特表 2024-536575 軌道レールにおける長手方向力を特定する方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-04

(54)【発明の名称】軌道レールにおける長手方向力を特定する方法および装置

(51)【国際特許分類】

   E01B 35/12 20060101AFI20240927BHJP

   E01B 27/20 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

E01B35/12

E01B27/20

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024523543

(86)(22)【出願日】2022-10-18

(85)【翻訳文提出日】2024-04-18

(86)【国際出願番号】 EP2022078944

(87)【国際公開番号】W WO2023066918

(87)【国際公開日】2023-04-27

(31)【優先権主張番号】A50837/2021

(32)【優先日】2021-10-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】AT

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】514318345

【氏名又は名称】プラッサー ウント トイラー エクスポート フォン バーンバウマシーネン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｐｌａｓｓｅｒ ＆ Ｔｈｅｕｒｅｒ， Ｅｘｐｏｒｔ ｖｏｎ Ｂａｈｎｂａｕｍａｓｃｈｉｎｅｎ， Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍ．ｂ．Ｈ．

【住所又は居所原語表記】Ｊｏｈａｎｎｅｓｇａｓｓｅ ３， Ａ－１０１０ Ｗｉｅｎ， Ａｕｓｔｒｉａ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ダニエル シェルハマー

(72)【発明者】

【氏名】ハラルト ダクスベルガー

(72)【発明者】

【氏名】マルクス クヴィトナー

(72)【発明者】

【氏名】クリスティアン コチュヴァラ

(72)【発明者】

【氏名】フローリアン アウアー

【テーマコード（参考）】

2D057

【Ｆターム（参考）】

2D057AA03

2D057AB06

2D057AB24

2D057BA33

(57)【要約】

軌道レール（２）における長手方向力を特定する方法は、試験荷重（Ｆ_Ｐ）を加えることによって初期配置から試験配置に軌道レール（２）の少なくとも１つのレール部分（６）を移動させるステップと、試験配置において、試験荷重（Ｆ_Ｐ）と相関する力測定値の少なくとも１つを検出するステップと、少なくとも１つの力測定値に基づいて、少なくとも１つの軌道レール（２）における長手方向力を特定するステップと、を有しており、少なくとも１つの力測定値を検出する際に、レール部分（６）に少なくとも１つの軌道まくらぎ（８）を固定する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軌道レール（２）における長手方向力を特定する方法であって、
１．１ 試験荷重（Ｆ_Ｐ）を加えることによって初期配置から試験配置に前記軌道レール（２）の少なくとも１つのレール部分（６）を移動させるステップと、
１．２ 前記試験配置において、前記試験荷重（Ｆ_Ｐ）と相関する力測定値の少なくとも１つを検出するステップと、
１．３ 少なくとも１つの前記力測定値に基づいて、少なくとも１つの前記軌道レール（２）における前記長手方向力を特定するステップと、
を有する方法において、
１．４ 少なくとも１つの前記力測定値を検出する際に、前記レール部分（６）に少なくとも１つの軌道まくらぎ（８）を固定する
ことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記レール部分（６）は、少なくとも１つの前記力測定値を検出する際に、走行可能な組付け状態を有することを特徴とする、請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記長手方向力に基づいて、少なくとも１つの前記軌道レール（２）の中立温度（Ｔ_Ｎ）を特定することを特徴とする、請求項１または２記載の方法。

【請求項4】

前記初期配置と前記試験配置との間で少なくとも１つの前記軌道レール（２）の変位（ｗ）と相関する少なくとも１つの距離測定値を検出することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。

【請求項5】

軌道工事機械（１）の扛上・整正ユニット（１３）を用いて前記移動を行うことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。

【請求項6】

前記レール部分（６）の基礎に成す軌道バラスト（７）を突き固めることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。

【請求項7】

前記レール部分（６）の基礎に成す軌道バラスト（７）の道床剛性（ｋ）を考慮して、前記長手方向力を特定することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。

【請求項8】

前記軌道バラスト（７）を突き固める際に検出した少なくとも１つの突固め測定値に基づいて、かつ／または前記試験荷重（Ｆ_Ｐ）と相関する少なくとも１つの前記力測定値に基づいて、前記道床剛性（ｋ）を特定することを特徴とする、請求項７記載の方法。

【請求項9】

解析法を用いて、前記長手方向力の前記特定を行うことを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。

【請求項10】

有限要素法を用いて、前記長手方向力の前記特定を行うことを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。

【請求項11】

それぞれ相異なる試験配置における試験荷重（Ｆ_Ｐ）と相関する前記力測定値の少なくとも２つに基づいて、前記長手方向力を特定することを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。

【請求項12】

請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法を実施するための装置（１）において、前記レール部分（６）を移動させるための、また少なくとも１つの前記力測定値を検出するための試験装置（５）を有することを特徴とする装置（１）。

【請求項13】

軌道（４）を走行するための走行車（３）を有しており、前記試験装置（５）が前記走行車（３）に固定されていることを特徴とする、請求項１２記載の装置（１）。

【請求項14】

前記装置（１）は、前記走行車（３）を支持する、前記軌道レール（２）のレール部分（６）が、前記試験装置（５）によって移動可能であるように構成されていることを特徴とする、請求項１３記載の装置（１）。

【請求項15】

前記レール部分（６）の基礎を成す軌道バラスト（７）を突き固めるためのタンピングユニット（１９）を有することを特徴とする、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の装置（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軌道レールにおける長手方向力を特定する方法に関する。本発明はさらに、この方法を実施するための装置に関する。

【0002】

軌道レールにおける長手方向力を特定する方法であって、軌道まくらぎから完全に取り外される軌道レールを垂直方向に扛上させる方法が、明らかな以前の使用によって知られている。このために必要な試験荷重が検出される。この試験荷重に基づいて、軌道レールに存在する長手方向力が特定される。不利であるのは、軌道まくらぎからの軌道レールの取外しには時間およびコストがかかってしまうことである。この期間、軌道は、鉄道交通には使用されない。軌道まくらぎから取り外す際の軌道レールの歪みを回避するために、この方法はさらに、軌道レールの温度が中立温度を下回る場合にのみ実施可能である。

【0003】

本発明の課題は、特にとりわけフレキシブルに、時間効率的にかつ経済的に実施可能な、軌道レールにおける長手方向力を特定する改善された方法を提供することである。

【0004】

この課題は、請求項１の特徴を備えた方法によって解決される。少なくとも１つの力測定値を検出する際に、初期配置と試験配置との間に試験荷重を加えることによって移動されるレール部分に、軌道まくらぎの少なくとも１つが固定される場合には、試験荷重と相関する少なくとも１つの力測定値に基づいて、特にフレキシブルに、時間効率的にかつ経済的に、少なくとも１つの軌道レールにおいて長手方向力の特定を行えることが確認されている。少なくとも１つの軌道まくらぎを軌道レールに固定したままにすることにより、取外しまたは結合の形成を省略することができる。軌道区間の封鎖時間は、短縮可能であるか、または完全に回避可能である。例えば、予想外に高いまたは急速に上昇する周囲温度に起因して、特に中立温度を上回るレール温度の際の軌道レールの歪みは、軌道まくらぎによって軌道レールの支持が存続することにより、確実に阻止することができる。

【0005】

軌道レールにおける長手方向力は、以下では、軌道レールに存在する応力と、軌道レールの長手方向に沿って作用する、軌道レールに作用する負荷と理解される。これらのような負荷は、例えば、外力および／または温度、特に温度変化である。対応する応力には、張力およびひずみが含まれる。

【0006】

試験荷重は、少なくとも１つの軌道レールのレール部分の試験配置への移動および／または試験配置におけるレール部分の保持を生じさせる力と理解される。試験荷重には、少なくとも１つの点荷重および／または少なくとも１つの線荷重が含まれていてよい。試験荷重は、好適には、個別の点荷重の形態でレール部分に作用する。少なくとも１つの点荷重は、例えばアクチュエータ、特に液圧式のアクチュエータを用いて発生させることができ、かつ／または、グリッパを用いてそれぞれのレール部分に伝達することができる。

【0007】

レール部分は、試験配置において初期配置に対して移動させられる、少なくとも１つの軌道レールの部分と理解される。レール部分は、軌道の長手方向に沿い、少なくとも、試験荷重が少なくとも１つの軌道レールにおいて加えられる箇所と重なる。レール部分は、好適には、長手方向に沿い、試験配置において初期配置に対して移動されることがない、少なくとも１つの軌道レールの部分によって画定されている。

【0008】

軌道には、好適には、軌道まくらぎと、互いに平行にかつ軌間に対応して離隔して配置された２つの軌道レールとが含まれている。本発明の一態様によると、試験荷重を加えることにより、軌道の長手方向において互いに完全に重なり合う、２つの軌道レールの平行な２つのレール部分を移動させる。特に、これらのレール部分の長手方向延在長さに対応する軌道部分は、試験荷重を加えることにより、初期配置から試験配置に移動可能である。

【0009】

少なくとも１つの軌道レールのレール部分の移動は、好適には、軌道の長手方向に対して垂直に、特に水平方向に、かつ／または垂直方向に、特にこれらの方向の１つにおいてのみ行われる。このために、力測定値は、水平成分および／または垂直成分を有することができる。少なくとも１つの力測定値の検出は、少なくとも１つの力測定手段、特に少なくとも１つのロードセルを用いて行うことができる。

【0010】

レール部分に固定された少なくとも１つの軌道まくらぎは、好適には、試験荷重を加えることにより、特にレール部分と共に、初期配置から試験配置に移動される。少なくとも１つの軌道レールのレール部分には、好適には、軌道まくらぎの少なくとも２つ、特に少なくとも３つ、特に少なくとも５つが固定される。

【0011】

本発明の別の一態様によると、レール部分、特に対になったレール部分、および／または軌道は、初期配置から、少なくとも２個の、特に少なくとも３個の、特に少なくとも５個の、かつ／または最大１０個の試験配置に移動される。これらの試験配置では、それぞれの試験荷重と相関しているそれぞれ１つの力測定値を特定することができる。ここから、少なくとも１つの軌道レールにおける長手方向力を特定することができる。特に、少なくとも１個の試験配置に移動する際の少なくとも１つの力測定値の経過を特定することができる。少なくとも１つの力測定値の経過に基づき、少なくとも１つの軌道レールにおける長手方向力を複数回、特定することができる。複数回、特定した長手方向力の平均値を形成することができる。これにより、特に確実かつ正確に長手方向力を特定することができる。

【0012】

本発明の別の一態様によると、長手方向力の特定はさらに、少なくとも１つの軌道レールの、かつ／またはレール部分に固定された少なくとも１つの軌道まくらぎの重量に基づいて行うことができる。軌道レールの重量は、例えば、線荷重と仮定することができる。少なくとも１つの軌道まくらぎの重量も同様に、おおよそ線荷重として、かつ／または個別の点荷重の形態で長手方向力の特定に組み入れることができる。これにより、長手方向力を特に正確に特定することができる。

【0013】

本発明の一態様によると、初期配置から試験配置への移動、および／または少なくとも１つの力測定値の検出は、中立温度を上回るかつ／または下回るレール温度において行われる。中立温度は、それぞれの軌道レールにおける長手方向力、特に長手方向膨張がゼロに等しいレール温度と理解される。これによって有利に達成されるのは、本方法が、高い周囲温度においても、かつ／または中立温度がわからなくも実施できることである。このことは特に、軌道まくらぎから軌道レールを取り外す必要がないことによって可能になり、これにより、軌道レールはその位置が固定のままであり、これによって長手方向に対して横方向の歪みが回避される。これにより、本方法は、例えば不正確な気象予測または組付け遅れに起因する高いレール温度に対して極めてロバストである。

【0014】

本発明の別の一態様によると、少なくとも１つの軌道レールの温度と相関する温度測定値を検出する。温度測定値の検出は、好適には、接触式および／または非接触式に、特にパイロメータを用いて行われる。温度測定値の検出には、複数の個別測定にわたる平均値形成が含まれていてよい。好適には、レール部分の領域において、かつ／または少なくとも１つの力測定値を検出する時点に温度測定値を検出する。好適には、長手方向力と、関連する温度測定値との位置的かつ時間的な対応付け、特に組み合わせた記録を行う。

【0015】

請求項２記載の方法は特に、時間効率的にかつ経済的に実施可能である。軌道は、好適には、完全に組み付けられている。本方法は、軌道を作製した後、特に走行動作についての最初の作動許可の前に、かつ／または走行動作において、特にメンテナンス処置中に既に行われた使用の後に実施可能である。全ての軌道まくらぎへの軌道レールの固定は、好適には、特に走行動作のために設けられた状態と比べて、完全に維持されたままである。これにより、軌道区間の封鎖時間を短縮し、特に回避することができる。さらに、必要な組付けの手間が低減される。

【0016】

請求項３記載の方法は、特にフレキシブルに使用可能である。好適には、少なくとも１つの温度測定値と、求めた長手方向力、特に長手方向膨張とに基づいて中立温度を求める。既知の関係に対応し、長手方向における軌道レールの熱膨張係数を介して、特定の長手方向膨張を達成するために必要な温度差を推定することができる。この中立温度を介して、軌道レールの応力を特に明瞭に表現可能かつ比較可能である。特に、中立温度・境界値を設定することができる。中立温度・境界値を下回った、かつ／または上回った際には、好適には、メンテナンス処置が必要であることが特定される。この結果、通常の走行動作を制限するかまたは停止することができる。

【0017】

請求項４記載の方法により、特に確実かつ正確な仕方で長手方向力の特定が保証される。少なくとも１つの距離測定値は、レール部分に沿った任意の位置において、しかしながら好適には、レール部分に作用する試験荷重の領域、特に箇所において特定可能である。少なくとも１つの距離測定値は、初期配置と試験配置との間のレール部分の垂直方向変位および／または水平方向変位と相関していてよい。距離測定値の検出とは代替的に、例えば、固定の端部ストッパを備えた移動機構を用いて、特にトグルレバーを用いて、あらかじめ設定した試験位置にレール部分を移動させてもよい。

【0018】

請求項５記載の方法は特に、実施において時間効率的かつ経済的である。扛上・整正ユニットは、実際軌道配置から目標軌道配置に軌道を移動させるための装置と理解される。扛上・整正ユニットは、好適には、長手方向に対して横方向に、特に垂直方向および／または水平方向に軌道を移動させるように構成されている。扛上・整正ユニットは、軌道工事のためにしばしば既に利用可能である。これにより、レール部分を移動させるための付加的な装置の調達が省略可能である。本方法は特に、軌道を扛上させかつ／または目標軌道配置に移動させる方法と時間的に並行して実施可能である。

【0019】

請求項６記載の方法は特に、実施において時間効率的かつ経済的である。レール部分の基礎を成す軌道バラストの突固めは、好適には、初期配置から試験配置へと移動することによって少なくとも部分的に到達される、レール部分の加工配置において行われる。これにより、突固めプロセスに必要な軌道の扛上は、長手方向力の特定と時間的に並行して利用可能である。少なくとも１つの力測定値の検出は、好適には、突固め過程、特にバラスト道床へのタンピングツールの突き入れからは時間的に切り離して行われる。これにより、測定誤差、特に力測定値の検出への妨害的な影響に起因する測定誤差を回避することができる。

【0020】

請求項７記載の方法により、特に確実かつ正確な仕方で長手方向力の特定が保証される。長手方向力の特定に対する道床剛性の影響を考慮することによって、特に軌道バラストの性質が相異なる際に，確実かつ正確に長手方向力を特定できることが保証される。道床剛性は、例えば、Winklerによる道床モジュール法に基づく道床モデルに組み入れることができる。

【0021】

請求項８記載の方法は、特にフレキシブルに適用可能であり、特に正確な仕方で長手方向力の特定を保証する。好適には、レール部分の基礎を成す軌道バラストの道床剛性と相関する道床測定値を検出する。道床測定値は、長手方向力の特定に使用可能である。これにより、長手方向力の特定に対する相異なる道床剛性の影響を考慮することができる。道床測定値は、例えば、突固め測定値の形態で、特にタンピングユニットを用いて検出される測定値に基づいて、かつ／または、試験荷重と相関する少なくとも１つの力測定値に基づいて、求めることができる。突固め測定値は特に、道床バラストの突固めの際の軌道バラストと、タンピングユニットのタンピングツールとの間の反力と相関する。

【0022】

請求項９記載の方法により、特にフレキシブルかつ時間効率的な仕方で長手方向力の特定が保証される。本方法を実施するために必要な計算能力は比較的少ない。少なくとも１つの力測定値に基づく長手方向力の特定は特に、従来のマイクロコントローラおよび／または従来のデスクトップＰＣを備えた評価装置を用いて行うことができる。適切な解析法には、例えば、少なくとも１つの軌道レールが、特に軌道まくらぎと共に梁として、特に弾性的に埋め込まれる梁としてモデル化されている構造モデルが含まれている。対応する解析法は、例えば、ベルヌーイによる線形の梁理論または非線形の梁理論に基づいていてよい。

【0023】

本発明の１つの、特に独立した態様によると、対応するレール部分の基礎を成す軌道バラストの道床剛性を考慮して、軌道レールにおける長手方向力の特定を行う。特に、軌道まくらぎの、特に少なくとも１つの軌道レールに結合された軌道まくらぎの特性、特に軌道まくらぎの重量に基づいて長手方向力を特定することができる。

【0024】

請求項１０記載の方法により、特にフレキシブルかつロバストな仕方で長手方向力の特定が保証される。初期配置から試験配置にレール部分を移動させる試験荷重と相関する少なくとも１つの力測定値に基づき、有限要素法（ＦＥＭ）をベースにしており、軌道レールにおける長手方向力を特定することは特に、本発明の１つの独立した態様である。ＦＥＭは、長手方向力の特定に間接的に利用可能である。代替的には、長手方向力を特定する解析法のパラメータを特定するためにＦＥＭを利用することができる。対応する方法は、半解析法とも称される。ＦＥＭは、好適には、ラグランジュ多項式を用いた少なくとも１つの軌道レールのモデル化に、さらに好適には、非一様有理Ｂスプライン（ＮＵＲＢＳ）を用いたモデル化に基づいている。軌道レールにおける長手方向力の特に正確な特定は、軌道および／または軌道バラストの構造モデルのＩＧＡ（Isogeometrische Analysis）によって可能となる。

【0025】

請求項１１記載の方法により、特にロバストかつ正確な仕方で長手方向力の特定が保証される。好適には、少なくとも２個、特に少なくとも３個、特に少なくとも５個、特に少なくとも１０個の力測定値に基づいて長手方向力の特定を行う。力測定値は、好適には、軌道の長手方向に沿った同じ位置および／または異なる位置において検出される。複数の力測定値にわたって平均値を形成することができる。さらに、長手方向力を計算するために必要な既知のパラメータの個数を少なくすることができる。本方法は、特にフレキシブルに使用可能であり、特に正確な結果をもたらす。

【0026】

本発明の別の課題は、軌道レールにおける長手方向力を特定するための、特に上で説明した方法を実施するための改善された装置であって、とりわけフレキシブルに、時間効率的にかつ経済的に使用可能な装置を創出することにある。

【0027】

この課題は、請求項１２の特徴を備えた装置によって解決される。本装置の利点は、上で説明した方法の利点に対応する。本装置は、好適には、本方法に関連して上で説明した特徴の少なくとも１つによって改善される。試験装置は、好適には、試験荷重を加えることによって初期配置から試験配置に少なくとも１つの軌道レール、特に２つの軌道レール、特に軌道部分のそれぞれのレール部分を移動させるために、少なくとも１つの試験アクチュエータ、特に扛上アクチュエータおよび／または整正アクチュエータを有している。少なくとも１つの試験アクチュエータは、垂直方向および／または水平方向にレール部分を移動させるように構成可能である。

【0028】

試験装置は、少なくとも１つの力測定値を検出するために、好適には、少なくとも１つの力測定手段を有することができる。試験装置は、少なくとも１つの距離測定値を検出するための少なくとも１つの距離測定手段を有することができる。

【0029】

本発明の一態様によると、本装置は軌道工事機械として、特に軌道を作製および／またはメンテナンスするために構成されている。

【0030】

請求項１３記載の装置は、特にフレキシブルでありかつ時間効率的に使用可能である。走行車は、双方向車両として形成されていてよい。走行車は、走行原動機を有していてもよいし、走行駆動装置のない被牽引車として構成されていてもよい。試験装置は、好適には、取外し不能または取外し可能に走行車に取り付けられている。試験装置は、取外し可能に走行車に結合するための連結部を有することができる。

【0031】

請求項１４記載の装置は、特にフレキシブルかつ経済的に使用可能である。試験装置を用いて、好適には、走行車が配置されているレール部分において、特に軌道の長手方向に沿って走行車が重なっているレール部分において長手方向力を特定することができる。本装置を用いて付加的または代替的に、隣接する軌道のレール部分における長手方向力を特定することができる。このために、本装置は、走行車に結合された位置決め装置であって、軌道に対して垂直に試験装置を移動させるための位置決め装置を有していてよい。

【0032】

請求項１５記載の装置は特に、作動においてフレキシブルでありかつ経済的である。初期配置から試験配置にレール部分を移動させるための少なくとも１つの試験アクチュエータは好適には、長手方向力を特定するために、特に特に試験荷重を作用させるためにも、またレール部分の基礎を成す軌道バラストを突き固めるためにも使用される。別の扛上アクチュエータは省略可能である。軌道バラストの突固めと、軌道レールにおける長手方向力の特定とは、時間的に少なくとも部分的に並行化可能である。

【0033】

本発明の別の特徴、詳細および利点は、図面に基づく、実施例の以下の説明から得られる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】レール部分を移動させるための試験装置を有する、レールにおける長手方向力を特定するための装置であって、レール部分が、初期配置に配置されている装置、特に軌道工事機械を示す側面図である。

【図2】試験装置によって試験荷重がレール部分に作用し、レール部分が試験配置に配置されている、図１の装置の側面図である。

【図3】少なくとも１つの力測定値に基づいて長手方向力を特定するための、図２のレール部分の構造モデルを示す図である。

【図4】切断境界に作用する切断力を有する、図３の構造モデルの部分の自由断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図１～図４に基づき、軌道レール２における長手方向力を特定するための装置１の１つの実施例を説明する。装置１は、軌道４を走行するための走行車３と、少なくとも１つの軌道レール２のレール部分６を移動させ、少なくとも１つの力測定値を検出するための試験装置５とを有している。

【0036】

軌道４は、軌道バラスト７、特にバラスト道床に配置されている。互いに平行にかつ離間して配置された２つの軌道レール２は、軌道まくらぎ８に固定されている。軌道まくらぎ８は、軌道バラスト７に載置されている。軌道４は、走行可能な組付け状態を有している。

【0037】

走行車３は、軌道４を走行するために軌道レール２に配置されている。走行車３は、２つの台車９と、この台車９に取り付けられた支持フレーム１０とを有している。台車９は、レールガイド可能な車輪１１を有している。走行車３の少なくとも１つの走行原動機１２により、軌道４に沿った移動に必要な駆動力が加えられる。

【0038】

試験装置５には、扛上・整正ユニット１３が含まれている。扛上・整正ユニット１３は、軌道レール２を可逆的に把持するためのグリッパ１４を有している。垂直方向ｚに沿ってレール部分６を移動させるために、軌道レール２毎にそれぞれ１つの扛上アクチュエータ１５が設けられている。図示していない整正アクチュエータは、軌道４の長手方向ｘに対して垂直に方向付けられた水平方向ｙに少なくとも１つの軌道レール２を移動させるように構成されている。それぞれの扛上アクチュエータ１５およびそれぞれの整正アクチュエータは、流体式、特に液圧式のアクチュエータとして構成されている。扛上アクチュエータ１５および／または整正アクチュエータは、好適には、特にグリッパ１４を介して、それぞれの軌道レール２に試験荷重Ｆ_Ｐを作用させるように構成されている。

【0039】

扛上・整正ユニット１３は力測定手段１６を有しており、この力測定手段１６は、初期配置と試験配置との間で少なくとも１つのレール部分６を移動させるための試験荷重Ｆ_Ｐと相関する力測定値を検出するように構成されている。力測定手段１６は、好適には、ロードセルとして構成されている。扛上・整正ユニット１３はさらに、それぞれ１つの距離測定値ｗを検出するために、扛上アクチュエータ１５毎にまた整正アクチュエータ毎に１つの距離測定手段を有しており、この距離測定値ｗは、特にグリッパ１４の領域において初期配置と試験配置の間で、少なくとも１つの軌道レール２の、特にレール部分６の垂直方向変位および／または水平方向変位と相関している。それぞれの距離測定手段１７は、好適には、それぞれの扛上アクチュエータ１５および／またはそれぞれの整正アクチュエータの移動量を検出するために少なくとも１つの移動量センサ、特にポテンショメータを有している。

【0040】

扛上・整正ユニット１３は、支持フレーム１０に取り付けられている。装置１の供給装置１８により、装置１を作動させるために必要な電力と、流体出力、特にそれぞれの扛上アクチュエータ１５および整正アクチュエータを作動させるために必要な液圧出力とが供給される。

【0041】

装置１は、軌道４の基礎を成す軌道バラスト７を突き固めるためのタンピングユニット１９を有している。タンピングユニット１９は、垂直方向に方向付けられたリニアガイド２０を介してユニット支持体２１に取り付けられている。ユニット支持体２１は、支持フレーム１０に固定されている。垂直方向駆動部２２は、リニアガイド２０に沿ってタンピングユニット１９を移動させるように構成されている。

【0042】

タンピングユニット１９は、２つのタンピングツール２３および１つのタンピング駆動部２４を有している。タンピング駆動部２４は、水平方向のタンピングツール軸２５の周りにタンピングツール２３を旋回させるように構成されている。タンピングツール２３には、タンピング駆動部２４を用いて、それぞれのタンピングツール軸２５の周りに、組み合わされた旋回運動と振動運動とが伝達される。タンピング駆動部２４には、電気的かつ／または流体式、特に液圧式のアクチュエータが含まれている。タンピング駆動部２４は、電力が伝達されるように供給装置１８に接続されている。供給装置１８を用いて、タンピングユニット１９に必要な電力および／または流体出力が供給される。

【0043】

装置１は、制御装置２６を有している。制御装置２６は、扛上・整正ユニット１３と、タンピングユニット１９と、特にさらに走行車３と、供給装置１８と信号接続されている。制御装置２６は、扛上・整正ユニット１３を用いて、軌道４、特に少なくとも１つの軌道レール２の配置を制御するように構成されている。制御装置２６はさらに、タンピングユニット１９を用いて、軌道バラスト７の突固めを制御するように構成されている。制御装置２６は特に、供給装置１８および／または軌道４に沿った走行車３の走行移動を制御するように構成されている。

【0044】

タンピングユニット１９は、反力測定値を検出するための、図示しない反力測定手段を有しており、この反力測定値は、軌道バラスト７とタンピングツール２３との間に作用するバラスト力と相関している。反力測定手段は、例えば、タンピング駆動部２４の液圧式アクチュエータにおける液圧を検出するための圧力センサとして構成されていてよい。反力測定手段は、好適には、反力測定値を検出するように構成されており、この反力測定値は，少なくとも１つのタンピングツール２３が軌道バラスト７に、特に垂直方向に突き入る際に、かつ／または周期的な運動、特に少なくとも１つのタンピングツール２３と軌道バラスト７との間の少なくとも１つのタンピングツール２３の振動運動の際に、発生する。反力測定値は、対応して、少なくとも１つのタンピングツール２３に作用する突き入る力と、かつ／また突固めの際に少なくとも１つのタンピングツール２３に作用する振動力と相関していてよい。

【0045】

装置１にはさらに、少なくとも１つの軌道レール２の温度を特定するための温度測定手段２７が含まれている。温度測定手段２７は、パイロメータとして構成されている。この温度測定手段２７は、制御装置２６に信号接続されている。

【0046】

装置１の評価装置２８は、力測定手段１６の信号に基づいて、特にさらにそれぞれの距離測定手段１７、反力測定手段および／または温度測定手段２７の信号に基づいて、少なくとも１つの軌道レール２における長手方向力を特定するように構成されている。

【0047】

軌道レール２における長手方向力を特定するための装置１の作動の仕方は、次の通りである。

【0048】

図１には、装置１が第１作業位置で示されている。第１作業位置では、装置１は軌道４に配置されている。タンピングユニット１９のタンピングツール２３は、軌道バラスト７と係合していない。対を成して配置された２つのレール部分６は、長手方向ｘに沿って、扛上・整正ユニット１３と、２つのグリッパ１４と、タンピングユニット１９とに重なっている。扛上・整正ユニット１３は、２つのグリッパ１４を介して、レール部分６に形状結合で結合されている。扛上・整正ユニット１３は、第１作業位置において、軌道４、特に軌道レール２のレール部分６に力を作用しない。２つの軌道レール２，特にレール部分６は、初期配置に位置している。

【0049】

２つの軌道レール２における長手方向力を特定するために、制御装置２６により、２つの扛上アクチュエータ１５をアクティブ化するための信号が供給装置１８に供給される。扛上アクチュエータ１５は、試験荷重Ｆ_Ｐを加え、レール部分６と共に２つのグリッパ１４を垂直方向ｚに上方に向かって移動させる。装置１は、図２に示された第２作業位置にある。２つの軌道レール２、特にレール部分６は、試験配置に位置している。

【0050】

垂直方向の変位ｗは、試験荷重Ｆ_Ｐを導入した箇所における、つまりそれぞれのグリッパ１４における初期配置と試験配置との間のそれぞれのレール部分６の間隔によって特定される。扛上・整正ユニット１３のそれぞれの距離測定手段１７により、関連する扛上アクチュエータ１５の移動量と相関し、対応して垂直方向の変位ｗと相関する距離測定値が検出される。力測定手段１６によって力測定値が検出され、この力測定値は、それぞれのグリッパ１４を介してそれぞれの軌道レール２に作用する試験荷重Ｆ_Ｐと相関する。

【0051】

軌道レール２は、試験配置において、特に少なくとも１つの力測定値を検出する際に、軌道まくらぎ８に固定されている。試験配置では、軌道４は、特に少なくとも１つのレール部分６の領域において走行可能な組付け状態にある。

【0052】

温度測定手段２７により、特に非接触で、それぞれの軌道レール２の温度と相関する温度測定値が検出される。

【0053】

制御装置２６により、軌道バラスト７の突固めを開始するための信号が供給される。タンピングユニット１９は、垂直方向駆動部２２を用いて降下させられる。タンピングツール２３は、軌道バラスト７に突き入る。タンピングツール２３は、それぞれのタンピングツール軸２５の周りに旋回され、振動運動が加えられる。軌道バラスト７のバラストは、タンピングユニット１９の下側の領域で突き固められる。軌道バラスト７を突き固める際に、反力測定手段を用いて反力測定値が検出される。突固め過程は終了し、タンピングユニット１９は再び第１作業位置に移動させられる。

【0054】

軌道レール２における長手方向力、特に垂直力Ｎは、検出した力測定値、距離測定値、温度測定値および反力測定値に基づいて特定される。評価装置２８には、軌道レール２の長手方向重量ｑ_ｇに起因する重量ベースの線荷重についての情報が格納されている。評価装置２８にはさらに、長手方向ｘに沿った軌道まくらぎ８の、結果として得られる長手方向重量ｑ_ｓについての情報が含まれている。軌道まくらぎ８のこの長手方向重量ｑ_ｓは、特にレール部分６内の個々の軌道まくらぎ８の平均重量と、隣り合う２つの軌道まくらぎ８の中心長手方向軸線間の平均間隔ｌ_ｓとからの商に対応する。評価装置２８には同様に、軌道レール２の弾性率Ｅ、横断面積Ａおよび熱膨張係数α_Ｔ、ならびに水平方向の横軸ｙ周りの、かつ／または垂直軸ｚ周りの、軌道レール２の面積慣性モーメントＩについての情報が格納されている。少なくとも１つの軌道レール２における長手方向力は、好適には、垂直方向ｚにレール部分６が移動する際の、水平方向の横軸ｙ周りの軌道レール２の面積慣性モーメントＩに基づいて、かつ／または水平方向ｙにレール部分６が移動する際の、垂直軸ｚ周りの軌道レール２の面積慣性モーメントＩに基づいて特定される。

【0055】

軌道バラスト７の道床モジュールｋは、評価装置２８に格納されている。道床モジュールｋは、垂直方向ｚにおける軌道バラスト７の剛性に対応する。道床モジュールｋは、反力測定値に基づいて特定され、特に適合される。

【0056】

上で説明した情報に基づいて、軌道レール２における長手方向力、特に垂直力Ｎ、垂直応力σ_Ｎ、および／または長手方向膨張ε_Νが計算される。この計算は、第１実施例によると、評価装置２８に格納されているＦＥＭモデルだけに基づいて行われる。

【0057】

さらに、それぞれの軌道レール２の中立温度Ｔ_Ｎを特定する。中立温度Ｔ_Ｎは、軌道レール２における長手方向力、特に垂直力Ｎがゼロになる温度と理解される。このためには、少なくとも１つの力測定値を検出する際に生じている温度測定値に基づいて、軌道レール２の試験温度Ｔ_Ｐを特定する。それぞれのレール部分６の中立温度Ｔ_Ｎは、ここから、次のように特定される。すなわち、
Ｔ_Ｎ＝Ｔ_Ｐ＋Ｎ／ＥＡα_Ｔ
である。

【0058】

試験温度Ｔ_Ｐを特定するために、それぞれのレール部分６にわたって通過する間に、好適には複数回、温度測定手段２７を用いて温度測定値を検出する。複数の測定値から、試験温度Ｔ_Ｐの特に正確な特定を可能にする平均値を特定することができる。平均化により、局所的な温度変動および測定偏差を補償することができる。

【0059】

代替的な１つの実施形態によると、それぞれの軌道レール２における長手方向力、特に垂直力Ｎ、垂直応力σ_Ｎ、および長手方向膨張ε_Νは、解析法に基づいて特定可能である。それぞれの軌道レール２は、ベルヌーイによる線形梁理論に基づいて、弾性的に埋め込まれた梁としてモデリングされる。軌道バラストは、Winklerによる既知の道床モジュール法に基づいてモデル化される。長手方向ｘに沿った垂直方向変位ｗについての境界値問題は、次のように表すことができる。すなわち、

【数1】

である。

【0060】

扛上・整正ユニット１３に最も近い車輪１１の載置点は、長手方向ｘについての固定支承部とみなされ、ここから、

【数2】

となる。

【0061】

Ｆ_Ｒ１およびＦ_Ｒ２は、車輪１１において軌道レール２に作用する、垂直方向の横方向力である。γは、

【数3】

であり、したがって特定される試験荷重Ｆ_Ｐに基づく、道床破壊についての指標関数である。

【0062】

道床パラメータλは、軌道バラスト７に載置されている、レール部分６の領域と、軌道バラスト７と接触していない、レール部分６の領域との間の移行を表す。好適には、道床パラメータλは、垂直方向変位ｗの最大に生じる値よりも格段に大きく仮定される。垂直方向変位ｗ(ｘ)を特定するために、上の微分方程式を数値的に解くことができる。これに基づいて、横方向力Ｑ_Ａ＝Ｑ(ｘ＝ｘ_Ａ)、Ｑ_Ｂ＝Ｑ(ｘ＝ｘ_Ｂ)がゼロに等しい位置ｘ_Ａおよびｘ_Ｂが特定される。これらの位置において、軌道レール２の傾斜に対応する軌道レール角α、βが次のように、すなわち、

【数4】

に特定される。

【0063】

垂直方向における力の釣合いにより、特定対象の垂直力Ｎが、

【数5】

にしたがって得られる。

【0064】

代替的には、軌道レール角α，βは、垂直方向変位ｗと、経験的に求められる長さ値との商として近似的に特定することができ、この長さ値は、位置ｘ_Ａ，ｘ_Ｂ間の間隔と相関する。垂直力Ｎに基づき、垂直応力σ_Ｎを次のように特定することができる。すなわち、
σ_Ｎ＝Ｎ／Ａ
である。

【0065】

長手方向膨張ε_Νは、次のように計算可能であり、すなわち、
ε_Ｎ＝Ｎ／ＥＡ
である。

【0066】

好適には、試験荷重Ｆ_Ｐと相関する少なくとも１つの力測定値が、少なくとも２つの相異なる垂直方向変位ｗにおいて検出される。特に、垂直方向変位ｗにわたる、少なくとも１つの力測定値の経過を特定することができる。これにより、特に、初期配置と試験配置との間でレール部分６が移動する間に、それぞれの軌道レール２における長手方向力を複数回、特定することができる。これらの複数の長手方向力にわたる平均値を形成することにより、精度を向上させることができる。これによってさらに、それぞれの軌道レール２および／または軌道まくらぎ８の重量を推定することができる。これにより、軌道レール２における長手方向力を特に確実かつ正確に特定することができる。

【0067】

好適には、上で説明した方法を実施するためのコンピュータプログラム製品が提供される。このコンピュータプログラム製品は、記憶ユニットに、特に評価装置２８に格納されていてよい。

【0068】

本方法が、軌道４の走行可能な組付け状態で実施可能であることにより、軌道レール２における長手方向力の特定は、特に時間効率的にかつ経済的に行うことができる。レール部分６に固定された少なくとも１つの軌道まくらぎ８は、上で説明したように、特に、その重量と、それに作用する軌道バラスト７とを考慮することにより、長手方向力を特定する際に取り入れられる。長手方向力を特定するために軌道レール２と軌道まくらぎ８との間の結合が外れてしまうことは、回避可能である。軌道４の非破壊試験が可能になる。本方法は特に、中立温度Ｔ_Ｎと試験温度Ｔ_Ｐとの間の差分に依存することなく実施可能である。特に、本方法を実施するための試験温度Ｔ_Ｐは、中立温度Ｔ_Ｎよりも高くてよい。というのは、軌道まくらぎ８に対して軌道レール２が移動してしまうことを心配する必要がないからである。

【0069】

本方法が装置１を用いて、特に軌道工事機械を用いて実施されることにより、長手方向力の特定を特に経済的に行うことができる。対応する装置１は、特に幅広い使用領域を有している。軌道バラスト７の突固めおよび長手方向力の特定は、装置１を用い、時間的に少なくとも部分的に並行して、ひいては特に時間効率的に行うことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】