Oberflächenfehler

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prüfung von Rädern und Achsen von Eisenbahn-Radsätzen mit Hilfe eines Magnetpulver-Prüfverfahrens. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Prüfung derartiger Radsätze.

Mit Hilfe des Magnetpulver-Prüfverfahrens ist es möglich, Fehlstellen, wie Spalten und Risse, an Oberflächen von metallischen magnetisierbaren Produkten festzustellen, die Größe und Bedeutung der Anzeigen zu ermitteln und zu bewerten und die Produkte als verwendbar oder beschädigt zu klassifizieren. Im Produktionsprozess kann mit einem derartigen Verfahren die Ausschussrate festgestellt und eine Zertifizierung von Bauteilen durchgeführt werden.

Beim Einsatz solcher Produkte zeigen sich Fehlstellen jedoch oft erst nach längerer Zeit oder übermäßiger Beanspruchung. Daher ist es in sicherheitskritischen Bereichen erforderlich, derartige Produkte regelmäßig zu überprüfen. Insbesondere bei Eisenbahn-Radsätzen können fehlerhafte Bauteile zu katastrophalen Unfällen und erheblichen Schäden an Personen und Material führen. Die Prüfung und Überwachung von Eisenbahn-Radsätzen ist daher von besonderer Bedeutung.

Mit Hilfe des Magnetpulverfahrens können optisch nicht leicht zu erkennende oder nahe unterhalb der Oberfläche vorhandene Fehlstellen eines Werkstücks ermittelt werden. Hierzu wird das zu prüfende Werkstück mit in einer Suspension aufgenommenem Magnetpulver besprüht und dann einem starken Magnetfeld ausgesetzt. An Fehlstellen des Werkstücks orientieren sich dadurch die Magnetpulverteilchen um, so dass sie optisch erkennbar werden. Die Sichtbarkeit kann verbessert werden, wenn das Magnetpulver fluoreszierend ausgebildet ist und unter UV-Bestrahlung betrachtet wird.

Radsätze von Eisenbahnwagen bestehen im Wesentlichen aus einer Achse, zwei Rädern und gegebenenfalls einer oder mehrerer Bremsscheiben. Diese Elemente bestehen aus magnetisierbarem Stahl. Entsprechend ist es möglich, an diesen Elementen das Magnetpulververfahren anzuwenden. Aus der DE 20 2016 101 253 Ul ist eine Einrichtung zur Magnetpulver-Prüfung von Achswellen auf Querfehler in der Oberfläche des Werkstücks bekannt, bei der eine halbkreisförmige Spule axial versetzbar an die Achswelle angelegt werden kann. Nach Bespülung der Oberfläche der Achswelle mit Magnetpulver und Einschalten des Magnetisierungsstroms kann die Oberfläche der Achswelle auf das Vorhandensein von nicht zufälligen Strukturen, wie länglich verlaufende Änderungen der Magnetpulververteilung, untersucht werden.

Für die Ermittlung von Fehlstellen an Rädern ist die Verwendung einer trapezförmigen Magnetisierungsspule bekannt, bei der einzelne Abschnitte des Rades von der Magnetisierungsspule umschlossen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung von Eisenbahn-Radsätzen auf Oberflächenfehler mit Hilfe des Magnetpulververfahrens anzugeben, wobei eine kombinierte Prüfung von einem oder beiden Rädern eines Radsatzes zusammen mit einer Prüfung der Achswelle vorgenommen werden kann, um damit den Prüfaufwand verringern und eine weitgehende Automatisierung der Prüfung erreichen zu können.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Prüfung von Eisenbahn-Radsätzen auf Fehler in der Oberfläche der Radsätze mittels eines Magnetpulver-Verfahrens, bei dem Elemente der Radsätze, insbesondere Achsen und Räder, zur Prüfung mittels einer elektrischen Spulenanordnung bereichsweise magnetisiert werden, im Prüfungsbereich der Spulenanordnung mit Magnetpulver beaufschlagt werden und die sich bei Einschaltung des Magnetfeldes ergebende Verteilung des Magnetpulvers ausgewertet wird.

Gemäß der Erfindung wird bei der Prüfung eine erste gegenüber dem zu prüfenden Rad stationär angeordnete Spulenanordnung zur abschnittsweisen Magnetisierung und Prüfung des Rades und eine zweite gegenüber der zu prüfenden Achse axial verschiebbare Spulenanordnung zur teilumfänglichen Magnetisierung und Prüfung der Achswelle verwendet.

Zur vollständigen Prüfung eines Rades wird das Rad nach jeder Prüfung eines Radabschnitts um einen Drehwinkel gedreht, der kleiner oder gleich dem Winkel des jeweilig vorhergehenden Prüfsegments ist.

Die Prüfung der Achswelle erfolgt mittels der zweiten Spulenanordnung an in axialer Richtung aufeinander folgenden Positionen jeweils teilumfänglich. Die zweite Spulenanordnung wird nach Prüfung des vollständigen Umfangs der Achswelle jeweils an eine folgende benachbarte Position verschoben.

Die Magnetisierung und Prüfung von Rädern und Achsen der Radsätze erfolgt gleichzeitig oder zeitlich im Wechsel nacheinander.

Mit Hilfe der Erfindung können Radsätze von Eisenbahnen schnell und mit geringem Aufwand auf Fehler in den Oberflächen der Räder und der Achse festgestellt werden. Dieser Vorteil zeigt sich insbesondere bei der regelmäßigen Wartung von Eisenbahnen-Radsätzen, um die Stillstandzeiten möglichst klein zu halten.

Vorzugsweise wird für die Radprüfung eine Spulenanordnung verwendet, die jeweils einen Radabschnitt teilweise umschließt, so dass nicht nur die Lauffläche, sondern auch die radiale Kranzfläche und weitere Seitenbereiche eines Rades geprüft werden können. Nach jeder Prüfung eines Radabschnitts wird das Rad um einen Winkel gedreht, der etwas kleiner als der Winkel des zu prüfenden Radabschnitts ist, so dass nach der Prüfung einer Reihe aufeinanderfolgender Radabschnitte das gesamte Rad geprüft ist.

Die Radachse wird vorzugsweise mittels einer rechtwinklig zur Achswelle ausgerichteten Halbspule geprüft, die bei Drehung der Achse um jeweils 120° - 180° den vollständigen Achsumfang erfassen kann. Die erste Spulenanordnung ist vorzugsweise stationär angeordnet, während das zu prüfende Rad schrittweise gedreht wird. Die zweite Spulenanordnung wird nach vollständiger Umfangsprüfung eines Abschnitts der Achse in Achsrichtung bis zu einem nächsten Achsabschnitt verfahren, so dass dann dieser und die folgenden Abschnitte nacheinander geprüft werden können.

Bei Radsätzen mit einer oder mehreren Bremsscheiben kann die erste Spulenanordnung entsprechend der Prüfung eines Rades auch zur Prüfung der Bremsscheiben verwendet werden, wenn die erste Spulenanordnung geeignet umgesetzt wird.

Vorzugsweise erfolgt die Steuerung der Prüfung halbautomatisch oder vollautomatisch, wobei die Steuereinrichtung sowohl die Drehung des Radsatzes als auch den Versatz der zweiten Spulenanordnung entlang der Achse steuert. Bei Vollautomatik kann auch die Einschaltung der Magnetisierung, die Bespülung mit Magnetpulver und die optische Auswertung der Magnetpulververteilung automatisiert ausgeführt werden.

Der Radsatz kann nicht nur schrittweise, sondern auch kontinuierlich unter gleichmäßiger Drehung geprüft werden. Wenn die zweite Spulenanordnung während der Drehung des Radsatzes seitlich verschoben wird, erfolgt eine spiralförmige Erfassung des Umfangs der Radachse.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Prüfanordnung, die ein Gestell mit einer ersten Halterung zur Aufnahme einer ersten trapezförmigen Spulenanordnung und einer zweiten Halterung zur Aufnahme einer zweiten halbkreisförmigen Spulenanordnung aufweist. Ein zu prüfender Radsatz ist auf einem Basisgestell um seine Achse drehbar gehalten. Die erste Spulenanordnung ist auf ein Rad des Radsatzes absenkbar und umschließt es abschnittsförmig. Die zweite Spulenanordnung ist auf den Umfang der Achswelle aufsetzbar und entlang der Achswelle verschiebbar. Beide Spulenanordnungen können gleichzeitig oder aufeinanderfolgend Magnetfelder erzeugen, die den Radsatz zur Durchführung der Magnetpulverprüfung bereichsweise magnetisieren. Vorzugsweise ist die erste Spulenanordnung mittels einer Hubeinrichtung vertikal auf- und ab bewegbar. Die zweite Spulenanordnung ist zusätzlich in Horizontalrichtung verschiebbar. Die erste Spulenanordnung kann zusätzlich ebenfalls in zwei oder mehr Positionen horizontal bewegt werden, um ein zweites Rad und/oder eine Bremsscheibe zu prüfen.

Das Basisgestell enthält vorzugsweise Stützräder, auf denen ein Radsatz über die Laufflächen der Räder drehbar gehalten ist.

Die Vorrichtung enthält vorzugsweise auch eine Steuereinrichtung zur schrittweisen oder kontinuierlichen motorischen Drehung des Radsatzes und zur Steuerung der Positionen der Spulenanordnungen gegenüber dem Radsatz.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Prüfung eines Radsatzes mittels des

Magnetpulverfahrens in einer ersten Arbeitsstellung,

Fig. 2 eine Frontansicht der Vorrichtung von Figur lund

Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 in einer zweiten Arbeitsstellung.

In dem in Figur 1 dargestellten manuell betätigbaren Ausführungsbeispiel ist ein Gestell 1 mit zwei Beinpaaren 2 und 3 gezeigt, das auf seinem oberseitigen Verschiebetisch 23 zwei horizontal verschiebbare Spulenanordnungen 11 und 18 trägt. Die erste Spulenanordnung 11 ist über einen Seilzug in vertikaler Richtung auf- und ab bewegbar, wobei der Seilzug über eine an einem Träger 12 befestigte Umlenkrolle 14 geführt ist und am entfernten Ende mit einem Gegengewicht 13 versehen ist. Damit lässt sich die erste Spulenanordnung zwar vertikal bewegen, aber hält sich im Wesentlichen in einer Gleichgewichtsstellung.

Die seitliche Verschiebung der ersten Spulenanordnung erfolgt über eine Rollenführung auf dem Verschiebetisch 23 und kann über einen Hebel 20 oder einen Motorantrieb bewirkt werden. Mit 21 ist eine Steuerung gekennzeichnet, die einerseits den für die Ausbildung eines starken Magnetfeldes durch die erste Spulenanordnung erforderlichen Strom bereitstellt und andererseits die erforderlichen Schalt- und Messeinrichtungen enthält. Die Stromzufuhr erfolgt über ein Bandkabel 19.

Die Vorrichtung enthält ferner eine zweite Spulenanordnung 18, die ebenfalls in der Vertikalen verstellbar ist. Auch hierbei wird ein Seilzug verwendet, der über eine an einem Träger 24 befestigte Umlenkrolle 16 geführt ist, an dessen entferntem Ende ein Gegengewicht 17 hängt, um die zweite Spulenanordnung ohne Antrieb in Gleichgewichtslage halten zu können.

Auch der zweiten Spulenanordnung ist eine Steuerung 15 äquivalent der Steuerung 21 für die erste Spulenanordnung zugeordnet. Mittels Handhebel 22 oder Motorantrieb kann die zweite Spulenanordnung in horizontaler Richtung verschoben werden.

Zur Prüfung eines Radsatzes mit Achswelle 8 und zwei Rädern 9 und 10 wird der zuvor auf ein Basisgestell 4 aufgesetzte Radsatz unter das Gestell 1 geschoben und lokal fixiert. Das Basisgestell 4 enthält Rollenpaare 5 und 6, auf denen die Laufflächen der Räder 9 und 10 drehbar ruhen.

Das Verfahren zur Prüfung eines Radsatzes gestaltet sich wie folgt: Zunächst wird die erste Spulenanordnung 11 auf das Rad 10 abgesenkt, so dass sie einen Kreisabschnitt des Rades umfasst. Nun kann die Magnetisierung des Rades durch Aufbau eines Magnetfeldes in der ersten Spulenanordnung, gesteuert über die Steuerung 21, erfolgen. Der Mess-Bereich des magnetisierten Kreisabschnitts wird nun mit Magnetpulver besprüht. Dabei zeigen sich an Rissstellen oder anderen Fehlstellen des zu prüfenden Werkstücks regelmäßige Strukturen, abhängig von der Art des Fehlers. Diese lassen sich optisch auswerten. Dadurch, dass das Magnetpulver fluoreszierend vorbehandelt ist, und die Sichtprüfung unter UV-Licht erfolgt, wird die Sichtbarkeit der Fehler beträchtlich erhöht.

Die Prüfung des gesamten Rades erfolgt dadurch, dass nach Abschluss der Prüfung eines ersten Kreisabschnitts des Rades der Radsatz mittels eines Antriebsmotors 7 mehrfach um einen Drehwinkel gedreht wird, der jeweils kleiner oder wenigstens gleich dem Winkel des Kreisabschnitts des Rades ist, der in einem Prüfzyklus erfassbar ist. Nach Abschluss der Prüfung des ersten Rades wird die erste Spulenanordnung 11 vertikal angehoben und über den Handhebel 20 manuell horizontal verschoben, bis sie auf das zweite Rad des Radsatzes absenkbar ist. Das zweite Rad kann nun in gleicher Weise wie bei der Prüfung des ersten Rades geprüft werden.

Nach oder mit der Verschiebung der ersten Spulenanordnung 11 kann auch die zweite Spulenanordnung 18 soweit horizontal verschoben werden, dass sie auf die Achswelle 8 zwischen den Rädern absenkbar ist. Die zweite Spulenanordnung 18 umschließt die Oberfläche der Achswelle 8 im Wesentlichen halbkreisförmig, so dass für einen Abschnitt der Oberfläche lediglich eine Drehung des Radsatzes um 120°- 180° erforderlich ist. Nach manueller Verschiebung der zweiten Spulenanordnung 18 mittels des Handhebels 22 um jeweils eine Strecke, die dem Messbereich der zweiten Spulenanordnung entspricht, können weitere Abschnitte der Achswelle 8 geprüft werden, bis die gesamte Achswelle 8 ausgewertet ist.

Die Prüfung des Radsatzes mittels der ersten und zweiten Spulenanordnungen kann gleichzeitig oder nacheinander erfolgen. Um die Prüfungszeit weiter zu reduzieren, kann noch eine dritte Spulenanordnung vorgesehen werden, die entsprechend der ersten Spulenanordnung ausgebildet ist. Somit können beide Räder ohne Verschiebung der Spulenanordnung geprüft werden. Damit können die erste und dritte Spulenanordnung in horizontaler Richtung auch im Wesentlichen stationär angeordnet werden, da der Abstand der Räder in den meisten Eisenbahnnetzen einheitlich ist.

Wenn die erste und dritte Spulenanordnung in Radialrichtung jeweils horizontal oder im Winkel von 30 - 90° gegenüber der Senkrechten angeordnet werden, lässt sich eine Positionierung der Räder gegenüber den Spulenanordnungen bereits beim Einfahren des Basisgestells in das Grundgestell erreichen. Damit kann dann auf eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung in vertikaler Richtung verzichtet werden.

Alternativ zur Anordnung der ersten und gegebenenfalls der dritten Spulenanordnung in horizontaler Radialrichtung kann auch vorgesehen sein, den Radsatz mittels einer Hubanordnung in Vertikalrichtung in die jeweils stationär angeordnete erste und gegebenenfalls dritte Spulenanordnung einzuführen, oder die Spulenanordnung an der Unterseite eines angehobenen Radsatzes anzuordnen.

Andere Relativanordnungen und Bewegungen der Spulenanordnungen und des Radsatzes zueinander sind ebenfalls möglich, wie eine horizontale und / oder vertikale Verschiebung des Radsatzes gegenüber stationär angeordneten Spulenanordnungen.

Figur 2 zeigt eine Vorderansicht der Prüfeinrichtung. Die erste Spulenanordnung 11 ist als trapezförmige Spule mit fünf Windungen ausgeführt, die einen Kreisabschnitt eines zu prüfenden Rades umfassen. Dabei können sowohl Quer- und Längs-Fehler in der Laufläche, als auch in Kranz- und Seitenbereichen des Rades festgestellt werden. Bei der zweiten Spulenanordnung 18 handelt es sich um eine halbkreisförmige Spule, die auf die Oberfläche der Achswelle 8 aufsetzbar ist und im Wesentlichen der Erfassung von Querfehlern der Achswelle dient.

In Figur 3 ist eine zweite Arbeitsstellung der Vorrichtung gemäß Figur 1 gezeigt. Hier befindet sich die erste Spulenanordnung 11 auf dem rechten Rad 9 des Radsatzes, nachdem die Spulenanordnung auf dem Gestell 1 manuell bis zum Rad 9 verschoben und auf das Rad 9 abgesenkt wurde. Die zweite Spulenanordnung wurde ebenfalls so weit nach rechts verschoben, dass die zweite Spulenanordnung 18 auf die Achswelle 8 abgesenkt werden konnte. In dieser Arbeitsstellung können die beiden Spulenanordnungen gleichzeitig betrieben werden.

Die Bewegbarkeit der Spulenanordnungen kann durch manuelle Verschiebung erreicht werden. In einer automatisierten Anordnung können die erforderlichen Verschiebungen, die Einschaltung des Stroms in den Spulenanordnungen, die Ausmessung des Magnetfeldes und die zeitlichen Abläufe der Magnetisierung programmiert ablaufen. Dabei kann auch die Bespülung der zu prüfenden Flächen mit Magnetpulver und die optische Erfassung sich zeigender Fehler durch Kamerasysteme bis hin zur automatischen Dokumentation in den automatisierten Ablauf eingebunden werden. Hierbei wird der Radsatz vorzugsweise kontinuierlich gedreht. Die zweite Spulenanordnung wird dabei kontinuierlich seitlich bewegt, so dass der Prüfbereich einen spiralförmigen Verlauf nimmt. Dabei können mit den Spulenanordnungen mitlaufende Kamerasysteme die Prüfbereiche kontinuierlich erfassen.

Bezugszeichen Gestell

, 3 Beinpaare

Basisgestell

, 6 Stützräder

Motor

Achswellen

erstes Rad

0 zweites Rad

I erste Spulenanordnung

2 Halter

3 Gegengewicht

4 Umlenkrolle

5 Steuereinrichtung

6 Umlenkrolle

7 Gegengewicht

8 zweite Spulenanordnung

9 Bandkabel

0 Handhebel

1 Steuereinrichtung

2 Handhebel

3 Verschiebetisch

4 Träger