Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen autonomen Steuerung einer Gleisbaumaschine mit Wegmesseinrichtung und genauer Synchronisierung zum Gleis, Positionserfassung der Arbeitsaggregate der Stopfmaschine mit Hilfe dessen dem Steuercomputer einer Stopfmaschine positionsgenaue Arbeitsanweisungen für jeden zu stopfenden Schwellenbereich übergeben werden und die Stopfmaschine abhängig von der aktuellen Position im Gleis und den zugehörigen Arbeitsanweisungsdaten diese vollautomatisch und autonom durchführt.

Stand der Technik

Die meisten Gleise für die Eisenbahn sind als Schotteroberbau ausgeführt. Die Schwellen liegen dabei im Schotter. Durch die wirkenden Radkräfte der darüberfahrenden Züge wird der Schotter abgerundet, teilweise abgebrochen und abgenutzt. Dadurch entstehen unregelmäßige Setzungen im Schotter und

Verschiebungen der seitlichen und vertikalen Lagegeometrie des Gleises. Durch die Setzungen des Schotterbettes treten Fehler in der Längshöhe, der Überhöhung (im Bogen), der Verwindung, der Spur und der Richtlage auf. Die Fehler ihrerseits erhöhen die wirkenden Kräfte die wiederum zerstörend auf den Schotter einwirken.

Werden bestimmte von den Bahndirektionen festgelegte Komfortgrenzwerte oder Sicherheitsgrenzwerte dieser geometrischen Größen überschritten, dann werden Instandhaltungsarbeiten geplant und zeitgerecht durchgeführt. Zur Behebung und Berichtigung dieser geometrischen Gleisfehler kommen heute meist Gleisbaumaschinen zum Einsatz. Zur Steuerung des Prozesses gibt es Messsysteme zur Erfassung der aktuellen Gleislage für die Parameter Richten, Heben, Verwindung und Querneigung. Damit das Gleis nach derartigen Instandhaltungsarbeiten wieder dem Betrieb frei gegeben werden kann, sind die Oberbaumaschinen mit sogenannten Abnahmemessanlagen bzw. Abnahmeschreiberanlagen ausgestattet. Für die Qualität der Gleislage nach der Verbesserung durch Oberbaumaschinen oder sonstige Methoden haben die Bahnverwaltungen sogenannte Abnahmetoleranzen festgelegt. Abnahmetoleranzen stellen die Mindestanforderungen der Qualität der erzeugten geometrischen Verbesserungen dar.

Neben den Abnahmetoleranzen gibt es die sicherheitsrelevanten Freigabetoleranzen. Diese stellen die Grenzen dar die eingehalten werden müssen, damit das bearbeitete Gleis für den Zugverkehr gefahrlos wieder freigegeben werden kann. Nachgewiesen wird die Einhaltung dieser Toleranzen durch die Abnahmeschreiberanlagen. Auf Gleisbaumaschinen (Gleisstopfmaschinen) gibt es den Vorwagenführer, der für die Steuerung der Maschine bezüglich der Soll-Geometrie und bezüglich der Aufzeichnung der nach der Instandhaltungsarbeit zurückbleibenden Gleislage durch die Schreiberanlage verantwortlich ist.

Aktuell wird die Gleisinstandhaltung auf Basis der Gleisgeometrie, die über die Lage der Schienen erfasst wird, geplant. Gleismessfahrzeuge fahren in regelmäßigen Abständen über die Gleise und erfassen deren geometrische Lage. Die Gleislage wird dabei meist in Abschnitte von etwa 200m Länge unterteilt und die Standardabweichung der Höhenlage, der Richtung, der Überhöhung und Verwindung erfasst. Neben diesen statistischen Werten werden auch singuläre Einzelfehler gemessen. Überschreiten die statistischen Werte gewisse Komforttoleranzen dann wird eine Instandhaltungsarbeit geplant und durchgeführt. Überschreiten die Einzelfehler gewisse kritische Werte, dann wird unmittelbar gehandelt und diese sofort behoben, da ansonsten Langsamfahrstellen oder Gleissperren wegen Gefährdung des Zugverkehrs verhängt werden müssen.

Die Instandhaltungsmaschine erhält als Vorgaben die Gleis-Sollgeometrie, und vorher aufgezeichnete und gemessene Gleisfehler und der Bereich der instandgehalten werden soll. Weitere Vorgaben werden nicht gemacht.

Für den Stopfvorgang ist ein zweiter Bediener, das ist der Stopfer, vorgesehen. Unabhängig von der Art des Fehlers im Schotter führt er üblicherweise eine Standardstopfung durch. Die Methodik ob Mehrfachstopfen, Überheben der Stellen etc. bleibt ihm überlassen.

Wie genau der Stopfer das Gleis stopft z.B. welchen Stopfdruck er verwendet, welche Beistellzeit, ob er mehrere Male dieselbe Schwelle stopft, ob er eine Stelle mit etwas mehr Flebung bearbeitet, ob er eine etwas größere Öffnungsweite wählt etc. bleibt der Einschätzung, der Erfahrung und der Motivation des Stopfers überlassen.

Vor dem Einsatz von Oberbaumaschinen wird mit verschiedenen bekannten Messsystemen die Gleisistlage gemessen und mit der Gleissolllage verglichen.

Die Differenzen in der Flöhe und in der Richtung werden als Gleiskorrekturwerte mit der Gleissollgeometrie an die Stopfmaschinen übergeben.

Es gibt Stopfmaschinen die auf das Stopfen von Weichen spezialisiert sind (teilbare Stopfaggregate - so genannte Splitheadaggregate, Zusatzhebeeinrichtungen für den abzweigenden Strang, schwenkbare Verdichtpickel etc) und Stopfmaschinen die vorzugsweise für das Streckenstopfen gebaut sind. Stopfmaschinen sind in zyklischer aber auch in kontinuierlicher Arbeitsvorfahrt bekannt. Daneben gibt es noch Einschwellen- und Mehrschwellenstopfmaschinen. Mehrschwellenstopfmaschinen stopfen in einem Arbeitszyklus mehrere Schwellen auf einmal. Sie können aber auch so eingesetzt werden, dass nur eine Schwelle gestopft wird. Die Planung von Baustellen erfolgt heute auf Grund der mit Gleismesswagen gemessenen Gleisgeometrielage aber unabhängig davon wodurch die Gleisfehler verursacht wurden z.B. kann der Schotter im Bereich eines Schienenstoßes zerstört, abgerundet und zermalmt sein, ähnliche Fehler treten bei sehr harten Untergründen auf und werden als „weiße Stellen“ bezeichnet. An diesen Stellen führt die Fahrdynamik dazu, dass Schotter pulverisiert wird und diese Stellen durch austretenden Mineralstaub angezeigt werden. Der Schotter kann bei langer Liegedauer sehr geschädigt sein. Ein großer Anteil von Feinanteilen und organischem Material oder aus dem Untergrund nach oben gepresstem Boden kann die Zwischenräume der Schotterkörner ausgefüllt haben. Aus der Praxis ist bekannt, dass sich die Gleislage bei derartigen Schotterstrukturen nicht haltbar mit Gleisstopfmaschinen korrigieren lässt. Aus der Praxis ist auch bekannt, dass Einzelfehler zufällig im Gleis verteilt auftreten. Etwa 40% dieser lokalen Störstellen können dauerhaft behoben werden. 60% dieser Fehler entwickeln sich innerhalb kurzer Zeit wieder. Gleise die einen guten Schotterzustand aufweisen werden im Mittel circa alle vier Jahre gestopft. Einzelfehler die auf eine Zerstörung des Schotters hinweisen erfordern Instandhaltungsmaßnahmen ca. alle 1-3 Monate. Bei Jeder Stopfung wird über die Stopfwerkzeuge der Schotter aufgrund der hohen Verdichtungskräfte geschädigt. Einsätze von Stopfmaschinen erzeugen Kosten der Instandhaltungsarbeit und stellen eine Betriebsbehinderung dar. Solange gearbeitet wird können keine Züge fahren, gibt es ein befahrenes Nachbargleis dann werden für dieses Langsamfahrstellen eingerichtet. Bekannt ist auch, dass ein hoch verschmutztes Schotterbett hohe Verdichtkräfte erfordert. Es existieren praktisch zwischen den Schotterbettkörnern keine Bewegungsspielräume, weil diese mit Feinmaterial gefüllt sind. Dies erhöht die Verdichtkräfte die aufgewendet werden müssen um den Schotter zu bewegen. Gleichzeitig weisen derartige verschmutzte Gleisbette eine reduzierte Haltbarkeit der berichtigten Gleisgeometrie auf, da die Reibungskräfte und die Verzahnung zwischen den Schotterbettkörnern gering sind. Die Gleisgeometriefehler werden vor einer Stopfarbeit meist durch unabhängige Messverfahren aufgenommen, abgespeichert und an die Stopfmaschinencomputer in elektronischer Form übergeben. Gleisgeometriefehler haben typischerweise 10-25 m Wellenlänge mit Amplituden von 10-40 mm. Es treten auch langwellige Fehler im Bereich 25-70 m auf die höhere Fehleramplituden aufweisen.

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. Standardmäßig wird dabei die lineare Schließbewegung durch einen Hydraulikzylinder und die durch eine Exzenterwelle mechanisch erzeugte Schwingamplitude überlagert. Neuere vollhydraulische Stopfantriebe erzeugen die lineare Schließbewegung und die Vibration gleichzeitig.

Aus der WO2019091681 A1 ist eine Gleisbaumaschine bekannt, welche Netzdaten erfasst und diese einer Systemzentrale übermittelt. Die Gleisbaumaschine hat ein Sensorsystem und sammelt Rohdaten. Daraus soll geplant werden, wann und wo Einsätze der Gleisbaumaschinen durchzuführen sind. Während des Navigationsvorgangs werden Rohdaten zur Aktualisierung der Netzdaten erfasst, also Daten, wie Umbauten oder Störungen und dergleichen und nicht spezifische während des Stopfens erfasste Schotterparameter. Der Verlauf der Verdichtkräfte kann nicht aus dem Sammeln von Netzdaten gewonnen werden. Ein vollhydraulischer Antrieb eines Stopfaggregates ist beispielsweise in der AT 513973 A geoffenbart. Zur Regelung und Steuerung dieses Antriebes wird die Beistellbewegung mittels integrierten Wegsensoren erfasst. Der Stopf druck wird dabei über Drucksensoren gemessen. Wie in der AT 520 117 A beschrieben können damit Parameter wie Verdichtarbeit, Bettungshärte, Schotterbettverschmutzung Verdichtkraft, Verdichtzeiten und Schottersteifigkeit etc. gemessen und abgeleitet werden. Aus der AT 515801 A ist es bekannt, wie abhängig von Messungen optimale Stopfzeiten vorgegeben werden können. Über diese vollhydraulischen Stopfantriebe kann auch die Öffnungsweite der Stopfwerkzeuge frei und kontinuierlich eingestellt werden. Dem Stopf bediener obliegt es aktuell die richtige Einstellung des Stopfaggregates wie Stopfdruck, Beistellzeit, Senkgeschwindigkeit des Stopfaggregates, Öffnungsweite, Stopftiefe, Hebung des Gleises oder Mehrfachstopfen etc. zu wählen. Eine weitergehende Planung der Arbeiten wie jene der Stopfarbeit selbst aber auch vorbereitender Arbeiten wie Schottertausch im Bereich lokaler Störstellen, lokale Drainageverbesserung etc. erfolgt nicht. Dies verteuert die Gleisinstandhaltungskosten und verringert die Haltbarkeit der erzielten Gleislage.

Stellen im Gleis mit hoher Bettungshärte bilden Hochpunkte aus, die sich wenig in der Höhenlage durch den Zugsverkehr ändern. Je unterschiedlicher die Steifigkeitsschwankungen im Gleisbett sind umso größer ist die Kraftwechselwirkung zwischen Rad und Schiene, umso höher ist das Gleis belastet und umso schneller verschlechtert sich die Gleisgeometrie. Singuläre kurze Störstellen im Gleis weisen die Tendenz auf sich unter den hohen wirkenden dynamischen Kräften im Gleis in Längsrichtung auszudehnen, an Höhe des Gleisfehlers zuzunehmen und Folgefehler durch die angeregten Gleisfahrzeuge zu produzieren.

Bekannt sind Sensoren die die Position der Schwellen im Gleis bei der Überfahrt einer Stopfmaschine ermitteln können. Mit Hilfe derartiger Einrichtungen kann die Maschine vollautomatisch richtig zur Stopfung positioniert werden. Damit sind aus der Praxis Maschinen bekannt die vollautomatisch arbeiten.

Die Abspeicherung von Gleisgeometriesolldaten in Datenbanken der Infrastrukturbetreiber und die Möglichkeit diese herunterzuladen bzw. Ergebnisse zurückzuspielen ist teilweise ebenfalls möglich. Systeme des maschinellen Lernens sind Stand der Technik. Maschinelles Lernen ist ein Oberbegriff für eine computergestützte Generierung von Wissen aus Erfahrung. Dazu bauen Algorithmen ein statistisches Modell auf, das auf Trainingsdaten beruht. Es werden Muster und Gesetzmäßigkeiten in den Lerndaten erkannt. So kann das System auch unbekannte Daten beurteilen. Mit Hilfe von an Stopfmaschinen installierten GPS-Systemen kann eine genaue Zuordnung der Schwellen und der aufgenommenen Messparameter zum Gleiskilometer über die GPS-Koordinaten gemacht werden.

Bekannt sind virtuelle GPS-Korrekturdatendienste die Korrekturdaten an geeignete GPS-Empfänger senden. Dadurch wird nur ein bewegtes GPS- gestütztes sich auf dem Gleis bewegendes Messfahrzeug benötigt. RTK-GPS hat den Vorteil, dass es mit Hilfe von RTK-Korrekturdaten sehr präzise den absoluten Ort bestimmen kann (ca. 5mm in der Lage und 10-15mm in der Höhe). Je mehr Satelliten und Satellitensysteme gleichzeitig durch einen GPS-Empfänger empfangen werden, umso genauer sind die Ergebnisse. Moderne Satellitenempfänger empfangen und verwerten gleichzeitig die Satellitensysteme GPS, GLONASS, GALILEO, BeiDou, QZSS, IRNSS und SBAS. Sie können Daten zum Korrekturdienst schicken und auf einem zweiten Kanal die Korrekturdaten empfangen. Die Genauigkeit im Bereich von 5-15 mm ist für die Berechnung von Korrekturwerten für die Gleisstopfmaschine für Hebung bzw. Richtung zu ungenau, aber sie ist ausreichend absolute Bezugspunkte der Gleisgeometrie zu definieren. Genauso präzise lassen sich Schwellen im Gleis und andere Stellen lokalisieren und mit GPS-Koordinaten versehen. Diese Stellen oder Schwellen sind mit Oberbaumaschinen die mit einem RTK-GPS System versehen sind präzise und eindeutig wiederfinden.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen autonomen Steuerung einer Gleisbaumaschine anzugeben welches die oben angegebenen Nachteile vermeidet. Das Verfahren soll die Gleisbaumaschine nicht nur allgemein mit Sollgeometriedaten und Gleislagekorrekturdaten sondern mit exakten lokal eindeutig zugeordneten Arbeitsanweisungen versorgen, sodass diese mit hoher Qualität angepasst auch an die Eigenschaften und Erfordernisse des Schotterbettes autonom gestopft werden und damit die Fehleranfälligkeit durch den Menschen vermeiden. Gleichzeitig sollen durch die Stopfmaschine während der Arbeit die Schotterbettparameter erfasst, diese mit dem Computer analysiert und nach Ende der Arbeit zur Vorbereitung der nächsten Durcharbeit vorzugsweise an einen Infrastrukturbetreiber übergeben werden.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt. Insbesondere löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass während der Stopfung die Schotterbettdaten über Sensoren erfasst und daraus die aktuellen Schotterbettparameter erfasst und für einen folgenden Arbeitsdurchgang abgespeichert und mit einer Vorrichtung zum maschinellen Lernen analysiert werden, wobei eine Analyse der Schotterbettzustandsdaten auf der Basis von Maschinenlerntechnikmethoden erstellt wird und die Schotterbettparameter im Hinblick auf einen in Gleislängsrichtung auftretenden Einbruch der Verdichtkräfte analysiert und daraus Arbeitsanweisungen für eine optimale Arbeitsweise ermittelt und abgespeichert werden, wobei die Stopfmaschine in einem folgenden Arbeitsdurchgang abhängig von der aktuellen Position im Gleis und den zugehörigen Arbeitsanweisungsdaten diese vollautomatisch und autonom durchführt.

Zur automatischen und autonomen Steuerung der Arbeitsweise einer Stopfmaschine und ihrer Stopfaggregate und Hebe-Richt-Aggregate folgendes: Einem Steuercomputer der Stopfmaschine werden positionsgenaue (über GPS- Koordinaten z.B.) Arbeitsanweisungen für jeden zu stopfenden Schwellenbereich übergeben (dies kann umfassen: Mehrfachstopfen, größere Öffnungsweite der Stopfwerkzeuge, Stopfdruck, Überheben, Vorgabe der maximalen Verdichtkraft, Stopfzeit, automatische Stopfzeit abhängig von der Verdichtung etc. oder Vorgabe der Arbeitsabfolge in Weichen - an welchen Stellen z. B. die Splitheadaggregate bei Weichenstopfmaschine zu teilen und der äußere Teil nach außen zu schwenken ist etc. ). Diese Arbeitsparameter wurden in einem vorhergehenden Arbeitsdurchgang, einem vollständigen oder teilweisen Stopfen eines Gleises, erfasst und für einen folgenden Arbeitsdurchgang abgespeichert.

Die Stopfmaschine wird über eine automatische Schwellenerkennung oder GPS- Koordinaten genau an den zu stopfenden Schwellenbereichen positioniert. Die Stopfmaschine kann dann an der erreichten Position abhängig von den vorgegebenen Arbeitsanweisungen diese vollautomatisch und autonom durchführen, dabei gegebenenfalls neue Arbeitsanweisungen für einen nächsten Durchgang generieren und Anschließend über eine Verfahrautomatik zum nächsten Schwellenbereich verfahren, wo der Ablauf entsprechend wiederholt wird bis der gesamte vorgesehene Arbeitsbereich abgearbeitet wurde.

Die vorgegebenen Arbeitsanweisungen müssen nicht vollautomatisch durchgeführt werden, sondern können einem Bediener für jeden Schwellenbereich angezeigt werden, wobei der Bediener die vorgegebenen Arbeitsmodi einstellt und durchführt.

Erfindungsgemäß werden während der Stopfung mit Hilfe des vollhydraulischen Stopfantriebes und seinen Sensoren die Schotterbettdaten und Arbeitsdaten erfasst und daraus die aktuellen Schotterbettparameter (wie Schotterbetthärte, Verdichtkraft, Stopfzeit, Eindringzeit der Stopfaggregate, Abbremsbeschleunigung der Stopfaggregate beim Eindringvorgang, aktuelle GPS-Position oder Gleis-km, aktueller Hebewert und Richtwert, aktuelle Hebekraft und Richtkraft etc.) errechnet, abgespeichert und mit Hilfe von einer Vorrichtung zum maschinellen Lernen mit Maschinenlerntechniken analysiert werden.

Erfindungsgemäß wird während der Arbeit ein Schotterbettzustandsschrieb erstellt und dem Stopfer bzw. Vorwagenbediener zur Information angezeigt und nach der Arbeit aus den Messdaten ein Schotterzustandsreport generiert, wobei beide an den Infrastrukturmanager als Grundlage für die Arbeitsvorbereitung der kommenden Stopfdurcharbeitung übersandt werden.

Falls keine Übergabe der Arbeitsanweisungen durch den Infrastrukturmanager oder den verantwortlichen Arbeitsvorbereiter stattgefunden hat, dann wird aus der bei den Stopfarbeiten mitlaufenden Analyse der Schotterbettdaten der Stopfen mit entsprechenden Anweisungen für die optimale Arbeitsweise versorgt.

Die Messdaten der Stopfarbeit werden dabei erfindungsgemäß durch ein regelbasiertes Expertensystem (Kl-System oder anderes maschinelles Lernen Programm) im Hinblick auf einen in Längsrichtung plötzlichen Einbruch der Verdichtkräfte (Einzelfehler) oder statistischen Parametern wie Standardabweichung, Mittelwert, Korrelation mit dem Gleislagehöhenfehler etc. analysiert und daraus Anweisungen für die optimale Arbeitsweise ermittelt und vorgegeben.

Aus den mit dem hydraulischen Stopfantrieb und seinen Sensoren ermittelten Daten können nützliche und wertvolle Informationen abgeleitet werden. Zur Analyse werden Algorithmen aus dem Bereich der Künstlichen Intelligenz (Kl) eingesetzt. Kl Systeme sind in der Lage, Zusammenhänge und Muster in unterschiedlich strukturierten Datenmengen zu finden, die der menschliche Interpret kaum oder gar nicht erfassen kann. Mit dem Kl System wird eine Prognose hinsichtlich des Eintretens von Gleislageverschlechterungen und Gleisfehlern erstellt und daraus Wartungsvorschläge angegeben, die die Dauerhaftigkeit der Gleislage erhöhen. Dazu sind auch andere Techniken des Maschinellen Lernens (ML) (Regelbasiertes Lernen) geeignet.

Ein regelbasiertes Expertensystem (XPS) kann den Bediener durch konkrete Vorschläge unterstützen. Einen großen Vorteil weisen XPS in Bereichen auf, wo profundes Fachwissen für die Interpretation der algorithmischen Modelle und Datenlage vorhanden ist. Besipielhaft soll nachfolgend angegeben werden, wie so eine Arbeitsanweisung aussehen könnte. Diese könnte computergestützt durch den Arbeitsvorbereiter erstellt werden. Die Liste würde dabei alle zu stopfenden Schwellen umfassen.

Die verschiedenen Arbeitsanweisungen können in Abstimmung zwischen Infrastrukturbetreiber und Maschinenbetreiber abgestimmt und genormt werden. Dabei könnten die Arbeitsanweisungen folgendes bedeuten: EF7 - Einzelfehler im Gleis. Arbeitsparameter: 3-fach Stopfen; Vergrößerte Öffnungsweite (75cm); Stopfzeit 3 x 0,65 sec

S9 - hoch verschmutzter Schotterbereich. Arbeitsparameter: Einfachstopfen; Stopfdruck 180 bar; Stopfzeit 1 ,2 sec

A3 - Allgemeinvorgabe. Arbeitsparameter: Begrenzung der maximalen Verdichtkraft auf 35 kN; Stopfen mit automatischer optimierter Stopfzeitwahl; Stopftiefe 485 mm

Über die Vorgabe der Allgemeinvorgabe (anzuwendende Arbeitsparameter wenn keine spezifische Anforderung vorliegt) und die Arbeitsanweisungen für spezielle Stellen und ihre Nomenklatur ist es für den Steuerungscomputer moderner Stopfmaschinen ein Leichtes die entsprechenden definierten Anweisungen zu interpretieren und auszuführen.

Darstellung der Erfindung

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Stopfmaschine,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines vollhydraulischen Stopfaggregates, Fig. 3 ein Schaltschema eines Gleisgeometriecomputers mit den Steuereinrichtungen der Stopfmaschine und Fig. 4 einen Schotterbettabnahmeschrieb.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Stopfmaschine 38, C mit Anhänger 39 die auf gleisfahrbaren Fahrwerken 34, 36 auf Eisenbahnschienen S fährt. Die Stopfmaschine 38, C verfügt über ein Stopfaggregat 30 mit vollhydraulischem Antrieb und Messsensoren 37, ein Flebe-Richt-Aggregat 42, 43 zum Einleiten von Flebekräften FH und Richtkräften FR in das Gleis, einem Arbeitsmesssystem aw, bw, 35 und einem Abnahmeschreibermesssystem ar, br, 35. Arbeitsmesssystem aw, bw, 35 und Abnahmeschreibermesssystem ar, br, 35 sind beispielsweise Sehnenmessysteme. Der Anhänger ist über eine Deichsel 40 an die Stopfmaschine gekoppelt. Das Stopfaggregat 30 hat eine Standardöffnungsweite B der Stopfwerkzeuge 29. Die Stopfmaschine 38, C verfügt weiters über eine Steueranlage 19, einen Gleisgeometrie-Leitcomputer 17 mit Bildschirm 20. Über eine Antenne 33 werden Daten drahtlos mit dem Infrastrukturbetreiber ausgetauscht. Über ein GPS-System 32 wird das Arbeitsgebiet koordinativ exakt erfasst.

Fig. 2 zeigt ein Stopfaggregat B mit vollhydraulischem Antrieb Z. Über Sensoren 23 wird der Beistellweg 31 und die Verdichtkraft (über Drucksensoren in der Stopfzylinderhydraulik) erfasst und an den Steuerungscomputer 18 übergeben, der diese an den Gleisgeometriecomputer 17 zur Verarbeitung weiterleitet. Über einen Beschleunigungssensor bvwird die Bremsverzögerung des Stopfaggregates beim Eintauchen ins Schotterbett gemessen. Je härter dieses ist umso höher ist die Bremsverzögerung. Der vollhydraulische Antrieb kann die Öffnungsweite der Stopfarme 30 mit den Stopfwerkzeugen 29 von der Normalöffnung B auf eine größere Weite BE einstellen. Damit ist es möglich an Stellen geschädigten Schotters durch die größere Öffnung BE Schotterkörner aus dem Zwischenfach verdichtend unter die Schwelle zu schieben, um dort das teilweise beschädigte zerkleinerte Schottergranulat durch intakte Schotterkörner zu ergänzen um die Haltbarkeit der Gleislage zu erhöhen. Die Schienen S sind auf Schwellen 41 befestigt.

Fig. 3 zeigt ein Schaltschema des Gleisgeometriecomputers 17 mit den Steuereinrichtungen 19 der Maschine. Die Sensoren der vollhydraulischen Stopfaggregate 18, 26 werden eingelesen und mit einem Maschinenlernprogramm ML analysiert. Über den Bildschirm 20 wird der Maschinist über den Schottbettzustand informiert und kann Arbeitsanweisungen erhalten. Am Ende der Stopfarbeit wird durch den Gleisgeometriecomputer 17 und das Maschinenlernprogram ML ein Schotterbettreport 22 und ein Schotterbettschrieb 21 erstellt. Diese Daten werden drahtlos 25 an eine Datenbank des Infrastrukturbetreibers oder Maschinenbesitzers oder an eine Cloud gesandt. Die Schotterbettparameter unter jeder Schwelle werden über GPS exakt erfasst und diesen zugeordnet. Über ein Wegmessrad WMS wird die örtliche Lage über den Gleis-km zugeordnet.

Fig. 4 zeigt schematisch einen Schottbettschrieb A. Aufzeichnungskanal 1 zeigt die Bremsverzögerung bv der Stopfaggregate, Kanal 2 den Gleishöhenfehler vor der Arbeit der aus Vormessungen der aktuellen Gleislage und dem Vergleich mit der Soll-Gleislage ermittelt wurde, Kanal 3 zeigt die Bettungshärte und Kanal 4 die erreichte Verdichtkraft. Kanal 5 ist der Eventkanal der über Marker 6, 7, 8, Br verschiedene besondere Gleiszustände oder Gleismerkmale anzeigt. Symbol 6 steht für einen Schienenstoß, Symbol 7 markiert eine Stelle im Gleis wo der Schotter zerstört ist und deshalb keine zufriedenstellenden Verdichtkräfte erreicht werden kann. Symbol 8 steht für hinterlegte Bilder und Br zeigt eine Brücke an.

An singulären Einzelfehlern werden Fotos in den Schrieb eingebettet. Aktiviert der Maschinist diese, dann wird das entsprechende Foto 8 gezeigt. 10 zeigt singuläre Fehlerstellen mit zerstörtem Schotter, ersichtlich einerseits am schnellen Einbruch der Verdichtkräfte und auch daran, dass die Stopfaggregatbremsverzögerung 11 abfällt, weil der Schotter an diesen Stellen keinen hohen Eindringwiderstand aufweist. Eine andere Störstelle bildet 9 die wie an dem Symbol 6 zu sehen ist an einem Schweißstoß auftritt. Derartige singuläre Fehlerstellen kann ein Maschinenlernprogramm (oder ein regelbasiertes System) relativ einfach detektieren und erkennen. Vergleicht man den Verlauf der Höhenfehler (Kanal 2) mit dem Verlauf der Schotterbetthärte (Kanal 3) dann sieht man, dass diese sich ungefähr verkehrt proportional verhalten 12. An harten Stellen bilden sich Hochpunkte in der Höhe aus. Dort wo weiche Stellen vorliegen bilden sich Setzungen (Wannen) aus. Über Korrelationsfunktionen ist feststellbar wie gut diese beiden Kanäle korreliert sind. Bei hoher Korrelation beeinflusst dies die Haltbarkeit der Gleishöhenlage, weil sich die Schotterdeformation entsprechend stark ausgebildet hat. Je höher die Standardabweichung der Schotterbetthärte s _BH ist, um so stärker die Steifigkeitsschwankungen und umso höher die wechselwirkenden Kräfte zwischen Rad und Schiene und umso geringer die Dauerhaftigkeit der Gleislage. Der Mittelwert der Bettungshärte 16, 17 hingegen weist auf den Verschmutzungs- Abnutzungsgrad des Schotters hin. Je verschmutzter die Schotterbettung umso höher die Bettungshärte 16, 17. Proportional mit der Bettungshärte verläuft die Verdichtkraft (Kanal 4). Sehr niedrige Werte der Verdichtkraft weisen entweder auf eine Neulage 14 (neuer Schotter) oder eine singuläre Stelle 9,10 mit defektem Schotter hin. Je niedriger die Standardabweichung s _n ist, um so geringer sind die

Steifigkeitsschwankungen und um so besser ist die Haltbarkeit der Gleislage. Die Querstriche geben den Gleiskilometer (76.400, ...) an.

Im Folgenden ist ein Beispiel eines Schotterbettanalysereports dargestellt.

Diesem vorangestellt ist eine statistische Auswertung die generelle Aussagen über den bearbeiteten Abschnitt gibt. Die Analyse mit Maschinenlernsystem ML liefert Aussagen über die Haltbarkeit der Gleislage und die Schotterbetthärte. Sind Störstellen 9,10 aufgetreten, dann werden diese mit der Art, der genauen Lage, der Länge und charakteristischen Werten angegeben. Die Übermittlung dieser Daten an den Infrastrukturbetreiber oder einen Verantwortlichen Arbeitsvorbereiter bilden die Basis für die Vorgabe der Arbeitsanweisungen der nächsten Durcharbeitung. Die Analyse gibt auch eine Abschätzung der Gleislageverschlechterungsrate die wesentlich für die zeitliche Planung der nächsten Durcharbeitung ist. Diese Daten werden einfach auch in eine maschinenlesbare Form gebracht und übermittelt. Schotterbettreport: Statistische Auswertung

Haltbarkeit der Gleislage Das Schotterbett weist Mängel auf. Eine geringe Haltbarkeit der Gleislage ist gegeben.

Die Schätzung ergibt eine Gleislageverschlechterungsrate von 1 ,6 mm/ Jahr. Schotterbetthärte

Der Mittelwert der Schotterbetthärte betrug 254 Nm. Das Schotterbett ist in grenzwertigem hoch verschmutztem Zustand. Eine

Gleisbettreinigung wird empfohlen. Im gestopften Bereich wurde eine kritische Störstelle (mit zerkleinertem/ abgerundeten Schotter gefunden).

Ein Austausch des Schotters im Bereich 76.580 über 11 Schwellen wird empfohlen. Störstelle 1