DE19825402C1

DE19825402C1 - Selbsttragendes Formteil für mechanisch und korrosiv hochbeanspruchte, gekrümmt ausgebildete Bauteile eines Schienenfahrzeuges

Info

Publication number: DE19825402C1
Application number: DE1998125402
Authority: DE
Inventors: Horst Friedel; Michael Bree; Erwin Argo; Christian Loebner
Original assignee: ABB Daimler Benz Transportation Schweiz AG; ABB Daimler Benz Transportation Technology GmbH
Current assignee: Bombardier Transportation GmbH
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 2000-02-10
Anticipated expiration: 2018-05-28

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbsttragendes Formteil zu schaffen, das bei für den Schienenfahrzeugbau ausreichend geringer Dickenabmessung eine hohe Druck-, Biege-, Zug-, Schlag- und Verschleißfestigkeit sowie Brandwiderstandsfähigkeit aufweist, die Vorteile der Mehrlagengewebe wie hohe Drapierbarkeit bei geringer Dicke mit denen glasfaserverstärkter Kunststoffe verbindet und außerdem einfach, kostengünstiger und schneller am Schienenfahrzeug mit hoher Qualität montierbar ist. DOLLAR A Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Verbund aus einer unverstärkten äußeren Reaktionsharzschicht, einer Stapelfasermatte mit 15 bis 18 tex Einzelfadeneinheit für eine glatte Oberfläche, einem ersten mindestens zweilagigen Glasfilamentfadengewebe mit 50 tex Einzelfadeneinheit, einem Abstandsgewebe mit offener Oberflächenstruktur, einem zweiten mindestens zweilagigen Glasfaserfilamentfadengewebe und einer unverstärkten äußeren Reaktionsharzschicht aus Polyesterharz, wobei die Matrix für das Abstandsgewebe aus einem mit oder ohne Füllstoffe versetzten Flüssigkunststoff und die Matrix für die Stapelfasermatte und die Glasfilamentgewebe ausschließlich aus einem mit Füllstoff versetzten Flüssigkunststoff gleicher Zustellung besteht. DOLLAR A Anwendungsgebiet: DOLLAR A Schienenfahrzeugbau

Description

Die Erfindung betrifft ein selbsttragendes Formteil für mechanisch und korrosiv hoch beanspruchte, gekrümmt ausgebildete Bauteile eines Schienenfahrzeuges, wie Rad schutz- und Motorschutzkästen, aus einem harzgebundenen glasfaserverstärkten Gewebelaminat inhomogener Flächenstruktur, das im Sitzflächenbereich gegenüber dem Seitenwangenbereich eine höhere Festigkeit aufweist.

Selbsttragende Radschutzkästen von Schienenfahrzeugen, beispielsweise Straßen bahnen, sind wegen ihrer hohen dynamischen und korrosiven Beanspruchung aus 2 mm dicken Chrom-Nickel Stahl gefertigt und mit einer Antidröhnlage gegen Lärm versehen. Nach ihrer Fertigstellung werden die Radschutzkästen in den Wagenka sten eingeschweißt. Durch den Wärmeeintrag beim Schweißen treten Verformungen an den Anschlußbereichen auf, die zu sehr aufwendigen Spann- und Richtprozessen innerhalb der Montage führen. Bleibende Verwerfungen an der Wagenseitenwand sind oftmals nicht zu verhindern und beeinträchtigen die Qualität der Farbgebung.

Glasfaserverstärkte Mattenlaminate erreichen zwar für Schienenfahrzeuge durchaus ausreichende Druck-, Biege-, Zug- und Schlagfestigkeiten, sind jedoch auf Grund ihrer zu großen Dicke und ihres zu hohen Gewichtes als Substitut für selbstragen demetallene Radschutz- oder Motorschutzkästen bei Schienenfahrzeugen nicht ge eignet.

Aus der EP 0 591 324 ist eine Verbundstruktur bekannt, die zumindest ein dreidi mensionales Gewebe umfaßt, das aus zwei Gewebelagen zusammengesetzt ist par allel angeordnet und miteinander durch zumindest eine Vielzahl von Fäden verbun den sind, die sich von den gegenüberliegenden Oberflächen der Lagen erstrecken. Das dreidimensionale Gewebe ist mit einem Harz durchtränkt. Die Fäden versteifen, erstrecken sich zwischen den Lagen und stellen ein steife Verbindung zwischen den Lagen her. Es bildet sich eine teilweise hohle Struktur auf Grund des vorhandenen Zwischenraumes zwischen den Fäden. Die beiden Lagen sind durch das verfestigte Harz gehärtet und bilden eine flache Oberfläche.

Andere Anwendungsfälle eines solchen bekannten Abstandsgewebes beschreiben die DE 196 09 492 A1 und DE 196 26 558 A1.

Diese bekannten Verbundstrukturen sind allesamt nicht selbstragend und benötigen einen Träger, der dem Abstandsgewebe einen ausreichenden Halt bietet. Für dyna mische Beanspruchungen wie sie beispielsweise durch Schlag, Stoß und Erschütte rungen bei Schienenfahrzeugen auftreten, sind diese mit Harz durchtränkten Ge webe allein nicht geeignet.

Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein selbstragendes Formteil der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei für den Schienenfahrzeugbau ausreichend geringer Dickenabmessung eine hohe Druck-, Biege-, Zug-, Schlag- und Verschleißfestigkeit sowie Brandwiderstandsfähigkeit auf weist, die Vorteile der Mehrlagengewebe wie hohe Drapierbarkeit bei geringer Dicke mit denen glasfaserverstärkter Kunststoffe verbindet und außerdem einfach, kosten günstiger und schneller am Schienenfahrzeug mit hoher Qualität montierbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein selbstragendes Formteil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Un teransprüchen entnehmbar.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Formteil ist flach, hat ein geringeres Gewicht und läßt sich einfach am Boden und an den Seitenwänden in den Wagenkasten einkle ben, ohne daß Beeinträchtigungen der Seitenwände auftreten. Durch die in den Ver bund einlaminierten Inserts lassen sich problemlos C-Schienen, Sitze, Sandstreuein richtungen o. dgl. Im Wageninneren am Verbund je nach Belastungssituation befe stigen. Der Verbund von Abstandsgewebe und glasfaserverstärktem Kunststoff in einem gemeinsamen Formteil ermöglicht es, durch die Dimensionierung der einzel nen Lagen im Formteil Bereiche unterschiedlicher Festigkeiten einzustellen. So ist es mit Vorteil möglich, den Bereich des Radschutzkastens, der auf Grund sei ner Verbindung mit inneren Einbauteilen wie Sitzen o. dgl. Höhere Belastungen er tragen muß, zielgerichtet zu verstärken, ohne das Gewicht des Formteils wesentlich zu muß, zielgerichtet zu verstärken, ohne das Gewicht des Formteils wesentlich zu erhöhen. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen demzufolge darin, daß die Richt- und Montagezeiten verkürzt werden können und die Qualität der Seitenwände des Wagenkastens erhöht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen veranschaulicht.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Verbundaufbaus mit Abstandsgewebe,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Verbundaufbaus als Massivlaminat nach Fig. 1 ohne Abstandsgewebe jedoch mit Kopplungsschicht,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Verbundaufbau gemäß Fig. 1 mit einlaminierten Inserts,

Fig. 4 einen Schnitt eines auf Zug beanspruchten Inserts als Einzelheit X gemäß Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt eines auf Druck beanspruchten Inserts als Einzelheit Y ge mäß Fig. 3,

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Inserts mit Mutter und

Fig. 7 eines Seitenansicht eines Inserts mit Hutmutter.

Der erfindungsgemäße Verbund 1 für einen Radkasten einer Straßenbahn besteht gemäß Fig. 1 aus einer unverstärkten äußeren Reaktionsharzschicht 2, einer unver stärkten äußeren Reaktionsharzschicht 2, einer Stapelfasermatte 3, einem minde stens zweilagigen Glasfilamentgewebe 4, einem Abstandsgewebe 5, einem minde stens zweilagigen Glasfaserfilamentgewebe 6 und einer unverstärkten inneren Re aktionsharzschicht 7. Das Abstandsgewebe 5 besitzt eine obere und untere gewebte Decklage 8 bzw. 9 mit offener Oberflächenstruktur aus E-Glasfilamentgarnen. Die Decklagen 8 und 9 sind durch Stegfäden in einem Abstand von 5 bis 6 mm miteinan der verbunden. Die Verstärkungsverhältnis von Kettfäden zu Schußfäden liegt bei ca. 1,5.

Zur Herstellung des Radkastens wird auf eine nicht dargestellte Formenoberfläche die unverstärkte Reaktionsharzschicht 2, vorzugsweise aus Vinylester, aufgetragen und darauf die Stapelfasermatte 3 aufgelegt. Die Stapelfasermatte 3 hat eine feine glatte Oberflächenstruktur mit 15 bis 18 tex, so daß die Reaktionsharzschicht 2 bei ihrem Verbund mit der Stapelfasermatte 3 in ihrem Aufbau ungestört und oberflächlich glatt bleibt. Der Stapelfasermatte 3 folgt das zweilagige Glasfilamentgewebe 4. Zur Bindung der Stapelfasermatte 3 und des Glasfilamentgewebes 4 wird ein ungesättigtes, flammenhemmende Füllstoffe enthaltendes Polyesterharz, beispielsweise Alpolit von Höchst, verwendet. Als Füllstoff kommt feinkörniges Aluminiumtrihydroxid und/oder Ammoniumpolyphosphat zur Anwendung.

Für die Erreichung einer Brandklasse S3 werden beispielsweise 74,1 Gew.-% fertig konfektioniertes Alpolit mit 22,2 Gew.-% Aluminiumtrihydroxid und 2,3 Gew.-% Ammoniumpolyphosphat als Füllstoffe und 1,4 Gew.-% Methylethylketonperoxyd als Härter zugestellt. Natürlich gehört es auch zu der Erfindung, wenn der Füllstoffanteil im Harz für eine höhere Brandwiderstandsfähigkeit, beispielsweise auf 37 Gew.-% für die Brandklasse S4, angehoben wird.

Das Abstandsgewebe 5 wird dann mit seiner Decklage 8 aufgelegt und mit einem vorher zugestellten Polyesterharz getränkt, in dem das Harz auf das Abstandsgewebe 5 aufgetragen und eingerollt wird.

Als Harz kommt vorzugsweise ein Flüssigkunststoff ohne Füllstoffe aus 97 Gew.-% ungesättigtem Polyesterharz, beispielsweise Alpolit, 1 Gew.-% einer Dispersion von Hydroxypolyestern und Paraffinwachs in aliphatischen Kohlenwasserstoffen als Additiv zur zusätzlichen Senkung der Styrolemission und 2 Gew.-% Methylethylketonperoxid als Härter zum Einsatz.

Durch die offene Oberflächenstruktur dringt das zugestellte Harz in das Abstandsgewebe 5 ein. Die Stegfäden expandieren, richten sich auf die vordem angegebene Abstandshöhe von 5 bis 6 mm auf.

Auf die Decklage 9 des so harzgetränkten Abstandsgewebes 5 wird zweilagig das Glasfilamentgewebe 6 gefegt, das seine Bindung an die Decklage 9 durch Auftragen des für die Bindung von Stapelfasermatte 3 und Glasfilamentgewebe 4 vorgesehenen, Füllstoffe aufweisenden Polyesterharzes gleicher Zustellung erhält.

Zuletzt wird die unverstärkte, witterungs- und chemikalienfeste Reaktionsharzschicht 7, vorzugsweise aus Vinylester, aufgetragen.

Für die Herstellung der die einzelnen Lagen verbindenden Matrix im erfindungsgemäßen Verbund 1 wird von einem Flüssigkunststoff aus 57 Gew.-% ungesättigtem Polyester-Flüssigharz und 43 Gew.-% Styrol, selbst polymerisierend, vorbeschleunigt, milieufreundlich und thixotropiert eingestellt, ausgegangen.

Für die tragenden Komponenten Stapelfasermatte 3, Glasfaserfilamentgewebe 4 und 6 des erfindungsgemäßen Verbundes 1 wird eine Zustellung mit Füllstoff und für das Abstandsgewebe 5 eine Zustellung ohne Füllstoff mit Additiv zur styrolreduzierenden Emission gewählt. Das Additiv besteht aus einer Dispersion von Hydroxypolyestern und Paraffinwachs in aliphatischen Kohlenwasserstoffen.

In Fig. 2 ist das Abstandsgewebe 5 durch eine Kopplungschicht 10 ersetzt. Diese besteht aus zwei Lagen Stapelfasermatte 3 mit einem Flächengewicht von 150 bis 225 g/m² und 15 bis 18 tex Einzelfadeneinheit.

Fig. 3 zeigt ein aus dem erfindungsgemäßen Verbund 1 gefertigtes Formteil 11 für einen Radschutzkasten einer Straßenbahn. Das Formteil 11 ist hierbei so ausgebildet, daß der Bereich des Formteils, der den höchsten Beanspruchungen unterliegt, durch das Abstandsgewebe 5 verstärkt ist. Die Verstärkung des Verbundes durch das Abstandsgewebe 5 liegt in diesem Beispiel horizontal. Um in diesem horizontalen Bereich C-Schienen oder Sitze an dem Radkasten zu befestigen, werden Inserts 12 für Zug- und Druckbelastungen in dem Verbund eingebettet.

Die Inserts 12 (siehe Fig. 3 bis 7) bestehen aus einem Lochblech 13, das mit Durchgangsloch eine Hutmutter 14 trägt und für den Fall, daß kein Durchgangsloch vorgesehen ist, mit einer Mutter 15 versehen ist. So ist gesichert, daß ein Sackloch entsteht, das ein Durchschrauben in den Verbund sicher verhindert.

Je nach Belastungsart wird das Lochblech 12 unterschiedlich zwischen den Lagen des Verbundes positioniert. Bei Zugbeanspruchung (siehe Fig. 4) liegt das Lochblech zwischen den beiden Lagen des Glasfilamentgewebes 6, bei Druckbeanspruchung (siehe Fig. 5) zwischen den beiden Lagen des Glasfilamentgewebens 4.

Derjenige Bereich des Verbundes, der von den Inserts 12 durchstoßen wird (siehe Fig. 4 und 5) wird zusätzlich mit einem Abdecklaminat 16 aus Mehrlagengewebe versehen, so daß je nach Beanspruchungsart der volle Verbund zur Krafteinleitung genutzt wird.

In der Brandklasse S3 besitzt die Zustellung des Harzes für die tragenden Komponenten Stapelfasermatte 3 und Glasfilamentgewebe 4 bzw. 6 eine Zusammensetzung aus 42,2 Gew.-% Harzkomponente, 31.9 Gew.-% Styrol, 22,2 Gew.-% Aluminiumtrihydroxid, 2,3 Gew.-% Ammoniumpolyphosphat als Füllstoff und 1,4 Gew.-% Methylethylketonperoxid als Härter.

In der Brandklasse S4 enthält diese Zustellung für die tragenden Komponenten 35,3 Gew-% Harzkomponente, 27,5 Gew.-% Styrol, 36,0 Gew.-% Aluminiumtrihydroxid und 1,2 Gew.-% Methylethylketonperoxid als Härter.

Mit der inneren Reaktionsharzschicht 7 ist das Formteil 11 vor korrosiven Belastungen durch Spritzwasser, Frostschutzsalze usw. sicher geschützt.

Das so vorbereitete Formteil 11 eines selbsttragenden Radschutzkastens wird dann am Boden und den Seitenwänden des Wagenkastens (nicht dargestellt) durch Klebung befestigt. Es hat eine maximale Stärke von 8 mm.

Claims

1. Selbstragendes Formteil für mechanisch und korrosiv hochbeanspruchte, ge krümmt ausgebildete Bauteile eines Schienenfahrzeuges, beispielsweise Rad schutz- und Motorschutzkästen o. dgl. mit einem harzgebundenen glasfaserver stärkten Laminat inhomogener Flächenstruktur, das im Sitzflächenbereich ge genüber dem Seitenwagenbereich eine höhere Festigkeit aufweist, umfassend folgenden Verbund aus

a) einer unverstärkten äußeren Reaktionsharzschicht (2),
b) einer Stapelfasermatte (3) mit 15 bis 18 tex Einzelfadeneinheit für eine glatte Oberfläche,
c) einem ersten mindestens zweilagigen Glasfilamentfadengewebe (4),
d) einem der hohen Beanspruchung zugeordneten, in den Seitenwangenbe reich teilweise hineinreichenden Abstandsgewebe (5) aus durch Stegfäden in einem Abstand von 5 bis 6 mm gehaltene Gewebedecklagen (8 und 9) mit offener Oberflächenstruktur und einem Verstärkungsverhältnis der Kettrichtung zur Schußrichtung von etwa 1,5,
e) einem zweiten mindestens zweilagigen Glasfaserfilamentfadengewebe (6) und
f) einer unverstärkten inneren Reaktionsharzschicht (7) aus Polyesterharz,

wobei die Matrix für das Abstandsgewebe (5) aus einem mit oder ohne Füllstoffe versetzten Flüssigkunststoff und die Matrix für die Stapelfasermatte (3) und die Stapelfasermatte (3) und die Glasfilamentgewebe (4 bzw. 6) ausschließlich aus einem mit Füllstoffen versetzten Flüssigkunststoff gleicher Zustellung besteht.

2. Selbstragendes Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkunststoff ein ungesättigter Polyester, Vinylester oder Epoxid ist.

3. Selbstragendes Formteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkunststoff aus einem ungesättigten Polyesterharz besteht, der sich aus 57,0 Gew.-% Harzkomponente und 43,0 Gew.-% selbstpolymerisieren dem vorbeschleunigt, milieufreundlich, thixotropiert eingestelltem Styrol zusam mensetzt.

4. Selbstragendes Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustellung für die Matrix des Abstandsgewebes (5) aus 55,3 Gew.-% Harzkomponente, 41.7 Gew.-% Styrol, 2 Gew.-% Methylethyketonperoxid und 1 Gew.-% Additiv zur zusätzlichen Reduzierung der Styrolemission aus dem Ab standsgewebe zusammengesetzt ist.

5. Selbstragendes Formteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv eine Dispersion von Hydroxypolyestern und Paraffinwachs in ali phatischen Kohlenwasserstoffen ist.

6. Selbstragendes Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustellung für die Matrix des Abstandsgewebes (5) aus 41,0 bis 35,0 Gew.-% Harzkomponente, 31,0 bis 27,0 Gew.-% Styrol, 24,0 bis 37,0 Gew.-% Füllstoffe und 4,0 bis 1,0 Gew.-% Methylethylketonperoxid zusammengesetzt ist.

7. Selbstragendes Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustellung für die Matrix der Stapelfasermatte (3) und der Glasfilament gewebe (4 bzw. 6) aus 41,0 bis 35,0 Gew.-% Harzkomponente, 31,0 bis 27,0 Gew.-% Styrol, 24,0 bis 37,0 Gew.-% Füllstoffe und 4,0 bis 1,0 Gew.-% Methyl ketonperoxid zusammengesetzt ist.

8. Selbstragendes Formteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffe aus Aluminiumtrihydroxid und/oder Ammoniumpolyphosphat bestehen.

9. Selbstragendes Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß anstelle des Abstandsgewebes (5) eine Kopplungsschicht (10) aus einer zweilagigen Stapelfasermatte vorgesehen ist.

10. Selbstragendes Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß Inserts (12) für die Befestigung von C-Schienen, Sitzen oder Streueinrich tungen im Wageninneren in dem Verbund (1) verankert sind.

11. Selbstragendes Formteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die Inserts (12) aus Hutmuttern (14) oder aus Muttern (15) tragenden Loch blechen (13) aus Metall bestehen.

12. Selbstragendes Formteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lochblech (13) für eine Zugbelastung in einer Ebene unter dem Ab standsgewebe (5) angeordnet ist.

13. Selbstragendes Formteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lochblech (13) für eine Druckbelastung in einer Ebene über dem Ab standsgewebe (5) angeordnet ist.

14. Selbstragendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Verbundes 8 bis 12 mm beträgt.