DE2435078C2 - Stoßdämpfungseinheit aus einer elastischen Polyharnstoffurethan-Masse - Google Patents

Description

a) als aromatisches Diamin 2,2'-Diaminodiphenyldisulfid oder 4,4'-Diaminodiphenyldisulfid,

b) als aromatisches Diisocyanat 3,3'-Bistolylen-4,4'-diisocyanat oder 3,3'-Dimethyldiphenylenemethan-4,4'-diisocyanat und

c) als Polyolgemisch ein solches mit einem mittleren Gesamtmolekulargewicht von 1500 bis 2100 aus

60

I. Polyolen mit einem Molekulargewicht von 1800 bis 2200, von denen entweder

Gewichtsprozent Polyesterpoiyol vorliegen, und entsprechend

H. entweder

A. 35 bis 0 Gewichtsprozent oder

B. 35 bis 5 Gewichtsprozent .mindestens eines Poiyätherpolyols und/oder PoIyesterpolyols mit einem Molekulargewicht von 800 bis 1250, wobei das Polyätherpolyol Polytetramethylenätherglykol und/oder Polypropylenätherglykol und Polyesterpoiyol einen Caprolactonpolyester aus 6 bis 8 Kohlenstoffatome enthaltenden Caprolactonen mit 4 bis 7 Kohlenstoffatome enthaltenden Glykolen oder ein Azelat der Azelainsäure und 4 bis 7 Kohlenstoffatome enthaltenden Glykolen darstellt, verwendet worden ist, und

daß die Stoßdämpfungseinheit einem Kompressionszyklus über mindestens 300 Zyklen unter konstantem Druck widersteht, wobei ein Zyklus das Alternieren zwischen einem Maximum von 45 bis 55% und einem Minimum von 8 bis 12% ihrer ursprünglichen nichtkomprimierten Höhe über einen Zeitraum von 30 sek für einen vollständigen Zyklus umfaßt, wonach eine Pause von 4,5 min zwischen den Zyklen folgt

?. Stoßdämpfungseinheit nach Anspruch 1, wobei das Polyesterpolyol auf der Grundlage eines Caprolacton-, Adipinsäure- und/oder Azelainsäurepolyesters hergestellt worden ist und das Verhältnis der Isocyanatgruppen zur Summe der Hydroxylgruppen der Polyole 1,7 bis 2,0 und das Verhältnis der primären Aminogruppen des Diamins zum Überschuß der Isocyanatgruppen über die Summe dieser Hydroxylgruppen hinaus 0,7 bis 0,95 beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß als aromatisches Diamin 2,2'-Diaminodiphenyldisulfid und als Polyolgemisch ein solches mit einem mittleren Gesamtmolekulargewicht von 1500 bis 1800, wobei das Polyesterpoiyol

A. Caprolactonpolyester aus ε-Caprolacton und Diäthylenglykol,

B. Adipate der Adipinsäure und 1,4-Butandiol und/oder 1,6-Hexandiol und/oder

C. Azelate der Azelainsäure und 1,4-Butandiol und/oder 1,6-Hexandiol darstellt,

verwendet worden ist.

3. Stoßdämpfungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyätherpolyol Polytetramethylenätherglykol verwendet worden ist.

4. Stoßdämpfungseinheit nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Diisocyanat 3,3'-Dimethyl-diphenylenmethan-4,4'-diisocyanat verwendet worden ist.

A. 65 bis 100 Gewichtsprozent als Polyätherpolyol oder

B. 65 bis 95 Gewichtsprozent als Polyolgemisch aus (i) 35 bis 65 Gewichtsprozent Polyätherpolyol und (ii) 65 bis 35

65 Die Erfindung betrifft eine Stoßdämpfungseinheit aus einer elastischen Polyharnstoffurethan-Masse, im we-

sentlichen ausgebildet in Form eines Zylinders mit einer V-förmigen Umfangsvertiefung, an dessen Stirnseiten je eine Stahlplatte zur Lastaufnahme befestigt ist, und vorgesehen für Eisenbahnverzugsgt triebe, in denen eine Vielzahl derartiger Einheiten in einem Zylinder in Reihe angeordnet sind, wobei die Polyharnstoffurethan-Masse durch Umsetzung von mindestens einem aromatischen Diamin mit dem Reaktionsprodukt aus mindestens einem aromatischen Diisocyanat und einem Polyolgemisch aus mindestens einem Polyätherpolyol sowie gegebenenfalls mindestens einem Polyesterpolyol hergestellt worden ist und wobei das Verhältnis der Isocyanatgruppen zur Summe der Hydroxylgruppen der Polyole 1,7 bis 2,5, das Verhältnis der primären Aminogruppen des Diamins zum Oberschuß der Isocyanatgruppen über die Summe dieser Hydroxylgruppen hinaus 0,6 bis 1,1 und die Säurezahl der Polyole weniger als 1 beträgt und wobei die Stoßdämpfungseinheit außerdem eine Durchbiegung /on 0,76 cm bis 1,53 cm bei 25" C und Anwendung von 126kp/cm² Druck gleichförmig an den Endflächen (Energie-aufnehmenden Flächen) der ausgeformten elastischen Masse zeigt, wenn die Masse ein im allgemeinen scheibenförmiges zylindrisches Element mit kreisrunden parallelen Endflächen ist, wobei diese Flächen von kreisrunden Stahlplatten bedeckt sind und daran haften, die einen Durchmesser von 16,5 cm, eine Höhe von 3,8 cm und eine die Endflächen iir wesentlichen in Form einer V-förmigen Rille verbindenden Seitenwand mit im wesentlichen gleichen Seitenlängen aufweisen, wobei sich diese Rille zwischen diesen Endflächen erstreckt und das Volumen des festen Teils dieses Elements 150% des Volumens dieser Rille ausmacht, und wobei es ferner für das Polyharnstoffurethan bei einem Kalttemperatur-Kompressionstest bei —40° C einen Maximaldruck von J5 527 kp/cm², der an seinen flachen Flächen lastet, erfordert, um die Scheibe um 40% zusammenzudrücken, wenn es zu einer festen kreisrunden Scheibe mit einer geraden Seitenwand, einem Durchmesser von 2,87 cm und einer Dicke von 1,27 cm ausgeformt und gehärtet ist

Stoßdämpfungseinheiten für Eisenbahnverzugsgetriebe haben ein Stadium der Weiterentwicklung durchgemacht. Wegen der außerordentlich großen und wiederholten Stöße, welchen die verhältnismäßig kleinen Dämpfungseinheiten dynamisch widerstehen können müssen, hatte man eine Kombination aus dynamischem Kompressionstest und Stoßdämpfungselementmasse zu koordinieren. Eine einfache Materialsubstitution ist unwirksam. Als die Bewertungsmetho- den und -erfordernisse für die dynamische Kompressionsfestigkeit exakter geworden waren, wurden noch verfeinerte Stoßdämpfungselementmassen gefordert.

Von besonderer Wichtigkeit sind die Belastungserfordernisse eines dynamischen Kompressionspendeltests als Maß zur Bestimmung geeigneter Einheiten für den Eisenbahnverzugsgetriebebetrieb. Dieses Testerfordernis kommt hinzu zu typischen Biegungs-, Tieftemperatur- und Fallhammertests. Der Kompressionspendeltest kann ausgeführt werden, indem man ein elastisches stoßdämpfendes Element aus einer elastischen Masse einer Kurzzylinderform nimmt, die einen Durchmesser von 16,5 cm und eine Höhe von 3,8 cm hat, deren Seiten in Form eines konkaven Vs vorliegen und deren Enden an der Fläche runder Stahlplatten haften und von diesen bedeckt sind, und dieses Element unter konstantem Druck pendeln läßt, wobei es zwischen einem Maximum von 45 bis 55% seiner ursprünglichen nichtkomprimierten Polyharnstoffurethan-Elementhölie und einem Minimum von 8 bis 12% dieser ursprünglichen Höhe alterniert Das Polyharnstoffurethanelement selbst unterliegt ständig einer sehr wesentlichen Gestaltsänderung, wenn es komprimiert und entspannt wird während einer solchen dynamischen Pendelung. Unter diesem verhältnismäßig strengen Test kann eine typische Einheit innerhalb etwa 50 bis 100 Zyklen zusammenbrechen oder reißen. Eine geeignete Einheit für den Eisenbahnverzugsgetriebebetrieb sollte jedoch mindestens 300 Zyklen und vorzugsweise mindestens 500 Zyklen aushalten bzw. diesen widerstehen.

Aus der US-PS 33 70 718 sind als Bestandteile eines Verzugsgetriebes verwendbare federnde Stoßdämpfungseinheiten bekannt, die jeweils eine Elastomerscheibe zwischen einem damit fest verbundenen Paar kreisförmiger Metallscheiben enthalten, wobei die elastische Scheibe eine Vertiefung aufweisen kann. Elastomerscheiben der üblichen Art können zwar stoßdämpfende Eigenschaften bei niedrigen Belastungen aufweisen, besitzen aber im allgemeinen schiechte stoßdämpfende Eigenschaften bei hohen Belastungen. Üblicherweise nimmt auch die Kompressionsfestigkeit bei hohen Belastungen ab. Außerdem können herkömmliche Elastomerscheiben eine übermäßige bleibende Verformung durch Druck und geringe Dauerhaftigkeit unter wiederholten Beanspruchungen zeigen und bei niedrigen Temperaturen versteifen.

Die DE-OS 21 56 264 und DE-OS 21 41 144 beschreiben Stoßdämpfer auf Polyurethangrundlage, die zwar ein verbessertes Stoßdämpfungsvermögen haben, aber noch nicht die für Stoßdämpfungseinheiten für Verzugsgetriebe von Eisenbahnwagen erwünschte optimale Kompressionsfestigkeit besitzen, so daß diese Stoßdämpfer bei den starken wiederholten Stößen bei Getrieben der genannten Art nicht die erwünschte Haltbarkeit aufweisen und beim obenerwähnten dynamischen Kompressionstesi schon unterhalb von 300 Zyklen versagen können.

Ziel der Erfindung ist daher eine Stoßdämpfungseinheit aus einer elastischen Polyharnstoffurethan-Masse mit geeignetem Stoßdämpfungsvermögen und außerdem ausgezeichneter Kompressionsfestigkeit, so daß die Stoßdämpfungseinheit den starken wiederholten Stößen bei Eisenbahnverzugsgetrieben dynamisch widerstehen kann.

Dieses Ziel wird durch eine Stoßdämpfungseinheit der eingangs beschriebenen Art überraschenderweise dadurch erreicht, daß zur Herstellung der Polyharnstoffurethan-Masse

a) als aromatisches Diamin 2,2'-Diaminodiphenylsulfid oder 4,4'-Diaminodiphenyldisulfid,

b) als aromatisches Diisocyanat 3,3'-Bistolylen-4,4'-diisocyanat oder 3,3'-Dimethyldiphenylenmethan-4,4'-diisocyanat und

c) als Polyolgemisch ein solches mit einem mittleren Gesamtmolekulargewicht von 1500 bis 2100 aus

I. Polyolen mit einem Molekulargewicht von 1800 bis 2200, von denen entweder

A. 65 bis 100 Gewichtsprozent als Polyätherpolyol oder

B. 65 bis 95 Gewichtsprozent als Polyolgemisch aus (i) 35 bis 65 Gewichtsprozent Polyätherpolyol und (ii) 65 bis 35 Gewichtsprozent Polyesterpolyol vorliegen, und entsprechend

II. entweder

A. 35 bis O Gewichtsprozent oder

B. 35 bis 5 Gewichtsprozent mindestens eines Polyätherpolyols und/oder Poly- , esterpolyols mit einem Molekulargewicht von 800 bis 1250, wobei das Polyätherpolyol Polytetramethylenätherglykol und/ oder Polypropylenätherglykol und das Polyesterpolyol einen Caprolactonpoly- ι ο ester aus 6 bis 8 Kohlenstoffatome enthaltenden Caprolactonen mit 4 bis 7 Kohlenstoffatome enthaltenden Glykolen oder ein Azelat der Azelainsäure und 4 bis

7 Kohlenstoffatome enthaltenden Glykolen darstellt, verwendet worden ist und

daß die Stoßdämpfungseinheit einem Kompressionszyklus über mindestens 300 Zyklen unter konstantem Druck widersteht, wobei ein Zyklus das Alternieren zwischen einem Maximum von 45 bis 55% und einem Minimum von 8 bis 12% ihrer ursprünglichen nichtkomprimierten Höhe über einen Zeitraum von 30 sek für einen vollständigen Zyklus umfaßt, wonach eine Pause von 4,5 min zwischen den Zyklen folgt.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß eine Stoßdämpfungseinheit zur Verfügung steht, die aufgrund der besonderen chemischen Zusammensetzung der Polyharnstoffurethan-Masse außer dem erforderlichen Stoßdämpfungsvermögen eine ausgezeichnete j<> Kompressionsfestigkeit aufweist und mindestens etwa 300 Kompressionszyklen unter den vorstehend angegebenen Kompressionstestbedingungen widerstehen kann.

Somit weist eine zum Einsatz in einem Eisenbahnver- r> zugsgetriebe geeignete Stoßdämpfungseinheit der Erfindung ein stoßdämpfendes Element auf, welches die gemäß der Erfindung vorgeschlagene feste scheibenförmige elastische Polyharnstoffurethan-Masse mit den besagten Kompressionsfestigkeit- und Biegungseigenschäften bei 25° C und zwei gegenüberliegenden und im wesentlichen parallelen Energie-aufnehmenden Flächen enthält, die durch mindestens eine Seitenwand, vorzugsweise eine konkave Seitenwand, verbunden sind, sowie starre Energie-aufnehmenden Platten, vorzugsweise 4~> Metallplatten aufweist, welche an den Energieaufnehmenden Flächen haften. Entsprechend enthält die stoßdämpfende Vorrichtung eines Eisenbahnverzugsgetriebes eine Reihe solcher Einheiten, wie etwa 8 bis 12 und vorzugsweise 10 Einheiten, welche in Reihe zur Stoßlast in einem Zylinder eingesetzt sind mit ihren Energie-aufnehmenden Platten jeweils gegeneinander zeigend.

Der oben angeführte Kalttemperatur-Kompressionstest ist ein Maß für die Versteifung der Polyharnstoffurethan-Masse bei niedrigen Temperaturen. Er ist ein Maß für das Vermögen der Masse zur Absorption von Energie ohne Erhärtung und direkte Übertragung von Stößen ohne Absorption. Bei einer Stoßdämpfungseinheit der Erfindung ist die prozentuale Kompression im bo wesentlichen konstant und verläuft die prozentuale Kompression in einer Kurve, aufgetragen gegen die Belastung, im wesentlichen horizontal bei hohen Belastungswerten. Das Vermögen, hohe Energie ohne Erschöpfung absorbieren zu können, wird insbesondere <>5 für Eisenbahnverzugsgetriebe gefordert, welche starken Stößen über einen verhältnismäßig breiten Bereich von Temperaturen, einschließlich den Temperaturen bis herab zu — 40⁰C, ausgesetzt sind.

Unter dem hier benutzten Begriff »mittleres Gesamtmolekulargewicht von 900 bis 1500« ist das Gesamtmolekulargewicht zu verstehen, welches dem Äquivalent eines Gemisches aus den Polyätherpolyolen und dem Gemisch der Polyätherpolyole und Polyesterpolyole entspricht. So kann ein solches Gemisch mit einem mittleren Gesamtmolekulargewicht von 1400 aus einzelnen Polyolen bestehen, die beispielsweise Molekulargewichte von 1000, 1250 und 2000 haben. Zum Beispiel kann auch ein Polytetramethylenätherglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 1500, das mit einem Polyesterpolyol eines Molekulargewichtes von 1000 gemischt ist, das Molekulargewichtsäquivalent der Mischung des Polyesterpolyols mit einzelnen mittleren Molekulargewichtswerten von 1000 mit zwei Poiytetramethylenätherglykolen von einzelnen mittleren Molekulargewichten von 1000 und 2000 sein.

Ein kritisches Merkmal der Erfindung ist, daß das Verhältnis der Isocyanatgruppen zur Summe der Hydroxylgruppen der Polyole, wie oben angegeben ist, 1,7 bis 2,5 ausmacht und 1,8 bis 2,2 beträgt.

Das Verhältnis der primären Aminogruppen des Diamins zum Überschuß der Isocyanatgruppen über die Summe dieser Hydroxylgruppen hinaus muß, wie oben angegeben ist, 0,6 bis 1,1 betragen und ist vorzugsweise 0,7 bis 0,95.

Die Säurezahl der Polyole beträgt weniger als 1, erwünschtermaßen weniger als 0,5 und noch bevorzugter weniger als 0,1.

Das Polytetramethylenätherglykol ist von der Struktur und Zusammensetzung, wie es tpyischerweise aus Tetrahydrofuran mit Hilfe eines Alkylenoxid-Initiators mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Äthylenoxid, hergestellt wird.

Die Caprolactonpolyester sind im wesentlichen lineare Polymere mit Hydroxylengruppen, die durch Umsetzung eines Caprolactons mit 6 bis 8 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 6 Kohlenstoffatomen, im Ring mit einem Glykol mit 4 bis 7 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise mit 4 bis 6 Kohlenstoffen hergestellt werden. Zu verschiedenen geeigneten Caprolactonen zählen ε-Caprolacton, zeta-CaproIacton und eta-Caprolacton. Alyklsubstituierte Caprolactone können verwendet werden, die 1 bis 2 Kohlenstoffatome, wie Methyl- und Äthylreste, enthaltende Alkylsubstituenten aufweisen, wie Methyl-e-Caprolacton. Erwünschtermaßen hat der Caprolactonpolyester ein Molekulargewicht im Bereich von 800 bis 2200, vorzugsweise 1200 bis 2100, mit entsprechenden Hydroxylzahlen im Bereich von 140 bis 45 und entsprechend 95 bis 55.

Zu geeigneten Glykölen für die Herstellung der Polyesterpolyole gehören 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol und 1,7-HeptandioL Ein Beispiel für Alkylenätherglykole ist DiäthylenglykoL

Die Polyesterpolyole werden typischerweise bei einer Temperatur von 50" C bis 300° C und vorzugsweise im Bereich von 120⁰C bis 200⁰C gebildet Ein Katalysator kann verwendet werden, um gegebenenfalls die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Für eine detaillierte Beschreibung der Herstellung verschiedener geeigneter Caprolactonpolyester wird auf die US-PS 29 33 478 hingewiesen.

Die Erfindung schlägt ferner eine Stoßdämpfungseinheit vor, wobei das Polyesterpolyol auf der Grundlage eines Caprolacton-, Adipinsäure- und/oder Azelainsäurepolyesters hergestellt worden ist und das Verhältnis der Isocyanatgruppen zur Summe der Hydroxylgruppen

der Polyole 1,7 bis 2,0 und das Verhältnis der primären Aminogruppen des Diamins zum Überschuß der Isocyanatgruppen über die Summe dieser Hydroxylgruppen hinaus 0,7 bis 0,95 beträgt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß als aromatisches Dir.min 2,2'-Diaminodiphenyldisulfid und als Polyolgemisch ein solches mit einem mittleren Gesamtmolekulargewicht von 1500 bis 1800, wobei das Polyesterpolyol

A. Caprolactonpolyester aus ε-Caprolacton und Diäthylenglykol,

B. Adipate der Adipinsäure und 1,4-Butandiol und/ oder 1,6-HexandioI und/oder

C. Azelate der Azelainsäure und 1,4-Butandiol und/ oder 1,6-Hexandiol darstellt,

verwendet worden ist.

Bei einer besonders bevorzugten Stoßdämpfungseinheit ist als Polyesterpolyol Polytetramethylenätherglykol verwendet worden.

Von besonderem Vorteil ist ferner, wenn als Diisocyanat S.S'-Dimethyldiphenylenmethan^^'-diisocyanat verwendet worden ist.

Die elastische Polyharnstoffurethan-Masse kann hergestellt werden, indem man zunächst das Polyätherpolyol oder das Polyätherpolyol und Polyesterpolyol mit dem Diisocyanat unter im wesentlichen wasserfreien Bedingungen bei einer Temperatur von etwa 100° C bis 140° C etwa 30 bis 60 Minuten umsetzt. Diese Umsetzung kann bei Atmosphärendruck oder oberhalb oder unterhalb von Atmosphärendruck durchgeführt werden. Ein Katalysator kann dem Reaktionsgemisch aus Diisocyenat/polymeres Polyol oder Polyol und Polyester zugefügt werden, um die Reaktionszeit zu senken. Wenn ein solcher Katalysator verwendet wird, gibt man ihn gewöhnlich dem Reaktionsgemisch vor Zugabe des Diisocyanats oder mit Zugabe des Diisocyanats zu. Verschiedene Katalysatoren können verwendet werden; Beispiele hierfür sind die Amin-Katalysatoren, wie Triäthylamin, N-Methylmorpholin und N-Äthylmorpholin.

Das aromatische Diamin wird dann zugegeben und mit dem polymeren Produkt dieser Reaktion, manchmal ein Vorpolymer genannt, unter im wesentlichen wasserfreien Bedingungen abgemischt. Das erhaltene Polyharnstoffurethan-Reaktionsgemisch wird dann in eine geeignete Formmatrize gegossen und unter Bildung der ausgeformten elastischen Polyharnstoffurethan-Masse der Erfindung gehärtet Dieses Reaktionsgemisch kann bei 20° C bis 50° C gehärtet werden, obwohl schnellere Härtungen mit höheren Temperatu-

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Normalerweise wird das Reaktionsgemisch 16 bis etwa 24 Stunden bei 125° C härten gelassen.

Wenn die ausgeformte elastische Polyharnstoffurethan-Masse durch Gießen des Polyharnstoffurethan-Reaktionsgemisches in eine Formmatrize mit der gewünschten Konfiguration und dann Härten des Polyharnstoffurethan-Reaktionsgemisches hergestellt wird, können zur Verwendung als Energie-aufnehmende Platten für die Stoßdämpfungsvorrichtung der Erfindung geeignete Metallplatten in die Formmatrize vor dem Härten des Polyharnstoffurethan-Reaktionsgemisches eingesetzt werden. Gegebenenfalls kann auf die Metallplatten ein geeigneter Bindemittelkleber, wie ein phenolischer oder Polyester-Polyisocyanat-Klebstoff, aufgetragen werden. Beispiele sind die in der US-PS 29 92 939 und AU-PS 2 56 373 als geeignet angegebenen Kleber. Durch Härten des Polyharnstoffurethan-Reaktionsgemisches in Gegenwart dieser Metallplatten wird eine Metallplatte an mindestens einer der Energie-aufnehmenden Flächen des Polyharnstoffurethan-Elements befestigt, um ein Schichtgebilde der z. B. in den F i g. 1 und 2 gezeigten Struktur zu bilden. Geeignete Metallplatten sind im allgemeinen den ebenen Abmessungen der Energie-aufnehmenden Flächen der stoßdämpfenden Einheiten angepaßt und

ίο haben eine Dicke im Bereich von etwa 1,5 bis 12,7 mm, vorzugsweise von etwa 3,2 bis 6,35 mm oder von etwa 2,5 bis 5,0 mm. Es wird bevorzugt, für die Energie-aufnehmenden Flächen Stahlplatten zu verwenden, wie solche aus heißgewalztem Flußstahl mit einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von etwa 10/15 bis etwa 10/30 nach der Klassifizierung der Society of Automotive Engineers'(SAE).

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die anliegende Zeichnung Bezug genommen, in welcher

F i g. 1 eine perspektivische Sicht ist, die eine Form der Stoßdämpfungseinheit zeigt,

F i g. 2 eine vertikale Längsschnittansicht einer Stoßdämpfungseinheit zeigt, und
F i g. 3 eine vertikale Längsschnittansicht von Stoßdämpfungseinheiten des in den F i g. 1 und 2 gezeigten Typs darstellt, die in einen Stützzylinder eingesetzt und quer zu einer Kompressionskraft angeordnet sind, wobei diese Stoßdämpfungseinheiten auf 40% ihrer ursprünglichen Höhe zusammengedrückt sind.

Die in den F i g. 1 und 2 gezeigten Stoßdämpfungseinheiten weisen das verbesserte elastische, gehärtete Polyharnstoffurethanelement 1 auf, das an zwei gegenüberliegenden und im wesentlichen parallelen Energie-aufnehmenden, warmgewalzten Flußstahlplatten 2 und 3 gebunden oder angeschichtet ist. Ein Teil der Seitenwand des elastischen Polyharnstoffurethanelementes liegt konkav in Form einer V-förmigen Rille 4 vor. Das Verhältnis des von der Rille eingenommenen Volumens zu den Volumina des Polyharnstof furethanelementes plus das von der Rille eingenommene Volumen mal 100 ist etwa gleich den Prozent an vorgesehener Kompression. Ein geeignetes Eisenbahnverzugsgetriebe kann, wie in F i g. 3 veranschaulicht wird, unter einer geeigneten Druckbelastung ausgeformt werden, wenn die elastischen gehärteten Polyharnstoffurethanelemente deformiert und ihre Seitenwände seitlich nach außen gezwungen werden 5.

Die praktische Durchführung der Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels erläutert. Wenn nichts

so anderes angegeben ist, bedeuten sämtliche Teile und Prozente Gewichtsteile und -prozente. .

Beispiel

Die Versuche A-C wurden durchgeführt, indem zunächst in die entsprechenden Reaktoren A-C unter praktisch wasserfreien Bedingungen verschiedene Mengen an Polyäther- und Polyesterpolyolen gefüllt wurden, die aus Polytetramethylenätherglykolen mit Molekulargewichten von etwa 1000 und etwa 2000, Tetramethylenazelat mit einem Molekulargewicht von etwa 2000 und Polyestern des ε-Caprolactons und Diäthylenglykols mit einem Molekulargewicht von etwa 2000 bestanden. Die Polyesterpolyole hatten Säurezahlen von weniger als etwa OA Die Gemische der Polyole wurden (als Vorsichtsmaßnahme zwecks Entfernung irgendwelcher potentieller Feuchtigkeit) unter reduziertem Druck bei etwa 110⁰C etwa 1 Stunde lang gerührt Zu den Polyolgemischen wurden dann verschiedene Mengen

S.a'-Bistolylen-'M'-diisocyanat. (TODI) oder 3,3'-Dimethyldiphenylenmethan-4,4'-diisocyanat (DMMDI) gegeben und die Gemische gerührt und unter reduziertem Druck bei etwa 120°C 45 Minuten reagieren gelassen. Zu dem Gemisch wurden dann verschiedene Mengen an 2,2'-Diaminodiphenyldisulfid (Bis (2-AMP) DIS) gegeben. Die folgende Tabelle 1 zeigt den Mischungsansatz.

Tabelle 1

13

Polytetramethylenätherglyko! 18 17,5 -

(1000)

Polytetramethylenätherglyko! 42 41,2 100

(2000)

f-Caprolactonpolyester (2000) - 41.2

Tetramethylenazelat (2000) 40

DMMDI 32,9 -

TODI - 30,2 27,2

MOCA -

ODCB -

Bis(2-AMP)DIS 13,2 11,4 11,0

Die Reaktionsgemische wurden dann sofort in Formen gegossen, in welche zwei runde warmgewalzte Flußstahlplatten mit einer SAE-KJassifizierung von etwa 10/20 und einem Durchmesser von etwa 16,5 cm und einer Dicke von 3,37 mm eingesetzt worden waren. Die Platten waren mit einem Polyester-Polyisocyanat-Klebstoff überzogen worden, um ihre Haftung an dem gegossenen Polyharnstoffurethan zu erhöhen. Die Gemische wurden in den Formen bei etwa 115° C etwa 22 Stunden gehärtet, um Polyharnstoffurethan-Stah!- schichtgebilde als stoßdämpfende Einheiten herzustellen, die jenen in den Fig. 1—3 der Zeichnung dieser Beschreibung gezeigten ähnelten, wobei die ausgeformten elastischen Polyharnstoffurethanmassen Durchmesser von 16,5 cm und Dicken von 3,75 cm aufweisen. Ihre Seitenwände lagen in Form einer V-förmigen Rille vor mit einem Volumen, das gleich etwa 2/3 des Polyharnstoffurethans war.

Die stoßdämpfenden Einheiten bogen sich durch (drückten sich zusammen) um etwa 1,11 bis 1,4 cm bei etwa 25° C und Anliegen eines Druckes von etwa 126 kp/cm², der gleichmäßig auf den Oberflächenbereichen der Energie-aufnehmenden Stahlplatten lastete. Tatsächlich wurde der Test durchgeführt, indem zwei derartige Einheiten in Serie unter Test angeordnet und ihre Gesamtdurchbiegung zu etwa 2^3 bis etwa 2ß cm ermittelt wurde(n).

Stoßdämpfer mit Polyharnstoffurethan-Gliedern, die erfindungsgemäß hergestellt sind, jedoch ein zu niedriges Molverhältnis von Diisocyanat zu polymerem Polyester aufweisen, biegen sich typischerweise um mehr als 1,52 cm durch, wenn sie diesem Test unterzogen werden. Solche stoßdämpfenden Einheiten absorbieren, wenn sie in einem Eisenbahnwagenverzugsgetriebe verwendet werden, typischerweise ungenügende Beträge an Energie und werden somit gewöhnlich vollständig zuammengepreBt, bevor genügend Kompressionsenergie von dem Gelege während der Benutzung absorbiert ist Stoßdämpfer mit einem Polyharnstoffurethan-Glied, welches ein zu hohes Verhältnis von Diisocyanat zu polymerem Polyester aufweist, biegen sich typischerweise um weniger als etwa 0,76 cm durch, wenn sie diesem Test unterzogen werden. Wenn man sie in einem Eisenbahnverzugsgetriebe benutzt, absorbieren sie bezeichnenderweise einen unzureichenden Energiebetrag, bevor sie die Energie bzw. die aus der Kopplung des Eisenbahnwagens resultierende Kraft über das Verzugsgetriebe übertragen, und brechen auch während der Anwendung zusammen.

ίο Teile jedes der Polyharnstoffurethan-Reaktionsgemische wurden gehärtet und unter Bildung von Scheiben mit Durchmessern von etwa 2,87 cm und Dicken von etwa 1,27 cm ausgeformt. Bei etwa -40⁰C war ein Druck, der an ihren flachen Flächen anlag, von etwa 407 bis 514 kp/cm² erforderlich, um die einzelnen Scheiben um etwa 40 Prozent ihrer ursprünglichen Dicken zusammenzupressen. Bei 24° C erforderte eine solche Kompression etwa 140 bis 176 kp/cm² bei einem erwünschten Maximum von etwa 190 kp/cm².

Somit hatten die stoßdämpfenden Einheiten wünschenswerte Biegungs- und/oder Kompressionswerte zur Verwendung in Eisenbahnverzugsgetrieben über einen breiten Temperaturbereich, wie von etwa —20° C bis 25° C und vorzugsweise bis zu etwa 5O⁰C.

Die Stoßdämpfungseinheiten sind ferner wünschenswerterweise durch einen Fallhammertest bei —35° C und einen AAR-Dauertest zu charakterisieren.

Bei einem Fallhammertest wird zunächst ein Verzugsgetriebezylinder mit 10 der Stoßdämpfereinheiten oder

jo -polster ähnlich den F i g. 1 — 3 beladen, die in Reihe zur Stoßlast angeordnet sind und deren aneinanderheftende, Energie-aufnehmende Metallplatten zueinander zeigen und ein Verzugsgetriebe bilden. Ein 12.250 kg schwerer Hammer wird auf das Ende des vertikal angeordneten Getriebes aus mehreren Höhen fallen gelassen. Der Schlagstoß wird gemessen und typischerweise als die Höhe in cm ausgedrückt, aus welcher der Hammer fällt; die Kapazität des Getriebes wird dann ermittelt Die Kapazität des Getriebes wird gemessen an dem Punkt wo das Getriebe »durchschlägt«, d. h. wenn es beginnt, den Stoß direkt vom Fallhammer zu übertragen anstatt die Stoßenergie zu dämpfen und zu absorbieren. So kann das Getriebe typischerweise mit einem Hammer von 12.250 kg, der aus einer Höhe von etwa 45,76 cm fällt, bei einer Stoßenergie von 5.530 kp/m »durchschlagen«. Das Verzugsgetriebe wird dann auf -35° C gekühlt und dreimal mit dem Hammer von lZ250kg für den Fallhammertest bei -35⁰C bearbeitet Die Kapazität wird gemessen und das Getriebe auseinandergenommen, wonach eine Prüfung der Polster folgt Ein Kriterium für das Versagen im Faiihammertest ist die Beschädigung der Polster, wie Rißbildung, insbesondere bei — 35⁰C, oder das Durch schlagen bei einer Stoßlast von weniger als etwa 5.530 kp - m bei etwa 25° C

Der AAR-Dauertest gleicht im allgemeinen dem Fallhammertest bei —35° C, beginnt jedoch bei Raumtemperatur oder etwa 25° C Ein 12250 kg schwerer Hammer fällt aus variablen vertikalen Höhen von etwa 2,54 cm bis etwa 76,2 cm über einen bestimmten Zeitraum, bis 4,84 - 10⁶ kp - m Energie auf das Getriebe gelangt sind, welches typischerweise aus 10 der stoßdämpfenden Einheiten oder Polster besteht EHe Kapazität des Getriebes wird gemessen sowohl zu Beginn als auch am Ende des Tests wie auch in Zeitabständen während des Tests. Die Getriebekapazitäten vor, während und nach dem Test werden dann verglichen, um irgendwelche Änderungen in der

Kapazität zu ermitteln, welchen das Getriebe unterlegen haben könnte. Das Getriebe wird dann auseinandergenommen und auf Beschädigungen der Polster geprüft. Ein merklicher Verlust an Kapazität oder eine Beschädigung der Polster, wie durch übermäßige Rißbildung, sind Kriterien für das Versagen im Dauertest.

Bevorzugt wird, daß das Getriebe, wenn es aus 10 der Polster besteht, eine Kapazität bei etwa 25° C von mindestens etwa 5.530 kp · m aufweist, bevor ein Durchschlagen eintritt, oder eine Kapazität von etwa 553 kp · m pro Polsterteil. Bei diesem Test werden Stöße eines 12.250 kg-Hammers über eine gewisse Zeitspanne allmählich einwirken gelassen, um eine übermäßige Wärmebildung zu vermeiden, weil sich das Getriebe nach jedem Hammerschlag bzw. -fall beträchtlich aufheizt.

Die nach den Versuchen B und C hergestellten Stoßabsorptionseinheiten passierten den Kompressionspendeltest erfolgreich für mindestens etwa 500 Zyklen, wobei eine Einheit abwechselnd unter konstantem Druck zusammengedrückt wurde und zwischen etwa 8 bis etwa 12 Prozent bis herab zu etwa 45 bis etwa 55 Prozent ihrer ursprünglichen Polyharnstoffurethan-Höhe alternierte. Im einzelnen wird eine Einheit von etwa 8 bis etwa 12 Prozent bis herab zu den besagten 45 bis 55 Prozent zusammengepreßt und kann zu ihren 8 bis 10 Prozent Kompression zurückkehren. Dies kann etwa 30 Sekunden benötigen. Etwa 4'/2 Minuten später wird der Zyklus wiederholt. Somit beansprucht ein Zyklus etwa 5 Minuten. Typischerweise ist eine größere Kraft erforderlich, um die Einheit während ihres ersten Zyklus zusammenzupressen, wobei sich die Kraft etwas für die nächsten 10 bis 50 Zyklen verringert. Dann neigt die Kraft dazu, sich einzupendeln oder in etwa konstant zu bleiben, bis die Einheit zusammenzubrechen beginnt. An diesem Punkt reduziert sich die erforderliche Kraft bezeichnenderweise ziemlich schnell über eine Spanne von verhältnismäßig wenigen Zyklen. Daher ist ein typisches Maß an Zyklen, welchen eine für ein Eisenbahnverzugsgetriebe geeignete Einheit widerstehen bzw. diese aushalten kann, die Anzahl derartiger 5-Minuten-Zyklen, die sie aushält, bis die maximale Kompressionskraft, die zum Zusammendrücken dersel- > ben von einer Kompression von etwa 8 bis etwa 12 Prozent ihrer ursprünglichen nicht-komprimierten Höhe des Polyharnstoffurethan-Materials bis herab zu etwa 45 bis etwa 55 Prozent einer solchen Höhe notwendig ist, abfällt oder sich reduziert um etwa 25

ίο Prozent der Kraft, die für den ersten Kompressionszyklus erforderlich ist.

Die Stoßdämpfungseinheiten dieser Erfindung und insbesondere die in diesem Beispiel beschriebenen besitzen eine einzigartige Nutzbarkeit als Eisenbahnwagenverzugsgetriebe-Stoßdämpfungseinheiten. In der Praxis wird die Stoßdämpfungsvorriehiung eines Eisenbahnverzugsgetriebes typischerweise mittels Serienbeladung von 8 bis 14, vorzugsweise 10, der stoßdämpfenden Einheiten dieser Erfindung und vorzugsweise der vorgeschriebenen ausgeformten PoIyharnstoffurethan-Scheiben von 16,5 cm Durchmesser mit einer Dicke von 3,81 cm und V-gerillten Seiten zusammengesetzt, wonach die Einheiten in die Vorrichtung unter etwa 2.765 kp · m zur Betriebsnutzung in dem Eisenbahnwagen eingesetzt werden.

Bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung ist es typischerweise erwünscht, daß das Polyharnstoffurethan eine antioxidierende Menge eines Antioxidans enthält. So kann typischerweise erwünscht sein, daß das

jo Polyharnstoffurethan bereichsmäßig etwa 0,5 bis 3 und bevorzugter etwa 1 bis 2 Gew.-% eines Antioxidans, wie eines Vertreters des Amintyps oder gehinderten Phenoltyps, enthält. Gewöhnlich ist ein Amin-Anticxidans zufriedenstellend. Üblicherweise wird das Antioxidans mit einem Diol-Diisocyanat-Gemisch oder -Produkt gemischt und noch bevorzugter wird es einfach mit dem Polyoi gemischt. Die Zugabe des Antioxidans dient hauptsächlich der Aufrechterhaltung der gewünschten Stoßdämpfereigenschaften über einen langen Zeitraum.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Stoßdämpfungseinheit aus einer elastischen Polyharnstoffurethan-Masse, im wesentlichen ausgebildet in Form eines Zylinders mit einer V-förmigen Umfangsvertiefung, an dessen Stirnseiten je eine Stahlplatte zur Lastaufnahme befestigt ist, und vorgesehen für Eisenbahnverzugsgetriebe, in denen eine Vielzahl derartiger Einheiten in einem ι ο Zylinder in Reihe angeordnet sind, wobei die Polyharnstoffurethan-Masse durch Umsetzung von mindestens einem aromatischen Diamin mit dem Reaktionsprodukt aus mindestens einem aromatischen Diisocyanat und einem Polyolgemisch aus mindestens einem Polyätherpolyol sowie gegebenenfaL's mindestens einem Polyesterpoiyol hergestellt worden ist und wobei das Verhältnis der Isocyanatgruppen zur Summe der Hydroxylgruppen der Polyole 1,7 bis 2,5, das Verhältnis der primären Aminogruppen des Diamins zum Überschuß der [socyanatgruppen über die Summe dieser Hydroxylgruppen hinaus 0,6 bis 1,1 und die Säurezahl der Polyole weniger als 1 beträgt und wobei die Stoßdämpfungseinheit außerdem eine Durchbiegung von 0,76 cm bis 1,53 cm bei 25° C und Anwendung von 126 kp/cm² Druck gleichförmig an den Endflächen (Energie-aufnehmenden Flächen) der ausgeformten elastischen Masse zeigt, wenn die Masse ein im allgemeinen scheibenförmiges zylindrisches Element mit kreisrunden parallelen Endflächen ist, wobei diese Flächen von kreisrunden Stahlplatten bedeckt sind und daran haften, die einen Durchmesser von 16,5 cn!, eine Höhe von 3,8 cm und eine die Endflächen im wesentlichen in Form einer V-förmigen Rille verbindenden Seitenwand mit im wesentlichen gleichen Seitenlängen aufweisen, wobei sich diese Rille zwischen diesen Endflächen erstreckt und das Volumen des festen Teils dieses Elements 150% des Volumens dieser Rille ausmacht, und wobei es ferner für das Polyharnstoffurethan bei einem Kalttemperatur-Kompressionstest bei -4O⁰C einen Maximaldruck von 527 kp/cm², der an seinen flachen Flächen lastet, erfordert, um die Scheibe um 40% zusammenzudrücken, wenn'es zu einer festen kreisrunden Scheibe mit einer geraden Seitenwand, einem Durchmesser von 2,87 cm und einer Dicke von 1,27 cm ausgeformt und gehärtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Polyharnstoffurethan-Masse so