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Automatisierte Ultraschallscanner zur Kontrolle von Weichen

Eine mobile Kontrolle von Weichen ist sinnvoll.

Verkehr und Mobilität

Die Stelle, an der sich zwei Bahnschienen kreuzen oder trennen, hat komplexe X-förmige Mechanismen zum Gleiswechsel. Diese sogenannten Weichen enthalten eine feste V-förmige Struktur namens Herzstück. Nur am Herzstück hat der Zug keinen Kontakt mit den Gleisen. Jedes Rad überspringt eine kleine Lücke, was zur dauerhaften wiederholten Belastung des Herzstücks führt. Da Herzstücke extremen Belastungen ausgesetzt sind, die zu Brüchen und somit Entgleisungen führen können, werden sie aus extrem hartem Manganstahl hergestellt. Das verringert die Notwendigkeit der Wartung jedoch nur und macht sie nicht überflüssig. Derzeitige Prüfmethoden bergen alle ihre Schwierigkeiten, welche ihre Machbarkeit beeinträchtigen. Optische Methoden erkennen zum Beispiel nur oberflächliche Mängel. Radiografische (Röntgen-) Methoden sind teuer und gefährden das Wartungspersonal. Aktuelle Ultraschallmethoden erzeugen zu viel akustische Rückstreuung bei Anwendung an Manganstahl.

Weicheninspektion

Die konventionelle Wartung von Weichen erfordert deren komplette Demontage. Das ist enorm zeitaufwendig und teuer. Um diese Kosten zu vermeiden, werden Weichen häufiger gewechselt als notwendig, was zwar vorsichtig, aber dennoch teuer ist. Deshalb hat das EU-finanzierte Projekt SAFTInspect ein neues, automatisiertes Ultraschallgerät zur Prüfung von Weichen entwickelt, das auch Mängel unter der Oberfläche erkennen kann. Zusätzlich zum Scanner hat das Team auch Algorithmen zur Datenverarbeitung und dazugehörige Software erarbeitet. Die Vorrichtung besteht aus einem Fahrgestell namens „Cross Inspect“, der auf den Gleisen fahren kann. Dieses Fahrzeug erkennt eine Weiche, wenn es darüberfährt. Zum Scannen wird er durch Elektromagneten an der Weiche befestigt und wieder gelöst, sobald der Scanvorgang abgeschlossen ist. Während des Scanvorgangs steuern zwei getrennte Motoren einen innovativen Ultraschallscanner entlang der Oberfläche des Herzstücks. Der Scanner weist einige neue Fortschritte auf, die den Scan von Manganstahl ermöglichen. Mängel im Stahl werfen Ultraschallechos zurück.

Analyse und Visualisierung

Ein Wandler leitet die gesammelten Echos zur Verarbeitung und Analyse aus der Ferne weiter. „Der Wandler hat auch mehrere Mechanismen, die Wasser als Ultraschallmittel auf das Herzstück sprühen“, erklärt Projektmanager Roberto Puyol. Eine separate Analyseeinheit mit den im Projekt entwickelten Algorithmen verarbeitet die Echodaten. Diese produziert 2D- und 3D-Bilder jeglicher Mängel. Das System zeichnet die Entwicklung der Mängel auf. Je nach Zustand der Weiche gibt das System Empfehlungen für angebrachte Wartungsarbeiten aus. Diese könnten der Austausch der Weiche oder eine vorübergehende Geschwindigkeitsbegrenzung für Züge auf bestimmten Streckenabschnitten sein. „Die Ergebnisse sind sehr zufriedenstellend“, berichtet Puyol. „Wir konnten Risse von 0,5 mm in einer Tiefe von 5 cm im Herzstück erkennen.“ Die Tests zeigten auch die Wirksamkeit der Visualisierungstechnologien des Projekts. Trotz der vielversprechenden Ergebnisse befindet sich die Forschung noch im Anfangsstadium. Eine spanische Eisenbahnbehörde zeigte sich interessiert, das SAFTInspect-System einzusetzen, um den Weichenzustand in einem 15 Meter langen Kreuzungsabschnitt zu prüfen. Bevor dies möglich ist, muss das Team die Hardware optimieren und die Software umgestalten. Das Team wird außerdem an zusätzlichen Methoden arbeiten, welche die Einschränkungen der optischen sowie der Röntgen-Scantechnik umgehen. Sobald es für den weitverbreiteten Einsatz bereit ist, wird SAFTInspect eine verlässliche, praktische und günstige Methode zur Prüfung des Zustands von Weichen darstellen.

Schlüsselbegriffe

SAFTInspect, Eisenbahn, Ultraschall, Zug, Weicheninspektion, Wandler, Cross Inspect

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