-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Schallemission von Schienen, insbesondere Eisenbahn- und Straßenbahnschienen.
-
Lärmschutzeinrichtungen für den Schienenverkehr werden seit vielen Jahren gefordert und teilweise umgesetzt. Die an den Schienen entstehende Lärmemission ist für den schienengebundene Verkehr von Nachteil, sei es bei Straßenbahnschienen innerorts oder dem Personen- oder Gütertransport auf Schienen außerorts. Aus diesem Grunde werden den Betreibern bei Neubaustrecken hohe Lärmschutzauflagen auferlegt. Gleichzeitig wächst der Bedarf an neuen Gleisen für Nah- und Fernverkehr.
-
Verschiedene Maßnahmen um den Lärmschutz einzuhalten sind zwar teilweise erfolgreich, jedoch verlagern sie in vielen Fällen das Problem von den Schienen weg. Beispielsweise führt die Errichtung von Lärmschutzwänden dazu, dass Wohnsiedlungen unmittelbar hinter den Lärmschutzwänden geschützt werden. Es tritt jedoch das Problem auf, dass die an den Lärmschutzwänden reflektierten Schallwellen über größere Entfernungen getragen werden und somit von den Schienen weit entfernte Wohnsiedlungen einem gesteigerten Lärmpegel ausgesetzt werden. Hinzu kommt, dass der Ausbau von Schienen mit Lärmschutzwänden einen enormen Kostenfaktor darstellt und zudem eine Barriere entsteht, die vielerorts nicht gern gesehen wird, weil gewachsene Wohnsiedlungen zerteilt werden.
-
An Stelle von Lärmschutzwänden besteht darüber hinaus die Möglichkeit Lärmschutzwälle aufzuschütten, die aber zu ähnlichen Problemen führen, wenn nicht durch besondere Maßnahmen zusätzlich eine Schallabsorption ermöglicht wird. Der Auf- und Abbau derartiger Lärmschutzwälle ist ebenso wie bei den Lärmschutzwänden sehr hoch und kostenintensiv. Insgesamt gesehen sind die erzielten Ergebnisse unbefriedigend und verbesserungswürdig.
-
Aus
DE 10 2009 044 339 A1 ist eine Lärmschutzeinrichtung bekannt, die aus einem Hohlkörper und einem wannenförmigen Unterteil besteht, dass mit einem Oberteil verschlossen ist. Durch eine Mehrzahl von Schalleintrittsöffnungen mit einer im Ruhekörper vorgesehene Absorberanordnung kann eine Reduzierung des Schalls erreicht werden, jedoch sind die erzielten Ergebnisse noch nicht ausreichend.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zu Grunde, ein neues Verfahren zur Schallreduzierung für schienengebundene Fahrzeuge aufzuzeigen.
-
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass zumindest auf das Schienenmittelteil zwischen Schienenfuß und Schienenkopf eine erste schalltransparente Schicht, eine zweite Schicht aus einem offenporigen Schaumstoff und anschließend eine dritte Schicht aufgetragen wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Das vorgenannte Verfahren zeigt einen neuen Weg auf, um eine Schallreduzierung von Schienen, insbesondere Eisenbahn- und Straßenbahnschienen vorzunehmen. Die Schallreduzierung soll hierbei direkt am Entstehungsort der Schallwellen einsetzen und daher ist vorgesehen, dass das Mitteilteil einer jeden Eisenbahn- oder Straßenbahnschiene mit mehreren Beschichtungen versehen wird, um die Entstehung eines Schallpegels deutlich zu reduzieren. Diese Maßnahme kann gegebenenfalls mit weiteren Maßnahmen zur Schallreduzierung kombiniert werden, beispielweise durch schallschluckende Wände etc., welche in größeren Abständen zum Verlauf der Schienen angeordnet werden, um den Schallpegel zu minimieren. Durch die Beschichtungen wird erreicht, dass der von dem Mittelteil zwischen Schienenfuß und Schienenkopf ausgehende Schallpegel deutlich reduziert werden kann. Die erste schalltransparente Schicht ist hierbei für eine Streustromisolierung von Bedeutung und dient gleichzeitig als Haftschicht für die zweite Schicht aus einem offenporigen Schaum, während die dritte Schicht im Wesentlichen als Schutzschicht für den offenporigen Schaum vorgesehen ist. Vorrangig werden die drei Schichten auf das Mitteilteil aufgetragen, können aber ebenso auf den Schienenfuß bei einer Neuverlegung von Schienen aufgetragen werden. Demgegenüber bleibt der Schienenkopf zum Abrollen der Laufräder einer Straßenbahn, eines Güterzuges oder eines Personenzuges frei. Das erfindungsgemäße Verfahren kann hierbei bei bereits verlegten Schienen durch nachträgliches Aufbringen der Schichten angewendet werden. Ebenso können bei der Neuverlegung von Schienen diese bereits nach dem Herstellungsprozess beschichtet werden. Alternativ kann eine Beschichtung vor oder nach der Schienenverlegung erfolgen.
-
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die erste Schicht aus Polyharnstoff besteht, wodurch eine Streustromisolierung erfolgt und zudem eine gute Haftschicht für die zweite Schicht erzielt wird. Die zweite Schicht besteht aus Polyurethanschaum. Die Polyharnstoffschicht und der Polyurethanschaum wird aus einem Reaktionsprodukt einer Isocyanatkomponente und einer Harzmischungskomponente gebildet. Die Isocyanatkomponente kann aromatisch oder aliphatisch sein, wobei es sich bei der Isocyanatkomponente um ein Monomer, ein Polymer oder eine Variantenreaktion von Isocyanaten, eines Quasiprepolymers oder eines Prepolymers handeln kann. Das Prepolymer oder Quasiprepolymer kann aus einem Polymerharz bestehen, das von Amino- oder Hydroxyl-Gruppen abgeschlossen wird. Die Harzmischung kann aus Polymerharzen, die von Aminogruppen abgeschlossen werden und/oder Kettenverlängerern, die von Aminogruppen abgeschlossen werden, bestehen. Die von Aminogruppen abgeschlossenen Polymerharze weisen keine Hydroxyl-Anteile auf.
-
Wird der Reaktionsmischung eine kleine Menge Wasser zugeführt, so reagiert Wasser mit einem Teil der Isocyanatgruppen, wobei Kohlenstoffdioxid (CO2) frei wird und die noch weiche Reaktionsmasse aufschäumt. Entweder reagiert die entstandene, instabile Carbamidsäure mit einem weiteren Isocyanat direkt zu einem Polyharnstoff oder es entsteht erst eine primäre Aminogruppe, die mit einer Isocyanatgruppe in einem zweiten Schritt zu dem substituierten Harnstoff reagiert.
-
Durch die Menge des zugegebenen Wassers kann das Raumgewicht des entstehenden Schaumes variiert werden. Zusätzlich können den Polyurethan-Schäumen Treibmittel zugesetzt werden, wobei beispielsweise Pentane, Methylenchlorid oder reines Kohlendioxid verwendbar ist.
-
Die beiden Komponenten, aus denen die Schichten gebildet werden, werden kurz vor dem Aushärten auf die vorgesehene Oberfläche aufgetragen, sodass sich auf dieser eine Beschichtung ausbildet, die im Falle der ersten Schicht im Wesentlichen aus Polyharnstoff besteht, während bei der zweiten Schicht durch Zugabe von Wasser und/oder einem Treibmittel ein Polyurethanschaum entsteht. Die Dicke des Polyurethanschaum kann hierbei durch die Menge des zugegebenen Treibmittels beeinflusst werden, wobei im Weiteren die Möglichkeit besteht eine vorherige Reaktion im Auslass der Spritzvorrichtung vorzusehen, sodass die erforderliche Schichtdicke durch Aufsprühen auf die zu bearbeitenden Oberflächen beeinflusst werden kann. Zum Auftragen der ersten Schicht wird hierbei in der Regel eine gebrauchsfertige Polyole-Formulierung gewählt, während zum Auftragen der zweiten Schicht aus Polyurethanschaum vorzugsweise Diphenylmethandiisocyanat (PMDI) eingesetzt wird.
-
Die Polyharnstoffschichten weisen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Stoffen eine Reihe von Vorteilen auf. Polyharnstoff ist das einzige vollständig wasserunempfindliche hydrolysebeständige Beschichtungssystem und wird ohne Katalysatoren produziert.
-
Da die beiden Ausgangskomponenten in flüssiger Form vorliegen, ist ein formunabhängiges Auftragen der Schichten auf die schalltechnische zu isolierende Oberfläche zum Beispiel durch Besprühen möglich. Hierdurch kann vorteilhafterweise die Oberfläche beliebig geformter Baukörper einfach, schnell und günstig vollflächig beschichtet werden. Die Reaktionszeit der hierbei verwendeten beiden Komponenten ist zudem einstellbar und beträgt beispielsweise 2 bis 7 Sekunden. Durch die schnellere Reaktionszeit tritt kein Verstauben der Oberfläche und kein Zerfließen der Beschichtung vor ihrem Abbinden auf. Darüber hinaus ist die ausgebildete Beschichtung sehr elastisch und weist eine hohe Dehnbarkeit und einen hohen Abriebwiderstand auf, sodass sie gegen mechanische Einwirkungen beständig ist und keine Rissbildung entsteht. Ferner weist die Beschichtung eine hohe chemische Beständigkeit, zum Beispiel gegen Lösungsmittel, Säuren, Laugen und einen hohen Salzwiderstand auf, sodass die Beschichtung auch in chemisch aggressiven Umgebungen zuverlässig und dauerhaft eingesetzt werden kann. Die Beschichtung ist darüber hinaus feuchtigkeitsabweisend, da sie eine geschlossene und nicht poröse Oberfläche aufweist. Darüber hinaus ist die Beschichtung von –32°C bis ca. 60°C auch bei hoher Feuchtigkeit beständig. Ein weiterer Vorteil ist, dass die so ausgebildete Beschichtung eine sehr gute Haftung auf Stahl aufweist, sodass kein lokales Ablösen der Beschichtung auftritt. Selbst wenn ein lokales Ablösen der Beschichtung von der Oberfläche auftreten sollte, bleibt die Beschichtung aufgrund der Dehnbarkeit und Elastizität beständig und reißt nicht auf. Der Polyharnstoff eignet sich somit hervorragend dazu in einer feuchten Umgebung, wie dies bei verlegten Schienen der Fall ist, eingesetzt zu werden. Keine aus dem Stand der Technik bekannte Beschichtung weist diese vorteilhaften Eigenschaften auf.
-
Die Beschichtungen können ferner Anteile von Polyurethan, Polystyrol, Polyester, Polyethylenoxid, Polyterephtalat, Polyacryl, Polyamid oder Polycarbonat enthalten. Diese Stoffe können einer der beiden Komponenten zugegeben werden, um beispielsweise die Elastizität, die Abbindungsgeschwindigkeit oder weitere besondere Eigenschaften in gewünschter Weise zu beeinflussen. So kann vorgesehen sein, dass einer der beiden Komponenten zumindest ein brandhemmender Stoff, zum Beispiel in Form von anorganischen Salzen oder metallorganischen Verbindungen zugegeben wird. Bei dem zumindest einen brandhemmenden Stoff handelt es sich um wenigstens einen Stoff aus der Gruppe, bestehend aus Calciumcarbonat, Calciumtrihydarat, Magnesiumhydroxid, Natriumhydroxystannat und oder Kaliumhydroxystannat handeln.
-
Der besondere und wesentliche Vorteil der Beschichtungen liegt ferner darin, dass diese einfach, schnell und kostengünstig mit einer gewünschten Dicke aufgetragen werden können.
-
Im Falle des Polyurethanschaumes ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zweite Schicht eine Zellstruktur in einer Größe von 0,5 bis 4 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm, besonders bevorzugt von 2 bis 3 mm aufweist.
-
Die im Polyurethanschaum vorgesehene Zellstruktur beeinflusst hierbei nachhaltig die Möglichkeit den entstehenden Schall zu absorbieren. Durch eine mehrfache Reflexion der Schallwellen innerhalb des Polyurethanschaums, und zwar innerhalb der Zellen, wird der größte Teil des Schallpegels absorbiert und damit eine deutliche Schallreduzierung erreicht.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Schicht mit Kunststoff-Gummigranulat oder mit Blähton angereichert ist. Durch die Verwendung von Kunststoffgranulat, Gummigranulat oder Blähton kann nachhaltig das Absorptionsvermögen von Schallwellen innerhalb der Polyurethanschaumschicht beeinflusst werden. Soweit eine direkt Absorption durch den Polyurethanschaum und seiner Zellstruktur nicht in allen Frequenzbereichen möglich ist, kann insofern durch Zugabe der vorgenannten Granulate oder des Blähtons die Absorptionscharakteristik verändert werden und damit gezielt auf den entstehenden Schallpegel und die hieraus resultierenden Frequenzbereiche reagiert werden.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die dritte Schicht aus Polyharnstoff besteht oder aus einer Polyharnstoff-Folie. Im Wesentlichen dient die dritte Schicht dazu, den Polyurethanschaum zu stabilisieren und das Eindringen von Feuchtigkeit in den Polyurethanschaum zu verhindern. Auf diese Weise kann somit eine lange Lebensdauer der Beschichtungen gewährleistet werden.
-
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste Schicht eine Schichtdicke von 1 bis 2 mm aufweist, während demgegenüber die zweite Schicht eine Schichtdicke von 1 bis 7 cm und die dritte Schicht eine Schichtdicken von 1 mm aufweist. Die jeweiligen Schichtdicken sind an den vorgesehenen Verwendungszweck angepasst, beispielsweise die erste Schicht zur Streustromisolierung und als Haftschicht für die zweite Schicht. Die zweite Schicht mit einer Schichtdicke von 3 bis 5 cm wird zu Absorption des Schallpegels beziehungsweise der Schallfrequenzen benötigt, wobei entsprechend der Schichtdicke eine Ausgestaltung der Zellstruktur mit entsprechender Größe erfolgt. Die dritte Schicht dient letztendlich dazu, ein ausreichenden Zusammenhalt des Polyurethanschaums herzustellen und diesen vor eindringen von Feuchtigkeit zu schützen. Zumindest eine der Beschichtung kann hierbei mit brandhemmenden Stoffen in Form von organischen Salzen oder metallorganischen Verbindungen angereichert werden, um zusätzlich einen Brandschutz zu bieten. Die brandhemmenden Stoffe stammen hierbei überwiegend aus der Gruppe, bestehend aus Calciumcarbonat, Aluminiumnitrat, Magnesiumhydroxid, Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid.
-
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren nochmals erläutert.
-
Es zeigt
-
1 in einer perspektivischen Ansicht ein typisches Schienenprofil mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung und
-
2 in einer geschnittenen Darstellung das aus 1 bekannte Schienenprofil und die hierbei aufgetragenen einzelnen Schichten.
-
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Schiene 1, wie sie typischerweise für Straßenbahnen, Güterzüge oder Personenzüge eingesetzt wird. Die Schiene 1 besteht aus einem Schienenfuß 2, einem Schienenkopf 3 und einem Schienenmittelteil 4, welches den Schienenfuß 2 und den Schienenkopf 3 miteinander verbindet. Auf dem Schienenkopf 3 rollen die Räder der Schienenfahrzeuge ab, sodass dieser nicht beschichtet werden kann. Das Schienenmittelteil 4 demgegenüber kann mit zumindest einer Beschichtung 5 versehen werden, die schallisolierende Eigenschaften mit sich bringt. Bei der Schienenherstellung kann gegebenenfalls die Beschichtung 5 auch auf den Schienenfuß 2 aufgetragen werden. Soweit die Schienen 1 bereits verlegt worden sind, besteht die Möglichkeit nachträglich eine Beschichtung 5 zumindest auf das Schienenmittelteil 4 aufzutragen, welches aufgrund seiner exponierten Form in einer freiliegenden Position maßgeblich für die Immission von Schallwellen verantwortlich ist.
-
2 zeigt in einer Schnittdarstellung die aus 1 bekannte Schiene 1 mit einem Schienenfuß 2, einem Schienenkopf 3 und einem Schienenmitteilteil 4. Zu beiden Seiten des Schienenmittelteils 4 ist eine Beschichtung 5 aufgetragen, die aus einer ersten Schicht 6, einer zweiten Schicht 7 und einer dritten Schicht 8 besteht. Die erste Schicht 6 besteht beispielsweise aus Polyharnstoff und bewirkt eine Streustromisolierung und dient gleichzeitig als Haftgrund für die zweite Schicht 7, welche aus einem Polyurethanschaum besteht. Dieser Polyurethanschaum weist eine innere Zellstruktur auf, die es ermöglicht die Schallwellen zumindest teilweise zu absorbieren. Entsprechend dem gewählten Querschnitt der Schiene 1 und dem vorgesehenen Einsatzzweck kann hierbei die Schichtdicke der Schicht 7 und deren Zellstruktur angepasst werden. Die dritte Schicht 8 dient demgegenüber zum Schutz des Polyurethanschaums, gegenüber Feuchtigkeitseinflüssen insbesondere gegenüber Niederschlagswasser.
-
Durch die vorhandene Beschichtung 5, bestehend aus den drei Schichten 6, 7, 8 kann eine deutliche Reduzierung des Schallpegels vorgenommen werden, sodass in größerer Entfernung von der verlegten Schiene 1 die entstehenden typischen Geräusche eines durchfahrenden Zuges beziehungsweise einer Straßenbahn zum größten Teil gedämpft werden, weil eine größere Schallabstrahlung verhindert wird. In durchgeführten Versuchen wurde festgestellt, dass die Schallreduzierung sehr effizient bereits mit einer Beschichtung der zweiten Schicht 7 von 3 bis 5 cm, vorzugsweise 2 bis 3 cm erreicht werden kann, wobei eine Optimierung hinsichtlich der inneren Zellstruktur entsprechend den unterschiedlichen Frequenzbandbreiten Schallpegels möglich ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schiene
- 2
- Schienenfuß
- 3
- Schienenkopf
- 4
- Schienenmittelteil
- 5
- Beschichtung
- 6
- Schicht
- 7
- Schicht
- 8
- Schicht
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009044339 A1 [0005]
