Die Geschichte der Eisenbahn, eines der ältesten Beförderungsmittel der Neuzeit, kann beinahe 500 Jahre zurückverfolgt werden. Das weitreichende, aber auch älter werdende Eisenbahnnetz erfordert eine konstante Instandhaltung, um die Funktionsfähigkeit und einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.
Zur Aufrechterhaltung der Qualität sowohl der Schienen als auch der Komponenten von Eisenbahnwaggons werden zahlreiche zerstörungsfreie Prüfverfahren (ZfP) eingesetzt. Diese Verfahren reichen von der sogenannten Klopfprüfung unter Verwendung von Klopfschall zur Erkennung von Rissen in Rädern bis hin zur Eindringprüfung mit bestimmten Farben zur Erkennung von Ermüdungsbrüchen in Radschaft und -welle von Dampflokomotiven. Die Ultraschallprüfung (UT) ist derzeitig die bevorzugte ZfP-Methode in der Eisenbahnindustrie.
Die Ultraschallprüfung verwendet zur Dickenmessung, Fehlererkennung und Analyse der Materialeigenschaften hohe Frequenzen und gerichtete Schallwellen. Eine Ultraschallprüfung erfordert einen Schallkopf, der Ultraschallsignale sendet, durch das Metall schallt und die Signale wieder empfängt, sowie ein Prüfgerät, das die Ergebnisse verarbeitet. UT wird in den verschiedensten Bereichen eingesetzt und ist besonders für die Prüfung von Schienen wichtig.
Prüfung von Schienen
Im Laufe der Zeit bilden sich an Schienen Unregelmäßigkeiten, die entweder durch herstellungsbedingte Schweißfehler oder durch die Beanspruchung im Betrieb stammen. Diese Unregelmäßigkeiten können unerkannt zu folgenschweren Störungen führen. Daher müssen sie mithilfe eines systematischen Instandhaltungs- und Sicherheitsprogramm überwacht werden. Heute werden Schienen überwiegend mithilfe von Schienenprüffahrzeugen oder -zügen geprüft. Bei einem Verfahren wird die Prüfung mit einem Schienenprüffahrzeug durchgeführt, dem ein zweites Fahrzeug zur Bestätigung einer Unregelmäßigkeit folgt („Chase Car Process“). Wird bei einer solchen Prüfung ein möglicher Fehler erkannt, wird die Stelle an das zweite Fahrzeug übertragen. Dort muss überprüft werden, ob tatsächlich ein Defekt existiert. Wenn dem so ist, muss jeder Schienenfehler gemeldet werden, damit er umgehend behoben werden kann.
Eine andere häufig eingesetzte Prüfmethode für Schienen ist ein Prüfsystem, das von einem Prüfer über eine Schiene oder beide Schienen gleichzeitig in Schrittgeschwindigkeit geschoben wird, wobei die Prüfdaten auf einem Monitor visuell interpretiert werden. Die Methoden mit zweitem Fahrzeug und von Hand geführtem Prüfsystem verwenden Schallköpfe für Senkrecht- und Schrägeinschallung, um mögliche Fehler oder Unregelmäßigkeiten in der Schiene zu erkennen.
Erkennung von Unregelmäßigkeiten
Typische betriebsbedingte Unregelmäßigkeiten an Schienen sind Anrisse zwischen Schienenkopf und Steg, Längsfehler im Schienenkopf, Sprödbrüche, Querfehler, lokbedingte Brandstellen, Abblättern und Risse in Nietlöchern. Anrisse zwischen Schienenkopf und Steg und Längsfehler sind leicht mittels eines Ultraschallprüfgeräts mit einem Schallkopf von 2,25 MHz/0,50 Zoll für Senkrechteinschallung (wie dem A106S) auf der Mittellinie der Schiene erkennbar. Durch das Betrachten des Echosignals kann ein Anriss zwischen Schienenkopf und Steg durch Verlust des Rückwandechos, das die Reflexion des Ultraschallsignals von der Basis der Schiene darstellt, bestätigt werden.
Risse in Nietlöchern und Querfehler werden üblicherweise mit einem Schallkopf von 2,25 MHz/0,50 Zoll für Schrägeinschallung (wie dem A540S zusammen mit dem ABSA-5T-X) erkannt. Risse in Nietlöchern neigen dazu, sich im 45°-Winkel auszubreiten, wodurch sie besonders schnell mit einem 45°-Winkelschallkopf zu erkennen sind. Für die Erkennung von Querfehlern und Sprödbrüchen werden jedoch Winkelschallköpfe mit höheren Einschallwinkeln (normalerweise 60° bis 80°) benötigt. Die Nachweisempfindlichkeit ist bei Unregelmäßigkeiten, die in derselben horizontalen Richtung wie die Hauptverkehrsrichtung nach unten geneigt verlaufen, am höchsten.
Ein seitlich abgeschrägter Winkelschallkopf für Durchschallung ist besonders für die Lokalisierung von Sprödbrüchen geeignet. Normalerweise handelt es sich bei den Schallköpfen um 60°-Winkelschallköpfe, wobei das Sendeteil um 30° zur Innenseite der Schiene gewinkelt ist und sich das Empfangsteil neben der Innenseite der Schiene befindet. In dieser Anordnung kann ein vom Empfangsteil des Schallkopfs empfangenes Signal eine Schiene ohne Unregelmäßigkeiten anzeigen. Ein unterbrochenes Signal würde eine Unregelmäßigkeit darstellen. Um die Zuverlässigkeit der Fehlererkennug zu optimieren, muss eine Schrägeinschallung in zwei Richtungen erfolgen.
Fazit
Die Ultraschallprüfung ist ein schnelles und zuverlässiges Verfahren zur Prüfung von Schienen sowie vieler Komponenten von Eisenbahnwaggons. Diese Technologie kann zu einem reibungslosen und sicheren Betrieb des weltweiten Eisenbahnnetzes beitragen.