EP3816014B1 - Vorrichtung und verfahren zur erfassung von geometrischen daten eines aus zwei schienen gebildeten gleises mit einem auf dem gleis verfahrbaren rahmengestell - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur erfassung von geometrischen daten eines aus zwei schienen gebildeten gleises mit einem auf dem gleis verfahrbaren rahmengestell Download PDF

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EP3816014B1
EP3816014B1 EP20204686.8A EP20204686A EP3816014B1 EP 3816014 B1 EP3816014 B1 EP 3816014B1 EP 20204686 A EP20204686 A EP 20204686A EP 3816014 B1 EP3816014 B1 EP 3816014B1
Authority
EP
European Patent Office
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measuring
track
rail
rails
geometric data
Prior art date
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Active
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EP20204686.8A
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French (fr)
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EP3816014A1 (de
EP3816014C0 (de
Inventor
Tino Kralapp
Norbert Winkler
Jonny FRANKE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Bahn AG
Original Assignee
Deutsche Bahn AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Publication of EP3816014B1 publication Critical patent/EP3816014B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/042—Track changes detection
    • B61L23/047—Track or rail movements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D15/00—Other railway vehicles, e.g. scaffold cars; Adaptations of vehicles for use on railways
    • B61D15/08—Railway inspection trolleys
    • B61D15/10—Railway inspection trolleys hand or foot propelled
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B35/00—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for detecting geometric data of a track formed from two rails with a frame movable on the track.
  • measuring tracks In contrast to the main tracks on which the rail vehicles run in productive operation, such measuring tracks are classified as test equipment and are therefore subject to increased requirements with regard to their geometric characteristics, such as flatness, straightness, parallelism and track width. In order to reliably comply with the required low tolerances, measuring tracks must therefore be regularly checked and calibrated using measurement technology. This is time- and labor-intensive when using conventional measuring technology. For example, to check the flatness deviations, the height of each rail in the area of each rail fastening (i.e. at a distance of approximately 0.6 m - 0.9 m along the rail) must be recorded using a leveling device. Two people are required to carry out such a measurement. This is followed by measurements with track gauge measuring devices and coordinate measuring devices to record the straightness and parallelism of both rails.
  • Numerous devices for measuring the various geometric parameters of a track are known from the state of the art, the aim of which is to make a number of different parameters measurable using only one single device and in this way to simplify and accelerate the measuring processes.
  • DD265189A1 and EN 20 2014 004 017 U1 Frames that can be moved along the track and which carry a number of sensors or feelers for measuring various geometrical characteristics of a track (such as vertical height, track width, transverse and longitudinal inclinations).
  • these devices do not achieve the measurement accuracy required for measuring measuring tracks and are therefore only suitable for the metrological inspection of conventional tracks.
  • a measuring carriage which is designed as a frame that can be moved on the track, is used to set up a reference line between the measuring carriage and a track tamping leveling machine or another front carriage arranged between the measuring carriage and the track tamping leveling machine, which can be used to correct the height of a track sleeper at the location of the track tamping leveling machine.
  • a measuring rod is set up on the measuring carriage, with which the height deviations of the track sleeper relative to the reference line can be determined.
  • KR100737517B1 discloses a rail detection system for measuring the height and width of railway tracks by moving along the railway tracks. The system consists of a sensor part with a width measuring sensor for measuring the rail width, a height measuring sensor for measuring the rail height and an angle measuring sensor.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device and a method for recording geometric data of a track formed from two rails with a frame that can be moved on the track, which enable the calibration of measuring tracks for rail vehicles to be simplified and accelerated.
  • the use of laser trackers for recording geometric data of a measuring track should be made possible.
  • Such a leveling rod and such a reflector element form the target marks of two different measuring systems, by means of which - in a manner known per se - geometric measurement values or coordinates can be determined at the respective location occupied by the target mark.
  • Both the leveling rod and the reflector element therefore represent a measuring device in the sense of the present invention.
  • the invention enables the integration of both - known per se - measuring methods on a common console of the same measuring device, so that the measuring track to be calibrated can be measured in a simple manner using both methods without any modifications to the measuring device being necessary.
  • a detachable mounting device is understood to mean any mounting device in which the measuring device can be mounted or dismounted on the console or the measuring device carrier using simple handling means.
  • the invention enables the correlation of a first traceable measuring system, based on the use of a leveling rod, with a second, per se non-traceable measuring system, based on the use of a laser tracker, and thus enables a traceable measurement using a laser tracker through the correlation of both measuring systems.
  • the first receiving device for the leveling rod is preferably designed as a substantially horizontal support surface
  • the second receiving device for the reflector element according to a preferred embodiment is designed in the form of a spherical or concave depression or recess which is designed to accommodate a reflector element which is also spherical.
  • a measuring device carrier with a common reference base for two different measuring systems which enables the integration of both measuring systems, namely the measuring system of the laser tracker and the measuring system of the level, into a common generic device for recording the geometric data of the measuring track, so that any erroneous measured values of the first measuring system (laser tracker) can be correlated using the measurement data of the second measuring system (level) and thus subjected to correction.
  • integration of the target marks of both measuring systems on a common console of the same measuring device carrier enables data acquisition as such to be accelerated and simplified, since the target marks can be moved quickly and easily over the measuring track using the frame which can be moved on the rails.
  • the invention enables quasi-continuous measurement, which allows a significantly higher measurement point density and thus a significantly higher information content to be achieved without increasing the time and personnel expenditure than when using conventional measuring methods.
  • the measurement data determined using a device according to the invention enable the evaluation of additional features derived from the measurement data, such as the twisting of the track, for wheel contact lengths of almost any length.
  • At least one of the two measuring device carriers has means for aligning it with respect to one of the two rails of the measuring track.
  • the device according to the invention can be designed according to a first embodiment such that both measuring device carriers can be moved independently of one another relative to the frame and can be aligned with one of the two rails.
  • the first measuring device carrier is held on the frame in such a way that when the device is used as intended (i.e. when the frame is correctly placed on the rails of the measuring track) it is directed directly at a first rail of the measuring track. It is therefore sufficient to use the alignment means only for the second measuring device carrier.
  • the alignment means or means are designed such that the measuring device carrier is aligned along a first direction which extends at right angles to the longitudinal axes of both rails, and along a second direction which is directed at right angles and perpendicular to the running surface or surface of the rail head of the first and/or second rail.
  • a leveling device For measuring using the leveling system, a leveling device is provided which is placed on the rail to be measured in a known manner at a predetermined distance from the device according to the invention and is aligned with the leveling staff.
  • the leveling device therefore does not constitute a component of the invention claimed here in and of itself.
  • a laser tracker positioned in the spatial near field to the measuring track is also provided, which is also known in and of itself and is not a component of the invention.
  • the console is designed to alternately accommodate the leveling rod and reflector element.
  • the console carries either a leveling rod or a reflector element.
  • the measuring devices on the console must be converted, i.e. the leveling rod must be exchanged for a reflector element (or vice versa).
  • a parallel or simultaneous arrangement of both measuring devices on the same console is therefore provided, whereby such a change can be avoided.
  • each measuring device carrier has an arrangement of measuring elements, comprising at least a first measuring element that can be placed against the running surface of the rail head of a rail and a second measuring element that can be placed laterally on the inside of the rail head of the same rail.
  • the positioning movement of the first measuring element takes place essentially in a vertical direction from above against the running surface or surface of the rail head.
  • the positioning movement of the second measuring element takes place essentially in a horizontal direction. and perpendicular to the longitudinal extension of the rail.
  • the adjustment movements serve to establish contact between the measuring elements and the rail head of the respective rail of the measuring track to be tested.
  • the measuring elements are designed as measuring rollers. These are mounted in such a way that they roll on the rail during a movement of the frame and thus support a smooth and vibration-free movement.
  • the measuring elements can also be designed in the form of balls or as sliding pieces with a sliding surface adapted to the respective contour of the rail head in the area of contact.
  • the means for aligning the at least one measuring device carrier comprise a central element of the frame which is adjustable in length in a first direction perpendicular to the longitudinal direction of the track and a vertical guide at right angles thereto on one end face of this central element.
  • the relative distance of the second measuring device carrier in relation to the first measuring device carrier can be changed by means of the length adjustability of the central element.
  • the second measuring device carrier can be set to a position vertically above the second rail of the track to be measured, provided that the position of the first measuring device carrier in relation to the first rail of the same track is fixed.
  • the central element is preferably designed to be telescopic, for example in the form of an inner tube that is linearly guided in an outer sleeve and can be moved against a spring force.
  • the measuring device carrier(s) can be adjusted or brought closer to the surface of the rail head in a vertical direction.
  • the frame is formed from a central element which has a first arrangement of support elements on its front side oriented towards a first rail of the track for forming a first contact point on the first rail and on its second front side distally opposite thereto two support arms projecting essentially in opposite directions from the central longitudinal support with support elements for forming a second and third contact point on the second rail of the track.
  • the frame is mounted in a non-tilting manner in a three-point bearing on the two rails of the track to be measured.
  • the support elements are particularly preferably designed as support rollers. Like the measuring rollers mentioned above, these support rollers are mounted in such a way that they roll on the rail during a movement of the frame and thus support a jolt-free and vibration-free movement.
  • the support elements can also be designed in the form of balls or as sliding pieces with a sliding surface adapted to the respective contour of the rail head in the area of contact.
  • each support arm has an adjusting rod, the length of which can be adjusted using a knurled screw and the length-adjustable end of which is connected to a guide rod that guides the support arm.
  • the invention further relates to a method for detecting geometric data of a track formed from two rails according to claim 7.
  • a “single point measurement” is understood to mean that the device according to the invention is stopped during the movement on the measuring track at individual measuring points suitable as support points - for example at each location of a rail fastening - and the measurement is carried out there using the leveling device. This must be distinguished from the continuous measuring process in which the measuring points are generated by reflection of the laser beam emitted by the laser tracker on the reflector element during a continuous movement of the device according to the invention over the measuring track.
  • the correlation of the geometric data determined in both measurement runs is then carried out in a third process step.
  • the frame of the Figure 1 The device according to the invention shown comprises a central element (10) which is made up of an outer sleeve and an inner tube which is linearly guided or movable in this outer sleeve against a spring force.
  • a first and a second measuring device carrier (3, 4) are respectively attached to the two distal end faces of the outer sleeve and the inner tube. While the first measuring device carrier (3) is rigidly (i.e. in a non-adjustable manner) attached to the end face of the outer sleeve of the central element (10), the second measuring device carrier (4) is attached to the end face of the inner tube of the central element (10) via a linear guide which is adjustable in the vertical direction.
  • Both measuring device carriers (3, 4) each comprise an approximately horizontally aligned bracket (5) which each has a first detachable receiving device (51) in the form of a flat support surface for setting up a leveling rod (6) and a second detachable receiving device (52) in the form of a concave recess for receiving a spherical reflector element for reflecting a laser beam emitted by a laser tracker.
  • both measuring device carriers (3, 4) each comprise an arrangement of two measuring rollers (8, 9) aligned at right angles to one another, the first measuring roller (8) being designed to rest vertically against the running surface or surface of the rail head of a rail to be measured and the second measuring roller (9) being designed to rest horizontally against the running edge of the same rail head which is on the inside in relation to the track. While the first measuring device carrier (3) on the first end face of the frame is rigid (i.e. cannot be moved or displaced in relation to the central element), the measuring device carrier (4) opposite it on the second end face of the frame is designed to be adjustable in relation to the central element.
  • the means provided for aligning the second measuring device carrier (and thus also the second arrangement of measuring rollers) in the vertical direction include the aforementioned vertical guide, as well as the linear displacement of the inner tube in the outer sleeve of the central element in the horizontal direction.
  • the central element (10) of the frame also comprises two support arms (12) on the front side of the inner tube, which can be folded out in relation to the inner tube to form an opening angle ( ⁇ ), at the outer ends of which a pair of support rollers (14, 15) is arranged, which are designed to rest vertically and horizontally against the rail head of the rail to be measured.
  • each support arm (12) is guided linearly on the inner tube by means of a guide rod (16) and a slide.
  • each support arm (12) in relation to the central element (10) can be finely adjusted by means of an adjusting rod (17), the length of which can be adjusted by means of a knurled nut or similar and which is articulated to the guide rod (16) with its length-adjustable end.
  • the device according to the invention is thus placed on and supported with its first measuring device carrier (3) rigidly arranged on the frame on a first rail (1) of a track to be measured and can be supported with both support arms (12, 13) on the second rail (2) of the same track opposite it.
  • the second measuring device carrier (4) can be positioned both vertically and horizontally against the running surface or the running edge of the rail head of the second rail by means of the vertical slide and the inner tube which can be adjusted horizontally against the outer sleeve.
  • the opening angle ( ⁇ ) of both support arms (12) can be individually adjusted, in particular reduced, by means of the adjusting rod (17).

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises mit einem auf dem Gleis verfahrbaren Rahmengestell.
  • Werkstätten, in denen Schienenfahrzeuge neu hergestellt oder instandgehalten werden, verfügen oftmals über sogenannte "Meßgleise", auf denen die Schienenfahrzeuge vermessen werden. Im Unterschied zu den Streckengleisen, auf denen die Schienenfahrzeuge im produktiven Betrieb verkehren, sind solche Meßgleise als Prüfmittel eingestuft und unterliegen somit erhöhten Anforderungen hinsichtlich ihrer geometrischen Merkmale, wie z.B. Ebenheit, Geradheit, Parallelität und Spurweite. Zur zuverlässigen Einhaltung der geforderten geringen Toleranzen müssen Meßgleise deshalb regelmäßig meßtechnisch überprüft und kalibriert werden. Dies ist bei Anwendung gebräuchlicher Meßtechnik zeit- und arbeitsintensiv. So muß zur Überprüfung der Ebenheitsabweichungen beispielsweise die Höhenlage jeder Schiene im Bereich jeder Schienenbefestigung (d.h. in einem Abstand von circa 0,6 m - 0,9 m entlang der Schiene) mit einem Nivelliergerät erfasst werden. Zur Durchführung einer solchen Messung werden 2 Personen benötigt. Hieran schließen sich Messungen mit Spurweitenmeßgeräten sowie Koordinatenmeßgeräten zur Erfassung von Geradheit und Parallelität beider Schienen an.
  • Aus dem Stand der Technik sind zwar zahlreiche Vorrichtungen für die Vermessung der verschiedenen geometrischen Parameter eines Gleises bekannt, welche zum Ziel haben, eine Mehrzahl unterschiedlicher Parameter unter Anwendung von nur einer einzigen Vorrichtung meßbar zu machen und auf diese Weise die Meßvorgänge zu vereinfachen und zu beschleunigen. So offenbaren beispielsweise DD 265 189 A1 und DE 20 2014 004 017 U1 auf dem Gleis verfahrbare Rahmengestelle, welche eine Mehrzahl von Sensoren oder Fühler zur Messung verschiedener geometrischer Merkmale eines Gleises (wie z.B. Pfeilhöhe, Spurweite sowie Quer- und Längsneigungen) tragen. Allerdings erreichen diese Vorrichtungen nicht die für die Vermessung von Meßgleisen geforderten Meßgenauigkeiten und sind deshalb nur für die meßtechnische Überprüfung herkömmlicher Streckengleise geeignet. Dasselbe gilt für das aus DE 1 950 807 A bekannte Verfahren zum Nivellieren eines Gleises, bei dem mittels eines Messwagens, der als ein auf dem Gleis verfahrbares Rahmengestell ausgeführt ist, eine Bezugsgerade zwischen dem Messwagen und einer Gleisstopf-Nivelliermaschine bzw. einem weiteren zwischen Messwagen und Gleisstopf-Nivelliermaschine angeordneten Vorwagen aufgespannt wird, welche zur Korrektur der Höhenlage einer Gleisschwelle am Ort der Gleisstopf-Nivelliermaschine nutzbar ist. Hierzu ist auf dem Messwagen ein Messstab aufgestellt, mit dem die Höhenabweichungen der Gleisschwelle relativ zur Bezugsgerade bestimmbar sind. KR 100737517B1 offenbart ein Schienenerfassungssystem zum Messen der Höhe und Breite von Eisenbahnschienen durch Bewegung entlang der Eisenbahnschienen. Das System besteht aus einem Sensorteil mit einem Breitenmesssensor zur Messung der Schienenbreite, einem Höhenmesssensor zur Messung der Schienenhöhe und einem Winkelmesssensor.
  • Zur Vereinfachung der arbeits- und zeitaufwändigen Vermessungsarbeiten an den vorgenannten "Meßgleisen" wurde deshalb die Anwendung von Lasertrackern in Erwägung gezogen, mittels denen die räumlichen Koordinaten von entlang des Meßgleises angeordneten Meßpunkten bzw. Reflektorelementen erfassbar sind. Ein möglicher Ansatz zur Vereinfachung und Beschleunigung der Meßvorgänge ist deshalb die Verwendung eines Lasertrackers mit integrierter Nivellierung. Allerdings hat sich in der Praxis herausgestellt, daß diese bei Meßbereichslängen von mindestens 30 Metern, wie sie bei der Überprüfung und Kalibrierung eines Meßgleises typischerweise zu realisieren sind, die in den Normen vorgeschriebene maximal zulässige Meßunsicherheit nicht einhalten. Zudem wirken sich Änderungen in der Umgebungstemperatur, wie sie in der betrieblichen Umgebung von Meßgleisen auch während des Meß- und Kalibrierungsvorgangs nicht verhindert werden können, sehr negativ auf die Stabilität des Objektkoordinatensystems aus (sog. "Gerätedrift"). Somit hat sich der Einsatz von Lasertrackern mit integrierter Nivellierung für die Kalibrierung von Meßgleisen als nicht tauglich erwiesen. Ein wesentlicher Nachteil besteht auch darin, dass es weder Normen noch ein Normal zur Kalibrierung von Lasertrackern gibt. Somit ist eine mittels eines Lasertrackers durchgeführte nivellierte Messung nicht rückführbar. Die Eignung eines Meßgleises zur Durchführung von Konformitätsbewertungen setzt jedoch zwingend voraus, dass die Korrektheit der mittels dieses Meßgleises ermittelten Meßergebnisse sichergestellt ist. Somit ist die Verwendung eines Lasertrackers für Messungen, auf denen spätere Konformitätsbewertungen basieren, gemäß Stand der Technik ausgeschlossen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises mit einem auf dem Gleis verfahrbaren Rahmengestell bereitzustellen, welche eine Vereinfachung und Beschleunigung der Kalibrierung von Meßgleisen für Schienenfahrzeuge ermöglichen. Insbesondere soll die Verwendung von Lasertrackern für die Erfassung von geometrischen Daten eines Meßgleises ermöglicht werden.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst.
  • Eine solche Nivellierlatte und ein solches Reflektorelement bilden die Zielmarken zweier unterschiedlicher Meßsysteme aus, mittels denen - in an sich bekannter Weise - geometrische Meßwerte bzw. Koordinaten am jeweiligen von der Zielmarke eingenommenen Ort ermittelbar sind. Somit stellen sowohl Nivellierlatte als auch Reflektorelement ein Meßmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung dar. Die Erfindung ermöglicht die Integration beider - an sich bekannter - Meßverfahren auf einer gemeinsamen Konsole derselben Meßvorrichtung, so dass das zu kalibrierende Meßgleis in einfacher Weise mittels beider Verfahren vermessbar ist, ohne dass hierfür Umbauten an der Meßvorrichtung notwendig wären. Unter einer lösbaren Aufnahmevorrichtung ist im Kontext dieser Erfindung jede Aufnahmevorrichtung zu verstehen, bei der das Meßmittel mittels einfacher Handhabungsmittel auf der Konsole bzw. dem Meßmittel-Träger montierbar oder demontierbar ist. Die Erfindung ermöglicht auf diese Weise die Korrelation eines ersten rückführbaren Meßsystems, basierend auf der Verwendung einer Nivellierlatte, mit einem zweiten, für sich genommen nicht-rückführbaren Meßsystem, basierend auf der Verwendung eines Lasertrackers, und ermöglicht somit durch die Korrelation beider Meßsysteme eine rückführbare Messung unter Verwendung eines Lasertrackers. Die erste Aufnahmevorrichtung für die Nivellierlatte ist bevorzugt als eine im Wesentlichen horizontale Aufstandsfläche ausgebildet, während die zweite Aufnahmevorrichtung für das Reflektorelement gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante in Form einer kugelförmigen bzw. konkaven Eintiefung bzw. Ausnehmung ausgeführt ist, welche zur Aufnahme eines ebenfalls kugelförmigen Reflektorelements eingerichtet ist. Auf diese Weise wird ein Meßmittel-Träger mit einer gemeinsamen Bezugs-Basis für zwei unterschiedliche Meßsysteme bereit gestellt, welcher die Integration beider Meßsysteme, nämlich das Meßsystem des Lasertrackers und das Meßsystem des Nivelliers, in eine gemeinsame gattungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung der geometrischen Daten des Meßgleises ermöglicht, so dass eventuelle fehlerbehaftete Meßwerte des ersten Meßsystems (Lasertracker) mittels der Meßdaten des zweiten Meßsystems (Nivellier) korrelierbar und somit einer Korrektur unterziehbar sind. Zudem ermöglicht eine solche Integration der Zielmarken beider Meßsysteme auf einer gemeinsamen Konsole des selben Meßmittel-Trägers eine Beschleunigung und Vereinfachung der Datenerfassung als solcher, da die Zielmarken zügig und einfach mittels des auf den Schienen verfahrbaren Rahmengestells über das Meßgleis bewegbar sind. Auf diese Weise ermöglicht die Erfindung eine quasikontinuierliche Messung, mit der sich ohne Ausweitung des zeitlichen und personellen Aufwandes eine deutlich höhere Meßpunktdichte und somit auch ein deutlich höher Informationsgehalt realisieren läßt, als bei Anwendung herkömmlicher Meßverfahren. Zudem ermöglichen die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ermittelten Meßdaten die Auswertung zusätzlicher aus den Meßdaten abgeleiteter Merkmale, wie z.B. die Verwindung des Gleises, für Radaufstandslängen von nahezu beliebiger Länge.
  • Zudem weist mindestens einer der beiden Meßmittel-Träger Mittel zu dessen Ausrichtung in Bezug auf eine der beiden Schienen des Meßgleises auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann hierbei gemäß einer ersten Ausführungsvariante derart ausgeführt sein, daß beide Meßmittel-Träger unabhängig voneinander relativ zum Rahmengestell verschiebbar und auf jeweils eine der beiden Schienen ausrichtbar sind. Gemäß einer zweiten und besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist jedoch vorgesehen, daß der erste Meßmittel-Träger derart am Rahmengestell gehalten ist, daß er beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Vorrichtung (d.h. bei korrektem Aufsetzen des Rahmengestells auf die Schienen des Meßgleises) direkt auf eine erste Schiene des Meßgleises gerichtet ist. Somit ist es ausreichend, das Ausrichtungs-Mittel nur für den zweiten Meßmittel-Träger vorzusehen. In beiden Ausführungsvarianten sind das bzw. die Ausrichtungs-Mittel derart ausgebildet, daß eine Ausrichtung des Meßmittel-Trägers entlang einer ersten Richtung erfolgt, welche sich rechtwinklig zu den Längsachsen beider Schienen erstreckt, sowie entlang einer zweiten Richtung, welche hierzu rechtwinklig und lotrecht auf die Lauffläche bzw. Oberfläche des Schienenkopfes der ersten und / oder zweiten Schiene gerichtet ist.
  • Zur Messung mittels des Nivelliersystems ist ein Nivelliergerät vorgesehen, welches in bekannter Weise in einem vorgegebenen Abstand zur erfindungsgemäßen Vorrichtung auf die zu messende Schiene aufgesetzt und auf die Nivellierlatte ausgerichtet wird. Das Nivelliergerät stellt somit - für sich genommen - keinen Bestandteil der hier beanspruchten Erfindung dar. Zur Messung mittels des Lasertrackers ist zudem ein im räumlichen Nahfeld zum Meßgleis positionierter Lasertracker vorgesehen, welcher für sich genommen ebenfalls bekannt und kein Bestandteil der Erfindung ist.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfinderischen Grundkonzepts ist die Konsole zur wechselweisen Aufnahme von Nivellierlatte und Reflektorelement eingerichtet. Dies bedeutet, daß die Konsole entweder eine Nivellierlatte oder ein Reflektorelement trägt. Dies hat den Vorteil, daß die Konsole geringere Abmessungen aufweist. Allerdings ist zur Durchführung der Kalibrierung ein Umbau der Meßmittel auf der Konsole, d.h. ein Austauschen der Nivellierlatte gegen ein Reflektorelement (bzw. umgekehrt), erforderlich. Gemäß einer hierzu alternativen zweiten Ausführungsform ist deshalb eine parallele bzw. gleichzeitige Anordnung beider Meßmittel auf derselben Konsole vorgesehen, wodurch ein solcher Wechsel vermeidbar ist.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der erfinderischen Grundidee weist jeder Meßmittel-Träger eine Anordnung von Meßelementen auf, umfassend mindestens ein erstes gegen die Lauffläche des Schienenkopfes einer Schiene anstellbares Meßelement sowie ein zweites seitlich an die Innenseite des Schienenkopfes derselben Schiene anstellbares Meßelement. Die Anstellbewegung des ersten Meßelements erfolgt im Wesentlichen in einer vertikalen Richtung von oben gegen die Lauffläche bzw. Oberfläche des Schienenkopfes. Die Anstellbewegung des zweiten Meßelements erfolgt im Wesentlichen in einer horizontalen und zur Längserstreckung der Schiene rechtwinkligen Richtung. Die Anstellbewegungen dienen zur Herstellung eines Berührkontakts der Meßelemente mit dem Schienenkopf der jeweiligen zu prüfenden Schiene des Meßgleises. Auf diese Weise wird nicht nur eine Art "mechanischer Anschlag" für die korrekte Ausrichtung des Meßmittel-Trägers in Bezug auf die jeweilige Schiene realisiert, sondern es ist auch durch Auswerten des relativen Abstandes beider Meßmittel-Träger bzw. deren Meßelement nach Abschluß der horizontalen Anstellbewegung eine zusätzliche meßtechnische Erfassung der Spurweite des Meßgleises möglich. Die Anstellbarkeit des ersten Meßelements in vertikaler Richtung erlaubt die Messung von Höhenmaßen der Schienen, welche beispielsweise zur Ermittlung der Verwindung des Meßgleises auswertbar sind.
  • In bevorzugter Weise sind hierbei die Meßelemente als Meßrollen ausgeführt. Diese sind derart gelagert, daß sie während einer Verfahrbewegung des Rahmengestells auf der Schiene abrollen und somit eine ruckfreie und erschütterungsfreie Verfahrbewegung unterstützen. Hierzu alternativ ist auch eine Ausführung der Meßelemente in Form von Kugeln oder als Gleitstücke mit einer an die jeweilige Kontur des Schienenkopfs im Bereich des Berührkontakts angepassten Gleitfläche möglich.
  • In erfindungsgemäßer Weise umfassen die Mittel zur Ausrichtung des mindestens einen Meßmittel-Trägers ein in einer ersten zur Längsrichtung des Gleises senkrechten Richtung längenverstellbares Zentralelement des Rahmengestells sowie eine hierzu rechtwinklige Vertikalführung an einer Stirnseite dieses Zentralelements.
  • Mittels der Längenverstellbarkeit des Zentralelements ist der relative Abstand des zweiten Meßmittel-Trägers in Bezug auf den ersten Meßmittel-Träger veränderbar. Insbesondere kann der zweite Meßmittel-Träger auf eine Position vertikal oberhalb der zweiten Schiene des zu messenden Gleises eingestellt werden, sofern die Position des ersten Meßmittel-Trägers in Bezug auf die erste Schiene desselben Gleises fixiert ist. Hierbei ist das Zentralelement in bevorzugter Weise teleskopierbar ausgeführt, beispielsweise in Form eines in einer Außenhülse linear geführten und gegen eine Federkraft bewegbaren Innenrohres.
  • Mittels der Vertikalführung an der Stirnseite des Zentralelements sind der bzw. beide Meßmittel-Träger in vertikaler Richtung gegen die Oberfläche des Schienenkopfes anstellbar bzw. annäherbar.
  • In hierbei bevorzugter Weise ist das Rahmengestell aus einem Zentralelement gebildet, das an seiner zu einer ersten Schiene des Gleises orientierten Stirnseite eine erste Anordnung von Stützelementen zur Ausbildung eines ersten Aufstandspunktes auf der ersten Schiene aufweist sowie an seiner hierzu distal entgegengesetzten zweiten Stirnseite zwei im Wesentlichen in zueinander entgegengesetzter Richtung vom zentralen Längsträger abstehende Stützarme mit Stützelementen zur Ausbildung eines zweiten und dritten Aufstandspunktes auf der zweiten Schiene des Gleises aufweist. Auf diese Weise ist das Rahmengestell in unverkippbarer Weise in einer Dreipunkt-Lagerung auf den beiden Schienen des zu vermessenden Gleises gelagert. Mittels der vorgenannten Vertikalführung an der Stirnseite des Zentralelementes kann der vertikale Abstand des zweiten Meßmittel-Trägers in Bezug auf den Schienenkopf der zweiten Schiene variiert bzw. eingestellt werden, so daß im Zusammenwirken mit den beiden Stützarmen keine statische Überbestimmtheit eintritt.
  • In besonders bevorzugter Weise sind die Stützelemente als Stützrollen ausgeführt. Analog wie die oben genannten Meßrollen sind auch diese Stützrollen derart gelagert, daß sie während einer Verfahrbewegung des Rahmengestells auf der Schiene abrollen und somit eine ruckfreie und erschütterungsfreie Verfahrbewegung unterstützen. Hierzu alternativ ist auch eine Ausführung der Stützelemente in Form von Kugeln oder als Gleitstücke mit einer an die jeweilige Kontur des Schienenkopfs im Bereich des Berührkontakts angepassten Gleitfläche möglich.
  • Hierbei ist von besonderem Vorteil, wenn der Öffnungswinkel zwischen dem mindestens einen Stützarm und dem Zentralelement justierbar ist. Hierzu verfügt jeder Stützarm über eine Justierstange, deren Länge mittels einer Rändelschraube verstellbar ist und deren längenverstellbares Ende an einer den Stützarm führenden Führungsstange angelenkt ist. Durch eine solche Einstellbarkeit des Öffnungswinkels kann insbesondere eine statische Überbestimmung zwischen den am Schienenkopf in horizontaler Richtung anstellbaren Stützelementen und dem am selben Schienenkopf in ebenfalls horizontaler Richtung anstellbaren Meßelement vermieden werden, in dem bei Anliegen des Meßelementes gegen den Schienenkopf die Öffnungswinkel beider Stützarme derart reduziert werden, dass die Stützelemente ein geringes Maß an horizontalem Spiel in Bezug auf den Schienenkopf aufweisen. Auf diese Weise werden ein Schwergang bzw. Verklemmen der Vorrichtung während des Verfahrens über das Meßgleis mit gegen die Schienenköpfe in horizontaler Richtung anliegenden Meßelementen vermieden.
  • Die Erfindung betrifft ferner auch ein Verfahren zur Erfassung von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises gemäß Anspruch 7.
  • Da bei der Messung mit einem Lasertracker die Reduzierung der benötigten Meßzeiten von großer Bedeutung für die Stabilisierung des Meßsystems gegenüber Umwelteinflüssen ist, hat es sich als sehr sinnvoll herausgestellt, die Messung aufzuteilen in einen ersten Meßdurchgang, bei dem die mit einer Nivellierlatte ausgestattete erfindungsgemäße Vorrichtung im Einzelpunkt-Verfahren zur Erfassung von geometrischen Daten über das Meßgleis bewegt wird, sowie in einen zweiten Meßdurchgang, bei dem die mit einem Reflektorelement ausgestattete erfindungsgemäße Vorrichtung in einem kontinuierlichen Messverfahren zur Erfassung von geometrischen Daten über das Meßgleis bewegt wird. Unter einer "Einzelpunktmessung" wird in diesem Zusammenhang verstanden, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung während der Fahrbewegung auf dem Meßgleis an einzelnen als Stützstellen geeigneten Einzel-Meßpunkten - beispielsweise an jedem Ort einer Schienenbefestigung - angehalten und dort jeweils die Messung mittels des Nivelliergeräts durchgeführt wird. Hiervon zu unterscheiden ist das kontinuierliche Meßverfahren, bei dem die Meßpunkte durch Reflektion des vom Lasertracker ausgesandten Laserstrahls am Reflektorelement während einer kontinuierlichen Bewegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung über das Meßgleis erzeugt werden.
  • Die Korrelation der in beiden Meßdurchgängen ermittelten geometrischen Daten erfolgt dann in einem dritten Verfahrensschritt.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und dazugehöriger Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
    • Figur 1: perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
    • Figur 2: Darstellung des Details "A" des zweiten Meßmittel-Trägers
  • Das Rahmengestell der in Figur 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst ein Zentralelement (10), welches aus einer Außenhülse und einem in dieser Außenhülse linear gegen eine Federkraft geführtes bzw. bewegbares Innenrohr aufgebaut. An den beiden distalen Stirnseiten von Außenhülse bzw. Innenrohr sind jeweils ein erster bzw. zweiter Meßmittel-Träger (3, 4) angebracht. Während der erste Meßmittel-Träger (3) starr (d.h. in nicht verstellbarer Weise) an der Stirnseite der Außenhülse des Zentralelements (10) angebracht ist, ist der zweite Meßmittel-Träger (4) über eine in vertikaler Richtung verstellbare Linearführung an der Stirnseite des Innenrohr des Zentralelements (10) angebracht. Beide Meßmittel-Träger (3, 4) umfassen zum einen jeweils eine in etwa horizontal ausgerichtete Konsole (5), welche jeweils eine erste lösbaren Aufnahmevorrichtung (51) in Form einer ebenen Aufstandsfläche zum Aufstellen einer Nivellierlatte (6) sowie eine zweite lösbare Aufnahmevorrichtung (52) in Form einer konkaven Eintiefung zur Aufnahme eines kugelförmiges Reflektorelements zur Reflexion eines von einem Lasertracker ausgesendeten Laserstrahls aufweist. Zum anderen umfassen beide Meßmittel-Träger (3, 4) jeweils eine Anordnung von zwei zueinander rechtwinklig ausgerichteten Meßrollen (8, 9), wobei die erste Meßrolle (8) zur Anlage in vertikaler Richtung gegen die Lauffläche bzw. Oberfläche des Schienenkopfs einer zu vermessenden Schiene eingerichtet und die zweite Meßrolle (9) zur Anlage in horizontaler Richtung gegen die in Bezug auf das Gleis innenliegende Fahrkante desselben Schienenkopfs eingerichtet sind. Während der erste Meßmittel-Träger (3) an der ersten Stirnseite des Rahmengestells starr (d.h. in Bezug auf das Zentralelement nicht verschiebbar bzw. verlagerbar) ausgeführt ist, ist der hierzu gegenüberliegende Meßmittel-Träger (4) an der zweiten Stirnseite des Rahmengestells in Bezug auf dieses verstellbar ausgeführt. Die hierzu vorgesehenen Mittel zur Ausrichtung des zweiten Meßmittel-Trägers (und damit auch der zweiten Anordnung von Meßrollen) in vertikaler Richtung umfassen die vorgenannte Vertikalführung, sowie in horizontaler Richtung die lineare Verschiebbarkeit des Innenrohrs in der Außenhülse des Zentralelements. Die Konsolen (5) beider Meßmittel-Träger sind derart angeordnet, dass ihre zur Aufnahme der Nivellierlatte bzw. des Reflektorelements vorgesehenen ersten und zweiten Aufnahmevorrichtungen (51, 52) vertikal oberhalb der tiefer liegenden ersten Meßrolle (8) ausgerichtet sind. Details zum Aufbau des Meßmittel-Trägers und dessen Vertikalführung sind in Figur 2 (= Detail "A") dargestellt.
  • Das Zentralelement (10) des Rahmengestells umfasst des weiteren an der Stirnseite des Innenrohrs zwei in Bezug auf das Innenrohr unter Ausbildung jeweils eines Öffnungswinkels (α) ausklappbare Stützarme (12), an deren außenliegenden Enden jeweils ein Paar von Stützrollen (14, 15) angeordnet ist, welche zur vertikalen und horizontalen Anlage gegen den Schienenkopf der zu vermessenden Schiene eingerichtet sind. Jeder Stützarm (12) ist zur Erhöhung der Stabilität mittels einer Führungsstange (16) und einem Schlitten am Innenrohr linear geführt. Mittels einer Justierstange (17), deren Länge mittels einer Rändelmutter o.ä. verstellbar ist und die mit ihrem längenveränderlichen Ende an der Führungsstange (16) angelenkt ist, kann der Öffnungswinkel (α) jedes Stützarms (12) in Bezug auf das Zentralelement (10) feinjustiert werden. Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese somit mit ihrem ersten starr am Rahmengestell angeordneten Meßmittel-Träger (3) auf einer ersten Schiene (1) eines zu vermessenden Gleises auf- und angelegt und mit beiden Stützarmen (12, 13) auf der hierzu gegenüberliegenden zweiten Schiene (2) desselben Gleises abstützbar. Der zweite Meßmittel-Träger (4) ist mittels des Vertikalschlittens und des horizontal gegen die Außenhülse verstellbaren Innenrohres sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung gegen die Lauffläche bzw. die Fahrkante des Schienenkopfs der zweiten Schiene anstellbar. Zur Vermeidung einer statischen Überbestimmung bei einem solchermaßen gegen die zweite Schiene angestellten Meßmittel-Trägers (4) bzw. dessen Meßrollen (8, 9) ist der Öffnungswinkel (α) beider Stützarme (12) individuell jeweils mittels der Justierstange (17) verstellbar, insbesondere reduzierbar.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1, 2
    Schienen
    3,4
    Meßmittel-Träger
    5
    Konsole
    51
    Aufnahmevorrichtung für Nivellierlatte
    52
    Aufnahmevorrichtung für Reflektorelement
    6
    Nivelierlatte
    7
    Reflektorelement
    8
    erste Meßrolle
    9
    zweite Meßrolle
    10
    Zentralelement des Rahmengestells
    11
    Vertikalführung
    12
    Stützarm
    14, 15
    Stützrollen
    16
    Führungsstange
    17
    Justierstange
    L
    Längsrichtung des Gleises
    α
    Öffnungswinkel

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Erfassung von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen (1, 2) gebildeten Gleises mit einem auf dem Gleis verfahrbaren Rahmengestell,
    wobei die Vorrichtung einen ersten und einen zweiten, jeweils am Rahmengestell gehaltenen Meßmittel-Träger (3, 4) sowie Mittel zur Ausrichtung mindestens eines der beiden Meßmittel-Träger in Bezug auf eine der beiden Schienen (1,2) umfasst, wobei jeder Meßmittel-Träger (3, 4) eine Konsole (5) aufweist, welche eine erste lösbare Aufnahmevorrichtung (51), welche zur Aufnahme einer Nivellierlatte (6) eingerichtet ist, sowie eine zweite lösbare Aufnahmevorrichtung (52), welche zur Aufnahme eines zur Reflexion eines Laserstrahls eingerichteten Reflektorelements (7) eingerichtet ist, aufweist.
  2. Vorrichtung zur Erfassung von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Meßmittel-Träger (3, 4) eine Anordnung von Meßelementen aufweist, umfassend mindestens ein erstes gegen die Lauffläche des Schienenkopfes einer Schiene anstellbares Meßelement sowie ein zweites seitlich an die Innenseite des Schienenkopfes derselben Schiene anstellbares Meßelement.
  3. Vorrichtung zur Aufnahme von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßelemente als Meßrollen (8, 9) ausgeführt sind.
  4. Vorrichtung zur Aufnahme von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Ausrichtung des mindestens einen Meßmittel-Trägers ein in einer ersten zur Längsrichtung (L) des Gleises senkrechten Richtung längenverstellbares Zentralelement (10) des Rahmengestells sowie eine hierzu rechtwinklige Vertikalführung (11) an einer Stirnseite dieses Zentralelements (10) umfassen.
  5. Vorrichtung zur Aufnahme von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralelement (10) an seiner zu einer ersten Schiene (1) des Gleises orientierten Stirnseite eine erste Anordnung von Stützelementen zur Ausbildung eines ersten Aufstandspunktes auf der ersten Schiene aufweist sowie an seiner hierzu distal entgegengesetzten zweiten Stirnseite zwei im Wesentlichen in zueinander entgegengesetzter Richtung vom zentralen Längsträger (10) abstehende Stützarme (12) mit Stützelementen (14, 15) zur Ausbildung eines zweiten und dritten Aufstandspunktes auf der zweiten Schiene (2) des Gleises aufweist.
  6. Vorrichtung zur Aufnahme von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (α) zwischen dem mindestens einen Stützarm (12) und dem Zentralelement (10) justierbar ist.
  7. Verfahren zur Erfassung von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises mittels einer Vorrichtung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
    ▪ in einem ersten Verfahrensschritt die Vorrichtung mit einer auf der ersten lösbaren Aufnahmevorrichtung (51) der Konsole (5) des ersten und / oder zweiten Meßmittel-Trägers (3, 4) aufgesetzten Nivellierlatte (6) entlang einer Meßstrecke über das Gleis bewegt wird, wobei der erste und / oder zweite Meßmittel-Träger (3, 4) derart in Bezug auf eine der beiden Schienen (1, 2) ausgerichtet ist, dass die mindestens eine Konsole (5) vertikal oberhalb des Schienenkopfs angeordnet ist, sowie mittels eines die Nivellierlatte (6) anvisierenden Nivelliergeräts eine erste Menge von Höhenstützstellen an diskreten Positionen entlang der Meßstrecke ermittelt wird,
    ▪ in einem zweiten Verfahrensschritt die Vorrichtung mit einem auf der zweiten Aufnahmevorrichtung (52) der Konsole (5) desselben Meßmittel-Trägers aufgesetzten Reflektorelement (7) entlang derselben Meßstrecke über das Gleis bewegt wird und mittels eines auf das Reflektorelement (7) gerichteten Lasertrackers eine zweite Menge von Meßpunkten an denselben Positionen der Meßstrecke ermittelt wird,
    ▪ sowie in einem dritten Verfahrensschritt für jede Position entlang der Meßstrecke die Meßpunkte der zweiten Menge mit den Höhenstützstellen der ersten Menge korreliert werden.
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