AT527176A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbetts mittels eines Stopfaggregats - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen der Beschaffenheit, insbesondere des Gütezustands, eines Gleisbetts (2) mittels eines Stopfaggregats (18.1, 18.2), umfasst die Schritte: Verlagern des Stopfaggregats (18.1, 18.2) relativ zu dem Gleisbett (2) zwischen einer Rückstellposition, in der mindestens ein Verdichtungswerkzeug (22) des Stopfaggregats (18.1, 18.2) außerhalb des Gleisbetts (2) angeordnet ist, und einer Eindringposition, in der das mindestens eine Verdichtungswerkzeug (22) in das Gleisbett (2) eindringt, Erfassen von Messwerten mindestens einer Messgröße (FV, Pz), die mit einer zwischen dem Stopfaggregat (18.1, 18.2) und dem Gleisbett (2) wirkenden vertikalen Reaktionskraft korreliert, zu unterschiedlichen Messzeiten und Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts (2) anhand von mindestens zwei der zu unterschiedlichen Messzeiten erfassten Messwerte. Eine Vorrichtung (1) zum Ausführen eines derartigen Verfahrens.

Description

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Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Beschaffenheit eines

Gleisbetts mittels eines Stopfaggregats

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Beschaffenheit, insbesondere des Gütezustands, eines Gleisbetts mittels eines Stopfaggregats. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen der Beschaffenheit, insbesondere des Gütezustands, eines Gleisbetts mittels ei-

nes Stopfaggregats.

Aus der AT 520056 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdichten eines Gleisbetts bekannt. Eine aufgrund einer horizontalen Vibrationsbewegung von Stopfwerkzeugen auf dem Gleisschotter übertragene Kraft wird erfasst, um daraus Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des Gleisbetts zu ziehen. Für eine präzise Bestimmung der Beschaffenheit des Gleisbetts sind die hierbei erzielten Ergebnisse nicht immer ausreichend. Es besteht ein anhaltender Bedarf, die Beschaffenheit eines Gleisschotter-

betts besonders zuverlässig, präzise und kosteneffizient zu bestimmen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen der Beschaffenheit, insbesondere des Gütezustands, eines Gleisbetts bereitzustellen, welches insbesondere besonders präzise, zuverlässig und

kosteneffizient im Betrieb ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es wurde erkannt, dass die Beschaffenheit, insbesondere ein Gütezustand, eines Gleisbetts bestimmt werden kann anhand von Messwerten einer Messgröße, welche mit einer zwischen einem Stopfaggregat und dem Gleisbett wirkenden vertikalen Reaktionskraft korreliert. Es ins-

besondere gefunden, dass die vertikale Reaktionskraft, insbesondere eine

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damit korrelierende Messgröße, besonders präzise Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des Gleisbetts, insbesondere auf die für den Betrieb des Gleises wesentlichen Eigenschaften erlaubt. Dies kann damit erklärt werden, dass die vertikale Reaktionskraft zwischen dem Stopfaggregat und dem Gleisbett den wesentlichen Belastungen des Gleisbetts im Betrieb, insbesondere beim Befahren mit Schienenfahrzeugen, besonders nahekommt. Die mit der vertikalen Reaktionskraft korrelierende Messgröße steht in einem engen Zusammenhang mit der Beschaffenheit des Gleisbetts, insbesondere mit solchen Eigenschaften des Gleisbetts, die für den sicheren Betrieb des Gleises besonders maßgeblich sind. Dadurch, dass die Beschaffenheit des Gleisbetts beim Verlagern des Stopfaggregats bestimmt wird, kann die Beschaffenheit zudem während eines Verdichtungs- bzw. Stopfvorgangs bestimmt werden. Auf separate Messfahrten kann verzichtet werden. Das Verfahren ist folglich besonders präzise, zuverlässig und wirt-

schaftlich im Betrieb.

Vorzugsweise wird die Beschaffenheit beim Verlagern des Stopfaggregats relativ zu dem Gleisbett zwischen einer Rückstellposition, in der mindestens ein Verdichtungswerkzeug des Stopfaggregats außerhalb des Gleisbetts angeordnet ist, und einer Eindringposition, in der das mindestens eine

Verdichtungswerkzeug in das Gleisbett eindringt, bestimmt. Vorzugsweise wird die Beschaffenheit des Gleisbetts anhand von mindestens zwei zu unterschiedlichen Messzeiten erfassten Messwerten, insbeson-

dere derselben Messgröße, bestimmt.

Unter der Beschaffenheit des Gleisbetts wird vorzugsweise mindestens

eine für den Betrieb des Gleises maßgebliche Eigenschaft verstanden.

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Maßgeblich sind insbesondere diejenigen Eigenschaften, welche die Tragfähigkeit, die Steifigkeit und/oder die Dämpfungseigenschaften des Gleisbetts betreffen. Die Information über die Beschaffenheit des Gleisbetts kann eine Information über den Gütezustand des Gleisbetts umfassen, insbesondere zu einer Korngröße, einem Feinanteil, einem Verdichtungsgrad, einem Verschmutzungsgrad, insbesondere einem Grad an Bewuchs, und/oder zu einer Schotterbettsteifigkeit. Die Beschaffenheit kann auch Informationen zu einer Schichtdicke des Gleisschotters, insbesondere über eine

Füllhöhe relativ zu einer Gleisschwellenunterseite, umfassen.

Das Gleisbett ist ein mit einem Stopfaggregat bearbeitbares Gleisbett. Das Gleisbett wird auch als Gleisschotterbett bezeichnet.

Vorzugsweise wird mindestens eine Beschaffenheitskennzahl insbesondere mindestens eine Gütekennzahl, anhand der mindestens zwei zu den unterschiedlichen Messzeiten erfassten Messwerten bestimmt. Die Beschaffenheitskennzahl kann mit einer Energie korrelieren, die erforderlich ist, um das mindestens eine Verdichtungswerkzeug, insbesondere bis zur maximalen Eindringtiefe, in das Gleisbett zu verlagern. Die Eindringenergie kann bestimmt werden als integral einer vertikalen Antriebskraft, die auf das mindestens eine Verdichtungswerkzeug wirkt, über dem Weg, insbesondere dem vertikalen Weg, den das Verdichtungswerkzeug in dem Gleisbett zurücklegt. Eine besonders aussagekräftige Beschaffenheitskennzahl ergibt sich aus dem Quotienten der Eindringenergie und der maximalen Eindringtiefe. Die resultierende Beschaffenheitskennzahl ist damit weitgehend un-

abhängig von der Eindringtiefe der Verdichtungswerkzeuge.

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Vorzugsweise werden die mehreren Beschaffenheitskennzahlen untereinander gewichtet und zu einem einzeln resultierenden Beschaffenheitsparameter zusammengefasst, welcher die Beschaffenheit des Gleisbetts beson-

ders aussagekräftig angibt.

Das mindestens eine Stopfaggregat kann mindestens einen, insbesondere mindestens zwei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens acht, Verdichtungswerkzeuge aufweisen. Vorzugsweise umfasst das Stopfaggregat mehrere, paarweise angeordnete, insbesondere jeweils zueinander

beistellbare, Verdichtungswerkzeuge.

Das Verdichtungswerkzeug wird auch als Verdichtungswerkzeug bezeichnet. Das mindestens eine Verdichtungswerkzeug ist vorzugsweise ein

Stopfpickel.

Die Beschaffenheit des Gleisbetts kann anhand der mindestens zwei zu unterschiedlichen Messzeiten erfassten Messwerte derselben Messgröße bestimmt werden. Vorzugsweise erfolgt das Bestimmen der Beschaffenheit anhand von mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens 10, insbesondere mindestens 20, insbesondere mindestens 50, insbesondere mindestens 100, und/oder maximal 1.000 Messwerten, insbe-

sondere derselben Messgröße.

Die Messwerte der mindestens einen Messgröße werden vorzugsweise sensorisch erfasst. Der mindestens eine Sensor zum Erfassen der Messwerte kann ein Kraftsensor und/oder ein Drucksensor und/oder ein Wegsensor und/oder ein Drehgeber und/oder ein Spannungssensor und/oder ein Amperemeter und/oder ein Durchflusssensor und/oder ein Leistungssensor

sein. Der mindestens eine Sensor kann ein Bestandteil des Stopfaggregats,

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insbesondere eines Systems zum Steuern und/oder Regeln des Stopfaggre-

gats sein.

Mittels des mindestens einen Kraftsensors kann beispielsweise ein Messwert in der Form einer vertikalen Antriebskraft erfasst werden, welche das Eindringen des mindestens einen Verdichtungswerkzeugs in das Gleisbett bewirkt. Diese vertikale Antriebskraft korreliert entsprechend mit der verti-

kalen Reaktionskraft zwischen dem Stopfaggregat und dem Gleisbett.

Alternativ oder zusätzlich kann zum Bestimmen der Messwerte eine Vertikalposition des mindestens einen Verdichtungswerkzeugs mittels des mindestens einen Wegsensors erfasst werden. Diese Messgröße korreliert ebenfalls mit der vertikalen Reaktionskraft zwischen dem Stopfaggregat und dem Gileisbett, da für unterschiedliche Beschaffenheiten, insbesondere Steifigkeiten, des Gleisbetts, insbesondere bei konstanter vertikaler Antriebskraft, unterschiedliche vertikale Geschwindigkeiten des mindestens einen Verdichtungswerkzeugs resultieren, mit entsprechenden Auswirkungen auf den zeitlichen Verlauf der Vertikalposition des mindestens einen

Verdichtungswerkzeugs.

Die mindestens zwei Messwerte, insbesondere sämtliche Messwerte und/oder jeweils aufeinander folgende Messwerte werden vorzugsweise in einem zeitlichen Abstand von mindestens 0,001 s, insbesondere mindestens

0,01 s, insbesondere mindestens 0,1 s, insbesondere mindestens 1 s, und/oder maximal 1 h, insbesondere maximal 60 s, insbesondere maximal 10 s, insbesondere maximal 1 s, insbesondere maximal 0,1 s, erfasst. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass die erfassten Messwerte das Bestimmen der

Beschaffenheit des Gleisbetts mit einer hohen zeitlichen und/oder örtlichen

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Auflösung ermöglichen. Vorzugsweise werden mindestens zwei, insbesondere aufeinander folgende oder nicht aufeinander folgende, der Messwerte in einem zeitlichen Abstand von mindestens 2 s, insbesondere mindestens 10 s, insbesondere mindestens 20 s, insbesondere mindestens 60 s, insbesondere mindestens 5 min, insbesondere mindestens 30 min, insbesondere mindestens 60 min und/oder maximal 24 h, insbesondere maximal 12 h, er-

fasst.

Unter der vertikalen Reaktionskraft wird eine Kraft verstanden, welche überwiegend, insbesondere ausschließlich, vertikal orientiert ist. Vorzugsweise korreliert die Messgröße mit einer vertikalen Komponente einer resultierenden Reaktionskraft zwischen dem Stopfaggregat und dem Gleis-

bett.

Zum Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts können zusätzliche Messwerte mindestens einer zusätzlichen Messgröße berücksichtigt werden, die mit einer zwischen des Stopfaggregat und dem Gleisbett wirken-

den horizontalen Reaktionskraft korreliert.

Ein Verfahren nach Anspruch 2 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts in besonders zuverlässiger und effizienter Weise. Das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts kann durch Bestimmen der Eindringkraft, insbesondere einer maximalen Eindringkraft, erfolgen, welche anhand, insbesondere eines zeitlichen Verlaufs, der vertikalen Antriebskraft bestimmt wird, die auf das mindestens eine Verdichtungswerkzeug zum Eindringen in das Gleisbett ausgeübt wird. Die Eindringkraft kann anhand der vertikalen Antriebskraft bestimmt werden, insbesondere

dieser identisch entsprechen. Bevorzugter wird die Eindringkraft auf Basis

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der vertikalen Antriebskraft und unter Berücksichtigung, insbesondere abzüglich, der Trägheitskraft aufgrund der Vertikalbeschleunigung des mindestens einen Verdichtungswerkzeugs, insbesondere aller von der vertikalen Antriebskraft bewegten Massen des Stopfaggregats, insbesondere aller zusammen mit einem Stopfaggregatrahmen des Stopfaggregats vertikal bewegten Massen, bestimmt. Die Vertikalbeschleunigung kann beispielsweise an dem mindestens einen Verdichtungswerkzeug und/oder an dem Stopfaggregatrahmen bestimmt werden. Vorzugsweise wird die Vertikalbeschleunigung mittels eines Wegsensors und/oder mittels eines Beschleunigungssensors bestimmt. Die Vertikalbeschleunigung wird auch als Eindringbeschleunigung bezeichnet. Die zum Bestimmen der Trägheitskraft zugrunde zu legenden Massen können anhand der vorliegenden Konfiguration des Stopfaggregats bestimmt werden. Unter Berücksichtigung der Massenträgheit des mindestens einen Verdichtungswerkezugs ist die Ein-

dringkraft besonders präzise bestimmbar.

Die maximale Eindringkraft wird vorzugsweise pro Stopfzyklus, insbesondere pro Absenkbewegung des mindestens einen Verdichtungswerkzeugs, bestimmt. Die vertikale Antriebskraft kann mittels eines Kraftsensors und/oder eines Drucksensors, insbesondere in einem hydraulischen Vertikalantrieb, erfasst werden. Die Eindringgeschwindigkeit wird vorzugsweise mittels eines Wegsensors zum Erfassen einer Vertikalposition des mindestens einen Verdichtungswerkzeugs bestimmt. Die Eindringgeschwindigkeit wird auch als Vertikalgeschwindigkeit bezeichnet. Die Eindringarbeit kann bestimmt werden anhand der Eindringkraft und der Vertikalposition, insbesondere anhand des Integrals der Eindringkraft über der

Vertikalposition.

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Die vorstehend beschriebenen Parameter können als Messgröße unmittelbar erfasst oder auf Grundlage von Messwerten einer anderen Messgröße

bestimmt werden.

Unter einem Stopfzyklus wird verstanden, dass das mindestens eine Verdichtungswerkzeug in das Gleisbett abgesenkt wird, insbesondere aus der Rückstellposition in die Eindringposition, dass eine Beistellbewegung des mindestens einen Verdichtungswerkzeugs erfolgt, insbesondere von mindestens zwei paarweise angeordneten Verdichtungswerkzeugen zueinander, und, dass das mindestens eine Verdichtungswerkzeug angehoben wird, insbesondere aus der Eindringposition in die Rückstellposition. Das mindestens eine Verdichtungswerkzeug kann zusätzlich, insbesondere beim Eindringen in das Gleisbett und/oder während der Beistellbewegung, mit einer Vibrationsbewegung beaufschlagt werden. Hierdurch wird die gewünschte Umverteilung des Gleisschotters gefördert und das Eindringen

der Verdichtungswerkzeuge in das Gleisbett erleichtert.

Ein Verfahren nach Anspruch 3 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts in besonders präziser und zuverlässiger Weise. Vorzugsweise wird der Quotient aus der maximalen Eindringkraft, insbesondere pro Stopfzyklus, und der Eindringgeschwindigkeit, insbesondere an der Vertikalposition der maximalen Eindringkraft, bestimmt. Dieser Quotient wird auch als Schottereindringkoeffizient bezeichnet. Der Schottereindringkoeffizient ist eine Beschaffenheitskennzahl, welche die Beschaffenheit des Gleisbetts besonders allgemeingültig und in einer für die maßgeblichen Eigenschaften des Gleisbetts besonders aussagekräftigen Weise be-

schreibt.

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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird zum Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts ein normierter Schottereindringkoeffizient bestimmt als Quotient des Schottereindringkoeffizienten und einer maximalen Eindringtiefe des mindestens einen Verdichtungswerkzeugs in das Gleisbett. Weitere Beschaffenheitskennzahlen sind beispielsweise die Eindringarbeit und/oder der Quotient aus der Eindringarbeit und der maximalen Eindringtiefe. Vorzugsweise erfolgt eine Korrektur, insbesondere eine Normierung, der mindestens einen Beschaffenheitskennzahl durch die lokale Gleishebung, insbesondere aufgrund des Eindringvorgangs. Unter der vertikalen Gleishebung wird vorzugsweise verstanden die vertikale Positionsänderung des Gleisrosts in dem bearbeiteten Bereich, insbesondere die vertikale Positionsänderung derjenigen Gleisschwelle, an der das mindestens eine Ver-

dichtungswerkzeug in das Gleisbett eindringt.

Ein Verfahren nach Anspruch 4 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts in besonders zuverlässiger Weise. Die Beschaffenheit des Gleisbetts wird vorzugsweise anhand von mindestens drei, insbesondere mindestens fünf, insbesondere mindestens 10, insbesondere mindestens 20, insbesondere mindestens 50, insbesondere mindestens 100, und/oder maximal 1.000, zu unterschiedlichen Messzeiten erfassten Messwerten der Messgröße, insbesondere derselben Messgröße, bestimmt. Mit anderen Worten, erfolgt das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts anhand eines zeitlichen Verlaufs der erfassten Messgröße. Aus dem zeitlichen Verlauf können beispielsweise Eindringwerte, insbesondere Minima und/oder Maxima und/oder eine zeitliche Ableitung und/oder ein zeitliches Integral, der Messwerte bestimmt werden. Auf der Grundlage des zeitlichen Verlaufs können die maximale Eindringkraft und/oder die Eindring-

geschwindigkeit und/oder die Eindringbeschleunigung bestimmt werden.

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Ein Verfahren nach Anspruch 5 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts in besonders zuverlässiger Weise. Vorzugsweise werden die Messwerte in mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens fünf, insbesondere mindestens 10, insbesondere mindestens 20, insbesondere mindestens 100, und/oder maximal 500, Stopfzyklen bestimmt. In jedem Stopfzyklus werden vorzugsweise mehrere Messwerte, insbesondere der zeitliche Verlauf der Messgröße, bestimmt. Vorzugsweise werden die mehreren Stopfzyklen an jeweils benachbarten Gleisschwellen ausgeführt. Das bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts kann so mit einer hohen lokalen Auflösung erfolgen. Die Beschaffenheit ist ferner über einen Bereich, umfassend eine Vielzahl von Gleisschwellen, entlang der Schienenlängsrichtung bestimmbar, wodurch die Verlässlichkeit der Messwerte und/oder der Beschaffenheit bestimmbar ist, insbesondere wodurch Messfehler als Ausreißer in einer Betrachtung über

einen größeren Bereich entlang der Schienenlängsrichtung erkennbar sind.

Ein Verfahren nach Anspruch 6 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts in besonders präziser Weise. Die mindestens zwei unterschiedlichen Messgrößen korrelieren vorzugsweise mit der vertikalen Antriebskraft, die auf das mindestens eine Verdichtungswerkzeug ausgeübt wird und/oder mit der Vertikalposition des mindestens einen Verdichtungs-

werkzeugs.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung erfolgt das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts anhand von Messwerten von mindestens zwei gleichen Messgrößen, die allerdings an unterschiedlichen Messpositionen erfasst werden, insbesondere an unterschiedlichen Stopfaggregaten. Die Messwerte der gleichen Messgrößen können beispielsweise an mindestens

zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens vier, der

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Stopfaggregate erfasst werden. Die mindestens zwei Stopfaggregate sind vorzugsweise entlang einer horizontalen Schienenquerrichtung beabstandet zueinander angeordnet. Hierdurch kann die Beschaffenheit des Gleisbetts für unterschiedliche Positionen entlang der horizontalen Schienenquerrichtung individuell bestimmt werden. Lokale Verunreinigungen des Gleisbetts, beispielsweise auf nur einer Seite des Gleises, können somit identifi-

ziert werden.

Ein Verfahren nach Anspruch 7 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts mit besonders hoher Aussagekraft. Das mindestens eine Stopfaggregat wird vorzugsweise mittels einer Steuereinrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Bewegung des mindestens einen Verdichtungswerkzeugs betrieben. Das Bewegen des mindestens einen Verdichtungswerkzeugs relativ zu dem Gleis erfolgt bevorzugt anhand bestimmter Steuer- und/oder Regelgrößen. Liegt beispielsweise ein Gleisbett mit einem sehr hohen Eindringwiderstand, insbesondere einer hohen Schottersteifigkeit vor, so können die vertikale Antriebskraft und/oder die auf das mindestens eine Verdichtungswerkzeug übertragene Vibrationsfrequenz und/oder die Vibrationsamplitude, mittels der Steuereinrichtung geändert, insbesondere erhöht werden. Dies kann jedoch einen Einfluss auf die zum Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts herangezogenen Messwerte haben. Entsprechende Steuer- und/oder Regelparameter werden daher vorzugsweise beim Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts berücksichtigt. Vorzugsweise wird der Einfluss wechselnder Steuer- und/oder Regelparameter auf die jeweilige Beschaffenheitskennzahl kompensiert, beispielsweise durch Normieren der Beschaffenheitskennzahl mit entsprechenden Steuer- und/oder Regelparametern. Entsprechende Steuer- und/o-

der Regelparameter können umfassend eine Regelabweichung, insbeson-

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dere einen maximalen Regelfehler, und/oder integrierte Regelabweichungen, insbesondere einen mit der Eindringtiefe gewichteten integralen Regelfehler, und/oder einen mit dem Reglerausgang gewichteten integralen Regelfehler und/oder einen Reglerausgang, insbesondere einen maximalen Reglerausgang, und/oder die Stellgröße, insbesondere eine über die Ein-

dringtiefe gemittelte Stellgröße des Reglers.

Ein Verfahren nach Anspruch 8 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts in besonders zuverlässiger und präziser Weise. Beispielsweise können zum Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts ein Mittelwert und/oder eine Streubreite der erfassten Messwerte und/oder der bestimmten Beschaffenheit ausgewertet werden, insbesondere über der Zeit und/oder über der Position, an welcher die Messwerte bestimmt werden, insbesondere in Schienenlängsrichtung und/oder in einer horizontalen Schienenquerrichtung. Die Auswertung kann an einer einzigen Messposition, insbesondere für eine bestimmte horizontale Anordnung des Stopfaggregats, insbesondere an einer bestimmten Gleisschwelle erfolgen. Die statistische Auswertung erfolgt vorzugsweise über unterschiedliche Positionen des mindestens einen Stopfaggregats, insbesondere in horizontaler Richtung, insbesondere an mehreren Gleisschwellen. Hierdurch kann bestimmt werden, ob beispielsweise nur an einer einzigen Messposition eine besondere Beschaffenheit des Gleisbetts vorliegt. Hierüber kann beispielsweise auf einen Messfehler geschlossen werden und/oder auf eine lokal be-

sondere Beschaffenheit des Gleisbetts. Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die statistische Auswertung

der Messwerte Methoden der künstlichen Intelligenz, insbesondere des Ma-

chine Learnings.

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Ein Verfahren nach Anspruch 9 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts in besonders präziser und zuverlässiger Weise. Die Varianz und/oder die Standardabweichung der Messwerte an einer einzigen und/oder an mehreren, insbesondere benachbarten Messpositionen, korreliert mit der Beschaffenheit des Gleisbetts. Eine hohe Varianz und/oder Standardabweichung korreliert typischerweise mit einer weniger guten Beschaffenheit des Gleisbetts. Anhand der Varianz und/oder Standabweichung kann besonders verlässlich auf die Beschaffenheit, insbesondere den

Gütezustand, des Gleisbetts geschlossen werden.

Ein Verfahren nach Anspruch 10 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts in besonders präziser und zuverlässiger Weise. Die Georadardaten können, insbesondere zeitlich überlappend, mit dem Erfassen der Messwerte, erfasst werden und/oder einem Datenspeicher entnommen werden. Vorzugsweise werden aus den Georadardaten abgeleitete Kennwerte mit den anhand der Messwerte bestimmten Beschaffenheitskennwerte verglichen. Unstimmigkeiten, insbesondere aufgrund von Messfehlern, können erkannt werden. Das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts kann hierdurch besonders präzise und mit hoher Verlässlichkeit

erfolgen.

Ein Verfahren nach Anspruch 11 ist besonders wirtschaftlich. Vorzugsweise werden die Messwerte zeitlich überlappend in dem jeweiligen Stopfzyklus, insbesondere beim Eindringen der Verdichtungswerkzeuge in das Gleisbett, erfasst. Somit kann das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleis-

betts gleichzeitig mit der Gleisbettverdichtung erfolgen.

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Insbesondere kann das Verfahren dazu eingesetzt werden, Beschaffenheitsinformationen bezüglich des Gleisbetts aus mehreren Streckenabschnitten in eine gemeinsame Datenbank zusammenzuführen. Hierdurch kann ein streckenweiter Datensatz bezüglich der Gleisbettbeschaffenheit erzeugt werden. Beispielsweise können Instandhaltungsmaßnahmen anhand eines entsprechenden Datensatzes, insbesondere unter Verwendung von Methoden der künstlichen Intelligenz, insbesondere des Machine Lear-

nings, veranlasst werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Verdichten eines Gleisbetts mittels mindestens eines Stopfaggregats, bei welchem, insbesondere zeitlich überlappend, die Beschaffenheit, insbesondere der Gütezustand, des Gleisbetts, insbesondere anhand des vorstehend beschriebenen Verfahrens,

bestimmt wird.

Ein Verfahren nach Anspruch 12 ist besonders effizient und wirtschaftlich. Das Steuern des mindestens einen Gleisbearbeitungsschritts, insbesondere der Gleisbettverdichtung, insbesondere des jeweiligen Stopfzykluses, erfolgt vorzugsweise anhand der bestimmten Beschaffenheit, insbesondere des Gütezustands, des Gleisbetts. Hierdurch kann der Umfang der Gleisbearbeitung auf das erforderliche Maß beschränkt werden und/oder bis zum Erreichen einer mindestens gewünschten Beschaffenheit fortgesetzt werden. Beispielsweise kann bei einer ungenügenden Beschaffenheit des Gleisbetts eine Mehrzahl von Stopfzyklen durchgeführt werden, bis die gewünschte Beschaffenheit erreicht ist und/oder bis ein Abbruchkriterium,

beispielsweise eine maximale Stopfzyklenzahl, erreicht ist.

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Das Steuern des mindestens einen Gleisbearbeitungsschritts kann das Steuern des Stopfvorgangs und/oder das Positionieren und/oder Ausrichten

und/oder Stabilisieren des Gleises umfassen.

Ein Verfahren nach Anspruch 13 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts in besonders präziser Weise, insbesondere mit einer besonders hohen örtlichen Auflösung. Vorzugsweise erfolgt das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts für mindestens eine, insbesondere mindesten zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens sechs, insbesondere mindestens acht bestimmte Positionen entlang einer horizontalen und/oder vertikalen Gleisquerrichtung. Entlang der horizontalen Gleisquerrichtung kann die Beschaffenheit mittels mehrerer Stopfaggregate erfasst werden. Entlang der vertikalen Gleisquerrichtung kann die Beschaffenheit des Gleisbetts für mindestens eine bestimmte Eindringtief, insbesondere für unterschiedliche, Eindringtiefen, insbesondere für unterschiedliche Schichten des Gleisbetts, bestimmt werden. Hierdurch kann eine lokal ungenügende Beschaffenheit des Gleisbetts präzise identifiziert werden. Der Instandhaltungsaufwand kann

auf das erforderliche Mindestmaß reduziert werden.

Vorzugsweise wird das Gleisbett anhand der bestimmten Beschaffenheit klassifiziert, insbesondere in mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, Beschaffenheitskategorien. Beispielsweise kann ein 3-stufiges Ampelmodell verwendet werden, in welchem die Beschaffenheit des Gleisbetts

als gut, ausreichend oder ungenügend eingestuft wird. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird anhand der Messwerte ein Schot-

terniveau, insbesondere relativ zu einer Gleisschwelle, insbesondere der

Gleisschwellenunterseite, bestimmt. In Abhängigkeit von dem erfassten

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Schotterniveau können neuer Schotter ausgebracht oder die Anordnung des

Gleisrosts auf dem Gleisschotter angeglichen werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung zum Bestimmen der Beschaffenheit, insbesondere des Gütezustands, eines Gleisbetts bereitzustellen, welche insbesondere besonders prä-

zise, zuverlässig und wirtschaftlich im Betrieb ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Die Vorteile der Vorrichtung entsprechen den Vorteilen des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Die Vorrichtung kann mit mindestens einem der Merkmale weitergebildet sein, die vorstehend im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind. Die Auswerteeinrichtung ist vorzugsweise zum Verarbeiten digitaler Daten ausgebildet. Hierzu kann diese einen Prozessor, insbesondere einen Mikrocontroller umfassen. Die Auswerteeinrichtung steht mit der Messeinrichtung in signalübertragender Verbindung. Die Auswerteeinrichtung kann mit einer Steuereinrichtung zum Steuern des mindestens einen Stopfaggregats, insbesondere einer

Steuereinrichtung einer Gleisstopfmaschine, in Signalverbindung stehen.

Die Messeinrichtung weist vorzugsweise mindestens einen der vorstehend genannten Sensoren, insbesondere einen Kraftsensor und/oder einen Drucksensor und/oder einen Wegsensor und/oder einen Beschleunigungssensor, zum Erfassen der Messwerte der mindestens einen Messgröße auf, die mit der vertikalen Reaktionskraft zwischen dem Stopfaggregat und dem

Gleisbett korreliert.

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Eine Vorrichtung nach Anspruch 15 ist besonders wirtschaftlich im Betrieb. Die Vorrichtung ist vorzugsweise eine Gleisbaumaschine, insbesondere eine Gleisstopfmaschine. Der Fahrwagen zum Befahren der Gleisschienen weist vorzugsweise eine Antriebseinrichtung mit einem Fahrmo-

tor zum Verlagern der Vorrichtung entlang des Gleises auf.

Die Vorrichtung weist vorzugsweise ein Hebe- und/oder Richtaggregat

zum Anordnen und Ausrichten des Gleisrosts relativ zu dem Gleisbett auf.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand

der Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gleisbaumaschine mit mindestens einer Vorrichtung zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbetts und einem Stopfaggregat zum Verdichten des

Gleisbetts,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung in der Fig. 1 im Detail,

Fig. 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung in der Fig. 1, mit dem Stopfaggregat, einer Messeinrichtung zum Erfassen von Messwerten mindestens einer Messgröße, die mit einer zwischen dem Stopfaggregat und dem Gleisbett wirkenden vertikalen Reaktionskraft korreliert, und einer Auswerteeinrichtung zum Bestimmen der

Beschaffenheit des Gleisbetts anhand der Messwerte

Fig. 4A eine schematische Darstellung eines Verlaufs einer Beschaffen-

heitskennzahl über der Anzahl aufeinanderfolgend bearbeiteter

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Stopfpositionen bei einer guten Beschaffenheit des Gleisbetts, wobei die jeweiligen Beschaffenheitskennzahlen anhand von Messwerten bestimmt ist, die bei einer Eindringtiefe eines Verdichtungswerkzeugs in einem Bereich oberhalb einer Gleis-

schwellenunterkante erfasst sind,

Fig. 4B eine schematische Darstellung des Verlaufs in der Fig. 4A, wobei die jeweilige Beschaffenheitskennzahl anhand von Messwerten bestimmt ist, die bei einer Eindringtiefe des Verdichtungswerkzeugs in einem Bereich unterhalb der Gleisschwellenunter-

kante erfasst sind,

Fig. 5A eine schematische Darstellung des Verlaufs in der Fig. 4A bei

einer ungenügenden Beschaffenheit des Gleisbetts,

Fig. 5B eine schematische Darstellung des Verlaufs in der Fig. 4B bei

einer ungenügenden Beschaffenheit des Gleisbetts, bzw.

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Verlaufs in der Fig. 4A bei einer überwiegend guten, lediglich in zwei kurzen Abschnitten entlang der Schienenlängsrichtung und in Schienenquerrichtung

einseitig ungenügenden, Beschaffenheit des Gleisbetts. Anhand der Fig. 1 bis 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens bzw.

einer Vorrichtung 1 zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbetts 2

beschrieben.

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Das Gleisbett 2 weist Gleisschotter 3 auf, insbesondere besteht es daraus. Auf dem Gleisbett 2 ist ein Gleis 4 angeordnet. Das Gleis 4 weist Gleisschwellen 5 und Gleisschienen 6 auf, insbesondere besteht es daraus. Die Kombination von Gleisschwellen 5 und Gleisschienen 6 wird auch als Gleisrost bezeichnet. Das Gleisbett 2 und das Gleis 4 bilden zusammen den

Gleisoberbau 7.

Die Vorrichtung 1 weist einen Fahrwagen 8 zum Befahren der Gleisschienen 6 auf. Der Fahrwagen 8 ist mit einer Trägerstruktur 9 und einem daran angeordneten Fahrwerk 10 ausgebildet. Der Fahrwagen 8 weist eine Antriebseinrichtung 11 mit mindestens einem Fahrmotor 12 und eine Fahrsteuerung 13 zum Steuern der Antriebseinrichtung 11 auf. Der Fahrwagen 8 ist zum Verlagern der Vorrichtung 1 auf dem Gleis 4, insbesondere ent-

lang einer Schienenlängsrichtung 14, ausgebildet.

In der Fig. 1 ist ein kartesisches Koordinatensystem dargestellt. Eine xRichtung weist in Schienenlängsrichtung 14, insbesondere in Fahrrichtung. Eine z-Richtung weist in vertikaler Richtung nach oben. Eine y-Richtung ist horizontal und senkrecht zu der Schienenlängsrichtung 14 orientiert. Die

x-Richtung, die y-Richtung und die z-Richtung bilden ein Rechtssystem.

Die Vorrichtung 1 weist eine Gleisbearbeitungseinrichtung 15, eine Mess-

einrichtung 16 und eine Auswerteeinrichtung 17 auf.

Die Gleisbearbeitungseinrichtung 15 ist zum Bearbeiten des Gleises 4, insbesondere des Gleisbetts 2 ausgebildet. Hierzu umfasst die Gleisbearbeitungseinrichtung 15 mindestens ein Stopfaggregat, insbesondere vier Stopfaggregate 18.1, 18.2, zum Verdichten des Gleisbetts 2. Je zwei der

Stopfaggregate 18.1, 18.2 sind an einer der Gleisschienen 6 angeordnet. In

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den Fig. 1 bis Fig. 3 sind lediglich die beiden an der in Fahrrichtung rechts angeordneten Stopfaggregate 18.1, 18.2 dargestellt. Das in der Fig. 3 ausschnittsweise gezeigte zweite Stopfaggregat 18.2 ist vorzugsweise entspre-

chend dem ersten Stopfaggregat 18.1 ausgebildet.

Das mindestens eine Stopfaggregat 18.1, 18.2 weist einen Beistellantrieb 19 und einen Vibrationsantrieb 20 auf. Der Beistellantrieb 19 und der Vibrationsantrieb 20 wirken zwischen einem Stopfaggregatrahmen 21 und Verdichtungswerkzeugen 22, insbesondere Stopfpickeln, die zum Eindrin-

gen in den Gleisschotter 3 ausgebildet sind.

Das mindestens eine Stopfaggregat 18.1, 18.2 weist einen Vertikalantrieb 23 auf, welcher zwischen der Trägerstruktur 9 und den Verdichtungswerkzeugen 22, insbesondere zwischen der Trägerstruktur 9 und dem Stopfaggregatrahmen 21, wirkt. Mittels des Vertikalantriebs 23 sind die Verdichtungswerkzeuge 22 zwischen einer Rückstellposition, in welcher die Verdichtungswerkzeuge 22 außerhalb des Gleisbetts 2 angeordnet sind und einer Eindringposition, in welcher die Verdichtungswerkzeuge 22 in Eingriff mit dem Gleisbett 2 stehen, verlagerbar. In der Rückstellposition sind die Verdichtungswerkzeuge 22 vollständig oberhalb der Gleisschwellen 5, insbesondere vollständig oberhalb der Gleisschienen 6, angeordnet. In der Eindringposition sind die Verdichtungswerkzeuge 22 zumindest abschnitts-

weise vertikal unterhalb der Gleisschwellen 5 angeordnet.

Die Messeinrichtung 16 weist ein Kraftmessmittel 24 auf. Das Kraftmessmittel 24 ist zum Erfassen einer auf die Verdichtungswerkzeuge 22 des Stopfaggregats 18.1, 18.2 wirkenden vertikalen Antriebskraft Fv ausgebildet. Die vertikale Antriebskraft Fv wird von dem Vertikalantrieb 23 bereit-

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-21-

gestellt. Die vertikale Antriebkraft Fv wirkt über die Verdichtungswerkzeuge 22 auf das Gleisbett 2. Insbesondere entspricht die vertikale Antriebskraft Fv einer vertikalen Reaktionskraft zwischen dem jeweiligen Stopfaggregat 18.1, 18.2 und dem Gileisbett 2, insbesondere dem Gileisschotter 3.

Das Kraftmessmittel 24 weist einen ersten Drucksensor 24.1 und einen zweiten Drucksensor 24.2 auf. Die Drucksensoren 24.1, 24.2 stehen jeweils mit einer Druckkammer des als Hydraulikzylinder ausgebildeten Vertikalantriebs 23 in fluidleitender Verbindung. Die vertikale Antriebskraft Fv ist anhand der von den Drucksensoren 24.1, 24.2 erfassten Druckdifferenz be-

stimmbar.

Die Messeinrichtung 16 weist ein Wegmessmittel 25 auf. Das Wegmessmittel 25 ist dazu ausgebildet, eine Vertikalposition P, des mindestens einen Verdichtungswerkzeugs 22 zu erfassen. Die Vertikalposition P, ist Ergebnis einer Verlagerungsbewegung des mindestens einen Verdichtungswerkzeugs 22 beim Verlagern zwischen der Rückstellposition und der Eindringposition. Die Vertikalposition P, korreliert folglich mit der zwischen dem jeweiligen Stopfaggregat 18.1, 18.2 und dem Gleisbett 2 wirkenden vertikalen Reaktionskraft.

Die Messeinrichtung 16 kann einen Beschleunigungssensor 26 zum Erfassen einer auf das mindestens eine Verdichtungswerkzeug 22 wirkenden

vertikalen Beschleunigung aufweisen. Die Messeinrichtung 16 kann einen Drehgeber 27 aufweisen. Der Drehge-

ber 27 kann zum Erfassen einer Beistellbewegung des mindestens einen

Verdichtungswerkzeugs 22 ausgebildet sein, insbesondere des Winkels a.

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„22 -

um eine Beistellschwenkachse, insbesondere um eine Horizontalachse

senkrecht zu der Schienenlängsrichtung 14.

Die Messeinrichtung 16 kann alternativ oder zusätzlich zu dem Kraftmessmittel ein, nicht dargestelltes, Kraftmessmittel zum Erfassen einer von dem Beistellantrieb 19 bewirkten Beistellkraft aufweisen, beispielsweise eine

Kraftmessdose.

Die Funktionsweise des Verfahrens und der Vorrichtung 1 zum Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts 2 mittels des mindestens einen Stopfaggregats 18.1, 18.2 ist wie folgt:

Die Vorrichtung 1 ist auf dem Gleis 4 angeordnet. Insbesondere ist der

Fahrwagen 8 auf den Gleisschienen 6 angeordnet.

Mittels des Fahrwagens 8, insbesondere der Antriebseinrichtung 11, wird die Vorrichtung 1 an einen zu bearbeitenden Streckenabschnitt des Gleises

4 verlagert.

Die vier Stopfaggregate 18.1, 18.2 sind entlang der Schienenlängsrichtung 14 im Bereich derselben Gleisschwelle 5 angeordnet, insbesondere derart, dass deren Verdichtungswerkzeuge 22 jeweils beidseitig an derselben Gleisschwelle 5 angeordnet sind. Quer zu der Schienenlängsrichtung 14 ist jeweils ein Stopfaggregat 18.1, 18.2 zu beiden Seiten der beiden Gleisschienen 6 angeordnet. Die Stopfaggregate 18.1, 18.2 befinden sich in der

Rückstellposition, insbesondere vollständig oberhalb der Gleisschwellen 5.

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Zum Bearbeiten des Gleisbetts 2, insbesondere zum Verdichten des Gleisschotters 3, wird ein erster Stopfzyklus ausgeführt. Jeder Stopfzyklus umfasst zumindest das Absenken, das Beistellen und das Anheben der Verdichtungswerkzeuge 22.

Das Absenken der Verdichtungswerkzeuge 22 erfolgt mittels des Vertikalantriebs 23. Die Verdichtungswerkzeuge 22 werden aus der Rückstellposition in die Eindringposition abgesenkt. In der Eindringposition sind die Verdichtungswerkzeuge 22 zumindest abschnittsweise unterhalb der jeweiligen Gleisschwelle 5 angeordnet, insbesondere in einer maximalen Ein-

dringtiefe tmax bezüglich einer Oberfläche des Gleisbetts 2.

Das Beistellen der Verdichtungswerkzeuge 22 erfolgt mittels des Beistellantriebs 19. Die jeweils paarweise angeordneten Verdichtungswerkzeuge 22 werden dabei aufeinander zu, insbesondere in Richtung der von den Verdichtungswerkzeugen 22 umgriffenen Gleisschwelle 5, bewegt, insbe-

sondere geschwenkt.

Das Anheben der Verdichtungswerkzeuge 22 aus der Eindringposition in die Rückstellposition erfolgt wiederum mittels des Vertikalantriebs 23.

Innerhalb oder außerhalb des Gleisschotters 3 werden die Verdichtungswerkzeuge 22 mittels des Beistellantriebs 19 zurückgeschwenkt, insbeson-

dere voneinander weg. Der erste Stopfzyklus ist damit beendet.

Vorzugsweise werden die Verdichtungswerkzeuge 22 beim Absenken

und/oder während der Beistellbewegung mit einer Vibrationsbewegung be-

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aufschlagt. Zum Erzeugen der Vibrationsbewegung dient der Vibrationsantrieb 20. Die Vibrationsbewegung wird vorzugsweise über den Beistellan-

trieb 19 auf die Verdichtungswerkzeuge 22 übertragen.

Die Beschaffenheit des Gleisbetts 2, insbesondere des Gleisschotters 3, hat Einfluss auf die zwischen dem jeweiligen Stopfaggregat 18.1, 18.2, insbesondere den Verdichtungswerkzeugen 22, und dem Gleisbett 2 wirkenden vertikalen Reaktionskraft. Folglich erlaubt das Erfassen von Messwerten mindestens einer Messgröße Fv, P,, die mit dieser vertikalen Reaktions-

kraft korreliert, Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des Gleisbetts 2.

Während des Stopfzykluses, insbesondere beim Absenken der Verdichtungswerkzeuge 22, werden kontinuierlich die vertikale Antriebskraft Fv und die Vertikalposition P, erfasst. Das Erfassen entsprechender Messwerte kann jeweils mit einer Frequenz von 1 kHz erfolgen. Die kontinuierlich erfassten Messwerte entsprechen einem zeitlichen Verlauf der jeweiligen Messgröße Fv, P.. Während des Absenkens der Verdichtungswerkzeuge 22 werden insbesondere mindestens 3, insbesondere mindestens 10, insbesondere 20, insbesondere mindestens 100, Messwerte, insbesondere innerhalb

desselben Stopfzykluses, erfasst.

Aus dem zeitlichen Verlauf der vertikalen Antriebskraft Fv, insbesondere während desselben Stopfzykluses, wird ein, insbesondere globales, Maximum bestimmt, die maximale Antriebskraft Fv,max. Zum Bestimmen der maximalen Antriebskraft Fv,max sind mindestens drei Messwerte zu derselben Messgröße erforderlich, die zu unterschiedlichen Messzeiten erfasst

sind.

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Diese maximale Antriebskraft Fv,max wird durch die Anzahl der mittels desselben Vertikalantriebs 23 verlagerten Verdichtungswerkzeuge 22 geteilt. Es resultiert die maximale vertikale Antriebskraft Fv,p,max pro Verdich-

tungswerkzeug 22, insbesondere pro Stopfpickel.

Anhand des zeitlichen Verlaufs der Vertikalposition P, kann zu jeder Vertikalposition P, die zugehörige Vertikalgeschwindigkeit v, der Verdichtungswerkzeuge 22 bestimmt werden. Es wird die Vertikalposition P7rmax bestimmt, in welcher die maximale Antriebskraft Fv,max erfasst wird. Sodann wird die an dieser Vertikalposition P,rmax vorliegende Vertikalge-

schwindigkeit v,rmax der Verdichtungswerkzeuge 22 bestimmt.

Eine für die Beschaffenheit des Gleisbetts 2 besonders aussagekräftige Beschaffenheitskennzahl, nämlich ein Schottereindringkoeffizienten ß wird bestimmt als Quotient aus der maximalen Antriebskraft Fv,p,max pro Verdichtungswerkzeug 22 und der zugehörigen Vertikalgeschwindigkeit Vz,Fmax. Alternativ oder zusätzlich können als Beschaffenheitskennzahlen bestimmt werden, die maximale vertikale Antriebskraft Fv,max und/oder die maximale vertikale Antriebskraft Fv,p,max pro Verdichtungswerkzeug 22 und/oder ein normierter Schottereindringkoeffizient und/oder eine Eindringarbeit und/oder ein Quotient aus der Eindringarbeit und der maximalen Eindringtiefe tmax und/oder der Vertikalposition P,rmax bei der maximalen Antriebskraft Fv. Die Endringkraft kann als identisch mit der vertikalen Antriebskraft Fv bestimmt werden. Bevorzugt wird die Endringkraft bestimmt aus der vertikalen Antriebskraft Fv abzüglich der aufgrund einer Vertikalbeschleunigung auf das mindestens eine Verdichtungswerkzeug 22 wirkenden Trägheitskraft. Unter dem normierten Schottereindringkoeffi-

zienten wird der Quotient aus dem Schottereindringkoeffizienten ß und ei-

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ner maximalen Eindringtiefe tmax verstanden. Zusätzlich kann ein Korrekturfaktor auf die mindestens eine Beschaffenheitskennzahl, insbesondere auf den normierten Schottereindringkoeffizienten, angewendet werden, der den Einfluss der Gleishebung berücksichtigt. Unter der Eindringarbeit wird das Integral der vertikalen Antriebskraft Fv über der Vertikalposition P,

verstanden.

Mittels des Fahrwagens 8 wird die Vorrichtung 1 zu der nächstgelegenen Gleisschwelle 5, insbesondere in Schienenlängsrichtung 4, verlagert. Dort

wird der mindestens eine Stopfzyklus wiederholt ausgeführt.

Der Schottereindringkoeffizient ß wird vorzugsweise für jeden Stopfzyklus und für jedes der vier Stopfaggregate 18.1, 18.2 bestimmt. Für jede Stopfposition Px entlang der Schienenlängsrichtung 14, insbesondere an jeder Gleisschwelle 5, wird damit pro Stopfaggregat 18.1, 18.2 mindestens ein Schottereindringkoeffizient ß bestimmt. Damit liegen an der Position Px vier Schottereindringkoeffizienten ßı, ß2, P3, Ba, vor, insbesondere an bei-

den Gleisschienen 6 jeweils innen und außen.

Grundsätzlich können an derselben Gleisschwelle 5, insbesondere an derselben Position Px, mehrere Stopfzyklen ausgeführt werden. Somit kann eine Mehrzahl von Schottereindringkoeffizienten ß an derselben Gleis-

schwelle 5 bestimmt werden.

Die mindestens eine Beschaffenheitskennzahl wird mittels der Auswerteeinrichtung 17 bestimmt. Hierzu kann die Auswerteeinrichtung 17 ein Signalverarbeitungsmittel, insbesondere zum Verarbeiten digitaler Informationen, aufweisen. Vorzugsweise umfasst die Auswerteeinrichtung 17

hierzu einen Prozessor, insbesondere einen Mikrokontroller.

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Gemäß einem besonderen Aspekt wird die mindestens eine Beschaffenheitskennzahl, insbesondere der jeweilige Schottereindringkoeffizienten ß für mindestens eine, insbesondere für mehrere, bestimmte Schichten 2.1, 2.2 des Gleisbetts 2 bestimmt. Eine Schicht 2.1, 2.2 des Gleisbetts 2 erstreckt sich über einen bestimmten vertikalen Bereich zsı, zs2. Die erste Schicht 2.1 erstreckt sich in einem Bereich oberhalb einer Gleisschwellenunterseite 28. Die zweite Schicht 2.2 erstreckt sich zwischen der jeweiligen Gleisschwellenunterseite 28 und der maximalen Eindringtiefe tmax der Verdichtungswerkzeuge 22. Dadurch, dass die jeweiligen Schottereindringkoeffizienten ßı, ß2, B3, Ba für bestimmte Schichten 2.1, 2.2 des Gleisbetts 2 bestimmt werden, kann die Schotterbettbeschaffenheit in unterschiedlichen Vertikalpositionen P, individuell ausgewertet werden. Beispielsweise kann hierdurch auf eine Verschmutzung lediglich in einem oberen Bereich, ins-

besondere in der ersten Schicht 2.1, rückgeschlossen werden.

In den Fig. 4A bis Fig. 5B sind die Schottereindringkoeffizienten ß entlang eines Streckenabschnitts des Gleises 4, insbesondere über eine große An-

zahl N von Gleisschwellen 5 dargestellt.

In der Fig. 4A sind die Schottereindringkoeffizienten ßı.1, Pı.2, Pı.3, Pı.4, dargestellt, die zu der oberen Schicht 2.1 des Gleisbetts 2 entlang des bearbeiteten Streckenabschnitts bestimmt sind. In der Fig. 4B sind die Schottereindringkoeffizienten ß2.1, P2.2, P2.3, P2.4 der unteren Schicht 2.2 des Gleisbetts 2 dieses Streckenabschnitts dargestellt. In diesem Streckenabschnitt ist die Beschaffenheit des Gleisbetts 2 gut, insbesondere ist der Gleisschot-

ter 3 neu.

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Die in den Fig. 5A und 5B dargestellten Informationen entsprechen den in den Fig. 4A und 4B dargestellten Informationen, wobei die Schottereindringkoeffizienten ßı.1, Bı.2, Pı.3, Bı.4, P2.1, P2.2, P2.3, P2.4 in einem anderen Streckenabschnitt des Gleises 4 bestimmt sind. In diesem Streckenabschnitt ist die Beschaffenheit des Gleisbetts 2 ungenügend. Der Gleisschotter 3 ist beispielsweise stark verschmutzt, versandet, bewachsen und/oder verschlis-

scn.

Wie aus den Fig. 4A bis 5B ersichtlich ist, kann die Beschaffenheit des Gleisbetts 2 nicht nur anhand der Schottereindringkoeffizienten ß bestimmt werden. Vorzugsweise wird eine Beschaffenheitskennzahl anhand einer statistischen Auswertung der Messwerte, insbesondere der Schottereindringkoeffizienten ß bestimmt. Beispielsweise kann eine Beschaffenheitskennzahl als Varianz und/oder als Standardabweichung der einzelnen Schottereindringkoeffizienten ß über der Anzahl N bestimmt werden und/oder als Streubreite der mehreren Schottereindringkoeffizienten ß an derselben Position Px entlang der Schienenlängsrichtung 14, insbesondere an einer bestimmten Gleisschwelle 5. Je höher der Schottereindringkoeffizient ß und/oder die Varianz des Schottereindringkoeffizienten ß und/oder die Standardabweichung des Schottereindringkoeffizienten ß und/oder die Streuung der mehreren Schottereindringkoeffizienten ß, desto schlechter ist

typischerweise die Beschaffenheit des Gleisbetts 2.

In der Fig. 6 ist ein weiterer Verlauf von Schottereindringkoeffizienten ß über einer Anzahl N benachbarter Gleisschwellen in einem weiteren Streckenabschnitt des Gleises 4 dargestellt. Die Auswertung des jeweiligen Schottereindringkoeffizienten ß erfolgt für die gesamte Eindringtiefe tmax. In bestimmten Bereichen Nı, N; entlang der Schienenlängsrichtung 14 ist

ein einzelner Schottereindringkoeffizient ß3 der für jedes Stopfaggregat

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18.1, 18.2 bestimmten Schottereindringkoeffizienten ßı, P2, ß3, B4 stark erhöht. Hieraus kann auf eine lokal ungenügende Beschaffenheit des Gleisbetts 2 geschlossen werden. Beispielsweise liegt in einem entsprechenden Bereich entlang der Schienenlängsrichtung 14 und lediglich im Bereich einer der Gleisschienen 6 eine ungenügende Beschaffenheit des Gleisbetts 2 vor, beispielsweise eine lokale Verschmutzung des Gleisschotters 3 und/oder eine Beschädigung des Gleisbetts 2, beispielsweise in Folge von Unter-

spülung.

Das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts 2 kann anhand der vorstehend beschriebenen Messwerte und unter Berücksichtigung von Georadardaten erfolgen. Hierdurch kann die Beschaffenheit des Gleisbetts 2

nochmals präziser bestimmt werden.

Das Auswerten der Messwerte erfolgt vorzugsweise unter Anwendung bekannter Methoden der künstlichen Intelligenz, insbesondere des Machine

Learnings.

Vorzugsweise steht die Auswerteeinrichtung 17 mit einer Steuereinrichtung 29 zum Steuern des mindestens einen Stopfaggregats 18.1, 18.2 in Signalverbindung. Die Steuereinrichtung 29 kann dazu ausgebildet sein, die Verlagerungsbewegungen der Verdichtungswerkzeuge 22 gemäß vorgegebener Steuer- und/oder Regelparameter umzusetzen. Insbesondere kann die Stopfbewegung, insbesondere die Eindringbewegung, anhand einer Trajektorienfolgeregelung erfolgen. Insbesondere können Abweichungen von Sollgrößen durch ein Gegensteuern der Steuereinrichtung 29 kompensiert werden. Entsprechende Kompensationsinformationen werden vor-

zugsweise bei der Bestimmung der Beschaffenheit des Gleisbetts 2 berück-

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sichtigt. Insbesondere können eine Regelabweichung, insbesondere ein maximaler Regelfehler, und/oder eine integrale Regelabweichung und/oder eine differenzielle Regelabweichung und/oder ein Reglerausgang und/oder eine gemittelte Stellgröße beim Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts 2 berücksichtigt werden. Beim Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts 2 kann beispielsweise eine abhängige Vibrationsfrequenz des Vibrationsantriebs berücksichtigt werden. Somit kann der Einfluss wechselnder Steuer- und Regelgrößen auf die Messwerte zum Bestimmen der

Beschaffenheit des Gleisbetts 2 kompensiert werden.

Ferner können bei der Bestimmung der Beschaffenheit des Gleisbetts 2 die Beistellkraft, insbesondere ein Beistelldruck, und/oder eine Haltekraft, insbesondere ein Haltedruck, und/oder eine Beistellposition, insbesondere ein Signal des Drehgebers 27, und/oder eine Antriebsleistung, insbesondere

des Vibrationsantriebs 20, berücksichtigt werden.

Vorzugsweise erfolgt anhand der Beschaffenheit eine Klassifizierung des Schotterbetts 2. Beispielsweise kann die Klassifizierung drei Gütezustände unterscheiden, insbesondere gut, ausreichend und ungenügend, insbeson-

dere gemäß einem 3-stufigen Ampelmodell.

Vorzugsweise erfolgt das Steuern mindestens eines Gleisbearbeitungsschritts, insbesondere der Gleisbettverdichtung, anhand der bestimmten Beschaffenheit. Beispielsweise kann ein Streckenabschnitt, in dem das Gleisbett 2 als ungenügend oder als ausreichend klassifiziert ist, bearbeitet werden. Insbesondere kann der Gleisschotter 3 dort verdichtet oder ausgetauscht werden. Abhängig von der bestimmten Beschaffenheit können die Position und/oder die Ausrichtung des Gleises 4 eingestellt und/oder das

Gleis 4 stabilisiert werden.

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Vorzugsweise werden die Informationen über die Beschaffenheit des Gleisbetts 2 zu einer Bestimmung der Erforderlichkeit von Instandhaltungsmaßnahmen eines Streckenabschnitts des Gleises 4 herangezogen. Beispielsweise kann ein Gleisbett-Report, insbesondere für einen Kunden und/oder einen Infrastrukturbetreiber, erstellt werden. Über das Durchführen der Instandhaltungsmaßnahmen kann auf der Grundlage der Informati-

onen über die Beschaffenheit des Gleisbetts 2 entschieden werden.

Vorzugsweise wird der momentane Verdichtungsvorgang, während dessen die Beschaffenheit des Gleisbetts 2 bestimmt wird, anhand der bestimmten Beschaffenheit gesteuert.

Das vorstehend beschriebene Verfahren ermöglicht eine besonders präzise Bestimmung der Beschaffenheit eines Gleisbetts 2. Das Gleisbett 2 kann somit besonders wirtschaftlich und zuverlässig instandgehalten werden.

Ein auf der Grundlage eines derartigen Verfahrens instandgehaltenes Gleis 4 ist besonders zuverlässig und sicher im Betrieb. Die Vorteile der Vorrich-

tung 1 entsprechen den Vorteilen des Verfahrens.

Claims (1)

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Patentansprüche

2.

Verfahren zum Bestimmen der Beschaffenheit, insbesondere des Gütezustands, eines Gleisbetts (2) mittels eines Stopfaggregats (18.1, 18.2), umfassend die Schritte:

1.1 Verlagern des Stopfaggregats (18.1, 18.2) relativ zu dem Gleisbett (2) zwischen einer Rückstellposition, in der mindestens ein Verdichtungswerkzeug (22) des Stopfaggregats (18.1, 18.2) außerhalb des Gleisbetts (2) angeordnet ist, und einer Eindringposition, in der das mindestens eine Verdichtungswerkzeug (22) in das Gleisbett (2) eindringt,

1.2 Erfassen von Messwerten mindestens einer Messgröße (Fv, P-,), die mit einer zwischen dem Stopfaggregat (18.1, 18.2) und dem Gleisbett (2) wirkenden vertikalen Reaktionskraft korreliert, zu unterschiedlichen Messzeiten, und

1.3 Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts (2) anhand von mindestens zwei der zu unterschiedlichen Messzeiten erfassten Mess-

werte.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts (2) das Bestimmen einer maximalen Eindringkraft (Fv,max) und/oder einer Eindringgeschwindigkeit (vz) und/oder einer Eindringbeschleunigung und/oder einer Ein-

dringarbeit anhand der mindestens zwei Messwerte umfasst.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts (2) das Bestimmen eines Verhältnisses aus der maximalen Eindringkraft (Fv,max) und der Ein-

dringgeschwindigkeit (v-) umfasst.

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Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts (2) anhand von mindestens drei zu unterschiedlichen Messzeiten erfassten

Messwerten der Messgröße (Fv, P,) erfolgt.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts (2) anhand von mindestens zwei in unterschiedlichen Stopfzyklen erfass-

ten Messwerten erfolgt.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts (2) anhand von Messwerten mindestens zweier unterschiedlicher Messgrö-

ßen (Fv, P-) erfolgt.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts (2) anhand von Steuerparametern und/oder anhand von Regelparametern

zum Betreiben des Stopfaggregats (18.1, 18.2) erfolgt.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts (2)

anhand einer statistischen Auswertung der Messwerte erfolgt. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Be-

stimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts (2) anhand der Varianz der Messwerte erfolgt.

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10.

11.

12.

13.

14.

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Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts (2)

anhand von Georadardaten erfolgt.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts (2) zeitlich überlappend mit einem mittels des Stopfaggregats (18.1, 18.2) ausgeführten Stopfzyklus erfolgt.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Steuern mindestens eines Gleisbearbeitungsschritts anhand der

bestimmten Beschaffenheit.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts (2) für mindestens eine vorgegebene Position (y) entlang einer Gleisquerrich-

tung erfolgt.

Vorrichtung (1) zum Bestimmen der Beschaffenheit, insbesondere des

Gütezustands, eines Gleisbetts (2) aufweisend

14.1 ein Stopfaggregat (18.1, 18.2) zum Verdichten des Gleisbetts (2) mit mindestens einem Verdichtungswerkzeug (22) zum Eindringen in das Gleisbett (2),

14.2 eine Messeinrichtung (16) zum Erfassen von Messwerten mindestens einer Messgröße (Fv, P,), die mit einer zwischen dem Stopfaggregat (18.1, 18.2) und dem Gleisbett (2) wirkenden vertikalen

Reaktionskraft korreliert, zu unterschiedlichen Messzeiten, und

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14.3 eine Auswerteeinrichtung (17) zum Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbetts (2) anhand von mindestens zwei der zu unter-

schiedlichen Messzeiten erfassten Messwerte.

5 15. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Fahr-

wagen (8) zum Befahren von Gleisschienen (6).