DE19836513A1 - Device to test sample objects for internal defects, especially for in-service testing of train wheels has arrangement of electromagnet placed close to wheel with associated measurement coil - Google Patents
Device to test sample objects for internal defects, especially for in-service testing of train wheels has arrangement of electromagnet placed close to wheel with associated measurement coilInfo
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Abstract
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.The invention relates to a device for checking a measuring object moving past a measuring point made of magnetizable material, especially a wheel or a rail, on cracks, cavities or the like.
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.Such a check is, for example, for wheels or wheel tires from high-speed trains (ICE) led to the at the timely detection of a crack To be able to replace the wheel or the tire before one Break with more serious consequences occurs. In a known way are the wheels in a test hall using ultrasound or checked by eddy current measurement. This is very time- and expensive, because on the one hand the trains during the Test process for driving operation no longer available stand, and checked one after the other wheel by wheel must become.
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.It is therefore an object of the invention to provide a test device to create the genus mentioned at the beginning, through which also check during normal driving Cracks and voids can be carried out.
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.This object is achieved in that a positionable at the measuring point, in particular laminated trained U or E iron core one with direct current energizable excitation coil and a measuring coil for detection Solution caused by cracks or voids Magnetic flux changes, the Point the free leg ends of the iron core towards the test object and are spaced from it by a small gap, and that one is in operative connection with the measuring coil Evaluation and / or display device is provided.
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.The advantage of the device according to the invention is special in that also very fast moving measuring objects can be checked for cracks and cavities, so that it is possible, for example, to use this device to attach each wheel of a rail vehicle to during a constant check for cracks and To carry out cavities. This can cause cracks and Cavities are recognized much earlier than this is possible at intervals with the previous test method is. Due to the constant inspection, the driving operation not be interrupted, and once installed Device will not require any work or time the review is needed more, so that no costs occur. Another advantage is that additional The rails for cracks are also visible from the rail vehicle can be checked. Of course it is prince piell also possible, the device according to the invention for Include measurements in a test field or test hall put. There, too, there is the further advantage that already very small cracks that can be seen very much located deep in the material of the measurement object.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.By the measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements of device specified in claim 1 possible.
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.In an expedient, simpler version, the Iron core designed as a U-iron core, the pathogen coil on one and the measuring coil on the other Leg is arranged.
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.Training gives you even better results of the iron core as an E-iron core, with the excitation coil on the middle leg and two partial windings of the Measuring coil are arranged on the other two legs or the other way around. Especially when training as an e- Iron core, which spans a larger distance of the measurement object, a particularly good crack and cavity detection is possible 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.If the measurement object is a wheel of a rail vehicle, then the outer core preferably radially outside on the circumference surface or arranged on the side of the wheel. In advantageous Each wheel of the rail vehicle is equipped with one Iron core provided, with all iron cores one in common seed evaluation and / or display device the rails are assigned to the vehicle. That way is through a only evaluation and / or display device the over All wheels can be monitored at the same time.
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.The measurement object can also have at least one rail Track for a rail vehicle, then the Iron core below the rail vehicle and the Aus value and / or display device in or on the rails vehicle is arranged. It is also expedient here an iron core is provided for each of the two rails, whereby the two iron cores of a common evaluation and / or display device associated with it can be those for checking the wheels. When checking the rails, surfaces can also be unevenness on the tread can be detected.
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.The evaluation and / or display device is preferred to evaluate the signals induced in the measuring coil trained, with a predetermined or selectable Signal strength or level an optical and / or acoustic Warning device is triggered. In addition, in the case checking the wheels of a rail vehicle automatic braking of the rail vehicle by means of a switching device triggered when a crack or a hollow is recognized.
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.The evaluation and / / arranged in a rail vehicle or display device can still advantageously an information facility to identify the have that wheel and / or that rail who found a crack or a hollow has been.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the drawing shown and in the following description explained. Show it:
Fig. 1 eine an der Umfangsfläche eines Rads angeordnete Prüfvorrichtung in einer Seitenansicht des Rades, Fig. 1 a arranged on the peripheral surface of a wheel testing apparatus in a side view of the wheel,
Fig. 2 dieselbe Anordnung in einer Ansicht auf die Lauffläche des Rades und Fig. 2 shows the same arrangement in a view of the tread of the wheel and
Fig. 3 eine Prüfvorrichtung für eine Schiene eines Gleises. Fig. 3 shows a test device for a rail of a track.
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.The device shown in FIGS. 1 and 2 as the first exemplary embodiment for checking a measurement object made of magnetizable material, for example steel, is used here for checking a wheel 10 of a rail vehicle. In particular, a wheel tire 12 located on a wheel base 11 is checked, since cracking in it creates a special dangerous situation.
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. The test device consists essentially of a mas sive or better laminated E-iron core 13 , the free leg ends of the circumferential surface 14 of the wheel tire 12 facing. The three legs 15-17 of the iron core 13 are designed at their free end areas so that a very small gap to the wheel tire 12 is formed. An excitation coil 18 which can be acted upon by direct current or direct voltage is arranged on the middle leg 16 . The two remaining legs 15 and 17 each carry partial windings 19 a, 19 b of a measuring coil 19 , which are connected in series with an evaluation and / or display device 20 . The evaluation and / or display device 20 controls a shutdown device 21 , an optical warning device 22 , an acoustic warning device 23 and an information playback device 24 , which can be designed, for example, as a screen or other display device.
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.The working principle is based on determining local magnetic unevenness, such as cracks 25 , in the magnetizable material to be tested. By the excitation coil 18, a magnetic Gleichfluß is generated which rotates with them wheel 10 virtually along the Umfangsbe realm of the wheel 10 or the wheel tire 12 wandering. The small distance between the iron core 13 and the peripheral surface of the wheel 10 creates a very small, constant air gap 26 . The direct magnetic flux penetrates through this air gap into the magnetizable material of the wheel 10 or wheel tire 12 and penetrates the entire material cross section. A crack 25 , which travels through the area of the direct magnetic flux in the wheel tire 12 , changes the magnetic flux and induces a voltage change proportional to the flux change in the measuring coil 19 . The distance between the two outer legs 15 and 17 of the iron core 13 must be large so that the penetration depth of the magnetic field is so large that deep cracks can be detected. The induced voltage is fed to the evaluation and / or display device 20 , which contains a customary signal processing circuit by which the useful signal is amplified and secondary signals are reduced as much as possible. This can be done, for example, using filters and suitable amplifiers. In addition, only those useful signals are expediently evaluated as trigger signals whose signal size or level or whose integral exceeds a predeterminable minimum value.
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.If a crack 25 , a hollow or an impermissible surface unevenness is detected in this way, the warning devices 22 , 23 are triggered, and by means of the switching device 21 , the train or the rail vehicle can be braked by emergency braking. Furthermore, the error is displayed on the information playback device 24 , which is particularly important if all the wheels 10 of a rail vehicle or a train are monitored simultaneously by the evaluation and / or display device 20 . Then the wheel can be specified where the error occurred, and information about the type of error can also be displayed. This information can of course also be stored in a storage device.
Es ist selbstverständlich auch möglich, nicht alle, sondern nur einzelne der Einrichtungen 21-24 vorzusehen.It is of course also possible to provide not all but only some of the devices 21-24 .
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.Instead of the arrangement of the electric iron core 13 shown in FIGS. 1 and 2, it can also be arranged laterally on the wheel 10 or wheel tire 12 . Furthermore, in a simpler embodiment, it is also possible to use a U-iron core instead of an E-iron core 13 , in which one leg carries the excitation coil 18 and the other leg carries the measuring coil 19 . In a further modification of the invention, the electric iron core 13 can also carry the measuring coil 19 on the middle leg 16 and two partial windings of the excitation coil 18 on the two outer legs 15 , 17 .
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.The wheel tire 12 is shown in simplified form in FIG. 2 with a constant outer radius. In fact, however, the wheel tire 12 usually has a side guide ring. The legs 15-17 of the E-iron core 13 must therefore either be adapted to the actual outer contour of the wheel tire 12 , or it is arranged only in the area with a constant outer radius, that is, next to the guide ring.
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. In the illustrated in Fig. 3 for a second execution principle, the iron core 13 entspre chender E-iron core 27 of a track for a rail vehicle is used to check a rail 28. For this purpose, this electric iron core 27 is mounted by means of a holding device 29 under half of the rail vehicle, not shown, that it forms the small air gap 26 towards the rail 28 . Otherwise, the E-iron core 27 is designed in accordance with the E-iron core 13 , so that the same or equivalent components are provided with the same reference numerals and are not described again.
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.The evaluation and / or display device 20 for checking the wheels 10 can additionally also be used to check the two rails 28 of the track, it being understood that a separate electric iron core 27 must be provided for each of the two rails 28 .
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.The device according to the invention is of course not limited to checking the wheels of a rail vehicle or rails, but can in principle be used for all measuring objects moving past a measuring point made of magnetizable material, the iron core 13 being arranged at this measuring point. The invention is also not limited to the order on a rail vehicle, but the wheels of a rail vehicle can also be checked in the usual way in a measuring laboratory or a measuring hall with the method according to the invention, for example after the manufacturing process and before assembly on Rail vehicle.
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1999
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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