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Die Erfindung betrifft das Gebiet des Schutzes gegen
Aufprallbeanspruchungen durch Projektile; genauer gesagt
betrifft sie Fahrzeuge die eine pneumatische Aufhängung mit
einer verformbaren Membran aufweisen, bei der sich bei
erhöhter Elastizität zum Komfort der Reisenden auch eine erhöhte
Verletzungsgefahr im Falle des Aufpralls von durch die große
Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges aufgewirbelten und
auf die Membranwände der pneumatischen Aufhängung
auftreffenden Gegenständen zeigt.
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Um den Federungskomfort in schnellen Zügen zu verbessern,
hat die französische Eisenbahngesellschaft (S.N.C.F.) vom
Hersteller Federungsmembranen mit wesentlich dünneren Wänden als
in bisher bekannten Bauarten gefordert, mit verbesserter
Flexibilität in der vertikalen Aufhängung, in der die
Membranwände auf sich selbst rollen, aber vor allem in bezug auf den
seitlichen Komfort, der durch asymmetrische Verformungen
gewonnen wird, welche eine Verformung mit Scherbeanspruchung
der dünnen Aufhängungsmembranwände hervorrufen.
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Der Schutz gegen verschiedene Wurfkörper, wurde bislang
durch die Herstellungsstabilität der Membranen Dank der
Verwendung eines vielschichtigen Verbundes mit
Textilverstärkungen - wie sie beispielsweise in den französischen
Patentschriften 1 218 300 von Dunlop oder 2 448 661 von
Continental offenbart sind, oder durch die Anwendung von rein
metallischen Kabeln für diese Verstärkungen gewährleistet, die
jedoch morsch wurden und somit diese neuen Aufhängungen mit
dünnen Wänden gegen den Aufprall von Wurfkörpern anfällig
machten.
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Vor allem im Winter fallen Ansammlungen von Schnee und
Eis mit großer Geschwingkiet auf das Schienenbettungsmaterial
und haben Steine dieses Bettungsmaterials als Wurfkörper
mitgeführt; Wurfbeanspruchungen können beim Vorbeifahren
zweier Züge aneinander noch weiter erhöht werden mit der
Folge, daß diese Steine die Aufhängungsmembran verletzen und
somit den Anfang von Einrißstellen verursachen, welche die
Funktionstüchtigkeit beeinträchtigen. In der Tat führt ein
derartiger Aufprall von einigen Steinen mit ihren scharfen
Kanten, auch ohne daß die Textilverstärkungsfäden gleich
durchschnitten werden, zu Rissen in der Oberfläche der
Abdeckung, wodurch diese dünn wird und die Textilverstärkung
anfällig macht für Unwetter und Alterungserscheinungen und
somit nach einiger Zeit des Einsatzes bis zum Reißen der
Aufhängungsmembran führen kann.
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Der Ersatz einer beschädigten Aufhängungsmembran ist
jedoch für den Betrieb sehr kostspielig. Es ist daher
notwendig, die Risiken eines Aufpralls von Wurfkörpern
einzuschränken.
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Zum Schutz der Aufhängungsmembranen wurden Schirme aus
mehr oder weniger flexiblen Folien aus Kunststoff entwickelt;
das Problem wurde jedoch durch die hohe Flexibilität der neuen
Membranen verschärft, die am Ende des Bewegungsablaufes nach
und nach an ihrer Metallstütze, an der sie zur Anlage gelangen
in tangentiellen Kontakt kommen, und zwar mit einer
veränderlichen Oberfläche, die vor jeglichen Verklemmungsrisiken durch
kleine Steine, welche die Aufhängungsmembran gefährden,
geschützt werden muß.
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Mehr oder weniger durch Textileinlagen verstärkte
Elastomerschirme können z.B. mit einer den Passagen der Räder
von Schwerlastwagen ähnlichen Funktion entwickelt und oftmals
durch Formen unter Druck von thermoplastischen oder
plastischen Elastomeren, d.h. gegen Aufprall aufgrund der
Makromoleküle der verwendeten Materialien verstärkt hergestellt
werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
Schutzschirm zum Schutz der Membranen einer pneumatischen
Aufhängung - nachstehend Schutzschirm genannt - zu schaffen,
der einen wirksamen Schutz bietet und wirtschaftlich
herstellbar ist.
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Die Erfindung schlägt eine Lösung für einen Schutzschirm
nach den Merkmalen des Anspruchs 1 vor, der die erheblichen
und nicht zu unterschätzenden Aufprallenergien beim Auftreffen
von Steinen des Schienenbettungsmaterials dämpft.
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Desweiteren betrifft die Erfindung mögliche
Herstellungsverfahren eines solchen Schutzschirmes ausgehend
von Folien einer mit kurzen Fasern verstärkten
Elastomerverbindung.
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Nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3 wird
erfindungsgemäß zur Herstellung dieser Schutzschirme - dessen
nicht abwickelbare, fast torische Form bekannt ist - ein
vielschichtiger Verbund von zusammengesetzten dünnen,
gekreuzten und regelmäßig abwechselnden Folien aus
Elastomerverbindungen verwendet, die durch kurze natürliche, künstliche
bzw. synthetische Fasern verstärkt sind, wobei die kurzen
Fasern beim folienartigen Kalandrieren unter dem Einfluß des
Walzvorganges mit erhöhter Scherkraft ausgerichtet werden
wobei eine Ausrichtung des größeren Teils der Fasern in der
Walzrichtung hervorgerufen wird.
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Der vielschichtige Verbund zeigt, im Sinne der
Stärkenabmessung die Merkmale der gegen Unwetter, Risse, Öl- und
Wasserspritzer geschützten Elastomergrundmaterials. Die
reversible Verformung beim Aufprall hat dann die
Absorptionsenergie eines Elastomers.
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In den anderen, nicht abzuwickelnden und mit zwei
Krümmungsradien versehenen Verformungen des Schutzschirmes ist
dann der Oberflächenscherkraftmodul die Resultante der in
viele Richtungen ausgerichteten Verstärkung aufgrund der
Anwesenheit während des Fertigungsvorgangs ausgerichteten
Fasern.
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Das vielschichtige Verbundmaterial ist daher
selbsttragend, und die in den Figuren, die die nachstehende
Beschreibung erläutern, dargestellte Besonderheit ergibt sich
nur aus der Befestigungsweise auf einer starren Unterlage.
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Einzelheiten und weitere Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen, in denen:
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- Fig. 1 eine Gesamtanordnung des Schutzschirmes in Vorder-
und Schnittansicht zeigt;
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- Fig. 2 eine - angenommen transparente - Ansicht des
Schutzschirmes ist, in der die Befestigungsmetalleinsätze
gezeigt sind;
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- Fig. 3 ist ein Detaillschnitt durch die Stärke des
Schutzschirmes.
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In Fig. 1 veranschaulicht die Ansicht 1a was der
Betrachter eines Schnellgliederzuges beispielsweise vom
Bahnsteig aus sieht, während die Teilansicht 1b ein Schnitt
in einer Querebene ist.
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Der Drehgestellrahmen (1) trägt die äußeren Enden der
Wagengehäuse (2) und (3) über einen Abstützring (4), der die
Besonderheit von Zügen im internationalen Verkehr darstellt.
Dieser Abstützring (4) ruht auf einer Art auf dem Drehgestell
(1) festgelegten Kolben (7), und zwar über eine
Befestigungskrone (5) zur Festlegung der weichen Aufhängemembran (6), die
einen vertikalen Durchfederungsweg beschreibt. Die Ränder des
Drehgestells und das Zubehör, wie z.B. die daran befestigten
Stoßdämpfer, bilden keine geeignete Abschirmung gegen
auftretende Steine, und ein erfindungsgemäßer Schutzschirm
(8), der durch Schrauben (9) an der Krone (5) festgelegt ist,
muß die Membran in denjenigen Richtungen, in denen sie am
verwendbarsten ist, schützen und dabei durch insbesondere den
dynamischen Quer-Durchfederungsweg freilassen, wodurch der
Beharrungswert dieser Durchfederung in den Kurven als Folge
einer Kurvenunter- bzw. -überhöhung erhöht wird.
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Fig. 2 zeigt eine Durchsicht durch den Schutzschirm (8),
bei dem die Befestigungsöffnungen (10) in einem steifen,
vorzugsweise aus handelsüblichen Flacheisen gebildeten,
Einsatz ausgespart sind.
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Eine geradlinige oder, wie in der Zeichnung dargestellt,
geformte Stange (11) ist mit annähernd gleichbleibenden Radius
um die Aufhängungsachse gelegt, um der Form der Krone (5) zu
folgen, an der durch die Öffnungen (10) hindurchgeführte
Schrauben (9) fixiert sind.
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In die Stärke des Schutzschirmes eingelassene
Versteifungsstäbchen (12) sind an die Stange (11) geschweißt.
Dargestellt
wurde die bevorzugte Ausführungsform der beiden
seitlichen Stäbchen, die den Körper des Schutzschirmes (8) durch
ihre Endstücke verstärken, die jedoch von der Vorderseite der
Fahrzeuge (2) und (3) abgedeckt sind, um durch aerodynamische
Wirbel verursachte dynamische Bewegungen zu vermeiden, während
das Zentrum (13) des Schutzschirmes völlig aus Gummi ist und
umkehrbar den Aufprall von Projektilen und möglicherweise auch
die zufälligen Stöße von Materialtransportwagen auf den
Bahnsteigen aufnimmt.
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Indem er fast gänzlich die Aufhängungsmembran abdeckt,
bietet der Schutzschirm desweiteren Schutz gegen auf
Vandalismus beruhende Risiken und verhindert, daß die
Aufhängung durch sie streifende Gegenstände, die z.B. über das
Begrenzungsprofil hinausragen, beschädigt wird.
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Fig. 3 erklärt die Zusammensetzung des nach der
Vulkanisation völlig unsichtbaren vielschichtigen Verbundes,
anhand eines durch den Schutzschirm (8), etwa zum Rand hin und
durch die volle Wand, d.h. seinen Zentralbereich (13) gelegten
Schnittes.
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Das zur Herstellung dieser Schutzschirme benötigte
Material hat meistens eine Folienstärke in der Größenordnung
von 0,5 bis 1 Millimeter.
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Das Grundmaterial besteht aus einem natürlichen oder
synthetischen Elastomer, das eine Rezeptur erhält, die an die
Belastungen des Verwendungszwecks durch zusätzliche Füllstoffe
angepaßt ist in Form von Zusatzmitteln zum Schutz gegen
Alterung und von Vulkanisationsmitteln. Vorzugsweise besteht
das Elastomer des Grundmaterials aus Polychloropren.
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Die Textilmaterialien zur Verstärkung des
Elastomergrundmaterials können als nicht einschränkende
Beispiele, aus Holzfasern, Fäden oder Fasern die aus Rayon,
Polyamid, Polyester oder Aramid geschnitten sind, gebildet
sein.
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Die aus diesem Elastomergrundmaterial bestehenden, durch
kurze parallele Fasern verstärkten Folien - nachstehend als
zusammengesetzte Folien bezeichnet - haben die Eigenart, im
Rohzustand der Elastomerverbindung, d.h. vor der
Vulkanisation, ein steifeverhalten von Papier in einer
bevorzugten Richtung sowie das Elastizitätsmodul, Aussehen und
die Verformbarkeit im rohen Zustand von Gummi in senkrechter
Richtung aufzuweisen.
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In der Ebene der Stange (11) und der Versteifungsstäbchen
(12) ersetzt ein 2 bis 3 Millimeter starkes Stahlblech mehrere
symbolisch abwechselnd dargestellte Schichten (14), von denen
einen die Fasern in Stirnansicht, die anderen längs oder
schräg geschnitten zeigen. Eine interessante Ausführungsform
ist z.B. die Herstellung aus acht Schichten in einer ganzen 6
mm starken Wand. Die Versteifungsstäbchen (12) sind bei einer
bevorzugten Ausführungsform in der neutralen Faser, d.h. in
der Mitte der Wand eingebettet. Die Stange (11) tritt dabei
vorzugsweise auf gleicher Höhe an die Oberfläche, sodaß die
Befestigungsschrauben an ihr zur Anlage gelangen oder sie ist
eingebettet und ergänzt mit eingeschweißten Unterlagscheiben,
die nur um die durch diese Stange hindurch vorgesehenen
Befestigungsöffnungen (10) angeordnet sind.
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Die zusammengesetzten Folien können, wie alle
Elastomerverbindungen, die in den herkömmlichen gewerblichen
Herstellungsverfahren zur Verarbeitung von Polymeren verwendet
werden, übereinandergeschichtet sein: entweder durch Umwickeln
einer Trommel wie in der Herstellung von sog.
Kreuzgürtelreifen wo die Bombierung von nicht abwickelbaren Formen durch
Verlängerung zu jener der Faserausrichtung vertikaler Richtung
möglich ist, oder durch Übereinanderschichten der gekreuzten
Lagen in einen eine flache oder teilweise vertiefte Form
aufweisenden Rohling.
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Vorzugsweise werden die zusammengesetzten Folien mit aus
verschieden ausgerichteten Lagen zu einem vielschichtigen
Verbund mit einem hohen Verformbarkeitsmodul hergestellt.
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Die Ausrichtungen von zwei zusammengesetzten Folien
können je nach der gewünschten Steifheit des vielschichtigen
Verbundes in der Größenordnung zwischen 0 und 90 Grad liegen.
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Wie im bekannten Reifenherstellungsverfahren wird die
Verformung durch Gleiten zwischen den zusammengesetzten Folien
durch Einstellen eines Drucks ermöglicht, der durch eine
Bombierung erzeugt wird oder durch das Schließen einer Form,
die einen vorgeschnittenen Rohling zusammendrückt.
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Da die in den gekreuzten Richtungen ausgerichteten Fasern
das Verformungsmodul im vielschichtigen Verbund im Vergleich
zu dem der Elastomermatrize erheblich erhöhen, ist es nicht
schwerwiegend, einen Teil dieser bevorzugten Ausrichtung
während der Anbringung durch ein solches Gleiten zwischen
zusammengesetzten Folien zu verlieren. Insbesondere würde ein
Verstärkungsüberschreiten, das durch in zwei Richtungen,
nämlich gekreuzt oder rechtwinkelig zueinander ausgerichtete
zusammengesetzte Folien gebildet ist, der nicht abweichbaren
Form durch Scherkraftverformungen, durch Drehung zwischen den
beiden zusammengesetzten Folien erlauben.
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Streng genommen fordert die Festlegung einer nicht
abwickelbaren Form, mindestens drei Richtungen für die
zusammengesetzten Folien vorzusehen, um beim Aufstapeln nicht
verformbare Grunddreiecke im Maßstab des Grundmaterialmoduls
zu bilden.
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Demnach sind die zusammengesetzten Folien vorzugsweise in
drei Richtungen ausgerichtet, die unter sich einen Winkel von
angenähert 120º bilden.
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Sobald beim Herstellungsverfahren der Schutzschirme
mindestens drei bevorzugte Richtungen bei der Anbringung der
zusammengesetzen Folien verwendet werden, ergibt sich während
der Materialbewegungen als Folge der Bombierung eine nur
leichte Reduzierung des Moduls, im Gegensatz zu dem, was sich
mit Schichten aus Textilgarnen ergäbe, die parallel
ausgerichtet sind und deren Ausrichtungsverlust in einem
zusammengepreßten Bereich zu einem lokalen Absenken des
Verformungsmoduls sowohl bei Zug- (beschränkt) wie auch bei
Druckbeanspruchung durch die Wellung der widerstandsfähigen
Fasern führen würde.
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Die Herstellung von Schutzschirmen wird durch
Vulkanisation durch die üblichen Verfahren in gewerblich
herkömmlicher Weise der Kautschukverarbeitung durchgeführt, d.h.
durch Vulkanisieren im Ofen oder im Autoklaven, nach Bombieren
und Abbinden des Formlings in einer geschlossenen Form, nach
dem Übereindanderschichten der zusammengesetzten
vorgeschnittenen und individuell bombierten Folien.
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Während des Formvorganges unter Druck und der
gleichzeitigen Vulkanisation führen die Bewegungen des Materials um
die Verstärkungen herum, die es abdeckt, infolge der
gleichgehaltenen Stärke der Form, zumindest zu einem teilweisen
Verlust der bevorzugten Faserausrichtung in den zusammengesetzten
Folien, ohne nachteilige Auswirkungen, wie bereits vorstehend
bemerkt, und verhindern selbst eine Lokalisierung der
Beanspruchungen, wenn sich das Verstärkungsmodul in ihrer Nähe
verringert.
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Selbstverständlich werden alle diese metallischen
Einsätze einer angemessenen Bearbeitung unterzogen, um durch
Kleben die Verbindung zwischen der Metallverstärkung und der
Elastomerverbindung zu gewährleisten und sie im Falle einer
Anbringung auf gleicher Ebene gegen Unwetter und Wasserschäden
zu schützen.
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Zusammenfassend ist festzustellen, daß der Schutzschirm
nach der Erfindung einen bevorzugten Schutz der Membranen der
pneumatischen Aufhängung bildet und durch einen eingebauten
Metallrahmen ausreichend verstärkt ist, jedoch sicher gegen
ständige Verformungen, ohne Gefahr, daß das vielschichtige
Material durch lokale Alterungserscheinungen in den durch
diesen Rahmen verstärkten Bereichen getrennt wird.
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Der Schutzschirm zeigt Aufpralldämpfungseigenschaften
aufgrund eines durch Fasern verstärkten Elastomers und
zeichnet sich überdies durch Haltbarkeit und Unempfindlichkeit
gegen Angriffe aufgrund eines Grundmaterials, das eng mit
kurzen Fasern verbunden ist, die ein bedeutend höheres Modul
als es selbst besitzen.
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Das vorgeschlagene Herstellungsverfahren bietet die
Möglichkeit eines wirtschaftlichen und leichten Gebrauchs der
bevorzugten Anisotropie, stellt jedoch wenig Anforderungen
bezüglich der unkontrollierten Materialbewegungen. Für den
vorgeschlagenen Herstellungsablauf werden keine kostspieligen
Mittel benötigt.
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Selbstverständlich kann der Fachmann den Schutzschirm und
sein Herstellungsverfahren, beides Gegenstände der Erfindung,
und ihre, nur als nicht einschränkende Beispiele
dargestellten, Ausführungsformen erweitern, ohne über den
Rahmen der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen erläutert
wird, hinauszugehen.