DE102004061870B3 - Sensor wheel for the acoustic examination of a test object and use of the sensor wheel - Google Patents

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Abstract

Sensorrad (S) zur akustischen Untersuchung eines Messobjektes mit einer mit zwei Felgenringen (22) versehenen, ultraschalldurchlässigen und hinreichend massiv ausgebildeten Hohlwalze (20), die eine auf das Messobjekt aufsetzbare Lauffläche (21) aufweist. Das Sensorrad (S) ist dabei mit zwei Radscheiben (90) und einer Radachse (40), die ein innerhalb des Sensorrades (S) radial nach außen ausgedehntes zylinderförmiges Behältnis (41) mit zumindest in einem Teilbereich ultraschalldurchlässiger Zylinderfläche (42) aufweist, versehen. Weiter weist das Sensorrad (S) ein ultraschalldurchlässiges flüssiges Koppelmittel zwischen Walze (20) und Behältnis (41) auf, wobei das Behältnis (41) mindestens einen Ultraschallstrahlung erzeugenden Schallwandler (50) umfasst und die Ultraschallstrahlung durch das Koppelmittel, die Walze (20) und die Lauffläche (21) hindurch in das Messobjekt aussendbar ist. Zumindest ein solches Sensorrad (S) ist zur Untersuchung von Eisenbahnschienen und/oder Eisenbahnrädern zu verwenden.Sensor wheel (S) for the acoustic examination of a test object with an ultrasound-permeable and sufficiently solid-shaped hollow roller (20) provided with two rim rings (22), which has a running surface (21) which can be placed on the test object. The sensor wheel (S) is provided with two wheel disks (90) and a wheel axle (40) which has a cylindrical container (41) which extends radially outward within the sensor wheel (S) and has a cylindrical surface (42) which is ultrasound-permeable at least in a partial region , Furthermore, the sensor wheel (S) has an ultrasound-permeable liquid coupling means between the roller (20) and the container (41), wherein the container (41) comprises at least one ultrasonic transducer (50) generating ultrasound radiation and the ultrasound radiation is transmitted through the coupling means, the roller (20). and the running surface (21) can be emitted into the test object. At least one such sensor wheel (S) is to be used for the examination of railway tracks and / or railway wheels.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorrad zur akustischen Untersuchung eines Messobjektes mit mindestens einem innerhalb des Sensorrades angeordneten Ultraschallstrahlung erzeugenden Schallwandler und dessen Verwendung. Eine entsprechende Vorrichtung zur akustischen Untersuchung von Eisenbahnschienen geht aus der US 4,174,636 oder der EP 1 132 735 A1 hervor.The invention relates to a sensor wheel for the acoustic examination of a measurement object with at least one ultrasound radiation generating transducer disposed within the sensor wheel and its use. A corresponding device for the acoustic examination of railroad tracks goes out of the US 4,174,636 or the EP 1 132 735 A1 out.

Für die Untersuchung von Materialeigenschaften großflächiger Objekte, wie beispielsweise Eisenbahnschienen, insbesondere für das Diagnostizieren von Fehlstellen haben sich Ultraschallmessmethoden als vorteilhaft und zuverlässig erwiesen. Dazu wird Ultraschall von einem Schallwandler in das zu untersuchende Objekt gesendet, dort reflektiert und von demselben oder einem weiteren Schallwandler zur weiteren Auswertung erfasst. Zur besseren Ankopplung an das Messobjekt wird wegen der ansonsten großen Reflektionsverluste an der Grenzfläche Schallwandler-Luft bzw. Messobjekt-Luft zwischen Schallwandler und Messobjekt in der Regel ein Koppelmittel, beispielsweise in Form einer Flüssigkeit (z. B. Wasser, Öl), verwendet. Um ständig einen Flüssigkeitsfilm zwischen Schallwandler und Messobjekt zu gewährleisten, muss der Wandler möglichst parallel über das zu untersuchende Objekt geführt werden, da sonst der Koppelfilm abreißen könnte. Bei großflächigen Messobjekten ist außerdem mit einem hohen Verbrauch an Koppelmittel zu rechnen, das darüber hinaus benetzend auf der untersuchten Oberfläche zurückbleibt. Insbesondere für die Untersuchung von Eisenbahnschienen erweist sich diese Ultraschallmessmethode aus genannten Gründen als nachteilig.For the investigation of material properties of large-scale objects, such as railroad tracks, especially for diagnostics From defects, ultrasonic measurement methods have proven to be beneficial and reliable proved. For this purpose, ultrasound from a transducer in the too Sent object, reflected there and from the same or another sound transducer detected for further evaluation. For better coupling to the test object is because of the otherwise huge Reflection losses at the interface sound transducer air or Measurement object air between transducer and measured object usually a coupling agent, for example in the form of a liquid (eg water, oil), used. To constantly a liquid film between the transducer and the object to be measured, the converter must as parallel as possible over the to be examined object, otherwise the coupling film will tear off could. at large measuring objects is also to expect a high consumption of coupling agent, beyond that wetting on the surface being examined. Especially for the investigation Railroad tracks prove this ultrasonic measuring method for the reasons mentioned disadvantageous.

Mit der EP 1 132 735 A1 und US 4 174 636 sind Vorrichtungen zur Fehlerdetektion an Eisenbahnschienen angegeben. In beiden Schriften handelt es sich um eine Ultraschallmessvorrichtung in Form eines Rades, das für eine Untersuchung entlang einer Schiene über diese gerollt werden muss. In einem Innenbereich des jeweiligen Rades sind ortsfest in Richtung des Messobjektes ausgerichtete Ultraschallwandler angeordnet, die sich während der Messung nicht mit dem Rad mitdrehen. Die Kopplung des Ultraschallwandlers an die zu untersuchende Schiene erfolgt gemäß EP 1 132 735 A1 über eine zur Schiene parallel verlaufende Gleitplatte, die während der Messung über die Innenseite des entsprechenden Radreifens hinweggleitet. Da die Gleitplatte den Radreifen eben auf die Schiene presst, wird zur Reibungsverminderung zwischen Gleitplatte und Radreifeninnenseite ein Gleitmittel, insbesondere eine Flüssigkeit, verwendet. Die Ultraschallmessvorrichtung gemäß US 1 174 636 umfasst zur Kopplung des Ultraschallsignals keine Gleitplatten. Hier sind die in Richtung Schiene ausgerichteten feststehenden Schallwandler vollständig von Koppelflüssigkeit umgeben, die den gesamten versiegelten Hohlraum des Rades ausfüllt. Gemäß beiden genannten Schriften ist der jeweilige Radinnenraum mit Flüssigkeit gefüllt. Aufgrund von Blasenbildung und entstehender Wirbel in der Flüssigkeit können beide offenbarten Vorrichtungen nur bei relativ geringen Drehgeschwindigkeit des Rades betrieben werden, die eine maximale Untersuchungsgeschwindigkeit von ca. 50 km/h erlauben.With the EP 1 132 735 A1 and US 4,174,636 are devices for fault detection on railroad tracks specified. Both writings are an ultrasonic measuring device in the form of a wheel that has to be rolled over it for inspection along a rail. In an inner region of the respective wheel, stationary ultrasonic transducers oriented in the direction of the measurement object are arranged, which do not rotate with the wheel during the measurement. The coupling of the ultrasonic transducer to the rail to be examined is carried out according to EP 1 132 735 A1 via a parallel to the rail slide plate, which slides away during the measurement on the inside of the corresponding wheel tire. Since the sliding plate presses the wheel just on the rail, a lubricant, in particular a liquid is used to reduce friction between the sliding plate and Radreifeninnen inside. The ultrasonic measuring device according to US 1,174,636 does not include sliding plates for coupling the ultrasonic signal. Here are the aligned in the direction of rail fixed sound transducer completely surrounded by coupling fluid, which fills the entire sealed cavity of the wheel. According to both mentioned writings the respective wheel interior is filled with liquid. Due to bubble formation and resulting vortex in the liquid both disclosed devices can only be operated at relatively low rotational speed of the wheel, which allow a maximum examination speed of about 50 km / h.

In der Offenlegungsschrift WO 94/22008 A1 ist eine radförmige Ultraschall-Messvorrichtung zur akustischen Untersuchung von Eisenbahnschienen angegeben. Ein keilförmiger Körper ist dabei innerhalb der radförmigen, mit einer Koppelflüssigkeit gefüllten Messvorrichtung an deren Achse drehfest befestigt. Oberhalb der Achse sind außerhalb am keilförmigen Körper drei Ultraschallwandler angebracht, wobei zwei Ultraschallwandler derart ausgerichtet sind, dass Ultraschallstrahlen in Richtung der zu untersuchenden Schiene außerhalb am Körper vorbei aussendbar sind. Mittels des dritten Ultraschallwandlers werden Ultraschallstrahlen durch eine Bohrung im Körper durch diesen in Richtung der Schiene gesendet. Ein vierter Ultraschallwandler ist an einer als Verlängerungsstück ausgestal teten Halterung derart unterhalb der Achse in einem Winkel zur Schiene angeordnet, dass eine Schrägeinstrahlung von Ultraschallstrahlung in den Schienenkörper möglich ist. Eine erhöhte Blasenbildung und Verwirbelungen innerhalb der radförmigen Messvorrichtung bei hohen Geschwindigkeiten kann mit der Ausgestaltung der von der Koppelflüssigkeit umgebenen Teile innerhalb der Messvorrichtung nicht vermieden werden.In published patent application WO 94/22008 A1 is a wheel-shaped ultrasonic measuring device indicated for the acoustic examination of railway tracks. One wedge-shaped body is within the wheel-shaped, with a coupling fluid filled Measuring device attached to the axis rotatably. Above the Axis are outside at the wedge-shaped body attached three ultrasonic transducers, with two ultrasonic transducers are aligned such that ultrasonic beams in the direction of to be examined rail outside on the body are send out. By means of the third ultrasonic transducer Ultrasonic rays are transmitted through a hole in the body sent this towards the rail. A fourth ultrasonic transducer is on a ausgestal ended as an extension piece Support such below the axis at an angle to the rail arranged that an oblique incidence Ultrasonic radiation is possible in the rail body. An increased blistering and turbulence within the wheel-shaped measuring device high speeds can with the design of the coupling fluid surrounded parts are not avoided within the measuring device.

In der Offenlegungsschrift DE 195 44 217 A1 ist eine Ultraschall-Prüfvorrichtung zum Prüfen insbesondere von als Eisenbahnschienen ausgebildeten Prüfkörpern angegeben. Bei der Vorrichtung sind als elektromagnetische Ultraschallwandler ausgebildete Prüfkopfelemente auf einer Lauffläche eines Prüfrades angeordnet. Bei Abrollen der Lauffläche auf einer Fahrfläche der Eisenbahnschiene sind die empfangenen Echosignale in Abhängigkeit der über eine Positionsdetektionsvorrichtung bestimmbaren Stellung des Prüfrades mit einer Steuer- und Auswerteschaltung auswertbar.In the published patent application DE 195 44 217 A1 an ultrasound testing device is provided for testing in particular test specimens designed as railroad tracks. In the apparatus, test head elements designed as electromagnetic ultrasonic transducers are arranged on a running surface of a test wheel. When unrolling the tread on a running surface of the railroad track, the received echo signals can be evaluated in dependence on the position of the test wheel that can be determined via a position detection device with a control and evaluation circuit.

In der Patentschrift US 3,541,840 ist ein Ultraschall-Sensorrad zur Werkstoffprüfung von Werkstoffen, insbesondere aus dem Bereich der Luftfahrt, angegeben. Bei der Vorrichtung sind zahlreiche Ultraschallwandler auf einer Lauffläche des Sensorrades derart angeordnet, dass sie beim Abrollen auf einem Messobjekt automatisch abhängig von der Ausrichtung zum Messobjekt aktiviert und deaktiviert werden. Das Sensorrad ist weiter aus zwei Radscheiben und drei konzentrisch mit der Radachse ausgebildeten Ringen ausgestaltet, wobei der äußere der Ringe, die Lauffläche und die Ultraschallwandler umfasst.In the patent US 3,541,840 is an ultrasonic sensor wheel for material testing of materials, especially in the field of aviation specified. In the apparatus, numerous ultrasonic transducers are arranged on a running surface of the sensor wheel in such a way that they are automatically activated and deactivated when rolling on a measurement object as a function of the orientation to the measurement object. The sensor wheel is further made of two wheel discs and three concentric rings formed with the wheel axle, the outer one of the rings, the tread and the ultrasonic transducers.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sensorrad der eingangs genannten Art anzugeben, das gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Untersuchungsgeschwindigkeit ermöglicht und universeller eingesetzt werden kann.task The present invention is a sensor wheel of the aforementioned Indicate type, opposite the prior art, a higher Examination speed allows and universal can be used.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.These Task is according to the invention solved with the measures specified in claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensorrad handelt es sich um ein Sensorrad zur akustischen Untersuchung eines Messobjektes mit

  • – einer mit zwei Felgenringen versehenen, ultraschalldurchlässigen und hinreichend massiv ausgebildeten Hohlwalze, die eine auf das Messobjekt aufsetzbare Lauffläche aufweist,
  • – zwei Radscheiben,
  • – einer Radachse, die ein innerhalb des Sensorrades konzentrisch mit der Radachse ausgestaltetes und radial nach außen ausgedehntes zylinderförmiges Behältnis mit zumindest in einem Teilbereich ultraschalldurchlässiger Zylinderfläche aufweist, und
  • – einem ultraschalldurchlässigen flüssigen Koppelmittel zwischen Walze und Behältnis wobei,
  • – das Behältnis mindestens einen Ultraschallstrahlung erzeugenden Schallwandler umfasst und
  • – die Ultraschallstrahlung durch das Koppelmittel, die Walze und die Lauffläche hindurch in das Messobjekt aussendbar ist.
The sensor wheel according to the invention is a sensor wheel for the acoustic examination of a test object
  • An ultrasound-permeable and sufficiently solid-shaped hollow roller provided with two rim rings and having a running surface which can be placed on the object to be measured,
  • - two wheel discs,
  • A wheel axle which has a cylindrical container which is configured concentrically with the wheel axle within the sensor wheel and extends radially outwards, with cylindrical surface permeable to at least part of the wheel, and
  • An ultrasound-permeable liquid coupling agent between the roller and the container,
  • - The container comprises at least one ultrasound radiation generating sound transducer and
  • - The ultrasonic radiation through the coupling means, the roller and the tread is passed through into the measurement object.

Die mit dieser Ausgestaltung des Sensorrades verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass der gesamte das Koppelmittel fassende Bereich innerhalb des Sensorrades möglichst strömungsfreundlich ausgestaltete ist, so dass bei hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen sich drehenden und feststehenden Teilen des Sensorrades wenig Schlieren, Verwirbelungen und Blasenbildung im Koppelmittel auftreten, die zu Dichteinhomogenitäten im Koppelmittel führen können. Durch die Dichteinhomogenitäten kann je nach Ausprägung die Auflösung verschlechtert und insgesamt das gesamte Messsignal verfälscht werden. Eine möglichst stromlinienförmige Ausgestaltung des das Koppelmittel fassenden Bereichs erlaubt somit eine schnellere Drehbewegung des Rades und eine damit einhergehende höhere Geschwindigkeit bei der Untersuchung des Messobjektes. Damit sind Untersuchungsgeschwindigkeiten von bis zu ca. 150 km/h möglich. Da das Sensorrad erfindungsgemäß fast jeder Oberflächenform folgen kann, ohne dass die Messung verfälscht oder gar unmöglich wird, kann es nicht nur zum Untersuchen von linearen Objekten, wie beispielsweise Eisenbahnschienen, verwendet werden, sondern auch von gekrümmten Objekten. Das Sensorrad ist demgemäß auch zur Untersuchung von Walzen oder Rädern, insbesondere Eisenbahnrädern, geeignet.The associated with this embodiment of the sensor wheel advantages In particular, it can be seen that the entire area comprising the coupling agent within the sensor wheel as possible flow-friendly is designed so that at high relative speeds between little streaking of rotating and stationary parts of the sensor wheel, Turbulence and blistering occur in the coupling agent, the to density inhomogeneities in Lead coupling agent can. By the density inhomogeneities can depending on the expression the resolution deteriorates and overall the entire measurement signal can be falsified. One possible streamlined Configuration of the coupling means comprehensive area thus allows a faster rotational movement of the wheel and a concomitant higher Speed during the examination of the test object. This is Examination speeds of up to approx. 150 km / h are possible. Since that Sensor wheel according to the invention almost every surface shape can follow, without the measurement being distorted or even impossible, It can not only be used to examine linear objects, such as Railway rails, used, but also of curved objects. The sensor wheel is accordingly also for Examination of rollers or wheels, especially railway wheels, suitable.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Sensorrades gemäß der Erfindung ergeben sich aus den von Patentanspruch 1 abhängigen Ansprüchen.advantageous Embodiments of the sensor wheel according to the invention will become apparent from the dependent of claim 1 Claims.

So besteht die Walze zumindest teilweise aus einem Polymer-Kunststoff, insbesondere EPDM(Ethylen-Propylen-Dien-Monomer)-Gummi. EPDM ist ein Polymerisat aus Ethylen, Propylen und einem geringen Dien-Anteil. Es ist ein elastisches, gute Ultraschallleitfähigkeit aufweisendes Material, das in hohem Maße mechanischen und thermischen Beanspruchungen standhalten kann. Das Sensorrad kann sich somit bei gewährleisteter guter Ultraschallkopplung Unebenheiten auf der Messobjektoberfläche gut anpassen und ist darüber hinaus unempfindlich gegenüber mechanischen und thermischen Beanspruchungen, die bei hohen Untersuchungsgeschwindigkeiten auftreten können.So the roller is at least partially made of a polymer plastic, in particular EPDM (ethylene-propylene-diene monomer) rubber. EPDM is a Polymer of ethylene, propylene and a low diene content. It is an elastic, good Ultraschallleitfähigkeit exhibiting material that to a great extent can withstand mechanical and thermal stresses. The Sensor wheel can thus be guaranteed good ultrasonic coupling Adjusting unevenness well on the measuring object surface is beyond that insensitive to mechanical and thermal stresses that occur at high examination speeds may occur.

Vorteilhaft weist das Sensorrad mehrere über die Zylinderfläche des Behältnisses verteilte Schallwandler auf. Dies erlaubt zum einen unterschiedliche Betriebsmodi des Sensorrades, wie „pitch-catch"-Modus und „pulse-echo"-Modus, zum anderen kann das Sensorrad mit unterschiedlichen, verschiedenen Anforderungen genügenden Ultraschallwandlern versehen werden, die je nach Bedarf in Position gebracht werden. Hierzu kann die Sensorradachse justierbar bezüglich einer Radaufhängung ausgeführt werden.Advantageous the sensor wheel has several over the cylindrical surface of the container distributed sound transducer on. This allows for a different Operating modes of the sensor wheel, such as "pitch-catch" mode and "pulse-echo" mode, on the other Can the sensor wheel with different, different requirements sufficient Ultrasonic transducers are provided, which are in position as needed to be brought. For this purpose, the sensor wheel axis adjustable with respect to a Wheel suspension can be performed.

Es ist insbesondere vorteilhaft, dass mindestens ein erster Schallwandler zum Aussenden von Ultraschallstrahlung in das Messobjekt und mindestens ein zweiter Schallwandler zum Empfangen von reflektierter Ultraschallstrahlung aus dem Messobjekt ausgelegt sind. Das Sensorrad kann so im so genannten „pitch-catch"-Modus betrieben werden. Dies hat den Vorteil, dass in diesem Modus das Oberflächenecho abgeschwächt wird und somit eine bessere Detektion von oberflächennahen Fehlern erreicht wird. Bei dieser Ausführung des Sensorrades können auch spezielle Schallwandler benutzt werden, die nur zum Senden bzw. nur zum Empfangen ausgelegt sind.It It is particularly advantageous that at least one first sound transducer for emitting ultrasonic radiation into the measurement object and at least one second sound transducer for receiving reflected ultrasonic radiation are designed from the measurement object. The sensor wheel can be operated in the so-called "pitch-catch" mode become. This has the advantage that in this mode the surface echo attenuated and thus a better detection of near-surface defects is achieved. In this version the sensor wheel can also special transducers are used, the only for sending or are designed only for receiving.

Vorteilhaft kann auch mindestens ein Schallwandler sowohl zum Aussenden von Ultraschallstrahlung in das Messobjekt als auch zum Empfangen von reflektierter Ultraschallstrahlung aus dem Messobjekt ausgelegt sein. Das Sensorrad kann so im so genannten „pulse-echo"-Modus betrieben werden. Damit kann die Ultraschallstrahlung sowohl senkrecht als auch in einem von 90° verschiedenen Einfallswinkel in das Messobjekt eingestrahlt werden, wo sie reflektiert wird und zurück zum Schallwandler gelangt. Weiter ist es möglich, das erfindungsgemäße Sensorrad mit mehreren solchen kombinierten Schallwandlern sowohl im „puls-echo"-Modus als auch im „pitchcatch"-Modus gleichzeitig zu betreiben.Advantageously, at least one sound transducer both for emitting ultrasonic radiation into the measurement object as well as for receiving reflected ultrasonic radiation from the Be designed measuring object. The sensor wheel can be operated in the so-called "pulse-echo" mode so that the ultrasound radiation can be radiated both vertically and at a different angle of incidence from the 90 ° into the test object, where it is reflected and returned to the sound transducer it is possible to simultaneously operate the sensor wheel according to the invention with several such combined transducers both in the "pulse echo" mode and in the "pitchcatch" mode.

Es ist günstig, dass mindestens eine Radscheibe mindestens ein Ventil zum Befüllen des Koppelmittels aufweist. Das Befüllventil ist damit leicht zugängliche und gewährleistet eine möglichst einfache Befüllung.It is cheap, at least one wheel disc has at least one valve for filling the Having coupling agent. The filling valve is thus easily accessible and guaranteed one possible easy filling.

Hierzu ist es von Vorteil, dass mindestens eine Radscheibe mindestens ein weiteres Ventil zum Entlüften des Sensorrades bei Befüllung mit dem Koppelmittel aufweist. Dadurch kann erreicht werden, dass das flüssige Koppelmittel ohne Luftrückstände in den das Koppelmittel fassenden Bereich des Sensorrades gefüllt werden kann.For this It is advantageous that at least one wheel disc at least one another valve for venting of the sensor wheel during filling having the coupling agent. This can be achieved that the liquid Coupling agent without air residues in the the coupling means grasping area of the sensor wheel are filled can.

Als Vorteil erweist sich, dass mindestens eine Radscheibe Kühllamellen aufweist. In Betrieb des Sensorrades, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, wärmt sich das Gesamte Sensorrad auf. Mit den Kühllamellen kann die Temperatur des Koppelmittels (z. B. entgastes Wasser, nicht entgastes Wasser, Öl) möglichst konstant gehalten werden, um eine Änderung der Schallgeschwindigkeit im flüssigen Koppelmittel zu vermeiden.When Advantage proves that at least one wheel disc cooling fins having. In operation of the sensor wheel, especially at high speeds, warms up the entire sensor wheel on. With the cooling fins, the temperature can the coupling agent (eg degassed water, non-degassed water, oil) as possible be held constant to a change in the speed of sound in the liquid Coupling agent to avoid.

Weiter ist günstig, dass das Sensorrad mindestens einen Temperatursensor, insbesondere zur Koppelmitteltemperaturbestimmung, aufweist. Bei Kenntnis der Koppelmitteltemperatur kann somit unter Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit eine Signalkorrektur vorgenommen werden.Further is cheap, that the sensor wheel at least one temperature sensor, in particular for coupling agent temperature determination. With knowledge of Coupling agent temperature can thus taking into account the temperature dependence the sound velocity a signal correction can be made.

Vorzugsweise weist das Sensorrad mindestens einen Drucksensor auf, insbesondere zur Koppelmitteldruckbestimmung. So ist es beispielsweise möglich, einen eintretenden Koppelmittelverlust wegen des damit einhergehenden Druckabfalls zu detektieren. Preferably the sensor wheel has at least one pressure sensor, in particular for coupling agent pressure determination. So it is possible, for example, a incoming coupling agent loss due to the associated To detect pressure drop.

Vorteilhaft weist das Sensorrad mindestens ein Mittel zur Positionsbestimmung auf. Damit kann das Messobjekt ortsaufgelöst vermessen werden. Dies lässt sich beispielsweise mit einem im Sensorrad integrierten Drehwinkelmeßsystem, das die Position der drehenden Hohlwalze gegenüber der feststehenden Sensorradachse ermittelt, realisieren. Es kann aber auch mindestens einer der Radscheiben mit Markierungen versehen sein, die beispielsweise über Lichtschranken auswertbar sind. Ein solches Mittel zur Positionsbestimmung kann auch dazu dienen, das erfindungsgemäße Sensorrad mit anderen Untersuchungen (z. B. Gleisbettvermessung) bzw. Meßsystemen (z. B. Wirbelstrommeßsysteme) zu synchronisieren.Advantageous the sensor wheel has at least one position determining means on. Thus, the measured object can be measured in a spatially resolved manner. This is possible for example, with an integrated in the sensor wheel rotation angle, that is the position of the rotating hollow cylinder relative to the stationary sensor wheel axis determined, realized. But it can also with at least one of the wheel discs Be provided markings that can be evaluated, for example, via photoelectric sensors are. Such a means for determining position can also do so serve, the sensor wheel according to the invention with other examinations (eg track bed measurement) or measuring systems (eg eddy current measuring systems) to synchronize.

Es ist insbesondere vorteilhaft, dass Steuermittel zur Ansteuerung des mindestens einen Schallwandlers und/oder Mittel zur Signalverarbeitung vorgesehen sind. Dazu ist es günstig, dass das Steuermittel und/oder das Mittel zur Signalverarbeitung über mindestens einen durch die Achse geführten Leiter mit dem mindestens einen Schallwandler verbunden sind. Hiermit lässt sich auf besonders einfache Weise eine Verbindung zwischen einerseits Steuermitteln zur Ansteuerung des mindestens einen Schallwandlers und/oder Mitteln zur Signalverarbeitung und andererseits dem mindestens einen Schallwandler schaffen. So kann beispielsweise auf Schleifkontakte verzich tet werden, da sich in Messbetrieb die Sensorradachse mit dem mindestens einen Schallwandler nicht mitdreht.It is particularly advantageous that control means for driving the at least one sound transducer and / or means for signal processing are provided. It is convenient for this in that the control means and / or the signal processing means have at least a guided through the axis ladder are connected to the at least one sound transducer. Hereby can be in a particularly simple way a connection between on the one hand control means for controlling the at least one sound transducer and / or means for signal processing and on the other hand the at least one sound transducer create. For example, verzich tet on sliding contacts be in measuring operation, the sensor wheel with the at least a sound transducer does not rotate.

Daneben ist auch eine Integration der Steuermittel und/oder der Mittel zur Signalverarbeitung günstig. Dadurch kann auf eine verschleißanfällige Verbindung zwischen einerseits außerhalb des Sensorrades angeordneten Steuermitteln und/oder der Mittel zur Signalverarbeitung und andererseits dem sich mit dem Sensorrad mitdrehenden mindestens einen Schallwandler verzichtet werden. Darüber hinaus erreicht man damit kurze Wege zwischen dem mindestens einen Schallwandler einerseits und den Steuermitteln und/oder den Mittel zur Signalverarbeitung andererseits. Das verringert insbesondere die Störungsanfälligkeit von Analogsignalen. Insbesondere durch eine „vor Ort" Digitalisierung der Messsignale mittels des Mittels zur Signalverarbeitung, lassen sich beispielsweise per Funk die digitalisierten Messsignale nahezu störungsimmun an entsprechende Auswertemittel übertragen.Besides is also an integration of the control means and / or the means for Signal processing favorable. This can be due to a wear-prone connection between one hand outside the sensor wheel arranged control means and / or the means for Signal processing and on the other hand with the rotating with the sensor wheel be dispensed with at least one sound transducer. Furthermore This achieves short distances between the at least one sound transducer on the one hand, and the control means and / or the signal processing means on the other hand. This reduces in particular the susceptibility to interference of analog signals. In particular, by a "vor Location "Digitization the measurement signals by means of the signal processing, leave For example, the digitized measurement signals are almost wireless trouble immune transferred to corresponding evaluation.

Mit der Erfindung wird ferner eine Verwendung zumindest eines erfindungsgemäßen Sensorrades zur Untersuchung von Eisenbahnschienen und/oder Eisenbahnrädern angegeben. Aufgrund der hohen Untersuchungsgeschwindigkeit von bis zu ca. 150 km/h sind zum einen besonders ausgedehnte Messobjekte, wie Eisenbahnschienen, und zum anderen schnell rotierende Räder, wie Eisenbahnräder in Fahrtbetrieb, wegen der damit verbundenen relativen Zeitersparnis zu bekannten Untersuchungsvorrichtungen besonders geeignet.With The invention further provides a use of at least one sensor wheel according to the invention indicated for the examination of railway tracks and / or railway wheels. Due to the high examination speed of up to approx. 150 km / h are on the one hand particularly extensive measuring objects, such as railway tracks, and on the other fast rotating wheels, such as railway wheels in driving mode, because of the associated relative time savings to known Examination devices particularly suitable.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und gewisse Merkmale sind nur schematisiert dargestellt. Im Einzelnen zeigenPreferred embodiments of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. For clarity, the drawing is not drawn to scale, and certain features are shown only schematically. Show in detail

1 ein erfindungsgemäßes Sensorrad, 1 a sensor wheel according to the invention,

2 ein auf einem Messobjekt befindliches erfindungsgemäßes Sensorrad in Seitenansicht, 2 a sensor wheel according to the invention located on a test object in side view,

3 ein auf einem Messobjekt befindliches erfindungsgemäßes Sensorrad in Seitenansicht mit integrierter Elektronik, 3 a sensor wheel according to the invention located on a test object in side view with integrated electronics,

4 eine Messanordnung zur Untersuchung eines Eisenbahnrades mit zwei erfindungsgemäßen Sensorrädern und 4 a measuring arrangement for examining a railway wheel with two sensor wheels according to the invention and

5 schematisch die Steuerung eines Schallwandlers und Signalauswertung. 5 schematically the control of a transducer and signal evaluation.

Einander entsprechende Teile sind in den 1 bis 5 mit denselben Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are in the 1 to 5 provided with the same reference numerals.

In 1 ist ein erfindungsgemäßes Sensorrad S im Schnittbild dargestellt. Das Sensorrad S besteht dabei aus einer mit zwei Felgenringen 22 versehenen, ultraschalldurchlässigen und hinreichend massiv ausgebildeten Hohlwalze 20. Die Hohlwalze 20 weist eine Lauffläche 21 auf, die für eine Messung auf eine Oberfläche 31 eines Messobjekts 30 (siehe 2 bis 4) aufzusetzen ist. Das Material der Hohlwalze 20 sollte dabei zur besseren Schallkopplung gute Ultraschalleigenschaften vorweisen und darüber hinaus in hohem Maße mechanischen und thermischen Beanspruchungen standhalten. Hierzu ist vorzugsweise ein elastisches Material zu verwenden. Beispielsweise kommt hierfür EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer), ein Polymerisat aus Ethylen, Propylen und einem geringen Dien-Anteil, in Frage. Die beiden Felgenringe 22 dienen insbesondere zur Stabilisierung der Hohlwalze 20 und zur Befestigung von zwei Radscheiben 90. Vorzugsweise sind die Felgenringe 22 aus einem Metall. Die Verbindung zwischen den Felgenringen 22 und der Hohlwalze 20 wird dabei vorzugsweise mittels Vulkanisierung hergestellt. Weist die Kontaktfläche 93 zwischen dem jeweiligen Felgenring 22 und der Hohlwalze 20 eine vorteilhafte Kontur auf, wie in 1 angedeutet, kann die Stabilität der Verbindung der Felgenringe 22 mit der Hohlwalze 20 weiter erhöht werden. Überdies kann die Hohlwalze 20 auch mit einem Stützgeflecht versehen sein. Kunststoffringe zur Versteifung der Hohlwalze 20 sind ebenfalls denkbar.In 1 an inventive sensor wheel S is shown in the sectional view. The sensor wheel S consists of one with two rim rings 22 provided, ultrasound-permeable and sufficiently massive trained hollow roller 20 , The hollow roller 20 has a tread 21 on that for a measurement on a surface 31 a measurement object 30 (please refer 2 to 4 ) is to be set up. The material of the hollow roller 20 should have good ultrasound properties for better acoustic coupling and moreover withstand high mechanical and thermal stresses. For this purpose, it is preferable to use an elastic material. For example, this is EPDM (ethylene-propylene-diene monomer), a polymer of ethylene, propylene and a low diene content in question. The two rim rings 22 in particular serve to stabilize the hollow roller 20 and for attachment of two wheel discs 90 , Preferably, the rim rings 22 from a metal. The connection between the rim rings 22 and the hollow roller 20 is preferably produced by vulcanization. Indicates the contact surface 93 between the respective rim ring 22 and the hollow roller 20 an advantageous contour, as in 1 indicated, the stability of the connection of the rim rings 22 with the hollow roller 20 be further increased. Moreover, the hollow roller can 20 also be provided with a support braid. Plastic rings for stiffening the hollow roller 20 are also possible.

Die beiden Radscheiben 90 sind mit Befestigungsmitteln 94, wie beispielsweise Schrauben, an den Felgenringen 22 befestigt. Dadurch ergibt sich ein Hohlraum 1 im Sensorrad S, der mit einem ultraschalldurchlässigen Koppelmittel zu befühlen ist. Die Abdichtung zwischen Radscheiben 90 und Felgenringen 22 erfolgt dabei an geeigneten Stellen vorteilhafterweise mit O-Ringen. Zur effektiveren Kühlung weisen die Radscheiben 90 auf der Außenseite des Sensorrades S Kühllamellen 97 auf. Mindestens eine der beiden Radscheiben 90 ist mit einem Befüllungsventil 95 für das Koppelmittel versehen. Zudem ist eine der beiden Radscheiben mit einem Entlüftungsventil 96 ausgeführt, damit beim Befüllen des Hohlraumes 1 mit dem Koppelmittel die verdrängte Luft kontrolliert und vollständig entweichen kann. Die beiden Radscheiben 90 sind gegenüber der sich nicht mitdrehenden Radachse 40 über jeweils ein Kugellager 91 drehend gelagert. Die Abdichtung erfolgt dabei jeweils mit Hilfe eines Simmerrings 92.The two wheel discs 90 are with fasteners 94 , such as screws, on the rim rings 22 attached. This results in a cavity 1 in the sensor wheel S, which is to be felt with an ultrasound-permeable coupling agent. The seal between wheel discs 90 and rim rings 22 takes place at suitable locations advantageously with O-rings. For more effective cooling, the wheel discs 90 on the outside of the sensor wheel S cooling fins 97 on. At least one of the two wheel discs 90 is with a filling valve 95 provided for the coupling agent. In addition, one of the two wheel discs with a vent valve 96 executed, thereby filling the cavity 1 controlled with the coupling agent, the displaced air and can escape completely. The two wheel discs 90 are opposite to the non-rotating wheel axle 40 each with a ball bearing 91 rotatably mounted. The sealing takes place in each case with the help of a Simmerrings 92 ,

Die Radachse 40 weist ein innerhalb des Sensorrades S radial nach außen ausgedehntes zylinderförmiges Behältnis 41 auf, das Behältnis 41 ist gegenüber dem mit dem Koppelmittel gefüllten Hohlraum 1 beispielsweise mit O-Ringen ebenfalls abgedichtet. Das Behältnis 41 selbst ist z. B. mit Luft gefüllt. In dem Behältnis 41 sind ein oder mehrere Ultraschallwandler 50 angeordnet. Die Zylinderflächen 42 des Behältnisses 41 umfassen dabei in Aussparungen formschlüssig die Abstrahlflächen 43 der Schallwandler 50, so dass insgesamt eine glatte Zylinderfläche 42 zusammen mit den Abstrahlflächen 43 der Schallwandler 50 gegenüber dem Koppelmittel gewährleistet ist. Zur Vermeidung bzw. Minimierung von Schlieren und Verwirbelungen ist damit eine stromlinienförmige Außenkontur des Behältnisses 41 gegeben. Die Zylinderfläche 42 des Behältnisses 41 kann auch mit ultraschalldurchlässigen Fenstern formschlüssig versehen sein, so dass hinter den Fenstern auch verkippt angeordnete Ultraschallwandler 50 positioniert werden können (in 1 nicht dargestellt). Darüber hinaus weist die Radachse 40 eine Bohrung 44 auf, durch die Leiter 6, beispielsweise die Steuer- und Signalleitungen der im Sensorrad S befindlichen Ultraschallwandler 50, nach außen geführt werden können.The wheel axle 40 has a cylindrical inside the sensor wheel S radially outwardly extended cylindrical container 41 on, the container 41 is opposite to the filled with the coupling agent cavity 1 sealed for example with O-rings as well. The container 41 itself is z. B. filled with air. In the container 41 are one or more ultrasonic transducers 50 arranged. The cylindrical surfaces 42 of the container 41 In this case, the recesses positively surround the radiating surfaces 43 the sound transducer 50 , so that overall a smooth cylindrical surface 42 together with the radiating surfaces 43 the sound transducer 50 is guaranteed against the coupling agent. To avoid or minimize streaks and turbulence is thus a streamlined outer contour of the container 41 given. The cylindrical surface 42 of the container 41 can also be provided with a form-fitting with ultrasound-permeable windows, so that behind the windows also arranged tilted ultrasonic transducers 50 can be positioned (in 1 not shown). In addition, the wheel axle points 40 a hole 44 up, through the ladder 6 , For example, the control and signal lines of the sensor located in the sensor S ultrasonic transducer 50 , can be led to the outside.

In 2 ist ein auf einem Messobjekt 30 befindliches erfindungsgemäßes Sensorrad S in Seitenansicht dargestellt. Im Behältnis 41 sind mehrere Schallwandler 50 gleichmäßig über die Zylinderfläche 42 des Behältnisses 41 verteilt. Von jedem Schallwandler 50 führt ein Leiter 6 zur Bohrung 44 in der Radachse 40 und von dort aus nach außen (in 2 nicht dargestellt).In 2 is a on a test object 30 located inventive sensor wheel S shown in side view. In the container 41 are several sound transducers 50 evenly over the cylinder surface 42 of the container 41 distributed. From every transducer 50 leads a ladder 6 for drilling 44 in the wheel axle 40 and from there to the outside (in 2 not shown).

Als Beispiel für eine Messmethode ist in 2 schematisch die „puls-echo"-Messmethode dargestellt. Dazu müssen die verwendeten Schallwandler 50 Ultraschall sowohl aussenden als auch empfangen können. Ultraschallstrahlung 10 wird senkrecht bzw. in einem kleinen Winkel von dem Schallwandler 50 in Richtung Messobjekt 30 ausgesandt und von diesem reflektiert. Ein Teil der reflektierten Ultraschallstrahlung 11 gelangt dann zurück in denselben Schallwandler 50. Im Schallwandler 50 wird der empfangene Ultraschall 11 in ein elektrisches Signal umgewandelt und Mitteln 71 zur Signalverarbeitung über den Leiter 6 übermittelt. Soll das gesamte Messobjekt 30 untersucht werden, muss das erfindungsgemäße Sensorrad S mit seiner Lauffläche 21 auf der Oberfläche 31 des Messobjektes 30 entlanglaufen, während der Schallwandler 50 seine relative Ausrichtung zum Messobjekt 30 nicht ändert. Wird einer der drei übrigen Schallwandler 50 verwendet, muss dieser zunächst in Position gebracht werden. Dazu kann insbesondere die Radachse 40 drehbar und bei richtiger Positionierung des entsprechenden Schallwandlers feststellbar ausgeführt werden. Der Vorteil liegt darin, dass dem Sensorrad S je nach Anforderung unterschiedliche Schallwandler 50 zur Verfügung stehen. Die Schallwandler 50 können sich darin unterscheiden, dass sie mit unterschiedlichen Ultraschallfrequenzen und/oder verschiedenen Bandbreiten arbeiten, dass sie fokussierte oder unfokussierte Ultraschallstrahlung 10 aussenden oder dass sie Ultraschallstrahlung 10 in unterschiedlichen Winkeln in das Messobjekt 30 einstrahlen. Als Beispiel sind in 1 weiter ein Drucksensor 60 und ein Temperatursensor 61 angedeutet, mit denen der Druck bzw. die Temperatur des Koppelmittels bestimmt werden kann.As an example of a measuring method is in 2 schematically shows the "pulse-echo" measurement method 50 Ultrasound both can send and receive. ultrasonic radiation 10 becomes perpendicular or at a small angle from the sound transducer 50 in the direction of the measuring object 30 sent out and reflected by this. Part of the reflected ultrasound radiation 11 then returns to the same transducer 50 , In the sound converter 50 becomes the received ultrasound 11 converted into an electrical signal and means 71 for signal processing via the conductor 6 transmitted. Should the entire measurement object 30 be examined, the inventive sensor wheel S with its tread 21 on the surface 31 of the measured object 30 walk along while the sound transducer 50 its relative orientation to the measured object 30 does not change. Will be one of the three remaining sound transducers 50 used, this must first be positioned. This can in particular the wheel axle 40 be made rotatable and detectable with proper positioning of the corresponding transducer. The advantage lies in the fact that the sensor wheel S, depending on the requirement, different sound transducers 50 be available. The sound transducer 50 may differ in that they operate at different ultrasonic frequencies and / or different bandwidths, that they are focused or unfocused ultrasonic radiation 10 send out or that they have ultrasound radiation 10 at different angles into the test object 30 radiate. As an example, in 1 continue a pressure sensor 60 and a temperature sensor 61 indicated, with which the pressure or the temperature of the coupling agent can be determined.

In 3 ist ein auf einem Messobjekt 30 befindliches erfindungsgemäßes Sensorrad S in Seitenansicht mit integrierter Elektronik dargestellt. Dabei handelt es sich insbesondere um die Integration von Steuermitteln 70 zum Ansteuern der Schallwandler 50 und die Integration von Signalverarbeitungsmitteln 71 zur Aufbereitung (z. B. Pegelanpassung, Digitalisierung) der von den Wandlern 50 herrührenden Signale. Dies hat den Vorteil, dass die Signalwege möglichst kurz gehalten werden, so dass insbesondere die Analogsignale, die beispielsweise von den Schallwandlern 50 kommen, mit wenig Störung behaftet sind. Vorteilhaft sind die Steuermittel 70 und Signalverarbeitungsmitteln 71 Bestandteile einer integrierten Schaltung, die in einer kompakten Bauform ausgeführt sein kann. Weiter ist in 2 ein Mittel zur Positionsbestimmung 74 schematisch dargestellt, das ebenfalls integrativer Bestandteil des erfindungsgemäßen Sensorrades S sein kann.In 3 is a on a test object 30 located inventive sensor wheel S shown in side view with integrated electronics. In particular, this involves the integration of tax revenues 70 for controlling the sound transducer 50 and the integration of signal processing means 71 for conditioning (eg level adjustment, digitizing) of the converters 50 originating signals. This has the advantage that the signal paths are kept as short as possible, so that in particular the analog signals, for example, from the transducers 50 come, are afflicted with little disturbance. Advantageously, the control means 70 and signal processing means 71 Components of an integrated circuit that can be designed in a compact design. Next is in 2 a means for determining position 74 shown schematically, which may also be integrative part of the sensor wheel S according to the invention.

Als Beispiel für eine weitere Messmethode ist in 3 die „pitch-catch"-Messmethode dargestellt. Hierbei sendet ein Schallwandler 50 Ultraschallstrahlung 10 in Richtung Messobjekt 30 aus, die dort reflektiert wird. Ein Teil des reflektierten Ultraschalls 11 gelangt dann in einen zweiten Schallwandler 50, der als Empfänger dient. Dort wird der empfangene Ultraschall 11 in ein elektrisches Signal umgewandelt und den Signalverarbeitungsmitteln 71 über den Leiter 6 übermittelt.As an example of another method of measurement is in 3 The "pitch-catch" measurement method is shown 50 ultrasonic radiation 10 in the direction of the measuring object 30 which is reflected there. Part of the reflected ultrasound 11 then enters a second transducer 50 who serves as a recipient. There is the received ultrasound 11 converted into an electrical signal and the signal processing means 71 over the ladder 6 transmitted.

Diese beiden beschriebenen Messmethoden sind nicht auf die hier gezeigten jeweiligen Ausführungsbeispiele in 2 und 3 festgelegt. Sie wurden lediglich aus Gründen der übersichtlicheren Darstellung jeweils einer Figur zugeordnet. Beide Messmethoden können sowohl mit dem Ausführungsbeispiel aus 2 als auch mit dem aus 3 durchgeführt werden. Auch eine Kombination beider Methoden ist denkbar.These two described measurement methods are not limited to the respective embodiments shown in FIG 2 and 3 established. They were only assigned to a figure for reasons of clarity. Both measuring methods can be distinguished both with the embodiment 2 as well as with the 3 be performed. A combination of both methods is conceivable.

4 zeigt ein Beispiel für eine Verwendung des erfindungsgemäßen Sensorrades S. Schematisch dargestellt sind zwei Sensorräder S und ein Fehlstellen 80 aufweisendes Eisenbahnrad 33. Als Fehlstellen wurden hier drei um die Achse 32 des Eisenbahnrades verteilte Risse 80 angedeutet. Bei Drehung des Eisenbahnrades 33 – angedeutet durch Pfeile – passieren alle Risse 80 die in das Eisenbahnrad 33 vom ersten Sensorrad S eingestrahlte Ultraschallstrahlung 10 und reflektieren diese in einer charakteristischen Weise in Richtung des zweiten Sensorrades S. Im zweiten Sensorrad S wird die reflektierte Ultraschallstrahlung 11 von mindestens einem Schallwandler 50 detektiert und an Signalverarbeitungsmittel 71 weitergegeben. Die in diesem Beispiel gezeigte Messmethode ist die oben beschriebene „pitch-catch"-Messmethode. Mit dem Unterschied, dass hier das erste Sensorrad S nur zum Aussenden und das zweite Sensorrad S nur zum Empfangen von Ultraschallstrahlung 10, 11 vorgesehen sind. Im Vergleich zur „pitch-catch"-Anordnung aus 3 steht mit dieser Anordnung ein bedeutend größerer Reflektionswinkelbereich zur Verfügung. Die „pitchcatch"-Anordnung gemäß 4 kann wegen des erweiterten Reflektionswinkelbereichs auch vorteilhaft zur Untersuchung eines nahezu linear ausgedehnten Messobjektes (30), wie zum Beispiel Eisenbahnschienen, verwendet werden. 4 shows an example of a use of the sensor wheel according to the invention S. Schematically represented are two sensor wheels S and a defect 80 having railway wheel 33 , As defects were here three around the axis 32 of the railway wheel distributed cracks 80 indicated. Upon rotation of the railway wheel 33 - indicated by arrows - all cracks happen 80 in the railway wheel 33 Ultrasonic radiation radiated from the first sensor wheel S. 10 and reflect them in a characteristic manner in the direction of the second sensor wheel S. In the second sensor wheel S, the reflected ultrasonic radiation 11 of at least one sound transducer 50 detected and to signal processing means 71 passed. The measuring method shown in this example is the "pitch-catch" measuring method described above, with the difference that here the first sensor wheel S only for transmitting and the second sensor S only for receiving ultrasonic radiation 10 . 11 are provided. Compared to the "pitch-catch" arrangement 3 With this arrangement, a significantly larger reflection angle range is available. The "pitchcatch" arrangement according to 4 Due to the extended reflection angle range, it can also be used advantageously to examine a measurement object that is nearly linearly extended (FIG. 30 ), such as railroad tracks.

Zur Sicherstellung der erforderlichen Andruckkraft vom Sensorrad S auf das Messobjekt 30, 33 kann in der Aufhängung des Sensorrades S ein Drucksensor integriert sein, der die Andruckkraft überwacht. Die Andruckkraft kann aber auch aus der Laufzeit des Ultraschallsignals 10, 11 vom Schallwandler S zur Messobjekt- bzw. Eisenbahnradoberfläche 31, 34 bestimmt werden. Hierzu ist jedoch eine temperaturänderungsbedingte Laufzeitkorrektur zu berücksichtigen.To ensure the required pressure force from the sensor wheel S on the measurement object 30 . 33 can be integrated in the suspension of the sensor wheel S, a pressure sensor which monitors the pressure force. But the pressure force can also from the duration of the ultrasonic signal 10 . 11 from the transducer S to the measurement object or railway wheel surface 31 . 34 be determined. For this, however, a time change due to temperature change has to be considered.

Um das Sensorrad S auch bei extrem niedrigen Temperaturen bis ca. –40°C verwenden zu können, kann dem Koppelmittel ein Frostschutzmittel beigemischt werden. Besonders vorteilhaft erweist sich für diesen Zweck auch ein im Sensorrad S integrierte Heizung, die das Koppelmittel auf betriebsgünstiger, konstanter Temperatur hält.Around Use sensor wheel S even at extremely low temperatures down to approx. -40 ° C to be able to can be added to the coupling agent antifreeze. Particularly advantageous proves for this purpose also in the Sensor wheel S integrated heating, which makes the coupling means more economical, constant temperature.

In 5 ist als Beispiel ein Schema zur Steuerung eines Schallwandlers S und zur Signalauswertung dargestellt. Es wird ein im Behältnis 41 angeordneter Schallwandler 50 gezeigt, der hier als kombinierter Sender und Empfänger ausgeführt ist. Über einen Leiter 6 ist dieser Schallwandler 50 mit einem Schalter 72 verbunden, der den Schallwandler 50 in einen Sender- oder Empfangsmodus schaltet. Der Schalter 72, der alternativ auch durch eine Sende-/Empfangsweiche ersetzt sein kann, wird über das Steuermittel 70 gesteuert. Das Steuermittel 70 umfasst dabei einen Sendepulser und einen Sendeverstärker. Ist die Anordnung, wie in 3 als Beispiel dargestellt, in einem Sendemodus geschaltet, wird über den Sendepulser, der mit dem Sendeverstärker verbunden ist, der Schallwandler 50 mit verstärkten Sendepulsen versorgt. Ist die Anordnung in einem Empfangsmodus geschaltet, werden die im Schallwandler 50 erzeugten elektrischen Signale an das Mittel 71 zur Signalverarbeitung übermittelt. Das Signalverarbeitungsmittel 71 umfasst dabei beispielsweise einen Empfangsverstärker mit zeitlich gesteuertem Verstärkungsfaktor (TGC: „Time-Gain-Correction") und einen analogen Filter. Hier werden die vom Schallwandler 50 kommenden Signale verstärkt, normalisiert und gefiltert. Mit dem Filter wird dabei eine Störreduktion erreicht. Das so aufgearbeitete Signal gelangt dann zum Digitalisieren in einen beispielsweise ebenfalls im Signalverarbeitungsmittel enthaltenen Analog-/Digitalwandler. Die somit erzeugten digitalen Signale können in einem Auswertemittel 73 mit digitalem Signalprozessor weiter verarbeitet werden, indem die digitalisierten Empfangsdaten mit digitalen Filtern weiter reduziert werden. Eine dem digitalen Signalprozessor zugeordnete Software wertet die Empfangssignale aus, insbesondere mit dem Ziel, Fehlstellen 80 im Messobjekt 30 zu registrieren und zu bestimmen. Zur Reduzierung der Datenrate werden diese gewonnenen Daten wiederum mittels digitaler Kompression reduziert. Mit Hilfe eines Übertragers beispielsweise können dann die Auswerteergebnisse an eine entfernt befindliche Empfangseinheit, beispielsweise mittels einer elektrischen Verbindung oder auch berührungslos mittels Infrarot oder Funk, gesendet werden.In 5 is shown as an example of a scheme for controlling a transducer S and signal evaluation. It becomes a container 41 arranged sound transducer 50 shown here as combined transmitter and receiver is executed. About a leader 6 is this sound transducer 50 with a switch 72 connected to the sound transducer 50 switches to a transmitter or receiver mode. The desk 72 , which may alternatively be replaced by a transmitting / receiving switch, is via the control means 70 controlled. The control means 70 includes a transmit pulse and a transmit amplifier. Is the arrangement as in 3 shown as an example, switched in a transmission mode, is via the transmitting pulse, which is connected to the transmission amplifier, the sound transducer 50 supplied with amplified transmission pulses. If the arrangement is switched in a receive mode, those in the sound transducer 50 generated electrical signals to the agent 71 transmitted for signal processing. The signal processing means 71 includes, for example, a receiver amplifier with time-controlled amplification factor (TGC: "Time Gain Correction") and an analog filter 50 amplified, normalized and filtered. With the filter while a noise reduction is achieved. The signal processed in this way then passes for digitizing into an analog / digital converter which is likewise contained in the signal processing means, for example. The thus generated digital signals can be in an evaluation 73 be further processed with a digital signal processor by further reducing the digitized received data with digital filters. A software associated with the digital signal processor evaluates the received signals, in particular with the aim of defects 80 in the test object 30 to register and determine. To reduce the data rate, this data is again reduced by means of digital compression. By means of a transformer, for example, the evaluation results can then be sent to a receiving unit located remotely, for example by means of an electrical connection or also contactless by means of infrared or radio.

Claims (15)

Sensorrad zur akustischen Untersuchung eines Messobjektes (30) mit – einer mit zwei Felgenringen (22) versehenen, ultraschalldurchlässigen und hinreichend massiv ausgebildeten Hohlwalze (20), die eine auf das Messobjekt (30) aufsetzbare Lauffläche (21) aufweist, – zwei Radscheiben (90), – einer Radachse(40), die ein innerhalb des Sensorrades (S) konzentrisch mit der Radachse (40) ausgestaltetes und radial nach außen ausgedehntes zylinderförmiges Behältnis (41) mit zumindest in einem Teilbereich ultraschalldurchlässiger Zylinderfläche (42) aufweist, und – einem ultraschalldurchlässigen flüssigen Koppelmittel zwischen Walze (20) und Behältnis (41), wobei – das Behältnis (41) mindestens einen Ultraschallstrahlung (10) erzeugenden Schallwandler (50) umfasst und – die Ultraschallstrahlung (10) durch das Koppelmittel, die Walze (20) und die Lauffläche (21) hindurch in das Messobjekt (30) aussendbar ist.Sensor wheel for the acoustic examination of a test object ( 30 ) with - one with two rim rings ( 22 ) provided, ultrasound-permeable and sufficiently massive trained hollow roller ( 20 ), one on the measuring object ( 30 ) mountable tread ( 21 ), - two wheel discs ( 90 ), - a wheel axle ( 40 ), one within the sensor wheel (S) concentric with the wheel axle ( 40 ) and radially outwardly extended cylindrical container ( 41 ) with at least a partial region of ultrasound-permeable cylindrical surface ( 42 ), and - an ultrasound-permeable liquid coupling agent between roller ( 20 ) and container ( 41 ), where - the container ( 41 ) at least one ultrasonic radiation ( 10 ) generating sound transducer ( 50 ) and - the ultrasonic radiation ( 10 ) by the coupling agent, the roller ( 20 ) and the tread ( 21 ) into the test object ( 30 ) is send out. Sensorrad (S) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (20) zumindest teilweise aus einem Polymer-Kunststoff, insbesondere EPDM-Gummi, besteht.Sensor wheel (S) according to claim 1, characterized in that the roller ( 20 ) consists at least partially of a polymer plastic, in particular EPDM rubber. Sensorrad (S) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mehrere über die Zylinderfläche (42) des Behältnisses (41) verteilte Schallwandler (50).Sensor wheel (S) according to claim 1 or 2, characterized by several over the cylindrical surface ( 42 ) of the container ( 41 ) distributed sound transducer ( 50 ). Sensorrad (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Schallwandler (50) zum Aussenden von Ultraschallstrahlung (10) in das Messobjekt (30) und mindestens ein zweiter Schallwandler (50) zum Empfangen von reflektierter Ultraschallstrahlung (11) aus dem Messobjekt (30) ausgelegt sind.Sensor wheel ( 5 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one first sound transducer ( 50 ) for emitting ultrasound radiation ( 10 ) into the measuring object ( 30 ) and at least one second sound transducer ( 50 ) for receiving reflected ultrasound radiation ( 11 ) from the measurement object ( 30 ) are designed. Sensorrad (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mindestens einen Schallwandler (50) sowohl zum Aussenden von Ultraschallstrahlung (10) in das Messobjekt (30) als auch zum Empfangen von reflektierter Ultraschallstrahlung (11) aus dem Messobjekt (30).Sensor wheel (S) according to one of claims 1 to 3, characterized by at least one sound transducer ( 50 ) both for emitting ultrasonic radiation ( 10 ) into the measuring object ( 30 ) as well as for receiving reflected ultrasonic radiation ( 11 ) from the measurement object ( 30 ). Sensorrad (S) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindesten eine Radscheibe (90) mindestens ein Ventil (95) zum Befüllen des Koppelmittels aufweist.Sensor wheel (S) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one wheel disc ( 90 ) at least one valve ( 95 ) for filling the coupling agent. Sensorrad (S) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindesten eine Radscheibe (90) mindestens ein Ventil (96) zum Entlüften des Sensorrades (S) bei Befüllung mit dem Koppelmittel aufweist.Sensor wheel (S) according to claim 6, characterized in that at least one wheel disc ( 90 ) at least one valve ( 96 ) for venting the sensor wheel (S) when filled with the coupling means. Sensorrad (S) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Radscheibe (90) Kühllamellen (97) aufweist.Sensor wheel (S) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one wheel disc ( 90 ) Cooling fins ( 97 ) having. Sensorrad (S) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Temperatursensor (61), insbesondere zur Koppelmitteltemperaturbestimmung.Sensor wheel (S) according to one of the preceding claims, characterized by at least one temperature sensor ( 61 ), in particular for coupling agent temperature determination. Sensorrad (S) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Drucksensor (60), insbesondere zur Koppelmitteldruckbestimmung.Sensor wheel (S) according to one of the preceding claims, characterized by at least one pressure sensor ( 60 ), in particular for coupling medium pressure determination. Sensorrad (S) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Mittel (74) zur Positionsbestimmung.Sensor wheel (S) according to one of the preceding claims, characterized by at least one means ( 74 ) for position determination. Sensorrad (S) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Steuermittel (70) zur Ansteuerung des mindestens einen Schallwandlers (50) und/oder Mittel zur Signalverarbeitung (71).Sensor wheel (S) according to one of the preceding claims, characterized by control means ( 70 ) for controlling the at least one sound transducer ( 50 ) and / or signal processing means ( 71 ). Sensorrad (S) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (70) und/oder das Mittel (71) zur Signalverarbeitung über mindestens einen durch die Achse (40) geführten Leiter (6) mit dem mindestens einen Schallwandler (50) verbunden sind.Sensor wheel (S) according to claim 12, characterized in that the control means ( 70 ) and / or the agent ( 71 ) for signal processing via at least one axis ( 40 ) guided ladder ( 6 ) with the at least one sound transducer ( 50 ) are connected. Sensorrad (S) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Integration der Steuermittel (70) und/oder der Mittel zur Signalverarbeitung (71).Sensor wheel (S) according to claim 12, characterized by an integration of the control means ( 70 ) and / or the signal processing means ( 71 ). Verwendung zumindest eines Sensorrades (S) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Untersuchung von Eisenbahnschienen und/oder Eisenbahnrädern (33).Use of at least one sensor wheel (S) according to one of the preceding claims for the examination of railway rails and / or railway wheels ( 33 ).
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