Schienenprüffahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Schienenprüffahrzeug mit auf Achsen befestigten Laufrädern, einem die Achsen tragenden Chassis mit zueinander parallelen Längs- trägem, einem von dem Chassis getragenen umschlossenen Aufbau und einer zum Prüfen der Schienen unterhalb des Chassis an einem Halterahmen angeordneten Prüfeinrichtung mit wenigstens zwei Prüfköpfen zur gleichzeitigen Prüfung beider Schienen eines Gleiswegs.

Die Schienen eines Gleiswegs werden durch das Befahren schwerer Züge und der damit verbundenen Erschütterungen sehr beansprucht. Mit der Zeit kann es durch diese Beanspruchung zu Materialermüdung in den Schienen kommen. Die Materialermüdung kann zu Rissen innerhalb der Schienen führen. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Prüfung der Stege der Schienen, da die Stege die schwächsten Stellen der Schienen darstellen.

Die Untersuchung der Schienen auf Materialermüdung erfolgt regelmäßig durch Anwendung zerstörungsfreier Prüfmethoden, bei denen die Schienen im Gleiskörper verbleiben. Um zerstörungsfreie Prüfmethoden durchführen zu können, werden regelmäßig Zweiwegefahrzeuge mit geeigneten Prüfeinrichtungen eingesetzt. Bei Zweiwegefahrzeugen handelt es sich um Fahrzeuge, die sowohl auf der Straße als auch auf Schienen fahren können und somit einen befahrenen Gleisweg im Bedarfsfall leichter verlassen können als schienengebundene Prüffahrzeuge.

Als zerstörungsfreie Prüfmethode zum Auffinden von Materialermüdungen wird häufig die Ultraschallprüfung eingesetzt. Hierbei handelt es sich um ein akustisches Prüfverfahren, bei dem die Oberfläche des zu untersuchenden Werk-

Stücks (z.B. Schiene) mit einem Prüfkopf abgefahren wird. Der Prüfkopf sendet Ultraschallwellen in das Werkstück und empfängt die reflektierten Schallwellen. Da sich die akustischen Eigenschaften und das Reflektionsvermögen der Schallwellen an fehlerhaften Stellen verändert, können so Materialfehler ent- 5 deckt und lokalisiert werden.

Bei Schienenprüffahrzeugen werden Ultraschall-Prüfköpfe eingesetzt. Eine besondere Ausführungsform integriert mehrere Ultraschall-Prüfköpfe in einem einzigen Gel-gefüllten Laufrad, das auf den Schienenköpfen zentriert oberhalb der 0 Stege abrollt. Um das Koppeln der Schallwellen an der Grenzfläche zwischen den Schienen und der Mantelfläche der Gel-gefüllten Prüfrollen zu verbessern, wird auf die Oberfläche der Schiene ein Koppelmittel, z. B. eine geeignete Flüssigkeit, aufgetragen. Das Koppelmittel wird in einem Vorratsbehälter mit dem Schienenprüffahrzeug mitgeführt. 5

Die Prüfeinrichtung wird herkömmlich als Anhänger hinter dem Schienen- rüffahrzeug gezogen oder fest unter dem Chassis des Schienenfahrzeugs montiert. Bei beiden Ausführungen sind die empfindlichen Ultraschall-Prüfköpfe der Witterung ausgesetzt. Insbesondere im Winter kommt es häufig zu Funktions-

.0 Störungen, weil die Prüfköpfe sehr empfindlich auf Salz reagieren, das beim Winterstraßendienst verstreut wird.

Eine Möglichkeit, die Ultraschall-Prüfköpfe vor der Witterung und insbesondere dem Salz zu schützen, besteht darin, sie mit einer geeigneten Abdeckung ab- >5 zudecken, wenn keine Prüfung erfolgt. Das jeweilige Anlegen und Entfernen der Abdeckung ist jedoch sehr aufwändig.

Bei der unter dem Fahrzeugrahmen des Schienenfahrzeugs montierten Prüfeinrichtung besteht ein weiterer Nachteil darin, dass die Wartung der Prüfköpfe iθ sehr aufwändig ist. Entweder müssen die notwendigen Wartungsarbeiten ggf. bei schlechten Witterungsverhältnissen im Freien stattfinden, was eine zusätzliche Unfallgefahr in sich birgt. Denkbar ist es aber auch, dass die Prüfköpfe ab-

montiert und in einer Wartungshalle überprüft oder repariert werden. Hierdurch erhöhen sich die Standzeiten und demzufolge auch die Haltungskosten für die Schienenprüffahrzeuge.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Schienen- rüffahrzeug bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein gattungsgemäßes Schienenprüffahrzeug, bei dem die Prüfköpfe an zwei separaten Teilrahmen befestigt und mit dem zuge- hörigen Teilrahmen aus einer Prüfposition unterhalb des Chassis an der Außenseite des jeweiligen Längsträgers des Chassis vorbei in den Aufbau hinein in eine Ruheposition anhebbar gelagert sind.

« Die Möglichkeit, dass die Prüfeinrichtung eine Ruheposition innerhalb des Auf- baus einnehmen kann, hat den Vorteil, dass die Prüfeinrichtung bei Straßenfahrten vor ungünstiger Witterung vollständig geschützt werden kann. Beispielsweise lässt sich so vermeiden, dass im Winter Salz von den Straßen an die empfindlichen Ultraschall-Prüfköpfe der Prüfeinrichtung gelangt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Wartungsarbeiten innerhalb des geschlossenen Aufbaus durchgeführt werden können. Es ist somit nicht nötig, das Fahrzeug abzustellen und die Wartungsarbeiten außerhalb des Fahrzeuges durchzuführen. Auch ist es nicht nötig, einen Prüfkopf abzumontieren und in eine Wartungshalle zu verbringen. Hierdurch werden Standzeiten der Schie- nenprüffahrzeuge und folglich auch die Kosten reduziert. Eine weitere Reduzierung der Kosten ergibt sich aus einer längeren Lebensdauer der Prüfeinrichtungen.

Zweckmäßig ist es, wenn die Teilrahmen in der Prüfposition miteinander ver- bindbar sind. Hierdurch werden die Teilrahmen miteinander zu einem stabilen

Halterahmen mit fixiertem Gleisabstand und der für eine zuverlässige Prüfung erforderlichen Steifigkeit miteinander verbunden. Die Teilrahmen können bei-

spielsweise durch eine oder mehrere Streben zur Festlegung der Prüfposition verbunden werden.

Eine hinreichende Abstandsfixierung und genügend große Steifigkeit lässt sich 5 jedoch auch dadurch erreichen, dass an jedem Teilrahmen eine schwenkbare Strebe vorgesehen ist, die eine Position einnehmen kann, in der sie die Teilrahmen in der Prüfposition auf Abstand hält, und eine Position, in der sie an der Außenseite des jeweiligen Längsträgers vorbei in den Aufbau hinein anhebbar ist. Die Streben haben hierbei zweckmäßigerweise eine solche Länge, dass sie 0 die beiden Teilrahmen, wenn sie zwischen den Teilrahmen aufgespannt werden, unter Spannung etwas nach außen drücken.

In einer Ausführungsform umfasst jeder Teilrahmen zwei rechteckige Rahmen- bschnitte, die jeweils ein Spurkranzrad umfassen. Werden die beiden Teilrah- 5 men miteinander verbunden, entsteht auf diese Weise ein Halterahmen, der mit vier Spurkranzrädern sicher auf den Schienen rollt und eine zuverlässige Messung ermöglicht. Werden die Teilrahmen mittels der vorstehend erwähnten Streben auf Abstand gehalten, können die Streben mit den Spurkranzrädern derart zusammenwirken, dass die Spurkränze der Spurkranzräder gegen die

!0 Schienen gedrückt werden und das Spiel beim Fahren auf dem Gleisweg auf diese Weise minimiert.

In einer weiteren Ausführungsform ist jeweils ein oder mehrere Prüfköpfe mittels eines Schwenkmechanismus an einem Teilrahmen um eine vertikale oder :5 horizontale Achse schwenkbar befestigt. Dadurch können Bestandteile der Prüfeinrichtung, die sich in der Prüfposition unterhalb des Chassis befinden, in eine Position geschwenkt werden, in der sie an der Außenseite des jeweiligen Längsträgers des Chassis vorbei in den Aufbau hinein anhebbar sind.

0 In einer besonderen Ausführungsform sind die Prüfköpfe Ultraschall-Prüfköpfe, die in Gel-gefüllten Rollen mit elastischer Mantelfläche angeordnet sind. Ultraschall-Prüfverfahren haben sich bei der Materialuntersuchung von Schienen

bewährt. Die Ausgestaltung als Prüfrollen gewährleistet einen guten Kontakt zu den Schienen, der für das Ein- und Auskoppeln der Ultraschallwellen in die Schienen bzw. aus den Schienen heraus wichtig ist.

Vorzugsweise ist für jede Ultraschall-Prüfrolle eine Positionierregeleinrichtung vorgesehen, mittels der die Ultraschall-Prüfrollen mittig oberhalb der Schienenstege positioniert werden können.

Die Positionierregeleinrichtung kann auf einem Triangulationsverfahren beru- hen, das den Einsatz eines Lasers und einer Photodiode benutzt. Zusätzlich ist noch eine Regelelektronik erforderlich. Positionierregeleinrichtungen auf Laserbasis haben den Vorteil, dass sie sehr genau und zuverlässig arbeiten.

Zweckmäßig ist jede Ultraschall-Prüfrolle mittels eines Linearmotors horizontal positionierbar. Der Linearmotor wird hierzu von der Positionierregeleinrichtung angesteuert.

In einer besonderen Ausführungsform ragt jeder Laserkopf in einer Regelstellung über die Kontur des Teilrahmens seitlich heraus und ist mit einem der Schwenkmechanismen verbunden und dadurch in die Kontur des Teilrahmens hinein schwenkbar. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Laserkopf in der Prüfposition unter das Chassis hinein ragt und einen für eine zuverlässige Positionsbestimmung des Prüfkopfes erforderlichen Abstand einnehmen kann. Sollen die Prüfköpfe in ihre Ruheposition in den Aufbau hinein angehoben werden, können die Laserköpfe zusammen mit den Schwenkmechanismen in die Kontur des Teilrahmens hineingeschwenkt werden. In dieser Position können sie außerhalb der Längsträger vorbei in den Aufbau angehoben werden.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Perspektivansicht eines Halterahmens in einer Ruheposition,

Figur 2 eine schematische Perspektivansicht des Halterahmens aus Figur 1 in einer Prüfposition,

Figur 3 eine schematische Teilschnittansicht des erfindungsgemäßen Schienenprüffahrzeugs, bei dem die Prüfeinrichtungen in den Aufbau geführt sind,

Figur 4 eine schematische Teilschnittansicht des erfindungsgemä- ßen Schienenprüffahrzeugs aus Figur 3, bei dem die Prüfeinrichtungen aus dem Aufbau hinunter auf die Schienen geführt sind.

In Figur 1 sind zwei Teilrahmen 1 , 2 gezeigt, die jeweils an einer Hubvorrich- tung 3, 4 befestigt sind. Jede Hubvorrichtung 3, 4 umfasst zwei Führungsprofile 5, 6, in denen jeweils ein Schlitten 7, 8 angeordnet ist. Die Schlitten 7, 8 können zwischen den Schienen 5 bzw. 6 nach oben und unten bewegt werden. Als Antrieb für die Schlitten 7, 8 steht jeweils ein Hydraulikzylinder (nicht dargestellt) zur Verfügung.

Die Teilrahmen 1, 2 weisen jeweils zwei rechteckige Rahmenabschnitte 9, 10 auf, in denen jeweils ein Spurkranzrad 12 gelagert ist. Jedes Spurkranzrad 12 ist mittels einer Achse 13 an dem Teilrahmen 1 , 2 befestigt. Die Achsen 13 lagern in Achsaufnahmen 14, die einstückig an den Teilrahmen 1 , 2 ausgebildet sind.

An jedem Teilrahmen 1 , 2 ist eine Strebe 15 befestigt. Jede Strebe 15 ist an einem Ende 16 mittels eines Drehgelenks (nicht dargestellt) an dem Teilrahmen 1 , 2 schwenkbar befestigt. Die Schwenkachse steht im Wesentlichen senkrecht. In Figur 1 sind die Streben 15 parallel zur Längsachse des Schienenprüffahr- 5 zeugs an die Teilrahmen 1 , 2 geschwenkt.

An jedem Teilrahmen 1 , 2 ist ein Messgeräteträger 17 mittels eines Drehgelenks 18 befestigt. Mittels der Drehgelenke 18, deren Schwenkachsen im Wesentlichen waagerecht zu den Schienen (in Figur 1 nicht dargestellt) angeordnet 10 sind, können die Messgeräteträger 17 von einer Ruheposition um 90° in eine Prüfposition geschwenkt werden. In Figur 1 sind die Messgeräteträger 17 in ihrer Ruheposition dargestellt. Das Verschwenken in die Prüfposition erfolgt nach innen, d.h. jeweils in Richtung des gegenüberliegenden Teilrahmens 1 , 2.

]5 An jedem Messgeräteträger ist ein Haltearm 19 zu erkennen, an dessen einem Ende ein Laserkopf 20 befestigt ist. Der Laserkopf 20 kann an dem Haltearm 19 justiert werden. Hierzu ist er beweglich angebracht. Der Haltearm 19 kann einstückig mit dem Messgeräteträger 17 ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass der Haltearm 19 lösbar an dem Messgeräteträger 17 angebracht

10 ist. Hierzu eignet sich beispielsweise eine Schraubverbindung.

An jedem Messgeräteträger 17 sind zwei Ultraschall-Prüfrollen 21 drehbar gelagert. Die Ultraschall-Prüfrollen 21 können mittels einer Positionierregeleinrichtung über den Schienen positioniert werden. Hierzu dient vorliegend ein !5 Triangulationsverfahren. Neben dem Laserkopf 20 umfasst die Positionierregeleinrichtung noch eine Photodiode (nicht gezeigt) sowie eine Regelelektronik (nicht gezeigt). Die Ultraschall-Prüfrollen 21 können mit dem Messgeräteträger 17 auf die Schienen geschwenkt werden und dort abrollen.

iθ In Figur 2 werden die Teilrahmen 1 , 2 durch die Streben 15 auf Abstand gehalten. Die Teilrahmen 1 , 2 und die Streben 15 bilden zusammen einen Halterahmen für die Ultraschall-Prüfrollen 21 und die Spurkranzräder 11 , 12.

In Figur 2 ist der Halterahmen zusammen mit den Schlitten 7, 8 an den Führungsprofilen 5, 6 hinabgelassen.

Die Messgeräteträger 17 sind in ihre Prüfposition geschwenkt.

In Figur 3 sind zwei Schienen 22 zu erkennen.

Ferner ist ein Chassis 23 aus Querträgern und Längsträgem des Fahrzeugrah- mens dargestellt.

Die Führungsprofile 5, 6 der Hubvorrichtungen 3, 4 reichen bis unterhalb des Chassis aus Querträgern und Längsträgern 23 des Fahrzeugrahmens. Es ist möglich, die Teilrahmen 1 , 2 mit den Ultraschall-Prüfrollen 21 an den Schlitten 7, 8 bis unterhalb des Chassis 23 in die Prüfposition zu führen. Die Ultraschall- Prüfrollen 21 sind in einer Ruheposition, so dass sie sich mit den Halterahmen 1 , 2 innerhalb des geschlossenen Aufbaus (nicht dargestellt) des Schienenprüf- fahrzeugs befinden. Hier können beispielsweise Wartungsarbeiten an den Ultraschall-Prüfrollen oder den Spurkranzrädern 11 , 12 durchgeführt werden, ohne ungünstigen Witterungsverhältnissen ausgesetzt oder durch den Fahrbetrieb der benachbarten Gleise gefährdet zu sein.

In Figur 4 sind die Teilrahmen 1 , 2 an den Schlitten 7, 8 heruntergelassen. Die Teilrahmen 1 , 2 werden durch die Streben 15 auf Abstand gehalten. Die Stre- ben 15 haben eine Länge, durch die die Spurkranzräder 11 , 12 zuverlässig mit ihren Spurkränzen 24 gegen die Schienen 22 gedrückt werden. Der Halterahmen, der durch die Teilrahmen 1 , 2 und die Streben 15 aufgespannt wird, befindet sich unterhalb des Querträgers 23.

Die Haltearme 19 für die Laserköpfe 20 zeigen waagerecht nach innen. Es ist zu erkennen, dass die Haltearme 19 bis unter das Chassis 23 ragen, so dass sie in dieser Position nicht am Fahrzeugrahmen vorbeigeführt werden könnten.

Um sie an dem Fahrzeugrahmen vorbeiführen zu können, müssen sie zunächst in eine Position verbracht werden, in der sie an der Außenseite der Längsträger vorbeigeführt werden können, wie es in Figur 3 zu erkennen ist.