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Zusammenfassung
Die verschiedenen Bewertungs- und Untersuchungsverfahren zur Fehlerdiagnose in der Ultraschallprüfung lassen in Abhängigkeit von der Prüfsituation nur eine fallweise Anwendung zu. Die erzielbaren Ergebnisse sind durch prinzipielle Grenzen, wie die orientierungsabhängigen Wechselwirkungen der Ultraschallwellen mit dem Fehler, in ihrer Genauigkeit stark begrenzt. Im allgemeinen enthalten sie nur einen Teil der für eine belastbare Fehlerdiagnose erforderlichen Informationen. Eine zuverlässige Bewertung ist meist durch die Zusammenfassung der Ergebnisse redundanter US- Verfahren und die Nutzung von a priori Informationen, z.B. aus der Fertigungsgeschichte einer Komponente, möglich. Der Einsatz mehrerer US-Prüfverfahren bedingt üblicherweise einen höheren Zeit-, Arbeits- und Kostenbedarf und sollte möglichst durch Verbesserung der Fehlerdiagnose mit einem Verfahren begrenzt werden.
Die im Beitrag vorgestellte iterative Modellierung der Ultraschallprüfung bietet dazu eine Möglichkeit. Die Durchführung der Modellrechnungen beginnt mit der Aufstellung einer Fehlerhypothese unter Einführung von a priori Informationen. Die Nachrechnung der Fehlerhypothesen mit dem validierten und erprobten Modell ermöglicht den Vergleich mit den Messergebnissen. Die aufgestellten Fehlerhypothesen können so abgesichert, sowie Messergebnisse überprüft und bestätigt werden. Das Rechenmodell ermöglicht die Bewertung der Amplitude, der Laufzeit, der Echodynamik und des Anzeigenmusters, also aller auch bei anderen Bewertungs- und Untersuchungsverfahren herangezogenen Bewertungsmaßstäbe. Eine Kombination des Rechenmodells mit einer Evolutionsstrategie würde die Systematisierung des Verfahrens ermöglichen, ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden, wie im Beitrag gezeigt wird. Die iterative Modellierung besteht aus drei Teilprozessen, der Analyse der möglichen Wechselwirkungen, der Separation dieser Wechselwirkungen in diverse Schallwege und schließlich der Synthese der auf den verschiedenen Wegen berechneten Signale zum Gesamtsignal. Die ersten beiden Teilprozesse müssen z.Zt. auf Basis von Expertenwissen für jeden Prüffall neu gelöst werden.
Bei der laufenden Instandhaltung der Schienenfahrzeuge werden die
Radsätze auf Fehlerfreiheit geprüft. Dabei werden sowohl die Laufräder wie auch
die Radsatzwellen einer zerstörungsfreien Prüfung mit Ultraschall unterzogen.
Im Fahrzeuginstandhaltungswerk Wittenberge der DB AG wurde im Jahre 2001 die
bisher eingesetzte Handprüfung bzw. eine teilmechanisierte Prüfung mit
konventioneller Technik durch eine mechanisierte automatische Prüfung mit
Ultraschall-Gruppenstrahlertechnik abgelöst. Es werden Radsatz-Vollwellen von
klotzgebremsten Güterwagen, die neben den beiden Radsitzen keine
Querschnittsübergänge aufweisen, und Vollwellen von scheibengebremsten
Personenzügen mit bis zu 3 Bremsscheiben geprüft. Dabei sind unterschiedliche
Bauarten und Geometrien zu berücksichtigen und auf radiale Fehler
(Oberflächenrisse) zu untersuchen, die ab einer Tiefe von 2 mm und einer
Ausdehnung von 20 mm mit einem Signal-Rausch-Abstand von mindestens 6 dB
nachzuweisen sind.
Aufgrund der vorliegenden Betriebserfahrungen wurde im Jahre 2007 eine
Erweiterung in Angriff genommen. Bei Radsatz-Vollwellen ohne Bremsscheiben
musste der Prüfumfang, der sich bisher auf Wellenschenkel, Notlauf und die
Querschnittsübergänge am Radsitz beschränkte, auf den gesamten Längenbereich
ausgedehnt werden. Dies unter der Vorgabe, lediglich die bereits installierten 4
Gruppenstrahler-Prüfköpfe von 4 festen Einschallpositionen aus in 2 Prüfschritten
einzusetzen. Zusätzlich verringerte sich die Längenausdehnung der geforderten
Fehlergröße auf 15 mm.
Erfahrungen bei der Prüfung von Radsatz-Vollwellen unterschiedlicher Bauarten
und Baujahre machten zusätzlich eine Justierfunktion bzw. einen
Empfindlichkeitsausgleich erforderlich. Vor allem bei älteren Bauarten treten hohe
Empfindlichkeitsschwankungen auf, die durch eine automatisierte
Verstärkungsanpassung kompensiert werden müssen. Hierzu wird während des
Prüfablaufs die Schallschwächung ermittelt, deren Ergebnis in automatisierter Form
in die Befunderstellung mit einfließt.
Der Beitrag stellt darüber hinaus die Herausforderung dar, die Umrüstarbeiten
innerhalb des laufenden Betriebs durchzuführen bzw. die notwendigen
Stillstandszeiten auf ein Minimum zu beschränken.
Zusammenfassung
Aus den Messergebnissen geht hervor, dass der Real-Time-Scanner den Reflektor-nachweis der konventionellen Prüfköpfe hinsichtlich des erreichten S/R-Abstandes erreicht und teilweise übertrifft. Weiterhin geht aus den Ergebnissen hervor, dass die Nachweisempfindlichkeit sehr empfindlich auf Abweichungen der Prüfkopf-positionierung reagiert. Nur wenn die optimale Fahrspur für jede Reflektortiefenlage getroffen wird, kann mit den konventionellen Prüfköpfen ein S/R-Abstand von mehr als 20 dB erreicht werden. Das bedeutet, dass mit den konventionellen Prüfköpfen immer mehrere parallele Fahrspuren mit kleinem Spurversatz gefahren werden müssen, um auch kleine Fehler in der Schweißnaht nachweisen zu können. Mit dem Real-Time-Scanner-Prüfkopf können mit einer einzigen Messfahrt und mit entsprechend vielen angepassten Messfunktionen mehrere parallele Fahrspuren durch elektronisch gesteuerte Bündelverschiebung erfasst werden.