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Messverfahren Innenliegende Schäden an Bahnschwellen erkennen

Quelle: BAM 2 min Lesedauer

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Bundesanstalt für Material- forschung und -prüfung (BAM)
Novotechnik Messwertaufnehmer OHG
invenio AG
Heraeus AMLOY Technologies GmbH

Forschende der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) haben ein Verfahren entwickelt, mit dem Bahnschwellen kontaktlos geprüft werden können. Das luftgekoppelte Impakt-Echo-Verfahren diagnostiziert innenliegende Schäden; Instandhaltungsmaßnahmen können so gezielter geplant werden.

Das luftgekoppelte Impakt-Echo-Verfahren untersucht Bahnschwellen auf innenliegende Schäden.(Bild: BAM)
Das luftgekoppelte Impakt-Echo-Verfahren untersucht Bahnschwellen auf innenliegende Schäden.
(Bild: BAM)

Jährlich werden ca. 2,5 Millionen Betonschwellen auf den Bahnstrecken Deutschlands ausgetauscht. Ob ein Austausch notwendig ist, wird durch Sichtprüfung, also anhand äußerer Schäden, entschieden. Derzeit werden keine Verfahren eingesetzt, die Bahnschwellen auch auf nicht sichtbare Schäden überprüfen. Eine mögliche Lösung stellt das luftgekoppelte Impakt-Echo-Verfahren dar, das innenliegende Schäden diagnostiziert. Dabei handelt es sich um eine Weiterentwicklung des klassischen Impakt-Echos. Es funktioniert im Gegensatz dazu jedoch kontaktlos und eröffnet damit neue Einsatzmöglichkeiten für das Verfahren.Um Schäden zu erkennen, nutzt das klassische Impakt-Echo-Verfahren eine mechanische Anregung: Ein kleiner, ca. 2 g wiegender Hammer schlägt auf die Betonoberfläche und regt die Struktur zum Schwingen an. Die Frequenz der so erzeugten Eigenschwingung wird mit einem Schwingungssensor gemessen. Intakte Bahnschwellen schwingen bei Frequenzen oberhalb von 10,5 kHz. Sind die Schwellen geschädigt, sinkt der Wert. Frequenzen deutlich unter 10 kHz sind ein klares Signal für bspw. Risse im Inneren.

Konzentrierter Luftstrahl anstelle eines Hammers

Das luftgekoppelte Impakt-Echo nutzt einen konzentrierten Luftstrahl anstelle des Hammers: Die Luft wird mit 2 bar Überdruck durch eine Düse gepresst und erzeugt am Düsenausgang einen Überschall-Strahl, also sehr starke Luftschwingungen, ähnlich laut wie bei einem Düsenjet. In Präzision und Sensibilität steht das luftgekoppelte Verfahren seinem Vorgänger in nichts nach: Die durch den Luftstrahl erzeugten Eigenfrequenzen stimmen mit denen des klassischen Impakt-Echos fast überein. Schadhafte Bereiche werden mit dem kontaktlosen Verfahren genauso zuverlässig in ihrer Größe erkannt. Es bietet zusätzlich den Vorteil, nicht mit dem zu prüfenden Objekt in Berührung zu kommen. Das ermöglicht eine kontinuierliche Prüfung durch ein ununterbrochenes Anregen der Eigenschwingung, potenziell auch während der Fahrt.

Verfahren während der Fahrt bei bis zu 80 km/h möglich

„Unsere Berechnungen haben ergeben, dass das Verfahren sogar bei Geschwindigkeiten von bis zu 80 km/h zum Einsatz kommen könnte. Damit wäre eine schnellfahrende, automatisierte Inspektion der Bahnschwellen möglich“, erklärt Christoph Strangfeld, stellvertretender Leiter des Fachbereichs Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen. „Das luftgekoppelte Impakt-Echo würde so eine objektive und flächendeckende Zustandserfassung der Bahnschwellen ermöglichen und die Sicherheit auf der Schiene erhöhen.“Durch den Einsatz eines solchen Verfahrens wären auch Instandsetzungsmaßnahmen besser planbar und das Schienennetz effizienter ausgelastet. Denn eine differenziertere Bewertung der Schwellen vermeidet unnötiges Austauschen und senkt die benötigte Anzahl der Neuschwellen. Das reduziert sowohl Instandhaltungskosten als auch CO2-Emissionen.

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