Post on 02-May-2020
8. Fachtagung ZfP im Eisenbahnwesen – Vortrag 16
Lizenz: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
Schienenprüfung mit Phased Arrays
Thomas HECKEL *, Jessica KITZE *,
Wolf KLEINERT **, York OBERDÖRFER **
* BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin
** GE Sensing & Inspection Technologies GmbH, Hürth
Kurzfassung
Die regelmäßige Ultraschallprüfung von Eisenbahnschienen ist ein fester Bestandteil des
Instandhaltungskonzeptes für das Schienennetz. Hier werden kontinuierlich zahlreiche
Prüfungen mit Prüfsystemen wie zum Beispiel dem Schienenprüfgerät (SPG) durchgeführt.
Bei diesen Untersuchungen stehen die Verortung und die Bestimmung der Fehlerlage und
der Schädigungstiefe im Vordergrund.
Beim Einsatz von konventionellen Prüfköpfen ist der Funktionsumfang begrenzt
durch die Anzahl der eingesetzten Sensoren bzw. der Kanalzahl des Prüfgeräts. Die
Möglichkeiten der Phased-Array-Technik bieten hier Vorteile, da der Funktionsumfang
elektronisch durch das Prüfgerät gesteuert werden kann. Ergänzt um einen Wegaufnehmer
bietet ein solches System zusätzlich die Möglichkeit, die Prüfergebnisse bildhaft
darzustellen.
Die Reichweite der Prüfsysteme hängt im Wesentlichen von dem Verbrauch des
mitzuführenden Wassers, welches für die Ankopplung verwendet wird, und von der
Akkulaufzeit des Ultraschallgerätes, die durch den programmierten Funktionsumfang
bestimmt wird, ab.
Eine Phased-Array-Prüfkopfanordung, die sowohl hinsichtlich ihres
Funktionsumfangs als auch ihres Koppelmittelverbrauchs optimiert worden ist, wird
vorgestellt. Im Vordergrund stehen hierbei die zusätzlichen Prüffunktionen, die durch den
Einsatz der Phased-Array-Technik ermöglicht werden.
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Schienenprüfung mit Phased Arrays
J. Kitze, T. Heckel, BAM, BerlinW. Kleinert, Y. Oberdörfer, GE Sensing & Inspection Technologies, Hürth
8. Fachtagung Zerstörungsfreie Prüfung im Eisenbahnwesen, 18.-20.3.2014, Wittenberge, Vortrag 16
Handgeführte Schienenprüfung
Schienenprüfgerät SPG 2
Schienenprüfgerät SPG 3
2
0°
70°35°70° 55° 70°35°
70°55°
ca. 1
72 m
m
0°
0°70° 70°35° 35°
Prüfanordnung bei Prüfzügen
Einschallwinkel0°, 35°, 70°
Einschallwinkel0°, 35°, 55°, 70°
Einsatz von Phased Array Technik:
1. Entwurf eines neuen Prüfkopfkonzeptes- Reduzierung der Prüfkopfanzahl- Realsierung von verschiedenen Einschallwinkeln - Minimierung der Ankoppelfläche- Realisierung neuer Prüffunktionen
2. Integration eines Wegaufnehmers- Aufnahme und Speicherung von positionsbezogenen Prüfdaten- Bildhafte Darstellung von Prüfergebnissen- Verschiedenen Betriebsmodi möglich (z.B. A-Scan, B-Scan, Sektor-Scan)
für Such- und Analysetechnik
4. Vereinfachung des Handling bei der Prüfung- weniger Bedienelemente- weniger Koppelmittelverbrauch
Projektziele SPG PA-Kopf
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SP Senkrecht-SE-Prüfkopf 2x 8 Elemente, 3 MHz
WP1, WP2 Winkelprüfkopf je 16 Elemente, 3 MHzTranswelle 25° bis 75°
Prüfkopfaufbau SPG PA-Kopf
WP1 SP WP2
Prüfkopfaufbau - Detail
4
Prüffunktionen SPG PA-Kopf
WP1 SP WP2
70°55°
35°
70°55°
35°
0°
Fokussierung SE-Prüfkopf Winkelschwenk Winkelprüfkopf
Gerätesetup
HandprüfungPhasor XS
MechanisiertePrüfungCOMPAS-XXL
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Prüfung 0° mit Fokussierung
Schienenfuß
Bohrung
Übergang
60, 50, 40, 30 mm Fokustiefe
Prüfung mit Sector-Scan
Winkelschwenk WP1 Transversalwelle35° bis 70°Schrittweite 1°
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Mechanisierte Prüfung
Schienentestkörper (Skizze)
Länge 1000 mmHöhe 172 mmBohrungen 5 mmSägeschnitte 2 mm, sichelförmig
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WP1: 35° bis 75° in 1° Schritten WP2: -35°bis -75° in 1° SchrittenSP: 0° Fokusabstand 65 mm Messpunktabstand = 1mm
B-Bild Darstellung
Winkelauflösung 5°
WP1: +35°, +40°, +45°, +50°, +55°, +60°
WP2: -35°, -40°, -45°, -50°, -55°, -60°
SP: 0°
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Reduzierung der Messpunkte
B-Bild: -35°bis -75°; 0°; 35° bis 75° in 5° Schritten, Messpunktabstand = 5mm
B-Bild: -35°bis -75°; 0°; 35° bis 75° in 5° Schritten, Messpunktabstand = 10mm
Zusatzfunktion - TOFD
Einsatz von Longitudinalwellen:- Tiefenzone 1 86°- Tiefenzone 2 82°- Tiefenzone 3 78°- Tiefenzone 4 74°
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Versuchsaufbau - TOFD
30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 mm
Messungen am Testkörper
86° 82° 78° 74°
6 mm8 mm
10 mm12 mm14 mm16 mm18 mm20 mm22 mm24 mm26 mm28 mm30 mm
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Risstiefenbestimmung
30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 mm
Überlagerung von vier TOFD Prüffunktionen
Prüfkopfhalterung
MagneteKoppelmittelzuführungen
Koppelspalt
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Zusammenfassung
Online B-Bild-Darstellung derSchienenprüfung mit wenigenWinkelfunktionen und hohemMesspunktabstand
TOFD-Prüfung zur Bestimmungder Tiefe von senkrechtorientierten Fehlern im Schienenkopf
Optimierte Prüfkopfanordnungfür die geführte Datenaufnahmeim Schritttempo mit Ultraschall Phased Array Systemen
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
J. Kitze, T. Heckel, BAM, BerlinW. Kleinert, Y. Oberdörfer, GE Sensing & Inspection Technologies, Hürth
Unser Dank gilt Herrn Brackrock (BAM) und Herrn Bruch (GE) für die Unterstützung bei den Messungen
8. Fachtagung Zerstörungsfreie Prüfung im Eisenbahnwesen, 18.-20.3.2014, Wittenberge, Vortrag 16
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