JP6192717B2 - 鉄道用車輪を検査するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、使用に起因する摩耗及び／又は材料欠陥に関して鉄道用車輪を検査するための技術的な解決手段に関する。この場合、鉄道車両に取り付けられた鉄道用車輪が、この鉄道車両の走行移動中に検査される。

様々な構造の鉄道用車輪が公知である。当該鉄道用車輪は、例えば、車輪体上に焼き嵌めされ且つレール上を転動する車輪リム部又は中実体から成る車輪円盤を有する。この車輪円盤では、その踏面が、この車輪円盤の一体化部分として形成されている。具体的なそれぞれの構成に関わらず、鉄道用車輪は、車輪レール系における大きな荷重がかかる要素であり、レールとの接触によって必ず摩耗する。当該踏面が、それらの踏面とレール頭部との接触に起因して摩耗し、車輪フランジが、それらの車輪フランジと当該レール頭部の内面との接触に起因して、特に線路のカーブ内とポイントの通過時に摩耗する。当該車輪の、機能に起因するこの摩耗のほかに、材料欠陥も、車輪の過荷重によって又は製造時の製造誤差によって発生し得る。それ故に、さらに安全な走行動作を保証するため、鉄道用車輪が、従来の方法（超音波、渦電流、Ｘ線）を用いて手動又は半自動的に一定の間隔で材料欠陥に関して検査される。しかしながら、１本の列車における多数の車軸に起因して、当該検査は、停車期間を長くさせ、優秀な適任者と相当程度の検査技術の使用とを必要とする。これに関しては、様々な検査方法が、従来の技術として既に公知である。

すなわち、独国特許第６９３０３９８９号明細書は、特に鉄道用車輪の製造業者のために適した、鉄道用車輪における硬度及び残留応力を検査するための技術的解決手段を開示する。当該硬度は、ボール圧子によって検査され、当該残留応力は、超音波を用いて検査される。この場合、測定技術を制御するための多数の固定装置及び移動装置を有るガントリー式の装置が使用される。

独国特許第１０３５２１６６号明細書は、修理工場で使用するために考案された、取り付けられた状態の鉄道用車輪の踏面の表面状態を半自動的に検出するための装置に関する。この場合、それぞれ１つの測定装置が、１つの車軸の両車輪用の１つの測定プラットフォーム上に配置されている。両車輪が、若干持ち上げられた後に、回転運動に移行され、各車輪の踏面が、測定ビームによってインクリメンタル式に走査される。測定装置と当該車輪の踏面との間の、この測定ビームによって検出された距離が、非真円度及び表面状態を評価するためにコンピュータ制御式に計測される。

いわゆる測定子を有する装置が、独国特許第１１２００６００２１２３号明細書から公知である。この測定子は、鉄道用車輪上に取り外し可能に取り付けられ得、当該鉄道用車輪の一般的な幾何学的構成要素を測定するための複数のセンサ、例えばフランジ高さセンサ及びフランジ厚さセンサに付設されている。この測定子は、制御評価装置と相互に作用する。

独国特許出願公開第１９９２４７８１号明細書は、鉄道車両に取り付けられた鉄道用車輪を検査するための別の技術的解決手段を開示する。この場合、１つの鉄道列車が、低い速度で検査区間上を走行される。最初に、１つの検査測定子が、当該検査区間に対して平行な１つの走行レール上で、直線動作によって当該鉄道列車の走行速度に合わせられ、次いでこの検査測定子が、鉄道用車輪に接触する。

同様な解決手段の使用が、独国特許第１９９４３７４４号明細書から公知である。この場合、列車が、メンテナンス用のハンガーレール内に乗り入れ中に、特に車輪リム部とリム部フィレットとが、定期検査用の検査線路上で複数の検査測定子によって同時に検査される。

鉄道用車輪を検査するための多くの技術的解決手段が、既に公知であるものの、さらなる改良の余地がある。何故なら、特に、ロバストで且つ効率の良い自動検査技術が、益々要求されているからである。

独国特許第６９３０３９８９号明細書 独国特許第１０３５２１６６号明細書 独国特許第１１２００６００２１２３号明細書 独国特許出願公開第１９９２４７８１号明細書 独国特許第１９９４３７４４号明細書

本発明の課題は、摩耗する構造部品又は構造部分を有する様々な構造の鉄道用車輪が、場合によっては起こり得る破損に関して短期間に許容できるコストで検査され得る技術的解決手段を提供することにある。特に、当該鉄道用車輪の検査は、走行動作中に実施されなければならない。当該検査によれば、完全な１つの列車に対する検査結果が、走行期間中に、付設された検査装置によって提供され得る。さらに、様々な欠陥の検出が、当該検査工程時に保証されなければならない。

転動する鉄道車軸が、空間的に限定された磁場を通過し、この磁場が、複数のレールを通じて印加され、当該鉄道車両が、これらのレール上で運転されることによって、この課題は、方法技術的に解決される。１つの装置が、この課題のために使用される。この装置では、１つの電磁石が、これらのレール同士間に配置されている。磁束の変化を記録するための１つの測定巻線も、この電磁石上に設けられている。好適な構成は、従属請求項に記載されている。これらの好適な構成の技術的な特徴は、実施の形態に詳しく説明されている。

本発明によれば、鉄道用車輪の材料が、荷重を受けた転動する１つの輪軸を透過する磁束を分析することによって検査される。このため、左側のレールと右側のレールとが、１つの磁石の磁極片を機能的に形成するように、１つの線路区間が提供される。通常の構造の鉄道用車輪は、強磁性鋼から成る複数の構造部品を有し、特に１つの輪軸の軸と２つの車輪円盤とを有し、場合によってはブレーキディスク及び／又はピニオンギアも有する。当該輪軸を通じてこの線路区間の一方のレールから他方のレールまで透過する磁束が、車輪とレールとのヘルツ接触面によって、軸上の車輪円盤の車輪座によって、及び荷重の変化中に予め磁化された回転している材料中のいわゆるバルクハウゼンジャンプによって変調される。したがって、正確に回転対称な車輪体では、構造又は踏面に欠陥を有する車輪体とは違う変調が発生する。すなわち、異なる信号が、実際の車輪状態に応じて発生する。対応する複数の信号変化が、分析され、分類され、これらの信号変化の特徴にしたがってその車軸の躯体的な状態に割り当てられる。

したがって、本発明によれば、材料欠陥を検出するための技術的解決手段が、取り付けられた鉄道用車輪の状態で列車の走行中に提供可能である。この場合、上記課題を解決するための手段は、磁束の変化によって回転している輪軸内の欠陥を見つけ出すことを含む。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の装置の基本構成の横断面を概略的に示す。 図１による装置の側面を示す。

図面に示された装置は、（図示されていない）鉄道車両に取り付けられている鉄道用車輪を検査することを目的とする。この場合、車軸１が、鉄道車両の走行移動中に１つの線路区間を転動する。この線路区間には、１つの電磁石が、左側のレール２と右側のレール３との間に配置されている。この電磁石は、励磁コイル４と検出器コイル５とから構成される。この検出器コイル５は、磁束の変化を記録するための測定巻線として効力を発揮する。

測定信号に起因する渦電流損失を小さく保持するため、当該電磁石４；５は、特に変圧器用電磁鋼板又はフェライトから成る。この電磁石４；５は、多様に構成され得る。したがって、レール２とレール３とが、電磁石として機能するように構成されたまくら木６を介して結合され得る。同様に、測定巻線５が、磁束の変化を記録するためにこのまくら木６上に配置されている。この代わりに、電磁石４；５が、まくら木としての支持機能を伴わずにレール２とレール３との間に取り付けられることが可能である。具体的な構成に関わらず、時間的に速く変化する磁束の変化を記録するため、複数のホール素子又は機能的に等価な複数の磁気センサが、これらのレール２及び３とこの電磁石４；５との間に取り付けられている。

（例えば、１つのボギー台車内のような）近くに並んで存在する少なくとも２つの車軸１が、並行して検査可能であるように、特に、それぞれ２つのレール２；３から構成された線路区間７の長さ及び数が選択される。さらに、通常の１つの鉄道用車輪の全周が、各線路区間７によって検査可能であるように、これらの線路区間７の長さ及び数が選択されることが有益である。例えば、それぞれ１．１メートルの長さを有する４つの線路区間７が使用されるならば、これらの要求は満たされ得る。この場合、このことは、本発明の構成を限定するものとみなしてはならない。別の好適な構成は、連続する複数の線路区間７がそれぞれ、複数のミューメタルプレート８によって互いに分離されていて且つ互いに連結されていることを提唱する。

使用に起因する摩耗及び／又は材料欠陥に関して鉄道用車輪を検査するため、当該鉄道車両に取り付けられた鉄道用車輪が走行移動される。この場合、当該転動方向が、図２に矢印によって概略的に示されている。転動する鉄道車軸１が、図１及び２による装置の使用中に空間的に限定された磁場を通過する。この磁場は、当該鉄道車両が走行するレール２及び３を通じて印加される。当該磁束が、図１に循環している矢印の輪郭線によって概略的に示されている。その結果、測定信号が電磁誘導される。当該測定信号は、特に、転動する車輪とレールとの接触によって、車輪の荷重によって及び車軸１の材料組織によって影響を受ける。これらの測定信号の評価は、検査された鉄道車軸１の、使用に起因する摩耗又はその他の材料欠陥に関する情報の提供を可能にする。

１ 輪軸
２ レール
３ レール
４ 励磁コイル
５ 検出器コイル／測定巻線
６ まくら木
７ 線路区間
８ ミューメタルプレート

Claims (8)

1. 使用に起因する摩耗及び／又は材料欠陥に関して鉄道用車輪を検査するための方法であって、鉄道車両に取り付けられた前記鉄道用車輪が、この鉄道車両の走行移動中に検査され、転動する鉄道車軸が、空間的に限定された磁場を通過し、この磁場が、複数のレールを通じて印加され、当該鉄道車両が、前記複数のレール上で運転される当該方法において、
   １つの電磁石（４；５）が、前記複数のレール（２；３）間に配置され、
   この電磁石（４；５）上に一緒に配置されている１つの測定巻線が、磁束の変化を記録することを特徴とする方法。
2. 使用に起因する摩耗及び／又は材料欠陥に関して鉄道用車輪を検査するための装置であって、請求項１に記載の転動する鉄道車軸が、空間的に限定された磁場を通過し、この磁場が、前記複数のレールを通じて印加され、当該載せられた鉄道車両が、前記複数のレール上を走行されることによって、鉄道車両に取り付けられた前記鉄道用車輪が、この鉄道車両の走行移動中に検査される当該装置において、
   １つの電磁石（４；５）が、前記複数のレール（２；３）間に配置されていて、磁束の変化を記録するための１つの測定巻線が、この電磁石（４；５）上に一緒に配置されていることを特徴とする装置。
3. 前記複数のレール（２；３）は、機能的に電磁石として構成されたまくら木（６）を介して結合されていて、前記磁束の変化を記録するための１つの測定巻線（５）がこのまくら木（６）上に一緒に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 複数のホール素子又は機能的に等価な複数の磁気センサが、前記複数のレール（２；３）と前記電磁石（４；５）との間に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
5. 前記複数のレール（２；３）間の前記電磁石（４；５）は、変圧器用電磁鋼板又はフェライトから成ることを特徴とする請求項２に記載の装置。
6. 近くに並んで存在する少なくとも２つの車軸（１）が、並行して検査可能であるように、それぞれ２つのレール（２；３）から構成された線路の区間（７）の長さ及び数が選択されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
7. 通常の１つの鉄道用車輪の全周が検査可能であるように、それぞれ２つのレール（２；３）から構成された線路の区間（７）の長さ及び数が選択されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
8. それぞれ２つのレール（２；３）から構成された連続する複数の線路の区間（７）がそれぞれ、複数のミューメタルプレート（８）によって互いに分離されていて且つ互いに連結されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。

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