Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zwei-Komponenten- Polyurethanbeschichtungsmaterial, umfassend eine erste Komponente A und eine zweite Komponente B.

Radsätze von schienengebundenen Fahrzeugen müssen vor Korrosion geschützt werden. Unter Radsätzen sind die Räder, die Achsen einschließlich der Drehgestelle und Untergestelle der schienengebundenen Fahrzeuge zu verstehen. Insbesondere im Hochgeschwindigkeitsverkehr sind die genannten Teile nicht nur vor Witterungseinflüssen zu schützen, sondern diese Teile unterliegen auch einer hohen mechanischen Beanspruchung durch auffliegende Schottersteine oder dergleichen. Die Beschichtungen müssen also sehr widerstandsfähig und zähelastisch sein, um eine Beschädigung der Radsätze durch die genannten auffliegenden Schottersteine zu vermeiden. Ferner ist es im Zusammenhang mit entsprechenden Beschichtungen von entscheidender Bedeutung, dass der Aufbau die gegebenen Anforderungen der einschlägigen Flammschutznormen zu erfüllen wissen. Dies ist nochmals umso wichtiger, als regelmäßig lediglich dickschichtige Beschichtungen auf Basis organischer Matrices, die selbstverständlich in Bezug auf Entflammbarkeit sehr kritisch zu beurteilen sind, die hohen Anforderungen an die Witterungsstabilität und den Schlagschutz erfüllen können. Eine weitere wichtige Eigenschaft entsprechender Beschichtungen ist die Gewährleistung eines hohen Lärmschutzes im Betrieb, das heißt, wenn schienengebundene Fahrzeugen über das Schienensystem gleiten.

Es ist bekannt, zum Schlagschutz 2-Komponenenten-Polyurethanmassen auf die Radsätze aufzubringen (5. Fachtagung ZfP im Eisenbahnwesen, 4.-6- März 2008 Wittenberge). Die bekannten Schlagschutzbeschichtungen werden in einer Schichtdicke von mindestens 6 mm aufgebracht.

Auch Eisenbahnschienen unterliegen einer hohen Beanspruchung durch Steinschlag und Witterungseinflüsse. Durch das Aufbringen einer Schlagschutzbeschichtung ist es möglich, die Beanspruchung zu reduzieren. Auch Eigenschaften wie Flammschutz und Lärmschutz spielen eine tragende Rolle. Allerdings werden bei Eisen- bahnschienen die Laufflächen, auf denen die Räder aufliegen, nicht beschichtet. Eine Beschichtung dieser Fläche würde einem hohen Verschleiß unterliegen und außerdem würde die notwendige Reibung zwischen Schiene und den aufgetriebenen Rädern des Schienenfahrzeugs beeinträchtigt.

Aus der Patentanmeldung WO 2012/152870 A1 sind mit einer gehärteten, aus einem Zwei-Komponenten-Polyurethanbeschichtungsmaterial hergestellten Beschichtung versehene Radsätze für schienengebundene Fahrzeuge oder deren Teile bekannt.

Obwohl die bisher bekannten Beschichtungen zufrieden stellende Ergebnisse zeigen, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Korrosionsschutz und den Schlagschutz derartiger Beschichtungen weiter zu verbessern. Insbesondere soll die Schlagfestigkeit bei tiefen Temperaturen verbessert werden. Dabei ist es ferner Aufgabe der Erfindung, nicht nur die beschriebenen Eigenschaften hinsichtlich Korrosionsschutz und den Schlagschutz zu erhalten, sondern zusätzlich zu diesen Eigenschaften einen hervorragenden Flammschutz der Beschichtungen zu gewährleisten. Es geht also insbesondere um die Vereinbarkeit von Flammschutz einerseits, und trotzdem Erhalt einer Beschichtung, die so konditioniert ist, dass sie einen hervorragenden Korrosionsschutz und Schlagschutz besitzt. Weiterhin sollte ein guter Lärmschutz erreicht werden.

Die genannten Aufgaben werden gelöst durch ein Zwei-Komponenten- Polyurethanbeschichtungsmaterial, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Komponente A

18,5 bis 50 Gew.-% mindestens eines Polyether- und/oder Polyesterpolyols mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 1500 bis 10000 g/mol und einer Hydro- xyl-Zahl von 20 bis 60,

35 bis 80 Gew.-% mindestens eines Flammschutzmittel,

1 bis 25 Gew.-% mindestens eines aromatischen Diamins,

0,01 bis 3,0 Gew.-% mindestens eines aminischen Katalysators, und

0,05 bis 2,0 Gew.-% mindestens eines Metall-haltigen Katalysators für die Polyurethanbildung, wobei die gewichtsprozentualen Angaben auf die Gesamtmasse der Komponente A bezogen sind, enthält,

und

die Komponente B

mindestens ein Isocyanat-Präpolymer mit einem Isocyanatgehalt von 6 bis 20 % enthaltend, in umgesetzter Form, mindestens ein aromatisches Diisocyanat und mindestens einen hydroxylgruppenhaltigen Polyether und/oder hydroxylgruppenhal- tigen Polyester, enthält.

Vorzugsweise weist das Polyether- und/oder Polyesterpolyol ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 2000 bis 9000 g/mol, insbesondere 5000 bis 7000 g/mol auf. Die Bestimmung des zahlenmittleren Molekulargewichts erfolgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung mittels GPC-Analyse mit THF (+0,1 % Essigsäure) als Eluent (1 ml/min) auf einer Styrol-Divinylbenzol-Säulenkombination. Die Kalibrierung wird mit Polystyrol-Standards durchgeführt.

Bevorzugt liegt die Hydroxyl-Zahl des Polyether- und/oder Polyesterpolyols von 22 bis 56, nochmals bevorzugt von 24 bis 30. Die OH-Zahl (Hydroxylzahl) wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemäß DIN 53240 gemessen.

Besonders bevorzugt sind Polyetherpolyole, insbesondere trifunktionelle (das heißt im Mittel drei OH-Gruppen aufweisendes) Polyetherpolyole.

Vorheilhaft enthält das Beschichtungsmaterial als Flammschutzmittel Diphenylkre- sylphosphat, Melaminphosphat und/oder Melamincyanurat, nochmals bevorzugt eine Mischung von Diphenylkresylphosphat einerseits und Melaminphosphat oder Melamincyanurat andererseits, wobei das Gewichtsverhältnis Diphenylkresylphosphat : Melaminphosphat beziehungsweise Melamincyanuart von 1 : 0,75 bis 1 : 3 beträgt.

Das Beschichtungsmaterial kann selbstverständlich übliche Additive, beispielsweise Netz- und Dispergieradditive und/oder Entschäumer enthalten. Typische Anteilsbereiche betragen beispielsweise 0,05 bis 2,0 Gew.-% Netz- und Dispergieradditiv und 0,1 bis 3,0 Gew.-% Entschäumer, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Komponente A. Als Netz- und Dispergieradditiv wird vorteilhaft ein Salz aus ungesättigten Poly- aminamiden und sauren Polyestern eingesetzt. Der Entschäumer ist vorteilhaft ein Silikonöl.

Das aromatische Diamin ist bevorzugt ein Isomerengemisch von 3,5-Diethyltoluol- 2,4-Diamin und 3,5-Diethyltoluol-2,6-Diamin.

Bei dem aminischen Katalysator handelt es sich bevorzugt um die dem Fachmann in diesem Zusammenhang bekannten Komponenten, das heißt insbesondere aminische beziehungsweise diaminische organische Verbindungen mit ausschließlich tertiären und damit aprotischen und nicht reaktiven Aminogruppen. Beispielhaft sei Diazabicyclooctan (DABCO) genannt.

Auch der oder die Metall-haltigen Katalysator(en) für die Polyurethanbildung sind dem Fachmann grundsätzlich bekannte Komponenten. Beispielhaft seien Zink-, Zirconium-, Titan-, Zinn- oder Bismuth-haltige Katalysatoren, insbesondere organo- metallische Verbindungen oder Metallcarboxylate, genannt.

Das Beschichtungsmaterial kann selbstverständlich übliche Pigmente, beispielsweise in Form von Pigmentpasten, enthalten.

Die in Komponente B enthaltenen Isocyanat-Präpolymere weisen bevorzugt einen Isocyanatgehalt von 8 bis 16 % auf. Der Isocyanatgehalt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemäß DIN EN ISO 1 1909 durch Umsetzung der jeweiligen Probe mit überschüssigem Dibutylamin und Rücktitration des Überschusses mit Salzsäure gegen Bromphenolblau bestimmt.

Beispielsweise sind solche Präpolymere herstellbar durch Umsetzung von 35 bis 65 Gew.-% aromatischem Diisocyanat und 65 bis 35 Gew.-% hydroxylgruppenhaltigem Polyether und/oder Polyester, wobei die Summe von Diisocyanat und Polyether und/oder Polyester 100 Gew.-% beträgt, herstellbar. Bevorzugt ist der Einsatz von Polyethern, insbesondere Polyoxyalkylen-basierten Polyethern wie Polyethylen- und/oder Polypropylen-basierten Polyethern. Die in Komponente B enthaltenen Polyisocyanate bestehen bevorzugt zu mindestens 90 Gew.-% aus den oben genannten Präpolymeren. Der Einsatz weiterer Polyisocyanate ist selbstverständlich möglich, jedoch werden letztlich bevorzugt vermehrt oder sogar ausschließlich die genannten Präpolymere eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt enthält die Komponente B als Polyisocyanate ausschließlich die genannten Präpolymere.

Bei der Härtung des Materials reagieren die Isocyanat-reaktiven Gruppen der Komponente A, insbesondere Hydroxylgruppen und Aminogruppen, mit den Iso- cyanatgruppen der Komponente B. Das Mischungsverhältnis Komponente A : Komponente B wird vorteilhaft so eingestellt, dass das molare Verhältnis der Isocyanat-reaktiven Gruppen der Komponente A zu den Isocyanatgruppen der Komponente B 1 ,1 : 1 bis 1 : 1 ,2, nochmals bevorzugt 1 : 1 bis 1 : 1 ,1 beträgt.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Beschichten von Radsätzen, Drehgestellen und Untergestellen für schienengebundene Fahrzeuge, Eisenbahnschienen und Teilen der genannten Gegenstände durch Aufbringen und Härten des erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterials.

Die Erfindung betrifft ferner Radsätze, Drehgestelle und Untergestelle für schienengebundene Fahrzeuge, Eisenbahnschienen und Teile der genannten Gegenstände, die mindestens teilweise mit einem gehärteten erfindungsgemäßen Beschichtungs- material beschichtet sind.

Das erfindungsgemäße Beschichtungsmaterial kann vorteilhaft mit einer 2K- Heißspritzanlage appliziert werden. Die Schichtdicke der gehärteten Beschichtung liegt vorteilhaft im Bereich von 2 bis 6 mm.

Das erfindungsgemäße Beschichtungsmaterial weist sehr vorteilhafte Eigenschaften auf. Es ist hoch reaktiv und schnell härtend. Eine Applikation auf vertikalen Untergründen ohne Ablaufen ist möglich. Die ausgehärtete Beschichtung weist hervorragende mechanische Eigenschaften auf. Sie ist hitzefest und zeigt keine Erweichung bei erhöhten Temperaturen. Ihre Elastizität wird auch bei niedrigen Temperaturen von bis zu - 45 °C aufrechterhalten. Zudem weist es trotz seiner eindeutig organischen Matrix einen sehr guten Flannnnschutz auf, da es überraschenderweise gelang, trotz des hohen Anteils an Flamnnschutznnitteln über die weiteren Bestandteile ein Beschichtungsmittel herzustellen, welches nach Applikation und Härtung die beschriebenen Eigenschaften hinsichtlich Korrosionsschutz und Schlagschutz zu erfüllen weiß. Nicht zuletzt weißt die Beschichtung sehr gute Lärmschutzeigenschaften auf.

Vor der Aufbringung des erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterials können die aus Eisen oder Stahl bestehenden zu beschichtenden Gegenstände durch Sandstrahlen oder ein anderes geeignetes Reinigungsverfahren gereinigt werden. Vorteilhaft wird zur Verbesserung der Haftung vor der Aufbringung des erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterials ein Haftprimer aufgebracht. Als Haftprimer eignen sich Epoxidharz-Beschichtungsmittel. Die Beschichtung, die aus dem erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterial hergestellt wird, ist bevorzugt eine Deckbeschichtung, das heißt jedenfalls die oberste Beschichtungsschicht, auch im Falle eines gegebenenfalls vorhandenen mehrschichtigen Beschichtungsaufbaus.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Herstellung der Komponente A

In einem vakuumierbaren, mit einem Rührer ausgestatteten Reaktionsgefäß werden 24,100 kg trifunktionelles Poly(Propylenoxid)Polyol (Molekulargewicht: 6000 g/mol Hydroxylzahl: 25-29 mg KOH/g), 13,650 kg Diphenylkresylphosphat, 0,400 kg Netz- und Dispergieradditiv (Handelsprodukt: BYK-W 980) und 0,100 kg Entschäumer (Handelsprodukt: Rhodoline DF 6420) gemischt und 5 Minuten bei 600 Umdrehungen/min gerührt. Hiernach wurden 32,500 kg Melaminphosphat zugegeben. Es wurde 10 Minuten unter Vakuum bei 2500 Umdrehungen/min dispergiert. Danach wurde die Drehzahl des Rührers auf 500 Umdrehungen/min reduziert. 1 1 ,000 kg aromatisches Diaminvernetzungsmittel auf Basis von Toluoldiamin (BAYTEC VP PU 30EL14) wurden zugegeben und es wurde 20 Minuten gerührt. Danach wurden 13,650 kg Diphenylkresylphosphat, 2,500 kg einer 25-prozentigen Lösung von Diazabicyclooctan in 1 ,4-Butandiol, 0,100 kg Bismuthcarboxylat, 1 ,300 kg weiße Pigmentpaste (Weißpigment in Rizinusöl) und 0,700 kg schwarze Pigmentpaste (Schwarzpigment in Rizinusöl) zugegeben. Abschließend wurde 30 Minuten unter Vakuum bei 700 Umdrehungen/min gerührt.

Herstellung der Komponente B

44,000 kg Isomerengemisch von Diphenylmethandiisocyanat; Handelsprodukt Desmodur VP PU 0129, 0,100 kg Stabilisator P und 55,900 kg Polyol (Handelsprodukt: Desmophin 3600 Z) wurden zu einem Isocyanatpräpolymer mit einem NCO- Gehalt von 12,0 % umgesetzt.

Herstellung des Beschichtungsmaterials

Zur Herstellung des Beschichtungsmaterials wurden die Komponenten A und B im Volumenverhältnis 1 : 1 miteinander gemischt und unmittelbar danach mit einer 2K- Heißspritzanlage auf einen Radsatz für schienengebundene Fahrzeuge aufgebracht. Der Radsatz war zuvor mit einem Zinkstaub-Primer auf Epoxidharzbasis grundiert worden. Das aufgebrachte erfindungsgemäße Beschichtungsmaterial wurde gehärtet. Es resultierte eine Schichtdicke von 4 mm.

Die Qualifizierung von Schutzschichten kann entsprechend der Norm DIN EN 13261 : 201 1 -01 durchgeführt werden. Diese Norm legt vier Schutzklassen hinsichtlich des Korrosions- und Schlagschutzes fest. Die mit dem erfindungsgemäßen Material beschichteten Radsätze wurden nach der genannten Norm geprüft. Die Beschichtung erfüllt alle Anforderungen der Schutzklasse 2. Entsprechend der Norm wurden die Dicke der Beschichtung, die Haftung der Beschichtung, die Stoßfestigkeit, die Beständigkeit gegenüber Strahlmittel, die Salzwasserbeständigkeit, die Beständigkeit gegen korrosive Medien und der Widerstand gegen zyklische mechanische Belastung geprüft.

Die erfindungsgemäße Beschichtung weist eine sehr gute Haftung und eine niedrige Glasübergangstemperatur aus. Der Versuch zur Bestimmung der Entflammbarkeit von Werkstoffen und ihrer Flammenausbreitungseigenschaften gemäß ISO 5658-2: 2006/Am1 : 201 1 erbrachte den erforderten Brandschutznachweis. Die Stoßfestigkeit der Beschichtung war auch bei - 45 ° C gegeben.

Auch die nach der neuen Anforderung der TSI (Technischen Spezifikation für Interoperabilität) einzuhaltenden Bestimmungen nach DIN EN 45545-2 wurden erfüllt.

Als Vergleich wurde die aus der Patentanmeldung WO 2012/152870 A1 , Seite 8, Z 3-14 bekannte Radsatzbeschichtung (gehärtete Schichtdicke hier 4 mm) untersucht. Die Beschichtung erfüllte nicht die Anforderungen nach der Norm DIN EN 13261 .

Zudem wurde lediglich ein Brandschutznachweis nach DIN EN 54837 erbracht. Die Anforderungen der nunmehr einschlägigen Norm DIN EN 45545-2 wurden nicht erfüllt.