DE10025066A1

DE10025066A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Detektion und Bewertung von Oberflächenschäden an verlegten Schienen und Weichenbauteilen

Info

Publication number: DE10025066A1
Application number: DE10025066A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Hintze; Ronald Krull; Volker Kiesow; Rainer Pohl; Hans-Martin Thomas; Sven Ruehe; Juergen Rohmann; Martin Junger
Original assignee: BAHN AG FORSCHUNGS und TECHNOL; FER PROZESSAUTOMATISIERUNG GMB; THOMAS HANS MARTIN; Rohmann GmbH; PLR Prueftechnik Linke und Ruehe GmbH
Current assignee: Fer-Prozessautomatisierung 39104 Magdeburg GmbH; POHL, RAINER, DIPL.-ING., 13051 BERLIN, DE; Rohmann 67227 Frankenthal De GmbH; Thomas Hans-Martin Dr-Ing 14055 Berlin De; DB Netz AG; PLR Prueftechnik Linke und Ruehe GmbH
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2001-12-13
Also published as: CA2408427A1; EP1285264A2; WO2001090738A3; WO2001090738A2; US20030128030A1; AU2001272326A1; JP2003534549A

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.

Tabelle 1

Liste der Bezugszeichen

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

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.