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Radprüfung während der Produktion

16.09.1998 - (idw) Fraunhofer-Gesellschaft

Eisenbahnräder müssen extreme Belastungen aushalten: Hohe Temperaturschwankungen und enorme mechanische Kräfte wirken auf sie. Ein moderner Radprüfstand auf der Basis der Ultraschallprüfung ermöglicht eine schnelle, unkomplizierte und sichere Überprüfung der Räder während der laufenden Produktion.


CAD-Simulation der automatisierten Eisenbahnprüfanlage. Die eingehängten Räder werden zum Prüfstand transportiert.
CAD-Simulation des Prüfstandes mit integrierter Drehvorrichtung. Das Rad wird unter Wasser per Ultraschall auf Materialfehler untersucht. Radprüfung während der Produktion

Eisenbahnräder müssen extreme Belastungen aushalten: Hohe Temperaturschwankungen und enorme mechanische Kräfte wirken auf sie. Um eine möglichst hohe Qualität zu sichern, stellt der Internationale Eisenbahnverband UIC (Union Internationale des Chemins de Fer) strenge Anforderungen an die Hersteller. Ein moderner Radprüfstand auf der Basis der Ultraschallprüfung ermöglicht eine schnelle, unkomplizierte und sichere Überprüfung der Räder während der laufenden Produktion.

Für die Produktion von Vollrädern und Radreifen gelten strenge Vorschriften. Die chemische Zusammensetzung der zu verwendenden Stahlsorte ist ebenso festgelegt wie ihr metallurgischer Zustand. Mit umfangreichen, zerstörenden Prüfverfahren kontrollieren die Hersteller, ob die Werte für Festigkeit und Zähigkeit eingehalten werden. Um während der Produktion jedes Stück zu testen, sind zerstörungsfreie Verfahren wie die Ultraschallprüfung notwendig: Nach den Regeln der UIC werden die Räder in zwei Richtungen senkrecht zu den Hauptverformungsrichtungen beschallt. Zusätzlich muß man jedoch auch Inhomogenitäten berücksichtigen, die zum Beispiel von der Innenseite der Radreifen her entstehen können. Derartige Materialfehler frühzeitig zu erkennen, war das gemeinsame Ziel von Ingenieuren der Fraunhofer-Technologie-Entwicklungsgruppe TEG in Stuttgart und des Fraunhofer-Instituts für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP in Saarbrücken. Sie entwickelten eine Prüfanlage, bei der Eisenbahnräder und Radreifen per Ultraschall auf Materialfehler untersucht werden - und das ohne den laufenden Produktionsprozeß zu behindern.

Der Ablauf ist unkompliziert und sicher: An einer vorgegebenen Position wird das Rad aus dem Produktionsprozeß entnommen. Während ein Lader das Rad schwenkt, ermitteln Sensoren seine Größe und Dicke, um es optimal auf dem Prüfstand zu positionieren. Für die Prüfung wird das Rad in ein Wasserbecken getaucht. Das Wasser dient dabei als Koppelmedium, weil es im Gegensatz zur Luft die hochfrequenten Schallwellen gut auf das Bauteil überträgt. Nun fahren mehrere Ultraschallprüfköpfe heran. Der Clou: Alle Prüfsensoren lassen sich unabhängig voneinander einstellen und an unterschiedliche Radgrößen und Anforderungen anpassen. Ist der Stahl fehlerfrei, treten zwischen den ein- und austretenden Signalen keine weiteren Signale auf. Sind hingegen Hindernisse im Material, etwa Hohlstellen, Risse oder metallische Einschlüsse, werfen sie die Schallwellen zurück. Die Prüfergebnisse erscheinen umgehend auf einem Monitor. Anhand der unterschiedlichen Signale können die Ingenieure feststellen, wo die fehlerhafte Stelle liegt, wie groß und welcher Art sie ist. Sobald die Prüfung abgeschlossen ist, kann das Rad wieder in den Produktionsprozeß eingegliedert oder aussortiert werden. Der gesamte Vorgang dauert nicht länger als 60 Sekunden. "Das Besondere an unserem Verfahren ist die Kombination von senkrecht und schräg eingeschallten Wellen", erklärt Friedhelm Walte aus dem IZFP. "Auf diese Weise können wir selbst schwierig zu erfassende Längsrisse im Material feststellen."

Das vollautomatisierte Verfahren erleichtert die Qualitätssicherung der Räder enorm. Gleichzeitig sinken die Prüfkosten. Sie liegen - gemessen an den Gesamtkosten - nur noch im Promillebereich. "Die neu entwickelte Fehlerdetektion per Ultraschall ist nicht nur auf Eisenbahnräder begrenzt. Eine Übertragung dieser Technik auf andere Produkte bei denen ebenfalls eine besonders hohe Qualität im Vordergrund steht ist durchaus vorstellbar", meint Joachim Montnacher von der TEG. "Wir denken dabei etwa an Eisenbahnschienen, Schrauben und Bolzen für die Luftfahrt oder Radscheiben für Turbinen."

Das Herzstück der Anlage, der automatische Prüfstand mit Unter-Wasser-Ultraschallprüfung, wird der Öffentlichkeit erstmals vom 22. bis 25. September auf der Motek '98 in Sinsheim (Halle 2, Stand H438) vorgestellt. Eine Pilotanlage ist in Planung.

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Joachim Montnacher
Telefon 07 11/9 70-37 12, Telefax 07 11/9 70-39 96
Fraunhofer-Technologie-Entwicklungsgruppe TEG
Nobelstraße 12, D-70569 Stuttgart
email: jhm@teg.fhg.de

Dipl.-Ing. Friedhelm Walte
Telefon 06 81/93 02-38 30, Telefax 06 81/93 02-59 30
Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP
Universität Gebäude 37, D-66123 Saarbrücken
email: walte@izfp.fhg.de
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