ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung
| START | Beiträge > Vorträge > Eisenbahnwesen: |
| | | | ||
| DGZfP-JAHRESTAGUNG 2002 ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung | |||||
| |||||
| |||||
| Ultraschallprüfeinrichtung für die Fertigungsprüfung von EisenbahnrädernF. Walte, B. Rockstroh, W. Kappes, S. Bessert, IZFP Saarbrücken; J. Montnacher,
1 ZusammenfassungDurch die Anforderungen der neuen europäischen Norm prEN 13262 [1] für die Ultraschallprüfung von Eisenbahnrädern nach der Fertigung entstand ein Bedarf an automatischer Ultraschall-Prüftechnik. Prüfobjekte sind Eisenbahnvollräder und Radreifen. Die im Jahr 2000 im IZFP begonnene Entwicklung von Eisenbahnrad-Prüfanlangen vom Typ RWI (Rail Wheel Inspection) [2] wurde im Jahr 2001 konsequent fortgesetzt. Grundlage waren die erfolgreiche Einführung der automatischen Ultraschallrad-Prüfsysteme AURA zur US/WS-Prüfung von ausgebauten Eisenbahnradsätzen in den DB Werken Nürnberg, München, Neumünster, Wittenberge, Delitzsch und Paderborn, sowie die Inbetriebnahme der Unterflurprüfeinrichtungen UFPE zur US-Prüfung von Eisenbahnradsätzen in vier Werken der DB-AG. Die hierbei in der Praxis gemachten Prüferfahrungen wurden auf die US- Radprüfanlage RWI übertragen. Eine erste US-Prüfanlage wurde im Radwalzwerk des Bochumer Vereins für Verkehrstechnik (BVV) in Bochum aufgebaut, erprobt und in Betrieb genommen [3,6,7]. Keywords: 2. AufgabenstellungDie Festlegungen in prEN 13262 sowie die betriebsinternen Forderungen führten zur Entwicklung einer Eisenbahnrad-Prüfanlage für Vollräder und Radreifen mit der zentralen Zielsetzung:
Der Prüfumfang nach Norm beinhaltet die Prüfung des Radkranzes mit radialer und axialer Einschallung, wobei die Anzahl der Prüfköpfe und Prüfspuren eine lückenlose Abdeckung des Radkranzquerschnittes mit Ausnahme der toten Zonen ermöglichen müssen (Abb. 1)
3. KonzeptUm Forderungen des Auftraggebers zu erfüllen wurde folgendes Konzept realisiert (siehe Abb. 2) :
Um die Forderung der Nachweisgrenze von KSR 1 mm zu erreichen wurde ein Prüfkopf mit einer Frequenz von 5 MHz (obere Frequenzgrenze nach Norm) gewählt. Mit diesem Ultraschall-Prüfkopf erreicht man den Nachweis von Flachbodenbohrungen mit KSR 1 mm (Abb. 3). Die Validierung der Fehlernachweisgrenze erfolgte an einem ebenen Testkörper aus Radstahl, sowie an dem spezifizierten Testrad. Der ebene Testkörper war mit Flachbodenbohrungen von 1 mm Durchmesser (KSR 1) versehen. Das Testrad enthielt entsprechend UIC [4] Flachbodenbohrungen, die im oberen Teil einen Durchmesser von 2 mm (KSR 2) hatten, sowie Referenzreflektoren nach der AAR-Norm [5].
Die Versuche an dem ebenen Testkörper mit 1 mm Flachbodenbohrungen und Messungen an dem spezifizierten Testrad (Abb. 4) mit 2 mm Flachbodenbohrungen zeigten ein ausreichendes Signalrauschverhältnis. Durch das relativ schmale Schallbündel des o.g. Prüfkopfes ergibt sich an der engsten Stelle eine -6 dB Schallbündelbreite von 5 mm und damit auch ein Prüfspurabstand von 5 mm. 4 SensormechanikUm das nach [1] zu prüfende Radkranzvolumen 100% abzudecken, werden auf der Lauffläche vier und auf der Stirnfläche zwei Ultraschallsensoren platziert, die nach jeweils einer Raddrehung um den Prüfspurabstand verschoben werden. Die Ankopplung erfolgt über eine Wasservorlaufstrecke von ca. 45 mm um zu vermeiden, dass das 2. Oberflächenecho in die Fehlerblende fällt. Um bei der Laufflächenprüfung immer senkrecht zur Oberfläche einzuschallen, muss die akustische Achse der Prüfköpfe exakt durch den Radmittelpunkt führen. Dies wird erreicht, indem die Prüfköpfe mittig zwischen zwei Rollenpaaren angeordnet werden. Durch dieses Design ist eine Senkrechteinschallung für alle Raddurchmesser gewährleistet. 5 Prüfdatenaufnahme und AuswertungDie Ultraschallprüfelektronik besteht aus einer 12-kanaligen PCUS 40 Einheit, integriert in einen Industrie PC und eingebaut in einen Bedienschrank (Abb. 5).
Die Datenaufnahme erfolgt mittels Blendentechnik (bis zu 4 Messblenden pro Takt) mit Echostartblende und einer automatischen Blendenanpassung bei unterschied-lichen Abmessungen des Prüfbereiches. Die Anzahl der notwendigen Prüfspuren für die einzelnen Prüfkopfpaare wird für die individuellen Radkranzdaten automatisch berechnet. Während der ersten Raddrehung wird die Radkranzbreite durch eine Ultraschalllaufzeitmessung bestimmt sowie auf einer Spur bei der Einschallung von der Stirnfläche die Schallschwächung gemessen. Die Ergebnisse werden als
dokumentiert, wobei zu Analysezwecken für jede Prüfspur eine Amplitudendynamik dargestellt werden kann, in der die einzelnen Ultraschallanzeigen vermessen werden können (Abb. 7).
Die Ergebnisse (Kurzprotokoll, Balken C-Bild und Seitenbild) werden sowohl auf der Datenfestplatte des PC's als auch über eine IRMS- Datenbank-Software auf einen externen Server gesichert. 6 GesamtsystemDas Gesamtsystem RWI 004 besteht aus (Abb. 8):
7 Literatur
| | |||||||||||||
|
| |
Abb 1: Prüfumfang und Prüfbereiche
Abb 2: Prüfkonzept
Abb 3: Fehlernachweis
Abb 4:
Abb 5: RWI-Bedienschrank
Abb. 6: Tauchbecken mit Sensormechanik
Fig 7a:
Fig 7b:
Abb 8: