WO2024110244A1 - Stabilisationsaggregat zum stabilisieren eines gleises - Google Patents

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WO2024110244A1
WO2024110244A1 PCT/EP2023/081673 EP2023081673W WO2024110244A1 WO 2024110244 A1 WO2024110244 A1 WO 2024110244A1 EP 2023081673 W EP2023081673 W EP 2023081673W WO 2024110244 A1 WO2024110244 A1 WO 2024110244A1
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WO
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stabilization unit
track
vibration generator
rollers
side frame
Prior art date
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PCT/EP2023/081673
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael SCHINAGL
Wolfgang ANDROSCH
Original Assignee
Plasser & Theurer, Export von Bahnbaumaschinen, Gesellschaft m.b.H.
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Publication date
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Publication of WO2024110244A1 publication Critical patent/WO2024110244A1/de

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B27/00—Placing, renewing, working, cleaning, or taking-up the ballast, with or without concurrent work on the track; Devices therefor; Packing sleepers
    • E01B27/12—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track; Compacting track-carrying ballast
    • E01B27/20—Compacting the material of the track-carrying ballastway, e.g. by vibrating the track, by surface vibrators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses

Definitions

  • Stabilization unit for stabilizing a track
  • the invention relates to a stabilization unit for stabilizing a track, with a vibration generator and with unit rollers for transmitting vibrations generated by the vibration generator to a track grid of the track to be stabilized, consisting of sleepers and rails fastened thereto.
  • a ballasted track is constantly subjected to stress by rail traffic and environmental influences. For example, the position of a track grid in the ballast bed changes. The ballast bed itself becomes dirty over time due to abrasion and foreign matter. Maintenance measures such as tamping or cleaning processes remedy these defects. However, this leads to a temporary loosening of the ballast bed. Even after optimal compaction using a tamping unit, subsequent settlements can occur.
  • a machine for stabilizing the track which is also called a dynamic track stabilizer, is used to anticipate such settlements.
  • the machine can be moved on the track and includes a stabilization unit that is clamped to the rails of the track using unit rollers.
  • a vibration generator arranged on the stabilization unit generates vibrations that are transmitted to the track grid.
  • the design and dimensions of the vibration generator determine an impact force that acts on the track with the vibration frequency.
  • the stabilization unit is supported against a machine frame.
  • the transmitted vibrations cause the grains in the grain structure of the ballast bed to become mobile, to be able to move and to be distributed in a denser Storage. This optimized ballast compaction results in an increase in the load-bearing capacity and the transverse displacement resistance of the track.
  • AT 16604 U1 discloses an exemplary stabilization unit with variable impact force.
  • the vibration generator comprises several rotating unbalanced masses arranged on parallel shafts.
  • the unbalanced masses are driven with a variably adjustable phase shift relative to one another.
  • a changed phase shift changes both the direction and the strength of the impact force.
  • the invention is based on the object of improving a stabilization unit of the type mentioned at the outset so that the impact force acts on the track in an optimized manner. Furthermore, the arrangement of the vibration generator on the stabilization unit is to be simplified.
  • aggregate rollers assigned to a left rail of the track as seen in a direction of travel are arranged on a first side frame
  • aggregate rollers assigned to a right rail of the track are arranged on a second side frame and the two side frames are connected by a self-supporting middle section which includes the vibration generator.
  • This new design has several advantages.
  • the self-supporting middle section with the vibration generator lies between the two side frames and is not placed on a supporting frame as before. This results in a low center of gravity for the entire stabilization unit.
  • the plane of action of the impact force generated by the vibration generator is also a short distance from the top edges of the rails of the track to be stabilized.
  • the self-supporting middle section can be designed in different variants to meet different requirements.
  • the stabilization unit can be adapted to different track widths by varying the width of the middle section.
  • the side frames remain identical in construction. Even different vibration generators only affect the middle section and do not lead to any changes to the side frames. In this way, variants with different drives and impact force ranges are easy to implement.
  • the middle part is designed as the housing of the vibration generator.
  • the vibration generator itself thus forms the supporting middle part that connects the two side frames to one another.
  • the vibration generator includes a hydraulic or pneumatic cylinder. This allows a flywheel to be set in oscillating movements in order to generate vibrations in a desired plane of action.
  • vibration generator comprises rotatable unbalanced masses. By means of these rotatable unbalanced masses, impact forces can be generated in different planes of action and with adjustable intensity.
  • the unbalanced masses are sensibly coupled to a rotary drive, in particular an electric one, arranged on the middle part.
  • a rotary drive in particular an electric one
  • the control is simplified if the rotary drive is designed as an electric motor, in particular as a torque motor.
  • the rotary drive is designed as an electric motor, in particular as a torque motor.
  • a torque motor in particular as a torque motor.
  • no Additional units such as pumps or coolers are required.
  • the connection to an existing electrical power supply system is usually made easily via an electrical cable.
  • Unbalanced masses arranged on several parallel rotating shafts are advantageous, with the rotating shafts and/or unbalanced masses being coupled to one another.
  • the type of coupling determines how the centrifugal forces caused by the unbalanced masses produce the resulting impact forces. For example, the centrifugal forces in one plane of action reinforce one another, whereas the centrifugal forces in another plane of action cancel each other out.
  • At least two rotary shafts and/or unbalanced masses are coupled to gear elements.
  • a common rotary drive can be used to drive the rotary shafts or unbalanced masses.
  • the gear elements can be used to determine the phase shift of the unbalanced masses relative to one another during rotation, which results in the desired resulting impact forces.
  • At least one unbalanced mass is rotatably mounted on each rotating shaft.
  • This unbalanced mass can be driven with a variable angular position, rotation speed and direction of rotation relative to an unbalanced mass fixed on the rotating shaft. This allows the direction and magnitude of a resulting centrifugal force to be adjusted.
  • two different resulting centrifugal forces can be created if two unbalanced masses arranged on a rotating shaft assume different angular positions relative to each other depending on the direction of rotation.
  • the stabilization unit can be operated with different impact forces at the same vibration frequency.
  • the unbalanced masses are arranged on at least two vertically aligned rotation shafts. This allows a particularly low center of gravity of the stabilization unit and a particularly low-lying effective plane of the Impact force can be achieved. In addition, no vertical vibrations occur, which may have to be compensated for with other construction variants.
  • rotation shafts are arranged symmetrically with respect to a vertical plane of symmetry in the longitudinal direction and a vertical plane of symmetry in the transverse direction.
  • the central part with the vibration generator can be constructed symmetrically in two axes, thereby avoiding disruptive inertial forces during operation as a result of an uneven mass distribution.
  • This advantage is reinforced with a symmetrical drive arrangement in which two rotary drives with a respective vertical axis in the vertical plane of symmetry in the longitudinal direction are arranged symmetrically to the vertical plane of symmetry in the transverse direction.
  • two groups of rotary shafts and/or unbalanced masses are each driven by their own rotary drive.
  • the rotary drives are controlled by a common control device to couple the two groups.
  • Various control algorithms are set up in the control device, which cause different drive states. For example, different combinations of the direction of rotation and/or the angular velocity of the respective rotary shaft or unbalanced mass lead to a changed impact force and/or vibration frequency of the stabilization unit.
  • each rotary shaft and/or unbalanced mass is assigned a sensor for detecting a current angle of rotation, wherein the respective sensor is connected to the control device and wherein the control device is set up to control the respective rotary drive depending on the angle of rotation.
  • the phase positions and the angular speeds of the rotary shafts or the unbalanced masses can be precisely regulated. This allows continuous adjustment of the impact force and the vibration frequency during operation.
  • the middle part comprises an oil pan with a predetermined filling level, whereby the unbalance masses are partially below the fill level. This allows the unbalanced masses to be positioned particularly low and also provides splash lubrication for lubricating and cooling the rotating components of the vibration generator.
  • the respective unbalanced mass advantageously comprises a scoop-shaped extension in the area below the fill level, by means of which oil can be transported from the oil pan into lateral collecting pans during operation.
  • This design of the unbalanced masses results in particularly efficient circulating lubrication.
  • oil flows back from the collecting pans into the oil pan, which ensures continuous lubrication and cooling.
  • a further improvement to the overall structure concerns the side frames.
  • a front flange roller and a rear flange roller are mounted in each side frame, with a clamp mechanism for pressing a pressure roller onto the respective rail arranged between the two flange rollers.
  • This compact structure ensures optimal transmission of the vibrations generated to the track grid.
  • FIG. 2 Track cross-section with stabilization unit
  • Fig. 3 Front view of a stabilization unit with vertically aligned rotation shafts
  • FIG. 4 Top view of the stabilization unit according to Fig. 3 Fig. 5 Side view of the stabilization unit according to Fig. 3 Fig. 6 Side frame with flanged roller in retracted state Fig. 7 Side frame with flanged roller in extended state Fig. 8 Middle section with four vertically aligned rotation shafts and two rotation drives
  • FIG. 9 Middle part according to Fig. 8 with opened housing Fig. 10 Middle part according to Fig. 8 in a top view Fig. 11 Middle part according to Fig. 8 with coupling of the rotary shafts Fig. 12 Rotary shaft with unbalance mass
  • a rail vehicle 1 shown in Fig. 1 is a so-called dynamic track stabilizer for stabilizing a ballasted track 2 following a tamping process.
  • the track 2 comprises a ballast bed 3 in which a track grid 4, consisting of sleepers 5 and rails 6 fastened to them, is mounted.
  • the track grid 4 is set in vibration and pressed into the ballast bed 3.
  • This targeted settlement of the track grid 4 is recorded by means of a tendon measuring system 8 or by means of optical measuring devices.
  • the exemplary rail vehicle 1 comprises a machine frame 9, which can be moved on the track 2 to be stabilized, supported on rail bogies 10.
  • Two stabilization units 11 are movably connected to the machine frame 9. In other machines, only a single stabilization unit 11 is arranged.
  • Fig. 2 shows a cross-section of the track 2 with the stabilization unit 11 during a stabilization process.
  • the stabilization unit 11 comprises a vibration generator 12 as its main component.
  • Load cylinders 13 support the stabilization unit 11 against the machine frame 9.
  • the vibration generator 12 generates horizontal vibrations 14 in the transverse direction of the track.
  • Aggregate rollers 15, 16 transfer the vibrations 14 to the track grid 13, whereby flange rollers 15 are guided along the inner edges of the rails and pressure rollers 16 are pressed against the rails 6 from the outside.
  • a continuously adjustable load 17 is applied by means of the load cylinders 13.
  • the vertical load 17 ensures the transmission of the vibrations 14 into the ballast bed and is important for the compaction effect and for the track lowering.
  • the stabilization unit 11 comprises a self-supporting central part 18 with the vibration generator 12. Viewed in the longitudinal direction of the track, a first side frame 19 is connected to the central part 18 on the left side and a second side frame 20 on the right side (Fig. 2).
  • the connection of the central part 18 to the respective side frames 19, 20 is made, for example, by means of screw connections on a circumferential flange.
  • the respective side frames 19, 20 serve as a carrier of the unit rollers 15, 16 for the respective associated rail 6.
  • the flange rollers 15 and the pressure roller 16 for the left rail 6 of the track 2 are arranged on the first side frame 19 and the flange rollers 15 and the pressure roller 16 for the right rail 6 are arranged on the second side frame 20.
  • the bearings of the respective unit rollers 15, 16 are mounted exclusively on the associated side frames 19, 20. There is no common continuous axis for the left and right flange rollers 15. The lack of a continuous axis creates space for the low arrangement of the middle section. The result is a low center of gravity 21 of the entire stabilization unit 11 and a low effective plane 22 of the vibration generator 12. The center of gravity 21 is preferably located in the effective plane 22.
  • the vibration generator 12 comprises unbalanced masses 23 which are arranged on rotary shafts 24.
  • Such a vibration generator 12 with reduced height is explained with reference to Figures 3-7.
  • four vertically aligned rotary shafts 24 arranged symmetrically with respect to a longitudinal vertical plane of symmetry 25 and a transverse vertical plane of symmetry 26.
  • the front two rotation shafts 24 form a first group, with the left rotation shaft 24 being directly connected to a rotation drive 27 arranged above it.
  • the right rotation shaft 24 is coupled to the left rotation shaft 24 via gears.
  • the right rotation shaft 24 is connected to its own rotation drive 27.
  • the resulting dynamic impact force Fs determines the compaction energy introduced and significantly influences the lowering of the track 2.
  • the rotation drives 27 of the two groups are connected to a common control device 28. Various drive modes are set up in this control device 28. This means that the two groups can be driven at different speeds and directions of rotation, which result in different resulting dynamic impact forces Fs.
  • a clamp mechanism 29 for adjusting the respective pressure roller 16 is arranged on both side frames 19, 20, between the front and rear flange rollers 15, a clamp mechanism 29 for adjusting the respective pressure roller 16 is arranged.
  • the respective clamp mechanism 29 comprises a double rocker and two hydraulic cylinders 30, which are arranged symmetrically to the transverse vertical axis of symmetry 26. Extending the piston rods causes the pressure rollers 18 to be pressed against the outer sides of the rails 6.
  • the flanged rollers 15 In order for the stabilization unit 11 to be clamped onto the track grid 4 without play, the flanged rollers 15 must also be pressed against the rails 6 from the inside.
  • no conventional spreading axle is used for this, because elements of such a spreading axle would also have to be arranged or mounted on the middle part 18. Instead, only one of the side frames 20 is provided with flanged rollers 15 that can be adjusted in the axial direction 31.
  • the two flanged rollers 15 of the second side frame 20 are each mounted on a shaft 32 so that they can rotate and move, as shown in Figures 6 and 7.
  • One end of the respective shaft 32 is mounted directly on the side frame 20 and the other end is supported on a bracket 33 of the side frame 20. The load is transferred to the associated rail 6 via this robust bearing.
  • a pivot lever 34 is arranged, which is connected on the one hand to the side frame 20 and on the other hand to an actuator 35 (e.g. pneumatic or hydraulic cylinder).
  • the actuator 35 is tiltably mounted on the same side frame 20.
  • the pivot lever 34 has a positive coupling with a bushing 37 guided on the shaft 32.
  • the pivot lever 34 pushes the bushing 37 and the flanged roller 15 mounted on it outwards. In this way, the flanged rollers 15 are pressed against the inside of the rails 6 without play.
  • FIG. 8 to 12 show a further embodiment of the middle part 18.
  • a housing 38 comprises opposing connection surfaces 39 for connecting to the side frames 19, 20.
  • four vertically aligned rotary shafts 24 are mounted in a base 40 and in a cover 41 of the housing 38.
  • an oil pan 42 is arranged in the housing. When the rotary shafts 24 are stationary, the oil pan 42 is filled with oil up to a filling level. The unbalanced masses 23 are partially arranged below this filling level so that they are immersed in the oil bath. [37] During operation, the unbalanced masses 23 transport oil from the oil pan 42 upwards and outwards into adjacent collecting pans 43.
  • a scoop-shaped extension 44 with inclined surfaces is arranged in the lower area of the respective unbalanced mass 23.
  • a corresponding scoop-shaped extension 44 is shown in Fig. 12. Oil flows back into the oil pan 42 via passages in the bottom 40 of the housing 38, so that circulating lubrication is formed during operation.
  • two rotary drives 27 are arranged, the vertical axes 45 of which lie in the longitudinal plane of symmetry 25 and are arranged symmetrically to the transverse plane of symmetry 26.
  • a drive shaft 46 of the respective rotary drive 27 is coupled to the two nearest rotary shafts 24 via gears.
  • all rotary shafts 24 are coupled to one another via gears, so that a clear position or phase position of the unbalanced masses 23 relative to one another is achieved via these gear elements 47. This eliminates the need for synchronous control of the two rotary drives 27.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stabilisationsaggregat (11) zum Stabilisieren eines Gleises (2), mit einem Schwingungserzeuger (12) und mit Aggregatrollen (15, 16) zur Übertragung von mittels des Schwingungserzeugers (12) erzeugten Schwingungen (14) auf einen aus Schwellen (5) und darauf befestigten Schienen (6) bestehenden Gleisrost (4) des zu stabilisierenden Gleises (2). Dabei sind einer linken Schiene (6) des Gleises (2) zugeordnete Aggregatrollen (15, 16) an einem ersten Seitenrahmen (19) angeordnet, wobei einer rechten Schiene (6) des Gleises (2) zugeordnete Aggregatrollen (15, 16) an einem zweiten Seitenrahmen (20) angeordnet sind und wobei die beiden Seitenrahmen (19, 20) durch einen selbsttragenden Mittelteil (18), der den Schwingungserzeuger (12) umfasst, verbunden sind. Dadurch wird ein tiefer Schwerpunkt (21) des gesamten Stabilisationsaggregats (11) erreicht.

Description

Beschreibung
Stabilisationsaggregat zum Stabilisieren eines Gleises
Technisches Gebiet
[01] Die Erfindung betrifft ein Stabilisationsaggregat zum Stabilisieren eines Gleises, mit einem Schwingungserzeuger und mit Aggregatrollen zur Übertragung von mittels des Schwingungserzeugers erzeugten Schwingungen auf einen aus Schwellen und darauf befestigten Schienen bestehenden Gleisrost des zu stabilisierenden Gleises.
Stand der Technik
[02] Ein Schottergleis wird durch den Bahnverkehr und durch Umwelteinflüsse fortlaufend beansprucht. Beispielsweise verändert sich die Lage eines Gleisrostes im Schotterbett. Das Schotterbett selbst verschmutzt mit der zeit durch Abrieb und durch eingebrachte Fremdstoffanteile. Instandhaltungsmaßnahmen wie Stopfvorgänge oder Reinigungsvorgänge beheben diese Mängel. Allerdings kommt es dabei zu einer vorübergehenden Auflockerung des Schotterbettes. Selbst nach einer optimalen Verdichtung mittels eines Stopfaggregats kann es zu nachfolgenden Setzungen kommen. Zur Vorwegnahme solcher Setzungen dient eine Maschine zum Stabilisieren des Gleises, welche auch Dynamischer Gleisstabilisator genannt wird.
[03] Die Maschine ist auf dem Gleis verfahrbar und umfasst ein Stabilisationsaggregat, das mittels Aggregatrollen auf die Schienen des Gleises geklemmt wird. Ein am Stabilisationsaggregat angeordneter Schwingungserzeuger erzeugt Schwingungen, die auf den Gleisrost übertragen werden. Bauart und Dimensionierung des Schwingungserzeugers bestimmen dabei eine Schlagkraft, die mit der Schwingungsfrequenz auf das Gleis einwirkt. Zur Erzeugung einer statischen Auflast ist das Stabilisationsaggregat gegen einen Maschinenrahmen abgestützt. Die übertragenen Schwingungen führt dazu, dass die Körner im Korngerüst des Schotterbetts mobil werden, sich verschieben lassen und in eine dichtere Lagerung gehen. Aus dieser optimierten Schotterverdichtung resultieren eine Erhöhung der Tragfähigkeit und des Querverschiebewiderstands des Gleises.
[04] Die AT 16604 U1 offenbart ein beispielhaftes Stabilisationsaggregat mit veränderbarer Schlagkraft. Dabei umfasst der Schwingungserzeuger mehrere rotierende Unwuchtmassen, die auf parallel ausgerichteten Wellen angeordnet sind. Die Unwuchtmassen werden mit einer zueinander variabel einstellbaren Phasenverschiebung angetrieben. Abhängig von der Anordnung der Unwuchtmassen verändert eine geänderte Phasenverschiebung sowohl die Richtung als auch die Stärke der Schlagkraft.
Darstellung der Erfindung
[05] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stabilisationsaggregat der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Schlagkraft in optimierter Weise auf das Gleis einwirkt. Des Weiteren soll die Anordnung des Schwingungserzeugers am Stabilisationsaggregat vereinfacht werden.
[06] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 . Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
[07] Dabei sind einer in einer Fahrtrichtung gesehen linken Schiene des Gleises zugeordnete Aggregatrollen an einem ersten Seitenrahmen angeordnet, einer rechten Schiene des Gleises zugeordnete Aggregatrollen sind an einem zweiten Seitenrahmen angeordnet und die beiden Seitenrahmen sind durch einen selbsttragenden Mittelteil, der den Schwingungserzeuger umfasst, verbunden. Dieser neuartige Aufbau hat mehrere Vorteile. Der selbstragende Mittelteil mit dem Schwingungserzeuger liegt zwischen den beiden Seitenrahmen und wird nicht wie bisher auf einen tragenden Rahmen aufgesetzt. Dadurch wird ein tiefer Schwerpunkt des gesamten Stabilisationsaggregats erreicht. Auch eine Wirkebene der vom Schwingungserzeuger erzeugten Schlagkraft weist einen geringen Abstand zu Schienenoberkanten des zu stabilisierenden Gleises auf. Sowohl der niedrige Schwerpunkt als auch die tief liegende Wirkebene der Schlagkraft vermeiden störende Kippmomente während eines Stabilisationsvorgangs. Bei herkömmlichen Stabilisationsaggregaten können solche Kippmomente bei starker Ausprägung zu einer Sattellagerung der Schwellen auf einer gleismittigen Schotterauflage führen.
[08] Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt im modularen Aufbau. Insbesondere der selbsttragende Mittelteil ist in verschiedenen Varianten ausführbar, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen. Beispielsweise ist durch eine Breitenvariation des Mittelteils das Stabilisationsaggregat an verschiedene Spurweiten anpassbar. Die Seitenrahmen bleiben dabei baugleich. Auch unterschiedliche Schwingungserzeuger betreffen lediglich den Mittelteil und führen zu keinen Änderungen an den Seitenrahmen. Auf diese Weise sind Varianten mit unterschiedlichen Antrieben und Schlagkraftbereichen einfach zu realisieren.
[09] Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Mittelteil als Gehäuse des Schwingungserzeugers ausgebildet. Der Schwingungserzeuger bildet somit selbst den tragenden Mittelteil, der die beiden Seitenrahmen miteinander verbindet.
[10] In einer günstigen Variante umfasst der Schwingungserzeuger einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder. Damit ist eine Schwungmasse in oszillierende Bewegungen versetzbar, um Schwingungen in einer gewünschten Wirkebene zu erzeugen.
[11] Eine andere bevorzugte Variante des Schwingungserzeugers umfasst rotierbare Unwuchtmassen. Mittels dieser rotierbaren Unwuchtmassen sind Schlagkräfte in verschiedenen Wirkebenen und mit anpassbarer Intensität erzeugbar.
[12] Dabei sind die Unwuchtmassen sinnvollerweise mit einem am Mittelteil angeordneten, insbesondere elektrischen Rotationsantrieb gekoppelt. Auf diese Weise sind keine Übertragungselemente wie zum Beispiel Kardanwellen erforderlich, um eine Rotationsbewegung auf die Unwuchtmassen zu übertragen. Zudem wird die Ansteuerung vereinfacht, wenn der Rotationsantrieb als Elektromotor, insbesondere als Torquemotor ausgebildet ist. Gegenüber hydraulischen oder pneumatischen Antrieben ergeben sich niedrigere Lärmemissionen. Zudem sind keine Zusatzaggregate wie Pumpen oder Kühler erforderlich. Der Anschluss an ein zumeist bestehendes elektrisches Energieversorgungssystem erfolgt in einfacher Weise über ein Elektrokabel.
[13] Von Vorteil sind Unwuchtmassen, die auf mehreren parallel angeordneten Rotationswellen angeordnet sind, wobei die Rotationswellen und/oder Unwuchtmassen miteinander gekoppelt sind. Die Art der Kopplung bestimmt, wie die von den Unwuchtmassen hervorgerufenen Fliehkräfte die resultierenden Schlagkräfte ergeben. Beispielsweise verstärken sich die Fliehkräfte in einer Wirkebene, wohingegen sich die Fliehkräfte in einer anderen Wirkebene gegenseitig aufheben.
[14] Vorteilhafterweise sind dabei zumindest zwei Rotationswellen und/oder Unwuchtmassen mit Getriebeelementen gekoppelt. Auf diese Weise ist ein gemeinsamer Rotationsantrieb zum Antreiben der Rotationswellen bzw. Unwuchtmassen nutzbar. Zudem sind mittels der Getriebeelemente im Rotationsbetrieb Phasenverschiebung der Unwuchtmassen zueinander festlegbar, woraus sich die gewünschten resultierenden Schlagkräfte ergeben.
[15] Bei einer weiteren Verbesserung ist auf jeder Rotationswelle zumindest eine Unwuchtmasse rotierbar gelagert. Diese Unwuchtmasse ist gegenüber einer auf der Rotationswelle fixierten Unwuchtmasse mit einer veränderbaren Winkellage, Rotationsgeschwindigkeit und Rotationsrichtung antreibbar. Damit sind die Richtung und der Betrag einer resultierenden Fliehkraft einstellbar. Wahlweise ergeben sich in Abhängigkeit der Drehrichtung zwei unterschiedlich große resultierende Fliehkräfte, wenn zwei auf einer Rotationswelle angeordnete Unwuchtmassen drehrichtungsabhängig unterschiedliche Winkellagen zueinander einnehmen. Infolgedessen ist das Stabilisationsaggregat bei gleicher Schwingungsfrequenz mit unterschiedlichen Schlagkräften betreibbar.
[16] Bei einer besonders vorteilhaften Ausprägung des alternativen Aufbaus sind die Unwuchtmassen an zumindest zwei vertikal ausgerichteten Rotationswellen angeordnet. Damit sind ein besonders tiefer Schwerpunkt des Stabilisationsaggregats und eine besonders tiefliegende Wirkebene der Schlagkraft erzielbar. Zudem entstehen keine vertikalen Schwingungen, die bei anderen Aufbauvarianten gegebenenfalls kompensiert werden müssen.
[17] Dabei sind vorzugsweise vier Rotationswellen symmetrisch bezüglich einer vertikalen Symmetrieebene in Längsrichtung und einer vertikalen Symmetrieebene in Querrichtung angeordnet. Auf diese Weise ist der Mittelteil mit dem Schwingungserzeuger in zwei Achsen symmetrisch aufbaubar, wodurch im Betrieb störende Trägheitskräfte infolge einer ungleichen Masseverteilung vermieden werden.
[18] Verstärkt wird dieser Vorteil mit einer symmetrischen Antriebsanordnung, bei der zwei Rotationsantriebe mit einer jeweiligen Vertikalachse in der vertikalen Symmetrieebene in Längsrichtung symmetrisch zur vertikalen Symmetrieebene in Querrichtung angeordnet sind. Günstigerweise sind zwei Gruppen von Rotationswellen und/oder Unwuchtmassen jeweils mit einem eigenen Rotationsantrieb angetrieben. Dabei sind die Rotationsantriebe zur Kopplung der beiden Gruppen mit einer gemeinsamen Steuerungseinrichtung angesteuert. Eingerichtet sind in der Steuerungseinrichtung verschiedene Steuerungsalgorithmen, die unterschiedliche Antriebszustände bewirken. Beispielsweise führen unterschiedliche Kombinationen der Drehrichtung und/oder der Winkelgeschwindigkeit der jeweiligen Rotationswelle bzw. Unwuchtmasse zu einer geänderten Schlagkraft und/oder Schwingungsfrequenz des Stabilisationsaggregats.
[19] In einer vorteilhaften Weiterbildung ist jeder Rotationswelle und/oder Unwuchtmasse ein Sensor zur Erfassung eines aktuellen Rotationswinkels zugeordnet, wobei der jeweilige Sensor mit der Steuerungseinrichtung verbunden ist und wobei die Steuerungseinrichtung zur rotationswinkelabhängigen Ansteuerung des jeweiligen Rotationsantriebs eingerichtet ist. Auf diese Weise sind die Phasenlagen und die Winkelgeschwindigkeiten der Rotationswellen bzw. der Unwuchtmassen exakt regelbar. Das erlaubt eine kontinuierliche Anpassung der Schlagkraft und der Schwingungsfrequenz während des Betriebs.
[20] Der Mittelteil umfasst in einer bevorzugten Ausprägung eine Ölwanne mit einem vorgegebenen Füllstandniveau, wobei die Unwuchtmassen teilweise unter das Füllstandniveau reichen. Damit wird einerseits eine besonders tiefliegende Anordnung der Unwuchtmassen und andererseits eine Tauchschmierung zum Schmieren und Kühlen der rotierbaren Komponenten des Schwingungserzeugers erreicht.
[21] Dabei umfasst die jeweilige Unwuchtmasse vorteilhafterweise im Bereich unterhalb des Füllstandniveaus einen schaufelförmigen Fortsatz, mittels dem im Betrieb Öl aus der Ölwanne in seitliche Auffangwannen beförderbar ist. Diese Gestaltung der Unwuchtmassen bewirkt eine besonders effiziente Umlaufschmierung. Im Betrieb rinnt Öl aus den Auffangwannen in die Ölwanne zurück, wodurch eine laufende Schmierung und Kühlung sichergestellt ist. In der Ölwanne selbst befindet sich dabei nur wenig Öl, sodass die Unwuchtmassen ohne Bremswirkung rotieren können.
[22] Eine weitere Verbesserung des Gesamtaufbaus betrifft die Seitenrahmen. Dabei sind in jedem Seitenrahmen eine vordere Spurkranzrolle und eine hintere Spurkranzrolle gelagert, wobei zwischen den beiden Spurkranzrollen ein Zangenmechanismus zum Anpressen einer Anpressrolle an die jeweilige Schiene angeordnet ist. Mit diesem kompakten Aufbau erfolgt eine optimale Übertragung der erzeugten Schwingungen auf den Gleisrost.
[23] Eine vorteilhafte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass in zumindest einem Seitenrahmen die Spurkranzrollen in Richtung einer Rotationsachse verstellbar gelagert und mittels am selben Seitenrahmen abgestützter Stellantriebe an die zugeordnete Schiene anpressbar sind. Diese Vorrichtungselemente sind ausschließlich am selben Seitenrahmen angeordnet und benötigen keine Kopplung über den Mittelteil. Es bedarf also keiner aus dem Stand der Technik bekannter Spreizachse, um das Stabilisationsaggregat gegen die Innenseiten der Schienen zu pressen.
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 Schienenfahrzeug mit Stabilisationsaggregat
Fig. 2 Gleisquerschnitt mit Stabilisationsaggregat Fig. 3 Vorderansicht eines Stabilisationsaggregats mit vertikal ausgerichteten Rotationswellen
Fig. 4 Draufsicht des Stabilisationsaggregats gemäß Fig. 3 Fig. 5 Seitenansicht des Stabilisationsaggregats gemäß Fig. 3 Fig. 6 Seitenrahmen mit Spurkranzrolle im eingefahrenen Zustand Fig. 7 Seitenrahmen mit Spurkranzrolle im ausgefahrenen Zustand Fig. 8 Mittelteil mit vier vertikal ausgerichteten Rotationswellen und zwei Rotationsantrieben
Fig. 9 Mittelteil gemäß Fig. 8 mit geöffnetem Gehäuse Fig. 10 Mittelteil gemäß Fig. 8 in einer Draufsicht Fig. 11 Mittelteil gemäß Fig. 8 mit Kopplung der Rotationswellen Fig. 12 Rotationswelle mit Unwuchtmasse
Beschreibung der Ausführungsformen
[25] Ein in Fig. 1 dargestelltes Schienenfahrzeug 1 ist ein sogenannter Dynamischer Gleisstabilisator zum Stabilisieren eines Schottergleises 2 im Anschluss an einen Stopfvorgang. Das Gleis 2 umfasst ein Schotterbett 3, in dem ein Gleisrost 4, bestehend aus Schwellen 5 und darauf befestigten Schienen 6, gelagert ist. Während einer kontinuierlichen Vorwärtsfahrt des Schienenfahrzeugs 1 in einer Arbeitsrichtung 7 wird der Gleisrost 4 in Schwingung versetzt und in das Schotterbett 3 gedrückt. Erfasst wird diese gezielte Setzung des Gleisrosts 4 mittels eines Sehnenmesssystems 8 oder mittels optischer Messeinrichtungen. Das beispielhafte Schienenfahrzeug 1 umfasst einen Maschinenrahmen 9, der auf Schienenfahrwerken 10 abgestützt auf dem zu stabilisierenden Gleis 2 verfahrbar ist. Mit dem Maschinenrahmen 9 sind zwei Stabilisationsaggregate 11 beweglich verbunden. Bei anderen Maschinen ist nur ein einzelnes Stabilisationsaggregat 11 angeordnet.
[26] Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Gleises 2 mit dem Stabilisationsaggregat 11 während eines Stabilisationsvorgangs. Das Stabilisationsaggregat 11 umfasst als Hauptkomponente einen Schwingungserzeuger 12. Auflastzylinder 13 stützen das Stabilisationsaggregat 11 gegenüber dem Maschinenrahmen 9 ab. Bevorzugt erzeugt der Schwingungserzeuger 12 horizontale Schwingungen 14 in Gleisquerrichtung. Aggregatrollen 15, 16 übertragen die Schwingungen 14 auf den Gleisrost 13, wobei Spurkranzrollen 15 entlang den Schieneninnenkanten geführt und Anpressrollen 16 von außen gegen die Schienen 6 gepresst sind. Mittels der Auflastzylinder 13 wird eine stufenlos regelbare Auflast 17 aufgebracht. Die vertikale Auflast 17 sorgt für die Übertragung der Schwingungen 14 ins Schotterbett und ist wichtig für die Verdichtungswirkung sowie für die Gleisabsenkung.
[27] Erfindungsgemäß umfasst das Stabilisationsaggregat 11 einen selbsttragenden Mittelteil 18 mit dem Schwingungserzeuger 12. In Gleislängsrichtung gesehen sind an den Mittelteil 18 auf der linkten Seite ein erster Seitenrahmen 19 und auf der rechten Seite ein zweiter Seitenrahmen 20 angeschlossen (Fig. 2). Die Verbindung des Mittelteils 18 mit dem jeweiligen Seitenrahmen 19, 20 erfolgt beispielsweise mittels Verschraubungen an einem um laufenden Flansch. Der jeweilige Seitenrahmen 19, 20 dient als Träger der Aggregatrollen 15, 16 für die jeweils zugeordnete Schiene 6. Am ersten Seitenrahmen 19 sind die Spurkranzrollen 15 und die Anpressrolle 16 für die linke Schiene 6 des Gleises 2 angeordnet und am zweiten Seitenrahmen 20 sind die Spurkranzrollen 15 und die Anpressrolle 16 für die rechte Schiene 6 angeordnet. Die Lagerung der jeweiligen Aggregatrolle 15, 16 erfolgt dabei ausschließlich am zugeordneten Seitenrahmen 19, 20. Es gibt keine gemeinsame durchgehende Achse für die linke und rechte Spurkranzrolle 15. Das Fehlen einer durchgehenden Achse schafft Raum für die tiefe Anordnung des Mittelteils. Resultat sind ein tiefer Schwerpunkt 21 des gesamten Stabilisationsaggregats 11 und eine tiefe Wirkebene 22 des Schwingungserzeugers 12. Vorzugsweise liegt der Schwerpunkt 21 in der Wirkebene 22.
[28] In einer bevorzugten Ausprägung umfasst der Schwingungserzeuger 12 Unwuchtmassen 23, die auf Rotationswellen 24 angeordnet sind. Ein solcher Schwingungserzeuger 12 mit verminderter Bauhöhe wird mit Bezug auf die Figuren 3-7 erläutert. Hier sind vier vertikal ausgerichtete Rotationswellen 24 symmetrisch bezüglich einer längsverlaufenden vertikalen Symmetrieebene 25 und einer querverlaufenden vertikalen Symmetrieebene 26 angeordnet.
[29] In Arbeitsrichtung 7 gesehen bilden die vorderen zwei Rotationswellen 24 eine erste Gruppe, wobei die linke Rotationswelle 24 direkt mit einem darüber abgeordneten Rotationsantrieb 27 verbunden ist. Über Zahnräder ist die rechte Rotationswelle 24 mit der linken Rotationswelle 24 gekoppelt. Eine zweite Gruppe bilden die hinteren zwei Rotationswellen 24, die ebenfalls über Zahnräder gekoppelt sind. Die rechte Rotationswelle 24 ist an einen eigenen Rotationsantrieb 27 angeschlossen.
[30] Der damit erreichte weitgehend symmetrische Aufbau des Mittelteils 18 bewirkt eine gleichmäßige Schwingung des gesamten Stabilisationsaggregats 11 . Die einzelnen Unwuchtmassen 23 erzeugen jeweils eine dynamische Erregerkraft F. In Summe ergeben diese Erregerkräfte F die resultierende dynamische Schlagkraft Fs. Mit der Masse m und der Exzentrizität e der jeweiligen Unwucht 23 sowie der Vibrationsfrequenz f bzw. der Winkelgeschwindigkeit ou im Rotationszentrum ergibt sich die einzelne Erregerkraft gemäß folgender Formel:
Figure imgf000011_0001
[31] Die resultierende dynamische Schlagkraft Fs bestimmt die eingebrachte Verdichtungsenergie und beeinflusst wesentlich die Absenkung des Gleises 2. Die Rotationsantriebe 27 der beiden Gruppen sind mit einer gemeinsamen Steuerungseinrichtung 28 verbunden. In dieser Steuerungseinrichtung 28 sind verschiedene Antriebsmodi eingerichtet. Damit sind die beiden Gruppen mit unterschiedlichen Drehzahlen und Drehrichtungen antreibbar, woraus sich unterschiedliche resultierende dynamische Schlagkräfte Fs ergeben.
[32] An beiden Seitenrahmen 19, 20 ist zwischen der vorderen und der hinteren Spurkranzrolle 15 ein Zangenmechanismus 29 zur Verstellung der jeweiligen Anpressrolle 16 angeordnet. Im dargestellten Beispiel umfasst der jeweilige Zangenmechanismus 29 eine Doppelschwinge und zwei Hydraulikzylinder 30, die symmetrisch zur querverlaufenden vertikalen Symmetrieachse 26 angeordnet sind. Ein Ausfahren der Kolbenstangen bewirkt ein Anpressen der Anpressrollen 18 an die Außenseiten der Schienen 6. [33] Damit das Stabilisationsaggregat 11 spielfrei auf den Gleisrost 4 geklemmt werden kann, müssen auch die Spurkranzrollen 15 von innen gegen die Schienen 6 gedrückt werden. Vorteilhafterweise kommt dafür keine herkömmliche Spreizachse zum Einsatz, weil Elemente einer solchen Spreizachse auch am Mittelteil 18 angeordnet oder gelagert werden müssten. Stattdessen ist nur einer der Seitenrahmen 20 mit in Achsrichtung 31 verstellbaren Spurkranzrollen 15 versehen.
[34] Beispielsweise sind die beiden Spurkranzrollen 15 des zweiten Seitenrahmens 20 jeweils auf einer Welle 32 drehbar und verschiebbar gelagert, wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Ein Ende der jeweiligen Welle 32 ist direkt am Seitenrahmen 20 gelagert und das andere Ende ist an einem Ausleger 33 des Seitenrahmens 20 abgestützt. Über diese robuste Lagerung wird die Auflast auf die zugeordnete Schiene 6 übertragen.
[35] Zur Verstellung in Achsrichtung 31 ist ein Schwenkhebel 34 angeordnet, der einerseits mit dem Seitenrahmen 20 und andererseits mit einem Stellantrieb 35 (z.B. Pneumatik- oder Hydraulikzylinder) gelenkig verbunden ist. Der Stellantrieb 35 ist kippbar am selben Seitenrahmen 20 gelagert. Zwischen den beiden Gelenken 36 weist der Schwenkheben 34 eine formschlüssige Kopplung mit einer auf der Welle 32 geführten Buchse 37 auf. Beim Ausfahren des Stellantriebs 35 schiebt der Schwenkhebel 34 die Buchse 37 und die darauf gelagerte Spurkranzrolle 15 nach außen. Auf diese Weise werden die Spurkranzrollen 15 spielfrei gegen die Innenseiten der Schienen 6 gepresst.
[36] In den Figuren 8 bis 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Mittelteils 18 dargestellt. Ein Gehäuse 38 umfasst gegenüberliegende Anschlussflächen 39 zum Verbinden mit den Seitenrahmen 19, 20. In einem Boden 40 und in einem Deckel 41 des Gehäuses 38 sind wie zuvor vier vertikal ausgerichtete Rotationswellen 24 gelagert. Zudem ist im Gehäuse ein Ölwanne 42 angeordnet. Bei stillstehenden Rotationswellen 24 ist die Ölwanne 42 bis zu einem Füllstandniveau mit Öl gefüllt. Die Unwuchtmassen 23 sind teilweise unterhalb dieses Füllstandniveaus angeordnet, sodass sie in das Ölbad eintauchen. [37] Im Betrieb befördern die Unwuchtmassen 23 Öl aus der Ölwanne 42 nach oben und nach außen in angrenzende Auffangwannen 43. Um diese Förderwirkung zu erzielen, ist im unteren Bereich der jeweiligen Unwuchtmasse 23 ein schaufelförmiger Fortsatz 44 mit schräg verlaufenden Flächen angeordnet. Ein entsprechender schaufelförmiger Fortsatz 44 ist in Fig. 12 dargestellt. Über Durchlässe am Boden 40 des Gehäuses 38 fließt Öl zurück in die Ölwanne 42, sodass sich im Betrieb eine Umlaufschmierung ausbildet.
[38] Zur Steigerung der Symmetrie sind zwei Rotationsantriebe 27 angeordnet, deren Vertikalachsen 45 in der längsverlaufenden Symmetrieebene 25 liegen und symmetrisch zur querverlaufenden Symmetrieebene 26 angeordnet sind. Eine Antriebswelle 46 des jeweiligen Rotationsantrieb 27 ist über Zahnräder mit den beiden nächstliegenden Rotationswellen 24 gekoppelt. Zudem sind alle Rotationswellen 24 über Zahnräder miteinander gekoppelt, sodass sich über diese Getriebeelemente 47 eine eindeutige Stellung bzw. Phasenlage der Unwuchtmassen 23 zueinander ergibt. Damit entfällt die Notwendigkeit einer Synchronansteuerung der beiden Rotationsantriebe 27.

Claims

Patentansprüche
1 . Stabilisationsaggregat (11 ) zum Stabilisieren eines Gleises (2), mit einem Schwingungserzeuger (12) und mit Aggregatrollen (15, 16) zur Übertragung von mittels des Schwingungserzeugers (12) erzeugten Schwingungen (14) auf einen aus Schwellen (5) und darauf befestigten Schienen (6) bestehenden Gleisrost (4) des zu stabilisierenden Gleises (2), dadurch gekennzeichnet, dass einer linken Schiene (6) des Gleises (2) zugeordnete Aggregatrollen (15, 16) an einem ersten Seitenrahmen (19) angeordnet sind, dass einer rechten Schiene (6) des Gleises (2) zugeordnete Aggregatrollen (15, 16) an einem zweiten Seitenrahmen (20) angeordnet sind und dass die beiden Seitenrahmen (19, 20) durch einen selbsttragenden Mittelteil (18), der den Schwingungserzeuger (12) umfasst, verbunden sind.
2. Stabilisationsaggregat (11 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil (18) als Gehäuse (38) des Schwingungserzeugers (12) ausgebildet ist.
3. Stabilisationsaggregat (11 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (12) einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder umfasst.
4. Stabilisationsaggregat (11 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (12) rotierbare Unwuchtmassen (23) umfasst.
5. Stabilisationsaggregat (11 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmassen (23) mit einem am Mittelteil (18) angeordneten, insbesondere elektrischen Rotationsantrieb (27) gekoppelt sind.
6. Stabilisationsaggregat (11 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmassen (23) auf mehreren parallel angeordneten Rotationswellen (24) angeordnet sind und dass die Rotationswellen (24) und/oder Unwuchtmassen (23) miteinander gekoppelt sind.
7. Stabilisationsaggregat (11 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Rotationswellen (24) und/oder Unwuchtmassen (23) mit Getriebeelementen (47) gekoppelt sind.
8. Stabilisationsaggregat (11 ) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Rotationswelle (24) zumindest eine Unwuchtmasse (23) rotierbar gelagert ist.
9. Stabilisationsaggregat (11 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmassen (23) an zumindest zwei vertikal ausgerichteten Rotationswellen (24) angeordnet sind.
10. Stabilisationsaggregat (11 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vier Rotationswellen (24) symmetrisch bezüglich einer längsverlaufenden vertikalen Symmetrieebene (25) und einer querverlaufenden vertikalen Symmetrieebene (26) angeordnet sind.
11. Stabilisationsaggregat (11 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Rotationsantriebe (27) mit einer jeweiligen Vertikalachse (45) in der längsverlaufenden vertikalen Symmetrieebene (25) symmetrisch zur querverlaufenden vertikalen Symmetrieebene (26) angeordnet sind.
12. Stabilisationsaggregat (11 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil (18) eine Ölwanne (42) mit einem vorgegebenen Füllstandniveau umfasst und dass die Unwuchtmassen (23) teilweise unter das Füllstandniveau reichen.
13. Stabilisationsaggregat (11 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Unwuchtmasse (19) im Bereich unterhalb des Füllstandniveaus einen schaufelförmigen Fortsatz (44) umfasst, mittels dem im Betrieb Öl aus der Ölwanne (42) in seitliche Auffangwannen (43) beförderbar ist.
14. Stabilisationsaggregat (11 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Seitenrahmen (19, 20) eine vordere Spurkranzrolle (15) und eine hintere Spurkranzrolle (15) gelagert sind und dass zwischen den beiden Spurkranzrollen (15) ein Zangenmechanismus (29) zum Anpressen einer Anpressrolle (16) an die jeweilige Schiene (6) angeordnet ist.
15. Stabilisationsaggregat (11 ) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Seitenrahmen (20) die Spurkranzrollen (15) in Achsrichtung (31 ) verstellbar gelagert und mittels am Seitenrahmen (20) abgestützter Stellantriebe (35) an die zugeordnete Schiene (6) anpressbar sind.
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