Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stopfmaschine zum Unterstopfen von Schwellen eines Gleises, mit einem auf Schienenfahrwerken verfahrbaren, sich in Stopfmaschinenlängsrichtung erstreckenden Maschinenrahmen und einem zwischen den Schienenfahrwerken angeordneten und über ein Fahrwerk und einen Fahrantrieb am Gleis zwischen den Schienenfahrwerken verfahrbaren Satelliten (3), der über eine Satellitenlängsführung mit dem Maschinenrahmen führungsverbunden ist und der zwischen Fahrwerk und Satellitenlängsführung ein bezüglich des Satelliten höhenverstellbares Stopfaggregat sowie ein Gleishebe- Richt-Aggregat aufweist.

Stand der Technik

Derartige Stopfmaschinen arbeiten kontinuierlich mit Stopf -/Arbeitssatelliten, hier kurz Satelliten. Die Stopfmaschine fährt während der Arbeit mit konstanter Geschwindigkeit, während der integrierte Satellit mit Stopfaggregaten, Hebe- Richteinrichtung und Messwagen diskontinuierlich von Stopfbereich zu Stopfbereich vorfährt und das Gleis richtet sowie die Schwellen unterstopft.

Eine solche im Arbeitseinsatz kontinuierlich fahrende Stopfmaschine ist beispielsweise durch US 6 705232 bekannt. Der Vorteil dieser Art von Stopfmaschinen besteht darin, dass die Hauptmaschine mit einer nennenswert größeren Masse nicht bei jeder zu unterstopfender Schwelle gestoppt und anschließend wieder beschleunigt werden muss. Dadurch erhöht sich die Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine gegenüber zyklisch arbeitenden Maschinen und außerdem werden die auf den Maschinisten wirkenden Beschleunigungen verringert. Die zyklische Vorfahrt von Schwellenbereich zu Schwellenbereich beschränkt sich auf den die Arbeitsaggregate tragenden Satelliten, der relativ zum Hauptrahmen der Maschine längsverschiebbar ausgebildet ist. Dennoch beträgt die Satellitenmasse rund 1/4 bis zu 1/3 der Gesamtmaschinenmasse. Eine solche Maschine geht auch aus der AT401943B hervor.

Stopfaggregate fixieren die Lage eines Gleises während einer Instandhaltungsmaßnahme. Dies geschieht über Stopfwerkzeuge, so genannte Stopfpickel, die in den Schotter neben den Schwellen eintauchen und über eine lineare Schließbewegung die durch eine Verdichtschwingung überlagert wird, den Schotter unter der Schwelle verdichten.

Die Bewegungen eines Stopfaggregates umfassen das vertikale Eintauchen der Stopfpickel in den Schotter, die Beistellbewegung bei welcher die Stopfpickelenden zueinander geschlossen werden und die überlagerte dynamische Schwingung welche die eigentliche Verdichtung der Schotterkörner bewirkt. Bekannt ist es für die Beistellbewegung Hydraulikzylinder zu verwenden, die über Pleuel mit einer Vibrationswelle mit Exzentrizität verbunden sind und die der Beistellbewegung die vibratorische Schwingung überlagern (AT 369455 B). Diese Vibrationswellen und Pleuel sind über Wälzlager gelagert, die regelmäßig teurer Wartung bedürfen. Andere bekannte Lösungen verwenden eine kombinierte lineare Vibrationserzeugung und Beistellbewegung über Hydraulikzylinder.

Stopfarbeiten stellen kostspielige Betriebsbehinderungen dar, weshalb eine möglichst hohe Arbeitsleistung der Stopfmaschinen bedeutend ist. Insbesondere beim Streckenstopfen steht die Arbeitsgeschwindigkeit im Vordergrund. Höhere Arbeitsgeschwindigkeiten bzw. Streckenleistungen bedingen zudem kürzere Zykluszeiten, die i. allg. nur durch rascheres Vorsetzen des Satelliten von Stopfbereich zu Stopfbereich, damit einhergehend größerem Energiebedarf für Beschleunigung bzw. Verzögerung des Stopfsatelitten, erzielt werden können. Der Satellitenrahmen ruht bei den Vorbekannten Lösungen auf einem Fahrwerk, welches mit Klotz- oder Scheibenbremsen und einem Antrieb, der auf die Räder wirkt, verbunden ist. Der Nachteil von solchen konventionellen Reibungsbremsen ist, dass ein Großteil der kinetischen Energie in Form von Wärme ungenutzt an die Umwelt abgeben wird.

Nachteilig ist zudem bei der Ausführung nach Stand der Technik, dass die Bremsen so wie auch der Antrieb vom Reibwert zwischen Rad-Schiene und der auf dem Fahrwerk ruhenden Masse abhängig sind. Ist die Antriebs- oder Bremskraft zu hoch dann kommen die Antriebsräder entweder ins Schleudern oder Blockieren. Beim Schleudern als auch Blockieren wird die Schiene beansprucht und wertvolle Zeit verloren. Aus EP 1387003B1 ist bekannt, dass der Fahrantrieb des Satelliten mit Hilfe eines Beschleunigungszylinders unterstützt werden kann. Die Verzögerung des Stopfsatelliten ist dessen ungeachtet von der über den satellitenseitigen Rad-Schiene Kraftschluss übertragbaren Bremskräfte limitiert.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die angeführten Nachteile zu vermeiden und eine Steigerung der Energieeffizienz zu ermöglichen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass dem Satelliten eine dem Fahrantrieb entgegenwirkende hydraulische Rekuperationsbremse zugeordnet ist.

Durch eine Rekuperation wird die kinetische Energie beim Bremsen des Satelliten in hydraulische Energie umgewandelt und vorzugsweise mit Hilfe von Hydrospeichern gespeichert. Diese gespeicherte potentielle Energie kann in der Folge wiederverwendet werden, sei es in dem die Energie in ein Hydrauliknetz eingespeist wird, für ein Rückfahren des Zylinders eingesetzt wird bzw. für den Fahrantrieb verwndet wird od. dgl. insbesondere kann die Rekuperationsbremse den vom Fahrantrieb beschleunigten Satelliten hydraulisch bremsen.

Dazu kann die Rekuperationsbremse den Satelliten über mindestens einen Bremszylinder bremsen, der einerends am Satelliten und andernends am Maschinenrahmen angreift. Besondere einfache Konstruktionsverhältnisse und eine kompakte Bauweise ergeben sich dabei, wenn der Fahrantrieb und die Rekuperationsbremse wenigstens einen gemeinsamen doppelt wirkenden Zylinder umfassen, dessen erster Zylinderraum dem Fahrantrieb und dessen zweiter Zylinderraum der Rekuperationsbremse zugeordnet ist.

Zur Einstellung eines Verlaufs einer Bremsrampe des Satelliten kann wenigstens ein Regelventil vorgesehen sein, welches einen Hydraulikfluidabfluß aus dem der Rekuperationsbremse zugeordneten Zylinderraum steuert bzw. regelt.

Zur Speicherung mit der Rekuperationsbremse rekuperierter Energie ist vorzugsweise wenigstens ein Hydrospeicher vorgesehen.

Die Rekuperationsbremse kann zwecks Unterstützung des hydraulischen Fahrantriebes für einen folgenden Beschleunigungsvorgang über ein Ventil an ein hydraulisches Bordnetz, insbesondere des Fahrantriebes, angeschlossen sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Rekuperationsbremse zwecks Unterstützung des hydraulischen Antriebes der Stopfaggregate und/oder Hebe- Richt-Aggregate über ein Ventil an ein hydraulisches Bordnetz angeschlossen sein.

Insbesondere ist mindestens ein hydraulisch arbeitender Bremszylinder zwischen dem Satelliten und dem Maschinenrahmen vorgesehen, wobei der Bremszylinder direkt mit dem Maschinenrahmen und Satelliten verbunden oder sofern zwischen vorderem Ende des Satelliten und Maschinenrahmen angeordnet auch ausschließlich mit dem einem der beiden Rahmen starr verbunden ist. Bei letztgenannter Ausführung ist der Hub des Bremszylinder s kleiner als ein maximaler Verschiebeweg des Satelliten, die Rückführung des Bremszylinder s in die Ausgangsstellung (während des Stopfvorgangs) erfolgt hydraulisch, vorzugsweise mit der zuvor gespeicherten Bremsenergie. Die Energie soll dabei in sehr kurzer Zeit gespeichert und anschließend für andere hydraulische Bewegungsfunktionen innerhalb der Taktzeit zur Verfügung stehen. Mit der Erfindung können auch hohe Arbeitsgeschwindigkeiten mit kurzen Bremszeiten und mit den damit einhergehenden hohen erforderlichen Bremskräften realisiert werden, die eine effektive und zielgenaue Verzögerung der Satellitenvorfahrtbewegung ermöglichen.

Zur Energiespeicherung in Hydrospeichern werden Gase eingesetzt, die über ein Trennelement (Membran, Blase oder Kolben) von der Druckflüssigkeit getrennt werden. Die Energie kann dabei in sehr kurzer Zeit gespeichert als auch wieder freigesetzt werden. Der Verlauf der Bremsrampe, somit der Ladevorgang des Hydrospeichers, kann über Proportionalregelventile bzw. Servoventile in Verbindung mit entsprechende Regelelektronik vorgegeben werden. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung wird zur Verzögerung des Satelliten der Gegendruck im Blasenspeicher genutzt, welcher beim Abbremsen durch die bewegte Masse geladen wird.

Dies ermöglicht kinetische Energie des Stopfsatelliten in potenzielle Energie umzuwandeln, an Stelle der konventionellen Dissipation durch Reibbeläge. Vorteilhaft ist, dass die Verzögerung des Stopfsatelliten nicht von der über den satellitenseitigen Rad-Schiene Kraftschluss übertragbaren Bremskräfte limitiert ist.

Besonders vorteilhaft ist, die gespeicherte hydraulischer Leistung steht dem Antriebsstrang für den nächsten Beschleunigungsvorgang und/oder anderen hydraulischen Bewegungsfunktionen - beispielsweise Beistellbewegung oder Hubbewegung des Stopfaggregate, die zyklische vorm nächsten Satellitenabremsvorgang ablaufen - zur Verfügung.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung ist die Steigerung der Energieeffizienz, die Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit und Reduktion der erforderlichen Antriebsleistung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, den Satelliten mittels der regelbaren Bremswirkung exakter bezüglich der Tauchposition der Stopfaggregate über den Schwellen positionieren zu können.

Kurze Beschreibung der Erfindung

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer kontinuierlich arbeitenden Stopfmaschine 1 mit Satelliten 3 und Bremszylinder 4 in Seitenansicht, Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Rekuperation der kinetischen Energie beim Verzögern des Satelliten.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Stopfmaschine 1 (Fig. 1 ) zum Unterstopfen von Schwellen eines Gleises 2, umfasst einen auf zwei Schienenfahrwerken 9 verfahrbaren, sich in Stopfmaschinenlängsrichtung erstreckenden Maschinenrahmen 14 und einen zwischen den Schienenfahrwerken 9 angeordneten und über ein Fahrwerk 10 am Gleis 2 verfahrbaren Satelliten 3, der über eine Satellitenlängsführung 18 mit dem Maschinenrahmen 14 führungsverbunden ist und der zwischen Fahrwerk 10 und Satellitenlängsführung 18 ein bezüglich des Satelliten 3 höhenverstellbares Stopfaggregat 5 sowie ein Gleishebe-Richt-Aggregat 7 aufweist.

Der Satellit 3 ist über mindestens einen einer Rekuperationsbremse B zugeordneten Bremszylinder 4 direkt mit dem Maschinenrahmen 14 und Satelliten 3 verbunden, wobei ein Fahrantrieb F den Satelliten 3 innerhalb eines vorgesehenen Verschiebebereiches A zwischen den Schienenfahrwerken 9 beschleunigt und der Bremszylinder 4 den Satellit 3 innerhalb des Verschiebebereiches A verzögert.

Durch den örtlichen Stillstand des Satelliten 3 während des Stopfvorgangs, bei dem sich die Stopfmaschine 1 in Arbeitsrichtung AR kontinuierlich bewegt, kann sich die in druckloser Schwimmstellung befindliche Kolbenstange des Bremszylinders 4 allmählichen in die Ausgangsstellung zurückbewegen.

Bei einer weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann der Bremszylinder 4 auch ausschließlich mit dem einem der beiden Rahmen 14, 3 starr verbunden sein, sofern dieser zwischen vorderem Ende des Satelliten 3 und Maschinenrahmen 14 angeordnet wird. Bei letztgenannter Ausführung ist der Hub des Bremszylinders 4 kleiner als ein maximaler Verschiebeweg A des Satelliten. Innerhalb des Maschinenrahmens 14 der Maschine ruht der längsverschiebbare Satellit 3 auf dem Fahrwerk 10. Der Satellit 3 wird durch Satellitenlängsführungen

18 im Hauptrahmen 14 nach Art einer Schubkarre, einerends mit Laufwerk, anderends mit Führungsarmen längsverschiebbar geführt. Die Maschine 1 mit der Stopfkabine 15 ist über Drehgestelle 9, 10 auf dem Gleis 2 verfahrbar. Die Maschine weist ein Gleismesssystem 6, 11 , 12 welches zum Regeln des Hebe- Richt-Aggregates 7, das in den Satelliten 3 integriert ist, auf. Auf dem Satelliten 3 befindet sich ein senk- und hebbares Stopfaggregat 5, das über einen Drehkranz

19 um die Hochachse um den Winkel drehbar und über eine quer zur Arbeitsrichtung liegende Verschiebeeinrichtung 20 auch quer verschiebbar ist. Das Hebe-Richt- Aggregat ist über einen Linearantrieb 8 der mit dem Satellitenrahmen 13 verbunden ist in Gleislängsrichtung verschiebbar. Dem Gleishebe-Richt-Aggregat 7 ist wenigstens ein Hebezylinder H und wenigstens ein Richtzylinder R zugeordnet.

Das Anlagenschema gemäß Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäß Energierückgewinnung und Speicherung. Zur Verzögerung des Satelliten 3 wird der Gegendruck im Hydrospeichern 22 genutzt, welcher beim Abbremsen der bewegten Masse des Satelliten 3 geladen wird. Der Verlauf der Bremsrampe, somit der Ladevorgang des Hydrospeichers 22, kann über ein Regelventil 21 vorgegeben werden. Die im Hydrospeichern 22 gespeicherte hydraulischer Leistung wird über das Steuer- oder Regelventil 23 beispielsweise dem Satellitenantrieb 16 für den nächsten Beschleunigungsvorgang und/oder anderen hydraulischen Bewegungsfunktionen, wie etwa dem Stopfaggregate 5 oder Hebe- Richt-Aggregates 7 zur Verfügung gestellt. Gegebenenfalls kann der Bremszylinder zum Zurückschieben des Satelliten 3 auch über das Regelventil 21 mit im Hydrospeicher 22 gespeicherter Energie beaufschlagt werden.