Verbundschaumstoff-Quader, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung des Quaders
Die Erfindung betrifft einen Verbundschaumstoff-Quader aus Polyurethan, als Dämmblock bei Schwergüter-Transport auf Eisenbahnwagen, welcher Quader aus Füllstoff und aufgeschäumtem Verbinder besteht. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Quaders und eine Verwendung des Quaders.
Bei dem Gütertransport mit der Eisenbahn wird sowohl die sogenannte starre Verladeweise als auch die sogenannte gleitende Verladeweise angewandt. Es gibt auch noch eine dazwischenliegende Verladeweise, die sogenannte Fangverkeilung .
Jede dieser Verladeweisen hat ihre Vor- und Nachteile.
Um die Ladefläche eines Eisenbahnwagens maximal ausnützen zu können, wäre die starre Verladeweise am günstigsten. Beim Rangierbetrieb und Zusammenstellen der Wagen zu einer Zugkomposition, muss man heute mit Auffahrgeschwindigkeiten von etwa 12 km/h rechnen. Liegt ein Ladegut, z. B. eine Maschine, von etwa 24 t vor, so treten beim Wagenaufstoss sehr grosse Kräfte auf. Diese Kräfte gilt es möglichst gering zu halten, um den Wagen und die Ladung nach Möglichkeit zu schonen. Die beim Aufprall eines Wagens in Fahrrichtung wirkende Kraft des Ladegutes auf den Wagen kann verringert werden durch eine möglichst lange Zeit, bis die beiden Massen von Wagen und Ladung zum Stillstand gebracht werden, oder durch einen möglichst langen Weg, auf dem die Massen von Wagen und Ladung gebremst zum Stillstand kommen. Im praktischen Betrieb sind alle diese genannten Grössen veränderlich.
Fährt ein Wagen auf eine Reihe von bereits angekuppelten Wagen auf, so tritt infolge der zwischen den Wagen liegenden Puffern eine gekoppelte, gedämpfte Schwingung auf, wobei die schwingenden Massen meistens unterschiedlich sind. Ein Teil dieser auf die angekoppelten Wagen auftreffenden Energie wird als Schwingungsenergie durch Kopplung von einem schwingenden Wagen auf den anderen übertragen.
Die einzige Möglichkeit bei einem solchen System, die Energie des aufprallenden Wagens so zu vernichten, dass Wagen und Ladegut, sowohl des auffahrenden Wagens als auch der bereits zusammengekoppelten Wagen, geschont werden, besteht darin, die Massen gegeneinander bewegen zu lassen, diesen Weg als Bremsweg zu nutzen und in diesen Bremsweg so viel wie möglich Glieder zur Energievernichtung einzubauen.
Energieverzehrende Puffer sind hier schon eine wichtige Massnahme, und zwar um notwendigen Bewegungsweg zwischen den federnden Massen zu erhalten und um Energie zu vernichten. Ein weiterer geringerer Bremsweg wird durch die elastische Verformung des Wagenmaterials an sich gewonnen.
Energie wird auch aufgezehrt durch plastische Verformungen innerhalb der Wagen. Eine weitere Vernichtung der Energie wird erreicht durch ein Gegeneinanderbewegen von Massen, also von Ladegütern gegenüber dem Wagen infolge der Gleitreibung. Letzteres gilt auch für die Wagen der bereits gekoppelten Zugkomposition.
Es wird nunmehr bezweckt, weitere energieverzehrende Glieder in das beim Aufprall eines Wagens schwingende System einzubauen. Es liegt auf der Hand, dass man hierzu bereits an Polsterstoffe gedacht hat. Ausführliche Untersuchungen wurden hierzu von Dr. Josef Penzkofer in der Fachzeitschrift Verpackungs-Rundschau Heft 8, 1960, vorgenommen. Die Federelastizität und Dämpfung von Polyurethan-Schaumstoff sind bekannt.
Dieser Schaumstoff hat eine hyperbolische Federkennlinie und eine starke Dämpfung. Polyurethan-Schaumstoff mit seiner hyperbolischen Kennlinie wird aber auch bei den in der Praxis anwendbaren Polsterdicken beim Stoss von der Ladung durchgeschlagen. Aus Platzgründen kann also kein derartig dickes Polyurethan-Schaumpolster vorgesehen werden, dass die vorteilhafte Federkennlinie zum Erreichen von kleinen Stossbeschleunigungen und grossen Stosszeiten ausgenützt werden könnte.
Eine Verbesserung kann man hierbei erreichen, wenn man sogenannten Verbundschaumstoff verwendet. Dieser Verbundschaumstoff kann mit grosser Dichte hergestellt werden.
Es ist bereits bekannt, einen solchen Verbundschaumstoff Quader als Polster für Speditionsgüter zu verwenden. Dieser Quader erhält durch Pressen und durch die Art der Füllstoffanteile sein hohes spezifisches Gewicht. Es wurde hierfür ein flockenartiger Füllstoff, hauptsächlich Polyurethanschnitzel, verwendet. Diese werden durch Zerreissen von Polyurethan Schaumstoffrestchen hergestellt. Beim Pressen des Füllstoffes und aufgeschäumten Verbinders werden die Schaumstoffschnitzel zusammengedrückt, also gespannt, und nach dem Aushärten erhält man einen vorgespannten Verbundschaumstoff. Ein solcher Verbundschaumstoff-Quader hat aber in seinen drei Achsen verschiedene Material-Kennwerte. So sind seine Federungs- und Dämpfungseigenschaften in den drei Achsen unterschiedlich, da nur in einer Achse gepresst wurde.
Für einen solchen Verbundschaumstoff-Quader müssten also in den drei Achsen verschiedene Belastungswerte angegeben werden. Die Wirksamkeit eines solchen Quaders wäre also sehr verschieden, je nachdem, in welcher Achse man ihn als Dämmblock verwendet
Es wird die Schaffung eines Verbundschaumstoff-Quaders bezweckt, bei dem die erwähnten Nachteile vermieden werden können.
Der erfindungsgemässe Verbundschaumstoff-Quader ist dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff Körnerform in einer Grösse von höchstens 6 mm hat, und dass der grössere Gewichtsanteil des Quaders aus Polyurethan auf Basis Äther und ein kleinerer Anteil aus Polyurethan auf Basis Ester besteht. Durch die angegebene kleine Grösse und die Ausbildung des Füllstoffes in Körnerform kann ein Quader mit einem in sich nahezu homogenen Material geschaffen werden.
Trotz Pressen des Verbundschaumstoffes in nur einer Richtung kann ein Material erzielt werden, das in allen drei Achsen im wesentlichen gleiche mechanische Eigenschaften aufweist. Würde man den Quader als Würfel ausbilden, wäre es also vollständig unerheblich, in welcher Lage man den Würfel als Dämmblock einbaut. Durch die Beigabe von Polyurethan auf Basis Ester kann man die Federungs- und Dämmwirkung des Quaders den Wünschen entsprechend beeinflussen. Es hat sich herausgestellt, dass zusätzlich noch durch Beigabe von geschäumtem Kautschuk die beim Dämmblock gewünschten Eigenschaften vorteilhaft beeinflusst werden können.
Der Quader kann also mehr oder weniger hart gemacht werden, die Federung kann mehr oder weniger progressiv sein, und die Hysteresis zwischen Ein- und Ausfedern kann ebenfalls verändert werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung des Quaders, wobei der Füllstoff mit Verbinder in durchgemischtem Zustand zusammengepresst wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff durch Mahlen von Polyurethan Schaumstoff mit einem spezifischen Gewicht im Bereich von 0,02 bis 0,07 zu körnerförmigem Material hergestellt wird.
Die erfindungsgemässe Verwendung des Quaders ist dadurch gekennzeichnet, dass er zusammen mit anderen Quadern zum Liegen zwischen dem gleitend gelagerten Ladegut und den festen Wagenteilen bestimmt ist.
Die Korngrösse des Füllstoffes kann an sich beliebig klein gewählt werden, so dass man dann Quader mit sehr hohem spezifischen Gewicht erhält. In der Praxis muss der Quader auch preislich interessant hergestellt werden, so dass man aus diesem Grund das spezifische Gewicht etwa zwischen 0,3 und 0,5 wählt. Es hat sich hierbei als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Korngrösse im Bereich von 46 mm gewählt wird.
Zum Erreichen der Körnerform des Füllstoffes werden Polyurethan-Schaumstoffreste gemahlen und nicht geschnitzelt.
Ein solches, im Gegensatz zum Bekannten, kleines Korn wird beim Durchmischen mit flüssigem Polyurethan von einer im wesentlichen kugelförmigen Kette umschlossen, welche gebunden mit den anderen benachbarten Ketten ein inniges Ge rüst des Quaders bildet. Dieses Gerüst kann eine grosse Widerstandskraft gegen die Verformung des Quaders aufbringen. Bei der Verformung des Quaders, bei der Stossaufnahme, tritt eine grosse innere Reibung der einzelnen miteinander verbundenen Massenteile auf. Dieses innige Gerüst stellt auch einen grossen Widerstand für die beim Stoss verdrängte Luft dar. Bei der Stossaufnahme und Verdrängung der Luft aus dem Quader wird auch die Luft erwärmt, dehnt sich aus und erhöht noch die Dämmwirkung.
Infolge der gegenüber dem Bekannten kleineren Korngrösse ist die vom Bindemittel anteilmässig getränkte Masse grösser als bei der Verwendung von grösseren Körnern, wodurch die mechanische Festigkeit des Quaders erhöht wird. Ein derart aufgebauter Quader hat eine gute Dämmung und Rückstellung. Ein solcher Verbundschaumstoff-Quader hat eine hyperbolische Federkennlinie (progressive Federung) und eine grosse Dämpfung. Der Quader hat somit eine Federkennlinie wie eine Luftfederung, eine Dämpfung aber wie ein Schaumstoff.
Der Dämmblock ist somit ein guter Stossdämpfer aber auch eine genügend grosse Rückstellfeder, die im Stande ist, das gleitend gelagerte Ladegut in manchen Fällen etwas entgegen der Fahrrichtung gegenüber dem Wagenboden zurückzuversetzen. Einerseits hängt das vom schwingenden System ab, den die Wagenkomposition beim Aufprall eines hinzukommenden Wagens darstellt, aber auch von der Veränderung des Reibwiderstandes zwischen Ladegut und Wagen.
In der Praxis wurde jedenfalls festgestellt, dass mit dem erfindungsgemässen Dämmblock auch nach mehrmaligen Stössen das Ladegut wieder weitgehend seine Ausgangsstellung bezüglich des Wagenbodens eingenommen hat.
Die vorteilhafte Korngrösse von 4-6 mm des Füllstoffes wird durch Siebe mit entsprechenden Maschenweiten be stimmt. Der Füllstoff wird durch Mahlen von Polyurethan
Schaumstoff mit einem spezifischen Gewicht im Bereich von
0,02 bis 0,07 zu körnerförmigem Material hergestellt.
Obwohl der hergestellte Verbundschaumstoff-Quader an sich natürlich jedes Mass aufweisen kann, ist versucht worden, mehrere Normgrössen auszubilden. Diese Normgrössen werden vom Preis, Handhabung, praktischen Bedürfnissen und weiteren Grössen der Praxis bestimmt. Es hat sich herausge stellt, dass man mit drei Normgrössen von Verbundschaumstoff-Quadern in der Praxis auskommen kann. Eine Norm grösse I mit den Massen 100 x 150 x 200 mm. Eine Norm grösse II mit den Massen 125 x 125 x 300 mm und eine Nonmgrösse III mit den Massen 175 x 175 x 400 mm. Die
Normgrösse I dient für weniger empfindliche Güter, die
Grösse II für Güter mittlerer Empfindlichkeit und die Grösse
III für empfindliche Güter. Die Quader werden hierbei so verwendet, dass die Länge im einen Fall 200 mm, im anderen Fall 300 mm und im dritten Fall 400 mm ist.
Die Abstützflächen für den Quader sowohl am Wagen wie am Ladegut müssen parallel zueinander und in ihrer Lage unveränderlich zueinander liegen, um ein Auskippen des Quaders zu ver meiden.
Wird das Ladegut auf Gleithölzern (Kufen) als Unter bau gelagert, und die Stirnseiten dieser Kufen sind zu klein, um die Fläche des anliegenden Quaders vollständig zu be decken, sollte an die Stirnseite der Kufen ein Querbalken an gelegt werden. Die Quader liegen dann zwischen diesem
Querbalken und den Wagenteilen. Der Quader wird im Be reich seines an der Wagenwand oder festen Gegenlagers lie genden Endes mit seine ganze Dicke durchdringenden Nägeln auf dem Wagenboden angenagelt.
Für ein zu schützendes Ladegut ist in Wagenlängsrichtung vor und hinter dem Ladegut zumindest je ein Quader notwendig. Werden die erwähnten Norm-Quader in der erwähn ten Weise verwendet, so kann bei der vorerwähnten Empfindlichkeitsstufe I pro Quader ein Ladegewicht von 1 Tonne gut geschützt werden, denn bei einer Auffahrgeschwindigkeit von
8 km/h kann in diesem Fall die Längsbeschleunigung um etwa 20% vermindert werden. In der Empfindlichkeitsstufe II kann pro Quader das gleiche Ladegewicht von 1 Tonne noch besser geschützt werden, denn bei gleicher Auffahrgeschwin digkeit kann dann die Längsbeschleunigung bei Auffahren um etwa 33 % verringert werden.
In der Empfindlichkeitsstufe III kann pro Quader ein Ladegewicht von 2 Tonnen sehr gut geschützt werden, denn es kann dann die Längsbeschleunigung um etwa 50 % verringert werden.
Bei der Stossaufnahme werden die Quader bei grosser Dämpfung zusammengedrückt. Es tritt infolge der Volumen verringerung ein nur geringes seitliches Ausbauchen auf, so dass bei paralleler Lage der beiden Abstützflächen für den Quader kein seitliches Ausknicken der Quader zu befürchten ist.