Zerstörungsfreie Materialprüfung
Berlin, 21.-23. Mai 2001 -Berichtsband 75-CD
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Nach der erfolgreichen Einführung der automatischen Ultraschallprüfung für ICE-Radsätze durch Prüfanlagen vom Typ "AURA" [1,2] wurde seitens der DB-AG diese Prüfung auch auf Radsätze im REGIO- und CARGO- Bereich und auf Radsatzachsen ausgedehnt.
Da der Durchsatz von Radsätzen in den REGIO- und CARGO- Werken der DB-AG ca. viermal so hoch wie im ICE-Bereich ist, musste das AURA- Konzept hinsichtlich der Prüfgeschwindigkeit optimiert und auf Achsen angepasst werden.
Durch eine änderung der Normen [3] für die Herstellung und Prüfung von Eisenbahnrädern nach der Fertigung entstand ein zusätzlicher Bedarf an automatischer Ultraschall- Prüftechnik, der durch die Entwicklung des Tauchtechnik- Prüfsystems RWI (Rail Wheel Inspection) abgedeckt wird.
Bezüglich der AURA/RWI Prüfsysteme stellten sich folgende neuen Anforderungen:
Zusammen mit der TEG- Stuttgart wurde das Mechanikkonzept des AURA- Prüfsystems so geändert, dass das zeitaufwendige 180° Schwenken des Prüfsystemträgers (zur Gewährleistung der gegensinnigen Prüfung notwendig) entfallen konnte. Dafür musste jeder der beiden Sub-Prüfsystemträger anstelle von 28 nun 52 Ultraschall-Sensoren und weitere acht Wirbelstrom- Sensoren tragen und die Elektronik auf die doppelte Kanalzahl (64 Kanäle) erweitert werden ( Abb. 1).
Für den Nachweis von Oberflächenanrissen wurde das AURA- Prüfsystem mit einem achtkanaligen Wirbelstromeinschub ausgerüstet. Je 4 WS- Sonden decken den Lauf-flächenbereich vom Laufkreis bis zur äusseren Stirnfläche ab. Die Sonden arbeiten mit folgenden Parametern:
Abb 1: US / WS- Sensoren für die Radsatzprüfung .
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14 mm
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800 kHz
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12 mm
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10 mm
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Der Nachweis erfolgt an Nuten mit 1 mm Tiefe. Die Wirbelstrom- Zeitsignale (Abb. 2) werden analog zu den Ultraschallsignalen im Balken- C- Bild über dem Radumfang dargestellt.
Abb 2: Wirbelstrom- Zeitsignal von 5 Nuten in der Radlauffläche bzw. Radkranzkante.
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Für den Nachweis von Volumenfehlern (V) und umfangs (U)- bzw. radial (R) orientierten Rissen in den gefährdeten Bereichen der Radscheibe wird eine Kombination aus:
eingesetzt (Abb. 3).
Abb 3: Fehlernachweis für die Radscheibenprüfung.
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Um die grosse Vielzahl der Scheibengeometrien im Bereich REGIO/CARGO abzudecken, muss für jede spezielle Scheibengeometrie ein spezieller Abstand und eine spezielle Frequenz der EMUS- Prüfköpfe eingestellt werden. Dies wurde realisiert durch eine automatische Querverschiebungseinheit und eine variabel einstellbare Frequenz.
Abb 4: Fehlernachweis bei der Radscheibenprüfung mit EMUS |
Im Bereich CARGO treten Radscheiben mit Bohrungen auf. Unterstellt man Risse ausgehend von den Bohrungen, so reicht für einen entsprechenden Rissnachweis eine Blendentechnik nicht aus. Das AURA- Prüfsystem wurde deshalb mit der Möglichkeit der TD- Bildaufzeichnung ausgestattet. Abb. 4 zeigt das TD- Bild einer Radscheiben mit 3 Referenzfehlern.
Der AURA- Prüfsystemträger besteht nach wie vor aus fünf Rahmen für die Aufnahme von max. sechs Sensoren, die auf der Lauffläche ankoppeln (L1 bis L5), und von fünf Scheiben für die Aufnahme von max. zwei Sensoren (S1- S5)., die auf der inneren Stirnfläche ankoppeln (Abb. 5).
Abb 5: AURA- Prüfsystembelegung.
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Gegenüber der 1. Version wurden die Verschleisssohlen der Prüfköpfe verkleinert und die Prüfkopfhalterungen so optimiert, dass insgesamt 60 US- bzw. WS- Sensoren Platz finden. Tabelle 1 zeigt die Belegung der einzelnen Rahmen bzw. Scheiben.
| Nr. | Rahmen | Scheibe | Nr. | Rahmen | Scheibe | |||||||||||||||||||
| 1 |
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4
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2
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5
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3
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| Tabelle 1: Belegung des Prüfsystems Nr. 1, Nr. 2 hat eine identische Belegung | | ||||||
Abb 6: RWI- Prüfsystem. Bezeichnungen siehe Tabelle 2.
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Die Fertigungsprüfung von Eisenbahnrädern konnte nach den bisherigen Normen [4] manuell oder mechanisiert durchgeführt werden, wobei das Nachweisvermögen bei KSR 2 mm Durchmesser lag. Nach der prEN 13262 wird die Nachweisgrenze für bestimmte Radtypen auf KSR 1 mm Durchmesser angehoben. Zur schnellen automatischen Ultraschall- Prüfung von Radreifen und Vollrädern wurde das Prüfsystem RWI- (Rail Wheel Inspection) entwickelt (Abb. 6).
| Nr. | Prüffunktionen | |
| 1 | 1 Pk für die SkE in die Lauffläche (Bereich nahe der äusseren Stirnfläche) | |
| 2 | 2 Pk's für die SkE in die Lauffläche (Bereich nahe der inneren Stirnfläche) | |
| 3 | 2 Pk's für die SkE in die Stirnfläche | |
| 4 | Option: | 2 Pk's für die SgE in die Stirnfläche |
| 5 | Option: | 1 Pk für die Spurkranzprüfung |
| 6, 7 | Option: | Je 1 Pk für die Radscheibenprüfung |
| 8, 9 | Option: | Je 1 Pk für SkE in die Nabe |
| 10 | Option: | 1 Pk für die Ortung der Stempelbuchstaben |
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SkE: Senkrechteinschallung SgE: Schrägeinschallung, (r)Verschiebung | ||
| Tabelle 2: Bezeichnungen zu Abb. 6 | ||
Das Basis- RWI- Prüfsystem ist ausgelegt für die Ultraschallprüfung des Radkranzes in Senkrechteinschallung von Radreifen und Vollrädern und benötigt 12 IE- Prüfköpfe.
Als Option kann bei Vollrädern auch die Scheibe, die Nabe und der Spurkranz geprüft werden, ausserdem ist eine Schrägeinschallung in die Stirnfläche möglich. Zur Korrelation von Anzeigen, die aus dem Bereich der Stempelung an der äusseren Stirnfläche stammen, kann ein Breitstrahler in Schrägeinschallung eingesetzt werden.
Das komplette Prüfsystem mit allen Optionen benötigt 34 IE- Prüfköpfe.
Das RWI- Prüfsystem arbeitet in Tauchtechnik mit im Wesentlichen runden Prüfköpfen. Zur 100 %igen Abdeckung des Prüfbereiches wird das Vollrad bzw. der Radreifen mehrmals gedreht, wobei nach jeder Drehung die Prüfköpfe, die in einem Prüfkopfblock zusammengefasst sind, quer zur Achse verschoben werden. Das RWI- System arbeitet mit der PCUS- 40- Elektronik [5] (Basisprüfanlage mit 16 Kanälen) und einer Software auf Basis der AURA- Software [1]. Die Prüfparameter sind in Tabelle 3 angegeben.
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5 MHz
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7,5 mm / 3,75 mm
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>= 10 mm
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2 bis 5
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Ca. 200 mm/sek.
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>=1,5 min
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Tabelle 3: Prüfparameter für RWI | | ||||||||
Für die Prüfung der Nabe und des Spurkranzes werden Breitstrahler eingesetzt.
Folgende Prüfparameter sind in den Normen vorgeschrieben:
| Norm |
Tote Zone TL TS |
RG mm KSR |
Delta RWE |
| UIC 812 | 10/30 mm | 2/3 * | <=6dB |
| ISO5948 | 10/30 mm | 2/3 * | <=4dB |
| AAR | Keine Angaben | 3,2 | <=6dB |
| EN13262 | 10/30 mm | 1/2/3 * | |
| DB/TL | 10/10 mm | 2/3 * | |
| BS 5892 | 10/30 mm | RG-12 dB | |
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TL/TS: Tote Zone unterhalb Lauffläche/Stirnfläche RG: Registriergrenze, Delta RWE: Rückwandecho Einbruch, * abhängig von der Klasseneinteilung der Räder | |||
Abb 7: Lagen und Tiefen der Referenzbohrungen nach UIC 812.
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Nach [4] sind als Referenzreflektoren Flachbodenbohrungen s.o. vorgeschrieben. Die Lagen und Tiefen sind in Abb. 7 angegeben. Nach [6] können wahlweise Flachbodenbohrungen oder Zylinderbohrungen eingesetzt werden.
In der Basisversion ist RWI ausgelegt für die Prüfung des Radkranzes von Radreifen und Vollrädern. Radgrößen von 690 - 1300 mm Durchmesser bei Gewichten von max. 900 kg können ohne mechanisches Umrüsten durch einen speziellen Prüfsystemträger geprüft werden.
Als Option kann RWI mit einem Prüfsystemträger für die Prüfung der Nabe und der Radscheibe nachgerüstet werden.
Das RWI- Gesamtsystem besteht aus:
Abb. 8 zeigt ein Ergebnis für das Nachweisvermögen von RWI am Beispiel einer 1 mm Flachbodenbohrung in einem Radsegment- Testkörper
Abb 8: A- Bild einer 1mm Flachbodenbohrung in 10 mm Tiefe .
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| Herausgeber: DGfZP, Programmierung: NDT.net | START |
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