AT528774A1 - Stopfaggregat und Verfahren zum Stopfen eines Gleises - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stopfaggregat (7) zum Stopfen eines Gleises (4) mit in ein Gleisschotterbett (10) eintauchbaren Stopfpickeln (19), die jeweils in einer Pickelhalterung (16) eines bezüglich des Gleisschotterbetts (10) durch Stellantriebe (14, 17) verlagerbaren Stopfwerkzeugs (15) angeordnet sind. Dabei ist im jeweiligen Stopfpickel (19) und/oder in der zugeordneten Pickelhalterung (16) ein Hochfrequenzaktuator (23) zur Vibrationserzeugung angeordnet. Das verringert den Eindringwiderstand gegenüber herkömmlichen Stopfvorgängen, die gewöhnlich mit einer deutlich niedrigeren Vibration im Bereich von 35 Hz bis 60 Hz durchgeführt werden.

Description

Beschreibung

STOPFAGGREGAT UND VERFAHREN ZUM STOPFEN EINES GLEISES

[0001] Die Erfindung betrifft ein Stopfaggregat zum Stopfen eines Gleises mit in ein Gleisschotterbett eintauchbaren Stopfpickeln, die jeweils in einer Pickelhalterung eines bezüglich des Gleisschotterbetts durch Stellantriebe verlagerbaren Stopfwerkzeugs angeordnet sind. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Stopfaggregats.

[0002] Aus der EP 3 631 087 A1 sind eine Stopfmaschine und ein Verfahren zum Verdichten eines Gleisschotterbettes bekannt. Die Stopfmaschine umfasst ein Stopfaggregat und ein Hebeund Richtaggregat. Ein mit dem Hebe- und Richtaggregat in eine Solllage gebrachter Gleisrostabschnitt wird mittels des Stopfaggregats fixiert. Dabei tauchen an Schwenkhebeln befestigte Stopfpickel zwischen Gleisschwellen in das Gleisschotterbett ein und werden zueinander beigestellt. Zur Verringerung des Eindringwiderstandes werden die Stopfpickel mit Vibration beaufschlagt. Bevorzugt sind die Schwenkhebel über Beistellantrieb mit einer Exzenterwelle verbunden, wobei eine Rotation der Exzenterwelle die Vibration der Stopfpickel bewirkt. In einer anderen Ausführung sind Vibrationserzeuger in Lagerstellen der Schwenkhebel angeordnet. An den Stopfpickeln oder an Pickelhalterungen des Stopfaggregats sind Sensoren angeordnet, mittels derer die Verdichtung des Gleisschotterbetts überwacht wird.

[0003] Die EP 3 953 527 A1 offenbart für ein Stopfaggregat einen Stopfpickel mit einem integrierten Sensor. In einem Pickelschaft des Stopfpickels ist eine Längsbohrung zur Aufnahme eines sensitiven Elements des Sensors angeordnet. Während eines Stopfvorgangs erfasst diese Sensorfunktion eine im Stopfpickel auftretende Messgröße, deren Auswertung zur Verbesserung der darauffolgenden Stopfvorgänge genutzt wird.

[0004] Die EP 1 653 003 A2 offenbart einen Stopfvorgang, bei dem hydraulische Beistellantriebe sowohl die Beistellbewegung als auch die Vibrationsbewegung der Stopfpickel bewirken. Die Vibrationsfrequenz beträgt während des Beistellens gewöhnlich 35 Hz. Während des Eindringens der Stopfpickel in das Gleisschotterbett wird die Vibrationsfrequenz kurzzeitig erhöht, beispielsweise auf 60 Hz. Damit erfolgt besonders bei verkrustetem Schotter ein leichteres Eindringen der Stopfpickel.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Stopfaggregat eingangs genannter Art dahingehend zu verbessern, dass einzelne Phasen eines Stopfvorgangs, insbesondere das Eindringen der Stopfpickel in das Gleisschotterbett, optimiert werden. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren anzugeben.

[0006] Gelöst werden diese Aufgaben durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 9. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

[0007] Erfindungsgemäß ist im jeweiligen Stopfpickel und/oder in der zugeordneten Pickelhalterung ein Hochfrequenzaktuator zur Vibrationserzeugung angeordnet. Durch Aktivierung der Hochfrequenzaktuatoren werden die Stopfpickel in hochfrequente Schwingungen versetzte. Sobald die Stopfpickel in das Gleisschotterbett eintauchen, übertragen sich diese hochfrequenten Schwingungen auf die Schotterkörner im Wirkbereich der Stopfpickel. Das verringert den Eindringwiderstand gegenüber herkömmlichen Stopfvorgängen, die lediglich mit einer Vibrationsbeaufschlagung im Bereich von 35 Hz bis 60 Hz durchgeführt werden. Bevorzugt erfolgt die Beaufschlagung der hochfrequenten Schwingungen zusätzlich zur herkömmlichen Vibrationserzeugung. Insbesondere beim Eindringen der Stopfpickel in das Gleisschotterbett kann auch eine alleinige Beaufschlagung der hochfrequenten Schwingungen sinnvoll sein. Die Schotterkörner werden im Verhältnis zur herkömmlichen Vibrationsbeaufschlagung mit einer geringeren Amplitude in Schwingung versetzt, wodurch sich beim Eintauchen in das Gleisschotterbett eine verringerte seitliche Verdrängung der Schotterkörner ergibt. Gleichzeitig führt die mittels der hochfrequenten Schwingungen bewirkte Mobilisierung der Schotterkörner zu einem geringeren Eindringwiderstand. Gegenüber herkömmlichen Stopfvorgängen ist bei neuem Schotter eine Reduktion der Eindringarbeit um ca. 15% möglich. Bei altem Schotter kann eine noch größere Reduktion der Eindringarbeit erzielt werden.

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[0008] Bevorzugt ist der jeweilige Hochfrequenzaktuator zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen mit einer Frequenz von mindestens 1000 Hz, insbesondere von mindestens 16000 Hz eingerichtet. Bei einer Frequenz ab 16000 Hz spricht man gewöhnlich von Ultraschallschwingungen. Die Frequenz wird in Abhängigkeit der Eigenschaften des vorliegenden schwingungsfähigen Systems gewählt. Ziel ist die Übertragung einer hohen Bewegungsenergie auf die Schotterkörner, wobei die vom Hochfrequenzaktuator erzeugten Schwingungen eine möglichst große Schwingungsamplitude am freien Ende des jeweiligen Stopfpickels, an dem eine Pickelplatte angeordnet ist, bewirken sollen. Dabei bleibt die Schwingungsamplitude jedoch deutlich geringer als bei einer herkömmlichen Vibrationsbeaufschlagung, bei welcher die Amplitudenwerte im Bereich von 5 mm liegen.

[0009] Vorteilhafterweise ist durch die Anordnung des jeweiligen Hochfrequenzaktuators der zugeordnete Stopfpickel ein Teil eines schwingungsfähigen Systems, das bei Anregung mittels des Hochfrequenzaktuators eine Eigenform ausbildet, wobei der Hochfrequenzaktuator insbesondere an einem Schwingungsbauch dieser Eigenform angeordnet ist. Im Schwingungsbauch tritt ein lokales Amplitudenmaximum der angeregten Schwingungen auf. Die Frequenz zur Anregung des schwingungsfähigen Systems und die Positionierung des jeweiligen Hochfrequenzaktuators sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass sich auch am freien Ende des zugehörigen Stopfpickels eine maximale Schwingungsamplitude ergibt.

[90010] In einer bevorzugten Ausprägung der Erfindung ist der jeweilige Hochfrequenzaktuator in einem Hohlraum des zugeordneten Stopfpickels mit einem gegenüber dem Stopfpickel beweglichen Massekö6örper gekoppelt. Bei Aktivierung des Hochfrequenzaktuators bewirken Relativbewegungen zwischen dem Stopfpickel und dem Massekörper die hochfrequenten Schwingungen des entsprechenden Stopfpickels. Derart ausgebildete Stopfpickel sind mit einem herkömmlichen Stopfaggregat kombinierbar. Dabei sind lediglich eine entsprechende Verkabelung im Bereich der jeweiligen Stopfpickelhalterung nachzurüsten und eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung der Hochfrequenzaktuatoren einzurichten.

[0011] Bevorzugt ist eine Kabelverbindung zwischen dem jeweiligen Hochfrequenzaktuator und einer Steckverbindung zur Koppelung mit einer Steuerungseinrichtung angeordnet. Beispielsweise ist in einem Pickelschaft des jeweiligen Stopfpickels eine Längsbohrung vorgesehen, an deren Ende der Hochfrequenzaktuator positioniert ist. Ein Stecker ist an der Öffnung der Längsbohrung angeordnet und über ein Kabel mit dem Hochfrequenzaktuator verbunden. Nach der Montage dieser Komponenten wird die Längsbohrung zum Schutz des Kabels und der Verbindungen bevorzugt mit einer Füllmasse ausgefüllt.

[0012] In einer anderen vorteilhaften Ausprägung der Erfindung ist der jeweilige Hochfrequenzaktuator an einer Fläche der zugeordneten Pickelhalterung angeordnet. Das erleichtert den Anschluss an eine Steuerungseinrichtung. Zudem ist diese Anordnung mit herkömmlichen Stopfpickeln kombinierbar. Vorteilhafterweise ist die Pickelhalterung gegenüber dem übrigen Schwenkhebel durch eine Verjüngung des Querschnitts abgesetzt und bildet gemeinsam mit dem Stopfpickel ein schwingungsfähiges System, das mittels des Hochfrequenzaktuators anregbar ist. Als beweglicher Massekörper ist beispielsweise ein um einen Halteabschnitt des jeweiligen Stopfpickels angeordneter Metallring vorgesehen.

[0013] Bevorzugt ist der jeweilige Hochfrequenzaktuator ein piezoelektrischer Aktuator. Ein derartiger Aktuator ist im vorgesehenen Frequenzbereich betreibbar und weist eine kompakte Bauform zur Anordnung innerhalb des Stopfpickels oder der Pickelhalterung auf. Zudem können leistungsstarke Varianten eine ausreichende Bewegungsenergie aufbringen, damit auch bei starken Gegenkräften durch verkrusteten Schotter eine ausrechende Mobilisierung der Schotterkörner erzielt wird. Gewöhnlich besteht der piezoelektrische Aktuator aus einzelnen, vorgesinterten Keramiken, die zu einem Stapel zusammengeklebt sind. Der Keramikstapel ist mit einer Vorspannung in einem Gehäuse integriert und liefert ohne Verschleißerscheinungen hohe Kräfte bei hohen Frequenzen.

[0014] In einer anderen Variante ist der jeweilige Hochfrequenzaktuator ein elektrostatischer Aktuator, der eine ausreichend hohe Bewegungsenergie im vorgesehenen Frequenzbereich liefert.

Ein solcher elektrostatischer Aktuator umfasst mehrere Elektroden, die beweglich angeordnet sind. Die hochfrequenten Schwingungen erstehen wie beim piezoelektrischen Aktuator durch das Anlegen einer entsprechenden Wechselspannung.

[0015] Beim erfindungsgemäß en Verfahren zum Betreiben des Stopfaggregats wird der jeweilige Hochfrequenzaktuator während eines Eintauchvorgangs des zugeordneten Stopfpickels in ein Gleisschotterbett mittels einer Steuerungseinrichtung aktiviert. Auf diese Weise wird die notwendige Eindringarbeit reduziert, indem die Schotterkörner mobilisiert und in einen fluidähnlichen Zustand versetzt werden. Resultat ist ein geringerer Eindringwiderstand, weil die in hochfrequente Schwingungen versetzten Schotterkörner ihre Lage und Position ohne merkliche Reibungsverluste ändern können.

[0016] In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der jeweilige Hochfrequenzaktuator mittels der Steuerungseinrichtung während eines Herausziehens des zugeordneten Stopfpickels aus dem Gleisschotterbett aktiviert. Dabei wird der jeweilige Stopfpickel entlang einer vorgegebenen Trajektorie aus dem Schotter gezogen, wobei die in Vibration versetzten Schotterkörner zusätzlich verdichten und der Verschleiß des Stopfpickels verringert wird. Sogenannte Stopflöcher werden vermieden, indem die mobilisierten Schotterkörner den vom jeweiligen Stopfpickel freigegebenen Raum ohne Verzögerung einnehmen.

[0017] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

[0018] Fig. 1 Stopfmaschine auf einem Gleis;

[0019] Fig. 2 Stopfaggregat in einer Seitenansicht;

[0020] Fig. 3 Stopfpickel mit einem Hochfrequenzaktuator im Pickelschaft;

[0021] Fig. 4 Stopfpickel gemäß Fig. 3 in einer Pickelhalterung eines Stopfwerkzeugs; [0022] Fig. 5 Stopfpickel in einer Pickelhalterung, die einen Hochfrequenzaktuator aufweist.

[0023] Die in Fig. 1 dargestellte Stopfmaschine 1 umfasst einen Maschinenrahmen 2, der auf Schienenfahrwerken 3 abgestützt auf einem Gleis 4 verfahrbar ist. Am Maschinenrahmen 2 ist ein Hebe- und Richtaggregat 5 befestigt. Bezüglich einer Arbeitsrichtung 6 ist dahinter ein gegenüber dem Maschinenrahmen 2 seitlich verstellbares und insbesondere um eine Hochachse drehbares Stopfaggregat 7 angeordnet.

[0024] Das Gleis 4 umfasst einen aus Gleisschwellen 8 und darauf befestigten Gleisschienen 9 bestehenden Gleisrost, der in einem Gleisschotterbett 10 gelagert ist. Beim Betreiben der Stopfmaschine 1 wird der Gleisrost mittels des Hebe- und Richtaggregats 5 in eine Solllage gebracht und mittels des Stopfaggregats 7 in dieser Solllage fixiert.

[0025] Das beispielhafte Stopfaggregat 7 in Fig. 2 umfasst einen Aggregatrahmen 11 mit vertikalen Führungen 12 für einen Werkzeugträger 13, der mittels eines Höhenstellantriebs 14 gegenüber dem Aggregatrahmen 11 vertikal verlagerbar ist. Am Werkzeugträger 13 sind gegenüberliegende Stopfwerkzeuge 15 schwenkbar gelagert. Das jeweilige Stopfwerkzeug 15 umfasst einen Schwenkhebel mit einem unteren Hebelarm, der eine Pickelhalterung 16 umfasst. Ein oberer Hebelarm ist über einen Beistellantrieb 17 mit einem am Werkzeugträger 13 angeordneten Vibrationsantrieb 18 verbunden. Beispielsweise ist der als Hydraulikzylinder ausgebildeter Beistellantrieb 17 auf einer Exzenterwelle des Vibrationsantriebs 18 gelagert. Dabei wird eine Rotation der Exzenterwelle über den jeweiligen Beistellantrieb 17 in eine Vibrationsbewegung des zugeordneten Stopfwerkzeugs 15 übertragen. Bei einer nicht dargestellten Variante ist der jeweiliger Hydraulikzylinder sowohl als Beistellantrieb 17 als auch als Vibrationsantrieb 18 ausgebildet und direkt am Werkzeugträger 13 angelenkt.

[0026] Die jeweilige Pickelhalterung 16 dient zur Befestigung eines Stopfpickels 19, der einen Pickelschaft 20 und an einem unteren Ende eine Pickelplatte 21 umfasst. Bevorzugt ist ein oberer Halteabschnitt 22 des Stopfpickels 19 als Konus ausgebildet und in einer entsprechenden Innenfläche der Pickelhalterung 16 eingeklemmt. Die Aufbringung einer Klemmkraft erfolgt beispiels-

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weise mittels einer Schraube.

[0027] Während eines Stopfvorgangs wird der Werkzeugträger 13 mit den Stopfwerkzeugen 15 durch Aktivierung des Höhenstellantriebs 14 in Richtung des Gleisschotterbetts 10 verlagert. Die mit Vibration beaufschlagten Stopfpickel 19 tauchen in das Gleisschotterbett 10 ein und beim Erreichen einer vorgegebenen Eintauchtiefe oder kurz davor erfolgt eine Beistellbewegung. Dabei drücken die Beistellantriebe 17 die oberen Hebelarme der Stopfwerkzeuge 15 auseinander, wodurch die Stopfpickel 19 zueinander bewegt werden. Die Beistellbewegung bewirkt eine Schotterverlagerung in Richtung der zu unterstopfenden Gleisschwelle 8. Dadurch erfolgt eine Verfüllung des Hohlraums, der sich unter der Gleisschwelle 8 infolge einer Hebung des Gleisrostes durch das Hebe- und Richtaggregat 5 gebildet hat. In weiterer Folge führt die Vibrationsübertragung der Stopfpickel 19 auf die Schotterkörner zu einer nachhaltigen Verdichtung der neu gebildeten Schwellenauflage.

[0028] Mit dem Vibrationsantrieb 18 werden während des Beistellvorgangs Vibrationsschwingungen mit einer Frequenz von 35 Hz erzeugt. Für den Eintauchvorgang wird die Frequenz beispielsweise auf 45 Hz erhöht, damit eine gesteigerte Mobilisierung der Schotterkörner den Eintauchwiderstand verringert. Die Vibrationserzeugung mittels Exzenterwelle oder eine vollhydraulische Vibrationserzeugung mittels eines hydraulischen Beistellzylinders ermöglicht jedoch keine beliebig erhöhte Vibrationsfrequenz.

[0029] Deshalb ist erfindungsgemäß im jeweiligen Stopfpickel 19 und/oder in der zugeordneten Pickelhalterung 16 ein Hochfrequenzaktuator 23 zur Vibrationserzeugung angeordnet. Damit sind Vibrationsfrequenzen von weit mehr als 1000 Hz realisierbar, insbesondere im Ultraschallbereich ab 16000 Hz oder 20000 Hz. Die hochfrequenten Schwingungen entstehen dabei durch Biegebewegungen der beteiligten Komponenten, insbesondere der Stopfpickel 19. Die erreichbare Vibrationsamplitude ist geringer als die Amplitude, welche mittels des Vibrationsantriebs 18 erzielt wird. Dennoch überträgt die hochfrequente Vibration eine hohe Bewegungsenergie auf die Schotterkörner, wodurch die Reibung zwischen den Schotterkörner deutlich herabgesetzt wird.

[0030] Bevorzugt erfolgt die Vibrationsbeaufschlagung mit dieser hohen Frequenz während des Eintauchens der Stopfpickel 19 in das Gleisschotterbett 10. Dadurch reduziert sich der Eindringwiderstand gegenüber der herkömmlichen Vibrationsbeaufschlagung mittels des Vibrationsantriebs 18. Unter Heranziehung einer Eindringkraft F und eines Eindringwegs s verringert sich für den jeweiligen Stopfpickel 19 beim Eindringen in das Gleisschotterbett 10 die Eindringarbeit

w= [F-as

bei neuem Schotter um ca. 15% gegenüber einem herkömmlichen Eindringvorgang. Bei altem, insbesondere verkrustetem Schotter ist die Eindringkraft größer und die Reduktion der Eindringarbeit beträgt bis zu 20%.

[0031] Auch das Herausziehen der Stopfpickel 19 aus dem Gleisschotterbett 10 nach dem Beendigen des Beistellens und Schotterverdichtens wird durch die Beaufschlagung mit hochfrequenter Vibration verbessert. Dabei wird der jeweilige Stopfpickel 19 entlang einer vorgegebenen Trajektorie aus dem Schotter gezogen, wobei die Schotterkörner mit hoher Frequenz in Bewegung gehalten werden. Das vom jeweiligen Stopfpickel freigegebenen Volumen wird durch die mobilisierten Schotterkörner aufgefüllt. Dabei verdichtet sich der Schotter an diesen Stellen zusätzlich und sogenannte Stopflöcher werden vermieden. Zudem verringert die reduzierte Reibung den Verschleiß der Stopfpickel 19 während des Herausziehens.

[0032] Die Vorteile werden bei verschiedenen Anwendungsfällen erreicht. Beispielsweise wird über den gesamten Stopfvorgang die Vibrationsbeaufschlagung mittels des Vibrationsantriebs 18 konstant bei 35 Hz gehalten und die Zuschaltung der hochfrequenten Vibration erfolgt während des Eintauchvorgangs und während des Herausziehvorgangs der Stopfpickel 19. Bei einer anderen Variante wird auch die Frequenz des Vibrationsantriebs 18 während des Eintauchens erhöht, beispielsweise auf 45 Hz. Es kann auch sinnvoll sein, den Vibrationsantrieb 18 wegzulassen und in allen Phasen des Stopfvorgangs die Vibration ausschließlich mittels der Hochfrequenzak-

tuatoren 23 zu beaufschlagen.

[0033] Eine erste bespielhafte Ausführungsform der hochfrequenten Vibrationsbeaufschlagung ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Hier ist der Hochfrequenzaktuator 23 in einem Hohlraum des Stopfpickels 19 angeordnet. Dazu führt eine Längsbohrung von oben durch den Pickelschaft 20 bis zur Montagestelle des Hochfrequenzaktuators 23. Beispielsweise wird der Hochfrequenzaktuator 23 mit einem eigenen Gehäuse in dem Hohlraum am Ende der Längsbohrung festgeklebt, wobei eine Kabelverbindung 24 zur Versorgung und Steuerung des Hochfrequenzaktuators 23 zu einem Stecker 25 am oberen Ende des Pickelschafts 20 führt. Bevorzugt wird die Längsbohrung nach der Montage mit einer Füllmasse 26 ausgefüllt.

[0034] Mit dem Hochfrequenzaktuator 23 ist ein beweglicher Massekörper 27 verbunden. Dieser bevorzugt aus einem Metall mit hoher Dichte bestehender Massekörper 27 wird durch den aktivierten Hochfrequenzaktuator 23 in hochfrequente Schwingungen versetzt. Dabei übt der Hochfrequenzaktuator 23 eine Abstützkraft auf den Stopfpickel 19 aus, wodurch dieser mit den Schwingungen beaufschlagt wird.

[0035] Der modifizierte Stopfpickel 19 gleicht einem einseitig eingespannten schwingungsfähigen Balken, der bei Erregung Schwingungen mit Eigenformen aufweist. In Fig. 3 sind rechts neben dem Stopfpickel 19 die erste Eigenform 28 und die zweite Eigenform 29 eingezeichnet. Letztere weist einen Schwingungsbauch 30 auf, bei dem die Biegelinie ein lokales Amplitudenmaximum erreicht. Bevorzugt werden die Frequenz und die Anordnung des Hochfrequenzaktuators 23 so aufeinander abgestimmt, dass sich der Hochfrequenzaktuator 23 an dem Schwingungsbauch 30 befindet und dass das freie Ende des Stopfpickels 19 ein Amplitudenmaximum erreicht. Auf diese Weise wird eine optimale Übertragung der Bewegungsenergie durch die Pickelplatte 21 auf die Schotterkörner erzielt.

[0036] In der beispielhaften Ausführung entspricht die Richtung der hochfrequenten Schwingung der durch den Vibrationsantrieb 18 erzeugten Vibrationsrichtung. In einer anderen Ausprägung werden die hochfrequenten Schwingungen in der Weise mittels des Hochfrequenzaktuators 23 angeregt, dass die Schwingrichtung und die durch den Vibrationsantrieb 18 erzeugte Vibrationsrichtung einen Winkel von bis zu 90° einschließen. Der jeweilige Stopfpickel 19 schwingt dann mit niedriger Frequenz (z.B. 35 Hz) in Gleislängsrichtung und mit hoher Frequenz (z.B. 16 kHz) in Querrichtung. Eine weitere Variante sieht eine hochfrequente Torsionsschwingung des jeweiligen Stopfpickels 19 vor. Dabei erzeugt der Hochfrequenzaktuator 23 Drehimpulse um eine Längsachse des zugeordneten Stopfpickels 19, sodass die Pickelplatte 21 um diese Längsachse schwingende Drehbewegungen ausführt.

[0037] Der in der Pickelhalterung 16 befestigte Stopfpickel 19 wird über eine Steckverbindung 31 und ein Kabel 32 mit einer Steuerungseinrichtung 33 verbunden. Dabei ist bevorzugt am Werkzeugträger 13 ein mit der Steuerungseinrichtung 33 gekoppelter Verteiler 34 angeordnet und über die flexiblen Kabel 32 mit den Hochfrequenzaktuatoren 23 der Stopfwerkzeuge 15 verbunden. Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil, dass auch bestehende Stopfaggregate 7 ohne Umbau der Stopfwerkzeuge 15 mit der neuen Erfindung kombinierbar sind. Es werden lediglich die modifizierten Stopfpickel 19 und die zur Ansteuerung der Hochfrequenzaktuatoren 23 eingerichtete Steuerungseinrichtung 33 benötigt.

[0038] Eine zweite Ausführungsform ist in Fig. 5 dargestellt. Hier ist ein herkömmlicher Stopfpickel 19 in der jeweiligen Pickelhalterung 16 befestigt. Bei dieser Variante sind die Pickelhalterungen 16 gegenüber herkömmlichen Stopfwerkzeugen 15 modifiziert. Bevorzugt ist der jeweilige Hebelarm oberhalb der Pickelhalterung 16 verjüngt, sodass die Pickelhalterung 16 gemeinsam mit dem Stopfpickel 19 gegenüber dem restlichen Schwenkhebel schwingungsfähig ist. Der in der Pickelhalterung 16 angeordnete Hochfrequenzaktuator 23 regt dieses schwingungsfähige System an. Auch hier sind die Frequenz und die Anordnung des Hochfrequenzaktuators 23 bevorzugt so aufeinander abgestimmt, dass sich der Hochfrequenzaktuator 23 an einem Schwingungsbauch 30 einer Eigenform befindet und am freien Ende des Stopfpickels 19 ein Amplitudenmaximum auftritt.

[0039] In der Pickelhalterung 16 ist um den Halteabschnitt 22 eine ringförmige Ausnehmung angeordnet. An einer Innenfläche dieser Ausnehmung ist der Hochfrequenzaktuator 23 platziert und mit einem beweglichen Massekörper 27 verbunden. Dieser Massekörper 27 ist beispielsweise ein um den Halteabschnitt 22 angeordneter Metallring. Der aktivierte Hochfrequenzaktuator 23 versetzt den Massekörper 27 in Schwingungen und stützt sich dabei an der Innenwand der Pickelhalterung 16 ab. Dadurch wird das schwingungsfähige System einschließlich des Stopfpickels 19 mit den hochfrequenten Schwingungen beaufschlagt.

[0040] In einer nicht dargestellten Ausführungsform sind mehrere Hochfrequenzaktuatoren 23 zur Vibrationsbeaufschlagung des jeweiligen Stopfpickels 19 angeordnet. Beispielsweise ist einer der Hochfrequenzaktuatoren 23 im Stopfpickel 19 angeordnet und ein weiterer Hochfrequenzaktuator 23 ist in der zugeordneten Pickelhalterung angeordnet. Die Anregungsfrequenzen und die Positionen der Hochfrequenzaktuatoren 23 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass Interferenzen eine maximale Schwingungsamplitude am freien Ende des Stopfpickels 19 bewirken.

[0041] Bevorzugt ist der jeweilige Hochfrequenzaktuator 23 als piezoelektrischer Aktuator ausgebildet. Ein solcher Aktuator aus Keramik wandelt elektrische Energie direkt in lineare Bewegungen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Kraft um. Damit sind mechanische Schwingungen im hohen Ultraschallbereich erzielbar. Mit der elektrischen Energie versorgt und angesteuert wird der piezoelektrische Aktuator über die Kabelverbindung 24.

[0042] Bei einer anderen Ausführungsvariante ist der jeweilige Hochfrequenzaktuator 23 als elektrostatischer Aktuator ausgebildet. Ein solcher elektrostatischer Aktuator ist aus mehren Elektrodenschichten und Isolationsschichten aufgebaut und verformt sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung. Dabei ist der Aktuator einerseits mit dem Stopfpickel 19 oder der Pickelhalterung 16 und andererseits mit dem Massekörper 27 verbunden. Durch das Anlegen einer hochfrequenten Wechselspannung werden der Massekörper 27 und das schwingungsfähige System mit dem Stopfpickel 19 in Schwingungen versetzt.

[0043] Auch andere Hochfrequenzaktuatoren 23, die eine ausreichend kleine Bauform aufweisen und die mechanischen Schwingungen mit hoher Frequenz erzeugen können, sind für die Ausführung der vorliegenden Erfindung geeignet. Insbesondere ist der jeweilige Hochfrequenzaktuator 23 als Bauteil mit einem eigenen Gehäuse ausgebildet und mittels einer Klebe- oder Schraubverbindung am jeweiligen Stopfpickel 19 oder an der jeweiligen Pickelhalterung 16 angeordnet.

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Patentansprüche

1. Stopfaggregat (7) zum Stopfen eines Gleises (4) mit in ein Gleisschotterbett (10) eintauchbaren Stopfpickeln (19), die jeweils in einer Pickelhalterung (16) eines bezüglich des Gleisschotterbetts (10) durch Stellantriebe (14, 17) verlagerbaren Stopfwerkzeugs (15) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass im jeweiligen Stopfpickel (19) und/oder in der zugeordneten Pickelhalterung (16) ein Hochfrequenzaktuator (23) zur Vibrationserzeugung angeordnet ist.

2. Stopfaggregat (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Hochfrequenzaktuator (23) zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen mit einer Frequenz von mindestens 1000 Hz, insbesondere von mindestens 16000 Hz eingerichtet ist.

3. Stopfaggregat (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anordnung des jeweiligen Hochfrequenzaktuators (23) der zugeordnete Stopfpickel (19) ein Teil eines schwingungsfähigen Systems ist, das bei Anregung mittels des Hochfrequenzaktuators (23) eine Eigenform (29) ausbildet, wobei der Hochfrequenzaktuator (23) insbesondere an einem Schwingungsbauch (30) dieser Eigenform (29) angeordnet ist.

4. Stopfaggregat (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Hochfrequenzaktuator (23) in einem Hohlraum des zugeordneten Stopfpickels (19) mit einem beweglichen Massekörper (27) gekoppelt ist.

5. Stopfaggregat (7) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kabelverbindung (24) zwischen dem jeweiligen Hochfrequenzaktuator (23) und einer Steckverbindung (31) zur Koppelung mit einer Steuerungseinrichtung (33) angeordnet ist.

6. Stopfaggregat (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Hochfrequenzaktuator (23) an einer Fläche der zugeordneten Pickelhalterung (16) angeordnet ist.

7. Stopfaggregat (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Hochfrequenzaktuator (23) ein piezoelektrischer Aktuator ist.

8. Stopfaggregat (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Hochfrequenzaktuator (23) ein elektrostatischer Aktuator ist.

9. Verfahren zum Betreiben eines Stopfaggregats (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Hochfrequenzaktuator (23) während eines Eintauchvorgangs des zugeordneten Stopfpickels (19) in ein Gleisschotterbett (10) mittels einer Steuerungseinrichtung (33) aktiviert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Hochfrequenzaktuator (23) mittels der Steuerungseinrichtung (33) während eines Herausziehens des zugeordneten Stopfpickels (19) aus dem Gleisschotterbett (10) aktiviert wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Neue Patentansprüche

1. Stopfaggregat (7) zum Stopfen eines Gleises (4) mit in ein Gleisschotterbett (10) eintauchbaren Stopfpickeln (19), die jeweils in einer Pickelhalterung (16) eines bezüglich des Gleisschotterbetts (10) durch Stellantriebe (14, 17) verlagerbaren Stopfwerkzeugs (15) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass im jeweiligen Stopfpickel (19) und/oder in der zugeordneten Pickelhalterung (16) ein Hochfrequenzaktuator (23) zur Vibrationserzeugung angeordnet ist, der zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen mit einer Frequenz von mindestens 1000 Hz, insbesondere von mindestens 16000 Hz eingerichtet ist.

2. Stopfaggregat (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anordnung des jeweiligen Hochfrequenzaktuators (23) der zugeordnete Stopfpickel (19) ein Teil eines schwingungsfähigen Systems ist, das bei Anregung mittels des Hochfrequenzaktuators (23) eine Eigenform (29) ausbildet, wobei der Hochfrequenzaktuator (23) insbesondere an einem Schwingungsbauch (30) dieser Eigenform (29) angeordnet ist.

3. Stopfaggregat (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Hochfrequenzaktuator (23) in einem Hohlraum des zugeordneten Stopfpickels (19) mit einem beweglichen Massekörper (27) gekoppelt ist.

4. Stopfaggregat (7) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kabelverbindung (24) zwischen dem jeweiligen Hochfrequenzaktuator (23) und einer Steckverbindung (31) zur Koppelung mit einer Steuerungseinrichtung (33) angeordnet ist.

5. Stopfaggregat (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Hochfrequenzaktuator (23) an einer Fläche der zugeordneten Pickelhalterung (16) angeordnet ist.

6. Stopfaggregat (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Hochfrequenzaktuator (23) ein piezoelektrischer Aktuator ist.

7. Stopfaggregat (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Hochfrequenzaktuator (23) ein elektrostatischer Aktuator ist.

8. Verfahren zum Betreiben eines Stopfaggregats (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Hochfrequenzaktuator (23) während eines Eintauchvorgangs des zugeordneten Stopfpickels (19) in ein Gleisschotterbett (10) mittels einer Steuerungseinrichtung (33) aktiviert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Hochfrequenzaktuator (23) mittels der Steuerungseinrichtung (33) während eines Herausziehens des zugeordneten Stopfpickels (19) aus dem Gleisschotterbett (10) aktiviert wird.

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ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE