Verfahren und Gleisbaumaschine zur Korrektur von Gleislagefehlern Gebiet der Technik

[01] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von vertikalen Lagefehlern eines Gleises mittels einer Gleisstopfmaschine und eines dynamischen Gleisstabilisators, wobei ausgehend von einer erfassten Ist-Gleislage für eine bearbeitete Gleisstelle ein Überhebewert vorgegeben wird, mit dem das Gleis in eine vorläufige Überhebe-Gleislage angehoben und unterstopft wird und nachfolgend mittels dynamischer Stabilisierung in eine resultierende End-Gleislage abgesenkt wird. Zudem betrifft die Erfindung eine

Gleisbaumaschine zur Durchführung des Verfahrens.

Stand der Technik

[02] Aus der EP 1 817 462 A1 ist ein Verfahren zur Korrektur von

Höhelagefehlern eines Gleises mit Schotterbettung bekannt, wobei dieses unter Anheben in eine vorläufige Soll-Lage unterstopft und nachfolgend im Rahmen einer Gleisstabilisation durch Aufbringen einer statischen Auflast in Verbindung mit Querschwingungen schließlich kontrolliert in eine endgültige Soll-Lage abgesenkt wird.

[03] Dabei wird beim Anheben und Unterstopfen eine in Relation zu den

Höhelagefehlern gezielte Überhöhung des Gleises vorgegeben, um

Gleisabschnitte mit größeren Höhelagefehlern mittels der nachfolgenden Gleisstabilisation stärker verdichtet zu können. Einem raschen Absinken durch Verkehrsbelastungen in die alte fehlerhafte Gleislage soll damit entgegengewirkt werden.

[04] Das bekannte Verfahren wird gewöhnlich als„Design Overlift" bezeichnet, wobei ein jeweiliger Überhebewert anhand empirischer Daten vorgegeben wird. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, können damit Einzelfehler nachhaltig korrigiert werden. Allerdings kommt es bei dieser Vorgehensweise in manchen Bearbeitungszonen zu einer unnötig starken Überhöhung, mit einem damit verbundenen erhöhten Schotterbedarf. Zusammenfassung der Erfindung

[05] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Verfahren der eingangs genannten Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben. Auch eine entsprechende Gleisbaumaschine soll dargelegt werden.

[06] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Gleisbaumaschine gemäß Anspruch 12. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

[07] Dabei ist vorgesehen, dass aus einem Verlauf der Ist-Gleislage ein

geglätteter Ist-Lageverlauf gebildet wird und dass für die bearbeitete

Gleisstelle ein Überhebewert in Abhängigkeit des Verlaufs der Ist-Gleislage bezüglich des annähend geglätteten Ist-Lageverlaufs vorgegeben wird.

[08] Auf diese Weise werden nur kurzwellige Gleisfehler mit einem Überhebewert bearbeitet. Langwellige Setzungen des Gleises sind hingegen im geglätteten Ist-Lagenverlauf abgebildet und bleiben bei der Vorgabe des

Überhebewertes ausgeblendet. Dabei wird der Überhebewert entweder kontinuierlich für die bearbeitete Gleisstelle berechnet oder in vorgegebenen Intervallen aktualisiert.

[09] In einer vorteilhaften Weiterbildung werden mittels eines Nachmesssystems nach erfolgter dynamischer Stabilisierung Restfehlerwerte erfasst, wobei der Überhebewert für die aktuell bearbeitete Gleisstelle in Abhängigkeit zumindest eines Restfehlerwertes vorgegeben wird. Mit dieser iterativen Anpassung der Gleisüberhebung erfolgt eine Optimierung unter

Berücksichtigung der im Gleis herrschenden Verhältnisse.

[10] Eine günstige Methode zur Ermittlung des geglätteten Ist-Lageverlaufs

besteht darin, den Verlauf der Ist-Gleislage mittels eines Tiefpassfilters zu filtern. Damit lässt sich der geglättete Ist-Lageverlauf kontinuierlich aus dem erfassten Verlaufs der Ist-Gleislage ableiten. Alternativ dazu ist über eine vorgegebene Mittelungslänge ein gleitender Mittelwert als geglätteter Ist- Lagenverlauf bestimmbar.

[1 1] Auf Basis eines abgespeicherten Verlaufs der Ist-Gleislage ist es vorteilhaft, wenn mittels des geglätteten Ist-Lagenverlauf lokale Maxima des

abgespeicherten Verlaufs der Ist-Gleislage ermittelt werden. Auf diese Weise erhält man durch Verbindung dieser Maxima eine genaue Lagekurve für die langwelligen Setzungen des Gleises.

Dabei ist es oft ausreichend, wenn ein Polygonzug gebildet wird, der lokale Maxima des abgespeicherten Verlaufs der Ist-Gleislage miteinander verbindet. Diese Methode erfordert wenig Rechenleistung und erlaubt eine besonders schnelle Anpassung des Überhebewertes.

Zudem ist es von Vorteil, wenn aus dem Verlauf der Ist-Gleislage für die vertikalen Lagefehler eine Wellenlänge ermittelt wird und wenn der

Überhebewert auch in Abhängigkeit der Wellenlänge vorgegeben wird. Damit lässt sich der Überhebewert an den Schotterzustand anpassen, weil ein schlechterer Schotterzustand üblicherweise vertikale Lagefehler mit kürzeren Wellenlängen bewirkt.

Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass für die bearbeitete Gleisstelle aus dem Verlauf der Ist-Gleislage bezüglich des annähend geglätteten Ist-Lageverlaufs ein Abweichungswert ermittelt wird und dass als Überhebewert der Abweichungswert mit einem Überhebefaktor multipliziert wird. Als Abweichungswert wird nicht wie bisher üblich eine Abweichung gegenüber einem Soll-Gleisverlauf festgelegt, sondern ein relativer Wert bezüglich des geglätteten Ist-Lageverlaufs. Damit ist eine effiziente Bestimmung des aktuellen Überhebewertes gegeben.

In Weiterer Folge ist es sinnvoll, wenn der Überhebefaktor iterativ unter Berücksichtigung eines nach erfolgter dynamischer Stabilisation erfassten Restfehlerwertes des Gleises angepasst wird. Eine laufende Anpassung des Überhebefaktors erfolgt damit automatisch in Abhängigkeit der herrschenden Verhältnisse im Gleis.

Für die Erfassung der Restfehlerwerte ist es von Vorteil, wenn diese an Gleisstellen mit einem lokalen Minimum des Verlaufes der ursprünglichen Ist- Gleislage vorgenommen wird. Da an derartigen Stellen die lokal größten Überhebungen erfolgen, sind die entsprechenden Restfehlerwerte besonders aussagekräftig für das richtige Ausmaß der jeweiligen Überhebung.

In einer einfachen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der an einer Gleisstelle erfasste Restfehlerwert und der an dieser Gleisstelle angewandte Überhebewert summiert werden und dass zur Vorgabe eines neuen Überhebefaktors der ursprünglich an dieser Gleisstelle vorliegende

Abweichungswert durch diese Summe dividiert wird.

[18] Eine Optimierung der Überhebungsanpassung erfolgt durch

Mittelwertbildung, wobei mehrere hintereinander erfasste Restfehlerwerte zur Ermittlung des neuen Überhebefaktors herangezogen werden. Damit werden etwaige Fehler ausgeglichen, die aufgrund von Störungen bei einzelnen Berechnungen des Überhebefaktors auftreten können.

[19] Eine erfindungsgemäße Gleisbaumaschine zur Korrektur von vertikalen

Lagefehlern des Gleises umfasst eine Gleisstopfmaschine und einen daran gekoppelten Gleisstabilisator. Dabei sind eine Auswerteeinrichtung und eine Steuereinrichtung vorgesehen, die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eingerichtet sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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

Darstellung:

Fig. 1 Gleisstopfmaschine mit dynamischem Gleisstabilisator

Fig. 2 Diagramm der Gleislage nach dem Stand der Technik

Fig. 3 Diagramm der Gleislage gemäß der vorliegenden Erfindung Fig. 4 Diagramm mit Polygonzug

Beschreibung der Ausführungsformen

[21] Die in Fig. 1 ersichtliche Gleisbaumaschine 1 ist für eine Korrektur von

vertikalen Lagefehlern eines im Schotterbett 3 gelagerten Gleises 2 vorgesehen. Dabei ist eine in Arbeitsrichtung 4 vorne befindliche

Gleisstopfmaschine 5 mit einem dynamischen Gleisstabilisator 6 gekoppelt.

[22] Die Gleisstopfmaschine 5 umfasst ein Stopfaggregat 7 zum Unterstopfen von Schwellen 8 und ein vorgeordnetes Gleishebeaggregat 9. Beide Aggregate 7, 9 sind auf einem gemeinsamen Satellitenrahmen 10 angeordnet. Dieser ist mit einem vorderen Ende längsverschiebbar in einem Maschinenrahmen gelagert und stützt sich mit einem hinteren Ende an einem eigenen

Schienenfahrwerk 11 ab. [23] Darüber ist eine Arbeitskabine 12 mit einer Steuereinrichtung 13 angeordnet. Für die Korrektur von vertikalen Lagefehlern des Gleises 2 ist ein

Messachsen 14 aufweisendes Bezugsystem 15 vorgesehen. Damit wird der Verlauf der Ist-Gleislage I ermittelt. Alternativ dazu kann eine Messfahrt mittels eines separaten Messwagens mit einer nachfolgenden Übertragung der Messdaten auf die Maschine 1 erfolgen.

[24] Der dynamische Gleisstabilisator 6 umfasst Stabilisationsaggregate 16, die mit einer vertikalen Auflast auf das Gleis 2 anpressbar sind und dieses gleichzeitig in Querschwingungen versetzen. Zum Nachmessen der resultierenden End-Gleislage R ist ein eigenes Nachmesssystem 17 mit Messachsen 18 vorgesehen.

[25] Die sich beim Unterstopfen und Stabilisieren ändernden Gleislageverläufe im Rahmen des bekannten„Design Overlift" sind in Fig. 2 dargestellt. Dabei ist in der x-Achse die Erstreckung des Gleises 2 in Arbeitsrichtung 4 angegeben und in der y-Achse ist die jeweilige vertikale Lage des Gleises 2 angegeben. Beispielsweise verläuft im Falle einer ebenen Gleisstrecke eine Soll- Gleislage S auf der x-Achse, mit einer vertikalen Abweichung gleich Null.

[26] Die erfasste Ist-Gleislage I weist gegenüber der Soll-Gleislage S

unterschiedlich große vertikale Fehlerwerte f auf. Bisher war es üblich, für das Unterstopfen des Gleises 2 einen zum jeweiligen Fehlerwert f

korrelierenden Überhebewert u vorzugeben. Als konkreter Hebewert h wurde der Fehlerwert f plus dem korrelierenden Überhebewert u eingestellt.

Resultat war eine vorläufige Überhebe-Gleislage U. Mittels des dynamischen Gleisstabilisators 6 erfolgte anschließend eine Absenkung in eine endgültige Gleislage R.

[27] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein geglätteter Ist- Lageverlauf G des Gleises 2 gebildet. In Fig. 3 sind zudem die

Gleislageverläufe I, S, R, U gemäß Fig. 2 eingezeichnet. Mittels eines Tiefpassfilters wird aus dem Verlauf der Ist-Gleislage I der geglättete Ist- Lageverlauf G ermittelt. Eine Variante sieht vor, dass über eine vorgegebene Mittelungslänge (z.B. 30m) ein gleitender Mittelwert als geglätteter Ist- Lagenverlauf G bestimmt wird. Alle oberen Umkehrpunkte des Verlaufs der Ist-Gleislage I, die über dem geglätteten Ist-Lagenverlauf G liegen, werden als lokale Maxima 9 erkannt. Mit dieser Punktwolke lässt sich eine Kurvenfunktion ermitteln, mittels derer eine die lokalen Maxima 19 verbindende Kurve G' beschreibbar ist. Alternativ dazu kann der geglättete Ist-Lageverlauf G in Richtung der lokalen Maxima 19 verschoben werden, sodass die verschobene Kurve G' die lokalen Maxima 19 annähernd verbinden.

In einem weiteren Verfahrensschritt werden Abweichungswerte a als

Differenzwerte zwischen dem Verlauf der Ist-Gleislage I und der die Maxima 19 verbindenden Kurve G' bestimmt. Mit einem Überhebefaktor c ergeben sich daraus die Überhebewerte u durch Multiplikation:

u = c · a

Infolgedessen ergeben sich an den Gleisstellen mit Abweichungswerten a gleich Null keine Überhebungswerte (lokale Maxima des Verlaufs der Ist- Gleislage I). Dort wird das Gleis mit einem Basishebewert b angehoben, der zur Erreichung der Soll-Gleislage S erforderlich ist. Dabei wird der aus der Aufmessung des Gleises 2 bekannte Fehlerwert f mit einem beim

Stabilisieren auftretenden Einsinkwert d addiert:

b = f + d

Für die anderen Gleisstellen ergibt sich ein Überhebewert u gemäß der oben angegebenen Formel. Die größten Überhebewerte u treten dabei an

Gleisstellen mit einem lokalen Minimum 20 im Verlauf der Ist-Gleislage I auf. Insgesamt ergibt sich damit ein Hebewert h als Summe aus dem

Basishebewert b und dem Überhebewert u:

h = b + u

Eine vereinfachte Ermittlung der Abweichungswerte a ist in Fig. 4 dargestellt. Dabei sind die Maxima 19 des Verlaufs der Ist-Gleislage I mit einem

Polygonzug P verbunden. Die einzelnen Abweichungswerte a ergeben sich als Differenz zwischen dem Verlauf der Ist-Gleislage I und dem Polygonzug P.

Die resultierende End-Gleislage R nach erfolgtem Stabilisieren kann genutzt werden, um den Überhebefaktor c zu optimieren. Nur zu Beginn des Verfahrens wird ein aus empirischen Daten abgeleiteter Überhebefaktor c vorgegeben. Danach erfolgt eine iterative Anpassung.

Wie in Fig. 4 ersichtlich, nutzt das Verfahren an lokalen Minima 20 des Verlaufs der Ist-Gleislage I gemessene Restfehlerwerte r, die bezogen auf die Arbeitsrichtung 4 hinter einer aktuell bearbeiteten Gleisstelle i liegen. Die Erfassung erfolgt dabei mittels des Nachmesssystems 17. Für eine

Berechnung des Überhebewertes U(j) an der bearbeitete Gleisstelle i wird der Überhebefaktor C(i) wie folgt vorgegeben:

c ₍ i) = a _(i- i) / (uo-D+ro-i))

Verbleibt ein positiver Restfehlerwert Γ(Μ), dann reduziert sich damit der Überhebefaktor c© automatisch und die folgende Überhebung u© fällt geringer aus. Sinkt das Gleis 2 beim Stabilisieren unter die Soll-Gleislage S, erhöht sich hingegen der Überhebewert U(i> für die nachfolgenden

Bearbeitungsintervalle.

Ein idealer Überhebefaktor C(i) wird über Mittelwertbildung über mehrere Gleislagewellen errechnet und der Gleisstopfmaschine 5 als neuer

Überhebefaktor C(i> vorgegeben. Es kommt beispielsweise folgende Formel mit mehreren Restfehlerwerten Γ(Μ), Γ(ΐ-2), Γ(ΐ-3> zur Anwendung:

C(i) = ((a _(i -i) / (U(i-i)+r(i-i)))+(ap-2) / (u^+r^+ia^) I (U(i-3)+r ₍ i _-3 ))) / 3

Die Gleisbaumaschine 1 umfasst eine Auswerteeinrichtung 21 , die für die oben erläuterten Berechnungen eingerichtet ist. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen Industriecomputer. Der Auswerteeinrichtung 21 sind die Werte der Ist-Gleislage I und der resultierenden End-Gleislage R zugeführt, um daraus in Echtzeit den Überhebewert u<i) zu ermitteln. Zudem können aktuell errechnete Werte C(i), U(i) einem Maschinisten über ein

Ausgabegerät angezeigt werden. Dabei besteht die Möglichkeit, bei sprunghaften Änderungen des errechneten Überhebefaktors C(i) ein

Warnsignal auszugeben.

Eine weitere Verbesserung zur Anpassung des Überhebewertes U(i) lässt sich durch eine Einbeziehung einer ermittelten Wellenlänge der vertikalen Lagefehler erzielen. Diese liegt gewöhnlich zwischen 10m und 12m. Bei einem Gleis 2 mit schlechtem Schotterzustand bilden sich hingegen

Gleislagefehler mit einer Wellenlänge zwischen 5m und 6m aus. Das verbesserte Verfahren sieht vor, dass zunächst die Wellenlänge aus der Ist-Gleislage I ermittelt und dann der Überhebewert U(i) in Abhängigkeit der Wellenlänge angepasst wird. Bei einer kürzeren Wellenlänge wird

beispielsweise der Überhebefaktor C(i) vergrößert, um einem

anzunehmenden Wiederabsinken des Gleises 2 bei Gleisstellen i mit schlechtem Schotterzustand entgegenzuwirken.