DE102020115509A1

DE102020115509A1 - Schwellenbesohlung für ein Betonbauteil

Info

Publication number: DE102020115509A1
Application number: DE102020115509.3A
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Frottier; Tino Goldhausen
Original assignee: HET ELASTOMERTECHNIK GmbH
Current assignee: HET ELASTOMERTECHNIK GmbH
Priority date: 2020-06-10
Filing date: 2020-06-10
Publication date: 2021-12-16
Also published as: WO2021250170A1; EP4165247A1

Abstract

Es wird eine Schwellenbesohlung zur unterseitigen Anordnung an ein Betonbauteil wie einer Bahnschwelle vorgestellt, mit einer Bauteilseite welche dazu hergerichtet ist, an dem Betonbauteil angeordnet zu werden und/oder mit dem Betonbauteil eine Bauteilverbindung einzugehen, und umfassend ein oder bestehend aus einem Faserrezyklatmaterial, wobei das Faserrezyklatmaterial Textilfasern und Gummigranulatmaterial umfasst, und wobei die Textilfasern zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise in dem Gummigranulatmaterial gebunden sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Schwellenbesohlung für ein Betonbauteil, ein faserhaltiges Elastomerformteil sowie Verfahren zur deren Herstellung.
Hintergrund und allgemeine Beschreibung der Erfindung
Es ist bekannt, im Eisenbahnbau Schwellenbesohlungen einzusetzen, um beispielsweise die Gleislagequalität zu verbessern und eine Schonung des Schotterbetts zu erwirken. Typischerweise elastische Schwellenbesohlungen vermindern auch die Bildung von Hohllagen unter der Schwelle und reduzieren die Übertragung von Erschütterungen und unerwünschtem Körperschall.
Eine besondere Herausforderung für die Herstellung von besohlten Schwellen stellt die Verbindung zwischen der typischerweise elastischen Schwellenbesohlung mit der Betonschwelle dar, da hier verschiedene Kräfte, wie insbesondere Scherkräfte ansetzen, wogegen die Schwellenbesohlung eine gute Haftung an der Unterseite der Bahnschwelle aufzuweisen hat. So ist die Herstellung des Verbunds zwischen der Schwellenbesohlung und der Bahnschwelle stetiger Weiterentwicklung ausgesetzt.
Darüber hinaus ist gerade im Bahnbau der Wettbewerb stark ausgeprägt, so dass auch das Preisgefüge von Bedeutung ist. Hier können bereits Einsparpotenziale dazu führen, Marktanteile zu gewinnen.
Es konnte überdies festgestellt werden, dass günstige Ausgangsprodukte, die sogar den hohen Anforderungen im Bahnbau und dort im Gleisoberbau entsprechen, auch in einer Vielzahl anderer Anwendungen eingesetzt werden können.
Vor diesem Hintergrund hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, ein hochwertiges Ausgangsmaterial bereitzustellen, um daraus Schwellenbesohlungen und andere Elastomerformteile herzustellen. Ein Teilaspekt der Aufgabe beinhaltet, dass die Schwellenbesohlung bzw. das Elastomerformteil einfach herstellbar ist. So ist es vorteilhaft, wenn das Elastomerformteil leicht in die Form zu bringen ist, in welcher es eingesetzt werden soll, also beispielsweise leicht zu einer Schwellenbesohlung geformt werden kann.
Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung beinhaltet, Schwellenbesohlungen und/oder Elastomerformteile bereitzustellen, die günstiger angeboten werden können als am Markt erhältliche Systeme. Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, ein besonders umweltfreundliches Produkt herzustellen, welches insbesondere nicht einmal eigene oder nur verhältnismäßig wenig neue Ressourcen zur Herstellung benötigt, sondern ganz oder überwiegend aus anfallenden Stoffen wiederverwertet werden kann. Dadurch kann die Umweltbilanz des hergestellten Produkts nahezu umweltneutral gehalten werden bzw. wesentlich verbessert werden, was ebenfalls eine Verbesserung gegenüber den am Markt erhältlichen Produkten darstellt, welche durch den Einsatz verschiedenster schwer belastender Stoffe keine gute Umweltbilanz aufweisen.
Die Erfindung wird bereitgestellt durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Patentansprüchen festgehalten.
Eine erfindungsgemäße Schwellenbesohlung zur unterseitigen Anordnung an ein Betonbauteil, wobei ein Betonbauteil zum Beispiel eine Bahnschwelle des Gleisoberbaus ist, weist eine Bauteilseite auf, welche dazu hergerichtet ist, an dem Betonbauteil angeordnet zu werden und/oder mit dem Betonbauteil eine Bauteilverbindung einzugehen. Mit anderen Worten ist die Bauteilseite zu dem Betonbauteil zugewandt, es handelt sich also um die an bzw. mit dem Betonbauteil haftende bzw. verbundene Seite der Schwellenbesohlung, wenn die Schwellenbesohlung bzw. Bauteilbesohlung an dem Betonbauteil angeordnet ist bzw. an dem Betonbauteil fixiert ist. Demgegenüber ist die abgewandte Seite gegenüberliegend zu der Bauteilseite und zeigt im eingebauten Zustand der besohlten Bahnschwelle in Richtung des Schotterbetts.
Die Schwellenbesohlung umfasst oder besteht aus einem Faserrezyklatmaterial . Das Faserrezyklatmaterial umfasst Textilfasern , wobei die Textilfasern zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise in Gummigranulatmaterial gebunden waren oder sind. Das Faserrezyklatmaterial kann neben den Textilfasern auch Gummigranulatmaterial umfassen, beispielsweise in Resten, die an den Textilfasern anhaften. Mit anderen Worten kann das Faserrezyklatmaterial (FRM) ein Gemenge von Textilfasern mit Gummigranulatmaterial bereitstellen, in welchem Textilfasern und Gummigranulatmaterial enthalten sind, beispielsweise in veränderlichen Anteilen enthalten sind. Wenn die Textilfasern in dem Gummigranulatmaterial gebunden sind, bedeutet das, dass die Textilfasern jedenfalls zu einem Teil in dem Gummimaterial vernetzend eingebunden waren oder sind. Typischerweise liegt dieses Material als Knäuel vor. Beispielsweise umfasst etwa die Hälfte des Materials Textilfasern und etwa eine weitere Hälfte Gummimaterial.
Bei der Schwellenbesohlung handelt es sich insbesondere um ein faserhaltiges Elastomerformteil.
Die Textilfasern können zumindest teilweise oder zumindest bereichsweise von dem Gummigranulat umschlossen sein. Das bedeutet insbesondere, dass die Textilfasern in dem Gummigranulat stecken, beispielsweise zu einem Teil ihrer Länge, und nur unter Anwendung mechanischer Kräfte aus dem Gummigranulat entfernt werden könnten oder ohne Zerstörung nicht vom Gummigranulat getrennt werden können. Die Haftung der Textilfasern am Gummigranulat kann dabei stoffschlüssig und/oder formschlüssig ausgebildet sein. Die Textilfasern in dem Faserrezyklatmaterial können auch weitestgehend vom Gummigranulat freigelegt sein, so dass nur noch Reste des Gummigranulats vorhanden sind. Dann ist das FRM größtenteils vom Gummigranulat getrennt. Es kann auch sein, dass die Fasern ohne oder nur mit geringer Anbindung an ein Granulatkorn vorliegen, so dass sich beispielsweise mikroskopisch anhand von kleinsten Anhaftungen beobachten lässt, dass die Fasern aus einem FRM entstammen. In dem granulierten Ausgangsmaterial des FRM können an einem Granulatkorn mehrere oder auch keine Textilfasern haften. Die Textilfasern können in der Granulierung auch von dem Gummigranulat gelöst werden.
Die Textilfasern können dabei beispielsweise zu 10 bis 90Prozent ihrer Länge, bevorzugt 30 bis 50 Längen-%, in dem Gummigranulat eingebunden sein und stehen teilweise mit beispielsweise ihren Enden aus dem Gummigranulat hervor bzw. sind bereichsweise nicht von Gummigranulat umschlossen. In einem Beispiel sind alle Textilfasern in Gummigranulat eingebunden, vollständig über deren Gesamtlänge und/oder teilweise d.h. über einen Teil der Faserlänge der Textilfaser. Das Faserrezyklatmaterial kann im Wesentlichen aus den Textilfasern und dem Gummigranulatmaterial bestehen, so dass das Faserrezyklatmaterial keine oder nur unwesentliche Mengen von anderen Stoffen bzw. Fremdstoffen umfasst. Mit anderen Worten kann das Faserrezyklatmaterial rein aus Fasern bestehen und keine oder nur geringe Mengen Gummigranulatmaterial oder andere Stoffe umfassen. Beispielsweise umfasst das FRM 90 bis 100 Gew.% Textilfasern. Ferner kann das FRM 0 bis 10 Gew.% Gummigranulatmaterial umfassen.
Das FRM umfasst bevorzugt einen Gewichtsanteil von 10 bis 90 Gew.%, Textilfasern, bevorzugt 30 - 50 Gew.% Textilfasern. Das FRM kann ferner einen Gewichtsanteil von 10 bis 90 Gew.% Gummigranulat umfassen, bevorzugt 50 - 70 Gew.%. Die Gewichtsanteile können sich dabei zu 100 Gew.% addieren, so dass ein reines FRM vorliegt, welches aus 10 bis 90 Gew.% Textilfasern, bevorzugt 30 bis 50 Gew.% Textilfasern, und 10 bis 90 Gew.% Gummigranulat, bevorzugt 50-70 Gew.% Gummigranulat, besteht. Es ist aber beispielsweise tolerabel, wenn das FRM beispielsweise geringe Mengen Fremdstoffe, beispielsweise bis zu 5 % Fremdstoffe, umfasst.
Das FRM liegt typischerweise in einer geschredderten Form vor, so dass die Textilfasern bereits gekürzt sind oder vor der Herstellung der Schwellenbesohlung gekürzt werden. Fasern aus solchen Recyclingprozessen sind dabei zumeist Kurzfasern und beispielsweise hinsichtlich der Länge als Flock zu bezeichnen.
Faserlängen der Fasern für das FRM können im Bereich von 0,3 bis 200 Millimeter liegen. Beispielsweise für den Fall, dass die Schwellenbesohlung bzw. das Elastomerformteil mittels Extrusion hergestellt wird, oder auch für andere Herstellungsverfahren, kann eine Endlosfaser in das FRM eingefügt werden, beispielsweise als Rowing, die im Mundstück eingezogen wird. Beispielsweise können die Faserlängen in dem Rezyklatmaterial in einem Längenbereich von 0,3 - 5 mm bereitgestellt werden, weiter können diese auch in einem Bereich von 0,3 bis 50 mm bereitgestellt werden oder auch 5 bis 50 mm.
Die Textilfasern des FRM können thermoplastisches Material aufweisen bzw. aus thermoplastischem Material bestehen. Beispielsweise kann die Zusammensetzung der Fasern eine Größenordnung von 50 % Viskose, 30 % Polyester und 20 % Polyamid aufweisen. Die Textilfasern können also eine Mischung verschiedener Bestandteile umfassen.
Die Textilfasern können Polyester, Polyamide, Viskose und/oder Zellulose auf Holz- oder Baumwollbasis umfassen. Die Textilfasern können ferner Cord-, Kunstseide-, Nylon-, Rayon- und/oder Aramidfasern oder auch Glasfasern umfassen. Auch eine Kombination der vorgenannten Fasern ist ggf. sinnvoll. Die Zusammensetzung der Textilfasern richtet sich grundsätzlich einerseits am Angebot des Recyclingmarkts aus, andererseits am Bedarf für die Festigkeit der Schwellenbesohlung, so dass grundsätzlich auch anderes Fasermaterial in Frage kommt, welches nicht aufgezählt wurde. Bevorzugt handelt es sich bei den Textilfasern um thermoplastische Hochleistungsfasern.
Das Gummigranulat der Schwellenbesohlung bildet mit den im Gummigranulat gebundenen Fasern Knäuel aus, wobei das FRM in Knäuelform vorliegt.
Die Fasern des FRM können gemeinsam mit dem Gummigranulat zumindest teilweise als Faservlies vorliegen. Ein solches Faservlies kann in besonders vorteilhafter Weise strukturelle Eigenschaften der Schwellenbesohlung herausbilden. Mit anderen Worten kann die Verbindung von Fasern mit Gummigranulat in der Schwellenbesohlung eine Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit der Schwellenbesohlung gegenüber Verwindung aber auch gegenüber mechanischer Beanspruchung und Schädigung der Schwellenbesohlung begünstigen bzw. verbessern. So kann die Schwellenbesohlung mit Faservlies widerstandsfähiger gegen ein Durchstechen durch Schotter des Schotterbetts des Gleisoberbaus sein. Hierbei kommt es zunächst nicht auf die Ausrichtung der Fasern des FRM an, sondern vielmehr reicht das Vorhandensein der Fasern aus, um die strukturelle Verbesserung heraus zu bilden. Da die Fasern mit dem Gummigranulat typischerweise Knäuel bilden und sich die Fasern ineinander verhaken, kann das Faservlies durch geeignete Formgebung herausgebildet werden.
Die Schwellenbesohlung kann beispielsweise 70 - 100 Gew.% Faserrezyklatmaterial aufweisen. Die Schwellenbesohlung kann auch vollständig aus Faserrezyklatmaterial aufgebaut sein, so dass insbesondere keine weiteren Zuschlagstoffe bzw. keine weiteren verbundbildenden Materialien zur Herstellung der Schwellenbesohlung benötigt werden.
Die Schwellenbesohlung bzw. das faserhaltige Elastomerformteil kann auch ein Trägermaterial aufweisen, in welchem das FRM eingebettet bzw. gebunden ist, insbesondere in einem Gewichtsanteil zwischen 2 bis 40 Gew.%, bevorzugt 5 - 30 Gew.%, weiter bevorzugt in einem Gewichtsanteil von 15 - 18 Gew.%. Bei dem Trägermaterial kann es sich um ein thermoplastisches Trägermaterial handeln, es kann auch ein vernetzendes Trägermaterial eingesetzt sein wie insbesondere Methylendiphenylisocyanate oder Polyurethan, oder auch Diphenylmethan-44-diisocyanat. Als Trägermaterial können einkomponentige oder zweikomponentige Systeme wie insbesondere Polyurethane eingesetzt sein. Das FRM wird gemeinsam mit dem Trägermaterial in eine Form gepresst oder extrudiert, so dass ein Verbund aus faserhaltigem Rezyklatmaterial und Trägermaterial entsteht, aus welchem die Schwellenbesohlung zusammengesetzt ist.
Die Textilfasern des FRM können zur Herstellung der Schwellenbesohlung jedenfalls teilweise aufgeschmolzen sein, so dass diese zumindest teilweise die Funktion des Trägermaterials einnehmen. Mit anderen Worten kann bei der Herstellung der Schwellenbesohlung, insbesondere durch Erhitzung bzw. thermische Bearbeitung, die Schmelztemperatur für die Textilfasern überschritten werden, so dass die Textilfasern jedenfalls teilweise schmelzen und dabei sowohl die übrigen Textilfasern als auch das Recyclinggummimaterial einschließen und/oder verkleben und/oder einen Verbund aus geschmolzenen Fasern, übrigen Textilfasern und Gummimaterial bilden. Dies ist beispielsweise für den Fall interessant, dass es sich um thermoplastische Textilfasern handelt. Die Textilfasern des FRM bilden somit das Trägermaterial der Schwellenbesohlung aus, so dass ggf. keine Zugabe von zusätzlichem Trägermaterial nötig ist.
Bevorzugt weist die Schwellenbesohlung eine Dicke von 5 bis 15 Millimetern auf. An der Unterseite der Schwellenbesohlung kann eine hochfeste Textillage, beispielsweise Geotextil, vorgesehen sein, als Bewehrungslage gegen das Eindringen von Schotter.
Die Schwellenbesohlung ist bevorzugt flach ausgebildet, d. h. dass die Schwellenbesohlung eine im Verhältnis zu Breite und/oder Länge der Schwellenbesohlung geringere Dicke aufweist, beispielsweise die Dicke im Bereich von 0,5/1000 bis 5/1000 der Länge der Schwellenbesohlung aufweist.
Das Gummigranulat, welches für die Herstellung der Schwellenbesohlung eingesetzt ist und in der Schwellenbesohlung eingebunden ist, kann besonders bevorzugt Recyclinggummimaterial mit den darin gebundenen Textilfasern sein, welches insbesondere bei der Wiederverwertung von Altreifen anfällt. Die beispielsweise in Pkw-Reifen enthaltenen Cordfasern und/oder thermoplastische Hochleistungsfasern sowie das nicht abgetrennte, mitunter feine Gummimehl, welches an den Fasern haftet bzw. dort gebunden ist, werden typischerweise aufgrund des Eigenschaftsprofils, wie beispielsweise einem schlechten Dosier- und Förderverhalten, bislang lediglich thermisch verwertet, also in Müllverbrennungsanlagen entsorgt. Hierfür fallen mitunter hohe Kosten an. Durch den Einsatz dieser Materialien, die bislang unter Aufwendung von Geld und Entstehung von CO₂ entsorgt werden mussten, für die Herstellung von Schwellenbesohlungen bzw. faserhaltigen Elastomerformteilen, kann unter Umständen sogar Geld mit der Annahme der Ausgangsprodukte zur Herstellung des Endprodukts eingenommen werden. Diese paradoxe Situation hilft dabei, den potentiellen Verkaufspreis für solcherart hergestellte Schwellenbesohlungen bzw. faserhaltigen Elastomerformteile weiter zu senken unter Beibehaltung einer hohen Materialqualität. Denn die in Reifen verwendeten Fasern kommen ausschließlich in hochwertiger Cord-Qualität zum Einsatz, die eine wesentlich bessere Qualität aufweisen als beispielsweise solche Fasern, die in anderen faserhaltigen Abfällen zu finden sind. Die Kombination des Vorliegens von Faserresten bzw. Fasermaterial, eingebunden in Gummigranulat, kann zur Erzeugung eines sehr ausgewogenen und widerstandsfähigen Endprodukts führen.
Die Bauteilseite der Schwellenbesohlung kann eine Verbundgeometrie aufweisen zur Herstellung eines Verbundkontaktes der Schwellenbesohlung mit dem Betonbauteil. Mit anderen Worten weist die Bauteilseite eine Ausformung auf, die im Unterschied zu einer homogenen Fläche Ausprägungen, Einprägungen oder anderweitige Strukturen aufweist. Im Allgemeinen fördert die Verbundgeometrie der Bauteilseite den Kontakt bzw. die Haftung, also allgemein den Verbund mit dem Betonbauteil.
Die Verbundgeometrie der Bauteilseite kann über die Bauteilseite überstehen, so dass sie in das Betonbauteil eingreift, wenn dieses an der Schwellenbesohlung angeordnet ist. Dies können Ausstülpungen sein, die auf der Bauteilseite angeordnet sind, es kann auch die Bauteilseite abgefräst werden, um die Verbundgeometrie überstehen zu lassen, so dass also bei dem Abfräsen die Bereiche ausgespart bleiben, welche später die Verbundgeometrie bilden. Die Negativgeometrie kann ebenso in einem Formprozess hergestellt werden. Die Verbundgeometrie kann auch Vertiefungen in der Bauteilseite bilden, so dass das Betonbauteil in die Bauteilseite der Schwellenbesohlung eingreifen kann, und zwar im Bereich der Vertiefungen der Verbundgeometrie. Wenn beispielsweise das Betonbauteil flüssig auf die Schwellenbesohlung gegossen wird oder die Schwellenbesohlung in den flüssigen Beton des Betonbauteils eingedrückt wird, kann der flüssige Beton die Verbundgeometrie der Bauteilseite umschließen bzw. hintergreifen.
Die Verbundgeometrie kann mittels spanendem Verfahren aus der Bauteilseite ausgearbeitet sein oder mittels thermischen Werkzeugen hergestellt werden, wie insbesondere Lötkolben oder Heißschneider. Die Verbundgeometrie kann auch ausgestanzt oder mittels Schneidverfahren, wie insbesondere Wasserstrahlschneiden, geschnitten sein.
Die Verbundgeometrie kann ferner Stege, Ausstülpungen und/oder Einstülpungen aufweisen, so dass die Stege, Ausstülpungen bzw. Einstülpungen von dem Betonmaterial des Betonbauteils hintergegriffen werden können zur Verbesserung des Verbunds zwischen Schwellenbesohlung und Betonbauteil. Mit anderen Worten greifen Verbundgeometrie der Schwellenbesohlung und Oberfläche des Betonbauteils ineinander zur Verbesserung des Haftungsverbunds zwischen Schwellenbesohlung und Betonbauteil. Die Verbundgeometrie kann beispielsweise v-förmig ausgebildet sein, so dass v-förmige Stege aus der Bauteilseite herausstehen oder v-förmige Stege in die Bauteilseite eingeschnitten sind, welche mit flüssigem Beton befüllbar sind. Die Verbundgeometrie kann auch L-förmig oder T-förmig ausgebildet sein und/oder einen positiven oder negativen Hinterschnitt aufweisen.
Die Verbundgeometrie kann also in die oder an den noch flüssigen Beton des Betonformteils angedrückt oder angeformt werden. Das Betonformteil härtet somit unter Umschließung der Verbundgeometrie der Schwellenbesohlung aus, so dass die Verbundgeometrie in das ausgehärtete Betonformteil eingreift und/oder das ausgehärtete Betonformteil in die Verbundgeometrie der Schwellenbesohlung eingreift. Der Beton des Betonformteils stellt dabei bevorzugt einen reibschlüssigen Verbund mit der Oberfläche der Verbundgeometrie her, welche für eine unlösbare Verbindung zwischen dem Betonbauteil und der Schwellenbesohlung sorgt. Dabei kann bei der Aushärtung des Betons auch eine stoffschlüssige Verbindung zu der Oberfläche der Verbundgeometrie und auch zur Oberfläche der Bauteilseite der Schwellenbesohlung hergestellt werden, so dass die Schwellenbesohlung nur schwer von dem Betonbauteil abgezogen werden kann und insbesondere gegen Scherkräfte eine deutlich gesteigerte Widerstandsfähigkeit aufweist. Insbesondere wird die Schwellenbesohlung vermittels der Verbundgeometrie auch dann nicht in lateraler Richtung von den Betonformteil abgeschert werden, selbst wenn es sich teilweise von der Oberfläche des Betonformteils gelöst haben sollte. Die Verbundgeometrie sorgt dafür, dass ein formschlüssiger Verbund zwischen der Verbundgeometrie und dem Betonformteil vorliegt.
Die Schwellenbesohlung kann mittels eines Pressverfahrens oder mittels Anwendung eines Extruders in der Extrusion hergestellt sein. Das Pressverfahren oder das Extrusionsverfahren kann derart eingestellt werden, dass sich dadurch während der Herstellung der Schwellenbesohlung aus den Fasern des Faserrezyklatmaterials das Faservlies ausbildet. Mit anderen Worten sorgt die Pressung bzw. das Extrudieren für eine vliesartige oder auch filzartige Verbindung der Textilfasern untereinander, so dass auch zwischen den Textilfasern ein Kraftverbund vorliegt und dies die Widerstandsfähigkeit der Schwellenbesohlung gegenüber einem Zerreißen verbessert.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein faserhaltiges Elastomerformteil, insbesondere hergestellt als Schwellenbesohlung wie vorstehend beschrieben. Das faserhaltige Elastomerformteil umfasst ein oder besteht aus einem Faserrezyklatmaterial, wobei das Faserrezyklatmaterial Textilfasern und Gummigranulatmaterial umfasst. Die Textilfasern sind dabei zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise in dem Gummigranulatmaterial gebunden.
Sämtliche vorstehende im Zusammenhang mit der Schwellenbesohlung offenbarte Beschreibung kann explizit mit dem faserhaltigen Elastomerformteil kombiniert werden. Lediglich zur Wahrung der Kürze und zur Vermeidung von Wiederholungen wird die vorstehende zur Schwellenbesohlung genannte Beschreibung nicht bezüglich des faserhaltigen Elastomerformteils wiederholt.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Verfahren zur Herstellung eines faserhaltigen Elastomerformteils mit den Schritten: Einbringen das Faserrezyklatmaterials in eine Vorform, Einbringen eines Trägermaterials in die Vorform und Pressen des Elastomerformteils in der Vorform.
Die Erfindung zeigt auch ein Verfahren zur Herstellung eines faserhaltigen Elastomerformteils mit den Schritten: Zuführen des Faserrezyklatmaterials in eine Extrusionsvorrichtung und Extrudieren des faserhaltigen Elastomerformteils.
Im Rahmen der Erfindung liegt schließlich ein Verfahren zur Herstellung eines besohlten Betonbauteils, welches eine Schwellenbesohlung aufweist. Das Verfahren zeigt die Schritte: Gießen des noch flüssigen Betonbauteils auf die Oberseite der Schwellenbesohlung oder Andrücken der Oberseite der Schwellenbesohlung an den noch flüssigen Beton des Betonbauteils und Aushärten des besohlten Betonbauteils.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
Figurenliste
Es zeigen:

1 erste Ausführungsform eines Elastomerformteils,
2 eine besohlte Bahnschwelle,
3 Ausführungsform eines Elastomerformteils mit Verbundgeometrie,
3a perspektivische Ansicht der Ausführungsform der 3,
3b besohlte Bahnschwelle mit Elastomerformteil gemäß 3,
4 weitere Ausführungsform eines Elastomerformteils,
4a perspektivische Ansicht der Ausführungsform der 4,
5, 5a weitere Ausführungsform eines Elastomerformteils mit Verbundgeometrie,
6, 6a Elastomerformteil mit weiterer Variante der Verbundgeometrie,
7, 7a Elastomerformteil mit noch einer weiteren Ausgestaltung der Verbundgeometrie,
8, 8a noch eine Variante des Elastomerformteils,
9 Schema eines Verfahrens zur Herstellung eines Elastomerformteils.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Elastomerformteils 2 mit einer Bauteilseite 5. Die Bauteilseite 5 kann hergerichtet sein zum Verbund mit einem Betonbauteil (siehe 2). Das Elastomerformteil weist ein Faserrezyklatmaterial 8 in seinem Inneren auf, welches im ganzen Elastomerformteil verteilt ist. Das Faserrezyklatmaterial 8 umfasst Gummigranulatmaterial und Textilfasern. Das Elastomerformteil 2 kann vielfältig eingesetzt werden, zum Beispiel als Bodenbelag, als Turnhallenbelag, als Wandverkleidung, als Schalldämmbauteil und als Schwellenbesohlung, auch Undersleeperpad (USP) genannt.
2 zeigt ein Elastomerformteil, hier als Schwellenbesohlung 2, welches unterseits einer Betonschwelle 10 angeordnet und mit der Betonschwelle 10 vermittels der Bauteilseite 5 verbunden ist. Vorzugsweise ist eine formschlüssige Verbindung zwischen der Schwellenbesohlung und dem Betonbauteil 10 gewährleistet. Beispielsweise wird die Schwellenbesohlung 2 bei der Herstellung in das nasse Betonmaterial der entstehenden Bahnschwelle 10 eingedrückt.
Bezugnehmend auf 3 bis 3b ist eine weitere Ausgestaltung eines Elastomerformteils 2 gezeigt, welches auf der Bauteilseite 5 eine Verbundgeometrie 6a aufweist. Die Verbundgeometrie 6a weist v-förmige Ausstülpungen auf, die über die Bauteilseite 5 überstehen. 3a zeigt in dieser Ausführungsform in perspektivische Ansicht, wobei die Verbundgeometrie 6a linienförmig in mehreren Reihen nebeneinander auf der Bauteilseite 5 der Schwellenbesohlung 2 angeordnet ist. Die Verbundgeometrie 6a weist ein v-förmiges Profil auf.
3b zeigt das Elastomerformteil 2 im Verbund mit einem Betonbauteil 10, wobei ersichtlich wird, dass die Verbundgeometrie 6a in das Betonbauteil 10 eingreift bzw. das Betonbauteil 10 um die Ausstülpungen der Verbundgeometrie 6a herum greift, so dass der formschlüssige Verbund zwischen Schwellenbesohlung 2 und Betonbauteil 10 verbessert wird. Zugleich wird insbesondere die kritische Scherbelastung zwischen Schwellenbesohlung 2 und Betonbauteil 10 herabgesetzt, so dass es Relativbewegungen zwischen der Schwellenbesohlung 2 und den Betonbauteil 10 vermindert.
4 zeigt eine Schwellenbesohlung 2 bzw. ein Elastomerformteil 2 mit noch einer weiteren Ausführungsform der Verbundgeometrie 6b, welche je nach Anwendungszweck, die den Haftverbund zwischen dem Elastomerformteil 2 einerseits und dem Betonbauteil 10 andererseits zu verbessern mag.
4a zeigt hierzu die perspektivische Ansicht des Elastomerformteils 2 mit der Verbundgeometrie 6b. Die Verbundgeometrie 6b ist modifiziert v-förmig, wobei an den spitzen Enden der v-förmigen Ausgestaltung Falze angeordnet sind, um den Hintergriff von flüssigem Beton hinter die Verbundgeometrie 6b weiter zu verstärken und die formschlüssige Verbindung in seiner Kraft zu optimieren. Mit anderen Worten wird mit der Ausgestaltung der 4 eine noch weiter verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Scherkraft zwischen Schwellenbesohlung 2 und Betonbauteil 10 erreicht.
5 zeigt noch eine Ausführungsform eines Elastomerformteils 2 mit noch einer weiteren Variante der Verbundgeometrie 6c, welche auf der Bauteilseite 5 des Elastomerformteils 2 angeordnet ist. Die Verbundgeometrie 6c ist kegelstumpfförmig ausgebildet, um einerseits den Produktionsaufwand des Elastomerformteils 2 zu reduzieren und zugleich eine gesteigerte formschlüssige Verbindung zwischen dem Elastomerformteil 2 und dem Betonbauteil 10 zu realisieren.
6 zeigt noch eine weitere Ausführungsform eines Elastomerformteils 2, insbesondere als Schwellenbesohlung für eine Bahnschwelle 10. In dieser Ausführungsform weist die Bauteilseite 5 des Elastomerformteils 2 Einschnitte auf, welche einen Winkel zur Vertikalen aufweisen, der im Bereich von 30 - 60° praktischerweise liegt. Die Ausschnitte der Verbundgeometrie 6d reichen einige Millimeter in die Bauteilseite 5 des Elastomerformteils 2 hinein und sind so ausgestaltet, auch hinsichtlich ihres Durchmessers, dass flüssiger Beton in die Aussparungen hineinlaufen kann und somit ein verbesserter Verbund zwischen dem faserhaltigen Elastomerformteil 2 und einem Betonbauteil 10 erzielt werden kann, wenn dies an der Bauteilseite 5 angeordnet ist. Beispielsweise weisen die Hinterschnitte der Verbundgeometrie 6d eine Tiefe von 3 mm in dem Elastomerformteil 2 auf.
6a zeigt die Ausführungsform der 6 in perspektivische Ansicht, wobei die Vielzahl an parallel angeordneten linienförmigen Einschnitten in die Bauteilseite 5 gezeigt sind.
7 zeigt noch eine weitere Ausführungsform des Elastomerformteils 2, wobei in der Bauteilseite 5 Hinterschnitte in das faserhaltige Elastomerformteil eingebracht sind und dort die Verbundgeometrie 6d bilden. Die Verbundgeometrie 6d ist umgedreht T-förmig ausgebildet, so dass eine bessere Haftung des Betonbauteils 10 an dem Elastomerformteil 2 erzielt werden kann.
7a zeigt hierzu eine weitere perspektivische Ansicht des Elastomerformteils 2 mit der Verbundgeometrie 6d.
8 zeigt schließlich noch eine Ausführungsform der Verbundgeometrie 6e, welche umgekehrt kegelstumpfförmig ausgebildet ist. 8a zeigt hierzu eine perspektivische Ansicht.
9 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines faserhaltigen Elastomerformteils 2 mit den Schritten: Einbringen 31 eines Faserrezyklatmaterials 8 in eine Vorform, Einbringen eines Trägermaterials in die Vorform 33 und Pressen 35 des Elastomerformteils in der Vorform zur Herstellung des faserhaltigen Elastomerformteils 2.
Vorstehend konnte gezeigt werden, dass also rezyklierte Materialien insbesondere aus dem Recycling von Reifen, welche Textilfasern umfassen, die insbesondere noch Reste von Gummigranulaten aufweisen und wobei die Textilfasern in die Gummigranulate gebunden sind, Elastomerformteile 2 hergestellt werden können, die typischen Anforderungen, insbesondere auch im Bahnoberbau genügen und einen ausreichend hohen Scherwiderstand und allgemein ausreichend belastbar ausgestaltet werden können. Aus dem Faserrezyklat können Schwellenbesohlungen 2 wie auch Formteile und Platten hergestellt werden. Das Faserrezyklat kann mit einem vernetzenden Werkstoff als Bindemittel in herkömmlichen kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Pressverfahren hergestellt werden. Es kann auch MDI eingesetzt werden.
Es kann auch durch ein Extrusionsverfahren als Hauptbestandteil eingesetzt werden, wobei beispielsweise ein externer und zusätzlicher Trägerwerkstoff, wie ein Thermoplast, z.B. ein thermoplastisches Elastomer, oder ein vernetzender Werkstoff, wie zum Beispiel Polyurethan, eingesetzt wird, um das granulatförmige und/oder knäuelförmige Faserrezyklat zu binden. Es kann auch ohne externe Trägerwerkstoffe gebunden werden, beispielsweise dann, wenn es sich bei den Fasern um Thermoplaste handelt und diese in dem Herstellungsverfahren aufgeschmolzen und als Trägerwerkstoff verwendet werden können. Das Faserrezyklat bindet sich in dieser Ausgestaltung selbst, so dass kein Zusatz von weiteren Bestandteilen zu dem Elastomerformteil 2 benötigt wird.
Die Zugfestigkeit steigt signifikant, auch in Abhängigkeit von einem einzusetzenden Trägerwerkstoff. Die Steifigkeit des Endprodukts steigt ebenfalls signifikant.
Das mittels des Faserrezyklat hergestellte Formbauteil 2 ist sehr umweltfreundlich herstellbar, da das zugrundeliegende Faserrezyklat nicht mehr, wie üblich, der thermischen Verwertung zugeführt werden muss, sondern quasi als kostenloser Rohstoff für die Herstellung der Elastomerformteile 2 zur Verfügung steht.
So kann das Elastomerformteil 2 mit dem Faserrezyklat 8 in vorteilhafter Weise sogar ohne die zusätzliche Herstellung von Additiven und/oder Neumaterial für die späteren Elastomerformteile auskommen und ausschließlich aus dem Faserrezyklat 8 bestehen. Aber selbst, wenn geringe Mengen von Zukaufadditiven bzw. Neumaterial benötigt werden, ist die Umweltbilanz des so hergestellten Elastomerformteils 2 noch immer besonders gut.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind. In allen Figuren stellen gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände dar, so dass Beschreibungen von Gegenständen, die ggf. nur in einer oder jedenfalls nicht hinsichtlich aller Figuren erwähnt sind, auch auf diese Figuren übertragen werden können, hinsichtlich welchen der Gegenstand in der Beschreibung nicht explizit beschrieben ist.
Bezugszeichenliste

2: Elastomerformteil bzw. Schwellenbesohlung
5: Bauteilseite
6a - 6e: Verbundgeometrie
8: Faserrezyklatmaterial
10: Betonbauteil

Claims

Schwellenbesohlung zur unterseitigen Anordnung an ein Betonbauteil wie einer Bahnschwelle, mit einer Bauteilseite welche dazu hergerichtet ist, an dem Betonbauteil angeordnet zu werden und/oder mit dem Betonbauteil eine Bauteilverbindung einzugehen, und umfassend ein oder bestehend aus einem Faserrezyklatmaterial, wobei das Faserrezyklatmaterial Textilfasern umfasst, und wobei die Textilfasern zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise in Gummigranulatmaterial gebunden waren oder sind.
Schwellenbesohlung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Faserrezyklatmaterial Gummigranulatmaterial umfasst, und/oder wobei die Textilfasern von dem Gummigranulat zumindest bereichsweise umschlossen sind, und/oder wobei die Textilfasern in dem Gummigranulat eingebunden sind.
Schwellenbesohlung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Faserrezyklatmaterial im Wesentlichen aus den Textilfasern oder den Textilfasern und dem Gummigranulatmaterial besteht, und/oder wobei das Faserrezyklatmaterial einen Gewichtsanteil von 10 bis 90 gew.% Textilfasern, bevorzugt 30 bis 50 gew.% Textilfasern, und einen Gewichtsanteil von 10 bis 90 gew.% Gummigranulat, bevorzugt 50 bis 70 gew.% Gummigranulat, umfasst.
Schwellenbesohlung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Textilfasern des Faserrezyklatmaterials thermoplastisches Material aufweisen.
Schwellenbesohlung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Textilfasern thermoplastische Hochleistungsfasern umfassen, und/oder wobei die Textilfasern Polyester, Polyamide, Viskose und/oder Zellulose auf Holz- oder Baumwollbasis umfassen, und/oder wobei die Textilfasern Cord-, Kunstseide-, Nylon-, Rayon-, Aramidfasern und/oder Glasfasern umfassen.
Schwellenbesohlung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gummigranulat mit den darin gebundenen Fasern Knäuel bildet und das Faserrezyklatmaterial in Knäuelform vorliegt, und/oder wobei die Fasern des Faserrezyklatmaterials gemeinsam mit dem Gummigranulat zumindest teilweise als Faservlies vorliegen und somit strukturelle Eigenschaften der Schwellenbesohlung herausbilden.
Schwellenbesohlung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schwellenbesohlung 50 bis 100 gew.% Faserrezyklatmaterial aufweist, und/oder wobei die Schwellenbesohlung vollständig aus Faserrezyklatmaterial aufgebaut ist.
Schwellenbesohlung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Trägermaterial, insbesondere in einem Gewichtsanteil zwischen 2 bis 40 Gew.%, bevorzugt 5 bis 30 gew.%, weiter bevorzugt in einem Gewichtsanteil von 15 bis 18 gew.%.
Schwellenbesohlung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Trägermaterial ein thermoplastisches Trägermaterial ist oder umfasst, und/oder wobei der Trägermaterial ein vernetzendes Trägermaterial ist oder umfasst, insbesondere Methylendiphenylisocyanate (MDI) oder Polyurethan umfasst.
Schwellenbesohlung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Textilfasern des Rezyklatmaterials zur Herstellung der Schwellenbesohlung jedenfalls teilweise aufgeschmolzen sein und zumindest teilweise die Funktion des Trägermaterials einnehmen.
Schwellenbesohlung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schwellenbesohlung eine Dicke in einem Bereich von 5 bis 15 mm aufweist, und/oder wobei die Schwellenbesohlung flach ausgebildet ist, das heißt eine im Verhältnis zu Breite und/oder Länge geringere Dicke aufweist.
Schwellenbesohlung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gummigranulat Recyclinggummimaterial mit den darin gebundenen Textilfasern ist, welches insbesondere bei der Wiederverwertung von Altreifen anfällt.
Schwellenbesohlung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bauteilseite eine Verbundgeometrie aufweist zur Herstellung eines Verbundkontaktes der Schwellenbesohlung mit dem Betonbauteil.
Schwellenbesohlung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Verbundgeometrie über die Bauteilseite übersteht, so dass sie in das damit verbundene Betonbauteil eingreift, wenn dieses an der Schwellenbesohlung angeordnet ist und/oder wobei die Verbundgeometrie Vertiefungen in der Bauteilseite bildet, so dass das Betonbauteil in die Bauteilseite der Schwellenbesohlung eingreift, wenn dieses an der Schwellenbesohlung angeordnet ist.
Schwellenbesohlung nach zumindest einem der beiden vorstehenden Ansprüche, wobei die Verbundgeometrie mittels spanendem Verfahren aus der Bauteilseite ausgearbeitet wird, oder mittels thermischen Werkzeugen, wie insbesondere Lötkolben oder Heißschneider, hergestellt wird, oder ausgestanzt oder mittels Schneidverfahren wie Wasserstrahlschneiden geschnitten wird oder bereits mit der Verbundgeometrie hergestellt wird.
Schwellenbesohlung nach zumindest einem der drei vorstehenden Ansprüche, wobei die Verbundgeometrie Stege, Ausstülpungen und/oder Einstülpungen aufweist, so dass die Stege, Ausstülpungen bzw. Einstülpungen von dem Betonmaterial des Betonbauteils hintergriffen werden können zur Verbesserung des Verbunds zwischen Schwellenbesohlung und Betonbauteil, wobei die Verbundgeometrie insbesondere v-förmig, L-förmig oder T-förmig ausgebildet ist und/oder einen positiven oder negativen Hinterschnitt aufweist.
Schwellenbesohlung nach zumindest einem der vier vorstehenden Ansprüche, wobei die Verbundgeometrie in die oder an den noch flüssigen Beton des Betonformteils angedrückt oder angeformt wird, so dass das Betonformteil unter Umschließung der Verbundgeometrie der Schwellenbesohlung aushärtet, so dass die Verbundgeometrie in das ausgehärtete Betonformteil eingreift und/oder das ausgehärtete Betonformteil in die Verbundgeometrie der Schwellenbesohlung eingreift.
Schwellenbesohlung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schwellenbesohlung mittels Pressverfahren oder mittels Extrusion hergestellt ist.
Schwellenbesohlung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Pressverfahren oder das Extrusionsverfahren derart eingestellt wird, dass sich dadurch während der Herstellung der Schwellenbesohlung aus den Fasern des Faserrezyklatmaterials das Faservlies gemäß Anspruch X ausbildet.
Faserhaltiges Elastomerformteil, insbesondere als Schwellenbesohlung, umfassend ein oder bestehend aus einem Faserrezyklatmaterial, wobei das Faserrezyklatmaterial Textilfasern und Gummigranulatmaterial umfasst, und wobei die Textilfasern zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise in dem Gummigranulatmaterial gebunden waren oder sind.
Verfahren zur Herstellung eines faserhaltigen Elastomerformteils, mit den Schritten Einbringen eines Faserrezyklatmaterials in eine Vorform, Einbringen eines Trägermaterials in die Vorform, Pressen des Elastomerformteils in der Vorform.
Verfahren zur Herstellung eines faserhaltigen Elastomerformteils, mit den Schritten Zuführen des Faserrezyklatmaterials in eine Extrusionsvorrichtung und Extrudieren des faserhaltigen Elastomerformteils.
Verfahren zur Herstellung eines besohlten Betonbauteils mit einer Schwellenbesohlung, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit den Schritten Gießen des noch flüssigen Betonbauteils auf die Oberseite der Schwellenbesohlung oder Andrücken der Oberseite der Schwellenbesohlung an den noch flüssigen Beton des Betonbauteils, Aushärten des besohlten Betonbauteils.