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ZFP AN RAD UND SCHIENENDT FOR RAILWAY SYSTEMS
Auch im Jahr 2011 erwies sich das Geschäftsfeld Bahn/Schiene
als wesentlicher Antriebsmotor für die Entwicklung innovativer
Prüfelektronik des Fraunhofer IZFP. Für zwei Aufträge im
Bereich der Fertigungsprüfung von Eisenbahnrädern musste
eine hochleistungsfähige Prüfelektronik eingesetzt werden, mit
der Gruppenstrahler-Prüfköpfe und konventionelle Prüfköpfe
bei hohen Zyklusfolgefrequenzen betrieben werden können.
Dadurch wurde es möglich, die hohen Anforderungen
aufgrund der äußerst geringen Taktzeiten der Produktionslinie
zu erfüllen. Hierfür wurden mehrere Module der neu entwi-
ckelten Multikanalelektronik ETHUS zum Parallelbetrieb der
Ultraschallprüfköpfe miteinander vernetzt. Die Prüfelektronik
und die Software zur Datenerfassung und Auswertung
wurden dabei auf höchste Verarbeitungsgeschwindigkeiten
ausgelegt.
Die Nachfrage nach Systemen zur zerstörungsfreien Messung
von Eigenspannungen im Radkranz von Eisenbahnrädern ist
ungebrochen. Seit 1992 sind weltweit mehr als 50 stationäre
und portable UER-Systeme des Fraunhofer IZFP im Einsatz. Im
Jahr 2011 wurde ein aufwändiges Redesign der Hard- und
Software durchgeführt und die UER-Systeme mit Kenntnis der
praktischen Erfahrungen an die Bedürfnisse der modernen
Werksinfrastrukturen angepasst. Bei gleichbleibend einfacher
Bedienung durch das Prüfpersonal wurden vielfältige
Möglichkeiten zur kundenspezifischen Dokumentation und
Protokollerstellung neu hinzugefügt. Speziell zur Prüfung von
neu hergestellten Rädern ist jetzt ein optionales Software-
Auswertemodul nach Vorgabe der DIN EN13262 verfügbar.
In 2011 too, the Railways/Tracks Business Unit was a
major motivator for the development of innovative testing
electronics in the Fraunhofer IZFP. To complete two contracts
in the context of the production testing of railway wheels,
a high-performance testing electronics which allows the
operation of phased arrays and conventional probes at high
cycle repetition rates had to be adapted to the very low clock
cycles of the production line. For this, several modules of the
newly developed multi-channel electronics ETHUS were net-
worked together to allow parallel operation of the ultrasonic
probes. The inspection electronics and the software for data
acquisition and analysis were optimized in terms of the highest
processing speeds.
The demand concerning systems for the nondestructive
measurement of residual stresses in the rim of railway wheels
is unbroken. To address this demand, more than 50 stationary
and portable UER systems of the Fraunhofer IZFP are in use
worldwide since 1992. In 2011, a costly redesign of the
hardware and software was performed to meet the changing
operating conditions. These new UER systems have been
specified to the needs of modern business infrastructure with
knowledge of the practical experiences. With constant ease
of use by the test personnel, manifold features for customer-
specific documentation and protocol preparation were
added. As specified by the DIN EN13262 an optional software
evaluation module now is available, which is specially designed
for testing of newly manufactured wheels.
Radsatz-Fabrik Bangalore / Railwheel Factory Bangalore ETHUS Multikanal-Ultraschallelektronik /
Multi-channel ultrasound electronics ETHUS
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Weiterhin befasst sich das Fraunhofer IZFP auch mit Systemen
zur Überwachung des Schienenweges, z. B. durch Beteiligung
an dem EU-Projekt »ACEM-Rail«, das seit 2011 die Ziele
• optimierte Wartung der Schienenwege,
• Erhöhung der Verfügbarkeit der Schieneninfrastruktur,
• Erhöhung von Qualität, Sicherheit und Zuverlässigkeit des
Schienennetzes sowie
• Senkung der Wartungs- und Instandhaltungskosten
verfolgt. Das Fraunhofer IZFP entwickelt hierfür eine in die
Hohlwelle eines Radsatzes integrierte Messtechnik, die Aussa-
gen über die Qualität der Schiene und des Schienenunterbaus
ermöglicht.
Das EU-Projekt EURAXLES verfolgt das Ziel, europaweit
gemeinsam genutzte Vorschriften zur Auslegung, Wartung
und zerstörungsfreien Prüfung von Radsatzwellen zu
etablieren. Zur Erfassung der derzeit geübten Prüfpraxis und
einer darauf aufbauenden Schwachstellenanalyse wurde
vom Fraunhofer IZFP mit Unterstützung des Internationalen
Eisenbahnverbandes UIC eine Fragebogenaktion durchgeführt,
die sich an die Hersteller von Radsatzwellen, Bahnbetreiber
und Instandhaltungsunternehmen richtete. Die Fragebögen
wurden getrennt für Radsatzwellen mit Längsbohrung und für
Vollwellen erstellt. Die Auswertung der Fragebögen bestätigte,
dass die eingesetzten Prüftechniken und Prüfvorschriften
sehr unterschiedlich sind, wobei manuelle Prüfungen
derzeit überwiegen, speziell bei der Prüfung von Vollwellen.
Europaweit ergibt sich ein erhebliches Potential zum Einsatz
fortschrittlicher automatisierter Prüfverfahren. Weiterhin
wurde gemeinsam mit der spanischen Eisenbahn Renfe, der
DB Systemtechnik und dem Fraunhofer IZFP ein Benchmark-
Test für die Prüfung von hohlgebohrten Radsatzwellen und
Vollwellen organisiert, der im Zeitraum vom 3. bis 5. Mai bei
der DB Systemtechnik in Brandenburg-Kirchmöser durchge-
führt wurde. Prüfteams von DB, Lucchini, Trenitalia, Renfe und
ULTRASEN setzten das von ihnen im Prüfalltag genutzte Equip-
Additionally Fraunhofer IZFP also deals with systems for
railway monitoring, e. g. in the framework of the EU project
“ACEM-Rail“, which since 2011 pursues the objectives
• optimize the maintenance of rail infrastructure,
• increase the availability of rail infrastructure,
• increase quality, safety and reliability of the rail network
• reduce maintenance and repair costs.
To do this, Fraunhofer IZFP has developed a measuring
technique which is built-in in the hollow shaft of a wheelset.
This technique allows the analysis of the structure-borne noise
resulting from the wheel/rail contact.
The EU project EURAXLES aims at establishing shared rules
for design, maintenance and nondestructive testing of axles
in Europe. To record current inspection practices for a weak
point analysis, Fraunhofer IZFP run an EU-wide questionnaire
campaign, addressing axle manufacturers, train operators
and maintenance companies that was supported by the
International Union of Railways UIC. Separate questionnaires
were created for axles with longitudinal bore and for solid
shafts. The evaluation of the questionnaires confirmed that
the applied testing techniques and test procedures are very
different and that the tests mostly are still being performed
manually, especially the testing of solid shafts. Hence, there
is great potential all over Europa to use advanced automated
testing methods. Furthermore, a benchmark test for the ins-
pection of hollow-drilled axles and solid shafts was organized
in joint cooperation between Spanish National Railways Renfe,
DB Systemtechnik, and Fraunhofer IZFP, which was performed
at DB Systemtechnik in Brandenburg Kirchmöser during the
period of 3 to 5 May. Inspection teams from Deutsche Bahn,
Lucchini, Trenitalia, Renfe and ULTRASEN presented the ins-
pection equipment used by these companies. This very open
minded exchange between the experts – completed by further
reports of inspection teams which could not participate in
Teilnehmer EURAXLES-Benchmark-Test /
Participants of the EURAXLES Benchmark test
Wellen für EURAXLES-Benchmark-Test /
Shafts for the EURAXLES Benchmark test
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ment für die Vergleichsuntersuchungen an Testwellen ein. Der
sehr offene Erfahrungsaustausch – ergänzt durch Berichte
von in Kirchmöser nicht teilnehmenden Prüfteams anderer
Firmen – lieferte einen wesentlichen Beitrag zur Analyse des
Standes der Prüftechnik. Die Schwachstellenanalyse erfolgt auf
Basis der Fragebogenaktion und des Benchmark-Tests bis zum
Frühjahr 2012.
Im Rahmen der Aktivitäten der Fraunhofer-Allianz Verkehr,
Arbeitsgruppe Rail, bot das Fraunhofer IZFP seine Expertise im
Rahmen eines Konzeptes an die DB International an, die vom
Emirat Qatar einen Auftrag zum Aufbau eines Eisenbahnnetz-
werkes für den Personen- und Güterverkehr erhalten hat. Mit
Investitionen von fast 17 Milliarden Euro will das Emirat bis
zur Fußball-Weltmeisterschaft im Jahr 2022 ein den ganzen
Golfstaat umfassendes Schienenverkehrsnetz aufbauen. Das
Fraunhofer IZFP hat seine Kompetenzen u. a. für die Bestim-
mung von Längsspannungen in endlos geschweißten Schienen
angeboten. Darüber hinaus orientiert sich das Fraunhofer
IZFP mit seinem Portfolio auch in Richtung des indischen und
südostasiatischen Raumes.
Themen, die in den nächsten Jahren für das Geschäftsfeld
Bahn/Schiene interessante Anwendungen erschließen können,
sind
• Verbesserung der Prüfaussage bei der Prüfung von Rad-
satzwellen mit und ohne Längsbohrung
• Qualitätskontrolle und Schadensanalyse an Leichtbaustruk-
turen, z. B. Sandwichbauteilen, die bei der Auslegung des
Next Generation Train (NGT) zum Einsatz kommen sollen
• umweltfreundliche Alternativen zu den klassischen Metho-
den der Oberflächenrissprüfung an Rädern, Radsatzwellen
und Schienen
• Condition Monitoring, z. B. bei Güterwagen zur Überwa-
chung von Radsatzlagern, Bremsen und verrutschter
Kirchmöser – provided a significant contribution to the analysis
of the state-of-the-art. The questionnaires and the benchmark
tests resulted in a weak point analysis which will be finished
until spring 2012.
Within the framework of the Fraunhofer Alliance Transport,
working group Rail, Fraunhofer IZFP also offered its expertise
to DB International, which has obtained a contract for the
construction of a railway network for passengers and freight
from the Emirate of Qatar. An investment of almost 17 billion
euros is planned to establish a rail network that covers the en-
tire Gulf State by the FIFA World Cup in 2022. Fraunhofer IZFP
has offered his expertise for the determination of longitudinal
stresses in continuous welded rail. Furthermore, our institute is
currently engaged in the Indian and Southeast Asian region.
Other issues that may develop in the coming years for the
division train / rail interesting applications are
• improvement of the examination findings in the exami
nation of axles with and without longitudinal bore
• quality control and failure analysis of lightweight structu-
res, such as Sandwich components of the Next Generation
Train (NGT)
• development of environmentally friendly alternatives to
traditional methods of surface crack detection on wheels,
axles and rails
• condition monitoring, e. g. on wagons to monitor wheel-
set, brakes and askew charge, along railway lines, e. g.
monitoring of switch blades and crossings.
Schieneninfrastruktur / Rail infrastructure
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Ladung, an Schienenwegen, z. B. zur Überwachung von
Weichenzungen und Herzstücken
• Untersuchung der Entwicklung der Eigenspannungen bei
der Nutzung von neuartigen Bremsklötzen aus Verbund-
stoffen (K-Sohlen und LL-Sohlen), die für den lärmredu-
zierten Güterverkehr von Bedeutung sind
Abschließend ein Blick auf die Erträge und die eingesetzten
Eigenforschungsmittel im Geschäftsfeld Bahn/Schiene: Im Jahr
2011 erhielt das Fraunhofer IZFP Industrieaufträge aus dem
Bahnsektor in Höhe von 6,23 Mio €, rund 575 000 € wurden
im Rahmen der Eigenforschung zur Weiterentwicklung von
Hardware und Software vorhandener Prüfsysteme und zur
Entwicklung von neuen Ansätzen für die Lösung von Prüfauf-
gaben im Bereich der Schienenverkehrstechnik eingesetzt.
Die hohen Industrieerträge ergaben sich hauptsächlich durch
Aufträge für Hohlwellenprüfsysteme bzw. Komponenten
für solche Systeme, Lieferungen von UER-Systemen und von
Systemkomponenten für AUROPA-Prüfanlagen zur Detektion
von Schäden in der Lauffläche von Eisenbahnrädern.
Ansprechpartner / Contact
Dipl.-Phys. Wolfgang Kappes
+49 681 9302 3860
• Study the evolution of residual stresses in the use of
new brake shoes made of composite materials (Kblocks
and LLblocks) that are for the noisereduced freight of
meaning
Finally, this paper will review the income and the applicants’
own research funds in the financial train/rail field. In 2011,
Fraunhofer IZFP received industrial orders in the railway sector
in the amount of 6.23 million euros. Of this, approximately
575.000 euros was allocated to conduct its own research on
the development of hardware and existing test systems and
the software used to develop new approaches for the solution
of test tasks in the field of railway technology.
The high industrial revenue resulted primarily from contracts
for hollow shaft testing systems and the components for such
systems, the supply of UER systems, and system components
for AUROPA test systems for the detection of damage to the
tread of railway wheels.
Next Generation Train, © DLR