DE10025066A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Detektion und Bewertung von Oberflächenschäden an verlegten Schienen und Weichenbauteilen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Detektion und Bewertung von Oberflächenschäden an verlegten Schienen und WeichenbauteilenInfo
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Abstract
Die Schienen (10) oder Weichenbauteile werden mit einer oder mehreren Wirbelstrom-Prüfsonde(n) (20) abgefahren und das Meßsignal der Sonde(n) ortsabhängig aufgezeichnet. Die Sonde(n) (20) sitzt/sitzen an einem Meßkopf, der an der Schiene (10) Führung hat. Als Ortssignalgeber dient eine GPS-Einheit (26) mit Gyromodul (32).
Description
Es ist Stand der Technik, verlegte Eisenbahnschienen und Weichen von
einem Streckenläufer visuell auf Oberflächenschäden prüfen zu lassen.
Des weiteren existieren Schienenprüfzüge, die mit Ultraschall-
Prüftechnik ausgerüstet sind. Diese Ultraschallprüfung ermöglicht es,
Trennungen im Schieneninneren zu detektieren. Trennungen und Inhomoge
nitäten im oberflächennahen Bereich, wie z. B. Head Checks und Squats,
werden mit dieser Ultraschallprüfung dagegen nicht erfaßt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu
schaffen, mit denen sich Schäden im oberflächennahen Bereich von ver
legten Schienen und Weichenbauteilen präzise, sicher und ortsgenau de
tektieren und quantitativ analysieren lassen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem man die Schiene
oder das Weichenbauteil mit einer oder mehreren Wirbelstrom-Prüfsonden
abfährt und das Meßsignal der Sonde(n) ortsabhängig aufzeichnet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens werden zwei
in festem Abstand nebeneinander verlegte Schienen mit mindestens je
einer Sonde abgefahren und die Meßsignale der Sonden parallel aufge
zeichnet.
Die die Aufgabe lösende Vorrichtung weist eine Wirbelstrom-Prüfsonde,
einen Ortssignalgeber und eine Aufzeichnungseinheit auf, der das Meß
signal der Sonde(n) und das Ortssignal des Ortssignalgebers zur simul
tanen Aufzeichnung überstellt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung sitzt/sitzen die
Sonde(n) an einem Meßkopf, der an der Schiene Führung hat. Der Meßkopf
kann schlittenartig über die Schiene gleiten und/oder mit Rollen an
der Schiene oder dem Weichenbauteil geführt sein.
Bei dem Ortssignalgeber handelt es sich vorzugsweise um eine GPS-
Einheit (Global Positioning System). Eine für zivile Anwendungen kom
merziell verfügbare GPS-Einheit ermöglicht eine Ortsbestimmung mit ei
ner Genauigkeit von ca. 3 m. Einmal erkannte Oberflächenschäden können
damit problemlos wiedergefunden werden. Das ermöglicht es, die Scha
densentwicklung zu verfolgen, die Schadensbehebung optimal zu planen
und ihren Erfolg zu kontrollieren. Es ist ein modernes Qualitätsmana
gement an dem Schienennetz möglich, und es können wertvolle Erkennt
nisse für die zukünftige Planung von Gleisanlagen gewonnen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform gehört zu der GPS-Einheit ein
Gyromodul. Damit erfolgt eine Beschleunigungsmessung, die eine Extra
polation des Ortssignals ermöglicht, wenn das GPS-Signal eine Unter
brechung erfährt, z. B. beim Durchfahren eines Tunnels.
Eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darauf ausgelegt,
als Handprüfsystem von einem Streckenläufer bedient zu werden, der
vorzugsweise nur eine einzelne Schiene damit abfährt. Diese ver
gleichsweise aufwendige Form der Prüfung ist für Gleisbereiche erfor
derlich, die einer automatisierten Prüfung derzeit nicht zugänglich
sind, beispielsweise Weichenbereiche.
Eine andere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darauf aus
gelegt, von einer schienengebundenen Draisine mitgeführt zu werden.
Letztere kann sowohl mit menschlicher Muskelkraft, als auch durch ei
nen Motor angetrieben sein. Vorzugsweise werden in einer automatisier
ten Prüfung beide Schienen abgetastet, auf denen die Draisine läuft.
Dasselbe gilt für Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die
darauf ausgelegt sind, von einem Schienenprüfzug oder Schienenschleif
zug mitgeführt zu werden. Mit dem Schienenprüfzug erhält man über die
Dauer ca. eines Betriebsjahres Prüfdaten für das gesamte Gleisnetz der
Bahn. Die von einem Schienenschleifzug mitgeführte Vorrichtung ver
hilft dazu, die Schleifarbeiten im laufenden Betrieb zu optimieren, so
daß mit möglichst geringem Materialabtrag eine einwandfreie Oberflä
chenqualität der Schiene erzielt wird.
In den von einer Draisine oder einem Zug mitgeführten Varianten emp
fiehlt es sich, den Meßkopf mit der/den Sonde(n) schwimmend an das
Schienenfahrzeug anzubinden und von der Schiene selbst geführt daran
entlanggleiten oder darüber rollen zu lassen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Aufzeichnungseinheit
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die von einem Schienenfahrzeug
mitgeführt wird, von einem auf die Schiene oder das Weichenbauteil be
zogenen Weggeber ein Wegimpulssignal überstellt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung darge
stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die perspektivische Ansicht einer Schiene mit typischerweise
zu detektierenden Oberflächenschäden;
Fig. 2 das Blockdiagramm einer Wirbelstrom-Prüfvorrichtung für die
Prüfung von Schienen und Weichenbauteilen; und
Fig. 3 das Blockdiagramm einer zu der Wirbelstrom-Prüfvorrichtung
gehörigen GPS-Einheit.
Fig. 1 zeigt eine Eisenbahnschiene aus Stahl mit typischen Oberflä
chenschäden in Form von Squats 12 und Head Checks 14.
Squats 12 sind unterhalb der Schienenoberseite 18 liegende flächige
Trennungen, vorzugsweise parallel zur Oberfläche verlaufend.
Head Checks 14 sind schräg liegende Risse im Bereich der Fahrkante 16,
die bevorzugt in den Bögen an der Außenschiene auftreten.
Die Detektion und Bewertung von Head Checks 14 gestaltet sich dadurch
schwierig, daß sie schräg zur Fahrtrichtung und in einem flachen Win
kel in die Schiene 10 einlaufen. Es muß mit einer Genauigkeit von ei
nigen Metern der Ort und millimetergenau der Abstand und die Tiefe der
Head Checks 14 gemessen werden.
Fig. 2 zeigt das Blockdiagramm einer dazu verwendeten Wirbelstrom-
Prüfvorrichtung. Zu dieser gehört eine Wirbelstrom-Prüfsonde 20, die
der Fahrkante 16 gegenüberliegt und die Schiene 10 nach dem magnetin
duktiven Verfahren abtastet, um Head Checks 14 zu detektieren und zu
bewerten.
Die Sonde 20 ist an ein Mehrkanal-Wirbelstromprüfgerät 22 angeschlos
sen. Jeder weitere Kanal kann mit einer nicht näher dargestellten wei
teren Sonde belegt sein, die z. B. die Oberseite 18 der Schiene 10 auf
Squats 12 abtastet.
Die Wirbelstrom-Prüfvorrichtung kann sich an einem Schienenprüfzug be
finden, der ein zu untersuchendes Schienenpaar befährt. In diesem Fall
erhält man von einem Weggeber ein Wegimpulssignal 24.
Eine GPS-Einheit 26 (Global Positioning System) liefert mit einer der
zeitigen Unsicherheit von ca. 3 m Ortskoordinaten.
Wie in Fig. 3 gezeigt, gehören zu der GPS-Einheit 26 eine Antenne 28,
ein Dekoder 30 und ein Gyromodul 32, an dem das Wegimpulssignal 24 an
liegt. Das Gyromodul 32 dient zur Extrapolation der Ortsbestimmung,
wenn der GPS-Empfang unterbrochen ist, beispielsweise beim Durchfahren
eines Tunnels.
Das Ausgangssignal des Wirbelstrom-Prüfgeräts 22, das Wegimpulssignal
24 und das Ortssignal liegen an einem PC 34 an. Die Signale erfahren
eine Analog-Digital-Wandlung 36 und online Datenverarbeitung, und sie
werden auf einer Festplatte 38 gespeichert.
Tabelle 1 enthält Angaben zum Datenfluß bei verschiedenen Fahrge
schwindigkeiten. Bei Auswertung von 6 Kanälen à 12 bit hat man in der
derzeitigen Ausführung einen Datenfluß von 1 Megabytes und einen
Speicherbedarf von 3,6 Gigabyte/h.
10
Schiene
12
Squat
14
Head Check
16
Fahrkante
18
Oberseite
20
Sonde
22
Wirbelstromprüfgerät
24
Wegimpulssignal
26
GPS-Einheit
28
Antenne
30
Dekoder
32
Gyromodul
34
PC
36
Analog-Digital-Wandler
38
Festplatte
Claims (14)
1. Verfahren und Vorrichtung zur Detektion und Bewertung von Ober
flächenschäden (12, 14) an verlegten Schienen (10) und Weichen
bauteilen, bei dem man die Schienen (10) und Weichenbauteile mit
mindestens einer Wirbelstrom-Prüfsonde (20) abfährt und das Meß
signal der Sonde(n) (20) ortsabhängig aufzeichnet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei
in festem Abstand nebeneinander verlegte Schienen (10) mit minde
stens je einer Sonde (20) abfährt und die Meßsignale der Sonden
(20) parallel aufzeichnet.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder
2 mit mindestens einer Wirbelstrom-Prüfsonde (20), mit einem
Ortssignalgeber und mit einer Aufzeichnungseinheit, der das Meß
signal der Sonde(n) (20) und das Ortssignal des Ortssignalgebers
zur simultanen Aufzeichnung überstellbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Son
de(n) (20) an einem Meßkopf sitzt/sitzen, der an den Schienen
(10) oder Weichenbauteilen Führung hat.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meß
kopf über die Schienen (10) oder Weichenbauteile gleitet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der Meßkopf mit Rollen an der Schiene (10) oder dem Weichenbau
teil geführt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Ortssignalgeber eine GPS-Einheit (26) (Global
Positioning System) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zu der
GPS-Einheit (26) ein Gyromodul (32) gehört.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, die darauf ausge
legt ist, als Handprüfsystem von einem Streckenläufer bedient zu
werden.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, die darauf ausge
legt ist, von einer schienengebundenen Draisine mitgeführt zu
werden.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, die darauf ausge
legt ist, von einem Schienenprüfzug mitgeführt zu werden.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, die darauf ausge
legt ist, von einem Schienenschleifzug mitgeführt zu werden.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8 und 10 bis 13, da
durch gekennzeichnet, daß der Meßkopf mit der/den Sonde(n) (20)
schwimmend an das Schienenfahrzeug angebunden und an der Schiene
(10) oder dem Weichenbauteil selbst geführt ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Aufzeichnungseinheit von einem auf die Schiene
(10) oder das Weichenbauteil bezogenen Weggeber ein Wegimpuls
signal überstellbar ist.
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