DE19909000A1

DE19909000A1 - Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19909000A1
Application number: DE19909000A
Authority: DE
Inventors: Robert Huber; Dirk Huybrechts; Volker Banhardt
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2000-09-07

Abstract

Bauelemente (1, 11, 12), die aus einem Faser-Kunststoff-Verbund (2) gefertigt sind, kommen wegen der einfachen Herstellungsverfahren und des geringen Gewichts gegenüber gleichen Bauteilen aus anderen Materialien immer mehr zum Einsatz. Die leichte Entflammbarkeit dieser Bauelemente (1, 11, 12) bei einem Brand ist hierbei jedoch von Nachteil. Um das zu vermeiden, wird die Oberfläche (1A, 11A, 12A) eines jeden erfindungsgemäßen Bauelements (1, 11, 12) aus jeweils mindestens einer gegen Brand resistenten Schicht (3) gefertigt und mit dem Bauelement (1, 12, 13) zu einer Einheit integriert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bauelement sowie ein Verfahren zu dessen Her stellung gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 4.

Bauelemente, die aus einem Werkstoff in Form eines Faser-Kunststoff-Verbunds gefer tigt sind, kommen wegen der einfachen Herstellungsverfahren und des geringen Ge wichts gegenüber gleichen Bauteilen aus anderen Materialen immer mehr zum Einsatz. Ein wesentlicher Nachteil dieser Bauelemente besteht jedoch darin, daß die zur Her stellung des Faser-Kunststoff-Verbunds verwendeten Harzsysteme ein ungenügendes Brandverhalten aufweisen, das in vielen Fällen die gestellten Anforderungen nicht er füllt.

Es wurden schon mehrere Ansätze unternommen, Bauelemente aus Faser-Kunststoff- Verbund so zu fertigen, daß sie diesen Anforderungen genügen. So wurde versucht, das Brandverhalten durch das Einmischen von Additiven in Form von Aluminium oxidtrihydrat oder Ammonuimpolyphosphat in das Harzsystem zu verbessern. Ein in trinsischer Brandschutz mit Agenzien, die in das Harzsystems eingebaut sind, haben bisher auch nur zu unbefriedigenden Ergebnissen geführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aus Faser-Kunststoff-Verbund herge stelltes Bauelement so gegen Brand zu schützen, daß mindestens die an Wagenkasten von Schienenfahrzeugen gestellten Forderungen bezüglich des Brandschutzes voll er füllt werden. Ferner soll ein Verfahren aufgezeigt werden, mit dem ein solches Bauele ment herstellt werden kann.

Der erste Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein Verfahren zur Herstellung eines gegen Brand geschützten Bauelements aus Faser- Kunststoff-Verbund ist im Patentanspruch 4 offenbart.

Weitere erfinderische Merkmaie sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher er läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen vergrößerten Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Bauelement,

Fig. 2 den Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs, dessen Begrenzungswände aus er findungsgemäßen Bauelementen hergestellt sind.

Das in Fig. 1 im Ausschnitt dargestellte Bauelement 1 ist aus einem Faser-Kunststoff- Verbund gefertigt, und an seiner ersten Oberfläche 1A mit einem Brandschutz 3 verse hen. Der Brandschutz 3 wird durch eine Schicht gebildet, die bei der Herstellung des Bauelements 1 mit diesem zu einer untrennbaren Einheit verbunden wird. Die Schicht 3 wird durch ein Vlies 4 gebildet, das aus anorganischen Fasern 5 gefertigt ist. Zwischen den Fasern 5 des Vlieses 4 sind Teilchen 6 aus einem anorganischen Werkstoff einge bettet. Die Teilchen 6 werden aus einem Werkstoff gefertigt, der sich oberhalb einer definierten Temperatur aufbläht. Die Teilchen 6 werden vorzugsweise aus Graphit oder Silikat hergestellt. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur die Oberfläche 1A des Bauelements 2 gegen Brand geschützt. Erfindungsgemäß kann jedoch auch seine zweite Oberfläche 1B mit einem solchen Brandschutz versehen werden (hier nicht dargestellt).

Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Wagenkasten 10, der senkrecht zur Längsachse des Wagenkastens verläuft. Der Wagenkasten 10 gehört zu einem Schie nenfahrzeug (hier nicht dargestellt). Er ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbei spiel unter anderem aus zwei Bauelementen zusammengebaut, die als innere und eine äußere Begrenzungswand 11 und 12 ausgebildet sind. Beide Begrenzungswände sind aus einem Faser-Kunststoff-Verbund gefertigt. Sie sind bei dem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel in einem definierten Abstand voneinander angeordnet. Der Raum 13 zwischen den beiden Begrenzungswänden 11 und 12 ist entsprechend der jeweili gen Bauweise mit einem Füllstoff (hier nicht dargestellt) versehen, womit die erforderli che Steifigkeit des Wagenkastens 10 sichergestellt wird. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die Bauweise eines Wagenkastens mit zwei im Abstand angeordneten Begrenzungswände 11 und 12. Vielmehr werden alle Formen von Wagenkasten hiermit erfaßt, deren Bauelemente nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wer den.

Bei dem hier dargestellten Wagenkasten 10 sind die nach außen gerichtete Oberfläche 11A der Begrenzungswand 11 sowie die den Innenraum des Wagenkastens 10 be grenzende Oberfläche 12A der Begrenzungswand 12 durch Brand gefährdet. Deshalb werden bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel diese beiden Oberflächen 11A und 12A mit einem Brandschutz in Form der speziellen Schicht 3 versehen. Die Be grenzungswände 11 und 12 werden in der gleichen Weise wie das in Fig. 1 dargestellte und in der zugehörigen Beschreibung erläuterte Bauelement 1 hergestellt. Um die spe zielle Form der Begrenzungswände 11 und 12 zu erreichen, werden hierfür Formen (hier nicht dargestellt) verwendet. Diese werden zunächst mit einer Schicht 3 aus dem oben beschriebenen Vlies 4 gemäß Fig. 1 ausgelegt, derart, daß jede Form vollständig bedeckt ist, und eine geschlossene Fläche gebildet wird. Eine solche Schicht 3 bildet in beiden Fällen nach der Fertigstellung der Begrenzungswände 11 und 12 deren Ober flächen 11A und 12A. Auf dem so angeordneten Vlies 4 werden zur Ausbildung des Faser-Kunststoff-Verbunds 2 Fasern 20 aus Glas, Kohle oder Aramid, wie in Fig. 1 dar gestellt, in einer solchen Menge aufgetragen, daß jede Begrenzungswand 11, 12 nach der Fertigstellung unter Berücksichtigung der Schicht 3 die gewünschte Dicke aufweist. Anschließend werden diese Fasern 20 mit einer solchen Menge an aushärtbarem Harz 21 infiltriert, daß sowohl die Fasern 20 als auch die darunter befindliche Schicht 3 voll ständig damit getränkt werden. Für die Ausbildung des Faser-Kunststoff-Verbund 2 können alle hierfür geeigneten Harze verwendet werden. Das Harz 21 wird nach dem Tränken der Fasern 20 und der Schicht 3 ausgehärtet. Dabei wird in beiden Fällen die Schicht 3 in den Faser-Kunststoff-Verbund 2 integriert. Die zweiten Oberflächen 11B und 12B der Begrenzungswände 11 und 12, zwischen denen sich der Raum 13 befin det, sind in den meisten Fällen nicht durch Brand gefährdet. Das Ausbilden dieser Oberflächen 11B und 12B aus je einer Schicht 3 ist deshalb nicht erforderlich. Falls es jedoch auf Grund von Brandschutzbestimmungen erforderlich sein sollte, können auch dieser Oberflächen 11B und 12B in gleicher Weise ausgebildet werden, wie das bei den Oberflächen 12A und 13A der Fall ist.

Zur Überprüfung der Beständigkeit der erfindungsgemäßen Bauelemente 1, 11, 12 ge gen Brand werden hiervon Probekörper (hier nicht dargestellt) mit Abmessungen von 500 mm × 190 mm mit einer bezüglich Düse und Volumen des Gasstroms geregelten Gasflamme drei Minuten lang beflammt. Der Abstand der Flamme zum jeweiligen Pro bekörper beträgt 50 mm und der Luftdurchsatz im Versuchsraum ist geregelt. Die Ver suchsanordnung, die zur Klassifizierung S4 gemäß DIN 5510-2 verwendet wird, ist in DIN 54 837 spezifiziert. Nach drei Minuten wird die Flamme entfernt. Neben dem Ent flammungszeitpunkt und der Größe der zerstörten Fläche ist das Kriterium der Nach brenndauer sehr wesentlich. Unter dem Begriff des Nachbrennens wird der Zeitraum verstanden, der vom Entfernen der Flamme nach drei Minuten Beflammungsdauer bis zum völligen selbständigen Erlöschen der am Probekörper entstandenen Flamme ver geht. Der Mittelwert der Nachbrenndauer von fünf beflammten Probekörpern darf 10 Sekunden nicht überschreiten, um die Klassifizierung S4 zu erreichen. Bei den obigen Versuchen wurde festgestellt, daß beim Beflammen nur das in der Schicht 3 befindliche Harz 21 verbrennt. Gleichzeitig entfaltet die Schicht 3 ihre auf Isolation und Intumes zenz (Aufblähen) beruhende Brandschutzwirkung.

Claims

1. Bauelement aus einem Faser-Kunststoff-Verbund (2), dadurch gekennzeich net, daß die gegen Brand geschützten Oberflächen (1A, 11A, 12A) des Bauelements (1, 11, 12) aus jeweils mindestens einer gegen Brand resistenten Schicht (3) gefertigt und mit dem Bauelement (1, 12, 13) zu einer Einheit zusammengefügt sind.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede gegen Brand geschützte Oberfläche (1A, 11A, 12A) aus einer Schicht (3) in Form eines Vlie ses (4) gefertigt ist, das aus anorganischen Fasern (5) besteht, in die anorganische Teilchen (6) eingebettet sind.

3. Bauelement, nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faser-Kunststoff-Verbund (2) unmittelbar an die anorganischen Fasern (5) der Schicht (3) angrenzt, und daß die anorganischen Teilchen (6) und die Fasern der Schicht (3) sowie die Fasern (20) des Faser-Kunststoff-Verbunds (2) von dem den Fa ser-Kunststoff-Verbund bildenden Harz (21) infiltriert sind.

4. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements aus einem Faser-Kunststoff- Verbund, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen Brand geschützten Oberflächen (1A, 11A, 12A) des Bauelements (1, 11, 12) aus jeweils mindestens einer gegen Brand resi stenten Schicht (3) gefertigt und mit dem Bauelement (1, 12, 13) zu einer Einheit zu sammengefügt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ausbil dung der gegen Brand geschützten Oberflächen (1A, 11A, 12A) wenigstens die den Faser-Kunststoff-Verbund (2) bildenden Fasern (20) auf einem Vlies (4) aus anorgani schen Fasern (5) mit dazwischen eingebetteten anorganischen Teilchen (6) angeordnet und dann zusammen mit dem Vlies (4) mit dem den Faser-Kunststoff-Verbund (2) bil denden Harze (21) infiltriert werden, und daß das Harz (21) daraufhin unter Bildung ei ner Einheit zwischen Vlies (4) und Faser-Kunststoff-Verbund (2) ausgehärtet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Ausbildung des Faser-Kunststoff-Verbunds (2) und die Infiltration der Schicht (3) alle hierfür geeigneten Harze verwendet werden können.