DE20105492U1 - Meßvorrichtung zum Vermessen von Gleisschienen - Google Patents

Description

Ihr Zeichen Unser Zeichen Datum

B 356 29.03.2001

EN/m

Ba-Be-D Daimer GmbH

Xaver-Hamberger-Weg 17a

85614 Kirchseeon

MeiSvorrichtung zum Vermessen von Gleisschienen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zum Vermessen von Gleisschienen, umfassend einen quer zur Fahrtrichtung über die beiden Gleisschienen legbaren Träger mit zwei in ihrem gegenseitigen Abstand zueinander längs des Trägers verstellbaren Tastanschlägen, deren jeder an eine der Gleisschienen anlegbar ist.

Für die Betriebssicherheit und für den Fahrkomfort von Schienenfahrzeugen von besonderer Bedeutung sind die Querschnittsform der Gleisschienen, insbesondere des Schienenkopfes, das Führungsprofil des Laufrades, die Spurweite, d.h. der seitliche Abstand der Gleisschie-

nen, und das Spurmaß, d.h. der seitliche Abstand der Laufräder.

Bei neu verlegten Gleisschienen ist die Oberseite des Schienenkopfes leicht gewölbt. Die Lauffläche eines Laufrades ist nach außen leicht konisch zulaufend ausgebildet, so daß sich zwischen dem Schienenkopf und der Lauffläche des Laufrades eine Punktberührung im Punkt ihrer gemeinsamen Tangente ergibt. Wegen der konischen Form der Laufflächen zweier gegenüberliegender Laufräder eines Radpaares stellt sich eine seitlich zentrierende Wirkung ein, so daß im Idealfall zumindest auf der Geraden eine Seitenführung durch die Spurkränze nicht erforderlich sein sollte. In der Praxis haben jedoch die Spurkränze wegen der auch auf der Geraden unvermeidbaren Seitenbeschleunigungen der Schienenfahrzeuge und insbesondere wegen der Fliehbeschleunigung in den Kurven eine wichtige Seitenführungsfunktion.

Um auch zwischen der inneren Seitenflanke des Schienenkopfes und der Innenfläche des Spurkranzes eine Punktberührung zu erhalten, ist der Übergangsradius von der SchienenkopfOberseite zur Schienenkopf-Seitenflanke kleiner als der Übergangsradius von der Lauffläche zur Spurkranz-Innenfläche des Laufrades. Bei neuen Schienenkopf- und Laufrad-Profilen ergibt sich dieser Berührungspunkt etwa 14 mm unterhalb der Schienenoberkante, so daß bei der herkömmlichen Gleisschienen-Vermessung gemäß den allgemein anerkannten Prüfvorschriften auf diesem Niveau auch die Spurweite und das Spurmaß gemessen werden. Die Spurweite ist um das Spurspiel größer als das Spurmaß, so daß beispielsweise auf der Geraden eine gewisse Seitwärtsbewegung des Schienenfahrzeuges möglich ist, ohne daß die Spurkränze an den Innenflanken der Gleisschienen anliegen.

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Im Fahrbetrieb kommt es infolge eines Verschleißes und einer plastischen Verformung an den Schienenköpfen zu erheblichen Profilveränderungen, die den Fahrkomfort und auch die Fahrsicherheit beeinträchtigen können.

Auf der Geraden werden die Schienenköpfe im allgemeinen in Anpassung an die Lauffläche des Laufrades abgeplattet, wobei Material zur inneren Oberkante des Schienenkopfes hin gedrückt wird. Dadurch geht einerseits die für die Seitenzentrierung wichtige Linienberührung zwischen der gewölbten Gleisschiene und dem konischen Laufrad verloren; andererseits ändert sich durch die Materialverlagerung nach innen auch die tatsächliche Spurweite des Gleises und damit das tatsächliche Spurspiel (Ist-Spurspiel) unter Umständen auf außerhalb der zulässigen Toleranz liegende Werte. Da der auch bei verändertem Schienenkopfprofil etwa 14 mm unterhalb der Gleisschienenoberseite an der Schienenkopf-Innenflanke liegende Meßpunkt für die Bestimmung der Spurweite von der Profiländerung kaum betroffen ist, können die tatsächliche Spurweite und das tatsächliche Spurspiel mit dem herkömmlichen Meßverfahren kaum erfaßt werden.

In den Kurven entsteht vor allem an den Innenflanken des Schienenkopfes der Außenschienen eine erhebliche Profilveränderung, bei der diese Innenflanke zur Schienenkopf mitte hin verlagert wird. Dies würde für sich allein gesehen zu einer Spurweitenvergrößerung und damit zu einer Spurspielvergrößerung führen. Gleichzeitig wird aber die Innenschiene im allgemeinen in der oben im Zusammenhang mit der Geraden geschilderten Weise abgeplattet mit der Folge, daß hier Material des Schienenkopfes zur inneren Oberkante (Fahrkante) hin gedrückt wird. Dies führt für sich allein gesehen zu einer Verringerung des Spurspiels. Die beschriebenen Veränderungen an den beiden Gleisschienen können sich so weit kompensieren, daß die auf herkömmliche Weise ge-

messene Spurweite und das daraus errechnete Spurspiel innerhalb des zulässigen Bereiches bleiben, obwohl die tatsächlichen Laufverhältnisse wegen der unterschiedlichen Verformungen der Außenschiene einerseits und der Innenschiene andererseits unzulänglich sind. So können insbesondere dann, wenn infolge der Vermessungsergebnisse des Schienenkopfprofils der Außenschiene eine Sanierung beispielsweise durch Auftragsschweißen und Nachbearbeiten oder durch Erneuern einer Gleisschiene durchgeführt wird, die noch als innerhalb der zulässigen Toleranz vermessene Spurweite und damit das Spurspiel tatsächlich zu klein werden, so daß eigentlich auch eine Nachbearbeitung der Innenschiene erforderlich wäre.

Durch die EP 0 548 377 Bl ist bereits ein Meßgerät zum Vermessen von Gleisschienen bekannt, mit dem sowohl eine Vermessung des Schienenkopfes einer Gleisschiene als auch eine Messung der Spurweite möglich sind. Dabei wird die Spurweite durch Anlegen der Tastanschläge an die jeweiligen Außenflanken der Schienenköpfe gemessen, wobei man die theoretische Spurweite dadurch erhält, daß man die Breite der beiden Schienenköpfe von dem gemessenen Betrag abzieht. Es ist offensichtlich, daß mit diesem Gerät die auch von der Verformung der Gleisschienen abhängige tatsächliche Spurweite und damit das Ist-Spurspiel nicht ermittelt werden können. Es sind deshalb im allgemeinen umfangreiche Nachberechnungen erforderlich, um aus den Meßdaten für die Profilform der Schienenköpfe und für die Spurweite die tatsächlichen LaufVerhältnisse zu ermitteln. Aus diesem Grund ist das bekannte Gerät mit umfangreichen Einrichtungen für eine digitale Datenerfassung, Datenspeicherung und Datenübertragung ausgestattet. Derartige Geräte sind sehr teuer; außerdem sind sie häufig dem rauhen Betrieb vor Ort bei Wind und Wetter nicht gewachsen und über-

fordern wegen ihrer Kompliziertheit das Personal, das häufig aus angelernten Arbeitern besteht.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine direktere Erfassung des Ist-Spurspiels ermöglicht, die einfach und preiswert ist und die besser für einen Einsatz unter den rauhen Betriebsbedingungen und durch ungelerntes Personal geeignet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder der Tastanschläge ein dem Führungsprofil eines Schienen-Laufrades entsprechendes Anschlagprofil mit einer der Lauffläche entsprechenden Auflagefläche und einer der Spurkranzinnenfläche entsprechenden Anlagefläche aufweist.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung hat der bekannten Meßvorrichtung gegenüber den Vorteil, daß sie Meßbedingungen herstellt, die den tatsächlichen Betriebsbedingungen weitgehend entsprechen. Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung gewinnt ihre Meßergebnisse nicht über den Umweg einer Erfassung von Meßdaten an bestimmten Meßpunkten und eine nachträgliche Rechenverarbeitung dieser Meßdaten, sondern direkt durch Simulieren der tatsächlichen Betriebsbedingungen. Wenn beispielsweise die Tastanschläge der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung so eingestellt werden, daß sie einen dem Soll-Spurmaß eines Laufradpaares entsprechenden Abstand haben, dann ergibt sich das Ist-Spurspiel nach dem Auflegen der Meßvorrichtung auf die Gleisschienen unmittelbar aus dem Bewegungsspielraum der Meßvorrichtung quer zu den Gleisschienen. Ein exakter Betrag des Ist-Spurspieles kann dann z.B. in einfacher Weise dadurch ermittelt werden, daß bei Anlage eines Tastanschlages an einer Gleisschiene der andere Tastanschlag bis zur Anlage an

der anderen Gleisschiene verstellt und der Verstellbetrag abgelesen wird.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ermittelt das Ist-Spurspiel unabhängig davon, ob die Gleisschienen im Betrieb verformt worden sind und von welcher Art oder Größe diese Verformungen sind, da sie unmittelbar die Bedingungen erfaßt, die auch ein über die Gleisschienen rollendes Radpaar antrifft.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist einer der Anschläge auf dem Träger fest angeordnet, und der andere Anschlag ist längs dem Träger verstellbar und diesem gegenüber arretierbar. Eine derartige Ausführungsform ist konstruktiv sehr einfach, da sie jeweils einen der Tastanschläge als Festanschlag verwendet, während der andere Tastanschlag auf die gewünschten oder gesuchten Maße einstellbar ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß auf dem Träger eine Meß-Skala ausgebildet ist, die den Abstand des verstellbaren Anschlages gegenüber dem festen Anschlag anzeigt. Auf diese Weise kann durch Verstellen beispielsweise des losen Tastanschlages gegenüber dem festen Tastanschlag auch durch ungelernte Kräfte mit wenigen Handgriffen ein SoIl-Spurmaß oder eine Ist-Spurweite eingestellt werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß jeder der Tastanschläge aus einem am Träger angeordneten Support und einem am Support auswechselbar befestigten Anschlagprofilteil besteht. Dabei ist beispielsweise gemäß dem Anspruch 2 ein Support fest am Träger angeordnet, während der andere Support als gegenüber dem Träger verschiebbarer Schlitten ausgebildet ist. Der Träger und die Supporte sind feste Bestandteile der Meßvorrichtung. Die Anschlagprofilteile sind

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auswechselbar, so daß jeweils beispielsweise unterschiedlichen Laufradprofilen entsprechende Anschlagprofilteile montiert werden können. Die Anschlagprofilteile werden nach Vorgaben des Kunden angefertigt und zu den Supporten mittels Anschlägen oder Paßstiften justiert, so daß der Kunde die Anschlagprofilteile jederzeit leicht demontieren und in einer genau reproduzierbaren Stellung wieder montieren kann. Die Justierung wird beispielsweise so durchgeführt, daß der Abstand der Anschlagprofilteile bei einer vorgegebenen Nullstellung des losen Tastanschlages einem vorgegebenen Spurmaß entspricht.

Der Träger ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit einem Handgriff versehen, welcher die Handhabung der Meßvorrichtung beim Aufsetzen auf die Gleisschienen bzw. beim Abheben von den Gleisschienen erleichtert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Gleisanlage mit zwei Gleisschienen und mit einer auf diese aufgelegten Meßvorrichtung;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung mit unverformtem Schienenkopf ;

Fig. 3 eine Ansicht etwa gemäß der Fig. 2 mit einem verformten Schienenkopf;

Fig. 4 eine Ansicht etwa gemäß der Fig. 2, wobei die Verhältnisse gemäß der Fig. 3 in gestrichelter Darstellung überlagert sind;

Fig. 5 eine Ansicht etwa gemäß der Fig. 1, wobei die Schienenköpfe entsprechend den in einer Kurve vorliegenden Verhältnissen verformt sind.

Die in Fig. 1 dargestellte Gleisanlage besteht aus dem schematisch dargestellten, mit 2 bezeichneten Gleisunterbau und den beiden auf diesem liegenden Gleisschienen 4 und 6. Die Gleisschienen selbst bestehen wiederum aus dem nicht näher bezeichneten Schienenfuß und dem Schienenkopf 8 bzw. 10, auf welchen die nicht dargestellten Laufräder eines Schienenfahrzeuges laufen.

Die Spurweite SW ist der Abstand der Innenflanken der beiden Gleisschienen 4, 6 zueinander. Er wird etwa 14 mm bzw. 10 mm unter Schienenoberseite gemessen. Dieser Punkt entspricht im Idealfall auch etwa dem Punkt, an dem der Spurkranz eines Laufrades die Innenflanke des Schienenkopfes 8, 10 berührt.

Das Spurmaß eines Radpaares ist um das sogenannte Spurspiel kleiner als die Spurweite SW. Das Spurspiel soll so gewählt werden, daß einerseits kein Zwängen zwischen Laufrad und Gleisschiene, andererseits insbesondere in Kurven kein Aufklettern der Laufräder an der Gleisschiene auftreten. Es beträgt im allgemeinen auf der Geraden etwa 3-5 mm, in Kurven ist es in Abhängigkeit vom Kurvenradius größer.

Die Meßvorrichtung 12 besteht im wesentlichen aus einem quer über die beiden Gleisschienen 4, 6 legbaren Träger 14, an welchem zwei Tastanschläge 16, 18 angeordnet sind. Der Tastanschlag 16 ist am Träger 14 in Richtung des Doppelpfeiles 20 verstellbar und, beispielsweise

mittels Feststellschrauben 22, in jeder Stellung arretierbar angeordnet, während der Tastanschlag 18 am Träger 14 fest angeordnet ist. Der Tastanschlag 16 setzt sich im wesentlichen aus einem in Richtung des Doppelpfeiles beweglichen und arretierbaren Support 24 und einem an diesem auswechselbar beispielsweise mittels Schrauben befestigten Anschlagprofilteil 26 zusammen. Der Tastanschlag 18 besteht im wesentlichen aus einem fest mit dem Träger 14 verbundenen Support 2 8 sowie einem an diesem auswechselbar befestigten, beispielsweise angeschraubten Anschlagprofilteil 30. Die Anschlagprofilteile 26 bzw. 30 sind jeweils zum zugehörigen Support 24 bzw. 28 über Paßstifte 27 bzw. 29 justiert und damit nach einer Demontage in genau reproduzierbarer Weise wieder montierbar. In der in Fig. 1 dargestellten, durch einen Skalenpfeil 40 und eine Skala 38 markierten Nullstellung entspricht der Abstand der Anschlagprofilteile 26 und 30 beispielsweise exakt dem Spurmaß eines vorgesehenen Radpaares.

Die Anschlagprofilteile 26 und 30 haben jeweils eine Profilform, die dem Profil eines Schienenlaufrades entspricht, wie genauer anhand der Fig. 2 dargelegt ist.

Die Meßvorrichtung 12 ist außerdem mit einem Handgriff 32 ausgestattet, welcher das Aufsetzen bzw. Abheben der Meßvorrichtung erleichtert. Sie wird so aufgesetzt, daß sie entsprechend einem Laufräderpaar im wesentlichen rechtwinklig zur Längsrichtung des Gleises ausgerichtet ist, und daß beide Anschlagprofilteile ohne Kippung nach vorne oder hinten auf den zugeordneten Schienen aufliegen.

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung die Gleisschiene 4 mit dem Gleiskopf 8 sowie den an den Gleiskopf 8 angelegten Tastanschlag 16.

Wie die Fig. 2 erkennen läßt, entspricht das Profil des Anschlagprofilteils 26 dem Profil eines Laufrades, d.h. es hat eine der Lauffläche des Laufrades entsprechende Auflagefläche 34 sowie eine der Spurkranzinnenfläche des Laufrades entsprechende Anlagefläche 36.

Wie die Fig. 2 weiter erkennen läßt, hat die innere Oberkante des Gleiskopfes 8 einen Abrundungsradius Rl; der Übergangsbogen von der Auflagefläche 34 zur Anlagefläche 36 des Anschlagprofilteils 26 hat einen Bogenradius R2, wobei gilt: Rl < R2.

Fig. 2 zeigt den Zustand bei neuem oder saniertem Gleiskopf 8, bei welchem die Oberseite des Gleiskopfes 8 leicht gewölbt ist und die Auflagefläche 34 nach außen zu, d.h. von rechts nach links leicht ansteigt, was der Konizität einer Lauffläche des Laufrades entspricht .

Fig. 3 zeigt eine Ansicht etwa gemäß der Fig. 2, wobei jedoch der Gleiskopf 8 in einer Weise verformt ist, die bei geraden Gleisabschnitten auftritt. Der Gleiskopf 8 ist im wesentlichen durch Verschleiß und durch plastische Verformung abgeflacht, so daß die innere Oberkante des Gleiskopfes 8 nicht mehr den ursprünglichen Abrundungsradius Rl hat, sondern im wesentlichen eine scharfe Kante bildet. Dadurch verändern sich die Anlageverhältnisse des Anschlagprofilteils 26 gegenüber dem Gleiskopf 8 ganz wesentlich, wie insbesondere in Fig. dargestellt ist.

Fig. 4 zeigt wiederum die Gleisschiene 4 mit dem Gleis kopf 8 und dem daran angelegten Anschlagprofilteil 2 6 entsprechend der Fig. 2 mit durchgezogenen Linien. Die abgeplattete Form des Gleiskopfes 8 sowie das daran an gelegte Anschlagprofilteil 26' sind mit gestrichelten Linien dargestellt. Wie man aus der Fig. 4 erkennen

kann, nimmt das Anschlagprofilteil 26' eine in Fig. 4 nach rechts verschobene Stellung ein, was einer Verringerung der Spurweite um den Betrag d entspricht. Wie nicht näher erläutert zu werden braucht, ergibt sich für die in Fig. 4 nicht dargestellte Gleisschiene 6 auf gerader Strecke ein ähnliches Verschleißbild und damit eine ähnliche Verringerung der Spurweite, so daß die gesamte Verringerung der Spurweite gleich 2 d sein dürfte. Diese Verringerung der Spurweite kann nach Anlegen der beiden Anschlagprofilteile 26 und 30 an die zugeordneten Schienenköpfe 8 und 10 direkt an der am Träger 14 angeordneten Skala 3 8 abgelesen werden, die mit einem am Support 24 angeordneten Skalenpfeil 4 0 zusammenwirkt .

Fig. 5 zeigt das typische Verschleißbild eines Gleises in einer Kurve bzw. einem Bogenabschnitt der Strecke. Die bogeninnere Gleisschiene 42 zeigt einen im wesentlichen dem der geraden Strecke entsprechenden Verschleiß, d.h. der Schienenkopf 44 wird im wesentlichen durch Verschleiß und plastische Verformung abgeplattet, so daß der Übergangsbogen von der Lauffläche zur Innenflanke des Gleiskopfes 44 stark verringert wird. Dadurch ergibt sich in diesem Bereich, wie bereits anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben wurde, eine Verringerung und damit eine Einengung des tatsächlichen Spurspiels. Ganz anders ist das Verschleißbild an der bogenäußeren Gleisschiene 46. Hier wird insbesondere infolge der Zentrifugalkraft des die Kurve durchfahrenden Fahrzeuges durch den Spurkranz des Laufrades die Innenflanke des Schienenkopfes 4 8 einem starken Verschleiß und einer plastischen Verformung unterworfen, so daß die Profilkontur in Richtung zur Mittelachse 50 des Schienenkopfes verlagert wird. Dadurch ergibt sich an dieser Stelle eine Vergrößerung der tatsächlichen Spurweite und damit eine Vergrößerung des tatsächlichen Spurspiels. Beide Effekte, nämlich die Einengung des Spur-

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spiels an der bogeninneren Gleisschiene 42 und die Vergrößerung des Spurspiels an der bogenäußeren Gleisschiene 46 heben sich zumindest zum Teil auf, so daß die Abweichungen vom Neu- oder Idealzustand des Gleises durch eine herkömmliche Spurweitenmessung nicht feststellbar ist. Diese wird beispielsweise ergeben, daß keine oder nur eine geringe Abweichung der Spurweite und damit des Spurspiels vorliegt. Wenn eine Vermessung des Profils des Schienenkopfes 48 ergibt, daß dieses Profil durch Auftragsschweißen oder Erneuern der Gleisschiene saniert werden muß, dann werden die Spurweite und damit das Spurspiel an der Außenschiene wieder verringert, so daß sich nach der Sanierung eine Situation einstellen kann, bei der die Spurweite und damit das Spurspiel zu gering sind. Dies macht dann auch eine Nachbearbeitung der bogeninneren Gleisschiene 42 sowie eine Nachvermessung erforderlich.

Die Meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt eine äußerst einfache, auch durch ungeschultes Personal durchführbare Vermessung. Diese läuft z.B. in folgenden Schritten ab:

1. Einstellen der Meßvorrichtung auf das Spurmaß des Gleisfahrzeuges;

2. Aufsetzen der Meßvorrichtung auf das Gleis;

3. Lösen des beweglichen Tastanschlages und Anlegen desselben an den zugeordneten Schienenkopf;

4. Ablesen des Verstellweges an der Skala 38; der abgelesene Wert entspricht dem Ist-Spurspiel. Dieser wird mit dem vorgegebenen Soll-Spurspiel verglichen.

Claims (6)

1. Meßvorrichtung zum Vermessen von Gleisschienen, umfassend einen quer zur Fahrtrichtung über die beiden Gleisschienen legbaren Träger mit zwei in ihrem gegenseitigen Abstand zueinander längs des Trägers verstellbaren Tastanschlägen, deren jeder an einer der Gleisschienen anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Tastanschläge (16, 18) ein dem Führungsprofil eines Schienenlaufrades entsprechendes Anschlagprofil mit einer der Lauffläche entsprechenden Auflagefläche (34) und einer der Spurkranzinnenfläche entsprechenden Anlagefläche (36) aufweist.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer (18) der Tastanschläge auf dem Träger (14) fest angeordnet und der andere Tastanschlag (18) längs dem Träger (14) verstellbar und diesem gegenüber arretierbar ist.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Träger (14) eine Meß- Skala (38) ausgebildet ist, die den Abstand des verstellbaren Tastanschlages (16) gegenüber dem festen Tastanschlag (18) angibt.

4. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Tastanschläge (16, 18) aus einem am Träger (14) angeordneten Support (24, 28) und einem an dem Support auswechselbar befestigten Anschlagprofilteil (26, 30) besteht.

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagprofilteile (26, 30) jeweils an dem zugeordneten Support (24, 28) in Längsrichtung des Trägers (14) über Justiermittel justiert angeordnet sind.

6. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Träger (14) ein Handgriff (32) angeordnet ist.