Verfahren zum Betreiben eines Stopfaggregats einer Gleisbaumaschine sowie

Stopfvorrichtung zur Gleisbettverdichtung und Gleisbaumaschine

Gebiet der Technik

[01] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stopfaggregats einer Gleisbaumaschine und ferner eine Stopfvorrichtung zur Gleisbettverdichtung sowie eine Gleisbaumaschine.

Stand der Technik

[02] Schienengeführte Gleisbaumaschinen werden zum Instandhalten eines

Gleisbetts verwendet. Derartige Gleisbaumaschinen weisen zur

Gleisbettverdichtung eine Stopfvorrichtung mit einem verlagerbaren

Stopfaggregat auf. Das Stopfaggregat wird im Betrieb wiederholt zwischen einer Rückstellposition, in der das Stopfaggregat außer Eingriff mit dem Gleisbett steht und einer Eingriffsposition, in der das Stopfaggregat in Eingriff mit dem Gleisbett steht, verlagert. Hierbei wirken hohe statische und dynamische Belastungen auf das Stopfaggregat ein. Zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit stark beanspruchter Teile des Stopfaggregats werden regelmäßig zeit- und kostenintensive Kontroll- und Wartungsarbeiten durchgeführt.

Zusammenfassung der Erfindung

[03] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Stopfaggregats einer Gleisbaumaschine zu schaffen, das die Leistungsfähigkeit und die Wirtschaftlichkeit des Stopfaggregats erhöht.

[04] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die zwischen dem

Stopfaggregat und dem Gleisbett, insbesondere entlang einer

Verlagerungsrichtung des Stopfaggregats, wirkende Schotterkraft für die Beanspruchung des Stopfaggregats wesentlich ist und dass diese anhand der Antriebskraft und der Beschleunigung exakt bestimmt werden kann. Durch das Bestimmen und Auswerten der Schotterkraft kann das Stopfaggregat effizient und wirtschaftlich betrieben werden. Beispielsweise können stark beanspruchte Teile identifiziert und beanspruchungsgerecht ausgelegt und gewartet werden. Die Bearbeitung des Gleisbetts kann zudem unter

Gewährleistung eines hohen Verhältnisses zwischen einer

Bearbeitungsgeschwindigkeit und eines Energieverbrauchs und unter

Berücksichtigung der für den Verschleiß wesentlichen Schotterkräfte derart erfolgen, dass die zu erwartender Stillstandszeiten durch Wartungsarbeiten reduziert sind. Durch das Bestimmen und Auswerten der Schotterkraft können somit die Leistungsfähigkeit und die Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine gesteigert werden.

[05] Das Verlagern des Stopfaggregats relativ zu dem Gleisbett erfolgt zumindest, insbesondere ausschließlich, in vertikaler Richtung. Das Verlagern des

Stopfaggregats erfolgt vorzugsweise zwischen der Rückstellposition und der Eingriffsposition. In der Rückstellposition ist das Stopfaggregat angehoben und steht außer Eingriff mit dem Gleisbett. Insbesondere kann das

Stopfaggregat in der Rückstellposition in vertikaler Richtung derart

angeordnet sein, dass es vollständig oberhalb von Bahnschwellen und/oder von Gleisen positioniert ist. Vorzugsweise weist das Stopfaggregat mindestens zwei, insbesondere mindestens vier Stopfpickel auf. In der Eingriffsposition taucht das Stopfaggregat, insbesondere die mindestens zwei Stopfpickel, in das Gleisbett ein. In einer zwischen der Rückstellposition und der

Eingriffsposition angeordneten Zustellposition tritt das Stopfaggregat mit dem Gleisbett in Kontakt. Die Gleisbettverdichtung kann währende des Verlagerns von der Zustellposition bis zu der Eingriffsposition erfolgen.

[06] Zum Bestimmen der Schotterkraft wird die auf das Stopfaggregat wirkende und zum Verlagern erforderliche Antriebskraft bestimmt. Unter der

Antriebskraft wird diejenige Kraft verstanden, die zum Verlagern des Stopf aggregats zwischen der Rückstellposition und der Eingriffsposition,

insbesondere in vertikaler Richtung, erforderlich ist. Die Antriebskraft kann beispielsweise mittels eines Kraftsensors erfasst werden. Die Antriebskraft kann an dem Stopfaggregat und/oder an dem Aggregatträger und/oder an einer zwischen dem Stopfaggregat und dem Aggregatträger wirkenden

Antriebseinrichtung erfasst werden.

[07] Zum Ermitteln der auf das Stopfaggregat wirkenden Beschleunigung kann ein Beschleunigungssensors verwendet werden. Die Beschleunigung kann an dem Stopfaggregat und/oder an der Antriebseinrichtung erfasst werden.

[08] Die Schotterkraft wird anhand der Antriebskraft und der Beschleunigung

bestimmt. Unter der Schotterkraft wird diejenige Kraft verstanden, die zwischen dem Gleisbett und dem Stopfaggregat, insbesondere den

mindestens zwei Stopfpickeln, wirkt und entlang der Verlagerung zwischen der Rückstellposition und der Eingriffsposition, insbesondere in vertikaler Richtung, orientiert ist. Durch Berücksichtigung sowohl der Antriebskraft als auch der Beschleunigung des Stopfaggregats kann die Schotterkraft trotz der rauen Einsatzbedingungen zuverlässig und genau bestimmt werden.

[09] Ein Verfahren nach Anspruch 2 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Die Position des Stopfaggregats, insbesondere in vertikaler Richtung, kann besonders zuverlässig und robust erfasst werden. Zum Verlagern des Stopfaggregats verwendete

Positionssensoren können verwendet werden, womit die Integration zusätzlicher Sensoren entfällt. Das Erfassen der Beschleunigung ist somit besonders wirtschaftlich. Die Position kann an der Antriebseinrichtung erfasst werden. Die Position kann auch an einer Lagereinrichtung erfasst werden, mittels derer das Stopfaggregat relativ zu dem Aggregatträger gelagert ist.

Die Position kann mittels eines Positonssensors, insbesondere eines

Weggebers oder eines Drehgebers, in Form eines Potentiometers oder eines Hall-Sensors oder eines Seillängengebers erfasst werden. Zum Erfassen der zeitlichen Änderung der Position kann der zeitliche Verlauf der Position mittels einer Auswerteeinheit nach der Zeit differenziert oder die Änderung der Position über einen diskreten Zeitschritt bestimmt werden. Aus der zeitlichen Änderung der Position, also der Geschwindigkeit, wird die Beschleunigung als zeitliche Änderung der Geschwindigkeit bestimmt. Vorzugsweise werden die Position und damit die Beschleunigung relativ zu dem Aggregatträger erfasst. Unter Berücksichtigung der Erdbeschleunigung kann die absolute

Beschleunigung des Stopfaggregats bestimmt werden. [10] Ein Verfahren nach Anspruch 3 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Unter Berücksichtigung der von der Masse abhängigen Trägheitskraft kann die Schotterkraft besonders genau bestimmt werden. Die Masse des Stopfaggregats kann vor dem Einbau in die Gleisbaumaschine oder an der Gleisbaumaschine verbaut gewogen werden. Alternativ kann die Masse des Stopfaggregats in der Rückstellposition durch Erfassen der Antriebskraft bestimmt werden. Im unbeschleunigten Zustand kann die Gewichtskraft und damit die Masse des Stopfaggregats anhand der Antriebskraft bestimmt werden.

[11] Ein Verfahren nach Anspruch 4 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Die fluidisch betätigte

Antriebseinrichtung ist im Betrieb robust und gewährleistet die Bereitstellung der für die Bearbeitung des Gleisbetts notwendigen Leistung. Das Ermitteln der Antriebskraft durch Erfassen mindestens eines auf die Antriebseinrichtung wirkenden Fluiddrucks kann besonders robust erfolgen. Durch Verwendung von für die Druckregelung notwendigen Drucksensoren kann das

Stopfaggregat durch Vermeidung von Redundanzen besonders wirtschaftlich hergestellt werden. Die Antriebseinrichtung weist vorzugsweise mindestens einen Hydraulikzylinder und/oder mindestens einen Pneumatikzylinder auf.

Ein innerhalb des jeweiligen Zylinders geführter Kolben ist mit einer

Kolbenstange verbunden und weist eine der Kolbenstange zugewandte Kolbenringfläche und eine der Kolbenringfläche gegenüberliegende

Kolbenfläche auf. Vorzugsweise erfolgt das Erfassen des Fluiddrucks durch Erfassen eines auf die Kolbenfläche wirkenden Kolbendrucks und/oder eines auf die Kolbenringfläche wirkenden Kolbenringdrucks.

[12] Ein Verfahren nach Anspruch 5 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Beim Betrieb der

Gleisbaumaschine wird das Stopfaggregat, insbesondere die mindestens zwei Stopfpickel, die Antriebseinrichtung und die Lagereinrichtung, stark mechanisch beansprucht. Die Schotterkraft ist für die Beanspruchung des Stopfaggregats wesentlich. Durch das Auswerten der Beanspruchung anhand der Schotterkraft kann die Gleisbaumaschine robust ausgelegt und effizient und wirtschaftlich betrieben werden. [13] Ein Verfahren nach Anspruch 6 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Beim Verlagern des

Stopfaggregats zwischen der Rückstellposition und der Eingriffsposition variiert die auf das Stopfaggregat wirkende Schotterkraft erheblich. Durch das Bestimmen der Beanspruchung anhand des zeitlichen Verlaufs der

Schotterkraft können Änderungen der Schotterkraft berücksichtigt werden. Vorzugsweise wird die Beanspruchung des Stopfaggregats über mindestens einen Stopfzyklus bestimmt. Ein Stopfzyklus umfasst das Verlagern des Stopfaggregats aus der Rückstellposition in die Eingriffsposition und zurück von der Eingriffsposition in die Rückstellposition. Die Beanspruchung des Stopfaggregats kann auch über die gesamte Betriebsdauer des

Stopfaggregats bestimmt werden. Vorzugsweise wird die Beanspruchung des Stopfaggregats, insbesondere der mindestens zwei Stopfpickel, mindestens über die Dauer eines Stopfzyklus, insbesondere über mehrere Stopfzyklen, und insbesondere über die gesamte Betriebsdauer, bestimmt. Neben der statischen Beanspruchung gewährleistet der zeitliche Verlauf der Schotterkraft auch Rückschlüsse auf die dynamische Beanspruchung des Stopfaggregats. Mit Kenntnis der dynamischen Beanspruchung können Wartungszyklen optimiert und der Wartungsaufwand reduziert werden.

[14] Ein Verfahren nach Anspruch 7 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Abhängig von dem zu bearbeitenden Gleisbett variiert die Schotterkraft innerhalb und zwischen verschiedenen Stopfzyklen. Es wurde erkannt, dass für die Beanspruchung des Stopfaggregats die Schotterkraft-Amplituden, also die Amplituden der wechselnden Schotterkraft, von wesentlicher Bedeutung sind. Zum Bestimmen der Schotterkraft-Amplituden kann der zeitliche Verlauf der Schotterkraft zwischen einem ersten und einem zweiten Messpunkt erfasst werden, wobei die Schotterkraft zu dem ersten und zu dem zweiten Messpunkt gleich groß ist und wobei der zweite Messpunkt durch das erstmalige Wiedererreichen dieser Schotterkraft bestimmt ist. Die Schotterkraft-Amplitude wird als

Differenz zwischen dem maximalen Schotterkraftwert und dem minimalen Schotterkraftwert zwischen dem ersten und dem zweiten Messpunkt bestimmt. [15] Ein Verfahren nach Anspruch 8 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Zum Bestimmen des

Lastkollektivs wird die Summenhäufigkeit der Schotterkraft-Amplituden ermittelt. Vorzugsweise wird die Bandbreite der auftretenden Schotterkraft- Amplituden zunächst in Schotterkraft-Amplituden-Abschnitte unterteilt. Zum Bestimmen des Lastkollektivs kann die Häufigkeit der auftretenden und in den jeweiligen Schotterkraft-Amplituden-Abschnitt fallenden Schotterkraft- Amplitude gezählt werden. Das Lastkollektiv gibt damit Aufschluss über die Höhe und Häufigkeit der auf das Stopfaggregat wirkenden wechselnden Beanspruchung. Das Lastkollektiv ist somit besonders zur Auswertung der auf das Stopfaggregat wirkenden dynamischen Beanspruchung geeignet.

[16] Ein Verfahren nach Anspruch 9 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Beim Eindringen der mindestens zwei Stopfpickel in das Gleisbett wird zwischen dem Stopfaggregat und dem Gleisbett die Schotterarbeit übertragen. Die Schotterarbeit korreliert mit der Beanspruchung des Stopfaggregats. Mittels der Schotterarbeit kann die Beanspruchung des Stopfaggregats besonders effizient bestimmt werden. Zum Bestimmen der Schotterarbeit können die Schotterkraft und die Position jeweils nach bestimmten Zeitschritten bestimmt werden. Anschließend kann die Änderung der Position über diesen Zeitschritt mit der Schotterkraft, insbesondere der über diesen Zeitschritt mittleren Schotterkraft, multipliziert werden. Alternativ kann die Schotterkraft auch über die Position integriert werden.

[17] Ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gewährleistet die erhöhte

Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Zum

Bestimmen des Verschleißzustands kann die auf das Stopfaggregat wirkende Beanspruchung mit einer maximal zulässigen Beanspruchung verglichen werden. Anhand des Verschleißzustands kann eine Prognose aufgestellt werden, wie lange das Stopfaggregat noch betrieben werden kann, bevor ein Versagen eintritt, insbesondere bevor einzelne Teile des Stopfaggregats versagen. Anhand des Verschleißzustands kann auch auf die Notwendigkeit von Instandhaltungsarbeiten, insbesondere von einem Austausch des

Stopfaggregats, geschlossen werden. Mit Kenntnis des Verschleißzustands kann die Gleisbaumaschine, insbesondere das Stopfaggregat, unter

Ausschöpfung der tatsächlichen Lebensdauer länger betrieben werden, wodurch Stillstandszeiten reduziert und in Instandhaltungskosten verringert werden.

[18] Ein Verfahren nach Anspruch 11 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Das Einstellen mindestens eines Prozessparameters zur Steuerung des Stopfaggregats anhand der

Beanspruchung gewährleistet eine Einflussnahme auf die Beanspruchung des Stopfaggregats. Als Prozessparameter kommen beispielsweise infrage, eine Frequenz und/oder eine Amplitude der auf den mindestens einen Stopfpickel übertragenen Schwingungs- und/oder der Verlagerungskomponente, eine Stellgeschwindigkeit des Stopfaggregats zwischen der Rückstellposition und der Eingriffsposition, die Beschleunigung des Stopfaggregats und der auf die Antriebseinrichtung wirkende Fluiddruck. Vorteilhaft wird hierdurch erreicht, dass der mindestens eine Prozessparameter in Abhängigkeit von dem zu bearbeitenden Gleisbett und der aus der Beschaffenheit des jeweiligen Gleisbetts resultierenden Beanspruchung eingestellt werden kann. Abhängig von dem Gleisbett können somit der Energieverbrauch und die

Bearbeitungsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der auf das

Stopfaggregat wirkende Beanspruchung optimiert werden.

[19] Ein Verfahren nach Anspruch 12 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Durch Änderung mindestens eines Prozessparameters beim Überschreiten eines Schwellenwerts der Beanspruchung kann sowohl einer Überbeanspruchung des Stopfaggregats als auch einer zu geringen Bearbeitungsgeschwindigkeit des Gleisbetts entgegengesteuert werden. Vorzugsweise wird der mindestens eine

Prozessparameter bei Überschreiten eines oberen Schwellenwerts derart reduziert, dass die Beanspruchung des Stopfaggregats abnimmt. Bei

Unterschreiten eines unteren Schwellenwerts kann der mindestens eine Prozessparameter dahingehend geändert werden, dass die Beanspruchung zunimmt. Vorteilhaft wird durch einen Differenzbetrag zwischen dem oberen und dem unteren Schwellenwert erreicht, dass der mindestens eine

Prozessparameter nicht einem ständigen Wechsel unterliegt. [20] Ein Verfahren nach Anspruch Ί3 gewährleistet die erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Gleisbaumaschine. Durch das Einstellen des mindestens einen Prozessparameters dahingehend, dass ein Beanspruchungs- Grenzwert nicht überschritten wird, kann ein Versagen des Stopfaggregats, insbesondere der mindestens zwei Stopfpickel, zuverlässig verhindert werden. Der Beanspruchungs-Grenzwert kann ein statischer und/oder dynamischer, insbesondere experimentell ermittelter, Festigkeitswert des Stopfaggregats, insbesondere einzelner Teile des Stopfaggregats, sein. Der mindestens eine Prozessparameter kann anhand der Beanspruchung kontinuierlich geändert werden oder die Änderung kann in diskreten Schritten erfolgen. Beispielsweise kann eine Schwingfrequenz der mindestens zwei Stopfpickel kontinuierlich zwischen 30 Hz und 50 Hz verändert werden. Alternativ beträgt die

Schwingfrequenz in einem ersten Modus 35 Hz und in einem zweiten Modus 45 Hz. Das Stopfaggregat kann in dem ersten und in dem zweiten Modus betrieben werden, wobei anhand der Beanspruchung zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus umgeschaltet werden kann. Das

Stopfaggregat kann in mehr als zwei Betriebsmodi betreibbar sein. Jeder Betriebsmodus unterscheidet sich von einem anderen Betriebsmodus in mindestens einem Prozessparameter.

[21] Anhand der Schotterkraft und/oder der Beanspruchung können

unterschiedliche Typen von Stopfaggregaten untereinander verglichen und bewertet werden. Die Schotterkraft und/oder die Beanspruchung können auch zur Optimierung des Stopfaggregats, insbesondere der Kinematik und/oder der Lagerung und/oder der verwendeten Materialien und/oder der konstruktiven Ausgestaltung, verwendet werden.

[22] Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Stopfvorrichtung zur Gleisbettverdichtung zu schaffen, die eine erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit aufweist.

[23] Diese Aufgabe wird durch eine Stopfvorrichtung mit den Merkmalen des

Anspruchs 14 gelöst. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Stopfvorrichtung entsprechen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die

Stopfvorrichtung kann insbesondere mit den Merkmalen mindestens einer der Ansprüche 1 bis 13 weitergebildet werden. Vorzugsweise ist das Stopfaggregat an dem Aggregatträger in vertikaler Richtung verschiebbar gelagert. Die Antriebseinrichtung kann einen Hydraulikzylinder aufweisen. Zum Eingriff in das Gleisbett umfasst das Stopfaggregat vorzugsweise mindestens zwei, insbesondere mindestens vier Stopfpickel. Die Antriebskraft-Sensorik kann mindestens einen Drucksensor und/oder mindestens einen Kraftsensor aufweisen. Die Beschleunigungs-Sensorik kann mindestens einen

Geschwindigkeits-Sensor und/oder mindestens einen Positions-Sensor und/oder mindestens einen Beschleunigungs-Sensor aufweisen. Der

Positions-Sensor kann als berührungsloser Sensor ausgebildet sein. Der Positions-Sensor kann zwischen dem Stopfaggregat und dem Aggregatträger, insbesondere an der Antriebseinrichtung angeordnet sein. Vorzugsweise ist der mindestens eine Positions-Sensor als Potentiometer und/oder als Hall- Sensor und/oder als Seillängengeber ausgebildet.

[24] Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Gleisbaumaschine mit einer Stopfvorrichtung zu schaffen, die eine erhöhte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit aufweist.

[25] Diese Aufgabe wird durch eine Gleisbaumaschine mit den Merkmalen des Anspruchs Ί5 gelöst. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Gleisbaumaschine entsprechen den Vorteilen der erfindungsgemäßen Stopfvorrichtung. Die Gleisbaumaschine kann insbesondere mit den Merkmalen mindestens einer der Ansprüche Ί bis Ί4 weitergebildet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[26] Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Fig. Ί eine schematische Darstellung einer schienengeführten

Gleisbaumaschine mit einer Stopfvorrichtung zur

Gleisbettverdichtung,

Fig. 2 eine schematische Vorderansicht der Stopfvorrichtung in Fig. Ί, wobei die Stopfvorrichtung ein Stopfaggregat mit vier

Stopfpickeln aufweist und wobei die Stopfpickel in Eingriff mit einem Gleisbett stehen, Fig. 3 eine schematische Seitenansicht der Stopfvorrichtung in Fig. 1, wobei eine Antriebskraft, eine Trägheitskraft und eine

Schotterkraft auf das Stopfaggregat wirken,

Fig. 4 Verläufe der Antriebskraft, der Trägheitskraft und der

Schotterkraft über der Zeit und für einen einzelnen Stopfzyklus, Fig. 5 Verlauf der Schotterkraft über der Zeit für sechs Stopfzyklen,

Fig. 6 Verlauf erfasster Lastamplituden der Schotterkraft über einer

Lastspielzahl und

Fig. 7 Verläufe einer Position des Stopfaggregats, der Schotterkraft und einer Schotterarbeit über der Zeit.

Beschreibung der Ausführungsformen

[27] Eine Gleisbaumaschine Ί weist einen Maschinenrahmen 2, mindestens zwei an den Maschinenrahmen 2 gelagerte Achsen 3, einen Maschinenantrieb 4 und eine Stopfvorrichtung 5 zur Gleisbettverdichtung auf. Die Achsen 3 sind entlang einer horizontalen x-Richtung zueinander beanstandet an der

Gleisbaumaschine Ί angeordnet. Die x-Richtung bildet zusammen mit einer vertikalen z-Richtung und einer horizontalen y-Richtung ein maschinenfestes Koordinatensystem. An den Achsen 3 sind schienenführbare Räder 6 drehbar gelagert. Der Maschinenantrieb 2 ist zum Drehantreiben der Räder 6 mindestens einer der Achsen 3 ausgebildet.

[28] Die Stopfvorrichtung 5 weist einen Aggregatträger 7 und ein in z-Richtung relativ zu diesem gelagertes Stopfaggregat 8 auf. Das Stopfaggregat 8 umfasst vier Stopfpickel 8a und einen Verdichtungsantrieb 8b. Die Stopfpickel 8a sind jeweils an einem Stopfpickelträger 8c angebracht und über diesen um eine Trägerachse 8d drehbar gelagert. Mittels des Verdichtungsantriebs 8b sind die Stopfpickelträger 8c um die jeweilige Trägerachse 8d drehantreibbar.

[29] Die Stopfvorrichtung 5 ist über den Aggregatträger 7 an dem

Maschinenrahmen 2 angebracht. Das Stopfaggregat 8 ist relativ zu dem Aggregatträger 7 verlagerbar. Hierzu ist zwischen dem Aggregatträger 7 und dem Stopfaggregat 8 ein Linearlager Ί0 ausgebildet. Das Linearlager Ί0 weist an dem Aggregatträger 7 angebrachte Lagerschienen ΊΊ und mit dem

Stopfaggregat 8 verbundene Lagerhülsen Ί2 auf. [30] Die Stopfvorrichtung weist ferner eine Antriebseinrichtung 9 auf. Die

Antriebseinrichtung 9 umfasst einen Hydraulikzylinder Ί3. Der

Hydraulikzylinder Ί3 wirkt zwischen dem Aggregatträger 7 und dem

Stopfaggregat 8. In dem Hydraulikzylinder Ί3 ist ein Hydraulikkolben Ί4 mit einer mit einer daran angebrachten Kolbenstange Ί5 linear verschiebbar gelagert. Der Hydraulikkolben Ί4 weist eine der Kolbenstange Ί5 zugewandte Kolbenringfläche AKR sowie eine der Kolbenstange Ί5 abgewandte

Kolbenfläche AK auf. Ein Kolbendruck rk einer in dem Hydraulikzylinder Ί3 befindlichen Hydraulikflüssigkeit wirkt dabei auf die Kolbenfläche AK. Ein Kolbenringdruck PKR der Hydraulikflüssigkeit wirkt auf die Kolbenringfläche AKR. AUS dem auf die Kolbenfläche AK wirkenden Kolbendruck rk und dem auf die Kolbenringfläche AKR wirkenden Kolbenringdruck PKR resultiert eine insgesamt über die Kolbenstange Ί5 auf das Stopfaggregat 8 übertragene Antriebskraft FA.

[31] Die Stopfvorrichtung 1 weist eine Antriebskraft-Sensorik zum Erfassen einer zu der Antriebskraft F _A korrespondierenden ersten Messgröße rk, PKR, F _A auf. Die Antriebskraft-Sensorik umfasst einen Kolbendruck-Sensor 16 zum Erfassen des Kolbendrucks rk und einen Kolbenringdruck-Sensor 17 zum erfassen des Kolbenringdrucks PKR. AUS dem auf die Kolbenfläche AK wirkenden

Kolbendruck rk und aus dem auf die Kolbenringfläche AKR wirkenden

Kolbenringdruck PKR kann auf die insgesamt über die Kolbenstange 15 auf das Stopfaggregat 8 wirkende Antriebskraft F _A geschlossen werden. Die

Antriebskraft F _A berechnet sich wie folgt:

F _A ^— PKR ^' ΆKR ^— Rk ^' Άk P)

[32] Die Stopfvorrichtung 1 weist eine Beschleunigungs-Sensorik zum Erfassen einer zu einer Beschleunigung a _z des Stopfaggregats 8 korrespondierenden zweiten Messgröße auf, der Position z und/oder der Geschwindigkeit v _z . Die Beschleunigung-Sensorik ist in Form eines Wegaufnehmers 18 ausgebildet.

Der Wegaufnehmer 18 ist an dem Aggregatträger 7 und an dem

Stopfaggregat 8 angebracht. Der Wegaufnehmer 18 ist zum Erfassen der Position z und der Geschwindigkeit v _z des Stopfaggregats 8 relativ zu dem Aggregatträger 7 in z-Richtung ausgebildet. [33] Zum Bestimmen der auf das Stopfaggregat 8 wirkenden Schotterkraft Fs umfasst die Stopfvorrichtung 5 eine Auswerteeinheit Ί9. Die Auswerteeinheit Ί9 steht in Signalverbindung mit dem Kolbendruck-Sensor 16, dem

Kolbenringdruck-Sensor 17 sowie dem Wegaufnehmer 18. Zudem steht die Auswerteeinheit 19 in Signalverbindung mit einem Druckregler 20. Der Druckregler 20 ist zur Regelung des Kolbendrucks rk und des

Kolbenringdrucks PKR auf je einen Sollwert ausgebildet. Der jeweilige Sollwert für den Kolbendruck rk und den Kolbenringdruck PKR ist von der

Auswerteeinheit 19 vorgebbar.

[34] Nachfolgend sind der Betrieb der Gleisbaumaschine 1 und der Betrieb des Stopfaggregats 8 beschrieben:

[35] Zum Anlegen und/oder Instandhalten eines Gleisbetts 21 wird die

Gleisbaumaschine 1 mittels des Maschinenantriebs 4 auf einem Gleis 22 entlang der x-Richtung verfahren. Eine Mittelachse 23 der Stopfvorrichtung 5 wird dabei mittig über einer auf dem Gleisbett 21 angeordneten und die Gleise 22 tragenden Bahnschwelle 24 positioniert.

[36] Zur Beginn des Prozesses zur Gleisbettverdichtung befindet sich das

Stopfaggregat 8 in einer Rückstellposition 25. Die Lagerhülse 12 befindet sich an einem oberen Ende des Linearlagers 10 und die Kolbenstange 15 taucht weitgehend in den Hydraulikkolben 14 ein. Die an dem Stopfaggregat 8 angebrachten Stopfpickel 8a stehen außer Eingriff mit dem Gleisbett 21. Die Kolbenfläche AK ist mit dem Kolbendruck rk und die Kolbenringfläche AKR ist mit dem Kolbenringdruck PKR beaufschlagt. Mittels der Auswerteeinheit 19 wird die von dem Hydraulikkolben 14 auf das Stopfaggregat 8 wirkende Antriebskraft FA bestimmt. Hierzu werden der Kolbendruck rk mit der Kolbenfläche AK und der Kolbenringdruck PKR mit der Kolbenringfläche AKR multipliziert. Für die Antriebskraft FA gilt somit:

[37] In der Rückstellposition 25 ruht das Stopfaggregat 8 relativ zu dem

Aggregatträger 7 und auf das Stopfaggregat 8 wirkt lediglich die

Erdbeschleunigung g. Für die Beschleunigung a _z des Stopfaggregats 8 relativ zu dem Aggregatträger 7 gilt a _z =0 und für die Schotterkraft F _s gilt F _s =0. Für das Kräftegleichgewicht entlang der z-Richtung an dem Stopfaggregat 8 gilt:

[38] Mittels der Auswerteeinheit Ί9 wird in der Rückstellposition 25 vor Aufnahme des Betriebs der Stopfvorrichtung 5 die Masse m des Stopfaggregats bestimmt. Unter Berücksichtigung der in der Rückstellposition 25

herrschenden Randbedingungen gilt für die Masse m:

[39] Die Masse m des Stopfaggregats 8 wird in einem Speicherelement der

Auswerteeinheit Ί9 gespeichert.

[40] Die Verdichtung des Gleisbetts 2Ί ist in einzelne Stopfzyklen unterteilt. Entlang der z-Richtung wird das Stopfaggregat 8 während des Stopfzyklus aus der Rückstellposition 25 in eine Zustellposition 26 und eine Eingriffsposition 27 verlagert. In der Zustellposition 26 kontaktieren die Stopfpickel 8a das

Gleisbett 21, dringen jedoch nicht in dieses ein. In der Eingriffsposition 27 dringen die Stopfpickel 8a in das Gleisbett 21 ein. Der Stopfzyklus ist beendet, wenn das Stopfaggregat 8 aus der Eingriffsposition 27 über die Zustellposition 26 wieder in die Rückstellposition 25 zurückverlagert ist. Die Schotterkraft Fs wird mittels der Auswerteeinheit 19 aus der Trägheitskraft F und der

Antriebskraft FA bestimmt. Zum Bestimmen der Trägheitskraft F wird zunächst die Geschwindigkeit v _z des Stopfaggregats 8 relativ zu dem Aggregatträger 7 in z-Richtung als Veränderung der Position z über die Zeit t bestimmt. Die Beschleunigung a _z wird wiederum als Veränderung der Geschwindigkeit v _z über die Zeit t bestimmt. Die Beschleunigung a _z wird damit wie folgt berechnet:

[41] Mit Beginn des Stopfzyklus beginnt das Auswerten der von der Zeit t

abhängigen Schotterkraft Fs(t). Anhand der Antriebskraft F _A (t) und der

Beschleunigung a _z (t) sowie mit Kenntnis der Masse m und der

Erdbeschleunigung g wird die Schotterkraft Fs(t) wie folgt bestimmt:

^F s (t) = - ^F T (t) ^F A (t) = ^m k (t)+ g] ^{~ F} A (t) (6)

[42] Zum Verlagern des Stopfaggregats 8 aus der Rückstellposition 25 entgegen der z-Richtung in die Zustellposition 26 wird zunächst die Antriebseinrichtung 9 betätigt. Dabei wird der Kolbendruck rk erhöht und der Kolbenringdruck PKR gesenkt. Die über die Kolbenstange Ί5 auf das Stopfaggregat 8 wirkende Antriebskraft FA wird entgegen der z-Richtung erhöht. Aus der Antriebskraft F _A resultiert die auf das Stopfaggregat 8 wirkende Beschleunigung a _z , welche entgegen der z-Richtung orientiert ist und zu einer ansteigenden

Geschwindigkeit v _z des Stopfaggregats 8 in Richtung des Gleisbetts 2Ί führt. Das Stopfaggregat 8 wird entgegen der z-Richtung verlagert. Entgegen der Antriebskraft FA wirkt die im Betrag ebenso große Trägheitskraft F . Die

Schotterkraft Fs ist vor dem Kontakt der Stopfpickel 8a mit dem Gleisbett 2Ί gleich Null.

[43] In der Zustellposition 26 gelangen die Stopfpickel 8a in Eingriff mit dem

Gleisbett 2Ί. Zwischen der Zustellposition 26 und der Eingriffsposition 27 wirken über die vier Stopfpickel 8a zusätzlich die partiellen Schotterkräfte Fsi, FS2, FS3 und F _S 4 in z-Richtung auf das Stopfaggregat 8. Die partiellen

Schotterkräfte F _Si , F _S 2, F _S 3 und F _S4 addieren sich zur Schotterkraft F _s. Über die Verlagerung zwischen der Zustellposition und der Eingriffsposition 27 ist die Schotterkraft Fs ungleich Null.

[44] Die Verläufe der Antriebskraft FA, der Trägheitskraft F und der Schotterkraft Fs sind in Fig. 4 über der Zeit t für die Dauer eines Stopfzyklus im Detail dargestellt. Die Verlagerung des Stopfaggregats 8 zwischen der

Rückstellposition 25 und der Eingriffsposition 27 erfolgt in der Zustellphase 28. Zeitlich beabstandet zu der Zustellphase 28 schließt sich die Rückstellphase 29 an.

[45] In der Rückstellphase 29 wird das Stopfaggregat 8 aus der Eingriffsposition 27 über die Zustellposition 26 in die Rückstellposition 25 zurückverlagert. Hierzu wird die Antriebseinrichtung 9 derart betätigt, dass der Kolbendruck rk reduziert und der Kolbenringdruck PKR erhöht wird. Der Hydraulikzylinder Ί3 bewirkt damit die Antriebskraft FA, welche nun in z-Richtung orientiert ist. Das Stopfaggregat 8 wird aufgrund der Antriebskraft FA in z-Richtung

beschleunigt. Die Beschleunigung a _z ist in z-Richtung orientiert und resultiert in einer in z-Richtung zunehmenden Geschwindigkeit v _z und der Verlagerung des Stopfaggregats 8 in z-Richtung. Zwischen der Eingriffsposition 27 und der Zustellposition 26 wirkt die Schotterkraft Fs auf das Stopfaggregat 8. Zwischen der Zustellposition 26 und der Rückstellposition 25 wirken lediglich die

Antriebskraft F _A sowie die betragsmäßig ebenso große und entgegengesetzt orientierte Trägheitskraft F _T auf das Stopfaggregat 8, wobei die Schotterkraft Fs gleich Null ist.

[46] Während des Stopfzyklus werden die Stopfpickel 8a durch Betätigung des Verdichtungsantriebs 8b in Schwingung versetzt. Hierzu treibt der

Verdichtungsantrieb 8b den Stopfpickelträger 8c im Wesentlichen in horizontaler Richtung an, wodurch die Stopfpickelträger 8c und die daran angebrachten Stopfpickel 8a um die jeweilige Trägerachse 8d drehen. Die Bewegung der Stopfpickel 8a um die jeweilige Trägerachse 8d umfasst im Wesentlichen zwei Bewegungskomponenten. Eine Schwingungskomponente verursacht eine nur geringe Drehamplitude der Stopfpickel 8a um die jeweilige Trägerachse 8d, wobei eine Schwingungsfrequenz fs zwischen 35 Hz und 45 Hz beträgt. Die Schwingungskomponente wirkt während des gesamten Stopfzyklus auf die Stopfpickel 8a. Zusätzlich zu der

Schwingungskomponente werden die Stopfpickel 8a mit einer

Verlagerungskomponente beaufschlagt. Die Verlagerungskomponente weist eine höhere Drehamplitude als die Schwingungskomponente und eine

Verlagerungsfrequenz von etwa 0,5 Hz auf. In der Eingriffsposition 27 werden die Stopfpickel 8a dabei derart um die jeweilige Trägerachse 8d gedreht, dass sich die in x-Richtung zueinander beabstandeten Stopfpickel 8a aufeinander zu bewegen. In der Rückstellposition 25 ist die Verlagerungskomponente derart orientiert, dass sich die Stopfpickel 8a wieder voneinander entfernen. Die Beaufschlagung der Stopfpickel 8a mit der Verlagerungskomponente folgt in der Verlagerungsphase 30. Durch die überlagerte Beaufschlagung der Stopfpickel 8a mit der Schwingungskomponente und der

Verlagerungskomponente erfolgt die Verdichtung des Gleisbetts 2Ί.

[47] Der Stopfzyklus ist beendet, sobald sich das Stopfaggregat 8 wieder in der Rückstellposition 25 befindet. Zur weiteren Verdichtung des Gleisbetts 2Ί wird die Gleisbaumaschine Ί in der x-Richtung verlagert bis die Mittelachse 23 mittig über der in x-Richtung nächsten Bahnschwelle 24 angeordnet ist. In dieser wird der Stopfzyklus wiederholt. Der Verlauf der Schotterkraft Fs über der Zeit t ist für sechs aufeinanderfolgende Stopfzyklen in Fig. 5 dargestellt. [48] Mittels der Auswerteeinheit Ί9 wird die Beanspruchung der Stopfvorrichtung 5 anhand des zeitlichen Verlaufs der Schotterkraft Fs bestimmt. Die

Beanspruchung wird anhand von Schotterkraft-Amplituden S _Fs der

Schotterkraft Fs bestimmt. Die Schotterkraft Fs ist eine zeitlich variable, schwingende Last. Die Schotterkraft-Amplitude S _Fs wird als Differenz einer maximalen Schotterkraft Fs und einer minimalen Schotterkraft Fs innerhalb einer Schwingung bestimmt. Zusätzlich zu den Schotterkraft-Amplituden S _Fs wird die Summenhäufigkeit N _Fs der jeweiligen Schotterkraft-Amplitude S _Fs ermittelt. Zum Bestimmen der Beanspruchung wird ein Lastkollektiv anhand der Summenhäufigkeit N _Fs bestimmt.

[49] In Fig. 6 ist ein Verlauf der Schotterkraft-Amplitude S _Fs über der

Summenhäufigkeit N _Fs dargestellt. Durch Abgleich des Verlaufs der

Schotterkraft-Amplitude S _Fs über der Summenhäufigkeit N _Fs mit einer maximal zulässigen Summenhäufigkeit N _Fs von Schotterkraft-Amplitude S _Fs wird ein Verschleißzustand des Stopfaggregats 8 bestimmt. Der Verschleißzustand wird sowohl für einzelne Teile des Stopfaggregats 8, wie die Stopfpickel 8a, die Antriebseinrichtung 9 und die Linearlager 10, bestimmt als auch für das gesamte Stopfaggregat 8.

[50] In Abhängigkeit von der Beanspruchung wird mindestens ein

Prozessparameter p _K , PKR, fs zum Betrieb des Stopfaggregats 8 mittels der Auswerteeinheit 19 eingestellt. Hierzu steht die Auswerteeinheit 19 mit dem Verdichtungsantrieb 8b zur Steuerung der Schwingfrequenz fs und mit dem Druckregler 20 zur Steuerung des Kolbendrucks rk und des Kolbenringdrucks PKR in Signalverbindung. Bei Überschreiten eines Schwellenwerts SW der Beanspruchung wird der mindestens eine Prozessparameter p _K , PKR, fs geändert. Mittels der Auswerteeinheit 19 wird hierzu die Schotterkraft F _s mit dem Schwellenwert SW verglichen, wobei der mindestens eine

Prozessparameter p _K , PKR, fs beim Überschreiten eines oberen Schwellenwerts SWi derart verändert wird, dass die Schotterkraft Fs verringert wird, wobei beim Unterschreiten eines unteren Schwellenwerts SW2 der mindestens eine Prozessparameter p _K , PKR, fs derart verändert wird, dass die Schotterkraft F _s erhöht wird. Die Schotterkraft Fs wird durch Erhöhen der Schwingfrequenz fs sowie durch eine Reduktion des Druckunterschieds zwischen dem Kolbendruck rk und dem Kolbenringdruck PKR reduziert und in entgegengesetzter Weise erhöht. Die Prozessparameter p _K PKR, fs werden mittels der Auswerteeinheit Ί9 dahingehend geändert, dass ein Optimum zwischen einer geringen Beanspruchung der Stopfvorrichtung 5 und einer hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit des Gleisbetts 2Ί erfolgt.

[51] Zum Ermitteln der Beanspruchung kann alternativ zum Bestimmen des

Lastkollektivs auch eine Schotterarbeit Ws mittels der Auswerteeinheit 19 bestimmt werden. Die Schotterarbeit Ws wird aus der Schotterkraft Fs und einer Änderung der Position z des Stopfaggregats 8 bestimmt. Die

Schotterarbeit W _s entspricht der in das Gleisbett 21 über die Stopfpickel 8a eingebrachten Arbeit. Die Änderung der Position z wird dabei über eine diskrete Zeitdauer erfasst. Diese Änderung der Position z wird anschließend mit der Schotterkraft Fs multipliziert. Die Schotterarbeit Ws wird als Summe der Produkte aus der Schotterkraft Fs und der Änderungen der Positionen z bestimmt.

[52] In Fig. 7 sind die Verläufe des Position z, der Schotterkraft F _s und der

Schotterarbeit Ws für einen Stopfzyklus über der Zeit t angetragen. Die Schotterarbeit Ws kann auch als die Fläche unter dem Verlauf der

Schotterkraft Fs über der Position z verstanden werden.

Durch Bestimmen der auf das Stopfaggregat 8 wirkenden Schotterkraft Fs mittels der Auswerteeinheit 19 können Rückschlüsse auf die Beanspruchung des Stopfaggregats 8 gezogen werden. Das Bestimmen der Schotterkraft Fs unter Berücksichtigung der Antriebskraft FA und zusätzlich der Beschleunigung a _z ist im Vergleich zu einer ausschließlichen Betrachtung der Antriebskraft FA zur Ermittlung der Schotterkraft Fs wesentlich genauer. Die Beanspruchung des Stopfaggregats 8 kann somit zuverlässig bestimmt werden und ein Verschleißzustand des Stopfaggregats 8 kann sicher ermittelt werden. Die Anpassung des mindestens eines Prozessparameters rk, PKR, fs in

Abhängigkeit von der Beanspruchung ermöglicht das effiziente und wirtschaftliche Betreiben der Gleisbaumaschine. Dabei werden, insbesondere mittels einer Optimierung, eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit, ein geringer Energieverbrauch und eine reduzierte Beanspruchung des

Stopfaggregats 8 erreicht.