Schwingung versetzbare Oberfläche

Die Erfindung betrifft eine Schallabsorptionsbeschichtung auf schwingenden Oberflächen, mit der neben einem Schutz der Oberfläche vor mechanischen Beschädigungen und Korrosion vor allem eine Reduktion der Schwingungen und damit von Körperschalierzeugung und in der Folge davon von Luftschall- erzeugung erzielt werden soll. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Aufbringung der Schaüabsorptionsbeschichtung auf eine in Schwingung versetzbare Oberfläche.

In modernen mobilen Gesellschaften gewinnt der Schaliemissionsschutz (Lärmschutz) eine immer bedeutendere Rolle. Denn mit zunehmender Mobilität erhöht sich die Anzahl und der Umfang an Transportmitteln und Transportwegen. Aus ökologischen Gründen wird hierbei dem Ausbau des Schienenstreckennetzes mehr und mehr Bedeutung beigemessen. Gerade bei Schienenfahrzeugen und Schienenstrecken aber sind die Schallemissionen nicht unerheblich. Maßnahmen zum Schallschutz sind beispielsweise Schallschutzwände, die jedoch wegen ihrer mitunter nur begrenzten Wirksamkeit insbesondere aufgrund ihres optischen Erscheinungsbildes und je nach der Geländesituation wegen der Sichteinschränkungen auf nur geringe Akzeptanz stoßen. Schall wird beispielsweise durch schwingende Oberflächen erzeugt. Derartige schwingende Oberflächen entstehen insbesondere in dynamischen Systemen, Daher ist es angezeigt, durch Dämpfung der Schwingungen die Entstehung von Körperschall und damit von Luftschall zu minimieren. Beispielsweise ist es bekannt, bei Güterwagendrehgesteüen die Lärmemission zu vermindern. Diesbezüglich ist in DE-A-102 41 755 beschrieben, die Radscheiben und Wellen von Radsätzen und Drehgestellrahmen mit schallabsorbierenden weichen Schallschutzbeschichtungen zu versehen. Als Beschich- tungsmaterial wird hier vorzugsweise Polyurethan vorgeschlagen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schailabsorptionsbeschichtung auf schwingenden und/oder für schwingende Oberflächen zu schaffen, insbesondere für Schienenfahrzeuge und Schienenstrecken, wobei die Schwingungsabsorptions- beschichtung auf einfache Weise aufbringbar und hochwirksam ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Schailabsorptionsbeschichtung auf schwingenden bzw. für schwingende Oberflächen, insbesondere bei Schienenfahrzeugen und Schienenstrecken, vorgeschlagen, wobei die Schailabsorptionsbeschichtung versehen ist mit einem in Schwingung versetzbaren Bauteil, das eine Oberfläche aufweist, und

einem geschlossenzelligen Elastomerschaum auf zumindest einem Teilbereich der Bauteil-Oberfläche,

wobei der Elastomerschaum innerhalb des Teilbereichs mit der Oberfläche des Bauteils stoffschlüssig verbunden ist.

Der Lösung der obigen Aufgabe dient ferner ein Verfahren zur Herstellung ei- ner Schailabsorptionsbeschichtung, wobei bei dem Verfahren Elastomermateri- a! auf eine Oberfläche eines in Schwingung versetzbaren Bauteils unter Ein- schluss von Gasvolumina aufgebracht, insbesondere aufgesprüht wird.

Erfindungsgemäß wird als schwingungsabsorbierende Beschichtung der schwingenden Oberfläche eines Bauteils ein geschlossenzelüger Elastomerschaum vorgeschlagen, der zumindest teilweise auf der Bauteil-Oberfläche aufgebracht ist. Dabei ist der Elastomerschaum stoffschlüssig mit dem Bauteil verbunden. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine Kiebeverbindung. Durch die geschlossenzeüige Struktur wird ein direkter Durchgang für durch die schwingende Oberfläche angeregte Luft durch den Schaum verhindert. Bei dem geschlossenzelligen Elastomerschaum handelt es sich insbesondere um ein hochreißfestes elastisches Material, das neben seinen erfindungsgemäß genutzten Eigenschaften der Schwingungsdämpfung auch eine erhöhte Schutzwirkung gegen Korrosion sowie mechanischen Beschädigungen aufweist und als Rutschhemmung wirkt. Durch seine hohe Elastizität des Eiastomerschaums schützt dieser die beschichteten Bauteile vor Aufprallschäden, wobei er weiterhin die Oberflächen-Analyse auf Schäden mit HÜfe von Ultraschall oder Röntgenstrahlen sowie die Kontrolle auf Beschädigung der Be- schichtung durch optische Inspektion erlaubt. Es sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der Erfindung unter "Elastomerschaum" ein Elastomermaterial mit eingeschlossenen Gas-(z.B. Luft-)Volumina zu verstehen ist, wobei die Entstehung der Schaumstruktur nicht auf chemische Prozesse beschränkt sein soll. Von Vorteil ist es vielmehr, wenn die eingeschlossenen Gasvolumina das Ergebnis des (beispielsweise mechanischen) Aufbringungsvorgangs des Elastomermaterials auf der Oberfläche sind.

Unter "geschSossenzellig" im Sinne der Erfindung wird ein Elastomerschaum verstanden, der (hermetisch) geschlossene Luft- bzw. Gaszellen aufweist, die in keinerlei Fluidverbindung miteinander stehen. Bei dem ESastomerschaum handelt es sich vornehmlich um einen Integralschaum, der eine geschlossene äußere Haut bildet. Die Startzeit kann auf bis zu 60 sec eingestellt werden, "stoffschlüssig" besagt im Rahmen der Erfindung insbesondere, dass die Grenzschicht zwischen der schwingenden Oberfläche und dem Elastomerschaum (bzw. einem Klebstoff, mit dem der Schaum mit der schwingenden Oberfläche verbunden ist) im Wesentlichen frei von Feststoff phasen ist, so dass der Elastomerschaum an der Oberfläche durch Adhäsion infolge von Van- der-Waalschen Kräften haftet. Zusätzlich ist der Polymerschaum bzw. Klebstoff in der (sofern vorhandenen) Mikrostruktur der schwingenden Oberfläche verhakt.

Infolge seiner geschiossenzelligen Struktur nimmt der Schaum keinerlei Feuch- tigkeit auf bzw. gibt diese in jedem Fall nicht an die beschichtete Oberfläche des Bauteils ab, so dass dieses gegenüber Luft und Wasser abgedichtet ist. Durch entsprechende chemische Zusammensetzung bzw. Additive lässt sich der erfindungsgemäß eingesetzte geschlossenzellige Elastomerschaum gegen UV-Strahlung schützen. Alternativ ist es möglich, den UV-Schutz bzw. die an- deren zuvor beschriebenen Schutzfunktionen durch eine weitere auf den Elastomerschaum aufgebrachte Schutzschicht zu realisieren. Diese Schutzschicht weist ebenfalls insbesondere elastomeres Material auf. Femer ist es möglich, die Schutzschicht inert gegenüber den herkömmlichen Gefahrgütern oder anderen chemische Einflüssen auszubilden. Aus Brandschutzgründen sollte der Eiastomerschaum insbesondere mineralische Additive aufweisen.

Als erfindungsgemäß einzusetzender Elastomerschaum eignet sich insbesondere ein Schaum mit einem Porenvolumen von 5 % bis zu 60 %, vorzugsweise von 5 % bis 40 %. Die Dichte des Elastomerschaums beträgt vorzugsweise bis zu 1 g/cm und insbesondere liegt sie zwischen 0,5 bis 0,7 g/cm^.

Durch seine stoffschlüssige Verbindung mit der in Schwingung versetzbaren Oberfläche des Bauteils entsteht ein kraftschlüssiger Verbund zwischen dem Elastomerschaum und dem Bauteil, was zwingend erforderlich ist, damit die Entstehung von Körperschall reduziert wird. Der Elastomerschaum weist daher vorzugsweise einen schaumbildenden Klebstoff aus elastomerem Material auf. Beim Auftragen dieses Elastomerschaums (beispielsweise durch Aufsprühen oder Auftragen mit einem Auftragswerkzeug wie einer Rakel oder dergleichen) verbindet der sich Elastomerschaum aufgrund seiner Klebewirkung direkt mit der Oberfläche des Bauteils, Durch das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Einschluss von Gas-(z.B. Luft-)Volumina erfolgenden Auftragen des Elastomermaterials (insbesondere in Form von einzelnen Tröpfchen o.dgl.) auf der Oberfläche entsteht beim Auftragvorgang eine Elastomerschicht mit in dieser eingeschlossenen Gasvolumina, die nach Aushärtung des Elastomermaterials die Schaumstruktur bilden. Es findet also kein klassischer Schäu- mungsprozess infoige beispielsweise einer chemischen Reaktion statt, wie man es z.B. bei PU-Schäumen kennt. Der Elastomerschaum gemäß der Erfindung, d.h. die Schaumbildung, ist also vorzugsweise das Ergebnis des (mechanischen) Aufbringungsvorgangs.

Alternativ ist es möglich, dass die Elastomerschaumbeschichtung als vorgefer- tigter Formkörper ausgebildet ist, der mit Hilfe eines Klebstoffs mit der Oberfläche des Bauteils verklebt wird. Der Klebstoff weist vorzugsweise ebenfalls einen geschlossenzeiligen Elastomerschaum auf.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Absorptionsbeschichtung auf schwin- genden Oberflächen ist, wie eingangs bereits angedeutet, vielfältig. Bevorzugte Anwendungen sind darin zu sehen, dass das Bauteil eine Schienenfahrzeugachse und die Oberfläche die Um- fangsseite der Ache ist,

- das Bauteil ein Schienenfahrzeugrad und die Oberfläche die Innenseite und/oder die Außenseite des Rades ist,

das Bauteil ein Wasserfahrzeugrumpf und die Oberfläche die Innen- und/oder Außenseite des Rumpfs oder einer Zwischenwand des Rumpfs ist,

- das Bauteil ein Karosserieteil, insbesondere Unterboden, eines Land-,

Wasser- oder Luftfahrzeuges und die Oberfläche eine Seite des Ka- rosserieteii ist,

das Bauteil eine Schiene und die Oberfläche die Innen- oder Außenseite des Schienensteges und/oder am Schienenfuß angeordnet ist, - das Bauteil eine Weiche oder Kreuzung oder Kreuzungswesche ist und die Oberfläche an einer Zunge, an einem Herzstück und/oder an einer Backenschiene der Weiche, Kreuzung oder Kreuzungsweiche angeordnet ist,

das Bauteil eine Metaü-Bahnschwelle und die Oberfläche eine Fläche an der Bahnschwelle oder an einem Doppel-T-Träger der Bahnschwei- le ist, wobei durch Beschichtung der auf dem Schotterkörper aufliegenden Unterseite des Doppel-T-Trägers zusätzlich eine rutschhemmende Wirkung entsteht,

das Bauteil ein Maschinenteil und die Oberfläche eine Fläche des Maschinenteils ist,

- das Bauteil eine Schalischutzhaube, -schürze oder -kabine und die

Oberfläche die Innen- und/oder Außenseite der Schallschutzhaube, -schürze bzw. -kabine ist,

das Bauteil ein Baukörper wie z.B. Stahlbrückentrasse für eine Bahnstrecke oder ein Schotterkörper und die Oberfläche eine Seite des Baukörpers insbesondere die Unterseite der Stahlbrückentrasse bzw. die Oberseite des Schotterkörpers ist,

das Bauteil ein dem Aufprall von Regentropen, Graupel oder Hagel aussetzbares Gebäudeteil wie z.B. eine Dachbedeckung oder ein Abdeckung für Horizontalflächen wie insbesondere eine Fensterbank und die Oberfläche die Innenseite bzw. Unterseite des Gebäudeteils insbesondere der Dachbedeckung und/oder der Fensterbank ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der ein Teilausschnitt eines Rad-Schiene- Transportsystems gezeigt ist, näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Gleis 10 gezeigt, das einen Gleisoberbau in Form eines Schotterkörpers 12 mit in diesem eingebetteten Schwellen 14 aufweist. Über die Schwellen 14 erstrecken sich zwei Schienen 16, auf denen Schienenfahr- zeuge mit Radsätzen 18 in bekannter Weise fahren. Beim Rollen der Radsätze 18 über die Schienen 16 entstehen an den Radsätzen 18 und den Schienen 16 (sowie an weiteren hier nicht näher spezifizierten Bauteilen wie beispielsweise an der Karosserie der Schienenfahrzeuge) Schwingungen, die Luftschall und damit Schallernissionen erzeugen, Erfin- dungsgemäß werden nun diese schwingenden Bauteile bzw. zumindest Teile ihrer schwingenden Oberflächen gedämpft, so dass bereits die Entstehung der Schwingungen (Körperschail) und in Folge dessen die Entstehung von Luftschal! reduziert ist. Schwingende Flächen des Rad-Schiene-Systems sind unter anderem die Innenseiten 20 der Räder 22 sowie die Außenseite 24 der Radachse 26 der Radsätze 18 sowie die Innen- und Außenseiten 28,30 der Stege 32 und Füße 34 der Schienen 16. Weitere schwingende Flächen sind die Laufflächen 36 der Räder 22 sowie die Abrollflächen 38 an den Schienenköpfen 40 der Schienen 16.

Soweit die zuvor beschriebenen Flächen funktional für das Rad-Schiene- System erforderlich sind, müssen sie aus sicherheitstechnischen Gründen unverändert bleiben. Anders sieht es hingegen mit den schwingenden Flächen aus, die für die Funktion des Rad-Schiene-Systems eine untergeordnete Rolle spielen. So können beispielsweise die Achse auf ihrer Außenseite sowie die Räder auf ihren Außen- und/oder Innenseiten, die Schienenstege und Schienenfüße mit einer Schwingungsabsorptionsbeschichtung versehen werden, die die Entstehung von Körperschall und als Folge davon von Luftschall eindämmt.

Erfindungsgemäß wird für die Schwingungsabsorptionsbeschichtung ein geschlossenzelliger Elastomerschaum 42 auf insbesondere PU-Basis verwendet. Dieser Elastomerschaum 42 wird insbesondere durch Aufsprühen in ein oder mehreren Schichten aufgetragen. Der Elastomerschaum 42 ist hochfest und elastisch. Er dichtet die Flächen gegenüber Feuchtigkeit ab, da seine ge- schlossenzellige Struktur das Eindringen von Feuchtigkeit verhindert. Der ge- schlossenzellige Elastomerschaum weist eine Klebefunktion auf, ist also als schaumbüdender Klebstoff aus geschlossenzeiügem Elastomermaterial ausgelegt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Elastomerschaum 42 etwa 10 bis 30 mm dick. Der Eiastomerschaum 42 kann noch von einer (weiteren Schutz-) Schicht 44 überdeckt sein.

Zusammengefasst wird also mit der Erfindung ein System zur Absorption von Schwingungen/kinetische Energie durch Verformung von geschlossenzeiligen Eiastomerschaum vorgeschlagen, der fest mit der schwingenden Oberfläche verbunden ist. Der geschlossene Eiastomerschaum ist ein sogenannter integ- raier Schaum, der eine geschlossene relativ dicke Haut bildet. Das erfindungsgemäße Elastomerschaumsystem Sässt sich bzgl, seiner Startzeit einstellen, und zwar bis zu 60 sec. Das schäumbare Material lässt sich gießen, sprühen oder aufrakeln. Der geschiossenzellige Eiastomerschaum entwickelt eine extrem starke Haftung insbesondere zu rauhen Oberflächen durch Eindringen in die Mikrostruktur und durch das Wirken von Van-der-Waalschen Kräften.