DE19836513A1 - Vorrichtung zur Überprüfung eines Meßobjekts auf Risse, Hohlstellen oder dergleichen - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Überprüfung eines sich an einer Meßstelle vorbeibewegenden Meßobjekts (10) aus magnetisierbarem Material, insbesondere eines Rads oder einer Schiene, auf Risse, Hohlstellen oder dgl. vorgeschlagen. Ein an der Meßstelle positionierbarer U- oder E-Eisenkern (13) weist eine mit Gleichstrom beaufschlagbare Erregerspule (18) und eine Meßspule (19) zur Erfassung von durch Risse (25), Hohlstellen oder dgl. hervorgerufenen Änderungen des magnetischen Flusses auf, wobei die freien Schenkelenden zum Meßobjekt (10) hinweisen und von diesem durch einen geringen Spalt (26) beabstandet sind, und daß eine mit der Meßspule (19) in Wirkverbindung stehende Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung (20) vorgesehen ist. Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, beispielsweise bei Schienenfahrzeugen sämtliche Räder während des Betriebs ständig auf Risse oder dgl. zu überprüfen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überprüfung eines sich an einer Meßstelle vorbei bewegenden Meßobjekts aus magnetisierbarem Material, insbesondere eines Rads oder einer Schiene, auf Risse, Hohlstellen oder dgl.

Eine derartige Überprüfung wird beispielsweise bei Rädern oder Radreifen von Hochgeschwindigkeitszügen (ICE) durch­ geführt, um bei rechtzeitiger Erkennung eines Risses das Rad oder den Radreifen austauschen zu können, bevor ein Bruch mit ernsteren Folgen auftritt. In bekannter Weise werden die Räder in einer Prüfhalle mittels Ultraschall oder durch Wirbelstrommessung geprüft. Dies ist sehr zeit- und kostenaufwendig, da zum einen die Züge während des Prüfvorgangs für den Fahrbetrieb nicht mehr zur Verfügung stehen, und zum anderen Rad für Rad nacheinander geprüft werden muß.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Prüfvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, durch die auch während des normalen Fahrbetriebs eine Überprüfung auf Risse und Hohlstellen durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein an der Meßstelle positionierbarer, insbesondere lamelliert ausgebildeter U- oder E-Eisenkern eine mit Gleichstrom beaufschlagbare Erregerspule und eine Meßspule zur Erfas­ sung von durch Risse oder Hohlstellen hervorgerufenen Änderungen des magnetischen Flusses aufweist, wobei die freien Schenkelenden des Eisenkerns zum Meßobjekt hinweisen und von diesem durch einen geringen Spalt beabstandet sind, und daß eine mit der Meßspule in Wirkverbindung stehende Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung vorgesehen ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht ins­ besondere darin, daß auch sich sehr schnellbewegende Meß­ objekte auf Risse und Hohlstellen geprüft werden können, so daß es beispielsweise möglich ist, diese Vorrichtung an jedem Rad eines Schienenfahrzeugs anzubringen, um während des Fahrbetriebs eine ständige Überprüfung auf Risse und Hohlstellen durchzuführen. Hierdurch können Risse und Hohlstellen schon wesentlich früher erkannt werden, als dies bei der bisherigen Prüfmethode in Intervallen möglich ist. Durch die ständige Überprüfung muß der Fahrbetrieb nicht unterbrochen werden, und bei einmal montierter Vorrichtung wird keinerlei Arbeits- oder Zeitaufwand für die Überprüfung mehr benötigt, so daß auch keine Kosten auftreten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß zusätz­ lich vom Schienenfahrzeug aus auch die Schienen auf Risse überprüft werden können. Selbstverständlich ist es prinzi­ piell auch möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung für Messungen in einem Prüffeld oder einer Prüfhalle einzu­ setzen. Auch dort tritt der weitere Vorteil auf, daß schon sehr kleine Risse erkannt werden können, die sich sehr tief im Material des Meßobjekts befinden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.

In einer zweckmäßigen einfacheren Ausführung ist der Eisenkern als U-Eisenkern ausgebildet, wobei die Erreger­ spule auf dem einen und die Meßspule auf dem anderen Schenkel angeordnet ist.

Noch bessere Ergebnisse erhält man bei einer Ausbildung des Eisenkerns als E-Eisenkern, wobei die Erregerspule auf dem mittleren Schenkel und zwei Teilwicklungen der Meßspule auf den beiden anderen Schenkeln angeordnet sind oder umgekehrt. Insbesondere bei der Ausbildung als E- Eisenkern, der eine größere Strecke des Meßobjekts übergreift, ist eine besonders gute Riß- und Hohlstellenerkennung mög­ lich.

Ist das Meßobjekt ein Rad eines Schienenfahrzeugs, so wird der Außenkern vorzugsweise radial außen an der Umfangs­ fläche oder seitlich am Rad angeordnet. In vorteilhafter Weise ist dabei jedes Rad des Schienenfahrzeugs mit einem Eisenkern versehen, wobei alle Eisenkerne einer gemein­ samen Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung dem Schienen­ fahrzeug zugeordnet sind. Auf diese Weise ist durch eine einzige Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung die Über­ wachung sämtlicher Räder gleichzeitig möglich.

Das Meßobjekt kann auch wenigstens eine Schiene eines Gleises für ein Schienenfahrzeug sein, wobei dann der Eisenkern unterhalb des Schienenfahrzeugs und die Aus­ werte- und/oder Anzeigevorrichtung im oder am Schienen­ fahrzeug angeordnet ist. Auch hier ist zweckmäßigerweise für jede der beiden Schienen ein Eisenkern vorgesehen, wobei die beiden Eisenkerne einer gemeinsamen Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung zugeordnet sind, bei der es sich um diejenigen zur Überprüfung der Räder handeln kann. Bei der Überprüfung der Schienen können auch Oberflächen­ unebenheiten an der Lauffläche erkannt werden.

Die Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung ist vorzugsweise zur Auswertung der in der Meßspule induzierten Signale ausgebildet, wobei ab einer vorgebbaren oder wählbaren Signalstärke oder -höhe eine optische und/oder akustische Warneinrichtung ausgelöst wird. Zusätzlich kann im Falle der Überprüfung von Rädern eines Schienenfahrzeugs ein automatischer Bremsvorgang des Schienenfahrzeugs mittels einer Schalteinrichtung ausgelöst werden, wenn ein Riß oder eine Hohlstelle erkannt wird.

Die in einem Schienenfahrzeug angeordnete Auswerte- und/ oder Anzeigevorrichtung kann in vorteilhafter Weise noch eine Informationseinrichtung zur Kenntlichmachung des­ jenigen Rades und/oder derjenigen Schiene aufweisen, an dem oder der ein Riß oder eine Hohlstelle festgestellt wurde.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine an der Umfangsfläche eines Rads angeordnete Prüfvorrichtung in einer Seitenansicht des Rades,

Fig. 2 dieselbe Anordnung in einer Ansicht auf die Lauffläche des Rades und

Fig. 3 eine Prüfvorrichtung für eine Schiene eines Gleises.

Die in den Fig. 1 und 2 als erstes Ausführungsbeispiel dar­ gestellte Vorrichtung zur Überprüfung eines Meßobjekts aus magnetisierbarem Material, beispielsweise Stahl, dient hier zur Überprüfung eines Rads 10 eines Schienenfahrzeugs. Dabei wird insbesondere ein sich auf einem Radgrundkörper 11 befindender Radreifen 12 überprüft, da eine Rißbildung in diesem eine besondere Gefahrenssituation schafft.

Die Prüfvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem mas­ siven oder besser lamellierten E-Eisenkern 13, dessen freie Schenkelenden der Umfangsfläche 14 des Radreifens 12 zugewandt sind. Die drei Schenkel 15-17 des Eisenkerns 13 sind dabei an ihren freien Endbereichen so gestaltet, daß sich jeweils ein sehr geringer Spalt zum Radreifen 12 hin ausbildet. Auf dem mittleren Schenkel 16 ist eine mit Gleichstrom bzw. einer Gleichspannung beaufschlagbare Erregerspule 18 angeordnet. Die beiden übrigen Schenkel 15 und 17 tragen jeweils Teilwicklungen 19a, 19b einer Meßspule 19, die im Reihe geschaltet mit einer Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung 20 verbunden sind. Dabei steuert die Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung 20 eine Abschalteinrichtung 21, eine optische Warneinrichtung 22, eine akustische Warneinrichtung 23 und eine Informations- Wiedergabeeinrichtung 24, die beispielsweise als Bild­ schirm oder sonstige Anzeigevorrichtung ausgebildet sein kann.

Das Arbeitsprinzip beruht darauf, lokale magnetische Un­ stetigkeiten, wie zum Beispiel Risse 25, im zu prüfenden magnetisierbaren Material zu ermitteln. Durch die Erreger­ spule 18 wird ein magnetischer Gleichfluß erzeugt, der bei sich drehendem Rad 10 praktisch entlang des Umfangsbe­ reichs des Rads 10 bzw. Radreifens 12 herumwandert. Durch den geringen Abstand zwischen dem Eisenkern 13 und der Umfangsfläche des Rads 10 entsteht ein sehr kleiner, kon­ stanter Luftspalt 26. Der magnetische Gleichfluß dringt über diesen Luftspalt in das magnetisierbare Material des Rads 10 bzw. Radreifens 12 ein und durchsetzt den gesamten Materialquerschnitt. Ein Riß 25, der durch den Bereich des magnetischen Gleichflusses im Radreifen 12 hindurch­ wandert, ändert den magnetischen Fluß und induziert da­ durch in der Meßspule 19 eine der Flußänderung proportio­ nale Spannung. Der Abstand der beiden äußeren Schenkel 15 und 17 des Eisenkerns 13 muß groß sein, damit die Ein­ dringtiefe des Magnetfelds so groß ist, daß auch tiefliegende Risse erkannt werden. Die induzierte Spannung wird der Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung 20 zugeleitet, wobei diese eine übliche Signalaufbereitungsschaltung enthält, durch die das Nutzsignal verstärkt und Nebensignale so weit wie möglich reduziert werden. Dies kann beispielsweise durch Filter und geeignete Verstärker erfolgen. Darüber hinaus werden zweckmäßigerweise nur solche Nutzsignale als Auslösesignale gewertet, deren Signalgröße bzw. -höhe oder deren Integral einen vorgebbaren Minimalwert überschreiten.

Wird auf diese Weise ein Riß 25, eine Hohlstelle oder eine unzulässige Oberflächenunebenheit erkannt, so werden die Warneinrichtungen 22, 23 ausgelöst, und mittels der Ab­ schalteinrichtung 21 kann der Zug oder das Schienenfahr­ zeug durch eine Notbremsung abgebremst werden. Weiterhin wird der Fehler an der Informations-Wiedergabeeinrichtung 24 angezeigt, was vor allem dann von Bedeutung ist, wenn durch die Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung 20 alle Räder 10 eines Schienenfahrzeugs oder eines Zuges gleich­ zeitig überwacht werden. Dann kann dasjenige Rad angegeben werden, wo der Fehler aufgetreten ist, wobei zusätzlich noch Informationen über die Art des Fehlers angezeigt werden können. Diese Informationen können selbstverständ­ lich auch in einer Speichereinrichtung gespeichert werden.

Es ist selbstverständlich auch möglich, nicht alle, sondern nur einzelne der Einrichtungen 21-24 vorzusehen.

Anstelle der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung des E-Eisenkerns 13 kann dieser auch seitlich am Rad 10 oder Radreifen 12 angeordnet werden. Weiterhin ist es bei einer einfacheren Ausführung auch möglich, anstelle eines E-Eisenkerns 13 einen U-Eisenkern zu verwenden, bei dem der eine Schenkel die Erregerspule 18 und der andere Schenkel die Meßspule 19 trägt. In weiterer Abwandlung der Erfindung kann der E-Eisenkern 13 auch auf dem mittleren Schenkel 16 die Meßspule 19 und auf den beiden äußeren Schenkeln 15, 17 zwei Teilwicklungen der Erregerspule 18 tragen.

Der Radreifen 12 ist in Fig. 2 vereinfacht mit konstantem Außenradius dargestellt. Tatsächlich besitzt der Radreifen 12 jedoch üblicherweise einen seitlichen Führungsring. Die Schenkel 15-17 des E-Eisenkerns 13 müssen daher entweder der tatsächlichen Außenkontur des Radreifens 12 angepaßt werden, oder er wird nur im Bereich mit konstantem Außen­ radius, also neben dem Führungsring, angeordnet.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungs­ beispiel dient ein prinzipiell dem Eisenkern 13 entspre­ chender E-Eisenkern 27 zur Überprüfung einer Schiene 28 eines Gleises für ein Schienenfahrzeug. Hierzu wird dieser E-Eisenkern 27 mittels einer Haltevorrichtung 29 so unter­ halb des nicht dargestellten Schienenfahrzeugs montiert, daß er zur Schiene 28 hin den kleinen Luftspalt 26 bildet. Im übrigen ist der E-Eisenkern 27 entsprechend dem E- Eisenkern 13 ausgebildet, so daß gleiche oder gleich­ wirkende Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen und nicht nochmals beschrieben sind.

Die Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung 20 zur Über­ prüfung der Räder 10 kann zusätzlich auch zur Überprüfung der beiden Schienen 28 des Gleises dienen, wobei selbst­ verständlich für jede der beiden Schienen 28 ein eigener E-Eisenkern 27 vorgesehen sein muß.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist selbstverständlich nicht auf die Überprüfung von Rädern eines Schienenfahr­ zeugs oder von Schienen beschränkt, sondern kann grund­ sätzlich für alle sich an einer Meßstelle vorbeibewegenden Meßobjekte aus magnetisierbarem Material angewendet werden, wobei der Eisenkern 13 an dieser Meßstelle ange­ ordnet ist. Die Erfindung ist weiterhin nicht auf die An­ ordnung an einem Schienenfahrzeug beschränkt, sondern die Räder eines Schienenfahrzeugs können auch in der bisher üblichen Weise in einem Meßlabor oder einer Meßhalle mit der erfindungsgemäßen Methode überprüft werden, zum Bei­ spiel nach dem Herstellungsprozeß und vor der Montage am Schienenfahrzeug.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Überprüfung eines sich an einer Meßstelle vorbeibewegenden Meßobjekts aus magnetisierbarem Material, insbesondere eines Rads oder einer Schiene, auf Risse, Hohlstellen oder dgl., dadurch gekennzeichnet, daß ein an der Meßstelle positionierbarer U- oder E-Eisenkern (13, 27) eine mit Gleichstrom beaufschlagbare Erregerspule (18) und eine Meßspule (19) zur Erfassung von durch Risse, Hohlstellen oder dgl. hervorgerufenen Änderungen des magnetischen Flusses aufweist, wobei die freien Schenkel­ enden zum Meßobjekt hinweisen und von diesem durch einen geringen Spalt (26) beabstandet sind, und daß eine mit der Meßspule (19) in Wirkverbindung stehende Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung (20) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der U- oder E-Eisenkern (13, 27) lamelliert aus­ gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer Ausbildung des Eisenkerns als U- Eisenkern die Erregerspule (18) auf dem einen und die Meß­ spule (19) auf dem anderen Schenkel angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer Ausbildung des Eisenkerns als E- Eisenkern (13, 27) die Erregerspule (18) auf dem mittleren Schenkel (16) und zwei Teilwicklungen (19a, 19b) der Meß­ spule (19) auf den beiden anderen Schenkeln (15, 17) an­ geordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer Ausbildung des Eisenkerns als E- Eisenkern die Meßspule auf dem mittleren Schenkel und zwei Teilwicklungen der Erregerspule auf den beiden anderen Schenkeln angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßobjekt ein Rad (10) eines Schienenfahrzeugs ist, und daß der Eisenkern (13) radial außen an der Umfangsfläche (14) oder seitlich am Rad (10) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß jedes Rad (10) des Schienenfahrzeugs mit einem Eisenkern (13) versehen ist, wobei alle Eisenkerne (13) einer gemeinsame Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung (20) dem Schienenfahrzeug zugeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßobjekt wenigstens eine Schiene (28) eines Gleises eines Schienenfahrzeugs ist, und daß der Eisenkern (27) unterhalb des Schienenfahrzeugs und die Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung (20) im oder am Schienenfahrzeug angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß für jede der beiden Schienen (28) ein Eisenkern (27) vorgesehen ist, wobei die beiden Eisenkerne (27) einer gemeinsamen Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung (20) zugeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte- und/oder An­ zeigevorrichtung (20) zur Auswertung der in der Meßspule (19) induzierten Signale ausgebildet ist und ab einer vor­ gebbaren oder wählbaren Signalstärke oder -höhe eine op­ tische und/oder akustische Warneinrichtung (22, 23) auslöst.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die in einem Schienenfahrzeug angeordnete Aus­ werte- und/oder Anzeigevorrichtung (20) bei Auslösung der optischen und/oder akustischen Warneinrichtung zusätzlich einen Bremsvorgang des Schienenfahrzeugs mittels einer Schalteinrichtung (21) auslöst.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die in einem Schienenfahrzeug angeord­ nete Auswerte- und/oder Anzeigevorrichtung (20) eine In­ formationseinrichtung (24) zur Kenntlichmachung desjenigen Rades (10) und/oder derjenigen Schiene (28) aufweist, an dem oder der ein Riß, eine Hohlstelle oder dgl. festge­ stellt wurde.