GLEISMESSFAHRZEUG UND VERFAHREN ZUM ERFASSEN EINER GLEISGEOMETRIE

Gebiet der Technik

[01] Die Erfindung betrifft ein Gleismessfahrzeug zum Erfassen einer

Gleisgeometrie eines Gleises, mit einem auf zwei Schienen eines Gleises verfahrbaren und Schienenfahrwerke aufweisenden Fahrzeugrahmen, und mit einer ersten Messbasis, auf der eine Inertialmesseinheit und für eine Positionsbestimmung gegenüber jeder Schiene mindestens eine

berührungslose Lagemesseinrichtung angeordnet sind. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Gleismessfahrzeugs.

Stand der Technik

[02] Für eine Instandhaltung des Gleisoberbaus sind regelmäßige Kontrollen

erforderlich. Dazu wird in regelmäßigen Abständen das Gleis mit einer Gleismessvorrichtung in Form eines Gleismessfahrzeuges befahren, welches die Gleisgeometrie erfasst, um diese im Anschluss zu bewerten. Da sich die Gleisgeometrie direkt auf die Fahrdynamik eines auf Schienen fahrenden Fahrzeugs auswirkt, ist eine präzise Messung entscheidend für die

Bewertung der Bahnsicherheit. Gleismessfahrzeuge sind daher bereits seit Langem bekannt.

[03] Häufig werden Messsysteme mit mechanischen Sensoren verwendet, die mit beweglichen Punktfühlern ständig in Kontakt mit dem Gleis sind. Aus der Bewegung der Sensoren lässt sich in weiterer Folge die Gleisgeometrie ableiten. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 39 14 830 A1 bekannt.

[04] Bei neueren optischen und inertialen Messsystemen werden kontaktlose Lasersensoren verwendet, um die gewünschten Gleisgeometriemessdaten abzuleiten. Die vertikale Gleislage wird aus einer Differenz zweier

Abstandsmessgrößen berechnet, die sich auf ein Koordinatensystem beziehen. Dadurch werden auch die Geschwindigkeitsbeschränkungen mechanischer Messsysteme überwunden. [05] Durch Schnee- oder Sandverwehungen auf dem Gleis stoßen aber die optischen Messsysteme an ihre Grenzen und können die Gleisgeometrie daher auch nicht mehr korrekt erfassen. Aus der DE 41 36 904 A1 ist beispielsweise eine Einrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung von Schienen eines Gleises bekannt. Ein Inertialmesssystem ist in der

Fachzeitschrift Eisenbahningenieur (52) 9/2001 auf den Seiten 6-9 beschrieben.

Zusammenfassung der Erfindung

[06] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Gleismessfahrzeug der eingangs genannten Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben eines verbesserten Gleismessfahrzeuges darzulegen.

[07] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch ein

Gleismessfahrzeug gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 14. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

[08] Die Erfindung sieht vor, dass eine absenkbare zweite Messbasis angeordnet ist, welche auf die Schienen aufsetzbare Messlaufräder umfasst und über Kompensationsmesseinrichtungen mit der ersten Messbasis verbunden ist. Somit kann, sobald die berührungslosen Lagemesseinrichtungen

beispielsweise durch starken Regen, Schnee- oder Sandverwehungen an ihre Grenzen stoßen, die Gleismessung mittels der absenkbaren

mechanischen zweiten Messbasis lückenlos fortgesetzt werden. Die

Kompensationsmesseinrichtungen erfassen dabei laufend eine

Lageänderung der zweiten Messbasis gegenüber der Inertialmesseinheit. Damit ist aus den Messdaten der Inertialmesseinheit in einfacher Weise die Gleisgeometrie ableitbar.

[09] In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der ersten Messbasis für die Positionsbestimmung gegenüber der jeweiligen Schiene zwei voneinander distanzierte Lagemesseinrichtungen angeordnet sind. Dadurch ist keine Mindestgeschwindigkeit des Gleismessfahrzeuges wie bei einer Einpunktmessung pro Schiene nötig. Eine Steigung oder ein Gefälle und somit die Längshöhe der jeweiligen Schiene ist auch im

Stillstand des Fahrzeugs oder beim Anfahren messbar.

[10] In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Lagemesseinrichtungen als

Laser-Linienscanner ausgebildet. Der Vorteil liegt hier in einer sehr geringen Reaktionszeit und Messfrequenz des Laser-Linienscanners.

[1 1] Eine weitere vorteilhafte Ausbildung ist, dass die

Kompensationsmesseinrichtungen als Weg- und/oder

Winkelmesseinrichtungen ausgebildet sind. Damit ist die Relativbewegung zwischen der ersten und der zweiten Messbasis genau erfassbar.

[12] Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die erste Messbasis als Fahrwerksrahmen eines Schienenfahrwerks ausgebildet ist. Dadurch entfällt die Notwendigkeit eines zusätzlichen Messrahmens.

[13] In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die zweite Messbasis eine erste Teleskopachse mit zwei Messlaufrädern, welche absenkbar am

Fahrwerksrahmen gelagert ist. Die zweite Messbasis wird bei Bedarf auf das Gleis abgesenkt, wobei mittels der Teleskopachse eine Anpassung an die Spurweite des Gleises erfolgt.

[14] In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Messbasis eine zweite Teleskopachse mit zwei Messlaufrädern umfasst, welche gegenüber der ersten Teleskopachse um eine

Gleisfahrzeuglängsachse drehbar gelagert ist. Dadurch kann die

Relativbewegung gegenüber der ersten Teleskopachse gemessen werden, wie sie beispielsweise bei Gleisüberhöhungen auftritt. Ein weiterer Vorteil ist hier wiederum, dass hierzu keine Mindestgeschwindigkeit des

Gleismessfahrzeuges notwendig ist.

[15] Des Weiteren ist es sinnvoll, wenn der jeweiligen Teleskopachse ein

pneumatischer Antrieb zum seitlichen Anpressen der Messlaufräder an die Schienen zugeordnet ist. Dadurch werden eine präzise Verfolgung des Schienenverlaufs und ein perfektes Messergebnis erzielt.

[16] Eine einfache Ausprägung der Erfindung sieht vor, dass die zweite

Messbasis über pneumatische Antriebe mit dem Fahrwerksrahmen verbunden ist. Der jeweilige pneumatische Antrieb erlaubt ein leistungsloses Halten bei konstanter Kraft, wodurch die zweite Messbasis permanent an die Schienen gedrückt wird.

[17] Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass das Gleismessfahrzeug eine Auswerteeinrichtung umfasst, welche zur Auswertung der Messergebnisse der Intertialmesseinheit, der

Lagemesseinrichtungen und der Kompensationsmesseinrichtungen eingerichtet ist. Diese zentrale Auswerteeinrichtung verarbeitet somit die Daten der optischen und auch der mechanischen Messungen.

[18] Für eine räumliche Positionserfassung ist es sinnvoll, wenn das

Gleismessfahrzeug eine GNNS-Antenne zum Empfang von Signalen eines globalen Navigationssatellitensystems umfasst. Dadurch kann eine einfache räumliche Zuordnung der Messergebnisse erzielt werden.

[19] Eine weitere Verbesserung der Erfindung sieht vor, dass die zweite

Messbasis in einer angehobenen Stellung durch eine Sicherheitseinrichtung arretierbar ist. Dadurch kann bei Verwendung der berührungslosen

Lagemesseinrichtungen die zweite Messbasis in einer angehobenen

Ruhestellung entsprechend gesichert werden.

[20] Vorzugsweise ist die Sicherheitseinrichtung als Sicherungshaken ausgeführt, wodurch eine konstruktiv einfache, aber dennoch effektive Lösung vorliegt.

[21] Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass während einer Fahrt des Gleismessfahrzeugs mittels der Inertialmesseinheit eine Raumkurve erfasst wird, dass in einem ersten Betriebsmodus die Raumkurve mittels Messdaten der Lagemesseinrichtungen in eine dem Gleisverlauf entsprechende

Raumkurve transformiert wird und dass in einem zweiten Betriebsmodus bei abgesenkter zweiter Messbasis die Raumkurve mittels Messdaten der Kompensationsmesseinrichtungen in eine dem Gleisverlauf entsprechende Raumkurve transformiert wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass in beiden

Betriebsmodi eine gemeinsame Inertialmesseinheit zur Erfassung der Raumkurve genutzt wird.

[22] In einer weiterführenden Ausprägung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zwischen erstem und zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit eines

Messsignals automatisch umgeschaltet wird. Sollte es durch erschwerte Bedingungen den Lagemesseinrichtungen nicht möglich sein ein genaues Messergebnis zu erfassen, wird automatisch in den zweiten Betriebsmodus umgeschaltet. Dies gilt auch in umgekehrter Reihenfolge falls es die

Bedingungen auf dem Gleis wieder erlauben optisch zu messen, wird automatisch vom zweiten in den ersten Betriebsmodus umgeschaltet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[23] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer

Darstellung:

Fig. 1 ein Gleismessfahrzeug samt Drehgestell,

Fig. 2 eine 3D-Ansicht der ersten und zweiten Messbasis und

Fig. 3 eine Ansicht von unten auf das Drehgestell.

Beschreibung der Ausführungsformen

[24] Ein in Fig. 1 vereinfacht dargestelltes Gleismessfahrzeug 1 zum Erfassen einer Gleisgeometrie eines Gleises 2 mit auf Schienen 3 verfahrbaren Schienenfahrwerken 4 und einem darauf abgestützten Fahrzeugrahmen 5 weist eine als Fahrwerksrahmen 6 ausgebildete erste Messbasis 7 samt Inertialmesseinheit 8 und Lagemesseinrichtungen 9 und eine über erste pneumatische Antriebe 10 absenkbare zweite Messbasis 1 1 auf.

[25] Die zweite Messbasis 1 1 umfasst auf die Schienen 3 aufsetzbare

Messlaufräder 12 und ist über Koppelstangen 14 mit der ersten Messbasis 7 verbunden. Die Koppelstangen 14 sind an ihrem oberen Ende 15 drehbar auf der ersten Messbasis 7 gelagert und an ihrem unteren Ende 16 jeweils mit einer ersten Teleskopachse 17 und mit einer zweiten Teleskopachse 18 verbunden. Die erste Teleskopachse 17 ist gegenüber der zweiten

Teleskopachse 18 um eine Gleisfahrzeuglängsachse 19 verdrehbar gelagert (Fig. 2).

[26] Auf dem Fahrwerksrahmen 6 können Konsolen 26 angeordnet sein, an

denen sich die ersten pneumatischen Antriebe 10 abstützen. Somit ist es möglich, auf bereits bestehende Schienenfahrwerke 4 Konsolen 26 und den Rahmen der ersten Messbasis 7 nachzurüsten. [27] Eine GNNS-Antenne 24 zum Empfang von Signalen eines globalen

Navigationssatellitensystems und eine Auswerteeinrichtung 23 sind an dem Gleismessfahrzeug 1 angeordnet. In einer angehobenen Position wird die zweite Messbasis 1 1 durch Sicherheitseinrichtungen 25 arretiert, die vorzugsweise als Sicherungshaken ausgeführt sind.

[28] Fig. 2 zeigt einen Teil der ersten Messbasis 7 und die zweite Messbasis 1 1 im abgesenkten Zustand. Endseitig des Schienenfahrwerks 4 sind an einer Unterseite der ersten Messbasis 7 Lagemesseinrichtungen 9 befestigt. Diese sind vorzugsweise als Laser-Linienscanner ausgebildet, wobei jeweils zwei Laser-Linienscanner gegen eine Innenkante einer Schiene 3 gerichtet sind.

[29] An der ersten Messbasis 7 ist die Inertialmesseinheit 8 vorzugsweise mittig zwischen zwei Lagemesseinrichtungen 9 angeordnet, um eine Raumkurve in Gleismitte zu erfassen. Somit bildet die erste Messbasis 7 mit dem

Fahrwerksrahmen 6, den Lagemesseinrichtungen 9 und der

Intertialmesseinheit 8 eine starre Vorrichtung. Im ersten Betriebsmodus wird die Lage der ersten Messbasis 7 gegenüber den Schienen laufend mittels der Lagemesseinrichtungen 9 erfasst.

[30] Im zweiten Betriebsmodus ist die zweite Messbasis 1 1 mittels der ersten pneumatischen Antriebe 10 auf das Gleis 2 abgesenkt. An den ersten pneumatischen Antrieben 10 ist als Kompensationsmesseinrichtungen jeweils eine erste Wegmesseinrichtung 20 angeordnet. Damit wird eine vertikale Relativbewegung zwischen der ersten Messbasis 7 und der zweiten Messbasis 1 1 erfasst. Alternativ kann auch eine Winkelmesseinrichtung an den Koppelstangen 14 zur Erfassung der Relativbewegung angebracht sein.

[31] Fig. 3 zeigt eine Ansicht von unten auf das Schienenfahrwerk 4. Auf den

Teleskopachsen 17, 18 ist jeweils ein zweiter pneumatischer Antrieb 21 zum seitlichen Anpressen der Messlaufräder 12 an die Schienen 3 angeordnet. Um zu verhindern, dass beim Überfahren einer Weiche oder Kreuzung ein Messlaufrad 12 ein eine Schienenlücke gedrückt wird, ist jedem Messlaufrad 12 ein Führungsschwert 13 zugeordnet. Sobald dieses an einem Radlenker geführt wird, hält es das zugeordnete Messlaufrad 12 zurück und wirkt so dem Anpressdruck entgegen. [32] Mittig zwischen den Teleskopmessachsen 17, 18 sind als

Kompensationsmesseinrichtungen zweite Wegmesseinrichtungen 22 angeordnet, die eine seitliche Verschiebung der zweiten Messbasis 1 1 gegenüber der ersten Messbasis 7 erfassen. Auf diese Weise wird im zweiten Betriebsmodus die Lage der ersten Messbasis 7 gegenüber den Schienen 3 mittels der mechanischen Kompensationsmesseinrichtungen 20, 22 erfasst.

[33] In einer nicht dargestellten Variante ist die erste Messbasis 7 vom

Schienenfahrwerk 4 entkoppelt als Rahmen an den Radachsen der

Schienenräder angebracht. Dadurch ist ein direkter Messvorgang des vertikalen Schienenverlaufs möglich und es muss lediglich eine seitliche Relativbewegung der ersten Messbasis 7 gegenüber den Schienen 3 erfasst werden.

[34] Der Auswerteeinrichtung 23 sind die Messsignale der Inertialmesseinheit 8, der berührungslosen Lagemesseinrichtungen 9 und der

Kompensationsmesseinrichtungen 20, 22 zugeführt. Dabei wird

vorteilhafterweise laufend eine Plausibilitätsprüfung der Signale der

Lagemesseinrichtungen 9 vorgenommen. Sobald Signalsprünge oder Signalausfälle erkannt werden, wird die zweite Messbasis 1 1 abgesenkt und vom ersten in den zweiten Betriebsmodus umgeschaltet.