EP1582429A1

EP1582429A1 - Method for inspection and assessment of an overrun geometry of track components

Info

Publication number: EP1582429A1
Application number: EP05000969A
Authority: EP
Inventors: Dirk Nicklisch; Volkmar Sauer
Original assignee: DB Netz AG; Deutsche Bahn AG
Current assignee: DB Netz AG
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: EP1582429B1; ES2298869T3; DK1582429T3; DE102004016828A1; DE502005003043D1; ATE388071T1

Abstract

The method for the testing and evaluating of an overrun geometry of track components entails determining directly or indirectly in a fixed space system of coordinates a spatial progression of a path of a wheel provided with a reference wheel profile when rolling over the subject track section and then evaluating it with regard to its dynamic impacts. A measuring roller (1) guided in a measurement base (2) orientated parallel to the plane of the track is moved over a track component to indicate a vertical movement over the roll path.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung und Beurteilung einer Geometrie von Gleisbauteilen von Schienenverkehrswegen in einem Bereich, in dem diese Gleisbauteile von Rädern von Schienenfahrzeugen berührt werden, einer sog. Überlaufgeometrie.
Zur Gewährleistung eines sicheren und wirtschaftlichen Bahnbetriebes müssen Gleisbauteile - wie beispielsweise Herzstücke in Weichen, Schienenauszüge o.ä. - bezüglich ihres geometrischen Zustandes einer regelmäßigen Inspektion und im Bedarfsfall einer Instandsetzung unterzogen werden, so dass eine weitere Schädigung bzw. ein Versagen des Bauteils bis zur nachfolgenden Inspektion auszuschließen ist. Für eine im Vorfeld der Instandsetzung durchzuführende schweißtechnische Arbeitsaufnahme müssen Abweichungen von einer vorgegebenen Sollgeometrie (beispielsweise Ausfahrungen an Herzstück und Flügelschiene) gemessen werden, um daraus notwendige Korrekturmaßnahmen ableiten zu können.
Im Stand der Technik gemäß Fig. 1 umfasst eine Prüfung der Überlaufgeometrie lediglich eine Prüfung und Beurteilung einer Herzstückrampe und einer Herzstück-Spitze 7 unter Verwendung einfacher Messmittel (Lineal, M esskeil oder Messpunkttaster). Hierbei zeigt Fig. 1a die Verwendung eines Messpunkttasters 9, Fig. 1 b eines Lineals 10 sowie Fig. 1 c einer Herzstückmesslehre 11. Zusätzlich wird eine Höhendifferenz zwischen der Oberkante von Herzstück und einer Flügelschiene 6 in einem Querschnitt "L1", einem theoretischen Radüberlauf, und "L" mit Hilfe einer Herzstückmesslehre gemessen.
Nachteil dieser Messverfahren ist jedoch, dass diese ungenau, zeitraubend und stark von subjektiven Einflüssen von bedienendem und auswertendem Personal geprägt sind. Desweiteren kann aus erfassten Messgrößen nur unzureichend auf dynamische Auswirkungen von festgestellten Abweichungen von der Sollgeometrie geschlossen werden, da die Herzstückrampe nur punktuell erfasst wird und sich eine tatsächliche vertikale Bewegung eines Rades aufgrund einer Profilgeometrie von Rad und Schiene deutlich von dem mittels Bezug auf eine Schienenoberkante erfassten Rampenverlauf unterscheiden kann. The invention relates to a method for testing and assessing a geometry of track components of rail traffic routes in an area in which these track components are touched by wheels of rail vehicles, a so-called. Overflow geometry.
To ensure safe and economical railway operation track components - such as frogs in points, rail extensions o.ä. - be subjected to a regular inspection and, if necessary, a repair with regard to their geometric condition, so that further damage or failure of the component can be ruled out until the subsequent inspection. Deviations from a given target geometry (for example, extensions on the frog and wing rail) must be measured in order to be able to derive necessary corrective measures.
In the state of the art according to FIG. 1 , a check of the overflow geometry comprises only a check and evaluation of a frog ramp and a frog point 7 using simple measuring means (ruler, wedge or point probe). 1a shows the use of a measuring point probe 9, FIG. 1b of a ruler 10 and FIG. 1c of a heart gauge 11. In addition, a height difference between the upper edge of the frog and a wing rail 6 in a cross section "L1", a theoretical wheel overflow , and "L" measured by means of a heart rate gauge.
The disadvantage of these measuring methods, however, is that they are inaccurate, time-consuming and heavily influenced by the subjective influences of operating and evaluating personnel. Furthermore, it can be inferred from detected measured variables insufficiently on dynamic effects of observed deviations from the desired geometry, since the heart piece ramp is detected only selectively and an actual vertical movement of a wheel due to a profile geometry of the wheel and rail clearly from the detected by reference to a rail top Ramp history can differ.

Aus DE 24 60 618 A1 ist ein fahrbares Gerät zur Messung einer Gleislage, d.h. der Höhenlage und der Spurweite eines Gleises, bekannt. Hierbei rollt ein Fahrgestellrahmen auf insgesamt drei Gleisrollen bzw. Rädern über das Gleis. Die Höhenlage des Gleises wird mit Hilfe eines auf dem Fahrgestellrahmen angebrachten Theodoliten, die Spurweite über einen verstellbaren Ausleger des Fahrgestellrahmens ermittelt. Eine Prüfung und Beurteilung einer Geometrie von einzelnen Gleisbauteilen ist mit diesem Gerät jedoch nicht möglich.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Nachteile des Standes der Technik bei der Beurteilung der Überlaufgeometrie von Gleisbauteilen gelöst werden.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Hauptanspruches erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Hierbei wird der räumliche Verlauf der Bahnkurve eines mit einem Referenzradprofil versehenen Rades beim Überrollen des jeweiligen Gleisbauteils in einem raumfesten Koordinatensystem direkt oder indirekt bestimmt und anschließend hinsichtlich seiner dynamischen Auswirkungen bewertet.
Vorteil ist hierbei, dass die Aussagekraft der Prüfung des geometrischen Zustandes durch die erfindungsgemäße Bestimmung der Vertikalbewegung eines das Bauteil überrollenden Rades in einem raumfesten Koordinatensystem und deren anschließende computergestützte Bewertung wesentlich verbessert und objektiviert wird. Insbesondere wird eine gegenüber dem Stand der Technik höhere Messgenauigkeit bei gleichzeitig höherer Messgeschwindigkeit erzielt. Dabei wird erstmals der gesamte Bereich der konstruktiv bedingten Absenkung und anschließenden Anhebung des Rades (Flügelschienenknick bis K-Punkt) kontinuierlich erfasst und beurteilt. Zudem ist es nun möglich, auch die Auswirkungen des Querprofilverschleißes von Flügelschiene und/oder Herzstück auf den Radüberlauf zu bestimmen.
Untersuchungen haben gezeigt, dass ein direkter Zusammenhang zwischen der vertikalen Radbewegung und den auftretenden Kräften zwischen Rad und Schiene und damit weiterführend der Bauteilschädigung besteht. Für die Größe der Kräfte ist dabei nicht nur die Amplitude der Vertikalbewegung des R adschwerpunktes, sondern auch der Anstieg und die Krümmung seiner Bahnkurve entscheidend. Daher müssen für diese Größen entsprechende Eingriffsschwellen für die Instandsetzung vorgegeben werden, siehe Fig. 2. Die konkrete Festlegung der Eingriffsschwellen wird von zahlreichen Randbedingungen beeinflusst und muss auf der Basis einer technischen und wirtschaftlichen Analyse durch den Infrastrukturbetreiber erfolgen.
Anspruch 2 beinhaltet ein zu Anspruch 1 reziprokes Verfahren. Hierbei wird ein Verschleißzustand von Rädern von Schienenfahrzeugen ermittelt, indem der räumliche Verlauf der Bahnkurve des jeweiligen Rades beim Überrollen eines Referenzgleisbauteils in einem raumfesten Koordinatensystem direkt oder indirekt bestimmt und anschließend hinsichtlich seiner dynamischen Auswirkungen bewertet wird. Mit diesem Verfahren kann vorteilhaft auch der Verschleißzustand von Räder von Messmitteln ermittelt werden, die über einen Gleiskörper bewegt werden, insbesondere von dem mit dem Referenzradprofil versehenen Rad aus Anspruch 1.
Die erfindungsgemäße Bestimmung der vertikalen Bahnkurve des Rades erfolgt unter Verwendung eines geeigneten Referenzradprofils, das in einer definierten Position (z.B. Radsatzmittelstellung) über das Bauteil geführt wird. Dies kann sowohl direkt (Messen der Vertikalbewegung) als auch indirekt (rechnerisch) geschehen, wobei für die Berechnung der vertikalen Radbewegung die vorherige Messung der wegveränderlichen Querprofile des Gleisbauteiles in einem raumfesten Referenzsystem notwendig ist.
Nach Anspruch 3 wird bei einer direkten mechanischen Abtastung der Geometrie des Gleises eine in einer parallel zur Gleisebene ausgerichteten Messbasis vertikal und horizontal bewegliche Messrolle mit der Form des Referenzradprofils über den Bereich der möglichen vertikalen Absenkung geführt. Der Absenkungsverlauf der Messrolle über dem Rollweg wird dabei kontinuierlich erfasst und im Anschluss mit Hilfe einer Auswertesoftware bewertet. Bei großen erforderlichen Stützweiten der Messbasis ist ggf. eine Möglichkeit zur Kompensation der Durchbiegung der Messbasis vorzusehen, insbesondere eine "optische Sehne".
Nach Anspruch 4 wird bei einem indirekten Verfahren eine Vermessung d er Querprofile des Gleisbauteils mit anschließender Berechnung der Vertikalbewegung des Referenzrades durchgeführt. Dabei müssen die gemessenen Querprofile unbedingt in einem gemeinsamen raumfesten Bezugssystem angegeben werden. Dies kann z.B. durch einen parallel zur Gleisebene ausgerichteten Messrahmen, auf den ein in Längsrichtung verschiebbares Profilmessgerät aufgesetzt wird, sichergestellt werden. Darüber hinaus ist auch eine optische Vermessung der Querprofile mittels Laser-Lichtschnitt von einem fahrenden Fahrzeug aus denkbar. Hier kann der feste Raumbezug beispielsweise durch die Kombination der Profilmesstechnik mit einem Inertialsystem (Kreiselplattform) hergestellt werden. Dabei wird die Lage des sich bewegenden Messsystems im Raum kontinuierlich bestimmt und aufgezeichnet. Mit Hilfe dieser Informationen wird anschließend eine Transformation der gemessenen Querprofile in die Gleisebene durchgeführt.
Bei der Querprofilmessung ist generell ein möglichst kleines Abtastintervall zu wählen, um eine realitätsnahe Bahnkurve des Radschwerpunktes zu erhalten.
Anschließend wird unter Verwendung des Referenzradprofils eine berührgeometrische Berechnung durchgeführt, bei der für jeden Messquerschnitt die vertikale Lage des Rades bestimmt wird. Somit erhält man auch hier die vertikale Bahnkurve des Rades, die nun für eine weitere Beurteilung zur Verfügung steht. Reicht die Anzahl bzw. Dichte der Messquerschnitte nicht aus, um die Bahnkurve des Rades hinlänglich genau zu bestimmen, kann die Auswertung auch für zusätzliche interpolierte Gleisquerschnitte erfolgen.From DE 24 60 618 A1 a mobile device for measuring a track position, ie the altitude and the track width of a track, known. Here a chassis frame rolls over the track on a total of three track rollers or wheels. The height of the track is determined by means of a mounted on the chassis frame theodolites, the gauge via an adjustable boom of the chassis frame. However, a test and assessment of a geometry of individual track components is not possible with this device.
It is therefore an object of the invention to provide a method with which the disadvantages of the prior art in the assessment of the overflow geometry of track components are solved.
This object is achieved in connection with the preamble of the main claim according to the invention by the features specified in claim 1.
Here, the spatial course of the trajectory of a wheel provided with a reference wheel profile when rolling over the respective track component in a spatially fixed coordinate system is determined directly or indirectly and then evaluated with regard to its dynamic effects.
The advantage here is that the validity of the test of the geometric state by the inventive determination of the vertical movement of a component rolling over the wheel in a spatially fixed coordinate system and their subsequent computer-aided evaluation significantly improved and objectified. In particular, a higher than the prior art measurement accuracy is achieved at the same time higher measurement speed. For the first time, the entire area of the design-related lowering and subsequent lifting of the wheel (wing rail bend to K point) is continuously recorded and assessed. In addition, it is now possible to determine the effects of the cross profile wear of wing rail and / or frog on the wheel overflow.
Investigations have shown that there is a direct relationship between the vertical wheel movement and the forces occurring between wheel and rail and thus further damage to the component. For the size of the forces, not only the amplitude of the vertical movement of the center of gravity R, but also the rise and the curvature of its trajectory are decisive. Therefore, appropriate intervention thresholds for the repair must be specified for these quantities, see Fig. 2. The concrete definition of the intervention thresholds is influenced by numerous boundary conditions and must be based on a technical and economic analysis by the infrastructure manager.
Claim 2 includes a reciprocal to claim 1 method. In this case, a state of wear of wheels of rail vehicles is determined by the spatial profile of the trajectory of the respective wheel when rolling over a reference track component in a spatially fixed coordinate system directly or indirectly determined and then assessed for its dynamic effects. With this method, the state of wear of wheels of measuring means can also advantageously be determined, which are moved via a track body, in particular of the wheel provided with the reference wheel profile of claim 1.
The inventive determination of the vertical trajectory of the wheel is carried out using a suitable Referenzradprofils that is performed in a defined position (eg Radsatzmittelstellung) on the component. This can be done both directly (measuring the vertical movement) and indirectly (computationally), wherein for the calculation of the vertical wheel movement, the previous measurement of wegveränderlichen cross sections of the track component in a spatially fixed reference system is necessary.
According to claim 3, in a direct mechanical scanning of the geometry of the track, a measuring roller oriented vertically and horizontally in a measuring base oriented parallel to the track plane is guided over the range of the possible vertical lowering with the shape of the reference wheel profile. The lowering curve of the measuring roller above the rolling path is continuously recorded and subsequently evaluated with the aid of evaluation software. For large required spans of the measuring base, it may be necessary to provide a way of compensating for the deflection of the measuring base, in particular an "optical tendon".
In accordance with claim 4, in an indirect method, a measurement of the transverse profiles of the track component is carried out with subsequent calculation of the vertical movement of the reference wheel. In this case, the measured transverse profiles must necessarily be specified in a common space-fixed reference system. This can be ensured, for example, by a measuring frame oriented parallel to the track plane, on which a profile measuring device which can be displaced in the longitudinal direction is placed. In addition, an optical measurement of the transverse profiles by means of laser light section from a moving vehicle is conceivable. Here, the fixed spatial reference, for example, by the combination of profiling with an inertial (gyro) can be produced. The position of the moving measuring system in the room is continuously determined and recorded. With the help of this information, a transformation of the measured transverse profiles into the track level is then carried out.
In cross-section measurement, the smallest possible sampling interval is generally to be selected in order to obtain a realistic trajectory of the center of gravity of the wheel.
Subsequently, using the reference wheel profile, a contact geometric calculation is carried out, in which the vertical position of the wheel is determined for each measuring cross section. Thus you get here also the vertical trajectory of the wheel, which is now available for further evaluation. If the number or density of the measuring cross-sections is not sufficient to determine the trajectory of the wheel sufficiently accurately, the evaluation can also be carried out for additional interpolated cross-sections.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele und einer Zeichnung mit vier Figuren näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1

schematisch Verfahren zur Beurteilung der Überlaufgeometrie von Gleisbauteilen gemäß dem Stand der Technik und hierbei in

Fig. 1a: mit einem Messpunktraster,
Fig. 1 b: mit einem Lineal,
Fig. 1c: mit einer Herzstückmesslehre;

Fig. 2

einen beispielhaften gemessenen Verlauf einer Radabsenkung in einem Herzstückbereich,

Fig. 3

schematisch Verfahren zur Beurteilung der Überlaufgeometrie einer Weiche mittels einer Messrolle in Draufsicht,

Fig. 4

schematisch Verfahren zur Beurteilung der Überlaufgeometrie einer Weiche mittels einer Messrolle als vertikales Schnittbild.

The invention will be explained in more detail below with reference to two embodiments and a drawing with four figures. The drawing shows in

Fig. 1

schematically a method for assessing the overflow geometry of track components according to the prior art and hereby in

Fig. 1a: with a measuring point grid,
Fig. 1 b: with a ruler,
Fig. 1c: with a heart gauge;

Fig. 2

an exemplary measured course of a wheel reduction in a frog area,

Fig. 3

schematic method for assessing the overflow geometry of a switch by means of a measuring roller in plan view,

Fig. 4

schematically a method for assessing the overflow geometry of a switch by means of a measuring roller as a vertical sectional image.

Ein erstes besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel betrifft eine direkte mechanische Abtastung der Geometrie des Gleises. Gemäß Fig. 3 und Fig. 4 wird eine in einer parallel zur Gleisebene ausgerichteten Messbasis 2 vertikal und horizontal bewegliche Messrolle 1 mit der Form des Referenzradprofils über den Bereich der möglichen vertikalen Absenkung 3 geführt. Der Absenkungsverlauf der Messrolle 1 über dem Rollweg 4 wird dabei kontinuierlich erfasst und im Anschluss mit Hilfe einer Auswertesoftware bewertet. Bei großen erforderlichen Stützweiten ist ggf. eine Möglichkeit zur Kompensation der Durchbiegung der Messbasis 2 vorzusehen (z.B. eine "optische Sehne").
Ein zweites Ausführungsbeispiel betrifft eine Profilmessung und anschließende Berechnung der vertikalen Radbewegung mit einem indirekten Verfahren. Hierbei wird eine Vermessung der Querprofile des Gleisbauteils mit anschließender Berechnung der Vertikalbewegung des Referenzrades durchgeführt. Dabei müssen die gemessenen Querprofile unbedingt in einem gemeinsamen raumfesten Bezugssystem angegeben werden. Dies kann z.B. durch einen parallel zur Gleisebene ausgerichteten Messrahmen, auf den ein in Längsrichtung verschiebbares Profilmessgerät aufgesetzt wird, sichergestellt werden. Darüber hinaus ist auch eine optische Vermessung der Querprofile mittels Laser-Lichtschnitt vom fahrenden Fahrzeug aus denkbar. Hier kann der feste Raumbezug beispielsweise durch die Kombination der Profilmesstechnik mit einem Inertialsystem (Kreiselplattform) hergestellt werden. Dabei wird die Lage des sich bewegenden Messsystems i m Raum kontinuierlich bestimmt und aufgezeichnet. Mit Hilfe dieser Informationen wird anschließend eine Transformation der gemessenen Querprofile in die Gleisebene durchgeführt.
Bei der Querprofilmessung ist generell ein möglichst kleines Abtastintervall zu wählen, um eine realitätsnahe Bahnkurve des Radschwerpunktes zu erhalten.
Anschließend wird unter Verwendung des Referenzradprofils eine berührgeometrische Berechnung durchgeführt, bei der für jeden Messquerschnitt die vertikale Lage des Rades bestimmt wird. Somit erhält man auch hier die vertikale Bahnkurve des Rades, die nun für eine weitere Beurteilung zur Verfügung steht. Reicht die Anzahl bzw. Dichte der Messquerschnitte nicht aus, um die Bahnkurve des Rades hinlänglich genau zu bestimmen, kann die Auswertung auch für zusätzliche interpolierte Gleisquerschnitte erfolgen. A first particularly advantageous embodiment relates to a direct mechanical scanning of the geometry of the track. According to FIG. 3 and FIG. 4, a measuring roller 1 which is movable vertically and horizontally in a measuring base 2 aligned parallel to the track plane is guided with the shape of the reference wheel profile over the area of the possible vertical lowering 3. The lowering of the measuring roller 1 on the taxiway 4 is continuously recorded and subsequently evaluated using an evaluation software. For large required spans, it may be necessary to provide a way of compensating the deflection of the measuring base 2 (eg an "optical tendon").
A second embodiment relates to a profile measurement and subsequent calculation of the vertical wheel movement with an indirect method. In this case, a measurement of the transverse profiles of the track component is carried out with subsequent calculation of the vertical movement of the reference wheel. In this case, the measured transverse profiles must necessarily be specified in a common space-fixed reference system. This can be ensured, for example, by a measuring frame oriented parallel to the track plane, on which a profile measuring device which can be displaced in the longitudinal direction is placed. In addition, an optical measurement of the transverse profiles by means of laser light section from the moving vehicle is conceivable. Here, the fixed spatial reference, for example, by the combination of profiling with an inertial (gyro) can be produced. The position of the moving measuring system in the room is continuously determined and recorded. With the help of this information, a transformation of the measured transverse profiles into the track level is then carried out.
In cross-section measurement, the smallest possible sampling interval is generally to be selected in order to obtain a realistic trajectory of the center of gravity of the wheel.
Subsequently, using the reference wheel profile, a contact geometric calculation is carried out, in which the vertical position of the wheel is determined for each measuring cross section. Thus you get here also the vertical trajectory of the wheel, which is now available for further evaluation. If the number or density of the measuring cross-sections is not sufficient to determine the trajectory of the wheel sufficiently accurately, the evaluation can also be carried out for additional interpolated cross-sections.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Messrollemeasuring roller
22: Messbasismeasuring base
33: Bereich der vertikalen AbsenkungRange of vertical lowering
44: Rollwegtaxiway
55: Bewegungsrichtung der MessrolleDirection of movement of the measuring roller
66: Flügelschienewing rail
77: Herzstück-SpitzeHeart-tip
88th: Flügelschienewing rail
99: MesspunkttasterMeasuring point switch
1010: Lineal im QuerprofilRuler in cross section
1111: HerzstückmesslehreHeart gauge

Claims

Method for testing and assessing an overflow geometry of track components, characterized in that a spatial course of a trajectory of a provided with a reference wheel profile when rolling over the respective track component in a spatially fixed coordinate system directly or indirectly determined and then assessed for its dynamic effects.

A method for testing and assessing a state of wear of wheels of rail vehicles, characterized in that the spatial course of the trajectory of the respective wheel when rolling over a reference track member in a fixed coordinate system is determined directly or indirectly and then evaluated in terms of its dynamic effects.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that a measuring roller (1) guided in a measuring base (2) oriented parallel to the track plane moves over a track component and thereby a vertical movement over the rolling path (4) is recorded.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the vertical movement of the wheel is determined mathematically by combining the respective transverse profiles of the wheel and track component, wherein the optionally measured transverse profiles of the track component are previously transformed into a common fixed space reference system.