WO2000005576A2 - Verfahren und vorrichtungen zur detektion eines risses in einem eisenbahnrad - Google Patents

Verfahren und vorrichtungen zur detektion eines risses in einem eisenbahnrad Download PDF

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Eberhard Fischer
Rainer Meier
Eduard Schulz
Hermann Wüstenberg
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention lies in the field of safety technology for rail-bound traffic, in particular for railways.
  • the invention relates to a method for detecting a crack in a railroad wheel, in particular for detecting a crack originating from the tread.
  • the invention also relates to a device for carrying out the method and devices for detecting a crack in a railway wheel, in particular for detecting a crack originating from the tread.
  • the railway wheels of railway trains must be subjected to non-destructive testing for defects, in particular cracks or breakouts, at certain intervals.
  • cracks must be detected that emanate from an outer circumferential surface, in particular the tread, or from an inner circumferential surface, in particular in the vicinity of the inner circumference of a wheel rim or a tire.
  • the cracks can arise, among other things, from material fatigue, thermal stress as a result of the braking processes and deformation processes as a result of the pressure load.
  • the periodic inspection must be carried out at short intervals, e.g. every two to three days, required.
  • the non-destructive testing must be particularly quick, i.e. for an entire train in about an hour.
  • Wheel body and a forged wheel tire placed thereon are assembled.
  • a wheel body and a A wheel tire made up of a railway tire is subject to particularly high stress.
  • Tandem technology and wave conversion technology have so far been used exclusively for the detection of cracks that are located far below a surface and do not reach the surface.
  • Tandem technology and wave conversion technology have so far been carried out in such a way that the ultrasound wave is radiated into the object to be tested through a surface which is largely perpendicular to the direction of growth of an expected crack.
  • a method for detecting near-surface defects is known from German published application 28 02 278.
  • a longitudinal wave that creeps along the surface a so-called creeping wave, is used here.
  • the tread of railroad wheels especially the railroad wheels of high-speed trains, have an inner and an outer wear zone with respect to the direction of travel of the train.
  • the two Wear zones extend essentially around the entire outer circumference of the railway wheel. They are spaced apart from each other in a direction parallel to the axis of rotation of the railway wheel.
  • the outer wear zone (zone 1) is 30 to 60 mm and the inner wear zone (zone 2) is 80 to 90 mm from the outer end face of the railroad wheel.
  • the inner wear zone is in particular narrower than the outer one.
  • the railway wheels are subject to particularly high loads, so that cracks tend to occur in these wear zones after prolonged operation.
  • the cracks appear predominantly transversely (vertically) on the surface and, to a lesser extent, obliquely with respect to the running direction of the tread at the respective crack location.
  • Polarized ultrasound waves must therefore be generated, for which - as in the aforementioned test method - electromagnetic ultrasound transducers (EMUS) are necessary.
  • EMUS electromagnetic ultrasound transducers
  • These so-called EMUS transducers do not function sufficiently reliably at the current state of the art for crack testing on railway wheels.
  • the invention is therefore based on the object of specifying both a method and devices with which the detection of a crack in a railroad wheel is reliable and also possible with a worn tread surface.
  • the object relating to a method is achieved according to the invention in that, with the aid of a first transmission ultrasound transducer, a first ultrasound wave is inclined essentially tangentially to the wheel circumference, with respect to an end face of the railroad wheel and is radiated through the end face with a first angle of incidence, and from a first reception ultrasound transducer arranged on the end face is received with a first reception angle, the first insonification angle and the first reception angle being selected such that the first ultrasound wave can be received if a reflection on the opposite end face and a rearward deflection on Crack occurred.
  • the invention is based, inter alia, on the consideration of radiating the ultrasound wave away from what has hitherto been customary into the object to be tested through a surface which extends largely parallel to the growth direction of an expected crack.
  • the angle of incidence and the angle of reception are measured here and below with reference to the perpendicular, which e.g. stands vertically on the face.
  • (Substantially) tangential radiation is understood to mean that the component of the insonification direction projected into a plane perpendicular to the axis of rotation is oriented tangentially.
  • the direction of irradiation (direction of irradiation) - as with the further developments of the method - can deviate from a tangent to the wheel circumference, for example by up to +/- 20 ° or by up to +/- 10 °.
  • the backward deflection occurs particularly with respect to a direction of incidence on the crack.
  • the method enables a particularly reliable detection of a crack oriented parallel to the axis of rotation of the railway wheel. It is particularly advantageous that such a crack can be found that is very far from the surface and / or does not even reach it.
  • the first insonification angle and the first reception angle are selected in such a way that the first ultrasound wave can be received if the backward deflection occurs on a crack oriented parallel to the axis of rotation of the railway wheel as a result of a wave conversion (wave conversion method).
  • the first ultrasonic wave with longitudinal polarization is radiated in at the opposite one
  • the end face is reflected with longitudinal polarization and, after conversion at the crack into a transversely polarized wave, is radiated back to the end face (LLT process as a special case of the wave conversion process).
  • the first transmit ultrasound transducer and the first receive ultrasound transducer are preferably designed as group emitters and thus offer the possibility of varying their angle of incidence or reception angle.
  • the first transmit ultrasound transducer and the first receive ultrasound transducer are then preferably identical, ie it there is only one ultrasonic transducer for both functions.
  • the first insonification angle and the first reception angle are varied in order to detect a crack lying underneath the end face.
  • the first insonification angle and the first reception angle are selected such that the first ultrasound wave can be received if the backward deflection occurs at a crack oriented parallel to the axis of rotation of the railroad wheel by reflection with a matching angle of incidence and angle of incidence (tandem) Procedure).
  • either at least one additional receiving ultrasound transducer assigned to the first transmitting ultrasound transducer or at least one further transmitting ultrasound transducer assigned to the first receiving ultrasound transducer is preferably used for the detection of an unknown crack deep below the end face.
  • tandem technology and wave conversion technology can be used with particular advantage for testing a railway wheel under essentially tangential radiation from the front side, because cracks on a railway wheel are not only on the surface (tread ) are oriented perpendicular to the running direction of the tread at the respective crack location, but in most cases maintain this orientation also below the surface (ie in the volume area).
  • the crack surfaces usually run in the radial direction from an outer area into the interior of the railway wheel.
  • the tandem method When testing a railway wheel, the tandem method has the additional advantage that the transverse polarization used runs parallel to a tangential plane on the tread and is consequently only very slightly influenced by the disintegration zone that occurs just below the tread after prolonged operation of the railway wheel. Otherwise the breakdown zone would lead to undesired disturbances in the wave propagation.
  • a second ultrasonic wave is substantially tangential to the wheel circumference, inclined with respect to the end face of the railway wheel and radiated through the end face at a second angle of incidence, and received at the end face at a second reception angle, the second insonification angle and the second reception angle are selected such that the second ultrasonic wave can be received if, as the only deflection in the railroad wheel, there is a reflection on a crack which is oriented obliquely or perpendicularly with respect to the axis of rotation of the railroad wheel.
  • a crack is thus oriented obliquely or parallel with respect to the running direction of the tread of the railroad wheel.
  • Such a crack can be detected particularly reliably with the further developed method, so that the number of detectable crack orientations is advantageously increased in the further development.
  • a crack oriented parallel, obliquely or vertically with respect to the axis of rotation of the railroad wheel is also to be understood in connection with the invention as such a crack which has the mentioned respective orientation only in a partial area.
  • the second insonification angle and the second reception angle are preferably chosen to be of the same size, in particular in the range around 45 °.
  • detection is carried out at the coupling point.
  • the method then works in addition to the tandem or wave conversion technology in a pulse-echo mode, with which cracks can also be reliably detected which are located on the opposite end face and / or grow along or from there.
  • a third ultrasound wave is inclined at a coupling point essentially tangential to the wheel circumference, with respect to the end face of the railway wheel, and is irradiated through the end face with a third angle of incidence and at a receiving point different from the coupling point under a third receiving angle on the end face received, the third insonification angle and the third reception angle are selected such that, without a present crack, the third ultrasound wave can be received after reflection on the opposite end face and without further deflection in the railroad wheel, and it becomes with a reception that is without reception in terms of reception - lying crack is weakened, the existence of a crack is inferred (shading technique).
  • the third incidence angle is preferably approximately + 45 °, the third reception angle preferably approximately -45 °.
  • the third ultrasonic wave radiates through the railway wheel in particular in a V-shape.
  • the second and / or third ultrasound wave can, together with the first ultrasound wave, possibly from the same ultrasound transducer, and e.g. are emitted as a partial wave (partial beam) of the first ultrasonic wave.
  • an ultrasonic creeping wave is radiated through the end face essentially tangentially to the wheel circumference and, in the event of a creeping wave echo, the presence of a crack with a small depth dimension with respect to the end face is concluded.
  • the ultrasonic creep wave is longitudinally polarized and is emitted by an ultrasonic transmitter with a low inclination
  • Front face preferably at an insonification angle of 65 ° to 90 °. It will e.g. received by a separate ultrasound receiver.
  • a first ultrasonic wave is preferably radiated in a largely tangential first direction, and a further first ultrasonic wave is radiated in a second direction that is approximately opposite to the first direction.
  • a further second or third ultrasonic wave or a further ultrasonic creep wave can be coupled in.
  • the railroad wheel is the wheel of a railroad train which is moved at a driving speed, for example at least at times constant, and a test head is moved in the direction of travel and at the driving speed such that the position of the test head with respect to the end face remains unchanged remains.
  • the test head is used to irradiate the first
  • Ultrasound wave and / or for irradiating the second ultrasound wave and / or for irradiating the third ultrasound wave and / or for irradiating the ultrasound creeping wave are provided.
  • the driving speed has in particular a value in the range from 1 to 10 km / h, preferably from 1 to 5 km / h.
  • the object related to an apparatus is achieved according to the invention by an apparatus for carrying out the method according to the invention, with a test head which can be placed on the end face of the railway wheel, on which the first transmit ultrasound transducer and the first receive ultrasound transducer and
  • At least one ultrasonic transducer for a second ultrasonic wave At least one ultrasonic transducer for a second ultrasonic wave
  • the device-related object is also achieved by such a device for carrying out the method, which has a combination test head which can be placed on the end face of the railway wheel, on the ultrasonic transducer for irradiating and receiving the first ultrasonic wave and the further first ultrasonic wave, and
  • Optional ultrasonic transducers for irradiating and receiving an ultrasonic tracking wave and another ultrasonic tracking wave are arranged.
  • test car arranged to the side of or below the railroad train and movable in the direction of travel, to which the test head or, if applicable, the combination test head can be attached.
  • test head or the combination test head can be placed from the test car on the inside of the railroad wheel on the inside of the railroad train.
  • the inside end face is particularly easily accessible, for example, from the test car arranged under the train, and offers a larger contact area for ultrasound probes than the outside end face.
  • the inner end faces of railway wheels opposite in relation to the direction of travel are very easily accessible and can be checked at the same time.
  • the test car can have, for example, several test heads or combination test heads for the simultaneous testing of several railroad wheels of a bogie of the railroad train.
  • the test car can preferably be driven by the moving train.
  • an arm is provided with the aid of which kinetic energy can be transferred from the train to the test vehicle.
  • the train and the test car are easily synchronized.
  • FIGS. 1 to 15 Several exemplary embodiments of a device according to the invention are shown schematically and in a highly simplified manner in FIGS. 1 to 15. They also serve to illustrate the implementation of a method according to the invention. Show it:
  • FIG. 1 shows a railway wheel, shown in a highly simplified manner as a simple disk, in which differently oriented cracks are drawn,
  • FIG 3 shows a first exemplary embodiment of a device according to the invention in a plan view of an end face of a railway wheel (full wheel),
  • FIG. 4 shows a cross section through the railway wheel of FIG. 3 along the line IV-IV, A second embodiment of a device according to the invention in a plan view of an end face of a railway wheel (full wheel),
  • FIG. 5 shows a cross section through the railway wheel of FIG. 5 along the line VI-VI
  • FIG. 4 shows a horizontal section through the wheel tire of FIG. 8,
  • FIG. 3 shows a vertical section through the wheel tire of FIG. 11,
  • FIG. 1 shows a railway wheel 1 symbolized as a simple disk with a tread 2, which can be rotated about an axis of rotation 3.
  • the railway wheel 1 moves in a direction of travel 7 (translational movement).
  • a total of three differently oriented cracks 9, 11, 13 are shown on the railway wheel 1.
  • the first crack 9 appears on the tread 2 perpendicular (transverse) to the running direction 14 of the railway wheel 1 at the location of the crack 9. Its crack surface is oriented parallel to the axis of rotation 3.
  • the second crack 11 is vertical and the third crack 13 is oriented obliquely with respect to the axis of rotation 3.
  • the cracks 9, 11, 13 run largely radially from the tread 2 into the interior of the railway wheel 1.
  • Figure 2 shows a plan view of the tread 2 of the railway wheel 1 of Figure 1. It shows how the cracks 9, 11, 13 appear from the outside, viewed from a direction 15 of the tread 2 approximately.
  • Figure 3 and Figure 4 in a cross-sectional view along the line IV-IV of Figure 3 and Figure 7 in a cross-sectional view along the line VII-VII of Figure 3, show a railway wheel 1 with a tread 2, with a flange 21, with a Wheel rim 22 and with a hub 23.
  • a combination test head 25 is placed on an end face 27 of the railroad wheel 1 largely symmetrically with respect to a radius R of the railroad wheel 1.
  • the combination probe 25 includes an outer probe 29A and an inner probe 29B.
  • the outer test head 29A has a first transmit ultrasound transducer 31, a first receive ultrasound transducer 33 and a further ultrasound transducer 35 assigned to the first transmit ultrasound transducer.
  • the outer test head 29A also has a second received ultrasound transducer 37 and a creeping wave ultrasound transducer 39.
  • the first transmit ultrasound transducer 31 radiates a first ultrasound wave 41 through the end face 27 in the direction of the opposite end face 43 into the railway wheel 1 (FIG. 4).
  • the reflected ultrasound wave is reflected at cracks 9 at different depths with respect to the face 27 in the railway wheel 1 either to the first reception ultrasound transducer 33 or to the further reception ultrasound transducer 35 assigned to the first transmission ultrasound transducer 31. With a corresponding reception signal in the first reception ultrasound transducer 33 or the further assigned reception ultrasound transducer 35, the existence of a crack 9 can be concluded.
  • the first reception ultrasound transducer 33 and the further assigned reception ultrasound transducer 35 are operated together with the first transmission ultrasound transducer 31 in tandem technology. Their distances from the first transmitting ultrasound transducer 31 are adapted to the desired test depth (wheel rim width).
  • the first transmit ultrasound transducer 31 can also be operated in such a way that a reflected portion of a second ultrasound wave 45 radiated by it (insonification angle ⁇ 2 ) can be received again by the first transmit ultrasound transducer 31 only after reflection from a crack (reception angle ⁇ 2 ), eg in 45 ° pulse echo technology.
  • a crack 44 close to the opposite end face 43 can thus be detected particularly efficiently.
  • the second received ultrasound transducer 37 If there is no crack 9 or only a small crack 9, then at least part of the ultrasound wave reflected back from the opposite end face 43 is received by the second received ultrasound transducer 37.
  • the output signal of this second receiving ultrasound transducer 37 is used especially for the detection of a crack oriented as desired with respect to the axis of rotation of the railway wheel 1 and / or for the detection of ren of a crack 44 in the vicinity of the opposite end face 43.
  • the second receiving ultrasound transducer 37 namely works together with the first transmitting ultrasound transducer 31 under V-transmission with a third ultrasound wave 46, which may be irradiated separately.
  • the third ultrasound wave 46 which in the example shown is irradiated in a spatially overlapping manner with the second ultrasound wave 45 is radiated in at a coupling point 49 and received at a receiving point 51 different from the coupling point 49.
  • the distance between the coupling point 49 and the receiving point 51 is selected such that a reflected portion of the third ultrasonic wave 46 can reach the second receiving ultrasound transducer 37 at the receiving point 51 (receiving angle ⁇ 3 ) as a function of the third insonification angle ⁇ 3 . Cracks of any orientation lead to shadowing and are therefore detectable.
  • the first insonification angle oti of the first ultrasonic wave 41 has a value in the range from 35 ° to 60 ° and is approximately 45 ° in the exemplary embodiment.
  • the third insonification angle ⁇ 3 of the third ultrasonic wave 46 is selected to be equal to the first insonification angle oti.
  • the third incidence angle ⁇ 3 can have a value in the range from 35 ° to 60 °.
  • the first reception angle ⁇ i at the first reception ultrasound transducer 33 is likewise set to approximately + 45 °.
  • the third reception angle ⁇ 3 on the second reception ultrasound transducer 37 is set to -45 °.
  • the creeping wave ultrasound transducer 39 radiates an ultrasound creeping wave 47 with a fourth insonification angle ⁇ 4 into the railroad wheel 1, which spreads along the surface of the end face 27. Cracks in Ringer depth below the end face 27 detectable.
  • the fourth insonification angle ⁇ is approximately 70 °.
  • a reflected portion of the ultrasonic creeping wave 47 is detected by the creeping wave ultrasound transducer 39 or preferably by a separately available ultrasound transducer which is not shown explicitly for illustrative reasons.
  • Inner probe 29B also includes five (not shown) ultrasonic transducers, each the same
  • the outer test head 29A is adjusted such that a zone near the tread near the tread 2 is tested.
  • the inner test head 29B checks a zone near the surface on the inner circumference 53 of the wheel rim 22.
  • the ultrasonic transducers in each case one of the test heads 29A, 29B are essentially lined up along a straight line 40A or 40B perpendicular to the radius R.
  • the first transmit ultrasound transducer 31, the first receive ultrasound transducer 33 and the second receive ultrasound transducer 37 are arranged along the straight line 40A.
  • the combination test head 25 is designed for a wave conversion technique.
  • the test heads 29A, 29B have a first transmit ultrasound transducer 31, which is designed as a group emitter, so that the first input sound angle ⁇ . ⁇ and the first reception angle ßi can be varied.
  • the first transmission ultrasound transducer 31 can be operated in such a way that the first ultrasound wave 41 transmitted by it can be received by the first transmission ultrasound transducer 31 after reflection on an opposite end face 43 and wave conversion at the crack 9.
  • the first insonification angle oti and the first reception angle ⁇ i are varied in order to detect cracks 9 lying at different depths below the end face 27.
  • the first insonification angle oti is preferably pivoted within an interval of 10 ° to 40 °.
  • a second (receiving) ultrasonic transducer 37 and a creeping wave ultrasonic transducer 39 are operated as in the embodiment shown in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 7 shows how the test heads 29A, 29B are arranged in the radial direction.
  • the radiation lobe of the outer test head 29A sweeps over the tread 2, that of the inner test head 29B over the inner circumference 53.
  • FIGS. 8 to 13 illustrate the testing of a railway wheel 1, which is composed of a wheel body (wheel disc) 60 and a wheel tire 62 placed thereon.
  • a rubber body 63 is arranged between the wheel body 60 and the wheel tire 62.
  • a combination probe 25 is so on the inside
  • End face 27 of the railroad wheel 1 is arranged to be checked in the area of the outer circumference of the railroad wheel 1, ie in the vicinity of the tread 2, and in the vicinity of the inner circumference 61 of the wheel tire 62.
  • the first ultrasonic wave 41 and one of the further first ultrasonic waves 68 are radiated into the railway wheel 1 such that a possible crack 9 is irradiated from both sides.
  • either the sound from one side or the other leads to a clear reception signal.
  • the sound from both sides can also lead to redundant detection on both sides.
  • the first ultrasonic transducer 31 and the first receiving ultrasonic transducer 33 are operated in tandem technology (analogously to FIG. 4).
  • the second receive ultrasound transducer 33 is omitted, and the first transmit ultrasound transducer 31 can also be operated in the receive mode for a wave conversion technique (analogously to FIG. 6).
  • the railroad wheel 1 is the wheel of a railroad train 70, which is moved on a rail 72, for example in a maintenance hall (not shown), at a constant driving speed V of approximately 1 to 5 km / h.
  • a test car 74 can be moved laterally next to the train 70 on a separate test rail 76 in the direction 78 in synchronism with the train 70.
  • the test carriage 74 can be driven by the moving railroad train 70 via a driver arm 82 which can be latched or latched onto the railroad train 70.
  • Two combination test heads 25 are fastened to the test carriage 74 via two adjustable, spring-mounted cantilevers 80, with which the two railroad wheels 1 of a bogie of the railroad train 70 are tested simultaneously.
  • the test carriage 74 can be moved such that the position of the combination Test heads 25 on the front side 27 of the railway wheels 1, which is on the outside with respect to the railway train 1, remain unchanged. In other words: the end face 27 rotating when the railroad train 70 is moving moves away under the respective combination test head 25.
  • a test car 74 is shown in FIG. 15, which is movably arranged below the railroad train 70.
  • the railroad train 70 is shown in cross section.
  • test car 74 travels in a maintenance shaft 84, on the side walls of which the rail 72 of the railroad train 70 is raised.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Detektion eines Risses (9) in einem Eisenbahnrad (1) beschrieben, wobei mit Hilfe eines ersten Sende-Ultraschallwandlers (31) eine erste Ultraschallwelle (41) im wesentlichen tangential zum Radumfang durch eine Stirnseite (27) des Eisenbahnrads (1) eingestrahlt wird. Das Einstrahlen erfolgt bezüglich der Stirnseite (27) geneigt. Die eingestrahlte Ultraschallwelle (41) wird an der Stirnseite (27) wieder empfangen. Ein erster Einschallwinkel (α1) und ein erster Empfangswinkel (β1) sind derart gewählt, daß die eingestrahlte Ultraschallwelle (41) empfangbar ist, falls eine Reflexion an der gegenüberliegenden Stirnseite (43) und eine rückwärts gerichtete Ablenkung am Riß (9) erfolgt. Es werden auch Vorrichtungen beschrieben, die besonders zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind. Insbesondere weist eine solche Vorrichtung einen seitlich neben oder unter einem mit geringer Geschwindigkeit bewegten Eisenbahnzug (70) angeordneten und in dessen Fahrrichtung (78) verfahrbaren Prüfwagen (74) auf, an dem ein Prüfkopf (29A, 29B) befestigbar ist, der an der bezüglich des Eisenbahnzugs (70) außen bzw. innen gelegenen Stirnseite (27) aufsetzbar ist.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtungen zur Detektion eines Risses in einem Eisenbahnrad
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Sicherheitstechnik für den schienengebundenen Verkehr, insbesondere für Eisenbahnen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Detektion eines Risses in einem Eisenbahnrad, insbesondere zur Detektion eines von der Lauffläche ausgehenden Risses. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie Vorrichtungen zur Detektion eines Risses in einem Eisenbahnrad, insbesondere zur Detektion eines von der Lauffläche ausgehenden Risses.
Die Eisenbahnräder von Eisenbahnzügen müssen in bestimmten Zeitabständen einer zerstörungsfreien Prüfung auf Fehler, insbesondere auf Risse oder Ausbrüche, unterzogen werden. Da- bei müssen insbesondere Risse detektiert werden, die von einer äußeren Mantelfläche, insbesondere der Lauffläche, oder von einer inneren Mantelfläche, insbesondere in der Nähe des Innenumfangs eines Radkranzes oder eines Radreifens, ausgehen. Die Risse können unter anderem entstehen durch erk- Stoffermüdung, durch thermische Beanspruchung infolge der Bremsvorgänge und durch Verformungsvorgänge infolge der Druckbelastung. Um Radbrüche und damit gegebenenfalls einhergehende fatale Folgeschäden auszuschließen, ist die wiederkehrende Prüfung in kurzen zeitlichen Abständen, z.B. alle zwei bis drei Tage, erforderlich. Dabei muß die zerstörungsfreie Prüfung besonders schnell, d.h. für einen gesamten Zug in etwa einer Stunde, durchführbar sein.
Eisenbahnräder gibt es in zwei völlig verschiedenen Konstruk- tionen, nämlich als Vollräder und als Räder, die aus einem
Radkörper und einem darauf aufgesetzten geschmiedeten Radreifen zusammengesetzt sind. Bei dem aus einem Radkörper und ei- nem Radreifen zusammengesetzten Eisenbahnrad ist der Radreifen einer besonders hohen Beanspruchung ausgesetzt.
Aus der deutschen Patentschrift DE 37 15 914 C2 und aus einem Fachartikel mit dem Titel „Ultraschallprüfung auf senkrecht orientierte Risse durch Ausnutzung der Wellenumwandlung (Tandemersatzprüfung) * von Wolfgang Gebhardt und Friedhelm Walte in der Zeitschrift Materialprüfung 30 (1988) 3, Seite 73ff, ist ein als Wellenumwandlungstechnik oder LLT-Technik benann- tes Verfahren zur Detektion eines Risses bekannt.
Aus dem Buch „Werkstoffprüfung mit Ultraschall* von Joseph Krautkrämer und Herbert Krautkrämer, erschienen im Springer Verlag, Berlin (1986), 5. Auflage, ist auf Seite llOff ein als Tandemtechnik bezeichnetes Prüfverfahren zur Detektion eines Risses in einem Prüfling bekannt. Dabei werden schräg eingestrahlte Transversalwellen mit räumlich voneinander getrennten Sender- und E pfänger-Prüfköpfen verwendet.
Die Tandemtechnik und die Wellenumwandlungstechnik werden bislang ausschließlich zur Detektion solcher Risse benutzt, die sich weit unter einer Oberfläche befinden und nicht bis an die Oberfläche heranreichen.
Tandemtechnik und Wellenumwandlungstechnik wurden bisher derart durchgeführt, daß die Ultraschallwelle durch eine solche Oberfläche in das zu prüfende Objekt eingestrahlt wird, die weitgehend senkrecht zur Wachstumsrichtung eines erwarteten Risses verläuft.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 28 02 278 ist ein Verfahren zum Nachweis oberflächennaher Fehler bekannt. Hierbei wird eine an der Oberfläche entlang kriechende Longitudinal- welle, eine sogenannte Kriechwelle, verwendet.
Unter der Internet-Adresse http: //www.ndt . net/article/report/df97/hintze/hintze d.htm wurde am 10.06.1998 um 10.13 Uhr ein Fachartikel von H. Hintze der Deutschen Bahn AG publiziert, in dem ein Verfahren zur Ultraschallprüfung von Eisenbahnrädern mit Hilfe von Oberflächenwellen, sogenannten Rayleigh-Wellen, beschrieben ist. Dabei wird mit einem elektrodynamischen Wandler auf der Basis von Permanentmagneten (sogenannter EMUS, was für elektromagnetischer Ultraschallwandler steht) eine Ultraschall- Oberflächenwelle im Radmaterial erzeugt. Die Oberflächenwelle wird durch die Lauffläche eingekoppelt und breitet sich vom Wandler ausgehend beidseitig entlang der Lauffläche des Rads aus. Nach einem vollständigen Umlauf um das Rad wird die Rayleigh-Welle von einem anderen elektrodynamischen Wandler wieder empfangen. Mit dieser Prüftechnik läßt sich nur der Bereich um die Lauffläche des Eisenbahnrads prüftechnisch er- fassen, nicht aber ein Bereich um eine Innenmantelfläche des Eisenbahnrads. Ein weiterer Nachteil dieser Technik besteht darin, daß die Eindringtiefe der Rayleigh-Welle gering ist (Größenordnung der Wellenlänge, wenige Millimeter) , so daß Risse mit nur geringer Tiefenausdehnung von solchen mit gro- ßer Tiefenausdehnung nicht unterscheidbar sind. Darüber hinaus ist eine Tiefenbestimmung von Rissen, speziell an der Außenmantelfläche (z.B. Lauffläche), nicht möglich. Ein weiterer gravierender Nachteil dieser Prüftechnik liegt darin begründet, daß der Verschleiß an der Radlauffläche sehr großen Einfluß auf das Ausbreitungsvermögen der Rayleigh-Welle hat. Daraus ergibt sich, daß diese Prüftechnik bei neuen Rädern sehr gut funktioniert, bei älteren Rädern, insbesondere mit einer Laufleistung von mehreren 10.000 km, also gerade bei Eisenbahnrädern, bei denen vermehrt mit der Rißbildung zu rechnen ist, dagegen nicht mehr aussagekräftig ist und deshalb versagt.
Aus dem unter der genannten Internet-Adresse publizierten Fachartikel ist es ferner bekannt, daß die Lauffläche von Ei- senbahnrädern, speziell der Eisenbahnräder von Hochgeschwindigkeitszügen, eine bezüglich der Fahrrichtung des Zugs innere sowie eine äußere Verschleißzone aufweisen. Die beiden Verschleißzonen erstrecken sich im wesentlichen um den gesamten Außenumfang des Eisenbahnrads. Sie sind relativ zueinander in einer zur Rotationsachse des Eisenbahnrads parallelen Richtung beabstandet. Beispielsweise ist die äußere Ver- schleißzone (Zone 1) 30 bis 60 mm und die innere Verschleißzone (Zone 2) 80 bis 90 mm von der äußeren Stirnfläche des Eisenbahnrads entfernt. Die innere Verschleißzone ist insbesondere schmäler als die äußere.
In den beiden Verschleißzonen unterliegen die Eisenbahnräder einer besonders hohen Beanspruchung, so daß in diesen Verschleißzonen nach längerem Betrieb bevorzugt Risse auftreten. Die Risse erscheinen an der Oberfläche überwiegend quer (senkrecht) und in geringerem Ausmaß schräg bezüglich der Laufrichtung der Lauffläche an der jeweiligen Rißstelle orientiert .
Unter der Internet-Adresse http://www.ndt.net/article/0698/salzb/salzb.htm wurde am 10.06.1998 um 10.10 Uhr ein Bericht über einen Vortrag auf der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für zerstörungsfreie Werkstoffprüfung in Lindau vom 13. bis 15. Mai 1996, gehalten von H.-J. Salzburger und H. Hintze, veröffentlicht. In diesem Tagungsbericht ist ein Impulsecho-Prüfverfahren zur Detektion eines Risses in einem Eisenbahnrad beschrieben, bei dem von einer Stirnseite des Eisenbahnrads aus mit linear polarisierten Transversalwellen senkrecht bezüglich der Stirnseite eingestrahlt wird. Bei diesem Prüfverfahren wird die Schallschwächung von quer zum Riß polarisierten Wellen ausge- nutzt. Es müssen also polarisierte Ultraschallwellen erzeugt werden, wozu - wie auch bei dem vorgenannten Prüfverfahren - elektromagnetisch arbeitende Ultraschallwandler (EMUS) nötig sind. Diese sogenannten EMUS-Wandler funktionieren bei heutigem Stand der Technik für die Rißprüfung an Eisenbahnrädern nicht ausreichend zuverlässig. Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, sowohl ein Verfahren als auch Vorrichtungen anzugeben, mit denen die Detektion eines Risses in einem Eisenbahnrad sicher und auch bei einer verschlissenen LaufOberfläche zuverlässig möglich ist .
Die auf ein Verfahren bezogene Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mit Hilfe eines ersten Sende-Ultra- schallwandlers eine erste Ultraschallwelle im wesentlichen tangential zum Radumfang, bezüglich einer Stirnseite des Eisenbahnrads geneigt und mit einem ersten Einschallwinkel durch die Stirnseite eingestrahlt, und von einem an der Stirnseite angeordneten ersten Empfangs-Ultraschallwandler mit einem ersten Empfangswinkel empfangen wird, wobei der er- ste Einschallwinkel und der erste Empfangswinkel derart gewählt sind, daß die erste Ultraschallwelle empfangbar ist, falls eine Reflexion an der gegenüberliegenden Stirnseite und eine rückwärts gerichtete Ablenkung am Riß erfolgt.
Dabei geht die Erfindung unter anderem von der Überlegung aus, die Ultraschallwelle in Abkehr vom bislang Üblichen durch eine solche Oberfläche in das zu prüfende Objekt einzustrahlen, die sich weitgehend parallel zur Wachstumsrichtung eines erwarteten Risses erstreckt.
Einschallwinkel und Empfangswinkel sind hierbei und im folgenden bezüglich des Einfallslots gemessen, das z.B. senkrecht auf der Stirnseite steht.
Unter (im wesentlichen) tangentialer Einstrahlung wird verstanden, daß die in eine Ebene senkrecht zur Rotationsachse projezierte Komponente der Einschallrichtung tangential ausgerichtet ist. Die Einschallrichtung (Einstrahlrichtung) kann - wie auch bei den Weiterbildungen des Verfahrens - z.B. um bis zu +/- 20° oder um bis zu +/- 10° von einer Tangente am Radumfang abweichen. Die rückwärts gerichtete Ablenkung erfolgt insbesondere bezüglich einer Einfallsrichtung am Riß.
Da bei dem Verfahren nach der Erfindung eine Ultraschallwelle durch die Stirnseite des Eisenbahnrads eingestrahlt wird, wird die Prüfung des Eisenbahnrads in vorteilhafter Weise nicht durch eine verschlissene Lauffläche beeinträchtigt. Die Lauffläche wird allenfalls gestreift. Darüber hinaus ist die als Ankoppelfläche dienende Stirnseite gut zugänglich.
Das Verfahren ermöglicht einen besonders zuverlässigen Nachweis eines parallel zur Rotationsachse des Eisenbahnrads orientierten Risses. Besonders vorteilhaft ist, daß auch ein solcher Riß auffindbar ist, der sehr weit von der Oberfläche entfernt ist und/oder gar nicht bis an diese heranreicht.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind der erste Einschallwinkel und der erste Empfangswinkel derart gewählt, daß die erste Ultraschallwelle empfangbar ist, falls die rück- wärts gerichtete Ablenkung an einem parallel zur Rotationsachse des Eisenbahnrads orientierten Riß in Folge einer Wellenumwandlung erfolgt (Wellenumwandlungsverfahren) .
Insbesondere wird die erste Ultraschallwelle mit longitudina- 1er Polarisation eingestrahlt, an der gegenüberliegenden
Stirnseite mit longitudinaler Polarisation reflektiert und nach einer am Riß erfolgenden Umwandlung in eine transversal polarisierte Welle zur Stirnseite zurückgestrahlt (LLT-Ver- fahren als Spezialfall des Wellenumwandlungsverfahrens) .
Der erste Sende-Ultraschallwandler und der erste Empfangs-Ul- traschallwandler sind bevorzugt als Gruppenstrahler ausgebildet und bieten damit die Möglichkeit zu einer Variation ihres Einschallwinkels bzw. Empfangswinkels.
Der erste Sende-Ultraschallwandler und der erste Empfangs-Ul- traschallwandler sind dann vorzugsweise identisch, d.h. es ist für beide Funktionen nur ein einziger Ultraschallwandler vorhanden.
Beispielsweise werden zur Detektion eines unbekannt tief un- terhalb der Stirnseite liegenden Risses der erste Einschallwinkel und der erste Empfangswinkel variiert.
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Einschallwinkel und der erste Empfangswinkel derart gewählt, daß die erste Ultraschallwelle empfangbar ist, falls die rückwärts gerichtete Ablenkung an einem parallel zur Rotationsachse des Eisenbahnrads orientierten Riß durch eine Reflexion mit übereinstimmendem Einfalls- und Ausfallswinkel erfolgt (Tandem-Verfahren) .
Bei der letztgenannten Ausgestaltung wird bevorzugt zur Detektion eines unbekannt tief unterhalb der Stirnseite liegenden.Risses entweder wenigstens ein weiterer, dem ersten Sende-Ultraschallwandler zugeordneter Empfangs-Ultraschallwand- 1er oder wenigstens ein weiterer dem ersten Empfangs-Ultra- schallwandler zugeordneter Sende-Ultraschallwandler verwendet.
Die Erfindung nutzt in Bezug auf die genannten Ausgestaltun- gen die weitere Erkenntnis, daß sich Tandemtechnik und Wellenumwandlungstechnik zur Prüfung eines Eisenbahnrades unter im wesentlichen tangentialer Einstrahlung von der Stirnseite mit besonderem Vorteil nutzen lassen, weil Risse an einem Eisenbahnrad nicht nur an der Oberfläche (Lauffläche) senkrecht zur Laufrichtung der Lauffläche an der jeweiligen Rißstelle orientiert sind, sondern in den allermeisten Fällen diese Orientierung auch unter der Oberfläche (d.h. im Volumenbereich) beibehalten. Mit anderen Worten: Die Rissflächen verlaufen meist in radialer Richtung von einem äußeren Bereich in das Innere des Eisenbahnrads hinein. Bei der Anwendung des Tandem- oder Wellenumwandlungsverfahrens werden in Abkehr vom Üblichen auch Risse detektiert, die von der Oberfläche, und zwar von der Lauffläche, ausgehen. Die Prüfung solcher Risse wird schließlich erst dadurch er- möglicht, daß - wie weiter oben erläutert - in bislang unbekannter Weise „von der Seitew eingeschallt wird.
Mit den beiden Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sind demzufolge parallel zur Rotationsachse des Eisen- bahnrads, insbesondere im wesentlichen senkrecht zur Laufrichtung der Lauffläche, orientierte Risse besonders zuverlässig detektierbar .
Das Tandem-Verfahren hat bei der Prüfung eines Eisenbahnrads den zusätzlichen Vorteil, daß die verwendete transversale Polarisation parallel zu einer Tangentialebene an der Lauffläche verläuft und demzufolge durch die dicht unterhalb der Lauffläche nach längerem Betrieb des Eisenbahnrads entstehende Zerrüttungszone nur sehr gering beeinflußt wird. An- dernfalls würde die Zerrüttungszone zu ungewünschten Störungen der Wellenausbreitung führen.
Entsprechendes gilt für denjenigen Anteil der Wellenausbreitung beim Wellenumwandlungsverfahren, der mit transversaler Polarisation stattfindet.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird eine zweite Ultraschallwelle im wesentlichen tangential zum Radumfang, bezüglich der Stirnseite des Eisenbahnrads geneigt und mit einem zweiten Einschallwinkel durch die Stirnseite eingestrahlt, und unter einem zweiten Empfangswinkel an der Stirnseite empfangen, wobei der zweite Einschallwinkel und der zweite Empfangswinkel derart gewählt sind, daß die zweite Ultraschallwelle empfangbar ist, falls als einzige Ablenkung im Eisenbahnrad eine Reflexion an einem bezüglich der Rotationsachse des Eisenbahnrads schräg oder senkrecht orientierten Riß erfolgt. Ein solcher Riß ist also schräg bzw. parallel bezüglich der Laufrichtung der Lauffläche des Eisenbahnrads orientiert. Ein derartiger Riß ist mit dem weitergebildeten Verfahren besonders zuverlässig detektierbar, so daß die Zahl detektierbarer Rißorientierungen bei der Weiterbildung vorteilhaft erhöht ist .
Unter einem bezüglich der Rotationsachse des Eisenbahnrads parallel, schräg oder senkrecht orientierten Riß wird im Zu- sammenhang mit der Erfindung auch ein solcher Riß verstanden, der nur in einem Teilbereich die genannte jeweilige Orientierung aufweist.
Bevorzugt sind der zweite Einschallwinkel und der zweite Emp- fangswinkel gleich groß gewählt, insbesondere im Bereich um 45°.
Beispielsweise wird an der Einkoppelstelle detektiert. Das Verfahren arbeitet dann in der Weiterbildung zusätzlich zur Tandem- oder Wellenumwandlungstechnik in einem Impuls-Echo- Modus, mit dem zuverlässig auch solche Risse detektiert werden können, die an der gegenüberliegenden Stirnseite gelegen sind und/oder von dort oder dort entlang wachsen.
Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung wird eine dritte Ultraschallwelle an einer Einkoppelstelle im wesentlichen tangential zum Radumfang, bezüglich der Stirnseite des Eisenbahnrads geneigt und mit einem dritten Einschallwinkel durch die Stirnseite eingestrahlt und an einer von der Einkoppel- stelle verschiedenen Empfangsstelle unter einem dritten Empfangswinkel an der Stirnseite empfangen, wobei der dritte Einschallwinkel und der dritte Empfangswinkel derart gewählt sind, daß ohne vorliegenden Riß die dritte Ultraschallwelle nach einer Reflexion an der gegenüberliegenden Stirnseite und ohne weitere Ablenkung im Eisenbahnrad empfangbar ist, und es wird bei einem Empfang, der bezüglich des Empfangs ohne vor- liegenden Riß geschwächt ist, auf das Vorliegen eines Risses geschlossen (Abschattungstechnik) .
Mit dieser Weiterbildung sind Risse alternativ oder - mit vorteilhafter Erhöhung der Redundanz und Zuverlässigkeit - zusätzlich zur erstgenannten Weiterbildung detektierbar . Es sind Risse in beliebiger Orientierung auffindbar. Der dritte Einschallwinkel beträgt bevorzugt etwa +45°, der dritte Empfangswinkel bevorzugt etwa -45°. Die dritte Ultraschallwelle durchstrahlt das Eisenbahnrad insbesondere V-förmig.
Die zweite und/oder dritte Ultraschallwelle kann zusammen mit der ersten Ultraschallwelle, ggf. vom gleichen Ultraschallwandler, und z.B. als Teilwelle (Teilstrahlenbündel) der er- sten Ultraschallwelle abgestrahlt werden.
Bei einer anderen vorteiligen Weiterbildung des Verfahrens wird eine Ultraschallkriechwelle durch die Stirnseite im wesentlichen tangential zum Radumfang eingestrahlt und bei ei- nem auftretenden Kriechwellenecho auf das Vorhandensein eines Risses mit geringer Tiefenausdehnung bezüglich der Stirnseite geschlossen.
Die Ultraschallkriechwelle ist longitudinal polarisiert und wird von einem Ultraschallsender mit geringer Neigung zur
Stirnseite, bevorzugt unter einem Einschallwinkel von 65° bis 90°, eingestrahlt. Sie wird z.B. von einem gesondert vorhandenen Ultraschallempfänger empfangen.
Bevorzugt wird eine erste Ultraschallwelle in einer weitgehend tangentialen ersten Richtung, und eine weitere erste Ultraschallwelle in einer zur ersten Richtung in etwa entgegengesetzten zweiten Richtung eingestrahlt. In gleicher Weise können eine weitere zweite oder dritte Ultraschallwelle oder eine weitere Ultraschallkriechwelle eingekoppelt werden.
Durch die Einstrahlung in entgegengesetzt tangentiale Richtungen ist eine mögliche Rißstelle beidseitig beschallbar und - z.B. bei konvexer oder konkaver Krümmung - noch zuverlässiger aufspürbar.
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist das Eisenbahnrad das Rad eines Eisenbahnzugs, der mit einer - beispielsweise zumindest zeitweise konstanten - Fahrgeschwindigkeit bewegt wird, und ein Prüfkopf wird in Fahrrichtung und mit der Fahrgeschwindigkeit derart bewegt, daß die Position des Prüfkopfs bezüglich der Stirnseite unverändert bleibt. Der Prüfköpf ist dabei zur Einstrahlung der ersten
Ultraschallwelle und/oder zur Einstrahlung der zweiten Ultraschallwelle und/oder zur Einstrahlung der dritten Ultraschallwelle und/oder zur Einstrahlung der Ultraschallkriechwelle vorgesehen.
Die Fahrgeschwindigkeit hat insbesondere einen Wert aus dem Bereich von 1 bis 10 km/h, bevorzugt von 1 bis 5 km/h.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung betreffen den Ort der Einstrahlung einer Ultraschallwelle für ein als Vollrad ausgeführtes Eisenbahnrad so¬ wie für ein aus einem Radkörper und einem aufgesetzten Radreifen zusammengesetztes Eisenbahnrad. Diese Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die auf eine Vorrichtung bezogene Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, mit einem an der Stirnseite des Eisenbahnrads aufsetzbaren Prüfkopf, - auf dem der erste Sende-Ultraschallwandler und der erste Empfangs-Ultraschallwandler und
- optional wenigstens ein Ultraschallwandler für eine zweite Ultraschallwelle und
- optional wenigstens ein Ultraschallwandler für eine dritte Ultraschallwelle und/oder
- optional ein Ultraschallwandler für eine Ultraschallkriechwelle angeordnet sind. Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird gemäß der Erfindung auch gelöst durch eine solche Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die einen an der Stirnseite des Eisenbahnrads aufsetzbaren Kombinations-Prüfköpf aufweist, - auf dem Ultraschallwandler zum Einstrahlen und Empfangen der ersten Ultraschallwelle und der weiteren ersten Ultraschallwelle sowie
- optional Ultraschallwandler zum Einstrahlen und Empfangen einer zweiten Ultraschallwelle und einer weiteren zweiten Ul- traschallwelle sowie
- optional Ultraschallwandler zum Einstrahlen und Empfangen einer dritten Ultraschallwelle und einer weiteren dritten Ultraschallwelle sowie
- optional Ultraschallwandler zum Einstrahlen und Empfangen einer Ultraschallkriechwelle und einer weiteren Ultraschallkriechwelle angeordnet sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtungen nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausgestaltung mit einem seitlich neben oder unter dem Eisenbahnzug angeordneten und in dessen Fahrrichtung verfahrbaren Prüfwagen, an dem der Prüfkopf oder gegebenenfalls der Kombinations-Prüfköpf befe- stigbar ist. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Ultraschallprüfung an dem Eisenbahnrad vorzunehmen, während der mit dem Eisenbahnrad fahrende Eisenbahnzug durch eine Wartungshalle etc. fährt und dabei gegebenenfalls auch anderweitig geprüft oder gereinigt wird.
Beispielsweise sind der Prüfkopf bzw. der Kombinations-Prüf- kopf vom Prüfwagen aus an der bezüglich des Eisenbahnzugs innen gelegenen Stirnseite des Eisenbahnrads aufsetzbar. Die innen gelegene Stirnseite ist in vorteilhafter Weise z.B. von dem unter dem Eisenbahnzug angeordneten Prüfwagen besonders einfach zugänglich und bietet eine größere Auflagefläche für Ultraschallprüfköpfe als die außen gelegene Stirnseite. Bei der Prüfung von unten sind die innengelegenen Stirnflächen von bezüglich der Fahrrichtung gegenüberliegenden Eisenbahnrädern sehr einfach zugänglich und gleichzeitig prüfbar.
Für eine beschleunigte Prüfung kann der Prüfwagen beispielsweise mehrere Prüfköpfe bzw. Kombinations-Prüfköpfe zur simultanen Prüfung mehrerer Eisenbahnräder eines Drehgestells des Eisenbahnzugs aufweisen.
Der Prüfwagen ist bevorzugt von dem fahrenden Eisenbahnzug antreibbar. Beispielsweise ist ein Arm vorgesehen, mit Hilfe dessen kinetische Energie vom Eisenbahnzug auf den Prüfwagen übertragbar ist. Dadurch sind Eisenbahnzug und Prüfwagen auf einfache Weise synchronisiert.
Weitere Vorrichtungen zur Lösung der genannten Aufgabe sind in drei nebengeordneten Ansprüchen beschrieben.
Mehrere Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung nach der Er- findung sind in den Figuren 1 bis 15 schematisch und stark vereinfacht wiedergegeben. Sie dienen auch zur Veranschaulichung der Durchführung eines Verfahrens nach der Erfindung. Es zeigen:
FIG 1 ein stark vereinfachend als einfache Scheibe dargestelltes Eisenbahnrad, in das verschieden orientierte Risse eingezeichnet sind,
FIG 2 eine Draufsicht auf die Lauffläche des Eisenbahn- rads der Figur 1,
FIG 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung in einer Draufsicht auf eine Stirnseite eines Eisenbahnrads (Vollrad) ,
FIG 4 einen Querschnitt durch das Eisenbahnrad der Figur 3 entlang der Linie IV-IV, ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung in einer Draufsicht auf eine Stirnseite eines Eisenbahnrads (Vollrad) ,
einen Querschnitt durch das Eisenbahnrad der Figur 5 entlang der Linie VI-VI,
einen Querschnitt durch das Eisenbahnrad der Figur 3 oder 5 entlang der Linie VII-VII,
ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung zur Prüfung eines Radreifens eines Eisenbahnrads in einer Draufsicht auf die Stirnseite des Eisenbahnrads,
einen Vertikalschnitt durch den Radreifen der Figur
einen Horizontalschnitt durch den Radreifen der Fi- gur 8,
ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung zur Prüfung eines Radreifens eines Eisenbahnrads in einer Draufsicht auf die Stirnseite des Eisenbahnrads,
einen Vertikalschnitt durch den Radreifen der Figur 11,
einen Horizontalschnitt durch den Radreifen der Figur 11,
ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung und
ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung. Figur 1 zeigt ein als einfache Scheibe symbolisiertes Eisenbahnrad 1 mit einer Lauffläche 2, das um eine Rotationsachse 3 drehbar ist. Bei Rotation entlang der mit Pfeilen 5 angedeuteten Rotationsrichtung bewegt sich das Eisenbahnrad 1 in eine Fahrrichtung 7 (Translationsbewegung) .
An dem Eisenbahnrad 1 sind insgesamt drei unterschiedlich orientierte Risse 9, 11, 13 eingezeichnet. Der erste Riß 9 erscheint an der Lauffläche 2 senkrecht (quer) zur Laufrich- tung 14 des Eisenbahnrads 1 an der Stelle des Risses 9 orientiert. Seine Rißfläche ist parallel zur Rotationsachse 3 orientiert. Der zweite Riß 11 ist senkrecht und der dritte Riß 13 schräg bezüglich der Rotationsachse 3 orientiert. Die Risse 9, 11, 13 verlaufen weitestgehend radial von der Lauf- fläche 2 ins Innere des Eisenbahnrads 1.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die Lauffläche 2 des Eisenbahnrads 1 der Figur 1. Sie zeigt, wie die Risse 9, 11, 13 von außen, aus einer Blickrichtung 15 auf die Lauffläche 2 betrachtet in etwa erscheinen.
Figur 3, sowie Figur 4 in einer Querschnittsdarstellung entlang der Linie IV-IV der Figur 3 und Figur 7 in einer Querschnittsdarstellung entlang der Linie VII-VII der Figur 3, zeigen ein Eisenbahnrad 1 mit einer Lauffläche 2, mit einem Spurkranz 21, mit einem Radkranz 22 und mit einer Nabe 23. Weitgehend symmetrisch bezüglich eines Radius R des Eisenbahnrads 1 ist ein Kombinations-Prüfköpf 25 auf einer Stirnseite 27 des Eisenbahnrads 1 aufgesetzt. Der Kombinations- Prüfkopf 25 umfaßt einen äußeren Prüfkopf 29A und einen inneren Prüfköpf 29B. Der äußere Prüfköpf 29A weist einen ersten Sende-Ultraschallwandler 31, einen ersten Empfangs-Ultra- schallwandler 33 sowie einen weiteren, dem ersten Sende-Ultraschallwandler zugeordneten Ultraschallwandler 35 auf. Fer- ner weist der äußere Prüfkopf 29A einen zweiten Empfangs-Ul- traschallwandler 37 und einen Kriechwellen-Ultraschallwandler 39 auf. Der erste Sende-Ultraschallwandler 31 strahlt durch die Stirnseite 27 eine erste Ultraschallwelle 41 in Richtung auf die gegenüberliegende Stirnseite 43 in das Eisenbahnrad 1 ein (Figur 4). An der gegenüberliegenden Stirnseite 43 erfolgt eine Reflexion mit übereinstimmenden Einfalls- und Ausfallswinkel. Die reflektierte Ultraschallwelle wird an Rissen 9 in unterschiedlicher Tiefe bezüglich der Stirnseite 27 im Eisenbahnrad 1 entweder zum ersten Empfangs-Ultraschallwandler 33 oder zu dem weiteren dem ersten Sende-Ultraschallwandler 31 zugeordneten Empfangs-Ultraschallwandler 35 zurückreflektiert. Bei einem entsprechenden Empfangssignal im ersten Emp- fangs-Ultraschallwandler 33 oder dem weiteren zugeordneten Empfangs-Ultraschallwandler 35 kann auf das Vorhandensein eines Risses 9 geschlossen werden.
Der erste Empfangs-Ultraschallwandler 33 sowie der weitere zugeordnete Empfangs-Ultraschallwandler 35 sind zusammen mit dem ersten Sende-Ultraschallwandler 31 in Tandem-Technik betrieben. Ihre Abstände zum ersten Sende-Ultraschallwandler 31 sind an die gewünschte Prüftiefe (Radkranzbreite) angepaßt.
Der erste Sende-Ultraschallwandler 31 ist auch derart betreibbar, daß ein reflektierter Anteil einer von ihm eingestrahlten zweiten Ultraschallwelle 45 (Einschallwinkel α2) allein nach einer Reflexion an einem Riß wieder von dem ersten Sende-Ultraschallwandler 31 empfangbar ist (Empfangswinkel ß2) , z.B. in 45°-Impuls-Echo-Technik. Damit läßt sich besonders effizient ein Riß 44 nahe an der gegenüberliegenden Stirnseite 43 detektieren.
Liegt kein Riß 9 oder nur ein kleiner Riß 9 vor, dann wird zumindest ein Teil der von der gegenüberliegenden Stirnseite 43 zurückreflektierten Ultraschallwelle von dem zweiten Empfangs-Ultraschallwandler 37 empfangen. Das Ausgangssignal dieses zweiten Empfangs-Ultraschallwandlers 37 dient speziell zur Detektion eines bezüglich der Rotationsachse des Eisenbahnrads 1 beliebig orientierten Risses und/oder zum Aufspü- ren eines Risses 44 in Nähe der gegenüberliegenden Stirnseite 43.
Der zweite Empfangs-Ultraschallwandler 37 arbeitet nämlich zusammen mit dem ersten Sende-Ultraschallwandler 31 unter V- Durchschallung mit einer - ggf. gesondert eingestrahlten - dritten Ultraschallwelle 46. Die dritte Ultraschallwelle 46, die im gezeichneten Beispiel räumlich überlappend mit der zweiten Ultraschallwelle 45 eingestrahlt ist, wird an einer Einkoppelstelle 49 eingestrahlt und an einer von der Einkoppelstelle 49 verschiedenen Empfangsstelle 51 empfangen. Der Abstand der Einkoppelstelle 49 von der Empfangsstelle 51 ist derart gewählt, daß ein reflektierter Anteil der dritten Ultraschallwelle 46 in Abhängigkeit vom dritten Einschallwin- kel α3 zum zweiten Empfangs-Ultraschallwandler 37 an der Empfangsstelle 51 (Empfangswinkel ß3) gelangen kann. Risse beliebiger Orientierung führen zu einer Abschattung und sind dadurch detektierbar .
Der erste Einschallwinkel oti der ersten Ultraschallwelle 41 hat einen Wert im Bereich von 35° bis 60° und beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 45°. Im Ausführungsbeispiel ist der dritte Einschallwinkel α3 der dritten Ultraschallwelle 46 gleich dem ersten Einschallwinkel oti gewählt. Der dritte Ein- schallwinkel α3 kann einen Wert im Bereich von 35° bis 60° aufweisen.
Der erste Empfangswinkel ßi am ersten Empfangs-Ultraschallwandler 33 ist auf gleichfalls etwa +45° eingestellt. Der dritte Empfangswinkel ß3 am zweiten Empfangs-Ultraschallwandler 37 ist auf -45° eingestellt.
Der Kriechwellen-Ultraschallwandler 39 strahlt eine Ultraschallkriechwelle 47 mit einem vierten Einschallwinkel α4 in das Eisenbahnrad 1 ein, die sich entlang der Oberfläche der Stirnseite 27 ausbreitet. Damit sind bevorzugt Risse in ge- ringer Tiefe unterhalb der Stirnseite 27 detektierbar . Der vierte Einschallwinkel α beträgt etwa 70°.
Ein reflektierter Anteil der Ultraschallkriechwelle 47 wird vom Kriechwellen-Ultraschallwandler 39 oder bevorzugt von einem gesondert vorhandenen, aus darstellerischen Gründen nicht explizit gezeigten Ultraschallwandler detektiert.
Der innere Prüfkopf 29B umfaßt ebenfalls fünf (nicht näher bezeichnete) Ultraschallwandler, die jeweils die gleiche
Funktion wie die im äußeren Prüfkopf 29A angeordneten Ultraschallwandler haben.
Der äußere Prüfkopf 29A ist derart justiert, daß eine lauf- flächennahe Zone in der Nähe der Lauffläche 2 geprüft wird. Der innere Prüfkopf 29B prüft eine oberflächennahe Zone am Innenumfang 53 des Radkranzes 22. Die Ultraschallwandler je eines der Prüfköpfe 29A, 29B sind im wesentlichen entlang einer auf dem Radius R senkrecht stehenden Geraden 40A bzw. 40B aufgereiht.
Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der erste Sende-Ultraschallwandler 31, der erste Empfangs-Ultraschallwandler 33 und der zweite Empfangs-Ultra- schallwandler 37 entlang der Geraden 40A angeordnet. Dadurch ist es auf besonders einfache Weise möglich, den ersten Sende-Ultraschallwandler 31 sowohl im Tandemverfahren als auch im V-Durchschallungsverfahren (unter Ausnutzung des Ab- schattungseffektes) zu betreiben.
Bei dem in den Figuren 5 und 6 (sowie in Figur 7 in einer Querschnittsdarstellung entlang der Linie VII-VII der Figur 5) dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist der Kombinations-Prüfköpf 25 für eine Wellenumwandlungstechnik ausge- legt. Bei diesem Kombinations-Prüfköpf 25 weisen die Prüfköpfe 29A, 29B einen ersten Sende-Ultraschallwandler 31 auf, der als Gruppenstrahler ausgeführt ist, so daß der erste Ein- schallwinkel α.ι und der erste Empfangswinkel ßi variiert werden können. Der erste Sende-Ultraschallwandler 31 ist derart betreibbar, daß die von ihm ausgesendete erste Ultraschallwelle 41 nach einer Reflexion an einer gegenüberliegenden Stirnseite 43 und einer Wellenumwandlung am Riß 9 von dem ersten Sende-Ultraschallwandler 31 empfangbar ist. Zur Detektion von unterschiedlich tief unterhalb der Stirnseite 27 liegenden Rissen 9 werden der erste Einschallwinkel oti und der erste Empfangswinkel ßi variiert. Hierbei wird der erste Einschallwinkel oti bevorzugt innerhalb eines Intervalls von 10° bis 40° geschwenkt.
Ein zweiter (Empfangs-) Ultraschallwandler 37 und ein Kriechwellen-Ultraschallwandler 39 werden wie bei dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel betrieben.
In Figur 7 ist dargestellt, wie die Prüfköpfe 29A, 29B in radialer Richtung angeordnet sind. Die Abstrahlkeule des äußeren Prüfkopfs 29A überstreicht die Lauffläche 2, die des in- neren Prüfköpfs 29B den Innenumfang 53.
Bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 3 bis 7 ist das Eisenbahnrad 1 als Vollrad ausgeführt. In den Figuren 8 bis 13 ist die Prüfung eines Eisenbahnrads 1 veranschaulicht, das aus einem Radkörper (Radscheibe) 60 und aus einem darauf aufgesetzten Radreifen 62 zusammengesetzt ist. Ein Gummikörper 63 ist zwischen dem Radkörper 60 und dem Radreifen 62 angeordnet .
Ein Kombinations-Prüfköpf 25 ist derart auf der inneren
Stirnseite 27 des Eisenbahnrads 1 angeordnet, daß im Bereich des Außenumfangs des Eisenbahnrads 1, d.h. in der Nähe der Lauffläche 2, und in der Nähe des Innenumfangs 61 des Radreifens 62 geprüft wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in den Figuren 8 bis 13 jeweils nur die Einstrahlung der ersten Ultraschallwelle 41 sowie die Einstrahlung weiterer erster Ultraschallwellen 64, 66, 68 dargestellt. Dabei werden die erste Ultraschallwelle 41 sowie eine der weiteren ersten Ultraschallwellen 68 derart in das Eisenbahnrad 1 eingestrahlt, daß ein möglicher Riß 9 von beiden Seiten bestrahlt wird. Dadurch wird die Zuverlässigkeit des Verfahrens nach der Erfindung vorteilhaft erhöht, in dem ein Einfluß einer Krümmung der Rißfläche auf das Detektionsergebnis stark vermindert wird. In Abhängigkeit von der Art der Krümmung führt nämlich entweder die Beschallung von der einen oder von der anderen Seite zu einem eindeutigen Empfangssignal. Die beid- seitige Beschallung kann auch zu einer redundanten beidseiti- gen Detektion führen.
Bei dem in den Figuren 8 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiel werden der erste Ultraschallwandler 31 und der erste Empfangs-Ultraschallwandler 33 in Tandem-Technik betrieben (analog zu Fig. 4) . Bei dem in den Figuren 11 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispiel entfällt der zweite Empfangs-Ultraschallwandler 33, und der erste Sende-Ultraschallwandler 31 ist auch im Empfangsmodus für eine Wellenumwandlungs- technik betreibbar (analog zu Fig. 6) .
Bei dem in Figur 14 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Eisenbahnrad 1 das Rad eines Eisenbahnzugs 70, der mit konstanter Fahrgeschwindigkeit V von etwa 1 bis 5 km/h auf einer Schiene 72, beispielsweise in einer nicht gezeigten Wartungshalle, bewegt wird. Ein Prüfwagen 74 ist seitlich neben dem Eisenbahnzug 70 auf einer gesonderten Prüfschiene 76 in Fahrrichtung 78 synchron mit dem Eisenbahnzug 70 mitbewegbar. Der Prüfwagen 74 ist über einen am Eisenbahnzug 70 einrastbaren oder einklinkbaren Mitnehmerarm 82 von dem fahrenden Eisenbahnzug 70 antreibbar.
An dem Prüfwagen 74 sind über zwei verstellbare, federnd gelagerte Ausleger 80 zwei Kombinations-Prüfköpfe 25 befestigt, mit denen die zwei Eisenbahnräder 1 eines Drehgestells des Eisenbahnzugs 70 simultan geprüft werden. Der Prüfwagen 74 ist derart verfahrbar, daß die Position der Kombinations- Prüfköpfe 25 an der bezüglich des Eisenbahnzugs 1 außen gelegenen Stirnseite 27 der Eisenbahnräder 1 unverändert bleibt. Mit anderen Worten: Die bei Fahren des Eisenbahnzugs 70 rotierende Stirnseite 27 bewegt sich unter dem jeweiligen Kombinations-Prüfköpf 25 weg.
Bei einer geringfügigen Änderung der Fahrgeschwindigkeit V bleiben die Kombinations-Prüfköpfe 25 ebenfalls in ihrer Position am Eisenbahnzug 70 unverändert.
In Figur 15 ist ein Prüfwagen 74 gezeigt, der unterhalb des Eisenbahnzugs 70 beweglich angeordnet ist. Der Eisenbahnzug 70 ist in einem Querschnitt dargestellt.
Der Prüfwagen 74 fährt in einem Wartungsschacht 84, auf dessen Seitenwänden die Schiene 72 des Eisenbahnzugs 70 aufge- ständert ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Detektion eines Risses (9) in einem Eisenbahnrad (1) , insbesondere zur Detektion eines von der Lauf- fläche (2) ausgehenden Risses, wobei mit Hilfe eines ersten Sende-Ultraschallwandlers (31) eine erste Ultraschallwelle (41) im wesentlichen tangential zum Radumfang, bezüglich einer Stirnseite (27) des Eisenbahnrads (1) geneigt und mit einem ersten Einschallwinkel (otι) durch die Stirnseite (27) eingestrahlt, und von einem an der Stirnseite (27) angeordneten ersten Empfangs-Ultraschallwandler (33) mit einem ersten Empfangswinkel (ßi) empfangen wird, wobei der erste Einschallwinkel (otι) und der erste Empfangswinkel (ßi) derart gewählt sind, daß die erste Ultraschallwelle (41) empfangbar ist, falls eine Reflexion an der gegenüberliegenden Stirnseite (43) und eine rückwärtsgerichtete Ablenkung am Riß (9) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Einschallwinkel (oti) und der erste Empfangswinkel (ßi) derart gewählt sind, daß die erste Ultraschallwelle (41) empfangbar ist, falls die rückwärtsgerichtete Ablenkung an einem parallel zur Rotationsachse (3) des Eisenbahnrads (1) orientierten Riß (9) infolge einer Wellenumwandlung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Sende-Ultraschallwandler (31) und der erste Empfangs-Ultra- schallwandler (33) identisch sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Detektion eines unbekannt tief unterhalb der Stirnseite (27) lie- genden Risses (9) der erste Einschallwinkel (otι) und der erste Empfangswinkel (ßi) variiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Einschallwinkel (oti) und der erste Empfangswinkel (ßi) derart gewählt sind, daß die erste Ultraschallwelle (41) empfangbar ist, falls die rückwärtsgerichtete Ablenkung an einem parallel zur Rotationsachse (3) des Eisenbahnrads (1) orientierten Riß (9) durch eine Reflexion mit übereinstimmendem Einfallsund Ausfallswinkel erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Detektion eines unbekannt tief unterhalb der Stirnseite (27) liegenden Risses (9) entweder wenigstens ein weiterer, dem ersten Sende-Ultraschallwandler (31) zugeordneter Empfangs-Ul- traschallwandler (35) oder wenigstens ein weiterer dem ersten Empfangs-Ultraschallwandler (33) zugeordneter Sende-Ultraschallwandler verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine zweite Ultraschallwelle (45) im wesentlichen tangential zum Radumfang, bezüglich der Stirnseite (27) des Eisenbahnrads (1) geneigt und mit einem zweiten Einschallwinkel (ot2) durch die Stirnseite (27) eingestrahlt, und unter einem zweiten Emp- fangswinkel (ß2) an der Stirnseite (27) empfangen wird, wobei der zweite Einschallwinkel (α2) und der zweite Empfangswinkel (ß2) derart gewählt sind, daß die zweite Ultraschallwelle (45) empfangbar ist, falls als einzige Ablenkung im Eisenbahnrad (1) eine Reflexion an einem bezüglich der Rotati- onsachse (3) des Eisenbahnrads (1) schräg oder senkrecht orientierten Riß erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Einschallwinkel (ot2) und der zweite Empfangswinkel (ß2) gleich groß gewählt sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine dritte Ultraschallwelle (46) an einer Einkoppelstelle (49) im wesentlichen tangential zum Radumfang, bezüglich der Stirnseite (27) des Eisenbahnrads (1) geneigt und mit einem dritten Einschallwinkel (α3) durch die Stirnseite (27) eingestrahlt und an einer von der Einkoppelstelle (49) verschiedenen Empfangsstelle (51) unter einem dritten Empfangswinkel (ß3) an der Stirnseite (27) empfangen wird, wobei der dritte Einschall- Winkel (ct3) und der dritte Empfangswinkel (ß3) derart gewählt sind, daß ohne vorliegenden Riß die dritte Ultraschallwelle (46) nach einer Reflexion an der gegenüberliegenden Stirnseite (43) und ohne weitere Ablenkung im Eisenbahnrad (1) empfangbar ist, und daß bei einem Empfang, der bezüglich des Empfangs ohne vorliegenden Riß geschwächt ist, auf das Vorliegen eines Risses geschlossen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Ultraschall-Kriechwelle (47) durch die Stirnseite (27) im wesentlichen tangential zum Radumfang eingestrahlt wird, und daß bei einem auftretenden Kriechwellenecho auf das Vorhandensein eines Risses mit geringer Tiefenausdehnung bezüglich der Stirnseite (27) geschlossen wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einem als Vollrad ausgeführten Eisenbahnrad (1) die erste Ultra- Schallwelle (41) im Bereich des Außenumfanges des Eisenbahnrads (1), und eine weitere erste Ultraschallwelle im Bereich des Innenumfangs (53) des Radkranzes (22) eingestrahlt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einem als Vollrad ausgeführten Eisenbahnrad (1) die zweite Ultra- Schallwelle (45) im Bereich des Außenumfanges des Eisenbahnrads (1), und eine weitere zweite Ultraschallwelle im Bereich des Innenumfangs (53) des Radkranzes (22) eingestrahlt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einem als Vollrad ausgeführten Eisenbahnrad (1) die dritte Ultraschallwelle (46) im Bereich des Außenumfanges des Eisenbahn- rads (1), und eine weitere dritte Ultraschallwelle im Bereich des Innenumfangs (53) des Radkranzes (22) eingestrahlt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einem als Vollrad ausgeführten Eisenbahnrad (1) die Ultraschall- Kriechwelle (47) im Bereich des Außenumfangs des Eisenbahnrads (1), und eine weitere Ultraschallkriechwelle im Bereich des Innenumfangs (53) des Radkranzes (22) eingestrahlt wer- den.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einem aus einem Radkörper (60) und einem aufgesetzten Radreifen (62) zuammengesetzten Eisenbahnrad (1) die erste Ultraschallwelle (41) im Bereich des Außenumfangs des Eisenbahnrads (1), und eine weitere erste Ultraschallwelle im Bereich des Innenumfangs (61) des Radreifens (62) eingestrahlt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einem aus einem Radkörper (60) und einem aufgesetzten Radreifen (62) zuammengesetzten Eisenbahnrad (1) die zweite Ultra- schallweile (45) im Bereich des Außenumfangs des Eisenbahnrads ( 1) , und eine weitere zweite Ultraschallwelle im Bereich des Innenumfangs (61) des Radreifens (62) eingestrahlt werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einem aus einem Radkörper (60) und einem aufgesetzten Radreifen (62) zuammengesetzten Eisenbahnrad (1) die dritte Ultraschallwelle (46) im Bereich des Außenumfangs des Eisenbahnrads (1) , und eine weitere dritte Ultraschallwelle im Bereich des Innenumfangs (61) des Radreifens (62) eingestrahlt werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einem aus einem Radkörper (60) und einem aufgesetzten Radreifen (62) zuammengesetzten Eisenbahnrad (1) die Ultraschallkriechwelle (47) im Bereich des Außenumfangs des Eisenbahnrads (1) , und eine weitere Ultraschallkriechwelle im Bereich des Innenum- fangs (61) des Radreifens (62) eingestrahlt werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Eisenbahnrad (1) das Rad eines Eisenbahnzugs (70) ist, der mit ei- ner Fahrgeschwindigkeit (V) bewegt wird, und daß ein zur Einstrahlung der ersten Ultraschallwelle (41) vorgesehener Prüfkopf (29A, 25) in Fahrrichtung (78) und mit der Fahrgeschwindigkeit (V) derart bewegt wird, daß die Position des Prüfkopfs (29A, 25) bezüglich der Stirnseite (27) unverändert bleibt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Eisenbahnrad (1) das Rad eines Eisenbahnzugs (70) ist, der mit ei- ner Fahrgeschwindigkeit (V) bewegt wird, und daß ein zur Einstrahlung der zweiten Ultraschallwelle (45) vorgesehener Prüfkopf (29A, 25) in Fahrrichtung (78) und mit der Fahrge- schwindigkeit (V) derart bewegt wird, daß die Position des Prüfköpfs (29A, 25) bezüglich der Stirnseite (27) unverändert bleibt .
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Eisenbahnrad (1) das Rad eines Eisenbahnzugs (70) ist, der mit einer Fahrgeschwindigkeit (V) bewegt wird, und daß ein zur Einstrahlung der dritten Ultraschallwelle (46) vorgesehener Prüfköpf (29A, 25) in Fahrrichtung (78) und mit der Fahrgeschwindigkeit (V) derart bewegt wird, daß die Position des Prüfkopfs (29A, 25) bezüglich der Stirnseite (27) unverändert bleibt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Eisenbahnrad (1) das Rad eines Eisenbahnzugs (70) ist, der mit einer Fahrgeschwindigkeit (V) bewegt wird, und daß ein zur Einstrahlung der Ultraschallkriechwelle (47) vorgesehener Prüf- köpf (29A, 25) in Fahrrichtung (78) und mit der Fahrgeschwindigkeit (V) derart bewegt wird, daß die Position des Prüfkopfs (29A, 25) bezüglich der Stirnseite (27) unverändert bleibt.
23. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 22, mit einem an der Stirnseite (27) des Eisenbahnrads (1) aufsetzbaren Prüfkopf (29A, 25),
- auf dem der erste Sende-Ultraschallwandler (31) und der erste Empfangs-Ultraschallwandler (33) und - optional wenigstens ein Ultraschallwandler (31) für eine zweite Ultraschallwelle (45) und
- optional wenigstens ein Ultraschallwandler (31) für eine dritte Ultraschallwelle (46) und/oder
- optional ein Ultraschallwandler (39) für eine Ultraschall- kriechwelle (47) angeordnet sind.
24. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 18, mit einem an der Stirnseite (27) des Eisenbahnrads (1) aufsetzbaren Kombinations-Prüfköpf (25),
- auf dem Ultraschallwandler (31) zum Einstrahlen und Empfan- gen der ersten Ultraschallwelle (41) und der weiteren ersten
Ultraschallwelle
- sowie optional Ultraschallwandler (31) zum Einstrahlen und Empfangen einer zweiten Ultraschallwelle (45) und einer weiteren zweiten Ultraschallwelle - sowie optional Ultraschallwandler (31) zum Einstrahlen und Empfangen einer dritten Ultraschallwelle (46) und einer weiteren dritten Ultraschallwelle
- sowie optional Ultraschallwandler (39) zum Einstrahlen und Empfangen einer Ultraschallkriechwelle (47) und einer weite- ren Ultraschallkriechwelle angeordnet sind.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 oder 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens einer der Ultraschallwandler (31, 33, 35, 37, 39) ein piezo- elektrischer Wandler ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen seitlich neben oder unter dem Eisenbahnzug (70) angeordneten und in dessen Fahrrichtung (78) verfahrbaren Prüfwagen (74), an dem der Prüfkopf (29A, 29B) oder gegebenenfalls der Kombinations- Prüfkopf (25) befestigbar ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Prüf- kopf (29A, 29B) bzw. der Kombinations-Prüfköpf (25) vom Prüfwagen (74) aus an der bezüglich des Eisenbahnzugs (70) innen gelegenen Stirnseite (27) des Eisenbahnrads (1) aufsetzbar ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Prüfwagen (74) von dem fahrenden Eisenbahnzug (70) antreibbar ist.
29. Vorrichtung zur Detektion eines Risses in einem Eisenbahnrad (1) , insbesondere zur Detektion eines von der Lauffläche (2) ausgehenden Risses, mit a) einem ersten Sende-Ultraschallwandler (31), b) einem ersten Empfangs-Ultraschallwandler (33) , der zusam- men mit dem ersten Sende-Ultraschallwandler (31) im Tandem-Verfahren betreibbar ist, c) einem zweiten Empfangs-Ultraschall-Wandler (37) , der zusammen mit dem ersten Sende-Ultraschallwandler (31) im V- Durchschallungsverfahren betreibbar ist, wobei der erste Sende-Ultraschallwandler (31), der erste Empfangs-Ultraschallwandler (33) und der zweite Empfangs-Ultraschallwandler (37) im wesentlichen entlang einer Geraden (40A) angeordnet sind.
30. Vorrichtung zur Detektion eines Risses in einem Eisenbahnrad (1), insbesondere zur Detektion eines von der Lauffläche (2) ausgehenden Risses, mit a) einem als Gruppenstrahler ausgebildeten ersten Sende-Ultraschallwandler (31), der zugleich als Empfänger für ein Wellenumwandlungsverfahren betreibbar ist, b) einem zweiten Empfangs-Ultraschall-Wandler (37), der zusammen mit dem ersten Sende-Ultraschallwandler (31) im V- Durchschallungsverfahren betreibbar ist.
31. Vorrichtung zur Detektion eines Risses in einem Eisenbahnrad (1), insbesondere zur Detektion eines von der Lauffläche (2) ausgehenden Risses, mit einem als Gruppenstrahler ausgebildeten ersten Sende-Ultraschallwandler (31), der zugleich sowohl als Empfänger für ein Wellenumwandlungsverfah- ren als auch als Empfänger für ein Impuls-Echo-Verfahren mit Rückreflexion betreibbar ist.
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