DE102004045271B4

DE102004045271B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen eines Prüfkörpers aus ferromagnetischem Material

Info

Publication number: DE102004045271B4
Application number: DE102004045271.7A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2024-09-18
Also published as: DE102004045271A1

Abstract

Verfahren zur Detektion von Fehlstellen eines Prüfkörpers (12) aus ferromagnetischem Material, bei dem eine Magnetisiereinrichtung, die ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, dem der Prüfkörper (12) ausgesetzt ist, um ihn zu magnetisieren, und der Prüfkörper (12) in eine Relativbewegung zueinander versetzt werden, durch die Wirbelströme in dem Prüfkörper (12) induziert werden, und die Fehlstellen anhand von deren Einfluß auf die induzierten Wirbelströme mit einer in Bewegungsrichtung gegen die Magnetisiereinrichtung rückversetzten, nach dem magnetinduktiven Verfahren arbeitenden Sonde (14) für die Wirbelstrom-Werkstoffprüfung nachgewiesen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen eines Prüfkörpers aus ferromagnetischem Material. Speziell geht es um die Prüfung verlegter Eisenbahnschienen. Diese unterliegen im laufenden Betrieb einem Verschleiß, der die Ausbildung typischer Fehlstellen zur Folge hat. Exemplarisch erwahnt seien Squats und Head Checks. Squats sind unterhalb der Schienenoberseite liegende flachige Trennungen, die vorwiegend parallel zur Oberflache verlaufen. Head Checks sind schrag liegende Risse im Bereich der Fahrkante, die vorwiegend in den Bögen an der Außenschiene auftreten. Auch konnen Eisenbahnschienen dellenartige Fehlstellen haben, die durch den Schlupf der Räder beim Anfahren oder Bremsen auftreten.
Materialfehler konnen an Eisenbahnschienen zu Rissen von mehreren mm Tiefe fuhren. Es gilt, in einem automatisierten Prüfablauf auch solche Risse zu erkennen, exakt zu lokalisieren und in ihrem Gefahrdungspotential zu bewerten, wofür einer quantitativen Erfassung der Rißtiefe große Bedeutung zukommt.
Zu prüfende Eisenbahnschienen werden mit einem schienengebundenen Fahrzeug abgefahren, das die Prüfvorrichtung mit sich fuhrt. Angestrebt wird eine Fahrgeschwindigkeit von mehreren zig Kilometern, wenn nicht hundert Kilometern und mehr pro Stunde, eine Fehlstellendetektionstiefe von mehreren mm und eine so hohe Genauigkeit der Fehlstellenlokalisation, daß sich eine jede Fehlstelle garantiert wieder auffinden läßt.
Aus der WO 01/90 738 A2 ist es bekannt, Abstand und Tiefe von Fehlstellen an verlegten Eisenbahnschienen mit einer Wirbelstrom-Prüfsonde millimeter genau zu messen und zur Fehlstellenlokalisation eine GPS-Einheit mit Gyromodul heranzuziehen. In erster Linie werden Head Checks detektiert und bewertet. In der Erfassung tiefer Risse stößt das magnetinduktive Verfahren, nach dem die Wirbelstrom-Prufsonde arbeitet, auf prinzipielle Grenzen. Das die Wirbelstrome induzierende magnetische Wechselfeld muß niederfrequent sein, um eine große Eindringtiefe zu erreichen. Das steht im Widerspruch zu der angestrebten Fahrgeschwindigkeit und Genauigkeit der Fehlstellenlokalisation.
Die US 5 610 518 A beschreibt eine Sensorik mit einem Hufeisenmagneten und mit einem Paar Hall-Detektoren, die symmetrisch zwischen den Polen des Magneten angeordnet und in Differenz geschaltet sind. Mit der Sensorik werden zum einen kleine magnetische Objekte detektiert, die auf das Magnetfeld des Hufeisenmagneten ansprechen. Es wird ein magnetisches Dipolfeld in den Objekten induziert und von den Hall-Detektoren erfaßt. Zum anderen werden mit der Sensorik Risse oder andere Anomalien eines Prüfkörpers aus nicht magnetischem Material detektiert. Die Sensorik wird über die Oberfläche des Prüfkörpers bewegt, um Wirbelströme in dem Material zu induzieren, die ihrerseits ein Magnetfeld erzeugen, das von den Hall-Detektoren erfaßt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen eines Prüfkörpers aus ferromagnetischem Material zu schaffen, die bei hoher Relativgeschwindigkeit zwischen dem Prüfkörper und einer ihn magnetisierenden Magnetisiereinrichtung Fehlstellen großer Tiefe nachzuweisen, genau zu lokalisieren und in ihrer Tiefe quantitativ zu erfassen geeignet sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe erzeugt eine Magnetisiereinrichtung ein magnetisches Gleichfeld, dem der Prüfkorper ausgesetzt ist, um ihn zu magnetisieren. Durch eine Relativbewegung, die Magnetisiereinrichtung und Prüfkorper zueinander vollfuhren, werden Wirbelströme in dem Prüfkörper induziert, und es werden Fehlstellen des Prufkorpers anhand von deren Einfluß auf die induzierten Wirbelstrome mit einer in Bewegungsrichtung gegen die Magnetisiereinrichtung rückversetzten Sonde nachgewiesen. Die Sonde ist eine nach dem magnetinduktiven Verfahren arbeitende Sonde für die Wirbelstrom Werkstoffprüfung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Magnetisiereinrichtung wenigstens ein Joch, dessen Auslage in Relativbewegungsrichtung um so großer ist, je hoher die Relativgeschwindigkeit und je großer die gewünschte Detektionstiefe ist. Es kann sich dabei um das Joch eines Permanentmagneten oder Elektromagneten handeln.
Die erfindungsgemaße Vorrichtung hat eine bevorzugte Verwendung fur die Prufung einer verlegten Eisenbahnschiene. Sie befindet sich dazu an einem schienengebundenen Fahrzeug, das die zu prufende Schiene mit einer die Wirbelstrominduzierung bewirkenden Fahrgeschwindigkeit uberfahrt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung naher erlautert. Es zeigen:
1 die schematische Seitenansicht eines Prüfkörpers und einer Magnetisiereinrichtung in Ruhe, d. h. bei Relativgeschwindigkeit Null;
2 dasselbe bei einer Relativgeschwindigkeit v₁ ungleich Null; und
3 ein Felddiagramm zur Illustration des Fehlstellennachweises mit einer nach dem magnetinduktiven Verfahren arbeitenden Wirbelstrom-Prüfsonde.
1 und 2 zeigen das Joch 10 einer Magnetisiereinrichtung, die ein magnetisches Gleichfeld B erzeugt. Vor dem Joch 10 liegt mit einem Luftspalt ein Prufkorper 12, uber den der magnetische Kreis geschlossen ist.
1 zeigt den magnetischen Feldlinienverlauf, wenn sich Prufkorper 12 und Magnetisiereinrichtung in Ruhe befinden, d. h. eine Relativgeschwindigkeit v ist gleich Null haben. 2 zeigt den Feldlinienverlauf bei einer Relativgeschwindigkeit v₁ ungleich Null. Es tritt ein in Bewegungsrichtung ruckversetztes magnetisches Bremsfeld (Schleppfeld) auf, in dessen Bereich Wirbelstrome induziert werden. Dieses Phanomen ist von der Wirbelstrombremse her bekannt.
Kerngedanke der Erfindung ist, die durch die Relativbewegung induzierten Wirbelstrome zur Detektion von Fehlstellen des Prufkörpers 12 heranzuziehen. Die Fehlstellen haben einen Einfluß auf die Wirbelstrome, der mit einer in Bewegungsrichtung gegen die Magnetisiereinrichtung ruckversetzten Sonde 14 erfaßt werden kann.
3 illustriert das an dem Beispiel einer nach dem magnetinduktiven Verfahren arbeitenden Wirbelstrom-Prufsonde 14. Aufgrund der Relativbewegung von Magnetisiereinrichtung und Prufkorper 12 induziert das magnetische Gleichfeld B Wirbelstrome I, mit denen ein Magnetfeld H einhergeht, das zu einer Permeabilitatsanderung in dem Prufkorper 12 im Bereich einer Fehlstelle fuhrt. Diese Permeabilitatsanderung wird in einem ausgewahlten kleinen Probevolumen, d. h. ortsgenau mit der Wirbelstrom-Prufsonde 14 erfaßt.
Bezugszeichenliste

10: Joch
12: Prüfkörper
14: Sonde

Claims

Verfahren zur Detektion von Fehlstellen eines Prüfkörpers (12) aus ferromagnetischem Material, bei dem eine Magnetisiereinrichtung, die ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, dem der Prüfkörper (12) ausgesetzt ist, um ihn zu magnetisieren, und der Prüfkörper (12) in eine Relativbewegung zueinander versetzt werden, durch die Wirbelströme in dem Prüfkörper (12) induziert werden, und die Fehlstellen anhand von deren Einfluß auf die induzierten Wirbelströme mit einer in Bewegungsrichtung gegen die Magnetisiereinrichtung rückversetzten, nach dem magnetinduktiven Verfahren arbeitenden Sonde (14) für die Wirbelstrom-Werkstoffprüfung nachgewiesen werden.
Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen eines Prüfkörpers (12) aus ferromagnetischem Material mit einer Magnetisiereinrichtung, die ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, dem der Prüfkörper (12) ausgesetzt ist, um ihn zu magnetisieren, wobei Magnetisiereinrichtung und Prüfkörper (12) eine Relativbewegung zueinander vollführen, durch die Wirbelströme in dem Prüfkörper (12) induziert werden, und mit einer in Bewegungsrichtung gegen die Magnetisiereinrichtung rückversetzten, nach dem magnetinduktiven Verfahren arbeitenden Sonde (14) für die Wirbelstrom-Werkstoffprüfung, die dazu geeignet ist die Fehlstellen anhand von deren Einfluß auf die induzierten Wirbelströme nachzuweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisiereinrichtung wenigstens ein Joch (10) hat, dessen Auslage in Relativbewegungsrichtung um so größer ist, je höher die Relativgeschwindigkeit und je größer die gewünschte Detektionstiefe ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisiereinrichtung ein Permanentmagnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisiereinrichtung ein Elektromagnet ist.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 für die Prüfung einer verlegten Eisenbahnschiene, bei der sich die Vorrichtung an einem schienengebundenen Fahrzeug befindet, das die zu prüfende Schiene mit einer die Wirbelstrominduzierung bewirkenden Fahrgeschwindigkeit überfährt.