Sensorrad zur akustischen Untersuchung eines Messobjektes und Verwendung des Sensorrades

Die Erfindung betrifft ein Sensorrad zur akustischen Untersu ^¬ chung eines Messobjektes mit mindestens einem innerhalb des Sensorrades angeordneten Ultraschallstrahlung erzeugenden Schallwandler und dessen Verwendung. Eine entsprechende Vor- richtung zur akustischen Untersuchung von Eisenbahnschienen geht aus der US 4,174,636 oder der EP 1 132 735 Al hervor.

Für die Untersuchung von Materialeigenschaften großflächiger Objekte, wie beispielsweise Eisenbahnschienen, insbesondere für das Diagnostizieren von Fehlstellen haben sich Ultraschallmessmethoden als vorteilhaft und zuverlässig erwiesen. Dazu wird Ultraschall von einem Schallwandler in das zu untersuchende Objekt gesendet, dort reflektiert und von demsel ^¬ ben oder einem weiteren Schallwandler zur weiteren Auswertung erfasst. Zur besseren Ankopplung an das Messobjekt wird wegen der ansonsten großen Reflektionsverluste an der Grenzfläche Schallwandler-Luft bzw. Messobjekt-Luft zwischen Schallwand ^¬ ler und Messobjekt in der Regel ein Koppelmittel, beispiels ^¬ weise in Form einer Flüssigkeit (z. B. Wasser, Öl), verwen- det. Um ständig einen Flüssigkeitsfilm zwischen Schallwandler und Messobjekt zu gewährleisten, muss der Wandler möglichst parallel über das zu untersuchende Objekt geführt werden, da sonst der Koppelfilm abreißen könnte. Bei großflächigen Messobjekten ist außerdem mit einem hohen Verbrauch an Koppelmit- tel zu rechnen, das darüber hinaus benetzend auf der unter ^¬ suchten Oberfläche zurückbleibt. Insbesondere für die Unter ^¬ suchung von Eisenbahnschienen erweist sich diese Ultraschallmessmethode aus genannten Gründen als nachteilig.

Mit der EP 1 132 735 Al und US 4 174 636 sind Vorrichtungen zur Fehlerdetektion an Eisenbahnschienen angegeben. In beiden Schriften handelt es sich um eine Ultraschallmessvorrichtung

in Form eines Rades, das für eine Untersuchung entlang einer Schiene über diese gerollt werden muss. In einem Innenbereich des jeweiligen Rades sind ortsfest in Richtung des Messobjektes ausgerichtete Ultraschallwandler angeordnet, die sich während der Messung nicht mit dem Rad mitdrehen. Die Kopplung des Ultraschallwandlers an die zu untersuchende Schiene er ^¬ folgt gemäß EP 1 132 735 Al über eine zur Schiene parallel verlaufende Gleitplatte, die während der Messung über die In ^¬ nenseite des entsprechenden Radreifens hinweggleitet. Da die Gleitplatte den Radreifen eben auf die Schiene presst, wird zur Reibungsverminderung zwischen Gleitplatte und Radreifeninnenseite ein Gleitmittel, insbesondere eine Flüssigkeit, verwendet. Die Ultraschallmessvorrichtung gemäß US 1 174 636 umfasst zur Kopplung des Ultraschallsignals keine Gleitplat- ten. Hier sind die in Richtung Schiene ausgerichteten feststehenden Schallwandler vollständig von Koppelflüssigkeit um ^¬ geben, die den gesamten versiegelten Hohlraum des Rades ausfüllt. Gemäß beiden genannten Schriften ist der jeweilige Radinnenraum mit Flüssigkeit gefüllt. Aufgrund von Blasenbil- düng und entstehender Wirbel in der Flüssigkeit können beide offenbarten Vorrichtungen nur bei relativ geringen Drehgeschwindigkeit des Rades betrieben werden, die eine maximale Untersuchungsgeschwindigkeit von ca. 50 km/h erlauben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sensorrad der eingangs genannten Art anzugeben, das gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Untersuchungsgeschwindigkeit ermöglicht und universeller eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den in Patentan ^¬ spruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensorrad handelt es sich um ein Sensorrad zur akustischen Untersuchung eines Messobjektes mit - einer mit zwei Felgenringen versehenen, ultraschalldurchlässigen und hinreichend massiv ausgebildeten Hohlwalze,

die eine auf das Mes sob j ekt aufsetzbare Lauffläche auf ^¬ weist ,

- zwei Radscheiben,

- einer Radachse, die ein innerhalb des Sensorrades radial nach außen ausgedehntes zylinderförmiges Behältnis mit zu ^¬ mindest in einem Teilbereich ultraschalldurchlässiger Zylinderfläche aufweist, und

- einem ultraschalldurchlässigen flüssigen Koppelmittel zwischen Walze und Behältnis wobei,

- das Behältnis mindestens einen Ultraschallstrahlung erzeu ^¬ genden Schallwandler umfasst und

- die Ultraschallstrahlung durch das Koppelmittel, die Walze und die Lauffläche hindurch in das Messobjekt aussendbar ist.

Die mit dieser Ausgestaltung des Sensorrades verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass der gesamte das Koppelmittel fassende Bereich innerhalb des Sensorrades mög- liehst strömungsfreundlich ausgestaltete ist, so dass bei ho ^¬ hen Relativgeschwindigkeiten zwischen sich drehenden und feststehenden Teilen des Sensorrades wenig Schlieren, Ver- wirbelungen und Blasenbildung im Koppelmittel auftreten, die zu Dichteinhomogenitäten im Koppelmittel führen können. Durch die Dichteinhomogenitäten kann je nach Ausprägung die Auflösung verschlechtert und insgesamt das gesamte Messsignal ver ^¬ fälscht werden. Eine möglichst stromlinienförmige Ausgestal ^¬ tung des das Koppelmittel fassenden Bereichs erlaubt somit eine schnellere Drehbewegung des Rades und eine damit einher- gehende höhere Geschwindigkeit bei der Untersuchung des Mess ^¬ objektes. Damit sind Untersuchungsgeschwindigkeiten von bis zu ca. 150 km/h möglich. Da das Sensorrad erfindungsgemäß fast jeder Oberflächenform folgen kann, ohne dass die Messung verfälscht oder gar unmöglich wird, kann es nicht nur zum Un- tersuchen von linearen Objekten, wie beispielsweise Eisenbahnschienen, verwendet werden, sondern auch von gekrümmten Objekten. Das Sensorrad ist demgemäß auch zur Untersuchung

von Walzen oder Rädern, insbesondere Eisenbahnrädern, geeignet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Sensorrades gemäß der Erfin- düng ergeben sich aus den von Patentanspruch 1 abhängigen Ansprüchen.

So besteht die Walze zumindest teilweise aus einem Polymer- Kunststoff, insbesondere EPDM(Ethylen-Propylen-Dien-Monomer) - Gummi. EPDM ist ein Polymerisat aus Ethylen, Propylen und einem geringen Dien-Anteil. Es ist ein elastisches, gute Ultra ^¬ schallleitfähigkeit aufweisendes Material, das in hohem Maße mechanischen und thermischen Beanspruchungen standhalten kann. Das Sensorrad kann sich somit bei gewährleisteter guter Ultraschallkopplung Unebenheiten auf der Messobjektoberfläche gut anpassen und ist darüber hinaus unempfindlich gegenüber mechanischen und thermischen Beanspruchungen, die bei hohen Untersuchungsgeschwindigkeiten auftreten können.

Vorteilhaft weist das Sensorrad mehrere über die Zylinderflä ^¬ che des Behältnisses verteilte Schallwandler auf. Dies er ^¬ laubt zum einen unterschiedliche Betriebsmodi des Sensorra ^¬ des, wie „pitch-catch"-Modus und „pulse-echo"-Modus, zum an ^¬ deren kann das Sensorrad mit unterschiedlichen, verschiedenen Anforderungen genügenden Ultraschallwandlern versehen werden, die je nach Bedarf in Position gebracht werden. Hierzu kann die Sensorradachse justierbar bezüglich einer Radaufhängung ausgeführt werden.

Es ist insbesondere vorteilhaft, dass mindestens ein erster Schallwandler zum Aussenden von Ultraschallstrahlung in das Messobjekt und mindestens ein zweiter Schallwandler zum Empfangen von reflektierter Ultraschallstrahlung aus dem Messobjekt ausgelegt sind. Das Sensorrad kann so im so genannten „pitch-catch"-Modus betrieben werden. Dies hat den Vorteil, dass in diesem Modus das Oberflächenecho abgeschwächt wird und somit eine bessere Detektion von oberflächennahen Fehlern

erreicht wird. Bei dieser Ausführung des Sensorrades können auch spezielle Schallwandler benutzt werden, die nur zum Senden bzw. nur zum Empfangen ausgelegt sind.

Vorteilhaft kann auch mindestens ein Schallwandler sowohl zum Aussenden von Ultraschallstrahlung in das Messobjekt als auch zum Empfangen von reflektierter Ultraschallstrahlung aus dem Messobjekt ausgelegt sein. Das Sensorrad kann so im so ge ^¬ nannten „pulse-echo"-Modus betrieben werden. Damit kann die Ultraschallstrahlung sowohl senkrecht als auch in einem von 90° verschiedenen Einfallswinkel in das Messobjekt einge ^¬ strahlt werden, wo sie reflektiert wird und zurück zum Schallwandler gelangt. Weiter ist es möglich, das erfindungs ^¬ gemäße Sensorrad mit mehreren solchen kombinierten Schall- wandlern sowohl im „puls-echo"-Modus als auch im „pitch- catch"-Modus gleichzeitig zu betreiben.

Es ist günstig, dass mindesten eine Radscheibe mindestens ein Ventil zum Befüllen des Koppelmittels aufweist. Das Befüll- ventil ist damit leicht zugängliche und gewährleistet eine möglichst einfache Befüllung.

Hierzu ist es von Vorteil, dass mindesten eine Radscheibe mindestens ein weiteres Ventil zum Entlüften des Sensorrades bei Befüllung mit dem Koppelmittel aufweist. Dadurch kann er ^¬ reicht werden, dass das flüssige Koppelmittel ohne Luftrück ^¬ stände in den das Koppelmittel fassenden Bereich des Sensorrades gefüllt werden kann.

Als Vorteil erweist sich, dass mindestens eine Radscheibe

Kühllamellen aufweist. In Betrieb des Sensorrades, insbeson ^¬ dere bei hohen Geschwindigkeiten, wärmt sich das Gesamte Sensorrad auf. Mit den Kühllamellen kann die Temperatur des Koppelmittels (z. B. entgastes Wasser, nicht entgastes Wasser, Öl) möglichst konstant gehalten werden, um eine Änderung der Schallgeschwindigkeit im flüssigen Koppelmittel zu vermeiden.

Weiter ist günstig, dass das Sensorrad mindestens einen Tem ^¬ peratursensor, insbesondere zur Koppelmitteltemperaturbestimmung, aufweist. Bei Kenntnis der Koppelmitteltemperatur kann somit unter Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit eine Signalkorrektur vorgenommen werden.

Vorzugsweise weist das Sensorrad mindestens einen Drucksensor auf, insbesondere zur Koppelmitteldruckbestimmung. So ist es beispielsweise möglich, einen eintretenden Koppelmittelverlust wegen des damit einhergehenden Druckabfalls zu detektie- ren.

Vorteilhaft weist das Sensorrad mindestens ein Mittel zur Po- sitionsbestimmung auf. Damit kann das Messobjekt ortsaufge ^¬ löst vermessen werden. Dies lässt sich beispielsweise mit ei ^¬ nem im Sensorrad integrierten Drehwinkelmeßsystem, das die Position der drehenden Hohlwalze gegenüber der feststehenden Sensorradachse ermittelt, realisieren. Es kann aber auch min- destens einer der Radscheiben mit Markierungen versehen sein, die beispielsweise über Lichtschranken auswertbar sind. Ein solches Mittel zur Positionsbestimmung kann auch dazu dienen, das erfindungsgemäße Sensorrad mit anderen Untersuchungen (z. B. Gleisbettvermessung) bzw. Meßsystemen (z. B. Wirbel- strommeßsysteme) zu synchronisieren.

Es ist insbesondere vorteilhaft, dass Steuermittel zur An ^¬ steuerung des mindestens einen Schallwandlers und/oder Mittel zur Signalverarbeitung vorgesehen sind. Dazu ist es günstig, dass das Steuermittel und/oder das Mittel zur Signalverarbei ^¬ tung über mindestens einen durch die Achse geführten Leiter mit dem mindestens einen Schallwandler verbunden sind. Hiermit lässt sich auf besonders einfache Weise eine Verbindung zwischen einerseits Steuermitteln zur Ansteuerung des mindes- tens einen Schallwandlers und/oder Mitteln zur Signalverarbeitung und andererseits dem mindestens einen Schallwandler schaffen. So kann beispielsweise auf Schleifkontakte verzieh-

tet werden, da sich in Messbetrieb die Sensorradachse mit dem mindestens einen Schallwandler nicht mitdreht.

Daneben ist auch eine Integration der Steuermittel und/oder der Mittel zur Signalverarbeitung günstig. Dadurch kann auf eine verschleißanfällige Verbindung zwischen einerseits au ^¬ ßerhalb des Sensorrades angeordneten Steuermitteln und/oder der Mittel zur Signalverarbeitung und andererseits dem sich mit dem Sensorrad mitdrehenden mindestens einen Schallwandler verzichtet werden. Darüber hinaus erreicht man damit kurze Wege zwischen dem mindestens einen Schallwandler einerseits und den Steuermitteln und/oder den Mittel zur Signalverarbeitung andererseits. Das verringert insbesondere die Störungs ^¬ anfälligkeit von Analogsignalen. Insbesondere durch eine „vor Ort" Digitalisierung der Messsignale mittels des Mittels zur Signalverarbeitung, lassen sich beispielsweise per Funk die digitalisierten Messsignale nahezu störungsimmun an entsprechende Auswertemittel übertragen.

Mit der Erfindung wird ferner eine Verwendung zumindest eines erfindungsgemäßen Sensorrades zur Untersuchung von Eisenbahnschienen und/oder Eisenbahnrädern angegeben. Aufgrund der hohen Untersuchungsgeschwindigkeit von bis zu ca. 150 km/h sind zum einen besonders ausgedehnte Messobjekte, wie Eisenbahn- schienen, und zum anderen schnell rotierende Räder, wie Eisenbahnräder in Fahrtbetrieb, wegen der damit verbundenen relativen Zeitersparnis zu bekannten Untersuchungsvorrichtungen besonders geeignet.

Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbei ^¬ spiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und gewisse Merkmale sind nur schema ^¬ tisiert dargestellt. Im Einzelnen zeigen

Figur 1 ein erfindungsgemäßes Sensorrad,

Figur 2 ein auf einem Messobjekt befindliches erfindungsgemä ^¬ ßes Sensorrad in Seitenansicht,

Figur 3 ein auf einem Messobjekt befindliches erfindungs ^¬ gemäßes Sensorrad in Seitenansicht mit integrierter Elektronik,

Figur 4 eine Messanordnung zur Untersuchung eines Eisenbahnrades mit zwei erfindungsgemäßen Sensorrädern und

Figur 5 schematisch die Steuerung eines Schallwandlers und

Signalauswertung.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren 1 bis 5 mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Sensorrad S im Schnitt- bild dargestellt. Das Sensorrad S besteht dabei aus einer mit zwei Felgenringen 22 versehenen, ultraschalldurchlässigen und hinreichend massiv ausgebildeten Hohlwalze 20. Die Hohlwalze 20 weist eine Lauffläche 21 auf, die für eine Messung auf ei ^¬ ne Oberfläche 31 eines Messobjekts 30 (siehe Figur 2 bis 4) aufzusetzen ist. Das Material der Hohlwalze 20 sollte dabei zur besseren Schallkopplung gute Ultraschalleigenschaften vorweisen und darüber hinaus in hohem Maße mechanischen und thermischen Beanspruchungen standhalten. Hierzu ist vorzugsweise ein elastisches Material zu verwenden. Beispielsweise kommt hierfür EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer) , ein Polymerisat aus Ethylen, Propylen und einem geringen Dien-Anteil, in Frage. Die beiden Felgenringe 22 dienen insbesondere zur Stabilisierung der Hohlwalze 20 und zur Befestigung von zwei Radscheiben 90. Vorzugsweise sind die Felgenringe 22 aus ei- nem Metall. Die Verbindung zwischen den Felgenringen 22 und der Hohlwalze 20 wird dabei vorzugsweise mittels Vulkanisie ^¬ rung hergestellt. Weist die Kontaktfläche 93 zwischen dem je ^¬ weiligen Felgenring 22 und der Hohlwalze 20 eine vorteilhafte Kontur auf, wie in Figur 1 angedeutet, kann die Stabilität der Verbindung der Felgenringe 22 mit der Hohlwalze 20 weiter erhöht werden. Überdies kann die Hohlwalze 20 auch mit einem

Stützgeflecht versehen sein. Kunststoffringe zur Versteifung der Hohlwalze 20 sind ebenfalls denkbar.

Die beiden Radscheiben 90 sind mit Befestigungsmitteln 94, wie beispielsweise Schrauben, an den Felgenringen 22 befestigt. Dadurch ergibt sich ein Hohlraum 1 im Sensorrad S, der mit einem ultraschalldurchlässigen Koppelmittel zu befühlen ist. Die Abdichtung zwischen Radscheiben 90 und Felgenringen 22 erfolgt dabei an geeigneten Stellen vorteilhafterweise mit O-Ringen. Zur effektiveren Kühlung weisen die Radscheiben 90 auf der Außenseite des Sensorrades S Kühllamellen 97 auf. Mindestens eine der beiden Radscheiben 90 ist mit einem Be- füllungsventil 95 für das Koppelmittel versehen. Zudem ist eine der beiden Radscheiben mit einem Entlüftungsventil 96 ausgeführt, damit beim Befüllen des Hohlraumes 1 mit dem Kop ^¬ pelmittel die verdrängte Luft kontrolliert und vollständig entweichen kann. Die beiden Radscheiben 90 sind gegenüber der sich nicht mitdrehenden Radachse 40 über jeweils ein Kugella ^¬ ger 91 drehend gelagert. Die Abdichtung erfolgt dabei jeweils mit Hilfe eines Simmerrings 92.

Die Radachse 40 weist ein innerhalb des Sensorrades S insbe ^¬ sondere konzentrisch mit der Radachse 40 ausgestaltetes und radial nach außen ausgedehntes zylinderförmiges Behältnis 41 auf. Das Behältnis 41 ist gegenüber dem mit dem Koppelmittel gefüllten Hohlraum 1 beispielsweise mit O-Ringen ebenfalls abgedichtet. Das Behältnis 41 selbst ist z. B. mit Luft ge ^¬ füllt. In dem Behältnis 41 sind ein oder mehrere Ultraschall ^¬ wandler 50 angeordnet. Die Zylinderflächen 42 des Behältnis- ses 41 umfassen dabei in Aussparungen formschlüssig die Ab ^¬ strahlflächen 43 der Schallwandler 50, so dass insgesamt eine glatte Zylinderfläche 42 zusammen mit den Abstrahlflächen 43 der Schallwandler 50 gegenüber dem Koppelmittel gewährleistet ist. Zur Vermeidung bzw. Minimierung von Schlieren und Ver- wirbelungen ist damit eine stromlinienförmige Außenkontur des Behältnisses 41 gegeben. Die Zylinderfläche 42 des Behältnis ^¬ ses 41 kann auch mit ultraschalldurchlässigen Fenstern form-

schlüssig versehen sein, so dass hinter den Fenstern auch verkippt angeordnete Ultraschallwandler 50 positioniert wer ^¬ den können (in Figur 1 nicht dargestellt) . Darüber hinaus weist die Radachse 40 eine Bohrung 44 auf, durch die Leiter 6, beispielsweise die Steuer- und Signalleitungen der im Sensorrad S befindlichen Ultraschallwandler 50, nach außen geführt werden können.

In Figur 2 ist ein auf einem Messobjekt 30 befindliches er- findungsgemäßes Sensorrad S in Seitenansicht dargestellt. Im Behältnis 41 sind mehrere Schallwandler 50 gleichmäßig über die Zylinderfläche 42 des Behältnisses 41 verteilt. Von jedem Schallwandler 50 führt ein Leiter 6 zur Bohrung 44 in der Radachse 40 und von dort aus nach außen (in Figur 2 nicht dargestellt) .

Als Beispiel für eine Messmethode ist in Figur 2 schematisch die „puls-echo"-Messmethode dargestellt. Dazu müssen die ver ^¬ wendeten Schallwandler 50 Ultraschall sowohl aussenden als auch empfangen können. Ultraschallstrahlung 10 wird senkrecht bzw. in einem kleinen Winkel von dem Schallwandler 50 in Richtung Messobjekt 30 ausgesandt und von diesem reflektiert. Ein Teil der reflektierten Ultraschallstrahlung 11 gelangt dann zurück in denselben Schallwandler 50. Im Schallwandler 50 wird der empfangene Ultraschall 11 in ein elektrisches

Signal umgewandelt und Mitteln 71 zur Signalverarbeitung über den Leiter 6 übermittelt. Soll das gesamte Messobjekt 30 un ^¬ tersucht werden, muss das erfindungsgemäße Sensorrad S mit seiner Lauffläche 21 auf der Oberfläche 31 des Messobjektes 30 entlanglaufen, während der Schallwandler 50 seine relative Ausrichtung zum Messobjekt 30 nicht ändert. Wird einer der drei übrigen Schallwandler 50 verwendet, muss dieser zunächst in Position gebracht werden. Dazu kann insbesondere die Rad ^¬ achse 40 drehbar und bei richtiger Positionierung des ent- sprechenden Schallwandlers feststellbar ausgeführt werden.

Der Vorteil liegt darin, dass dem Sensorrad S je nach Anfor ^¬ derung unterschiedliche Schallwandler 50 zur Verfügung ste-

hen. Die Schallwandler 50 können sich darin unterscheiden, dass sie mit unterschiedlichen Ultraschallfrequenzen und/oder verschiedenen Bandbreiten arbeiten, dass sie fokussierte oder unfokussierte Ultraschallstrahlung 10 aussenden oder dass sie Ultraschallstrahlung 10 in unterschiedlichen Winkeln in das Messobjekt 30 einstrahlen. Als Beispiel sind in Figur 1 wei ^¬ ter ein Drucksensor 60 und ein Temperatursensor 61 angedeutet, mit denen der Druck bzw. die Temperatur des Koppelmittels bestimmt werden kann.

In Figur 3 ist ein auf einem Messobjekt 30 befindliches er ^¬ findungsgemäßes Sensorrad S in Seitenansicht mit integrierter Elektronik dargestellt. Dabei handelt es sich insbesondere um die Integration von Steuermitteln 70 zum Ansteuern der Schallwandler 50 und die Integration von Signalverarbeitungs ^¬ mitteln 71 zur Aufbereitung (z. B. Pegelanpassung, Digitalisierung) der von den Wandlern 50 herrührenden Signale. Dies hat den Vorteil, dass die Signalwege möglichst kurz gehalten werden, so dass insbesondere die Analogsignale, die bei- spielsweise von den Schallwandlern 50 kommen, mit wenig Störung behaftet sind. Vorteilhaft sind die Steuermittel 70 und Signalverarbeitungsmitteln 71 Bestandteile einer integrierten Schaltung, die in einer kompakten Bauform ausgeführt sein kann. Weiter ist in Figur 2 ein Mittel zur Positionsbestim- mung 74 schematisch dargestellt, das ebenfalls integrativer Bestandteil des erfindungsgemäßen Sensorrades S sein kann.

Als Beispiel für eine weitere Messmethode ist in Figur 3 die „pitch-catch"-Messmethode dargestellt. Hierbei sendet ein Schallwandler 50 Ultraschallstrahlung 10 in Richtung Messobjekt 30 aus, die dort reflektiert wird. Ein Teil des reflek ^¬ tierten Ultraschalls 11 gelangt dann in einen zweiten Schall ^¬ wandler 50, der als Empfänger dient. Dort wird der empfangene Ultraschall 11 in ein elektrisches Signal umgewandelt und den Signalverarbeitungsmitteln 71 über den Leiter 6 übermittelt.

Diese beiden beschriebenen Messmethoden sind nicht auf die hier gezeigten jeweiligen Ausführungsbeispiele in Figur 2 und Figur 3 festgelegt. Sie wurden lediglich aus Gründen der übersichtlicheren Darstellung jeweils einer Figur zugeordnet. Beide Messmethoden können sowohl mit dem Ausführungsbeispiel aus Figur 2 als auch mit dem aus Figur 3 durchgeführt werden. Auch eine Kombination beider Methoden ist denkbar.

Figur 4 zeigt ein Beispiel für eine Verwendung des erfin- dungsgemäßen Sensorrades S. Schematisch dargestellt sind zwei Sensorräder S und ein Fehlstellen 80 aufweisendes Eisenbahnrad 33. Als Fehlstellen wurden hier drei um die Achse 32 des Eisenbahnrades verteilte Risse 80 angedeutet. Bei Drehung des Eisenbahnrades 33 - angedeutet durch Pfeile - passieren alle Risse 80 die in das Eisenbahnrad 33 vom ersten Sensorrad S eingestrahlte Ultraschallstrahlung 10 und reflektieren diese in einer charakteristischen Weise in Richtung des zweiten Sensorrades S. Im zweiten Sensorrad S wird die reflektierte Ultraschallstrahlung 11 von mindestens einem Schallwandler 50 detektiert und an Signalverarbeitungsmittel 71 weitergegeben. Die in diesem Beispiel gezeigte Messmethode ist die oben be ^¬ schriebene „pitch-catch"-Messmethode. Mit dem Unterschied, dass hier das erste Sensorrad S nur zum Aussenden und das zweite Sensorrad S nur zum Empfangen von Ultraschallstrahlung 10, 11 vorgesehen sind. Im Vergleich zur „pitch-catch"-Anord- nung aus Figur 3 steht mit dieser Anordnung ein bedeutend größerer Reflektionswinkelbereich zur Verfügung. Die „pitch- catch"-Anordnung gemäß Figur 4 kann wegen des erweiterten Re- flektionswinkelbereichs auch vorteilhaft zur Untersuchung ei- nes nahezu linear ausgedehnten Messobjektes (30), wie zum Beispiel Eisenbahnschienen, verwendet werden.

Zur Sicherstellung der erforderlichen Andruckkraft vom Sensorrad S auf das Messobjekt 30, 33 kann in der Aufhängung des Sensorrades S ein Drucksensor integriert sein, der die An ^¬ druckkraft überwacht. Die Andruckkraft kann aber auch aus der Laufzeit des Ultraschallsignals 10, 11 vom Schallwandler S

zur Messobjekt- bzw. Eisenbahnradoberfläche 31, 34 bestimmt werden. Hierzu ist jedoch eine temperaturänderungsbedingte Laufzeitkorrektur zu berücksichtigen.

Um das Sensorrad S auch bei extrem niedrigen Temperaturen bis ca. -40 ⁰ C verwenden zu können, kann dem Koppelmittel ein Frostschutzmittel beigemischt werden. Besonders vorteilhaft erweist sich für diesen Zweck auch ein im Sensorrad S integrierte Heizung, die das Koppelmittel auf betriebsgünstiger, konstanter Temperatur hält.

In Figur 5 ist als Beispiel ein Schema zur Steuerung eines Schallwandlers S und zur Signalauswertung dargestellt. Es wird ein im Behältnis 41 angeordneter Schallwandler 50 ge- zeigt, der hier als kombinierter Sender und Empfänger ausgeführt ist. Über einen Leiter 6 ist dieser Schallwandler 50 mit einem Schalter 72 verbunden, der den Schallwandler 50 in einen Sender- oder Empfangsmodus schaltet. Der Schalter 72, der alternativ auch durch eine Sende-/Empfangsweiche ersetzt sein kann, wird über das Steuermittel 70 gesteuert. Das Steu ^¬ ermittel 70 umfasst dabei einen Sendepulser und einen Sende ^¬ verstärker. Ist die Anordnung, wie in Figur 3 als Beispiel dargestellt, in einem Sendemodus geschaltet, wird über den Sendepulser, der mit dem Sendeverstärker verbunden ist, der Schallwandler 50 mit verstärkten Sendepulsen versorgt. Ist die Anordnung in einem Empfangsmodus geschaltet, werden die im Schallwandler 50 erzeugten elektrischen Signale an das Mittel 71 zur Signalverarbeitung übermittelt. Das Signalverarbeitungsmittel 71 umfasst dabei beispielsweise einen Emp- fangsverstärker mit zeitlich gesteuertem Verstärkungsfaktor

(TGC: „Time-Gain-Correction") und einen analogen Filter. Hier werden die vom Schallwandler 50 kommenden Signale verstärkt, normalisiert und gefiltert. Mit dem Filter wird dabei eine Störreduktion erreicht. Das so aufgearbeitete Signal gelangt dann zum Digitalisieren in einen beispielsweise ebenfalls im Signalverarbeitungsmittel enthaltenen Analog-/Digitalwandler. Die somit erzeugten digitalen Signale können in einem Auswer-

temittel 73 mit digitalem Signalprozessor weiter verarbeitet werden, indem die digitalisierten Empfangsdaten mit digitalen Filtern weiter reduziert werden. Eine dem digitalen Signalprozessor zugeordnete Software wertet die Empfangssignale aus, insbesondere mit dem Ziel, Fehlstellen 80 im Messobjekt 30 zu registrieren und zu bestimmen. Zur Reduzierung der Datenrate werden diese gewonnenen Daten wiederum mittels digitaler Kompression reduziert. Mit Hilfe eines Übertragers bei ^¬ spielsweise können dann die Auswerteergebnisse an eine ent- fernt befindliche Empfangseinheit, beispielsweise mittels ei ^¬ ner elektrischen Verbindung oder auch berührungslos mittels Infrarot oder Funk, gesendet werden.