WO2000017632A2 - Verfahren und vorrichtung zum nachweis eines defekts einer führungsschiene - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum nachweis eines defekts einer führungsschiene Download PDF

Info

Publication number
WO2000017632A2
WO2000017632A2 PCT/DE1999/002986 DE9902986W WO0017632A2 WO 2000017632 A2 WO2000017632 A2 WO 2000017632A2 DE 9902986 W DE9902986 W DE 9902986W WO 0017632 A2 WO0017632 A2 WO 0017632A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
guide rail
rail
ultrasound transducer
coupled
ultrasound
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/002986
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2000017632A3 (de
Inventor
Dieter Lingenberg
Kerstin Gemmer-Berkbilek
Jörg Quittkat
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2000017632A2 publication Critical patent/WO2000017632A2/de
Publication of WO2000017632A3 publication Critical patent/WO2000017632A3/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
    • B61K9/10—Measuring installations for surveying permanent way for detecting cracks in rails or welds thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/048—Transmission, i.e. analysed material between transmitter and receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/102—Number of transducers one emitter, one receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/262—Linear objects
    • G01N2291/2623—Rails; Railroads

Definitions

  • the invention lies in the field of non-destructive material testing.
  • the invention relates to a method for detecting a defect in a guide rail, in particular a railroad track, wherein an ultrasound wave which is horizontally transversely polarized with at least one component is coupled into the guide rail and, after propagation, is detected in a direction of propagation parallel to the guide rail.
  • the invention further relates to a device for detecting a defect in a guide rail, in particular a railroad track, with a first ultrasonic transducer acoustically coupled to the guide rail, which is designed to couple or receive an ultrasound wave horizontally transversely polarized with at least one component.
  • the two ultrasonic transducers mentioned are moved a short distance above the head of the rail, ie the two ultrasonic transducers are arranged on the same outside of the rail.
  • a V-shaped propagation of the injected ultrasound wave results overall.
  • this V-shaped propagation of the injected ultrasound wave is interrupted or disturbed, so that no or a changed, in particular less, signal is received in the reception ultrasound transducer than without an existing defect.
  • a rail test train can only run on a railroad track under test at a low speed, in particular less than 30 to 50 km / h.
  • the annual mileage of a rail test train is limited, and the rails can only be checked at night, especially on a high-speed line, since otherwise the traffic performance of the high-speed line would be undesirably impaired.
  • Another problem of the rail test train arises from the fact that the routes to be tested can only be examined a few times a year due to the outlined effort. Under certain circumstances, this may be too little on a busy high-speed line, in particular if a defect is to be expected within shorter time intervals. Such a defect can be, for example, a complete severing of the railroad track due to a frost break in winter or due to an act of sabotage. In particular on a high-speed route on which the due to slacknesses of over 200 km / h full braking distances of up to several kilometers, rail cuts due to sabotage actions cannot be recognized within the visual view of the train driver.
  • a trolley with ultrasound devices for rail testing is also known from DE-OS 21 30 337.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a device with which a higher test performance or a shorter test distance can be achieved when testing a guide rail from an economic point of view.
  • the process-related problem is solved according to the invention in the method mentioned in the introduction in that the ultrasonic wave is detected after it has spread in the direction over a length of more than 100 m.
  • the injected ultrasound wave with a portion, e.g. with an energy component of more than 50%, preferably more than 75%, horizontally transversely polarized.
  • the ultrasound wave is preferably coupled into the guide rail at a coupling point with a component in the direction of propagation and is detected at a receiving point after at least two reflections on mutually opposite inner sides of the rail surface.
  • the guide rail to be monitored can be used as a waveguide through which the ultrasound wave coupled in to detect the defect spreads in the direction of propagation.
  • the injected ultrasound wave is only detected after a large number of reflections, e.g. after at least ten, preferably 100 and very preferably after at least 500 reflections on mutually opposite inner sides of the rail surface.
  • the sound propagation takes place in this case by zigzag-like reflecting back and forth between the mutually opposite inner sides in the direction of propagation.
  • Extended sections of the guide rail can be monitored by a system of transmit and / or receive ultrasonic transducers attached along the guide rail.
  • the distance between the individual ultrasonic transducers can be chosen to be large due to the low sound absorption. This makes it possible in the first place to carry out the method with stationary, that is to say permanently and permanently attached to the guide rail ultrasonic transducers, for example for monitoring a railway line, with economically justifiable expenditure.
  • the method can be carried out, for example, during normal railway operations without the operation - as would be the case with a rail test train - being disturbed by the monitoring of the railway track.
  • the ultrasound wave coupled into the guide rail can be either a quasi-continuous ultrasound wave or an ultrasound pulse.
  • an ultrasonic pulse - for example consisting of one or more, e.g. from 50 vibrations - you also have the option of monitoring the reflected portion of the injected ultrasonic pulse in terms of time.
  • the occurrence or growth of a defect can be inferred from the occurrence of a reflected portion at a run time at which no or only a small ultrasound signal has previously been received. From the absence or from the decrease in the portion reflected by a structurally determined reflector, it is also possible to conclude that there is a defect on the route between the coupling point and the structurally determined reflector.
  • the polarization direction can be inclined by up to +/- 20 ° with respect to a horizontal.
  • the ultrasound wave is preferably coupled in through the underside of a rail head and the guide rail and / or out of the guide rail.
  • the ultrasound wave is transmitted to the guide rail acoustically coupled ultrasonic transducer coupled and / or detected.
  • the ultrasound transducer is preferably acoustically coupled to a rail head of the guide rail.
  • the ultrasound transducer is coupled to an underside of the rail head.
  • the ultrasound transducer can both be coupled over a large area and can be aligned essentially horizontally.
  • the ultrasound wave can be coupled in in a simple and efficient manner with a transverse and in particular horizontal direction of polarization.
  • the top of the rail head also offers this possibility.
  • a monitoring system mounted stationary on a railroad track, it is not permanently accessible due to the train traffic rolling on the top.
  • the ultrasound transducer becomes a transverse or
  • the transducer material of the ultrasonic transducer swings e.g. parallel to its electrodes in a shear mode, whereas in the case of a so-called thickness vibration, the transducer material vibrates in a direction perpendicular to the electrodes. If the ultrasound transducer is essentially horizontal - e.g. on the underside of the rail head - aligned, the transducer material also swings in a substantially horizontal direction.
  • the horizontal or radial oscillation of the coupled ultrasound wave can be generated in a very simple manner by the transverse or radial oscillation.
  • the ultrasonic transducer has a round shape, a radial vibration is excited. If the ultrasonic transducer has a rectangular shape, a transverse mode is preferred excited in a direction of vibration perpendicular to the rectangular edges.
  • the ultrasonic wave is only detected after it has propagated in the direction of propagation over a length of more than 500 m, preferably more than 1000 m.
  • the receiving point is removed from the coupling-in point, and for monitoring the rail section between the receiving point and the coupling-in point, a portion of the coupled-in ultrasound wave that penetrates the guide rail in the direction of propagation is detected at the receiving point.
  • the method works in a transmission mode.
  • a further ultrasound wave is coupled into or received from the guide rail at the receiving point for monitoring a rail section adjoining the rail section.
  • the ultrasound transducer is preferably controlled both as a transmitter and as a receiver. This means that a monitoring system for the guide rail can be set up particularly cost-effectively.
  • the receiving point is essentially identical to the coupling point, and a part of the coupled ultrasound wave reflected on the defect and / or a part of the coupled ultrasound wave reflected on a structural reflector, in particular on an end face of the guide rail Coupling point detected.
  • the ultrasound transducer can then be used to both transmit and receive.
  • the frequency of the ultrasonic wave is preferably set to a value between 30 kHz and 80 kHz and very particularly preferably to a value between 40 kHz and 70 kHz. The tests showed particularly low absorption values in this frequency range.
  • the device-related object is achieved in the above-mentioned device according to the invention in that the first ultrasonic transducer is acoustically coupled to an underside of a rail head of the guide rail.
  • the first ultrasound transducer can both be coupled over a large area and can be aligned essentially horizontally. Therefore, with the ultrasound transducer coupled in this way, a horizontally polarized ultrasound wave can be coupled into the guide rail in a simple manner.
  • the first ultrasound transducer is advantageously acoustically coupled by an adhesive connection, as a result of which the coupling of a transversely polarized ultrasound wave is particularly efficient (low absorption).
  • the device can be further developed by a leading wedge arranged between the first ultrasonic transducer and the underside of the rail head, whereby the coupling of the ultrasonic wave is improved.
  • the leading wedge is preferably shaped and attached in such a way that the first ultrasonic transducer is arranged essentially horizontally.
  • the ultra-sound wave is simple and efficient with a transverse and in particular horizontal direction of polarization. connectable. In other words, the vertical component of the polarization direction is then small.
  • the first ultrasound transducer is arranged in an electromagnetic shielding housing.
  • electromagnetic waves causing interference signals e.g. generated or radiated by a passing train, kept away from the first ultrasonic transducer.
  • the first ultrasound transducer is coupled stationary to the guide rail.
  • it can only be controlled as a transmitter for coupling the ultrasonic wave.
  • the second ultrasound transducer may also be a second ultrasound transducer, in particular spaced from the first ultrasound transducer and coupled to the guide rail in a stationary manner, which can preferably only be controlled as a receiver for detecting the injected ultrasound wave (transmission mode).
  • the second ultrasound transducer can be coupled in the same way as the first ultrasound transducer.
  • the distance between the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer is preferably more than 100 m or more than 500 m or even more than 1000 m.
  • a rail section between the first ultrasound transducer and the second ultrasound transducer can be monitored continuously, ie continuously, for defects, so that after detection of a defect, braking of one moved on the guide rail without a great time delay Wagens, especially a train, can be initiated.
  • At least two are different for monitoring
  • Rail sections along the guide rail m assembled transmission units to form a monitoring system for the guide rail.
  • the device is preferably also designed such that the first ultrasonic transducer can be operated both as a transmitter and as a receiver.
  • the first ultrasound transducer of one of the transmission units mentioned can be operated as a receiver of the adjacent transmission unit.
  • the first ultrasound transducer is accordingly assigned to two adjacent transmission units at the same time.
  • a predefined guide rail which is extended m in length can be monitored with a particularly small number of ultrasonic transducers.
  • the first ultrasound transducer can be operated both as a transmitter for coupling in the ultrasound wave and as a receiver for detecting this ultrasound wave (reflection mode). It can be coupled stationary to the guide rail. The detection takes place essentially after a plurality of reflections on mutually opposite inner sides of the rail surface and after a reflection on the defect and / or on a structural reflector.
  • at least two such first ultrasound transducers which can be attached in a row to monitor different rail sections along the guide rail are combined to form a monitoring system for the guide rail, in particular for the railroad rail.
  • FIGS. 1 to 7. Exemplary embodiments of a device according to the invention are explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 7.
  • the figures also explain the implementation of the method according to the invention. Show it:
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 3 shows the arrangement of FIG. 1 in a cross-sectional representation along the line III-III
  • FIG 7 shows another monitoring system operated in transmission mode according to the invention.
  • Figure 1 shows a guide rail 1 of a railway line.
  • the guide rail 1 comprises a rail foot 1A, one
  • Rail web IB and a rail head IC.
  • a first ultrasonic transducer 3 On an underside 1C-1 of the Rail head IC is a first ultrasonic transducer 3 acoustically coupled to the rail head IC via an adhesive layer, not shown.
  • the first ultrasonic transducer 3 comprises a transducer plate or transducer layer 3C, which contains a piezoelectric transducer material and has a round or rectangular cross section.
  • the top and bottom of the converter layer 3C is coated with flat electrodes 4A, 4B, which are connected to an anode 3A and a cathode 3B of a control unit (not shown).
  • the width B of the converter layer 3C is approximately 40 mm and is therefore greater than the depth T of approximately 20 mm, with which the rail head IC projects laterally beyond the rail web IB.
  • the converter layer 3C consequently projects laterally beyond the rail head IC.
  • the first ultrasonic transducer 3 is inserted into an electrically and magnetically shielding housing 5, the shape of which is adapted to the rail profile. As a result, the first ultrasonic transducer 3 is protected both from electromagnetic influences and from dirt and moisture.
  • the first ultrasonic transducer 3 is connected to the formed from two parallel rails - the outside of the rail body underside 1C-1 acoustically coupled.
  • the first ultrasonic transducer 3 can be operated both as a transmitter and as a receiver. It is operated in a radial vibration mode or in a transverse or shear mode. This means that the transducer layer 3C primarily does not vibrate in a direction parallel to its thickness D, but rather parallel to its width B.
  • the radial or transverse vibration mode is excited during transmission operation by selecting a control frequency which is approximately equal to the resonance frequency belonging to the width B is set.
  • the control frequency is set, for example, to a value between 30 kHz and 80 kHz, preferably to a value between 40 kHz and 70 kHz.
  • the first ultrasound transducer 3 couples an ultrasonic wave into the guide rail 1, the direction of polarization 7 of which - due to the inclination of the underside 1C-1 - with respect to a horizontal line 9 by an inclination angle ⁇ of e.g. Is inclined by 10 °.
  • the first ultrasound transducer 3 is coupled to the underside 1C-1 via a lead wedge 15.
  • the leading wedge 15 has a wedge angle in the size of the aforementioned angle of inclination ⁇ , so that the direction of polarization 7 of the ultrasound wave coupled in by it is oriented largely horizontally.
  • Such a transversely polarized ultrasound wave experiences a particularly low absorption when it propagates along the guide rail 1.
  • FIG. 3 shows, in a cross-sectional illustration of FIG. 1, in a highly schematic manner that the first ultrasound transducer 3 emits an ultrasound wave with an extremely wide radiation lobe 21 at the excitation frequencies mentioned above, the radiation directions 21-1, 21-2, 21-3 of which are shown as examples , 21-4, 21-5, 21-6 with components both radiate perpendicular to a longitudinal axis 23 of the guide rail 1 and also in two mutually opposite directions of propagation 42, 44 parallel to the longitudinal axis 23. From the first ültraschallwandler 3 thus only an ultrasonic wave 40 coupled in a first propagation direction 42 along the guide rail 1 is not (as exemplified for a second emission 21-2).
  • the first ultrasonic transducer 3 also transmits in a second direction of propagation 44 opposite to the first direction of propagation 42 (with left-hand emission directions 21- 4, 21-5, 21-6). It can thus be operated as a transmitter in two directions of propagation 42, 44.
  • the first ultrasound transducer 3 can also be operated as a receiver, so that a portion 49 of a coupled ultrasound wave that is reflected by a defect, for example a crack or a break, in the guide rail or in a structurally determined reflector, for example in the end of a rail, can be received.
  • FIGS. 4 to 7 show four examples of a monitoring system, each consisting of several devices according to the invention.
  • the injected ultrasound wave 40 is shown as a simple arrow in the direction of propagation 42 without a detailed representation of any zigzag reflections that may occur. Electrical connection lines to and from the individual ultrasonic transducers are not explicitly drawn.
  • a first ultrasound transducer 60 which can be controlled as a transmitter
  • a second ultrasound transducer 62 which can be actuated as a receiver
  • the rail section between a first ultrasonic transducer 60 and a second ultrasonic transducer 62 is monitored for defects in transmission mode by the ultrasound wave 40 passing through this route section.
  • the monitoring system shown in Figure 6 operates in reflection mode.
  • a total of five, transmit and receive ultrasonic transducers 66 each in the manner of the first ultrasonic transducer 3 described in FIGS. 1 and 2, couple an ultrasonic wave 40 into the guide rail and receive from the rail section into which this ultrasonic wave 40 is coupled a portion 49 of the ultrasonic wave that is possibly reflected on a defect, on an end face or on another structural reflector of the guide rail.
  • the converter sequence results ... ES-ES-ES ....
  • FIGS. 5 and 6 can also be combined. This means that a rail section formed between two transmit and receive ultrasonic transducers is monitored both in the transmission mode and in the reflection mode.
  • the transmitting first ultrasonic transducers 60A, 60B from adjacent rail sections and the second ultrasound transducers 62A, 62B controlled as receivers from other adjacent rail sections are arranged essentially in close proximity to one another.
  • the conversion sequence is ... -S / SE / ES / SE / ES / S- ....
  • the distance d from a coupling point to the receiving point is at least 100 m or at least 500 m.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zum Nachweis eines Defekts einer Führungsschiene (1), insbesondere einer Eisenbahnschiene, wird eine horizontal transversal polarisierte Ultraschallwelle (40) in die Führungsschiene (1) eingekoppelt und nach Ausbreitung über eine Länge von mehr als 100 m in einer zur Führungsschiene (1) parallelen Ausbreitungsrichtung (42) detektiert. Es ist auch eine entsprechende Vorrichtung zum Nachweis eines Defekts einer Führungsschiene (1) beschrieben. Die Vorrichtung weist einen an eine Unterseite (1C-1) eines Schienenkopfs (1C) der Führungsschiene (1) akustisch angekoppelten Ultraschallwandler (3; 60, 62; 60A, 60B, 62A, 62B; 64; 66) auf. Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung eignen sich besonders für ein stationär an einer Eisenbahnstrecke angebrachtes Schienenüberwachungssystem.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis eines Defekts einer Führungsschiene
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung .
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Nachweis ei- nes Defekts einer Führungsschiene, insbesondere einer Eisenbahnschiene, wobei eine zumindest mit einer Komponente horizontal transversal polarisierte Ultraschallwelle in die Führungsschiene eingekoppelt und nach Ausbreitung in einer zur Führungsschiene parallelen Ausbreitungsrichtung detektiert wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Nachweis eines Defektes einer Führungsschiene, insbesondere einer Eisenbahnschiene, mit einem an die Führungsschiene akustisch angekoppelten ersten Ultraschallwandler, der zur Einkopplung oder zum Empfang einer zumindest mit einer Komponente horizontal transversal polarisierten Ultraschallwelle hergerichtet ist.
Aus dem Buch „Werkstoffprüfung mit Ultraschall" von Josef
Krautkrämer und Herbert Krautkrämer, Springer Verlag 1986, 5. Auflage, Seite 398ff, ist es bekannt, Eisenbahnschienen mit einer Ultraschallwelle auf Defekte, insbesondere auf Risse oder Durchbrüche, zu untersuchen. Auf Seite 406 des genannten Buchs ist dargestellt, daß hierzu an einer Einkoppelstelle die Ultraschallwelle bezüglich der Längsachse der Schiene geneigt in die Schiene eingekoppelt wird und nach einer Reflexion an der Rückseite der Schiene an einer Empfangsstelle empfangen wird. Hierzu ist an der Einkoppelstelle ein Sende- Ultraschallwandler und an der davon beabstandeten Empfangs- stelle ein Empfangs-Ultraschallwandler vorgesehen. Sowohl der Sende- als auch der Empfangs-Ultraschallwandler sind in einem mobilen Schienenprüfzug untergebracht und werden zur Prüfung ausgedehnter Schienenabschnitte entlang der Schiene bewegt. Die beiden genannten Ultraschallwandler werden dabei in geringem Abstand oberhalb des Kopfs der Schiene bewegt, d.h. die beiden Ultraschallwandler sind an der gleichen Außenseite der Schiene angeordnet. Infolge der genannten Reflexion an der Rückseite ergibt sich somit insgesamt eine V-förmige Pro- pagation der eingekoppelten Ultraschallwelle.
Bei Vorhandensein eines Defekts in der Schiene ist diese V- förmige Ausbreitung der eingekoppelten Ultraschallwelle unterbrochen oder gestört, so daß im Empfangs-Ultraschallwandler kein oder ein verändertes, insbesondere geringeres, Signal empfangen wird als ohne vorliegenden Defekt. Bei Abfah- ren eines Schienenabschnitts mit dem genannten Schienenprüf- zug ist somit dieser Schienenabschnitt auf Defekte prüfbar.
Ein Schienenprüfzug kann eine zu prüfende Eisenbahnschiene nur mit einer geringen Geschwindigkeit, insbesondere von we- niger als 30 bis 50 km/h, abfahren. Dadurch ist die jährliche Laufleistung eines Schienenprüfzugs beschränkt, und die Prüfung der Schienen kann insbesondere bei einer Hochgeschwindigkeitsstrecke nur nachts erfolgen, da sonst die Verkehrsleistung der Hochgeschwindigkeitsstrecke in ungewünschter Weise beeinträchtigt würde.
Ein weiteres Problem des Schienenprüfzugs ergibt sich daraus, daß die zu prüfenden Strecken infolge des geschilderten Aufwands nur einige wenige Male pro Jahr untersucht werden kön- nen. Dies kann auf einer stark befahrenen Hochgeschwindigkeitsstrecke unter Umständen zu wenig sein, insbesondere falls innerhalb kürzerer Zeitabstände mit dem Auftreten eines Defekts zu rechnen ist. Ein solcher Defekt kann beispielsweise eine vollständige Durchtrennung der Eisenbahnschiene infolge eines Frostbruchs im Winter oder infolge eines Sabotageakts sein. Insbesondere auf einer Hochgeschwindigkeits- strecke, auf der sich infolge der realisierten Spitzenge- schwmdigkeiten von über 200 km/h Vollbremsungswege von bis zu mehreren Kilometern ergeben, können Schienendurchtrennun- gen infolge von Sabotageaktionen innerhalb der optischen Sicht des Lokführers nicht erkannt werden.
Ein Transportwagen mit Ultraschallgeraten zur Schienenprufung ist auch aus der DE-OS 21 30 337 bekannt.
Aus einem Fachartikel von J. Deputat m Acustica, Volume 79, 1993, Seite 161 bis 169, ist es bekannt, e ne horizontal transversal polarisierte Ultraschallwelle (horizontale Transversalwelle, horizontal polarisierte Scherwelle) m eine Eisenbahnschiene emzukoppeln und nach Ausbreitung m der Eisenbahnschiene zu detektieren. Eine solche Vorgehensweise ist auch m einem Fachartikel von L. J. Graham und J. F. Martin mit dem Titel „Ultrasonic Inspection of Railroad Rails by Electromagnetic Acoustic Transducers (EMATS , Report No . FRA/ORD-86/09, Mai 1986 (erhältlich über National Technical Information Service, Spπngfield, Virginia 22161) offenbart. Unter Kapitel 1.0 des letztgenannten Fachartikels wird beschrieben, daß bei Emschallung einer horizontal polarisierten Scherwelle ein Bereich von einigen Zentimetern beiderseits der Einkoppelstelle geprüft wird. Mit den aus den genannten Fachartikeln bekannten Vorgehensweisen ist es deshalb nicht möglich, einen großen Schienenabschnitt unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu überprüfen, d.h. auch diese Verfahren haben nur eine zu geringe Prufleistung.
Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Ver- fahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen eine höhere Prufleistung oder ein verkürzter Prufabstand bei der Prüfung einer Führungsschiene unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten erreichbar ist.
Die verfahrensbezogene Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelost, daß die Ultraschallwelle detektiert wird, nachdem sie sich m Ausbrei- tungsrichtung über eine Lange von mehr als 100 m ausgebreitet hat.
Vorzugsweise ist die eingekoppelte Ultraschallwelle mit einem Anteil, z.B. mit einem Energieanteil, von mehr als 50%, bevorzugt von mehr als 75%, horizontal transversal polarisiert.
Versuche haben nämlich gezeigt, daß eine horizontale Transversalwelle bei Ausbreitung m einer Fuhrungsscmene und/ oder bei Passieren einer zwei Schienenabschnitte der Führungsschiene verbindenen Schweißnaht nur ganz besonders schwach absorbiert wird. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, mit der eingekoppelten Ultraschallwelle einen im Vergleich zu den eingangs beschriebenen bekannten Verfahren deutlich gro- ßeren Schienenabschnitt bei gleicher Prufdauer zu überwachen oder zu prüfen.
Bevorzugt wird die Ultraschallwelle an einer Einkoppelstelle mit einer Komponente in Ausbreitungsrichtung in die Fuhrungs- schiene eingekoppelt und nach wenigstens zwei Reflexionen an einander gegenüberliegenden Innenseiten der Schienenoberflache an einer Empfangsstelle detektiert. Die zu überwachende Führungsschiene kann als Wellenleiter benutzt werden, m dem sich die zum Nachweis des Defekts eingekoppelte Ultraschall- welle m Ausbreitungsrichtung ausbreitet. Beispielsweise wird die eingekoppelte Ultraschallwelle erst nach einer Vielzahl von Reflexionen detektiert, z.B. nach wenigstens zehn, bevorzugt 100 und ganz bevorzugt nach wenigstens 500 Reflexionen an einander gegenüberliegenden Innenseiten der Schienenober- flache. Die Schallausbreitung findet m diesem Fall durch zick-zack-artiges Hin- und Her-Reflektieren zwischen den einander gegenüberliegenden Innenseiten m Ausbreitungsrichtung statt.
Ausgedehnte Streckenabschnitte der Führungsschiene sind durch ein System aus entlang der Führungsschiene angebrachten Sende- und/ oder Empfangs-Ultraschallwandlern uberwachbar . Dabei kann der Abstand zwischen den einzelnen Ultraschallwandlern aufgrund der geringen Schallabsorption groß gewählt werden. Dadurch ist es überhaupt erst möglich, das Verfahren mit stationären, d.h. fest und dauerhaft an der Fuhrungs- schiene angebrachten Ultraschallwandlern, beispielsweise zur Überwachung einer Eisenbahnstrecke, mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand durchzufuhren. Das Verfahren kann z.B. wahrend des üblichen Eisenbahnbetriebs durchgeführt werden, ohne daß der Betrieb - wie d es bei einem Schienenprufzug der Fall wäre - durch die Überwachung der Eisenbahnschiene gestört wurde .
Die in die Führungsschiene eingekoppelte Ultraschallwelle kann sowohl eine quasi kontinuierliche Ultraschallwelle oder ein Ultraschallimpuls sein. Bei der Verwendung eines Ultra- schallimpulses - beispielsweise bestehend aus einer oder mehreren, z.B. aus 50 Schwingungen - hat man zusätzlich die Möglichkeit, den reflektierten Anteil des eingekoppelten Ultra- schallimpulses laufzeitmaßig zu überwachen. Beispielsweise kann aus dem Auftreten eines reflektierten Anteils zu einem LaufZeitpunkt, an dem bisher kein oder nur ein geringes Ultraschallsignal empfangen wurde, auf das Auftreten bzw. Wachsen eines Defekts geschlossen werden. Aus dem Ausbleiben oder aus der Abnahme des von einem baulich bedingten Reflektor re- flektierten Anteils kann ebenfalls auf einen Defekt auf der Strecke zwischen der Einkoppelstelle und dem baulich bedingten Reflektor geschlossen werden.
Die Polarisationsπchtung kann um bis zu +/-20° bezüglich ei- ner Horizontalen geneigt sein.
Bevorzugt wird die Ultraschallwelle durch eine Unterseite eines Schienenkopfs m die Führungsschiene eingekoppelt und/oder aus der Führungsschiene ausgekoppelt.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Ultraschallwelle mittels eines an die Fuhrungs- schiene akustisch angekoppelten Ultraschallwandlers eingekoppelt und/ oder detektiert.
Der Ultraschallwandler ist vorzugsweise an einen Schienenkopf der Führungsschiene akustisch angekoppelt.
Insbesondere ist der Ultraschallwandler an eine Unterseite des Schienenkopfs angekoppelt. An der Unterseite ist der Ultraschallwandler sowohl großflächig ankoppelbar als auch im wesentlichen horizontal ausrichtbar. Bei horizontaler Anordnung ist die Ultraschallwelle auf einfache und effiziente Weise mit transversaler und insbesondere horizontaler Polari- sationsrichtung einkoppelbar . Die Oberseite des Schienenkopfs bietet diese Möglichkeit gleichfalls. Sie ist aber bei einem stationär an einer Eisenbahnschiene angebrachten Überwachungssystem aufgrund des auf der Oberseite rollenden Zugverkehrs nicht dauerhaft zugänglich.
Nach einer weiteren äußerst vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Ultraschallwandler zu einer Quer- oder
Radialschwingung angeregt. Dabei schwingt das Wandlermaterial des Ultraschallwandlers z.B. parallel zu seinen Elektroden in einer Schermode, wogegen bei einer sog. Dickenschwingung das Wandlermaterial in einer senkrecht auf den Elektroden ste en- den Richtung schwingt. Falls der Ultraschallwandler im wesentlichen horizontal - z.B. an der Unterseite des Schienenkopfs - ausgerichtet ist, schwingt das Wandlermaterial ebenfalls in einer im wesentlichen horizontalen Richtung.
Durch die Quer- oder Radialschwingung ist auf sehr einfache Weise die horizontale Polarisation der eingekoppelten Ultraschallwelle erzeugbar.
Falls der Ultraschallwandler eine runde Form aufweist, wird eine Radialschwingung angeregt. Falls der Ultraschallwandler eine rechteckige Form aufweist, wird bevorzugt eine Quermode in einer auf den Rechteckkanten senkrecht stehenden Schwin- gungsrichtung angeregt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Ultraschallwelle erst nach Ausbreitung in Ausbreitungsrichtung über eine Länge von mehr als 500 m, bevorzugt von mehr als 1000 m, detektiert.
Beispielsweise ist die Empfangsstelle von der Einkoppelstelle entfernt, und zur Überwachung des Schienenabschnitts zwischen der Empfangsstelle und der Einkoppelstelle wird ein die Führungsschiene in Ausbreitungsrichtung durchschallender Anteil der eingekoppelten Ultraschallwelle an der Empfangsstelle detektiert. Das Verfahren arbeitet in dieser Ausgestaltung in einem Transmissionsmodus.
Nach einer anderen Weiterbildung des Verfahrens wird an der Empfangsstelle zur Überwachung eines an den Schienenabschnitt anschließenden Schienenabschnitts eine weitere Ultraschall- welle in die Führungsschiene eingekoppelt oder aus dieser empfangen.
Vorzugsweise wird der Ultraschallwandler sowohl als Sender als auch als Empfänger angesteuert. Damit ist ein Überwa- chungssystem für die Führungsschiene besonders kostengünstig aufbaubar.
Zum Beispiel ist bei einer als Reflexionsmodus bezeichneten Variante des Verfahrens die Empfangsstelle im wesentlichen mit der Einkoppelstelle identisch und ein am Defekt reflektierter Anteil und/oder ein an einem baulich bedingten Reflektor, insbesondere an einer Stirnseite der Führungsschiene, reflektierter Anteil der eingekoppelten Ultraschallwelle wird an der Einkoppelstelle detektiert. An der Einkop- pelstelle kann dann mit dem Ultraschallwandler sowohl gesendet als auch empfangen werden. Die Frequenz der Ultraschallwelle ist bevorzugt auf einen Wert zwischen 30 kHz und 80 kHz und ganz besonders bevorzugt auf einen Wert zwischen 40 kHz und 70 kHz eingestellt. Bei den Versuchen ergaben sich in diesem Frequenzbereich beson- ders geringe Absorptionswerte.
Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der erste Ultraschallwandler an eine Unterseite eines Schie- nenkopfs der Führungsschiene akustisch angekoppelt ist.
Bezüglich der Vorteile der besonders zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung gilt das für das Verfahren Gesagte analog.
An der Unterseite ist der erste Ultraschallwandler sowohl großflächig ankoppelbar als auch im wesentlichen horizontal ausrichtbar. Deshalb läßt sich mit dem derartig angekoppelten Ultraschallwandler auf einfache Weise eine horizontal polari- sierte Ultraschallwelle in die Führungsschiene einkoppeln.
Mit Vorteil ist der erste Ultraschallwandler durch eine Klebeverbindung akustisch angekoppelt, wodurch die Einkopplung einer transversal polarisierten Ultraschallwelle besonders effizient ist (geringe Absorption) .
Die Vorrichtung kann durch einen zwischen dem ersten Ultraschallwandler und der Unterseite des Schienenkopfs angeordneten Vorlaufkeil weitergebildet sein, wodurch die Einkopplung der Ultraschallwelle verbessert ist.
Bevorzugt ist der Vorlaufkeil derart geformt und angebracht, daß der erste Ultraschallwandler im wesentlichen horizontal angeordnet ist. Bei horizontaler Anordnung ist die Ultra- Schallwelle auf einfache und effiziente Weise mit transversaler und insbesondere horizontaler Polarisationsrichtung ein- koppelbar. Mit anderen Worten: Die vertikale Komponente der Polarisationsrichtung ist dann gering.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der erste Ultraschallwandler in einem elektromagnetisch abschirmenden Gehäuse angeordnet. Dadurch werden Störsignale verursachende elektromagnetische Wellen, die z.B. von einem vorbeifahrenden Eisenbahnzug erzeugt oder abgestrahlt werden, von dem ersten Ultraschallwandler ferngehalten.
Beispielsweise ist der erste Ultraschallwandler stationär an der Führungsschiene angekoppelt. Zum Beispiel ist er ausschließlich als Sender zur Einkopplung der Ultraschallwelle ansteuerbar.
Es kann auch zusätzlich ein - insbesondere vom ersten Ultraschallwandler beabstandeter und stationär an der Führungsschiene ankoppelter - zweiter Ultraschallwandler vorhanden sein, der vorzugsweise ausschließlich als Empfänger zur De- tektion der eingekoppelten Ultraschallwelle ansteuerbar ist (Transmissionsmodus) . Der zweite Ultraschallwandler kann in gleicher Weise wie der erste Ultraschallwandler angekoppelt sein.
Der Abstand zwischen dem ersten Ultraschallwandler und dem zweiten Ultraschallwandler beträgt bevorzugt mehr als 100 m oder mehr als 500 m oder sogar mehr als 1000 m.
Mit einer solchen Vorrichtung, die aus zwei beabstandeten und stationär an der Führungsschiene anbringbaren Ultraschallwandlern besteht und im folgenden als Transmissionseinheit bezeichnet wird, ist ein Schienenabschnitt zwischen dem ersten Ultraschallwandler und dem zweiten Ultraschallwandler ständig, d.h. zeitkontinuierlich, auf Defekte hin überwach- bar, so daß nach Erkennen eines Defekts ohne große Zeitverzögerung ein Abbremsen eines auf der Führungsschiene bewegten Wagens, insbesondere eines Eisenbahnzugs, eingeleitet werden kann.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Vorrich- tung sind wenigstens zwei zur Überwachung verschiedener
Schienenabschnitte entlang der Führungsschiene m Reihe anbringbare Transmissionseinheiten zu einem überwachungssystem für die Führungsschiene zusammengefugt.
Dadurch laßt sich eine ausgedehnte Führungsschiene, beispielsweise von vielen Kilometern Lange, besonders gut auf einen Defekt hm überwachen.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise auch derart ausgestaltet, daß der erste Ultraschallwandler sowohl als Sender als auch als Empfanger betreibbar ist.
Mit Vorteil ist dann z.B. der erste Ultraschallwandler einer der genannten Transmissionseinheiten als Empfanger der be- nachbarten Transmissionsemheit betreibbar. Der erste Ultraschallwandler ist demzufolge zwei benachbarten Transmissionseinheiten gleichzeitig zugeordnet. Bei einem derartigen Überwachungssystem kann mit einer besonders kleinen Anzahl von Ultraschallwandlern eine vorgegebene, m der Lange ausge- dehnte Führungsschiene überwacht werden.
Nach einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Ultraschallwandler sowohl als Sender zur Einkopplung der Ultraschallwelle als auch als Empfanger zur Detek- tion dieser Ultraschallwelle betreibbar (Reflexionsmodus) . Er kann stationär an der Führungsschiene angekoppelt sein. Die Detektion findet im wesentlichen nach einer Mehrzahl von Reflexionen an einander gegenüberliegenden Innenseiten der Schienenoberflache sowie nach einer Reflexion an dem Defekt und/oder an einem baulich bedingten Reflektor statt. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind wenigstens zwei solche zur Überwachung verschiedener Schienenabschnitte entlang der Führungsschiene m Reihe anbringbare erste Ultraschallwandler zu einem Überwachungssystem für die Fuhrungs- schiene, insbesondere für die Eisenbahnschiene, zusammengefaßt.
Ausfuhrungsbeispiele einer Vorrichtung nach der Erfindung werden anhand der Figuren 1 bis 7 naher erläutert. Die Figu- ren erläutern gleichfalls die Durchfuhrung des Verfahrens nach der Erfindung. Es zeigen:
FIG 1 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung,
FIG 2 ein zweites Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung,
FIG 3 die Anordnung der Figur 1 m einer Quersc nittsdarstel- lung entlang der Linie III-III,
FIG 4 ein im Transmissionsmodus betriebenes überwachungssystem nach der Erfindung,
FIG 5 ein weiteres im Transmissionsmodus betriebene überwachungssystem nach der Erfindung,
FIG 6 ein im Reflexionsmodus betriebenes Überwachungssystem nach der Erfindung und
FIG 7 ein weiteres im Transmissionsmodus betriebenes Überwachungssystem nach der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine Führungsschiene 1 einer Eisenbahnstrecke. Die Führungsschiene 1 umfaßt einen Schienenfuß 1A, einen
Schienensteg IB und einen Schienenkopf IC. An einer bezüglich einer Horizontalen leicht geneigten Unterseite 1C-1 des Schienenkopfs IC ist ein erster Ultraschallwander 3 über eine nicht dargestellte Klebeschicht akustisch an den Schienenkopf IC angekoppelt.
Der erste Ultraschallwandler 3 umfaßt eine Wandlerplatte oder Wandlerschicht 3C, die ein piezoelektrisches Wandlermaterial enthält und einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweist. Die Wandlerschicht 3C ist an ihrer Ober- und Unterseite mit flächenhaften Elektroden 4A, 4B beschichtet, die mit einer Anode 3A bzw. einer Kathode 3B einer nicht dargestellten Ansteuereinheit verbunden sind.
Die Breite B der Wandlerschicht 3C beträgt ca. 40 mm und ist damit größer als die Tiefe T von ca. 20 mm, mit der der Schienenkopf IC seitlich über den Schienensteg IB hinausragt. Die Wandlerschicht 3C ragt demzufolge seitlich über den Schienenkopf IC hinaus.
Der erste Ultraschallwandler 3 ist in ein elektrisch und ma- gnetisch abschirmendes Gehäuse 5 eingesetzt, das in seiner Form an das Schienenprofil angepaßt ist. Dadurch ist der erste Ultraschallwandler 3 sowohl vor elektromagnetischen Einflüssen als auch vor Schmutz und Feuchtigkeit geschützt.
Der erste Ulraschallwandler 3 ist an der bezüglich eines - u.a. aus zwei parallelen Schienen gebildeten - Schienenkörpers außengelegenen Unterseite 1C-1 akustisch angekoppelt.
Der erste Ültraschallwandler 3 ist sowohl als Sender als auch Empfänger betreibbar. Er wird in einer Radialschwingungsmode bzw. in einer Quer- oder Scherschwingungssmode betrieben. Das bedeutet, daß die Wandlerschicht 3C in erster Linie nicht in einer zu seiner Dicke D parallelen Richtung schwingt, sondern parallel zu seiner Breite B.
Die Radial- bzw. Querschwingungsmode wird beim Sendebetrieb durch Wahl einer Ansteuerfrequenz angeregt, die in etwa auf die zur Breite B gehörige Resonanzfrequenz eingestellt wird. Die Ansteuerfrequenz wird z.B. auf einen Wert zwischen 30 kHz und 80 kHz, bevorzugt auf einen Wert zwischen 40 kHz und 70 kHz eingestellt.
Der erste ültraschallwandler 3 koppelt eine Ultraschallwelle in die Führungsschiene 1 ein, deren Polarisationsrichtung 7 - bedingt durch die Neigung der Unterseite 1C-1 - bezüglich einer Horizontalen 9 um einen Neigungswinkel δ von z.B. 10° ge- neigt ist.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Ültraschallwandler 3 über einen Vorlaufkeil 15 an die Unterseite 1C-1 angekoppelt. Der Vorlaufkeil 15 weist einen Keilwinkel in der Größe des vorgenannten Neigungswinkels δ auf, so daß die Polarisationsrichtung 7 der von ihm eingekoppelten Ultraschallwelle weitgehend horizontal ausgerichtet ist. Eine derartige, transversalpolarisierte Ultraschallwelle erfährt bei einer Ausbreitung entlang der Führungsschiene 1 eine besonders geringe Absorption.
In Figur 3 ist in einer Querschnittsdarstellung der Figur 1 stark schematisierend dargestellt, daß der erste ültraschallwandler 3 bei den obengenannten Anregungsfrequenzen eine Ul- traschallwelle mit einer äußerst breiten Abstrahlkeule 21 abstrahlt, deren beispielhaft eingezeichnete Abstrahlrichtungen 21-1, 21-2, 21-3, 21-4, 21-5, 21-6 mit Komponenten sowohl senkrecht zu einer Längsachse 23 der Führungsschiene 1 als auch in zwei zueinander entgegengesetzte, zur Längsachse 23 parallele Ausbreitungsrichtungen 42, 44 abstrahlen. Vom ersten ültraschallwandler 3 wird also nicht, nur eine Ultraschallwelle 40 in einer ersten Ausbreitungsrichtung 42 entlang der Führungsschiene 1 eingekoppelt (beispielhaft dargestellt für eine zweite Abstrahlrichtung 21-2) . Der erste Ul- traschallwandler 3 sendet vielmehr auch in einer zur ersten Ausbreitungsrichtung 42 entgegengesetzten zweiten Ausbreitungsrichtung 44 (mit linksgerichteten Abstrahlrichtungen 21- 4, 21-5, 21-6) . Er ist also in zwei Ausbreitungsrichtungen 42, 44 als Sender betreibbar. Der erste Ültraschallwandler 3 ist darüber hinaus als Empfänger betreibbar, so daß eine von einem Defekt, z.B. einem Riß oder einem Bruch, der Führungs- schiene oder von einem baulich bedingten Reflektor, z.B. von einem Schienenende, reflektierter Anteil 49 einer eingekoppelten Ultraschallwelle empfangbar ist.
In den Figuren 4 bis 7 sind vier Beispiele eines Überwa- chungssystems, jeweils bestehend aus mehreren Vorrichtungen nach der Erfindung, dargestellt. In diesen stark schematisierten Figuren ist die eingekoppelte Ultraschallwelle 40 der Übersichtlichkeit halber ohne detaillierte Darstellung von ggf. stattfindenden Zick-Zack-Reflexionen als einfacher Pfeil in Ausbreitungsrichtung 42 dargestellt. Nicht explizit gezeichnet sind elektrische Verbindungsleitungen zu bzw. von den einzelnen Ultraschallwandlern.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Überwachungssystem sind je- weils ein als Sender ansteuerbarer erster ültraschallwandler 60 und ein als Empfänger ansteuerbarer zweiter Ültraschallwandler 62 im wesentlichen unmittelbar benachbart an insgesamt fünf Stellen entlang der Führungsschiene 1 angebracht. Der Schienenabschnitt zwischen je einem ersten Ultra- schallwandler 60 und je einem zweiten Ültraschallwandler 62 wird im Transmissionsmodus durch die diesen Streckenabschnitt durchschallende Ultraschallwelle 40 auf Defekte hin überwacht .
Bezeichnet man mit S einen Ultraschallsender und mit E einen Empfänger, so ergibt sich bei dem in Figur 4 dargestellten Beispiel die Folge ... -E/S-E/S-E/S- ... , wobei ein „-* einen Schienenabschnitt symbolisiert.
Bei dem in Figur 5 gezeichneten Überwachungssystem sind die jeweils unmittelbar benachbarten gesondert zum Senden und zum Empfangen vorhandenen ültraschallwandler 60, 62 der Figur 4 zu einem gemeinsamen Sende- und Empfangs-Ultraschallwandler 64 (ES) zusammengefaßt. Es ergibt sich die Folge ...ES- ES-ES-.... Dieses Überwachungssystem arbeitet gleichfalls im Transmissionsmodus .
Dagegen arbeitet das in Figur 6 dargestellte Überwachungssystem im Reflexionsmodus. Mehrere, im gezeichneten Beispiel insgesamt fünf, Sende- und Empfangs-Ultraschallwandler 66 koppeln in der Art des in den Figuren 1 und 2 beschriebenen ersten Ultraschallwandlers 3 je eine Ultraschallwelle 40 in die Führungsschiene ein und empfangen aus dem Schienenabschnitt, in den diese Ultraschallwelle 40 eingekoppelt wurde, einen gegebenenfalls an einem Defekt, an einer Stirnseite oder an einem sonstigen baulichen Reflektor der Führungs- schiene reflektierten Anteil 49 der Ultraschallwelle . Es ergibt sich die Wandlerfolge ...ES-ES-ES ....
Die in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele sind auch kombinierbar. Das bedeutet, daß ein zwischen zwei Sende- und Empfangs-Ultraschallwandlern gebildeter Schienenabschnitt sowohl im Transmissionsmodus als auch im Reflexionsmodus überwacht wird.
Bei dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Überwachungssystems sind im Gegensatz zu dem in Figur 4 dargestellten Beispiel nicht ein Empfangs- und ein Sende-Ultra- schallwandler von benachbarten Schienenabschnitten in unmittelbarer Nähe angeordnet. Vielmehr sind bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils die sendenden ersten Ultraschallwand- 1er 60A, 60B von benachbarten Schienenabschnitten und die als Empfänger angesteuerten zweiten ültraschallwandler 62A, 62B von anderen benachbarten Schienenabschnitten im wesentlichen in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet. Im gezeichneten Beispiel bedeutet dies, daß die in unterschiedliche Schienen- abschnitte eingekoppelten Ultraschallwellen 40 in benachbarten Schienenabschnitten in entgegengesetzter Richtung propagieren. Die Wandlerfolge lautet ... -S/S-E/E-S/S-E/E-S/S- .... Bei den in den Figuren 4 bis 7 dargestellten Ausführungsbei- spielen beträgt der Abstand d von einer Einkoppelstelle zur Empfangsstelle wenigstens 100 m oder wenigstens 500 m.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Nachweis eines Defekts einer Führungsschiene (1), insbesondere einer Eisenbahnschiene, wobei eine zuiain- dest mit einer Komponente horizontal transversal polarisierte Ultraschallwelle (40) m die Führungsschiene (1) eingekoppelt und nach Ausbreitung m einer zur Führungsschiene (1) parallelen Ausbreitungsrichtung (42) detektiert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ultra- schallweile (40) detektiert wird, nachdem sie sich m Ausbreitungsrichtung (42) über eine Lange von mehr als 100 m ausgebreitet hat.
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 die eingekoppelte Ultraschallwelle (40) mit einem Anteil von mehr als 50%, bevorzugt von mehr als 75%, horizontal transversal polarisiert ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Polan- sationsrichtung (7) um bis zu +/-20° bezüglich einer Horizontalen (9) geneigt ist.
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 die Ultraschallwelle (40) durch eine Unterseite (1C-1) eines Schienenkopfs (IC) m die Führungsschiene (1) eingekoppelt und/ oder aus der Führungsschiene (1) ausgekoppelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ultraschallwelle (40) mittels eines an die Führungsschiene (1) akustisch angekoppelten Ultraschallwandlers (3; 60, 62; 60A, 60B, 62A, 62B; 64; 66) eingekoppelt und/oder detektiert wird.
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 der Ültraschallwandler (3; 60, 62; 60A, 60B, 62A, 62B; 64; 66) an einen Schienenkopf (IC) der Führungsschiene (1) akustisch angekoppelt ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ültraschallwandler (3; 60, 62; 60A, 60B, 62A, 62B; 64; 66) an eine Unterseite (1C-1) des Schienenkopfs (IC) angekoppelt ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ültraschallwandler (3; 60, 62; 60A, 60B, 62A, 62B; 64; 66) zu ei- ner Quer- oder Radialschwingung angeregt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der ültraschallwandler (3; 64; 66) sowohl als Sender als auch als Emp- fänger angesteuert 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 die Frequenz der Ultraschallwelle (40) auf einen Wert zwischen 30 kHz und 80 kHz, bevorzugt auf einen Wert zwischen 40 kHz und 70 kHz, eingestellt ist.
11. Vorrichtung zum Nachweis eines Defektes einer Führungsschiene (1), insbesondere einer Eisenbahnschiene, bevorzugt zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem an die Führungsschiene .(1) akustisch angekoppelten ersten Ültraschallwandler (3; 60, 62; 60A, 60B, 62A, 62B; 64; 66) , der zur Einkopplung oder zum Empfang einer zumindest mit einer Komponente horizontal transversal polari- sierten Ultraschallwelle (40) hergerichtet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Ültraschallwandler (3; 60, 62; 60A, 60B, 62A, 62B; 64; 66) an eine Unterseite (1C-1) eines Schienenkopfs (IC) der Führungsschiene (1) akustisch angekoppelt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der erste ültraschallwandler (3; 60, 62; 60A, 60B, 62A, 62B; 64; 66) durch eine Klebeverbindung akustisch angekoppelt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem ersten ültraschallwandler (3) und der Unterseite (1C-1) ein Vorlaufkeil (15) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Vorlaufkeil (15) derart geformt und angebracht ist, daß der erste Ültraschallwandler (3) im wesentlichen horizontal angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der erste ültraschallwandler (3; 64; 66) sowohl als Sender als auch als Empfänger betreibbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h durch einen zweiten Ültraschallwandler (62; 62A, 62B) , der in gleicher Weise wie der erste ültraschallwandler (3; 60; 60A, 60B) angekoppelt ist .
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste ültraschallwandler (3; 60; 60A, 60B) ausschließlich als Sender und der zweite Ültraschallwandler (62; 62A, 62B) aus- schließlich als Empfänger ansteuerbar ist.
PCT/DE1999/002986 1998-09-22 1999-09-17 Verfahren und vorrichtung zum nachweis eines defekts einer führungsschiene WO2000017632A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19843464.2 1998-09-22
DE19843464 1998-09-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2000017632A2 true WO2000017632A2 (de) 2000-03-30
WO2000017632A3 WO2000017632A3 (de) 2000-08-17

Family

ID=7881857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1999/002986 WO2000017632A2 (de) 1998-09-22 1999-09-17 Verfahren und vorrichtung zum nachweis eines defekts einer führungsschiene

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2000017632A2 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10313894B3 (de) * 2003-01-30 2004-08-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung eines Schienenstrangs hinsichtlich Fehlstellen
WO2004098974A1 (en) * 2003-05-07 2004-11-18 Armscor Business (Proprietary) Limited Clamp for rail a transducer
CN102608211A (zh) * 2012-03-21 2012-07-25 重庆交通大学 一种室内击实试件的横波波速测试方法
WO2013053140A1 (zh) * 2011-10-13 2013-04-18 成都主导科技有限责任公司 一种轮对故障动态检测数据处理方法和系统
CN109164174A (zh) * 2018-10-08 2019-01-08 上海工程技术大学 一种动态无损检测crtsⅱ型板式无砟轨道离缝的方法及装置
RU2718839C1 (ru) * 2019-09-02 2020-04-14 Акционерное общество «Научно-производственный центр «Промэлектроника» Способ обеспечения безопасности движения железнодорожного транспорта
CN115856078A (zh) * 2022-11-28 2023-03-28 西南交通大学 一种自反馈调节的无砟轨道砂浆隐蔽伤损智能检测系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2250409A1 (de) * 1972-10-13 1974-04-18 Standard Elektrik Lorenz Ag Ultraschall-schienenkontakteinrichtung in eisenbahnsicherungsanlagen
DE2531805A1 (de) * 1974-07-16 1976-04-01 Robert Joseph Savage Methode fuer die untersuchung der integritaet einer struktur
US4289030A (en) * 1979-08-01 1981-09-15 Rockwell International Corporation Nondestructive testing utilizing horizontally polarized shear waves
US4480480A (en) * 1981-05-18 1984-11-06 Scott Science & Technology, Inc. System for assessing the integrity of structural systems

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2250409A1 (de) * 1972-10-13 1974-04-18 Standard Elektrik Lorenz Ag Ultraschall-schienenkontakteinrichtung in eisenbahnsicherungsanlagen
DE2531805A1 (de) * 1974-07-16 1976-04-01 Robert Joseph Savage Methode fuer die untersuchung der integritaet einer struktur
US4289030A (en) * 1979-08-01 1981-09-15 Rockwell International Corporation Nondestructive testing utilizing horizontally polarized shear waves
US4480480A (en) * 1981-05-18 1984-11-06 Scott Science & Technology, Inc. System for assessing the integrity of structural systems

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10313894B3 (de) * 2003-01-30 2004-08-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung eines Schienenstrangs hinsichtlich Fehlstellen
WO2004098974A1 (en) * 2003-05-07 2004-11-18 Armscor Business (Proprietary) Limited Clamp for rail a transducer
US7530502B2 (en) 2003-05-07 2009-05-12 Armscor Business (Proprietary) Limited Clamp for a rail transducer
CN100560414C (zh) * 2003-05-07 2009-11-18 阿姆斯科商业(控股)有限公司 用于轨道换能器的夹具
AU2004236042B2 (en) * 2003-05-07 2009-12-03 Armscor Business (Proprietary) Limited Clamp for rail a transducer
WO2013053140A1 (zh) * 2011-10-13 2013-04-18 成都主导科技有限责任公司 一种轮对故障动态检测数据处理方法和系统
CN102608211A (zh) * 2012-03-21 2012-07-25 重庆交通大学 一种室内击实试件的横波波速测试方法
CN109164174A (zh) * 2018-10-08 2019-01-08 上海工程技术大学 一种动态无损检测crtsⅱ型板式无砟轨道离缝的方法及装置
RU2718839C1 (ru) * 2019-09-02 2020-04-14 Акционерное общество «Научно-производственный центр «Промэлектроника» Способ обеспечения безопасности движения железнодорожного транспорта
CN115856078A (zh) * 2022-11-28 2023-03-28 西南交通大学 一种自反馈调节的无砟轨道砂浆隐蔽伤损智能检测系统
CN115856078B (zh) * 2022-11-28 2023-11-07 西南交通大学 一种自反馈调节的无砟轨道砂浆隐蔽伤损智能检测系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2000017632A3 (de) 2000-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0685068B1 (de) Ultraschall-prüfvorrichtung für schweissnähte bei rohren, blechen und behältern
EP1098803B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum prüfen eines eisenbahnrads
DE10248979A1 (de) Multielement-Ultraschall-Transducer und Ultraschall-Prüfverfahren
EP1099113A1 (de) Ultraschall-prüfeinrichtung
DE102019106427B4 (de) Wandler und Wandleranordnung für Ultraschall-Prüfkopfsysteme, Ultraschall-Prüfkopfsystem und Prüfverfahren
DE4027161A1 (de) Vorrichtung zur pruefung von laenglichen gegenstaenden mittels ultraschallwellen
DE19826421C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis eines Defekts einer Führungsschiene
WO2000017632A2 (de) Verfahren und vorrichtung zum nachweis eines defekts einer führungsschiene
WO2001098769A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur prüfung eines eisenbahnrades
WO2017174391A1 (de) Ultraschall-prüfkopf und ultraschall-prüfanlage
DE3715914C2 (de)
WO2000005576A2 (de) Verfahren und vorrichtungen zur detektion eines risses in einem eisenbahnrad
WO2004068132A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ultraschalluntersuchung eines schienenstrangs hinsichtlich fehlstellen
DE10313894B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung eines Schienenstrangs hinsichtlich Fehlstellen
DE10052045C2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Prüfung eines Eisenbahnrades
DE1952380B2 (de) Verfahren zur Funktionskontrolle von mindestens einem Ultraschallwandler
EP3091353B1 (de) Verfahren für die einseitige zerstörungsfreie prüfung von objekten aus verschiedenen materialien
DE4022152C2 (de)
WO2005119243A1 (de) Vorrichtung zur akustischen untersuchung eines messobjektes
DE2710403C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschallprüfung der Wandstärke von Rohren u.dgl.
EP3557243A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ultraschallprüfung eines schienenabschnittes
WO2019201804A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der ausdehnung von fehlstellen mittels v-durchschallung
EP3584572B1 (de) Prüfkopfzange zur ultraschall-riss-detektion, kit zur ultraschall-riss-detektion und verwendung der prüfkopfzange zur ultraschall-riss-detektion
EP2282201B1 (de) Verfahren zur Messung der Beschaffenheit einer Oberfläche eines Körpers und Vorrichtung zur Messung der Beschaffenheit einer Oberfläche eines Körpers
DE19808151A1 (de) Ultraschallmeßeinrichtung für die Medizintechnik, Verfahren zum Messen mit einer derartigen Einrichtung und ihre Verwendung in der Medizintechnik

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): CA JP NO US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
AK Designated states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): CA JP NO US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

122 Ep: pct application non-entry in european phase