Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Detektion eines Risses in einem Eisenbahnrad, insbesondere zur Detek- tion eines von der Lauffläche ausgehenden Risses. Die Erfin- dung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver- fahrens sowie Vorrichtungen zur Detektion eines Risses in ei- nem 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 ei- ner äußeren Mantelfläche, insbesondere der Lauffläche, oder von einer inneren Mantelfläche, insbesondere in der Nähe des Innenumfangs eines Radkranzes oder eines Radreifens, ausge- hen. Die Risse können unter anderem entstehen durch Werk- stoffermüdung, durch thermische Beanspruchung infolge der Bremsvorgänge und durch Verformungsvorgänge infolge der Druckbelastung. Um Radbrüche und damit gegebenenfalls einher- gehende fatale Folgeschäden auszuschließen, ist die wieder- kehrende Prüfung in kurzen zeitlichen Abständen, z. B. alle zwei bis drei Tage, erforderlich. Dabei muß die zerstörungs- freie 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 Radrei- fen zusammengesetzt sind. Bei dem aus einem Radkörper und ei-

nem Radreifen zusammengesetzten Eisenbahnrad ist der Radrei- fen 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 (Tan- demersatzprüfung)"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 110off ein als Tandemtechnik bezeichnetes Prüfverfahren zur Detektion eines Risses in einem Prüfling bekannt. Dabei werden schräg eingestrahlte Transversalwellen mit räumlich voneinander ge- trennten Sender- und Empfänger-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 der- art 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 Ver- fahren 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 elek- tromagnetischer 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 hin- aus ist eine Tiefenbestimmung von Rissen, speziell an der Au- ßenmantelfläche (z. B. Lauffläche), nicht möglich. Ein weite- rer gravierender Nachteil dieser Prüftechnik liegt darin be- gründet, 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 des- halb versagt.

Aus dem unter der genannten Internet-Adresse publizierten Fachartikel ist es ferner bekannt, daß die Lauffläche von Ei- senbahnrädern, speziell der Eisenbahnräder von Hochgeschwin- digkeitszügen, eine bezüglich der Fahrrichtung des Zugs in- nere sowie eine äußere Verschleißzone aufweisen. Die beiden

Verschleißzonen erstrecken sich im wesentlichen um den gesam- ten Außenumfang des Eisenbahnrads. Sie sind relativ zueinan- der in einer zur Rotationsachse des Eisenbahnrads parallelen Richtung beabstandet. Beispielsweise ist die äußere Ver- schleißzone (Zone 1) 30 bis 60 mm und die innere Verschleiß- zone (Zone 2) 80 bis 90 mm von der äußeren Stirnfläche des Eisenbahnrads entfernt. Die innere Verschleißzone ist insbe- sondere schmäler als die äußere.

In den beiden Verschleißzonen unterliegen die Eisenbahnräder einer besonders hohen Beanspruchung, so daß in diesen Ver- schleißzonen 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 ori- entiert.

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 zerstörungs- freie 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 po- larisierten Transversalwellen senkrecht bezüglich der Stirn- seite 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 heuti- gem 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 Erfin- dung dadurch gelöst, daß mit Hilfe eines ersten Sende-Ultra- schallwandlers eine erste Ultraschallwelle im wesentlichen tangential zum Radumfang, bezüglich einer Stirnseite des Ei- senbahnrads 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 ge- wählt 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 einzu- strahlen, die sich weitgehend parallel zur Wachstumsrichtung eines erwarteten Risses erstreckt.

Einschallwinkel und Empfangswinkel sind hierbei und im fol- genden bezüglich des Einfallslots gemessen, das z. B. senk- recht auf der Stirnseite steht.

Unter (im wesentlichen) tangentialer Einstrahlung wird ver- standen, daß die in eine Ebene senkrecht zur Rotationsachse projezierte Komponente der Einschallrichtung tangential aus- gerichtet 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 be- züglich 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 Nach- weis eines parallel zur Rotationsachse des Eisenbahnrads ori- entierten 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 Ein- schallwinkel und der erste Empfangswinkel derart gewählt, daß die erste Ultraschallwelle empfangbar ist, falls die rück- wärts gerichtete Ablenkung an einem parallel zur Rotati- onsachse des Eisenbahnrads orientierten Riß in Folge einer Wellenumwandlung erfolgt (Wellenumwandlungsverfahren).

Insbesondere wird die erste Ultraschallwelle mit longitudina- ler 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 ausgebil- det 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 Einschall- winkel 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 Rotati- onsachse des Eisenbahnrads orientierten Riß durch eine Refle- xion mit übereinstimmendem Einfalls- und Ausfallswinkel er- folgt (Tandem-Verfahren).

Bei der letztgenannten Ausgestaltung wird bevorzugt zur De- tektion eines unbekannt tief unterhalb der Stirnseite liegen- den. Risses entweder wenigstens ein weiterer, dem ersten Sen- de-Ultraschallwandler zugeordneter Empfangs-Ultraschallwand- ler oder wenigstens ein weiterer dem ersten Empfangs-Ultra- schallwandler zugeordneter Sende-Ultraschallwandler verwen- det.

Die Erfindung nutzt in Bezug auf die genannten Ausgestaltun- gen die weitere Erkenntnis, daß sich Tandemtechnik und Wel- lenumwandlungstechnik zur Prüfung eines Eisenbahnrades unter im wesentlichen tangentialer Einstrahlung von der Stirnseite mit besonderem Vorteil nutzen lassen, weil Risse an einem Ei- senbahnrad 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 Volumenbe- reich) beibehalten. Mit anderen Worten : Die Rissflächen ver- laufen meist in radialer Richtung von einem äußeren Bereich in das Innere des Eisenbahnrads hinein.

Bei der Anwendung des Tandem- oder Wellenumwandlungsverfah- rens 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 unbe- kannter Weise von der Seite"eingeschallt wird.

Mit den beiden Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfin- dung sind demzufolge parallel zur Rotationsachse des Eisen- bahnrads, insbesondere im wesentlichen senkrecht zur Lauf- richtung der Lauffläche, orientierte Risse besonders zuver- lässig detektierbar.

Das Tandem-Verfahren hat bei der Prüfung eines Eisenbahnrads den zusätzlichen Vorteil, daß die verwendete transversale Po- larisation parallel zu einer Tangentialebene an der Laufflä- che verläuft und demzufolge durch die dicht unterhalb der Lauffläche nach längerem Betrieb des Eisenbahnrads entste- hende Zerrüttungszone nur sehr gering beeinflußt wird. An- dernfalls würde die Zerrüttungszone zu ungewünschten Störun- gen der Wellenausbreitung führen.

Entsprechendes gilt für denjenigen Anteil der Wellenausbrei- tung beim Wellenumwandlungsverfahren, der mit transversaler Polarisation stattfindet.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird eine zweite Ultraschallwelle im wesentlichen tangential zum Radum- fang, bezüglich der Stirnseite des Eisenbahnrads geneigt und mit einem zweiten Einschallwinkel durch die Stirnseite einge- strahlt, und unter einem zweiten Empfangswinkel an der Stirn- seite empfangen, wobei der zweite Einschallwinkel und der zweite Empfangswinkel derart gewählt sind, daß die zweite Ul- traschallwelle empfangbar ist, falls als einzige Ablenkung im Eisenbahnrad eine Reflexion an einem bezüglich der Rotati- onsachse 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 beson- ders 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 Orientie- rung 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 wer- den 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 Eisen- bahnrads geneigt und mit einem dritten Einschallwinkel durch die Stirnseite eingestrahlt und an einer von der Einkoppel- stelle verschiedenen Empfangsstelle unter einem dritten Emp- fangswinkel 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 Emp- fangswinkel 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 Ultraschall- wandler, 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 we- sentlichen 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 vorhan- denen Ultraschallempfänger empfangen.

Bevorzugt wird eine erste Ultraschallwelle in einer weitge- hend tangentialen ersten Richtung, und eine weitere erste Ul- traschallwelle in einer zur ersten Richtung in etwa entgegen- gesetzten 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 Rich- tungen ist eine mögliche Rißstelle beidseitig beschallbar und

- z. B. bei konvexer oder konkaver Krümmung - noch zuverlässi- ger aufspürbar.

Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist das Eisenbahnrad das Rad eines Eisenbahnzugs, der mit ei- ner - beispielsweise zumindest zeitweise konstanten - Fahrge- schwindigkeit bewegt wird, und ein Prüfkopf wird in Fahrrich- tung und mit der Fahrgeschwindigkeit derart bewegt, daß die Position des Prüfkopfs bezüglich der Stirnseite unverändert bleibt. Der Prüfkopf ist dabei zur Einstrahlung der ersten Ultraschallwelle und/oder zur Einstrahlung der zweiten Ultra- schallwelle und/oder zur Einstrahlung der dritten Ultra- schallwelle und/oder zur Einstrahlung der Ultraschall- kriechwelle 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 Ultra- schallwelle für ein als Vollrad ausgeführtes Eisenbahnrad so- wie für ein aus einem Radkörper und einem aufgesetzten Radreifen zusammengesetztes Eisenbahnrad. Diese Ausgestaltun- gen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die auf eine Vorrichtung bezogene Aufgabe wird gemäß der Er- findung 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 Ultraschall- kriechwelle 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-Prüfkopf aufweist, - auf dem Ultraschallwandler zum Einstrahlen und Empfangen der ersten Ultraschallwelle und der weiteren ersten Ultra- schallwelle 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 Ul- traschallwelle sowie - optional Ultraschallwandler zum Einstrahlen und Empfangen einer Ultraschallkriechwelle und einer weiteren Ultraschall- kriechwelle 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-Prüfkopf befe- stigbar ist. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Ultraschallprüfung an dem Eisenbahnrad vorzunehmen, wäh- rend 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 in- nen 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 Stirnflä- chen von bezüglich der Fahrrichtung gegenüberliegenden Eisen- bahnrädern sehr einfach zugänglich und gleichzeitig prüfbar.

Für eine beschleunigte Prüfung kann der Prüfwagen beispiels- weise mehrere Prüfköpfe bzw. Kombinations-Prüfköpfe zur si- multanen 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 Veranschauli- chung der Durchführung eines Verfahrens nach der Erfindung.

Es zeigen : FIG 1 ein stark vereinfachend als einfache Scheibe darge- stelltes Eisenbahnrad, in das verschieden orien- tierte 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,

FIG 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung in einer Draufsicht auf eine Stirnseite eines Eisenbahnrads (Vollrad), FIG 6 einen Querschnitt durch das Eisenbahnrad der Figur 5 entlang der Linie VI-VI, FIG 7 einen Querschnitt durch das Eisenbahnrad der Figur 3 oder 5 entlang der Linie VII-VII, FIG 8 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung zur Prüfung eines Radreifens ei- nes Eisenbahnrads in einer Draufsicht auf die Stirnseite des Eisenbahnrads, FIG 9 einen Vertikalschnitt durch den Radreifen der Figur 8, FIG 10 einen Horizontalschnitt durch den Radreifen der Fi- gur 8, FIG 11 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung zur Prüfung eines Radreifens ei- nes Eisenbahnrads in einer Draufsicht auf die Stirnseite des Eisenbahnrads, FIG 12 einen Vertikalschnitt durch den Radreifen der Figur 11, FIG 13 einen Horizontalschnitt durch den Radreifen der Fi- gur 11, FIG 14 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung und FIG 15 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Figur 1 zeigt ein als einfache Scheibe symbolisiertes Eisen- bahnrad 1 mit einer Lauffläche 2, das um eine Rotationsachse 3 drehbar ist. Bei Rotation entlang der mit Pfeilen 5 ange- deuteten 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 orien- tiert. Seine Rißfläche ist parallel zur Rotationsachse 3 ori- entiert. 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 Eisen- bahnrads 1 der Figur l. 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 ent- lang der Linie IV-IV der Figur 3 und Figur 7 in einer Quer- schnittsdarstellung 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 Eisen- bahnrads 1 ist ein Kombinations-Prüfkopf 25 auf einer Stirn- seite 27 des Eisenbahnrads 1 aufgesetzt. Der Kombinations- Prüfkopf 25 umfaßt einen äußeren Prüfkopf 29A und einen inne- ren Prüfkopf 29B. Der äußere Prüfkopf 29A weist einen ersten Sende-Ultraschallwandler 31, einen ersten Empfangs-Ultra- schallwandler 33 sowie einen weiteren, dem ersten Sende-Ul- traschallwandler 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 Ausfalls- winkel. Die reflektierte Ultraschallwelle wird an Rissen 9 in unterschiedlicher Tiefe bezüglich der Stirnseite 27 im Eisen- bahnrad 1 entweder zum ersten Empfangs-Ultraschallwandler 33 oder zu dem weiteren dem ersten Sende-Ultraschallwandler 31 zugeordneten Empfangs-Ultraschallwandler 35 zurückreflek- tiert. Bei einem entsprechenden Empfangssignal im ersten Emp- fangs-Ultraschallwandler 33 oder dem weiteren zugeordneten Empfangs-Ultraschallwandler 35 kann auf das Vorhandensein ei- nes 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 be- trieben. Ihre Abstände zum ersten Sende-Ultraschallwandler 31 sind an die gewünschte Prüftiefe (Radkranzbreite) angepaßt.

Der erste Sende-Ultraschallwandler 31 ist auch derart be- treibbar, daß ein reflektierter Anteil einer von ihm einge- strahlten zweiten Ultraschallwelle 45 (Einschallwinkel 2) allein nach einer Reflexion an einem Riß wieder von dem er- sten Sende-Ultraschallwandler 31 empfangbar ist (Empfangswin- kel ß2), z.B. in 45°-Impuls-Echo-Technik. Damit läßt sich be- sonders 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 Emp- fangs-Ultraschallwandler 37 empfangen. Das Ausgangssignal dieses zweiten Empfangs-Ultraschallwandlers 37 dient speziell zur Detektion eines bezüglich der Rotationsachse des Eisen- bahnrads 1 beliebig orientierten Risses und/oder zum Aufspü-

ren eines Risses 44 in Nähe der gegenüberliegenden Stirn- seite 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 Einkop- pelstelle 49 verschiedenen Empfangsstelle 51 empfangen. Der Abstand der Einkoppelstelle 49 von der Empfangsstelle 51 ist derart gewählt, daß ein reflektierter Anteil der dritten Ul- traschallwelle 46 in Abhängigkeit vom dritten Einschallwin- kel 3 zum zweiten Empfangs-Ultraschallwandler 37 an der Emp- fangsstelle 51 (Empfangswinkel ß3) gelangen kann. Risse be- liebiger Orientierung führen zu einer Abschattung und sind dadurch detektierbar.

Der erste Einschallwinkel al der ersten Ultraschallwelle 41 hat einen Wert im Bereich von 35° bis 60° und beträgt im Aus- führungsbeispiel etwa 45°. Im Ausführungsbeispiel ist der dritte Einschallwinkel a3 der dritten Ultraschallwelle 46 gleich dem ersten Einschallwinkel a1 gewählt. Der dritte Ein- schallwinkel 3 kann einen Wert im Bereich von 35° bis 60° aufweisen.

Der erste Empfangswinkel ßl am ersten Empfangs-Ultraschall- wandler 33 ist auf gleichfalls etwa +45° eingestellt. Der dritte Empfangswinkel ß3 am zweiten Empfangs-Ultraschallwand- ler 37 ist auf -45° eingestellt.

Der Kriechwellen-Ultraschallwandler 39 strahlt eine Ultra- schallkriechwelle 47 mit einem vierten Einschallwinkel 4 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 a4 beträgt etwa 70°.

Ein reflektierter Anteil der Ultraschallkriechwelle 47 wird vom Kriechwellen-Ultraschallwandler 39 oder bevorzugt von ei- nem 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 Ultra- schallwandler 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 ei- ner auf dem Radius R senkrecht stehenden Geraden 40A bzw. 40B aufgereiht.

Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbei- spiel 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 Kombina- tions-Prüfkopf 25 für eine Wellenumwandlungstechnik ausge- legt. Bei diesem Kombinations-Prüfkopf 25 weisen die Prüf- köpfe 29A, 29B einen ersten Sende-Ultraschallwandler 31 auf, der als Gruppenstrahler ausgeführt ist, so daß der erste Ein-

schallwinkel al und der erste Empfangswinkel ßl variiert wer- den können. Der erste Sende-Ultraschallwandler 31 ist derart betreibbar, daß die von ihm ausgesendete erste Ultraschall- welle 41 nach einer Reflexion an einer gegenüberliegenden Stirnseite 43 und einer Wellenumwandlung am Riß 9 von dem er- sten Sende-Ultraschallwandler 31 empfangbar ist. Zur Detek- tion von unterschiedlich tief unterhalb der Stirnseite 27 liegenden Rissen 9 werden der erste Einschallwinkel al und der erste Empfangswinkel ßl variiert. Hierbei wird der erste Einschallwinkel a1 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 ra- dialer Richtung angeordnet sind. Die Abstrahlkeule des äuße- ren Prüfkopfs 29A überstreicht die Lauffläche 2, die des in- neren Prüfkopfs 29B den Innenumfang 53.

Bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 3 bis 7 ist das Ei- senbahnrad 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 auf- gesetzten Radreifen 62 zusammengesetzt ist. Ein Gummikörper 63 ist zwischen dem Radkörper 60 und dem Radreifen 62 ange- ordnet.

Ein Kombinations-Prüfkopf 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 Radrei- fens 62 geprüft wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in den Figuren 8 bis 13 jeweils nur die Einstrahlung der er- sten Ultraschallwelle 41 sowie die Einstrahlung weiterer er- ster Ultraschallwellen 64,66, 68 dargestellt. Dabei werden

die erste Ultraschallwelle 41 sowie eine der weiteren ersten Ultraschallwellen 68 derart in das Eisenbahnrad 1 einge- strahlt, 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 ver- mindert 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 Ausführungsbei- spiel 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 darge- stellten Ausführungsbeispiel entfällt der zweite Empfangs-Ul- traschallwandler 33, und der erste Sende-Ultraschallwand- ler 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 kon- stanter Fahrgeschwindigkeit V von etwa 1 bis 5 km/h auf einer Schiene 72, beispielsweise in einer nicht gezeigten Wartungs- halle, bewegt wird. Ein Prüfwagen 74 ist seitlich neben dem Eisenbahnzug 70 auf einer gesonderten Prüfschiene 76 in Fahr- richtung 78 synchron mit dem Eisenbahnzug 70 mitbewegbar. Der Prüfwagen 74 ist über einen am Eisenbahnzug 70 einrastbaren oder einklinkbaren Mitnehmerarm 82 von dem fahrenden Eisen- bahnzug 70 antreibbar.

An dem Prüfwagen 74 sind über zwei verstellbare, federnd ge- lagerte 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 gele- genen Stirnseite 27 der Eisenbahnräder 1 unverändert bleibt.

Mit anderen Worten : Die bei Fahren des Eisenbahnzugs 70 ro- tierende Stirnseite 27 bewegt sich unter dem jeweiligen Kom- binations-Prüfkopf 25 weg.

Bei einer geringfügigen Änderung der Fahrgeschwindigkeit V bleiben die Kombinations-Prüfköpfe 25 ebenfalls in ihrer Po- sition 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 des- sen Seitenwänden die Schiene 72 des Eisenbahnzugs 70 aufge- ständert ist.