bahnen.
[27] Jeder Schwenkarm 10 wirkt als zweiarmiger Hebel, wobei an einem unteren Hebelarm das zugehörige Stopfwerkzeug 8 in einer Stopfwerkzeughalterung 15 befestigt ist. Ein oberer Hebelarm ist über den als Hydraulikzylinder ausgebildeten Beistellantrieb 1 1 mit dem Schwingungsantrieb 12 gekoppelt.
[28] Beim Stopfen des Gleises 1 wird der Gleisrost 4 zunächst angehoben,
wodurch sich unter den Schwellen 2 Hohlräume 16 bilden. Das
Stopfaggregat 7 wird an der zu bearbeitenden Stelle 6 über einer Schwelle 2 positioniert und mittels des Schwingungsantriebs 12 werden die
Stopfwerkzeuge 8 mit den Schwingungen 13 beaufschlagt. Konkret bewirken die erzeugten Schwingungen 13 ein schnellen Öffnen und Schließen der zangenförmig bewegbaren Stopfwerkzeuge 8 mit kleiner Amplitude
(Vibration). Dabei besteht noch kein Kontakt mit Schotter 17.
[29] Der eigentliche Stopfvorgang 9 gliedert sich in mehrere Phasen. In einer ersten Phase wird der Werkzeugträger 14 mit den Stopfwerkzeugen 8 in neben der Schwelle 2 befindliche Schwellenfächer abgesenkt. Das jeweilige Stopfwerkzeug 8 dringt senkrecht in das Schotterbett 5 ein, wobei die Schwingungen 13 bzw. dynamischen Bewegungen ein Verdrängen des Schotters 17 erleichtern.
[30] Noch während des Absenkens setzt in einer zweiten Phase eine
Beistellbewegung 18 ein und das jeweilige Stopfwerkzeug 8 bewegt sich auf die Schwelle 2 zu. Die Absenkung endet bei einer definierten Eindringtiefe und die Beistellbewegung 18 wird fortgesetzt. Während der
Beistellbewegung 18 wird mittels der Stopfwerkzeuge 8 Schotter 17 unter die Schwelle 2 gestopft, verdichtet und gegebenenfalls seitlich verdrängt. Dabei sind der Beistellbewegung 18, die hauptsächlich dem Schottertransport dient, weiterhin die Schwingungen 13 überlagert (Vibration mit ca. 35 Hz). Bei dieser dynamischen Verdichtung des Schotter 17 kann auch sogenanntes Schotterfließen hervorgerufen werden.
[31 ] Bevor das jeweilige Stopfwerkzeug 8 die Schwelle 2 berührt, setzt in einer dritten Phase eine Bewegungsumkehr ein. Der Werkzeugträger 14 samt Stopfwerkzeugen 8 wird nach oben bewegt und eine Rückstellbewegung 19 (gegenläufige Beistellbewegung) bewirkt ein Öffnen der zangenförmig gegenüberliegenden Stopfwerkzeuge 8.
[32] In der Stopfwerkzeughalterung 15 ist ein Kraftmesssensor 20 angeordnet.
Alternativ können auch Sensoren (Dehnmessstreifen) an einem Schaft eines für die Messungen vorgesehenen Stopfwerkzeugs 2 angeordnet sein. Erfasst wird damit eine horizontale Kontaktkraft 21 zum Schotter 17 (Fig. 2). Zudem sind die Schwenkarme 10 mit Beschleunigungssensoren 22 bestückt (je nach Maschinentyp kommen ein oder zwei Beschleunigungssensoren 22 pro Schwenkarm 10 zum Einsatz). Ein absoluter Beistellweg 23 wird mittels eines Wegmesssensors 24 (z.B. Lasersensor) gemessen.
Gleisstopfmaschinen weisen oft mehrere Stopfaggregate 7 auf. Dann ist günstigerweise jedes dieser Aggregate 7 mit den Sensoren 20, 22, 24 ausgestattet.
[33] Mittels der Sensoren 20, 22, 24 erfasste Messsignale 25 sind einer
Auswerteeinrichtung 26 zugeführt. Diese Auswerteeinrichtung 26 ist zur Verarbeitung der Messsignale 25 eingerichtet, um eine auf das betrachtete Stopfwerkzeug 2 wirkenden Kraft über einem vom Stopfwerkzeug
zurückgelegten Weg zu erfassen. Konkret wird dabei die horizontale
Kontaktkraft 21 über einem Schwingweg 27 als Kraft-Weg-Verlauf 28
(Arbeitsdiagramm) ermittelt.
[34] Um den dynamischen Schwingweg 27 zu bestimmen, werden zunächst die Schwingwege der Beschleunigungssensoren 22 durch doppelte Integration der Beschleunigungssignale ermittelt. Über die bekannten geometrischen Beziehungen wird der Schwingweg 27 am freien Ende des Stopfwerkzeugs (Pickelplatte) bestimmt. [35] Anhand der Kraftmessung am Schaft des Stopfwerkzeugs 2 werden
Schnittkräfte (Momente, Normalkraft, Querkraft) bestimmt. Daraus errechnet die Auswerteeinrichtung 26 die horizontale Kontaktkraft 21 . Diese
Kontaktkraft 21 entspricht der Reaktionskraft des Schotters 17 auf die ihm aufgeprägte Verschiebung. Eine Biegung des Stopfwerkzeugs 2 lässt sich auf einfache Weise mit der gemessenen Kraft kompensieren. Mittels der ermittelten Stopfwerkzeugbewegungen erfolgt zudem eine Kompensation der Massenträgheitskraft des Stopfwerkzeugs 2.
[36] Resultat dieser Sensorsignalauswertungen ist der Kraft-Weg-Verlauf 28 für die einzelnen Schwingungszyklen 29 eines Beistellvorgangs. Diese Relation zwischen Stopfwerkzeug beweg ung und Kontaktkraft 21 wird in weiterer Folge zur Bewertung des Verdichtungsvorgangs und des Zustands des Schotters 17 bzw. des Schotterbetts 5 genutzt.
[37] Beispielhafte Kraft-Weg-Verläufe 28 für einen Schwingungszyklus 29 sind in den Figuren 3-5 dargestellt. Dabei ist auf einer Abszisse der Schwingweg 27 und auf einer Ordinate die Kontaktkraft 21 angegeben. Der Kraft-Weg- Verlauf 28 selbst ist in Form einer Arbeitslinie 30 dargestellt. Diese
Arbeitsdiagramme weisen Unterscheidungsmerkmale auf, die einen klaren Rückschluss auf die bei der Messung herrschenden Bedingungen erlauben. Insbesondere lassen sich Rückschlüsse auf die jeweilige Arbeitsphase (Absenken, Beistellen oder Rücksteilen), den Verdichtungszustand und den Schotterzustand (neu, frisch gebrochener Schotter bzw. alter, verschmutzter, abgerundeter Schotter) ziehen. Fig. 3 zeigt ein Arbeitsdiagramm für neuen Schotter, der scharfe Kanten und eine hoher Verzahnung ausweist. Fig. 4 zeigt ein Arbeitsdiagramm für alten Schotter mit abgerundeten Kanten, geringer Verzahnung, hoher Verdichtung und einem hohen Feinteileanteil. Die Unterscheidungsmerkmale (Kenngrößen) der Arbeitsdiagramme erlauben eine automatisierte Einteilung in Zustandskategorien wie
Neuschotter, Schotter mit geringer Nutzungsdauer und Schotter mit fortgeschrittener bzw. endender Nutzungsdauer.
[38] Die als Kenngrößen nutzbaren Unterscheidungsmerkmale sind eine
Maximalkraft 31 , eine Schwingungsamplitude 32, ein vorderer Umkehrpunkt 33, ein hinterer Umkehrpunkt 34, ein Kontakteintrittspunkt 35, ein Kontaktverlustpunkt 36, eine Neigung 37 der Arbeitslinie 30 während einer Belastungsphase (Belastungssteifigkeit), eine Neigung 38 der Arbeitslinie 30 während einer Entlastungsphase (Entlastungssteifigkeit), eine
Gesamtneigung 39 der Arbeitslinie und eine geleistete Verformungsarbeit 40 als von der Arbeitslinie 30 umschlossene Fläche. Zur Bestimmung dieser Kenngrößen 31 -40 können anstelle der Relativschwingwege 27 auch die absoluten Beistellwege 23 herangezogen werden.
[39] Die arbeitsintegrierte Messung und Kenngrößenbestimmung und die darauf basierende Bewertung des Schotterzustandes erlaubt eine laufende
Qualitätskontrolle und die Optimierung der Prozessparameter des
Stopfvorgangs 9. Bewertbar ist der Zustand des Gleisschotters 17 anhand der beiden Extreme, dem neuen Schotter aus einem Steinbruch und dem alten Schotter am Ende seiner technischen Lebensdauer. Je nach
Schotterqualität, Belastung, Umwelteinflüsse und Untergrundverhältnisse durchläuft der Schotterzustand sämtliche Zwischenstufen, wobei bei
Instandhaltungsmaßnahmen auch eine Schotteraufbereitung bzw. ein Mischen von Schotter stattfinden kann. Konkret lässt sich festlegen, dass neuer Schotter 17 sauber ist, scharfe Kanten aufweist und eine definierte Korngrößenverteilung aufweist. Alter Schotter 17 hingegen ist verschmutzt, besitzt abgerundete Kanten und hat durch Verschmutzung, Abrieb,
Kornzertrümmerung und Feinteile aus dem Untergrund eine veränderte Korngrößenverteilung.
[40] Zudem erlaubt die arbeitsintegrierte Ermittlung der Schottersteif ig keit und die darauf basierende Bewertung des Verdichtungszustandes eine laufende Qualitätskontrolle und die Optimierung der Prozessparameter des
Stopfvorgangs 9. Bewerten lässt sich der Verdichtungszustand des
Gleisschotters 17 anhand spezifischer Schottereigenschaften. Lose geschütteter Schotter ist locker gelagert und weist großes Porenvolumen sowie geringe Tragfähigkeit auf. Bei Belastungen treten relativ große
Deformationen auf, die zumeist irreversibel sind. Die Steifigkeit eines solchen unverdichteten Schotters ist gering. Verdichteter Schotter hingegen ist dicht gelagert und besitzt geringes Porenvolumen. Durch die Verdichtung sind Deformationen weitgehend vorweggenommen, weshalb unter Belastung nur mehr geringe Deformationen auftreten. Diese sind überwiegende elastisch, also reversibel. Verdichteter Schotter weist eine große Steifigkeit auf.
[41 ] Die definierten Kenngrößen 31 -40 eines Schwingungszyklus 29
charakterisieren den Stopfvorgang 9 dermaßen, dass sich in einfacher Weise Aussagen über den Gleisschotterzustand und den Verdichtungsvorgang machen lassen. Dazu werden entweder die Kenngrößen 31 -40 bzw.
Arbeitsdiagramme in einer Ausgabeeinrichtung angezeigt oder mit einem vordefinierten Bewertungsschema abgeglichen. Einzelne Kenngrößen 31 -40 können als Parameter für eine Ansteuerung des Stopfaggregats 7
vorgegeben werden. Dazu werden Daten von der Auswerteeinrichtung 26 an eine Maschinensteuerung 41 übergeben.
[42] In der folgenden exemplarischen Beschreibung der Zusammenhänge wird vereinfachend die Interpretation der Kraft-Weg-Verläufe 28 vorgenommen. Zur besseren Verständlichkeit wird nicht auf vorhandene Querbezüge eingegangen. Vielmehr werden Verknüpfungen von Kenngrößen 31 -40 und bewertbaren Mechanismen mit den augenscheinlichsten Korrelationen hervorgehoben.
[43] Die Maximalkraft 31 ist ein guter Indikator sowohl für den Schotterzustand als auch für den Verdichtungszustand. Die Schwingungsamplitude 32 ist durch die Umkehrpunkte 33, 34 der dynamischen Stopfwerkzeugbewegung bestimmt. Mit zunehmendem Widerstand des Schotters 17 geht eine geringfügige Verringerung der Schwingungsamplitude 32 einher, weshalb diese zweite Kenngröße ein guter Indikator für den Verdichtungszustand ist.
[44] Der Kontakteintrittspunkt 35 und der Kontaktverlustpunkt 36 trennen im Kraft- Weg-Verlauf 28 einen Abschnitt mit kraftschlüssigem Kontakt zwischen Stopfwerkzeug 8 und Schotter 17 von einem Abschnitt ohne Kontakt. Im Arbeitsdiagramm ist ersichtlich, dass das Stopfwerkzeug 8 in einer
Vorwärtsbewegung auf den Schotter 17 auftrifft, die Kontaktkraft 21 bis zum Maximum 31 ansteigt und danach wieder abfällt, weil das Stopfwerkzeug 8 den vorderen Umkehrpunkt 33 erreicht hat und sich wieder rückwärts zu bewegen beginnt. In dieser Rückwärtsbewegung verliert es den Kontakt mit dem in Arbeitsrichtung gedrückten Schotter 17 und führt die restliche
Rückwärtsbewegung mit vernachlässigbarer Krafteinwirkung aus. Erst nach dem Richtungswechsel am hinteren Umkehrpunkt 34 bewegt sich das Stopfwerkzeug 8 wieder in Arbeitsrichtung, um erneut mit dem Gleisschotter in Kontakt zu kommen. In den Figuren 3 und 4 zeigt sich klar, dass die Lage der Kontaktpunkte 35, 36 vom Schotterzustand abhängen. Als Indikatoren für die Schotterqualität ist demnach die Lage der Linie des Kontaktes und der Linie des Kontaktverlustes heranziehbar.
[45] Die Belastungssteifigkeit des Gleisschotters 17 ist die Relation zwischen
Kraft und zugehöriger Verformung. Im Kraft-Weg-Verlauf 28 stellt sie sich als Neigung der Arbeitslinie 30 in einem Belastungsast dar. Die
Belastungssteifigkeit ist eine essentielle Kenngröße zur Beurteilung der Tragfähigkeit des Gleisschotters. Sie steigt im Zuge der Schotterverdichtung an und wird als Verdichtungsnachweis herangezogen.
[46] Die Entlastungssteifigkeit stellt sich als Neigung der Arbeitslinie 30 in einer Entlastungsphase dar. In Fig. 4 nimmt die Kontaktkraft 21 durch die
Reduktion der Verformungsgeschwindigkeit bereits vor dem Umkehrpunkt 34 ab, obwohl die Verformung noch zunimmt. Durch dieses inelastische
Verhalten weist alter Gleisschotter 17 eine geringe, oft sogar negative Entlastungssteifigkeit auf. Dadurch eignet sich die Entlastungssteifigkeit als Indikator für den Schotterzustand.
[47] Die von der Arbeitslinie 30 umschlossene Fläche entspricht der geleisteten Verformungsarbeit 40. Mit dem relativen Schwingweg xrei, der Kontaktkraft F und einer Schwingungszyklusdauer T errechnet sich die Verformungsarbeit W nach folgender Formel:
W = F ■ dXrel
Die Effizienz des Gleisstopfens ist mit dieser Kenngröße optimierbar, indem das Stopfaggregat 7 in der Weise betrieben wird, dass sich für die
Verformungsarbeit 40 ein Maximum ergibt.
[48] Fig. 5 zeigt ein Arbeitsdiagramm in der Phase des Eindringens, bei der das Stopfwerkzeug 8 in beide Richtungen annähernd symmetrisch wirkt. Dabei gleicht die Arbeitslinie 30 einem Oval. Der Widerstand des Schotters 17 kann durch die Steifigkeit beschrieben werden, die sich als Neigung dieses Ovals darstellt. Konkret stellt sich die Gesamtneigung 39 als Neigung einer Linie 42 dar, die durch lineare Regression nach der Methode des geringsten
Fehlerquadrats ermittelt wird.
[49] In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung werden alle Kenngrößen 31 - 40 für jeden Schwingungszyklus 29 berechnet und der Verlauf über den gesamten Beistellvorgang ausgewertet. In den Figuren 6 und 7 sind solche Verläufe in einem räumlichen Diagramm dargestellt. Eine x-Achse und eine y-Achse entsprechen der Abszisse und der Ordinate in den Figuren 3-5. Auf der dritten Achse ist eine Beistellzeit 43 (Abfolge der Schwingungszyklen 29) angegeben. In Fig. 6 ist beispielsweise klar erkennbar, dass bei neuem Schotter 17 die Maximal kraft 31 mit zunehmender Beistellzeit 43 deutlich ansteigt.
[50] Fig. 8 zeigt dieselben Messergebnisse wie Fig. 6 und Fig. 9 zeigt dieselben Messergebnisse wie Fig. 7. Allerdings ist hier der Kraftverlauf als Isolinien 45 (Isarithmen) gleicher Kraft 21 dargestellt. Der Abstand dieser Linien zeigt die Neigung 37, 38 im Arbeitsdiagramm (z.B. Belastungssteifigkeit). Verlauf und Größe charakterisieren den Verdichtungsvorgang in neuem Schotter 17 (Fig. 8) und altem Schotter 17 (Fig. 9). Eingezeichnet sind hier auch eine Linie der Lagen 46 der Kontakteintrittspunkte 35 und eine Linie der Lagen 47 der Kontaktverlustpunkte 36. Für die jeweils konstante Kontaktkraft 21 ist mit zunehmendem Wert eine andere Schraffur dargestellt. Eine entsprechende Legende ist Fig. 8 beigefügt.
[51 ] Die Figuren 10-14 zeigen Kennwertverläufe für eine Abfolge mehrere
Schwingungszyklen 29 mit zwei Beistellvorgängen an einer Stelle 6 des Gleises 1 . Es handelt sich dabei um diskrete Verläufe jener Kennwerte (Werte der jeweiligen Kenngröße 31 -40), die beim jeweiligen
Schwingungszyklus 29 erfasst werden. Die Kennwertverläufe für einen ersten Beistellvorgang 48 und einen zweiten Beistellvorgang 49 sind im jeweiligen Diagramm gemeinsam dargestellt und beginnen jeweils mit dem ersten Schwingungszyklus 29 des jeweiligen Beistellvorgangs 48, 49. Der Vergleich der Verläufe lässt Rückschlüsse auf die Verdichtung des Schotters 17 zu und dient auch als Entscheidungskriterium, wie viele Stopfvorgänge 9 pro Gleisstelle 6 erforderlich sind. Der Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Beistellvorgang 48, 49 ist deutlich erkennbar und rechtfertigt somit den zweiten Vorgang 49.
[52] In den Figuren 15-20 sind Kennwertverläufe für eine Abfolge mehrerer
Stopfvorgänge 9 bzw. Schwellenpositionen an aufeinanderfolgenden Stellen 6 entlang des Gleises 1 dargestellt (räumliche Entwicklung). Das jeweilige Diagramm zeigt für jeden Stopfvorgang 9 wieder die Kennwerte von zwei Beistellvorgängen 47, 48. Diese räumlichen Verläufe geben Aufschluss über die Homogenität des Gleises 1 , den Schotterzustand und den
Verdichtungserfolg.
[53] Vor allem bei Gleisen 1 mit altem Schotter (Fig. 18-20) und unbesohlten
Schwellen gibt es oft erhebliche und kleinräumige Unterschiede zwischen den Lagerungsbedingungen der einzelnen Schwellen 2. Diese Bedingungen wirken sich auch auf den Zustand des Schotters 17 aus und schaffen generell heterogene Verhältnisse. Darauf kann während der Durchführung der Stopfvorgänge 9 durch Vorgabe geänderter Parameter reagiert werden. Allerdings bleibt die Heterogenität des alten Gleises 1 bestehen. Deshalb dient die anhand der dargestellten Kennwertverläufe bewertete Heterogenität als Kriterium zur Vorgabe von Stopfintervallen.
[54] Mittels einer Auswertung der Kenngrößen 31 -40 für einen Gleisabschnitt lässt sich also abschätzen, wann eine nächste Durcharbeitung (Stopfung) dieses Gleisabschnitts erforderlich ist, um eine zufriedenstellende Gleislage beizubehalten. Damit ist ein Indikator für eine aktuelle Einstufung im
Lebenszyklus des Gleises 1 gegeben. Mit zunehmend kürzer werdenden Stopfintervallen nähert sich das Gleis 1 dem Ende seiner Liegedauer und es müssen Sanierungsmaßnahmen erfolgen. Das vorliegende Verfahren liefert somit Kenngrößen 31 -40, die auch für eine umfassende Planung der
Gleisinstandhaltung geeignet sind.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Verdichten eines Gleisschotterbetts (5) mittels eines
Stopfaggregats (7), das zwei gegenüberliegende Stopfwerkzeuge (8) umfasst, die bei einem Stopfvorgang (9) mit Schwingungen (13) beaufschlagt in das
Gleisschotterbett (5) abgesenkt und mit einer Beistellbewegung (18) aufeinander zubewegt werden, dadu rch geken nzeichnet, dass mittels am Stopfaggregat (7) angeordneter Sensoren (20, 22, 24) zumindest für ein Stopfwerkzeug (8) während eines Schwingungszyklus (29) ein Verlauf (28) einer auf das Stopfwerkzeug (8) wirkenden Kraft (21 ) über einem vom Stopfwerkzeug (8) zurückgelegten Weg (23, 27) erfasst wird und dass daraus zumindest eine Kenngröße (31 -40) abgeleitet wird, mittels derer eine Bewertung des Stopfvorgangs (9) und/oder einer Beschaffenheit des Gleisschotterbettes (5) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadu rch geken nzeich net, dass die
Kenngröße (31 -40) als ein Parameter für eine Ansteuerung des Stopfaggregats (7) vorgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadu rch geken nzeich net, dass zur Bewertung eines Schotterzustandes oder eines Verdichtungszustandes des
Schotterbettes (5) als eine erste Kenngröße eine während des Schwingungszyklus (29) auf das Stopfwerkzeug (8) wirkende Maximal kraft (31 ) abgeleitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadu rch gekennzeich net, dass zur Bewertung eines Verdichtungszustandes des Schotterbettes (5) als eine zweite Kenngröße eine während des Schwingungszyklus (29) auftretende
Schwingungsamplitude (32) abgeleitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadu rch gekennzeich net, dass zur Bewertung eines Schotterzustandes des Schotterbettes (5) für den
Schwingungszyklus (29) ein Kontakteintritt zwischen Stopfwerkzeug (8) und Schotter (17) sowie ein Kontaktverlust zwischen Stopfwerkzeug (8) und Schotter (17) ermittelt wird und dass daraus eine dritte Kenngröße abgeleitet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadu rch gekennzeich net, dass zur Bewertung einer Tragfähigkeit des Schotterbettes (5) als eine vierte
Kenngröße eine Neigung (37) des Verlaufs (28) während einer Belastungsphase des Stopfwerkzeugs (8) abgeleitet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadu rch gekennzeich net, dass zur Bewertung eines Schotterzustandes des Schotterbettes (5) als eine fünfte Kenngröße eine Neigung (38) des Verlaufs (28) während einer Entlastungsphase des Stopfwerkzeugs (8) abgeleitet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadu rch gekennzeich net, dass zur Ermittlung eines Nutzungsgrades aus dem erfassten Verlauf (28) als eine sechste Kenngröße eine mittels des Stopfwerkzeugs (8) geleistete
Verformungsarbeit (40) abgeleitet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadu rch gekennzeich net, dass zur Ermittlung einer Gesamtsteif ig keit des Schotterbetts (5) als eine siebente Kenngröße eine Gesamtneigung (39) des Verlaufs (28) abgeleitet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadu rch geken nzeich net, dass die
Gesamtneigung (39) durch lineare Regression des erfassten Verlaufs (28) ermittelt wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadu rch gekennzeich net, dass der Verlauf (28) der auf das Stopfwerkzeug (8) wirkenden Kraft (21 ) über dem vom Stopfwerkzeug zurückgelegten Weg (23, 27) für mehrere Schwingungszyklen (29) eines Stopfvorgangs (9) erfasst wird, dass für jeden dieser Schwingungszyklen (29) ein Kennwert ermittelt wird und dass mittels eines Kennwertverlaufs ein
Bewertungsvorgang erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadu rch gekennzeich net, dass an einer Gleisstelle (6) mehrere Beistellvorgänge (48, 49) durchgeführt werden, dass für jeden Beistellvorgang (48, 49) ein Kennwert für einen Schwingungszyklus (29) oder ein Kennwertverlauf für mehrere Schwingungszyklen (29) zur Bewertung eines Verdichtungszustandes des Schotterbetts (5) ermittelt wird und dass bei Nichterreichung eines vorgegebenen Verdichtungszustandes ein weiterer
Beistellvorgang durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadu rch gekennzeich net, dass für mehrere Stopfvorgänge (9) an unterschiedlichen Stellen (6) entlang eines Gleises (1 ) jeweils ein Kennwert für einen Schwingungszyklus (29) oder ein
Kennwertverlauf für mehrere Schwingungszyklen (29) ermittelt wird und dass daraus eine Bewertung einer räumlichen Entwicklung eines Verdichtungserfolges und/oder der Beschaffenheit des Schotterbettes (5) erfolgt.
14. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einem Stopfaggregat (7), das zwei gegenüberliegenden Stopfwerkzeuge (8) umfasst, die jeweils über einen Schwenkarm (10) mit einem Beistellantrieb (1 1 ) und einem Schwingungsantrieb (12) gekoppelt sind, dadu rch geken nzeich net, dass zumindest an einem Schwenkarm (10) und/oder dem zugeordneten
Stopfwerkzeug (8) Sensoren (20, 22, 24) zur Erfassung des Verlauf (28) der auf das Stopfwerkzeug (8) wirkenden Kraft (21 ) über dem vom Stopfwerkzeug
zurückgelegten Weg (23, 27) angeordnet sind, dass Messsignale (25) der Sensoren (20, 22, 24) einer Auswerteeinrichtung (26) zugeführt sind und dass die
Auswerteeinrichtung (26) zur Ermittlung einer aus dem Verlauf (28) abgeleiteten Kenngröße (31 -40) eingerichtet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadu rch geken nzeich net, dass in einer Stopfwerkzeughalterung (15) zumindest ein Kraftmesssensor (20) angeordnet ist.
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