UER: System zur Ultraschall-Eigenspannungsmessung an Radkränzen

Klotzgebremste Güterwagenräder erfahren ständig wiederkehrende Aufheiz- und Abkühlprozesse, die abhängig von der Bremssituation stark variieren. Unter diesen thermomechanischen Belastungen verändert sich der Eigenspannungszustand der Radkränze über deren Nutzungsdauer erheblich. Der ursprünglich in der Herstellung thermisch eingebrachte Druckeigenspannungszustand transformiert sich Schritt für Schritt in einen in Umfangsrichtung wirkenden Zugeigenspannungszustand. Kleine Risse, die durch den Rad-Schiene-Kontakt in der Lauffläche immer vorhanden sind, können unter dem Einfluss ausreichend hoher Zugeigenspannungen wachsen und letztendlich zum Bruch des Rades führen. Aus diesem Grund ist die Bestimmung des Eigenspannungszustandes in den Radkränzen von besonderer Bedeutung.

Zur Bestimmung des Eigenspannungszustandes eines Güterwagenrades nutzt »UER« den sogenannten akustoelastischen Effekt. Dieser beschreibt den Einfluss eines gegebenen Spannungszustandes auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in Festkörpern. Die Stärke dieses Einflusses hängt direkt von der Ausbreitungs-/Polarisationsrichtung der Ultraschallwelle in Relation zur Spannungsrichtung ab. Für die Eigenspannungsmessung am Güterwagenrad wird eine linear polarisierte Transversalwelle koppelmittelfrei mit Hilfe eines elektromagnetischen Ultraschallwandlers (EMUS) von der Radkranzseite her eingebracht. Im Rahmen der Messung wird der EMUS-Wandler in Radkränzen Millimeterschritten in radialer Richtung am Radkranz entlang bewegt, wobei an jeder Position zwei hochpräzise Laufzeitmessungen, jeweils mit der Schwingungsrichtung der Transversalwelle tangential und senkrecht zur Lauffläche, erfolgen. Da die Eigenspannungen in radialer Richtung nicht maßgeblich durch die thermomechanischen Vorgänge beim Bremsen beeinflusst werden, können über die Laufzeitdifferenz der beiden Messungen und die materialspezifische akustoelastische Konstante die Eigenspannungen in Umfangsrichtung bestimmt werden.

Zahlreiche stationäre und mobile UER-Systeme des Fraunhofer IZFP sind in den Werken von Bahngesellschaften, Radherstellern und Instandhaltern weltweit im täglichen Einsatz.

Einsatzgebiete

• Schwere Instandhaltung
• Leichte Instandhaltung
• Radherstellung (nach DIN EN13262)
• Radentwicklung

UER IV

• Jahrzehntelange Erfahrung im Industrieeinsatz
• Neues, effizienteres Embedded-System
• Vollständig netzunabhängiger Betrieb
• Kundenfreundliches Rechner-Schnellwechselsystem zur Maximierung der Verfügbarkeit
• Umfassende technische Unterstützung im Einsatz durch das Fraunhofer IZFP-Serviceteam
• Höchste Flexibilität der Anbindung an IT-Infrastruktur am Einsatzort
• Bewährt komfortable und einfach zu erlernende Bedienung

Technische Merkmale

• Vollständige Integration des Prüfsystems in den Manipulator
  • Keine dauerhafte Verbindung zu PC, Laptop oder Tablet für den Betrieb erforderlich
• Fraunhofer IZFP-eigene kompakte Ultraschalltechnologie
  • FPGA-basierte Verarbeitung, Verstärkung und Filterung
  • Koppelmittelfreier elektromagnetischer Ultraschallwandler | Ultraschallsender/-empfänger
• Austauschbare Rechnereinheit für unterbrechungsfreien Prüfbetrieb
• Moderne, plattformübergreifende Software
  • Browserbasierte Applikation kompatibel mit allen gängigen Betriebssystemen
  • Individuelle Nutzerkonten zur Nachverfolgbarkeit von Prüfungen
  • Kabelloser Zugriff auf die Applikation und die Dokumentation
• Herstellerübergreifendes 18V-Akkusystem zum vollständig netzunabhängigen Betrieb

Flyer »UERIV«