EP-4382904-B1 - TEST HEAD PROBE FOR ULTRASONIC TESTING OF WHEEL SET SHAFTS WITH AN INTERIOR LONGITUDINAL BOREHOLE

Inventors

• Rohrschneider, Arne
• Oelschlägel, Thomas
• KURZ, JOCHEN

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20231117

Claims (3)

1. Test head probe (20) for ultrasonic testing of wheel set shafts (10) with an internal longitudinal hole (11), comprising a plurality of test head carriers (30, 40) which are arranged offset by an intermediate angle with respect to a longitudinal center axis (A) of the test head probe (20), characterized in that the test head carriers (30, 40) are supported so as to be able to be rotated simultaneously about this longitudinal center axis (A), wherein each test head carrier (30, 40) is constructed from one transmitting test head (31, 41) and a plurality of receiving test heads (32...39; 42...49) which are arranged along a longitudinal extent of the test head probe (20) which is parallel with the longitudinal center axis (A), wherein the transmitting test head (31) of at least a first test head carrier (30) of the test head probe (20) is configured for a sound output of a sound beam at an angle (α) which is deflected with respect to an interface normal (D 31 ) at the noise output location (C 31 ) in the mathematically positive sense and the transmitting test head (41) of at least a second test head carrier (40) of the same test head probe (20) is configured for sound output of a sound beam at an angle (β) which is deflected with respect to the interface normal (D 41 ) at the noise output location (C 41 ) in the mathematically negative sense.
2. Test head probe according to patent claim 1, characterized in that the test head probe (20) comprises two test head carriers (30, 40) which are arranged offset relative to each other at an intermediate angle of 180° with respect to the longitudinal center axis (A) of the test head probe (20).
3. Test head probe according to patent claim 1 or 2, characterized in that the test heads of a test head carrier are combined to form an array which is constructed from a plurality of test heads.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfkopfsonde zur Ultraschall-Prüfung von Radsatzwellen mit innenliegender Längsbohrung, umfassend eine Mehrzahl von zueinander in Bezug auf eine zentrale Mittel-Längsachse der Prüfkopfsonde um jeweils einen Zwischenwinkel versetzt angeordneten Prüfkopfträgern. Die Radsatzwellen von Schienenverkehrsfahrzeugen werden regelmäßig auf das Vorliegen von Fehlern und Inhomogenitäten kontrolliert. Unter anderem erfolgt eine Prüfung hinsichtlich des Vorliegens von Fehlern im Material der Radsatzwelle. Insbesondere können betriebsbedingte Risse an der Außenoberfläche der Radsatzwelle entstehen. Diese werden mittels einer mit Winkelprüfköpfen ausgestatteten Prüfkopfsonde detektiert, die in einer Innenbohrung der Radsatzwelle linear entlang der Längsachse der Innenbohrung verfahrbar und um diese Längsachse drehbar gelagert ist. Unter Ausnutzung des an sich bekannten Winkelspiegeleffekts können Inhomogenitäten, die im Wesentlichen senkrecht zur Prüffläche bzw. zur Außenoberfläche der Radsatzwelle orientiert sind, nachgewiesen werden. Dieser beruht im Wesentlichen darauf, dass der Prüfstrahl durch zweifache Reflexion - nämlich an der zur Prüffläche entgegengesetzten Außenfläche der Radsatzwelle sowie an der Inhomogenität bzw. am Riss selbst - in Richtung auf den Prüfkopf zurück reflektiert wird und dort detektierbar ist. Aus dem geometrischen Versatz zwischen den Bündelachsen des gesendeten und des empfangenen Prüfstrahls in einer zur Längsachse der Innenbohrung parallelen Bezugsrichtung kann auf die Lage des Risses innerhalb der Radsatzwelle geschlossen werden. Bei randschichtgehärteten Radsatzwellen erfolgt die Rissbildung jedoch nicht an der Außenoberfläche der Radsatzwelle, sondern in deren innerem Volumen, zumeist direkt unterhalb der randschichtgehärteten Zone. Zur Detektion solcher tief liegender Inhomogenitäten kommt gemäß des Standes der Technik die sog. "Tandemtechnik" zur Anwendung, bei der zwei zueinander beabstandete Winkelprüfköpfe verwendet werden, die unter jeweils gleichem Winkel und in die gleiche Richtung orientiert sind, sowie deren akustische Achsen in derselben Ebene senkrecht zur Prüffläche liegen, wobei ein erster Prüfkopf zum Senden und der jeweils andere Prüfkopf zum Empfangen verwendet wird. Durch Variieren des Abstandes zwischen dem sendenden und dem empfangenden Prüfkopf in einer zur Längsachse der Innenbohrung parallelen Bezugsrichtung können Inhomogenitäten mit unterschiedlicher Tiefenlage nachgewiesen werden, sofern diese senkrecht zur Prüffläche orientiert sind. Dies ist insbesondere in solchen Bereichen einer Radsatzwelle notwendig, wo sich deren Außendurchmesser bzw. Querschnittsfläche verändert, wie z.B. an den Korbbögen im Übergangsbereich zwischen einem Wellensitz und dem Wellenschaft. Diese Bereiche werden im Kontext dieser Erfindung nachfolgend als "Übergangsbereiche" bezeichnet. In solchen Übergangsbereichen folgt die randschichtgehärtete Zone annähernd dem Verlauf der Querschnittsübergänge. Somit liegen die in den Querschnittsübergängen zu erwartenden Fehler in unterschiedlichen Tiefen. Mit zunehmender Tiefenlage eines erwarteten Fehlers muss der Abstand der Prüfköpfe in einer zur Längsachse der Innenbohrung parallelen Bezugsrichtung vergrößert werden. Hierzu können die sendenden bzw. empfangenden Prüfköpfe innerhalb eines Prüfkopfträgers zueinander in einer zur Längsachse der Innenbohrung parallelen Richtung verschiebbar angeordnet sein oder es ist eine Mehrzahl von starren, aber zueinander in dieser Bezugsrichtung gleich beabstandeten empfangenden Prüfköpfen vorgesehen. In beiden Fällen ist gewährleistet, dass ein zu Prüfzwecken ausgesendetes und an Inhomogenitäten in unterschiedlicher Tiefenlage reflektiertes Ultraschallsignal tatsächlich auf einen empfangenden Prüfkopf trifft. Wird jedoch in solchen Übergangsbereichen der Korbbogen angeschallt, so kommt es wegen der dort fehlenden Parallelität der Außenoberfläche der Radsatzwelle in Bezug auf die Längsachse der Innenbohrung zu Reflexionen, die nicht in dieser Prüfkopfanordnung empfangen werden können. Eine zuverlässige Detektion und Lokalisierung von Inhomogenitäten ist in solchen Bereichen deshalb nicht möglich. Aus US 7,178,418 B2 und US 2019/0360976 A1 sind Prüfkopfsonden für "Molche" bzw. "pigs" bekannt, die zur zerstörungsfreien Prüfung von langen Rohrleitungen mittels translatorischen Verfahrens entlang der Längserstreckung der Rohrleitung genutzt werden. Solche Prüfkopfsonden umfassen eine Vielzahl von über ihren Außenumfang verteilt angeordneten Prüfköpfen, deren relative Anordnung zueinander eine vollständige Abdeckung der Innenwand der zu prüfenden Rohrleitung während eines solchen translatorischen Verfahrens der Prüfkopfsonde entlang der Längsachse der zu prüfenden Rohrleitung ermöglichen soll. Solche Prüfvorrichtungen sind jedoch auf Wanddickenmessung und oberflächennahe Rissprüfungen von Rohrleitungen optimiert. Hingegen sind Risse, die nicht von einer Oberfläche des Prüfobjekts ausgeh