DE3602669A1

DE3602669A1 - Federnder ueberzug fuer eine direktverbindungs-schwelle

Info

Publication number: DE3602669A1
Application number: DE19863602669
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Sato; Fujio Ohishi; Tatsuya Hongu; Toshio Suzuki; Yoshihiko Ogawa
Original assignee: Japan National Railways; Nisshinbo Industries Inc; Nisshin Spinning Co Ltd
Current assignee: Nisshinbo Holdings Inc; Japan National Railways
Priority date: 1986-01-31
Filing date: 1986-01-29
Publication date: 1987-07-30
Also published as: GB2185987A; US4652495A; GB2185987B; GB8602145D0

Description

Die Erfindung betrifft Eisenbahnschwellen. Die Erfindung betrifft insbesondere einen federnden bzw. elastischen Überzug für eine Schwelle vom Direktverbindungstyp, die aus einem Betonschwellenkörper besteht, um das Geleis zu tragen ("Danchoku-Schwelle"). Der untere Teil ist mit einer Schicht eines mikrozellulären Polyurethanelastomeren überzogen, welches an dem Schwellenkörper haftet, um einen integralen Körper zu bilden. Die Danchoku-Schwelle ergibt eine leichtere Wartung und eine Verminderung der Geleisvibrierungen und somit eine Geräuschverminderung. Weiterhin ermöglicht es die Verwendung von solchen Schwellen, die Geleise mit hoher Präzision und auf einfache Weise zu verlegen.

Hauptsächlich aufgrund der Notwendigkeit, den Arbeitsaufwand zu vermindern, geht derzeit der Trend dahin, die herkömmlichen mit einem Ballast versehenen Schwellengeleise durch ein Geleissystem vom Verbindungstyp, dessen Wartung einfacher ist, zu ersetzen. In einem solchen Gleissystem vom Direktverbindungstyp wurden jedoch Betonplatten direkt auf das feste Geleisbett ohne die Verwendung von Ballast und Ballastmatten aufgelegt. Daraus ergaben sich solche Nachteile, wie eine erhöhte Vibration der Geleise und erhöhte Geräusche im Vergleich zu der Verwendung von federnden mit Ballastmatten beschwerten Geleisen.

Es wurde daher die Entwicklung eines neuen Systems gefordert, das leichter zu warten ist und das zu weniger Geleisvibrationen und -geräuschen führt.

Um dieser Anforderung nachzukommen, wurden bereits sogenannte "federnd beschichtete Schwellen", d. h. größere Betonschwellen (nämlich eine Geleisplatte mit verminderter Größe) vorgeschlagen, deren Boden- und Seitenoberflächen mit einem elastomeren Material beschichtet waren. Derartige federnd beschichtete Schwellensysteme vom Direktverbindungstyp wurden mit der Absicht untersucht, die Vibrationsübertragung und das Auftreten von Geräuschen zu vermindern, indem man solche Schwellen auf das Betoneisenbahnbett durch eine Mörtelschicht (z. B. aus einem Kunstharz, Mörtelbeton etc.) auflegt.

Als elastomeres Material, das für die Herstellung von federnd beschichteten Schwellen verwendet werden kann, wurde in der Vergangenheit schon ein Produkt vorgeschlagen, das durch folgende Stufen erhalten worden ist: Vermischen von pulverisiertem Gummi, der aus gebrauchten Automobilreifen erhalten worden ist, mit einem Polyurethan-Klebstoff, Füllen einer Form mit dem Gemisch, Verpressen des Gemisches mit einer Komprimierungsvorrichtung und Alterung des Gemisches unter Erhitzen. Die Herstellung eines solchen federnden Materials erfordert jedoch viel Arbeit (Produktionsleistung: ein Stück Produkt pro Form und pro Tag) sowie großdimensionierte Vorrichtungen. Dazu kommt noch, daß es sein kann, daß die Haftung des federnden Überzugs auf dem Betonschwellenkörper nicht vollständig ist, wodurch ein gelegentliches Abblättern des Überzugs bewirkt wird. Weiterhin wird, wenn man herkömmliche federnd beschichtete Schwellen auf ein Betongeleisbett auflegt und dieses eingräbt und mit Mörtelbeton in situ fixiert, das federnde Material fast vollständig an dem Beton gebunden und an einer freien Deformation gehindert. Der Elastizitätsmodul nimmt daher zu, der vibrationsisolierende Effekt wird vermindert und der Vorteil der Verwendung des federnden Überzugs geht verloren.

Im System des Eingrabens und der Fixierung von Schwellen in und auf einem Betongeleisbett, bei dem z. B. Mörtelbeton verwendet wird ("Danchoku"-Geleis), um Vibrationen und Geräusche zu vermindern, ist der vibrationsisolierende Überzug fest durch den Mörtelbeton begrenzt und er wird an einer freien Deformation gehindert. Aus diesem Grunde muß der vibrationsisolierende Überzug seinen Effekt zur Verminderung der Vibrationsübertragung und zur Verminderung von Geräuschen selbst dann noch zeigen, wenn er in dem Zustand vorliegt, daß er an einer freien Deformation gehindert ist, wie es der Fall ist, wenn er stark an den Schwellenkörpern haftet. Weiterhin darf keine Erhöhung des Elastizitätsmoduls auftreten.

Die Eigenschaftserfordernisse eines federnden Überzugsmaterials für Danchoku-Schwellen, die für Eisenbahngeleise verwendet werden sollen, auf denen viele Schnellzüge mit hohen Geschwindigkeiten fahren, sind sogar noch heftiger. So werden derzeit die folgenden Eigenschaften vorgeschrieben:

Bleibende Verformung: 15% oder weniger
Elastizitätsmodul: 0,2 bis 2 t/cm/100 cm²
Zugfestigkeit: 5 kp/cm² oder höher
Zugdehnung: 100% oder mehr
Wasserfestigkeit
(Schwankung der Zugfestigkeit): innerhalb von ± 20%
(Schwankung der Zugdehnung): innerhalb von ± 20%
Alkalibeständigkeit
(Schwankung der Zugfestigkeit): innerhalb von ± 20%
(Schwankung der Zugdehnung): innerhalb von ± 20%
Ermüdungsbeständigkeit: Ausmaß der bleibenden Defor- mierung 1,0 mm oder weniger

Es ist erforderlich, daß das Material allen diesen Erfodernissen zur gleichen Zeit genügt.

Weiterhin besteht ein weiteres wichtiges Erfordernis, dem das federnde oder elastomere Überzugsmaterial genügen muß: Das Überzugsmaterial muß fest an den Betonschwellenkörpern haften und es darf sich unter dem Einfluß der wiederholten Kompression, die durch die in Abstand laufenden Züge ausgeübt wird, niemals abschälen.

Es wurde bereits ein elastomeres Überzugsmaterial vorgeschlagen, das diesen Erfordernissen genügt, nämlich ein mikrozelluläres Urethanelastomeres mit einer Schütt- bzw. Massendichte von 0,3 bis 0,9 g/cm³, welches aus einer Verschäumungsflüssigkeit für Urethanelastomeres hergestellt worden ist, welche auch einem mehrwertigen Alkohol mit einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,5 bis 3,5 und einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 4500 bis etwa 8500, einem organischen Polyisocyanat, einem Kettenverlängerungsmittel, einem Urethanisierungskatalysator und einem Verschäumungsmittel besteht. Die Ausgangsflüssigkeit enthält das Kettenverlängerungsmittel in einer Konzentration von 0,2 × 10^-3 bis 1,0 × 10^-3 mol/g pro Einheitsgewicht des Urethanelastomeren (JP-OS 1 30 754/1980).

Dieses bereits vorgeschlagene mikrozelluläre Urethanelastomere genügt den vorstehenden Anforderungen. Es wird in geraden Teilen von Hochgeschwindigkeits-Geleissystemen tatsächlich benutzt. Es ist jedoch nur logisch, daß es selbst bei einem solchen elastomeren Überzugsmaterial, bestehend aus einem mikrozellulären Urethanelastomeren, bevorzugt wird, die Kosten des Rohmaterials durch weitere Erniedrigung der Schüttdichte zu vermindern. Eine niedrige Schüttdichte bzw. Massendichte vermindert jedoch unvermeidbar den Elastizitätsmodul. In Kurven des Geleissystems ist aber das Geleis einer besonders hohen Zentrifugalkraft ausgesetzt und das elastomere Überzugsmaterial wird stark zusammengedrückt.

Aus diesem Grunde bilden sich Zwischenräume zwischen dem elastomeren Überzugsmaterial und dem Mörtelbeton, wobei Wasser und Staub in die genannten Zwischenräume eindringen können. Es ist daher nicht ausreichend, einfach den Verschäumungsgrad des mikrozellulären Urethanelastomeren zu erhöhen, um dessen Schüttdichte bzw. Massendichte zu vermindern. Es besteht nämlich ein Problem, daß, wenn die Schüttdichte des mikrozellulären Urethanelastomeren bei einem Wert von nicht höher als 0,7 g/cm³ gehalten wird und der Elastizitätsmodul immer noch bei ungefähr 1,0 g/cm/100 cm² gehalten wird, dann die bleibende Verformung erhöht wird.

Unter diesen Umständen liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung daher darin, Danchoku-Schwellen zur Verfügung zu stellen, deren elastomeres Überzugsmaterial aus einem mikrozellulären Polyurethanelastomeren hergestellt ist, welches trotz seiner niedrigen Schütt- bzw. Massendichte keine wesentliche Erhöhung seiner bleibenden Verformung zeigt.

Die angestrebten Danchoku-Schwellen sollen eine sehr genaue und leichte Verlegung der Danchoku-Eisenbahnschienen ermöglichen, indem mehrere Verbolzungslöcher durchgebohrt werden, die vertikal durch die Danchoku-Schwellen und den elastomeren Überzug hindurchgebohrt werden.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine federnd beschichtete Schwelle vom Direktverbindungstyp (Danchoku-Schwelle), die aus einem Betonschwellenkörper zur Unterstützung des Geleises bzw. der Schiene besteht und die einen Überzug aus einem mikrozellulären Polyurethanelastomeren aufweist, welcher am unteren Teil des Schwellenkörpers haftet und diesen überzieht. Auf diese Weise wird damit ein integraler Körper gebildet. Die Schwelle ist mit zwei oder mehreren Durchgangslöchern zum Verbolzen versehen, die vertikal durch den genannten Schwellenkörper und die Überzugsschicht hindurchgebohrt worden sind. In dem genannten Schwellenkörper sind in seinen Durchgangslöchern die Muttern versenkt, die mit den Bolzen verschraubt werden. Das genannte mikrozelluläre Polyurethanelastomere hat Urethanbindungen und eine Schütt- bzw. Massendichte von 0,4 bis 0,75 g/cm³ und ist aus einer verschäumbaren Ausgangsflüssigkeit für Urethanelastomere mit folgender Zusammensetzung hergestellt:

a) einem Polyetherpolyol mit einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,5 bis 4,5 und einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 2000 bis 8500.
b) einem mit einem Vinylmonomeren gepfropften Polyol, das eine durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,5 bis 4,0 und ein Pfropfverhältnis von 4 bis 20 Gew.-% aufweist,
c) einem flüssigen Polybutadienpolyol mit endständiger Hydroxylgruppe bzw. endständigen Hydroxylgruppen, einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,0 bis 3,0 und einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 2000 bis 7000,
d) einem organischen Polyisocyanat,
e) einem Kettenverlängerungsmittel,
f) einem Treibmittel und
g) einem Urethanisierungskatalysator

in solchen Verhältnissen, daß der NCO-Index im Bereich von 90 bis 110 liegt und daß die Konzentration des Kettenverlängerungsmittels, bezogen auf die Gesamtmenge der fünf Komponenten a), b), c), d) und e), 0,3 × 10^-3 bis 1,5 × 10^-3 mol/g beträgt.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Grundriß einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schwelle,

Fig. 2 einen Querschnitt der Ausführungsform der Fig. 1 entlang der Linie A-A,

Fig. 3 einen Querschnitt der Ausführungsform der Fig. 1 entlang der Linie B-B,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt, der die erfindungsgemäße Danchoku- Schwelle zeigt, wie sie zeitweilig auf die Unterstruktur des Eisenbahngeleises gelegt ist,

Fig. 5 einen Vertikalschnitt, der die erfindungsgemäße Danchoku- Schwelle zeigt, wie sie unter die Eisenbahnschiene gelegt ist,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht, die die Passung der Form auf den Betonschwellenkörper gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 7 einen Querschnitt der Ausführungsform der Fig. 6 entlang der Linie A-A,

Fig. 8 ein Fließschema, das die Produktionsstufen der erfindungsgemäßen Danchoku-Schwelle zeigt,

Fig. 9 einen vergrößerten Querschnitt eines Teils der Form um ihre Entlüfungslöcher herum,

Fig. 10A und 10B Testgeleise unter Verwendung der erfindungsgemäßen Danchoku-Schwellen.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich wird, besteht die erfindungsgemäße Schwelle im wesentlichen aus der Struktur eines Betonschwellenkörpers 1 zum Tragen des Geleises, wobei am unteren Teil eine mikrozelluläre Polyurethanelastomer- Überzugsschicht 2 haftet und diesen überzieht und auf diese Weise einen integralen Körper bildet.

Hierin wird die Oberfläche der Schwelle, auf die das Geleis aufgelegt wird, als "Oberseite" bezeichnet. Die gegenüberliegende Oberfläche wird als "Boden" bezeichnet, und alle anderen Oberflächen werden als "Seiten" bezeichnet.

Die Überzugsschicht 2 bedeckt den gesamten Boden und die unteren Teile der Seiten des Betonschwellenkörpers, wie es in den Fig. 2 und 3 gezeigt wird. Die Höhe h der Überzugsschichten auf den Seiten ist keinen besonderen Begrenzungen unterworfen, sondern kann über einen weiten Bereich je nach der vorgesehenen Anwendung der Danchoku-Schwelle (z. B. für Hochgeschwindigkeits-Geleise, übliche Eisenbahngeleise, Untergrundbahngeleise etc.) variiert werden. Normalerweise beträgt aber die Höhe h vorteilhafterweise 1/20 bis 1/1, vorzugsweise 1/4 bis 3/4, z. B. 1/2 bis 3/5 der Höhe H des Betonschwellenkörpers. Bei einem gewöhnlichen Betonschwellenkörper mit einer Höhe H von 8 bis 30 cm beträgt empfohlenerweise die Höhe h des Überzugs 4 bis 18 cm.

Die Dicke als w, w′ der Überzugsschicht 2 ist ebenfalls nicht begrenzt, sondern vielmehr über einen weiten Bereich in Abhängigkeit von solchen Faktoren, wie der vorgesehenen Anwendung der Danchoku-Schwelle, variierbar. Es ist jedoch im allgemeinen zweckmäßig, daß sie mindestens 8 mm beträgt. Die obere Grenze der Dicke ist nicht kritisch, doch ist im allgemeinen eine Dicke von 50 mm oder weniger ausreichend, da eine zu dicke Überzugsschicht teuer ist und keine Vorteile zeigt, die die Kostenerhöhung rechtfertigen könnten.

Somit kann die Überzugsschicht 2 normalerweise eine Dicke von 10 bis 35 mm, vorzugsweise 15 bis 30 mm, haben. Innerhalb des genannten Bereichs kann die Dicke der Überzugsschicht 2 am Boden und an den Seiten gleich sein. Jedoch kann die Dicke w′ an den Seiten, die einer geringeren Last ausgesetzt sind, kleiner sein als die Dicke w des Überzugs am Boden der Schwelle; z. B. kann w im Bereich von 15 bis 50 mm, vorzugsweise 20 bis 30 mm, liegen, w′ im Bereich von 5 bis 50 mm, vorzugsweise 18 bis 29 mm, liegen und w-w′ im Bereich von 1 bis 10 mm liegen.

Die Größe des Betonschwellenkörpers, der mit einer solchen Überzugsschicht überzogen wird, ist je nach dem beabsichtigten Zweck der Schwelle variierbar. Normalerweise beträgt die Breite 50 bis 1000 cm, die Länge 200 bis 280 cm und die Höhe 10 bis 30 cm.

Das charakteristischste Merkmal der erfindungsgemäßen Schwelle liegt darin, daß mindestens zwei Durchgangslöcher 3, 3′, 3″ . . . zum Verbolzen vorgesehen sind, die vertikal durch den Betonschwellenkörper 1 und die Überzugsschicht 2 der Danchoku- Schwelle, wie oben beschrieben, gebohrt sind, und daß Muttern 4, die an die Bolzen angepaßt sind, vorgesehen sind, welche in den Durchgangslöchern des Betonschwellenkörpers 1 versenkt sind.

Wie in Fig. 4 gezeigt wird, sind in jedes der Durchgangslöcher 3, 3′, 3″ . . . zum Einsetzen von Bolzen Haltebolzen 6, 6′, 6″ . . . eingeschraubt, um durch die Schwelle hindurchzudringen. Durch die Einstellung dieser Haltebolzen kann die dreidimensionale Position der Schwelle so bestimmt werden, daß sie an der gewünschten Höhe mit der gewünschten Neigung ihrer Oberseite mit hoher Präzision und mit leichter Verfahrensweise gelegt werden kann.

Solche Durchgangslöcher können, wie in Fig. 1 gezeigt ist, jeweils eines in der Nachbarschaft der zwei Enden einer Kante des Betonschwellenkörpers 1 als 3 und 3″ und eines in der Mitte, in der Nachbarschaft der gegenüberliegenden Kante, als 3′, insgesamt drei, eingebohrt sein. Oder es können auch, wie in der gestrichelten Linie der Fig. 1 gezeigt ist, anstatt daß ein Loch 3′ in der Mitte des Teils in der Nähe der anderen Kante eingebohrt ist, zwei Löcher 3′″, 3″″ an den entsprechenden Stellen zu denjenigen der Löcher 3, 3″ auf der genannten Kante eingebohrt sein, wodurch die Gesamtzahl der Durchgangslöcher vier wird.

Die Größe der Durchgangslöcher bestimmt sich je nach der Dicke des einzusetzenden Haltebolzens, wobei vorteilhafterweise ein Durchmesser von 10 bis 40 mm, vorzugsweise 20 bis 30 mm, normalerweise ausgewählt wird.

Es ist durchführbar, eine Vertiefung in der Mitte des untersten Teils des Bodens der Überzugsschicht 2 aus dem mikrozellulären Polyurethanelastomeren, der einer geringeren Last ausgesetzt ist, zu bilden, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, und in die genannte Vertiefung einen weichen Kunstharzschaumstoff 5 einzupassen, der billiger ist als das mikrozelluläre Polyurethanelastomere. Dies gestattet es, die Mittelreaktion zu vermeiden, die ein Problem der Festigkeitseigenschaft des Schwellenkörpers darstellt, und den Verbrauch an teurem mikrozellulären Polyurethanelastomeren einzusparen. Als Kunstharzschaumstoffe, die für diesen Zweck geeignet sind, können geschlossenzellige vernetzte Polyethylen-Schaumstoffe mit einer Schüttdichte bzw. einer scheinbaren Dichte von normalerweise 0,01 bis 0,1, vorzugsweise 0,02 bis 0,05, besonders gut verwendet werden.

Die Länge der genannten Vertiefung (t in Fig. 2) beträgt normalerweise 1/4 bis 1/2 der Länge L des Betonschwellenkörpers, vorzugsweise 1/4 bis 1/3. Innerhalb dieses Bereichs ist die Länge t in geeigneter Weise variierbar. Auch die Tiefe (d in Fig. 2) der Vertiefung kann im Bereich von 1/10 bis 1/1, insbesondere 1/2 bis 7/10, der Dicke w der Überzugsschicht 2 am Boden liegen. Es ist vorteilhaft, daß die Vertiefung über die gesamte Breitenrichtung der Überzugsschicht 2 gebildet sein sollte, wie es in Fig. 3 gezeigt wird.

Die erfindungsgemäße Danchoku-Schwelle mit der oben beschriebenen Struktur kann unter Eisenbahnschienen in der nachstehend im Zusammenhang mit den Fig. 4 und 5 beschriebenen Weise gelegt werden.

Haltebolzen 6, 6′, 6″ . . . werden eingepaßt, wobei die Muttern 4 in den Durchgangslöchern 3, 3′, 3″ . . . versenkt sind. Sie gehen vertikal durch die erfindungsgemäße Danchoku- Schwelle, eingebohrt in den Betonschwellenkörper 1, in einer solchen Weise hindurch, daß die unteren Enden dieser Bolzen aus der Überzugsschicht 2 der Schwelle am Boden hervorspringen sollten. Die unteren Enden der Bolzen werden in den Betonkranz 7 placiert, der auf der Unterstruktur der Eisenbahnschiene vorgesehen ist. Durch Einstellung jedes Bolzens können die Höhe und die Neigung der Oberseite des Schwellenkörpers 1 eingestellt werden (siehe Fig. 4).

Sodann werden auf der Oberseite des Betonkörpers 1 Geleise 8, 8′ nach der eingeführten Praxis befestigt. In die Zwischenräume zwischen dem Betonkranz 7 auf der Unterstruktur und der Überzugsschicht 2 im unteren Teil der Betonschwelle wird Mörtelbeton eingegossen, um ein Festbett 9 zu bilden. Vor dem vollständigen Härten des Betons werden die Haltebolzen 6, 6′, 6″ . . . entfernt, und auf die Oberseiten der Durchgangslöcher 3, 3′, 3″ . . . werden aus einem Elastomeren hergestellte Kappen 10, 10′, 10″ . . . aufgepaßt (siehe Fig. 5).

Bei der erfindungsgemäßen Schwelle, in die die Haltebolzen 6, 6′, 6″ . . . eingeschraubt und durch die Durchgangslöcher 3, 3′, 3″ . . ., die sich vertikal durch diese erstrecken, hindurchgehen, kann durch Einstellung der Bolzen die dreidimensionale Position der Schwelle zu der gewünschten Höhe und Neigung der oberen Oberfläche eingestellt werden. Es wird daher möglich, die Eisenbahnschiene sehr präzise und durch leichte Arbeitsmaßnahmen zu verlegen.

Beim Eingießen des Betons sollte darauf geachtet werden, daß der Beton nicht in die Durchgangslöcher einfließt, um direkt den Betonschwellenkörper 1 mit dem Bett 9 zu verbinden. Dies deswegen, weil bei einer direkten Verbindung die Vibrationen des Betonschwellenkörpers 1 direkt in das Bett 9 übertragen würden und nicht in der Überzugsschicht 2 absorbiert und abgepuffert werden könnten. Es ist daher wichtig, die Lochgröße, zumindest am Teil der unteren Beschichtungsschicht, bei ungefähr dem gleichen Wert oder nur einem geringfügig größeren Wert als dem Wert der Dicke des Bolzens, der eingesetzt werden soll, zu halten, um im wesentlichen zu verhindern, daß der Beton in das Loch hineinfließt.

Aus dem gleichen Grunde sollte der zur Herstellung des Betts verwendete Beton nicht über die oberen Kanten der Überzugsschicht 2 an den Seiten der Schwelle ansteigen, die direkt mit dem Betonschwellenkörper 1 verbunden wird (vgl. Fig. 5).

Kurz gesagt, es ist sehr wichtig, daß der Betonschwellenkörper 1 praktisch vollständig von dem Betonbett 9 isoliert ist.

Eines der charakteristischen Merkmale der erfindungsgemäßen Danchoku-Schwelle liegt in der Verwendung eines speziellen mikrozellulären Polyurethan-Schaumstoffs als Material zur Herstellung der Überzugsschicht.

Es wurde nämlich gefunden, daß mikrozelluläre Polyurethanelastomere sehr gut als Überzugsmaterial für Danchoku- Schwellen geeignet sind, die vibrationsisolierende Effekte in einer Stellung zeigen können, welche zwischen dem Betonschwellenkörper und dem Geleisbett sowie dem Mörtelbeton, der als Feststoffbett dient, liegt, was auf einen Energieverlusteffekt etc. zurückzuführen ist, der auf die viskoelastischen Eigenschaften aufgebaut ist. Erfindungsgemäß kann der Elastizitätsmodul der Danchoku-Schwelle auf einen Wert vermindert werden, der gleich ist oder sogar unterhalb desjenigen eines mit einem Ballast versehenen Geleises auf einem starren Geleisbett, z. B. auf einer hochgelegenen Brücke, liegt. Dies geschieht durch geeignete Auswahl eines weichen Polyurethanelastomeren. Auf diese Weise können die durch die Züge hervorgerufenen Vibrationen und Geräusche wirksam isoliert werden. Durch Verwendung eines mikrozellulären Polyurethanelastomeren ist es weiterhin möglich, daß selbst dann, wenn das elastomere Überzugsmaterial durch den Mörtelbeton, der als Feststoffbett dient, begrenzt wird, eine ausgeprägte Verminderung des vibrationsisolierenden Effekts, der auf eine Erhöhung des Elastizitätsmoduls zurückzuführen ist, verhindert werden kann, da ein derartiges Elastomeres im Inneren frei deformiert werden kann.

Das erfindungsgemäß verwendete mikrozelluläre Polyurethanelastomere hat normalerweise eine Schütt- bzw. Massendichte im Bereich von 0,4 bis 0,75 g/cm³, vorzugsweise 0,55 bis 0,7 g/cm³.

Die anderen physikalischen und chemischen Eigenschaften der Polyurethanelastomeren als die Schüttdichte können über breite Bereiche durch Auswahl der einzelnen Bestandteile variiert werden. Für den speziellen Zweck der Isolierung von Vibrationen, wie es erfindungsgemäß der Fall ist, muß naturgemäß die optimale Zusammensetzung ausgewählt werden, so daß die gewünschten Dauerhaftigkeits- und vibrationsisolierenden Eigenschaften erhalten werden können. Nachstehend wird die Zusammensetzung eines für die Zwecke der Erfindung geeigneten Polyurethanelastomeren im Detail erläutert.

Das erfindungsgemäß verwendete mikrozelluläre Polyurethanelastomere wird aus einer speziellen verschäumbaren Ausgangsflüssigkeit für Urethanelastomere hergestellt, die aus folgendem besteht: a) einem Polyetherpolyol, b) einem mit Vinylmonomeren gepfropften Polyol, c) einem flüssigen Polybutadienpolyol, d) einem organischen Polyisocyanat, e) einem Kettenverlängerungsmittel, f) einem Treibmittel und g) einem Urethanisierungskatalysator.

Das Polyetherpolyol a), das als eine der Polyolkomponenten bei der Herstellung des erfindungsgemäß verwendeten Polyurethanelastomeren eingesetzt wird, hat eine durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,5 bis 4,5 und ein zahlendurchschnittliches Molekulargewicht von 2000 bis 8500. Wenn die durchschnittliche Anzahl der funktionellen Gruppen in dem eingesetzten Polyetherpolyol weniger als 2,5 ist, dann zeigt daraus erhaltenes verschäumtes Urethanelastomeres eine erhöhte bleibende Verformung. Umgekehrt zeigt, wenn die durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen über 4,5 hinausgeht, das resultierende Elastomere die Neigung, härter zu werden. Weiterhin nimmt in diesem Fall die Möglichkeit eines Bruchs zu, wenn eine Aussetzung an eine durch Vibrationen bedingte Kompression erfolgt. Daher ist die bevorzugte durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen 2,5 bis 4,5, insbesondere 2,8 bis 4,0.

Wiederum, wenn das zahlendurchschnittliche Molekulargewicht des Polyetherpolyols a) weniger als 2000 ist, dann kann kaum ein verschäumtes Polyurethanelastomeres mit hohen, die Vibrationsenergie absorbierenden Eigenschaften erhalten werden. Umgekehrt, wenn es über 8500 hinausgeht, dann zeigt das resultierende Polyurethanelastomere eine Verschlechterung seiner elastischen Eigenschaften, es neigt dazu, eine plastische Deformation zu erleiden, und es zeigt eine starke Tendenz insbesondere nach einer erhöhten bleibenden Verformung. Es ist daher zweckmäßig, daß das erfindungsgemäß verwendete Polyetherpolyol ein zahlendurchschnittliches Molekulargewicht von normalerweise im Bereich von 2000 bis 8500, insbesondere 3000 bis 6500, besitzt.

Als ein solches Polyetherpolyol a) können diejenigen Produkte verwendet werden, die normalerweise zur Herstellung von Polyurethanelastomeren eingesetzt werden. So können beispielsweise solche Polyetherpolyole, wie sie durch Additionspolymerisation von C₂-C₄-Niedrig-Alkylenoxiden, z. B. Ethylenoxid, Propylenoxid etc., mit aliphatischen mehrwertigen C₂-C₆-Alkoholen, wie Glyzerin, Trimethylolpropan etc., oder aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindungen, wie Ethylendiamin, Diaminodiphenylmethan etc., erhalten werden, genannt werden. Typische Beispiele für solche Polyetherpolyole a) sind Glyzerin/Propylenoxid/Ethylenoxid- Copolymerisationsaddukte (durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen = 3,0, zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 3000), Propylenglykol/Propylenoxid/Ethylenoxid- Copolymerisationsaddukte (durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen = 2,0, zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 4800), Glyzerin/Pentaerythrit/Propylenoxid/ Ethylenoxid-Copolymerisationsaddukte (durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen = 3,7, zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 5700) etc.

Eines der charakteristischen Merkmale der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß mit dem obengenannten Polyetherpolyol a) eine Kombination aus einem mit einem Vinylmonomeren gepfropften Polyol b) (mit einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,5 bis 4,0 und einem Pfropfverhältnis von 4 bis 20 Gew.-%) und einem flüssigen Polybutadienpolyol c) (mit einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,0 bis 3,0, einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 2000 bis 7000 und hydroxylterminierter(en) Gruppe(n)) als Polyolkomponente zur Zusammensetzung des verschäumten Polyurethanelastomeren verwendet wird.

Als "mit Vinylmonomeren gepfropfte Polyole", wie sie erfindungsgemäß verwendet werden (nachstehend auch als gepfropfte Polyole bezeichnet) b) sind modifizierte Polyole zu verstehen, die durch eine in situ erfolgende radikalische Polymerisation von Vinylmonomeren in Gegenwart von üblichen Polyolen, die als solche als Polyolkomponente für die Herstellung von Urethanschäumen mit hoher Elastizität bekannt sind, hergestellt worden sind (z. B. JP-PS 4 47 628, US-PS 30 33 841, GB-PS 8 74 130, DE-PS'en 10 77 430, 11 05 179, 10 81 917 und 11 11 394, JP-OS 93 729/81). Erfindungsgemäß werden von solchen gepfropften Polyolen insbesondere solche speziellen gepfropften Polyole verwendet, die eine durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,5 bis 4,0 und ein Pfropfverhältnis von 4 bis 20 Gew.-% aufweisen.

Wenn die durchschnittliche Anzahl der funktionellen Gruppen des verwendeten gepfropften Polyols weniger als 2,5 beträgt, dann zeigt das resultierende mikrozelluläre Polyurethanelastomere zu hohe Werte der permanenten bleibenden Druckverformung. Daher sind solche Produkte nicht geeignet. Wenn umgekehrt die durchschnittliche Anzahl über 4,0 hinausgeht, dann neigt das als Produkt erhaltene Urethanelastomere zu einer Erhärtung. Der bevorzugte Bereich der durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen des gepfropften Polyols ist 2,5 bis 3,0. Wenn das Pfropfverhältnis des gepfropften Polyols weniger als 4 Gew.-% ist, dann wird die bleibende Druckverformung verstärkt. Wenn dieser Wert über 20 Gew.-% hinausgeht, dann steigt die Viskosität der Flüssigkeit an, wodurch die Verformbarkeit erheblich verschlechtert wird. Es ist daher zweckmäßig, daß das Pfropfverhältnis des gepfropften Polyols im Bereich von 4 bis 20 Gew.-%, insbesondere 5 bis 15 Gew.-%, liegt. Die hierin verwendete Bezeichnung "Pfropfverhältnis" bedeutet von dem gesamten zugegebenen Vinylmonomeren das Verhältnis des Vinylmonomeren, das mit dem Polyol pfropfpolymerisiert ist, zu dem Gewicht des genannten Polyols.

Als Polyole, die als Stämme der gepfropften Polyole b) dienen, werden zweckmäßig solche mit einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 2500 bis 8500, vorzugsweise 4000 bis 7000, und einer Hydroxylzahl von 20 bis 67, vorzugsweise 24 bis 50, verwendet. So kann beispielsweise ein Polyalkylenetherglykol mit einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 4800 verwendet werden, das durch Additionspolymerisation von Ethylenoxid und/oder Propylenoxid an Glyzerin erhalten wird.

Als Beispiele für Vinylmonomere, die auf diese Polyole aufgepfropft werden, können die folgenden Substanzen genannt werden: Olefine, wie Styrol, Vinyltoluol, 1-Buten, 2-Hexen, 1,4-Hexadien, 1,3-Butadien und 3-Penten, Vinylhalogenide, wie Vinylchlorid und Vinylidenchlorid, ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren, wie Acrylsäure und Methacrylsäure, oder ihre Derivate (z. B. Alkylester), Vinylacetat, Acrylnitril etc. Diese können entweder für sich oder in Kombination von mehr als einer Art der Monomeren verwendet werden.

Die Aufpfropfung des obengenannten Vinylmonomeren oder der Monomeren auf das obengenannte Polyol kann durch radikalische Polymerisation des oder der Vinylmonomeren in Gegenwart des Polyols nach an sich bekannten Methoden geschehen. Als geeignete radikalische Polymerisationskatalysatoren können z. B. Initiatoren vom Peroxidtyp, Azotyp oder Redoxtyp oder Metallverbindungskatalysatoren etc. genannt werden. Die auf diese Weise erhaltenen gepfropften Polyole können normalerweise ein zahlendurchschnittliches Molekulargewicht von 2500 bis 8500, vorzugsweise 4000 bis 7000, aufweisen.

Als besonders bevorzugte gepfropfte Polyole für die Zwecke der Erfindung können z. B. Produkte genannte werden, die durch Pfropfpolymerisation von Acrylnitril und Styrol auf ein Polypropylenetherglykol mit einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 5100 und einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von etwa 3 in einem Autoklaven bei 120°C über 8 h erhalten werden, wobei als Polymerisationsinitiator Azobisisobutyronitril verwendet wird.

"Flüssiges Polybutadienpolyol" c) bedeutet flüssige Butadienhomopolymere oder -copolymere mit endständigen bzw. terminalen reaktiven Hydroxylgruppen, insbesondere primären Hydroxylgruppen vom Allyltyp. Diese Materialien sind als solche bereits bekannt (vgl. z. B. US-PS'en 34 27 366 und 36 74 743). Sie können beispielsweise durch radikalische Additionspolymerisation von 1,3-Butadien allein oder von 1,3-Butadien und nicht mehr als 75 Gew.-% des gesamten Monomeren von C₂-C₁₂-ethylenisch ungesättigten Monomeren, wie Styrol, Acrylnitril, Vinylacetat etc., in Gegenwart von Hydroperoxid als Polymerisationskatalysator hergestellt werden.

Erfindungsgemäß werden von solchen flüssigen Polybutadienpolyolen insbesondere solche mit einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,0 bis 3,0 und einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 2000 bis 7000 verwendet. Wenn die durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen in dem verwendeten flüssigen Polybutadienpolyol weniger als 2,0 ist, dann ist es schwierig, Produkte mit einem hohen Elastizitätsmodul zu erhalten. Weiterhin zeigt in diesem Fall das Produkt die Neigung, eine größere bleibende Verformung zu haben. Auch wird in diesem Fall die Vermischbarkeit mit dem polymeren Polyol a) und dem gepfropften Polyol b) verschlechtert und die Verformbarkeit wird in ausgeprägter Weise schlecht. Wenn umgekehrt der Wert über 3,0 hinausgeht, dann fehlt dem Produkt die Elastizität, das Produkt wird spröd und besitzt keine Verbesserungen hinsichtlich der Wasserfestigkeit und der Alkalibeständigkeit. Weiterhin zeigt in diesem Fall das Produkt eine erheblich verminderte Ermüdungsbeständigkeit.

Somit liegt die geeignete durchschnittliche Anzahl der funktionellen Gruppen des flüssigen Polybutadienpolyols c) im Bereich von 2,0 bis 3,0, insbesondere 2,1 bis 2,8. Wiederum werden, wenn das zahlendurchschnittliche Molekulargewicht des flüssigen Polybutadienpolyols weniger als 2000 ist, die Schwankungen der Festigkeit und der Dehnung, die als Normen für die Wasserfestigkeit und die Alkalibeständigkeit genommen werden, in erheblichem Maße erhöht und die Ermüdungsbeständigkeit und die bleibende Verformung zeigen eine Neigung zu einer ausgeprägten Verschlechterung. Weiterhin wird die Fähigkeit vermindert, geschlossene Zellen zu bilden. Wenn andererseits dieser Wert über 7000 hinausgeht, dann wird die Viskosität der Flüssigkeit zu hoch, wodurch ihre Vermischbarkeit mit dem Polyisocyanat d) verschlechtert wird. Somit zeigt das als Produkt erhaltene Elastomere nicht nur eine niedrige Zugfestigkeit, sondern es versagt auch hinsichtlich des Erhaltes eines hohen Elastizitätsmoduls und es zeigt eine schlechte Fähigkeit, geschlossene Zellen zu bilden. Es ist daher zweckmäßig, daß das verwendete flüssige Polybutadienpolyol ein zahlendurchschnittliches Molekulargewicht von 2000 bis 7000, vorzugsweise 2400 bis 5000, besitzt.

Es ist weiterhin zweckmäßig, daß das flüssige Polybutadienpolyol c) normalerweise einen Hydroxylgehalt von 0,5 bis 1,0 Milliäquivalenten/g und eine Jodzahl von 400 bis 500 besitzt.

Als besonders bevorzugtes flüssiges Polybutadienpolyol können z. B. ein hydroxylterminiertes Butadienhomopolymeres mit einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,2 bis 2,4 und einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 2800 (z. B. Poly bd R-45 HT, hergestellt von ARCO Chemical Co.), ein hydroxylterminiertes Butadien/ Styrol-Copolymeres mit einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,2 bis 2,4 und einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 3500 (z. B. Poly bd CS-15, hergestellt von ARCO Chemical Co.) und ein hydroxylterminiertes Butadien/Acrylnitril-Copolymeres mit einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,5 bis 2,8 und einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 4450 (z. B. Poly bd CN-15, hergestellt von ARCO Chemical Co.) genannt werden.

Das Mischverhältnis der obengenannten drei Typen von Polyolkomponenten a), b) und c) ist innerhalb eines weiten Bereichs je nach den physikalischen Eigenschaften variierbar, welche für das am Schluß hergestellte Urethanelastomere erforderlich sind. Normalerweise ist es zweckmäßig, das Mischungsverhältnis aus den unten angegebenen Bereichen, bezogen auf das Gesamtgewicht der drei Komponenten a), b) und c), auszuwählen.

Auch beträgt das Mischverhältnis des Pfropfpolyols b) zu dem Polybutadienpolyol c), b)/c) auf das Gewicht bezogen, normalerweise 1/0,5 bis 1/1,5, vorzugsweise 1/0,8 bis 1/1,2. Das Mischverhältnis des Polyetherpolyols a) zu dem Polybutadienpolyol, a)/c) auf das Gewicht bezogen, liegt vorteilhafterweise im Bereich von 3/1 bis 15/1, vorzugsweise 4/1 bis 10/1.

Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäß durch gleichzeitige Verwendung des mit Vinylmonomeren gepfropften Polyols b) und von flüssigem Polybutadienpolyol c) erhaltene Urethanelastomere neue Effekte zeigt, die mit herkömmlichen Elastomeren nicht erhältlich sind; d. h. es ergibt einen hohen Elastizitätsmodul, es zeigt keine Verschlechterung der Zugfestigkeit, die auf eine Verminderung der Schüttdichte zurückzuführen ist, selbst bei den Bedingungen von hohen Lasten und eingeschränkter Deformation, wie es bei der Verwendung in Danchoku-Schwellen der Fall ist. Weiterhin ist seine bleibende Verformung gering und die Schwankungen der Festigkeit und Dehnung beim Wasserfestigkeits- und Alkalibeständigkeitstest sind gering.

Eine bevorzugte Kombination des gepfropften Polyols b) und des flüssigen Polybutadienpolyols c) zum Erhalt von qualitativ hochwertigen geschlossenen Zellen, niedrigen Schwankungen der Festigkeit und der Dehnung beim Wasserfestigkeits- und Alkalibeständigkeitstest, einer ausgezeichneten Fähigkeit zur Absorption von Vibrationen und einem geeigneten Elastizitätsmodul und Dehnung, die erfindungsgemäß erhalten werden, besteht darin, daß das gepfropfte Polyol ein Pfropfverhältnis von 10 bis 15%, ein zahlendurchschnittliches Molekulargewicht von 5000 bis 7000 und eine durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen von 3,0 bis 3,8 aufweist, daß das flüssige Polybutadienpolyol ein zahlendurchschnittliches Molekulargewicht von 2500 bis 4800 und eine durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,2 bis 2,8 bei einem Mischungsverhältnis von b) zu c) im Bereich von 1 : 0,5 bis 1 : 1,5, insbesondere von 1 : 0,8 bis 1 : 1,2, besitzt. Weiterhin wird der beste synergistische Effekt dann erhalten, wenn das obengenannte flüssige Polybutadienpolyol in einer Menge von 3 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der drei Arten von Polyolkomponenten a), b) und c), zugemischt wird.

Als organisches Polyisocanat d), das mit den obengenannten Polyolkomponenten a), b) und c) umgesetzt werden kann, können alle beliebigen Materialien eingesetzt werden, die normalerweise zur Herstellung von Urethanelastomeren verwendet werden. Beispiele sind solche Polyisocyanate, wie 4,4′- Diphenylmethandiisocyanat (M.D.I.), Naphthylendiisocyanat, Tolylendiisocyanat und Hexamethylendiisocyanat, die entweder allein oder in Kombination verwendet werden können. Das Polyisocyanat d) kann auch in Form eines Vorläufers verwendet werden, der durch vorhergehende Kondensation mit dem obengenannten mehrwertigen Alkohol erhalten worden ist, d. h. als Präpolymeres oder Halb-Präpolymeres.

In jedem Fall ist die Menge des organischen Polyisocyanats d) innerhalb des Bereichs um das stöchiometrische Äquivalent herum zu den gesamten aktiven Wasserstoff enthaltenden Komponenten (Polyolkomponenten, Kettenverlängerungsmittel etc.), die sich mit den Isocyanatrestgruppen (-NCO) umsetzen sollen, welche in der verschäumbaren Ausgangsflüssigkeit des Urethanelastomeren vorhanden sind, um ±10% variierbar, d. h. ausgedrückt als NCO-Index im Bereich von 90 bis 110, vorzugsweise 95 bis 105.

Das erfindungsgemäß zur Bildung des Polyurethanelastomeren verwendete Kettenverlängerungsmittel e) setzt sich mit dem organischen Polyisocyanat d) um, wodurch mittels einer Urethanbindung oder einer Harnstoffbindung ein hartes Segment gebildet wird, das im Prinzip eine Inter-Wasserstoff-Bindung ist. Dieses Mittel stellt daher einen wichtigen Faktor zur Kontrolle der Elastizitätseigenschaften des als Produkt erhaltenen Polyurethanelastomeren dar. Erfindungsgemäß werden relativ niedermolekulare, im wesentlichen difunktionelle aktiven Wasserstoff enthaltende Verbindungen mit Vorteil als Kettenverlängerungsmittel verwendet. Beispiele für solche Kettenverlängerungsmittel e) sind C₂-C₁₀- Diole, wie Ethylenglykol, Propylenglykol, Propandiol, Butandiol, Hydrochinon und Hydroxyethylchinonether, und Amine, wie Methylenbis-(o-chloranilin), Quadrol, Ethylendiamin und Triethanolamin. Diese Materialien können entweder allein oder in Kombination verwendet werden.

Untersuchungen haben gezeigt, daß es bei der kombinierten Verwendung des Kettenverlängerungsmittels e) mit den vorgenannten Polyolkomponenten a), b) und c) zweckmäßig ist, das Kettenverlängerungsmittel e) mit einer Konzentration innerhalb des Bereichs von 0,3 × 10^-3 mol/g bis 1,5 × 10^-3 mol/g, bezogen auf die Gesamtmenge der fünf Komponenten a), b), c), d) und e), zu verwenden. Bei einer Konzentration darunter ist der Kettenverlängerungseffekt nicht ausreichend und das resultierende verschäumte Polyurethanelastomere zeigt im allgemeinen die Neigung, eine niedrige Festigkeit zu haben. Wenn umgekehrt die Konzentration des Kettenverlängerungsmittels höher als 1,5 × 10^-3 mol/g ist, dann nehmen Inter-Wasserstoff-Bindungen zu stark zu und als Ergebnis neigt das resultierende Elastomere dazu, sehr hart zu werden, obleich es eine verbesserte Festigkeit aufweist. Dies ist für die Verwendbarkeit des Produkts für die Zwecke der vorliegenden Erfindung aber ziemlich unerwünscht, wenn das Produkt einer bleibenden Verformung und wiederholten Kompressionsspannungen ausgesetzt wird. Die bevorzugte Konzentration des Kettenverlängerungsmittels beträgt daher 0,5 × 10^-3 bis 1,2 × 10^-3 mol/g.

Als Urethanisierungskatalysator g) können alle beliebigen Materialien verwendet werden, die normalerweise für die Urethanisierungsreaktion eingesetzt werden, wie z. B. tertiäre Aminverbindungen, Organometallverbindungen, etc. Spezielle Beispiele sind Triethylendiamin, Diazabicycloundecen, n-Methylmorpholin, N,N-Dimethylethanolamin, Zinnoctylat und Dibutylzinnlaurat. Die Menge des Katalysators ist nicht kritisch, sondern vielmehr über einen weiten Bereich je nach der gewünschten Reaktionsgeschwindigkeit variierbar. Sie muß jedoch je nach dem Verschäumungsgrad in dem Urethanelastomeren und den Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit etc.) in geeigneter Weise eingestellt werden. Die Einstellung der Katalysatormenge ist eine Routinemaßnahme. Die Einstellung einer geeigneten Menge ist einfach.

Erfindungsgemäß werden verschäumte Polyurethanelastomere verwendet. Als Treibmittel f), das zur Herstellung der verschäumten Körper verwendet wird, können herkömmliche Treibmittel, wie Wasser und halogenierte Kohlenwasserstoffe (z. B. Trichlorfluormethan, Methylenchlorid etc.), verwendet werden. Obgleich der Verschäumungsgrad des angestrebten Urethanelastomeren nicht strikt begrenzt ist, ist es von Wichtigkeit, daß das Produkt im Vergleich zu üblichen Urethanschäumen relativ niedrig verschäumt ist. Es ist normalerweise von Vorteil, einen Verschäumungsgrad, ausgedrückt als Schütt- bzw. Massendichte, im Bereich von 0,4 bis 0,75 g/cm³, vorzugsweise 0,55 bis 0,7 g/cm³, zu erhalten. Die Menge des Treibmittels f) und/oder der Verschäumungsgrad können reguliert werden, um die Schütt- bzw. Massendichte des resultierenden Urethanelastomeren auf einen Wert innerhalb des oben angegebenen Bereiches einzustellen.

Neben den vorgenannten Komponenten kann die erfindungsgemäß verwendete verschäumbare Ausgangsflüssigkeit für das Urethanelastomere erforderlichenfalls Schaumstabilisatoren (z. B. Silikonnetzmittel), Pigment(e) (z. B. Ruß, Titanoxid etc.), Farbstoffe (z. B. Indanthren-Farbstoffe), andere Füllstoffe (z. B. Kohleteer, anorganische oder organische Stapelfasern, wie Glasfasern, Asbestfasern, Nylonfasern, Vinylchloridfasern, Polyesterfasern, Acrylfasern, pulverförmigen Natur- oder Synthesekautschuk, Kieselsäuresand etc.) enthalten.

Damit das mikrozelluläre Polyurethanelastomere als Vibrationsisolator dienen kann, beträgt der Elastizitätsmodul bezw. die Federkonstante pro Flächeneinheit zweckmäßigerweise etwa 0,2 t/cm/100 cm² oder höher und liegt insbesondere im Bereich von 0,7 bis 2 t/cm/100 cm². Der Elastizitätsmodul innerhalb des genannten Bereichs kann mit dem mikrozellulären Polyurethanelastomeren mit einer Dicke von 5 bis 100 mm, der Dicke, die normalerweise für eine vibrationsisolierende Schicht verwendet wird, erhalten werden, indem man die Zusammensetzung und die Schüttdichte in geeigneter Weise auswählt.

Das Überzugsmaterial aus dem mikrozellulär Polyurethanelastomeren zeigt ausgezeichnete Effekte, wenn es integral bzw. einteilig mit dem Betonschwellenkörper verformt und verschäumt und daran fest angeheftet wird. Der vibrationsisolierende Effekt kann auch wirksam gezeigt werden, indem man das Elastomere gesondert von dem Betonschwellenkörper verformt und sodann an den genannten Körper anheftet. D. h. die Überzugsschicht kann an den unteren Teil des Betonschwellenkörpers mit einem Klebstoff angeheftet werden, oder ein kastenförmiger Formkörper aus dem Polyurethanelastomeren kann im voraus gebildet werden. In diesen kann dann der Betonschwellenkörper eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß die am meisten bevorzugte Ausführungsform zur Bildung der Überzugsschicht in der Weise durchgeführt wird, daß man eine Rohflüssigkeit zur Herstellung des Polyurethanelastomeren um den unteren Teil des Betonschwellenkörpers in einem Kasten mit fester Größe hineinspritzt und die Flüssigkeit verschäumt, um eine integrale bzw. einteilige Verformung zu bewirken, und mit dem Schwellenkörper verschäumt, wodurch das erstgenannte Material an dem letztgenannten Material haftet und dieses überzieht.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher ein Verfahren zur Herstellung einer Danchoku-Schwelle zur Verfügung gestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Betonschwellenkörper in einer Form in einer solchen Weise fixiert, daß der Boden und mindestens der untere Teil dessen Seiten im wesentlichen vollständig in der Form eingeschlossen sind, wobei ein bestimmter Zwischenraum zwischen dem Boden und jeder der Seitenwände zurückbleibt, daß man in den genannten Zwischenraum eine verschäumbare Ausgangsflüssigkeit des Polyurethanelastomeren mit der oben beschriebenen Zusammensetzung einspritzt und daß man die genannte Ausgangsflüssigkeit verschäumt und aushärtet, um integral bzw. einteilig eine Danchoku-Schwelle zu bilden, die mit einem mikrozellulären Polyurethanelastomeren überzogen ist, welches fest an dem unteren Teil des Schwellenkörpers haftet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie oben beschrieben, ist es möglich, die Danchoku-Schwelle in einfacher Weise und unter Verwendung einer einfachen Form vom atmosphärischen Einspritztyp herzustellen. Weiterhin kann der erhaltene Formkörper aus der Form nach etwa 2 h nach dem Einspritzen herausgenommen werden, was nur etwa 1 min erfordert. Auf diese Weise kann die Produktionsleistung drastisch erhöht werden. Da weiterhin bei der erfindungsgemäß durch ein integrales bzw. einteiliges Verformungsverfahren hergestellten Danchoku-Schwelle der Betonschwellenkörper und das Polyurethanelastomer-Überzugsmaterial fest aneinander haften, ist die Verwendung eines Haftgrundlacks nicht notwendig, und es erfolgt kaum ein Abblättern bzw. Abschälen.

Bei dem Verfahren der Erfindung werden die obengenannten Komponenten der verschäumbaren Ausgangsflüssigkeit des Polyurethanelastomeren unmittelbar vor dem auf übliche Weise erfolgenden Einspritzen bzw. Verspritzen innig miteinander vermischt. Das Gemisch wird in die Form für die integrale Formung der Danchoku-Schwelle eingespritzt. Die Form ist an den Betonschwellenkörper in einer solchen Weise fixiert, daß der Boden und mindestens der untere Teil der Seiten (die Teile in der Nähe des Bodens) des Schwellenkörpers im wesentlichen vollständig von der Form umschlossen sind, wobei ein bestimmter Zwischenraum dazwischen zurückbleibt, so daß die integrale Formung der Danchoku-Schwelle ermöglicht wird. Eine spezifische Ausführung einer Mischvorrichtung ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt wird, ist eine Kastenform 13 an den Betonschwellenkörper 1 in einer solchen Weise angefügt, daß der Boden 11 und der untere Teil der Seiten 12 des Körpers 1 im wesentlichen davon vollständig eingeschlossen sind. Bei dieser Gelegenheit werden Zwischenräume s mit der Breite w und w′ jeweils zwischen dem Boden 11 des Körpers 1 und der Innenbodenoberfläche der Form und zwischen den Seiten 12 des Körpers 1 und den jeweiligen Innenseiten der Form gebildet, wobei w und w′ den erforderlichen Dicken der Überzugsschicht entsprechen. Die Form 13 muß dazu imstande sein, den Betonschwellenkörper 1 im wesentlichen vollständig einzuschließen, so daß ein Heraussickern der Ausgangs-Polyurethanelastomer- Flüssigkeit, die in den Raum s eingespritzt wird, im wesentlichen verhindert wird. In der Form sind Vorsprünge an Stellen, die den Durchgangslöchern 3, 3′, 3″ . . . in dem Betonschwellenkörper entsprechen, gebildet, so daß die Durchgangslöcher auch in der Überzugsschicht gebildet werden.

Die Höhe h, mit der die Form 13 die Seiten 12 des Betonkörpers 1 einschließt, wird auf die gleiche Höhe wie die Höhe h der Überzugsschicht, die die Seiten 12 des Körpers 1 bedeckt, eingestellt.

Nachdem die Form in der obigen Weise zusammengestellt ist, wird eine verschäumbare Ausgangsflüssigkeit für das Polyurethanelastomere in den Zwischenraum s durch einen Einspritzeinlaß 14 eingespritzt, der an einer geeigneten Stelle der Form 13 angebracht ist. Entsprechende Untersuchungen haben gezeigt, daß die Einspritzung am meisten vorteilhaft durchgeführt werden kann, wenn dem mit der Form 13 kombinierten Betonschwellenkörper eine solche Lage gegeben wird, daß, bezugnehmend auf Fig. 6, die Seite der Form, die mit dem Einspritzeinlaß 14 versehen ist, die Unterseite wird und die Seite der Form, die die Entlüftungslöcher 15 aufweist, die Oberseite wird, so daß der Boden 11 im wesentlichen senkrecht steht.

Die Fig. 8 ist ein Fließschema, das den Einspritzvorgang einer solchen verschäumbaren Ausgangsflüssigkeit des Polyurethanelastomeren in die Form 13 zeigt. Der Betonschwellenkörper 1, der mit der Form 13 befestigt ist, wird so placiert, daß sein Boden 11, wie oben beschrieben, nahezu senkrecht steht. Die Ausgangsflüssigkeit wird durch den Einlaß 14 eingespritzt, der am unteren Teil der Form 13 angeordnet ist. Beim Fortschreiten des Einspritzens wird die Luft in dem Zwischenraum s durch die Entlüftungslöcher 15 ausgetrieben.

Die verschäumbare Ausgangsflüssigkeit des Polyurethanelastomeren kann beispielsweise formuliert werden, indem man gesondert eine Flüssigkeit A, bestehend aus einem Polyetherpolyol, gepfropftem Polyol, flüssigem Polybutadienpolyol, Kettenverlängerungsmittel, Treibmittel, Urethanisierungskatalysator und einem Schaumstabilisator etc., und eine Flüssigkeit B, bestehend aus einem organischen Polyisocyanat, in die Tanks 20 bzw. 20′ einleitet und sodann über Dosierungspumpen 21 bzw. 21′ in den Zweiflüssigkeits- Mischer 22 einleitet, worin ein inniges Vermischen der zwei Flüssigkeiten erfolgt. Das Flüssigkeitsgemisch wird sodann durch die Leitung 23, die ein Endventil 24 hat, in den Einspritzeinlaß 14 geleitet.

Nachstehend werden typische Zusammensetzungen der Flüssigkeiten A und B angegeben, die geeigneterweise für die Zwecke der Erfindung verwendet werden können.

Zusammensetzung der Flüssigkeit AGewichtsteile

Polyetherpolyol100 (Glyzerin/Propylenoxid/Ethylenoxid- Copolymerisationsaddukt
durchschnittliche Anzahl der funktionellen Gruppen: 3 bis 4
zahlendurchschnittliches Molekulargewicht: 2000 bis 7000)
gepfropftes Polyol 10-40 (ein Polymerpolyol, erhalten durch Pfropfpolymerisation
von Acrylnitril und Styrol auf ein
Glyzerin/Propylenoxid/Ethylenoxid- Copolymerisationsaddukt
(zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 5100)
in Gegenwart von Azobisisobutyronitril (Polymerisationsinitiator)
durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen = 3
Pfropfverhältnis = 10%
zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 6000)
flüssiges hydroxylterminiertes Polybutadienpolyol 5-20 Ethylenglykol 5-15 Wasser 1,0-1,5 Triethylendiamin 0,5-2,0

Zusammensetzung der Flüssigkeit BNCO-Index

Polyisocyanatpolyol-Präpolymeres90-100 (z. B. ein isocyanatterminiertes Vorläufer- Präkondensationsprodukt
von 4,4′-Diphenylmethandiisocyanat mit
Glyzerin/Propylenoxid/Ethylenoxid- Copolymerisationsaddukt mit einem
zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 6500,
einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von 3,
freier NCO-Gehalt = 16 Gew.-%

Das Einspritzen der verschäumbaren Ausgangsflüssigkeit des Polyurethanelastomeren in die Form kann mit einer Geschwindigkeit von normalerweise 1 bis 100 kg/min, vorzugsweise 30 bis 60 kg/min, durchgeführt werden. Die einzuspritzende Menge kann innerhalb des Bereichs von 1/3 bis 9/10 des Gesamtvolumens des obengenannten Zwischenraums in der Form je nach dem gewünschten Verschäumungsgrad variiert werden. Die eingespritzte verschäumbare Ausgangsflüssigkeit des Polyurethanelastomeren wird sodann verschäumt und gehärtet. Das Verschäumen und das Härten kann normalerweise bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Wenn notwendig, kann es aber auch unter Erhitzen auf eine Temperatur von bis zu etwa 70°C durchgeführt werden. Das Verschäumen und Härten ist normalerweise innerhalb von 1 bis 2 h beendigt. Danach wird die Form von dem Betonschwellenkörper abgelöst.

Hierauf kann eine Danchoku-Schwelle erhalten werden, die mit einem mikrozellulären Polyurethanelastomeren überzogen ist. Die Zellen in dem mikrozellulären Polyurethanelastomer- Überzug, der integral bzw. einteilig mit dem Betonschwellenkörper verformt ist, sind vorwiegend geschlossene Zellen. Die erwünschten physikalischen Eigenschaften für das Elastomere sind wie folgt:

(1) Massen- bzw. Schüttdichte: 0,4 bis 0,75 g/cm³,
vorzugsweise 0,55 bis 0,7 g/cm³
(2) bleibende Verformung:
nicht mehr als 15%
vorzugsweise nicht mehr als 5%
(3) Elastizitätsmodul bzw. Federkonstante: mindestens 0,2 t/cm/100 cm²
vorzugsweise 0,7 bis 2 t/cm/100 cm²
(4) Zugfestigkeit: mindestens 5,0 kg/cm²,
vorzugsweise mindestens 10 kg/cm²
(5) Dehnung: mindestens 100%
(6) Wasserfestigkeit: innerhalb von ±20% Schwankung der Zugfestigkeit, vorzugsweise ±10%
innerhalb ±20% der Schwankung der Dehnung, vorzugsweise ±10%
(7) Alkalibeständigkeit: innerhalb ±20% der Schwankung der Zugfestigkeit, vorzugsweise ±10%
innerhalb ±20% in der Schwankung der Dehnung, vorzugsweise ±10%
(8) Ermüdungsbeständigkeit: das Ausmaß der bleibenden Verformung ist nicht mehr als 1,0 mm, vorzugsweise nicht mehr als 0,2 mm
(9) Bildungsverhältnis der geschlossenen Zellen: mindestens 90%,
vorzugsweise 99 bis 100%.

Die erfindungsgemäße Danchoku-Schwelle besteht aus einem Betonschwellenkörper 1 und einem mikrozellulären Polyurethanelastomer- Überzugsmaterial 2, das durch integrale Verformung bzw. einteilige Verformung, wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, an den unteren Teil des genannten Körpers 1 angeheftet ist.

Entsprechende Untersuchungen haben gezeigt, daß es für eine leichte Freisetzung der Danchoku-Schwelle aus der Form zweckmäßig ist, daß den Entlüftungslöchern 15 der Form 13 jeweils eine Querschnittsgestalt eines umgekehrten kreisförmigen Kegels verliehen wird, der sich nach außen erstreckt, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Als Verjüngungswinkel α der Innenwand jedes Entlüftungsloches ist ein solcher von 30 bis 60° normalerweise geeignet. Insbesondere liegt er bei etwa 45°. Der Innendurchmesser x des Entlüftungsloches 15 in der Form 13 kann ungefähr 1 bis 3 mm sein, und die Länge y des zylindrischen Teils des genannten Lochs in der Form ist vorzugsweise etwa 0,3 bis 2 mm.

Die erfindungsgemäße Danchoku-Schwelle zeigt ausgezeichnete vibrationsisolierende Effekte, und sie kann die Vibrationen und Geräusche drastisch vermindern, wenn sie als Schwellen für die Geleisanlagen von Hochgeschwindigkeitszügen verwendet werden. Dies trägt dazu bei, die Umweltbelastung zu mindern, die durch Geräusche und Vibrationen entlang Eisenbahnlinien bewirkt wird.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Danchoku-Schwelle mit hoher Präzision und mit einfachen Operationen beim Verlegen der Geleise gelegt werden, was zu einer erheblichen Einsparung an Arbeitskosten und Arbeitszeiten führt.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das mikrozelluläre Polyurethanelastomer- Überzugsmaterial integral bzw. einteilig bzw. einstückig verschäumt und mit dem Betonschwellenkörper verformt, was in vorteilhafter Weise eine feste Haftung des Überzugs an dem Betonschwellenkörper bewirkt. Diese hohe Haftung ist in der Tat ein großer praktischer Vorteil, da ein Vibrationsisolator dazu imstande ist, die Vibrationen der Vibrationsquelle abzuschneiden und zu absorbieren.

Weiterhin kann erfindungsgemäß die Danchoku-Schwelle (federnd beschichtete Schwelle) in einfacher Weise und unter Verwendung einer relativ einfachen Vorrichtung hergestellt werden. Daher können die Kosten und der Energieverbrauch für die Produktion vermindert werden.

Die Erfindung wird anhand der Beispiele näher erläutert.

Beispiel

Ein Betonschwellenkörper 1 mit 400 mm × 2000 mm × 200 mm wird in eine Form 13 mit Entlüftungslöchern 15 mit x = 1,5 mm ⌀ in der in Fig. 6 gezeigten Weise eingesetzt. Die Dicke der Überzugsschicht (w, w′) ist 25 mm. Obgleich in der Fig. 6 nicht gezeigt, ist eine Trennwand in der Form an einem geeigneten Teil vorgesehen, um eine Vertiefung oder Rille mit einer Breite von 300 mm und einer Tiefe von 15 mm im Mittelteil der Bodenebene der Überzugsschicht auszubilden, wie es in Fig. 2 gezeigt wird. Dann werden die Flüssigkeiten A und B mit den oben angegebenen Zusammensetzungen in dem Rührer 22 mit einer Rührgeschwindigkeit von 6000 Upm vermischt, wobei die in Fig. 8 gezeigte Vorrichtung verwendet wird. Das Gemisch wird in den Zwischenraum am unteren Teil der Form eingespritzt. Das System wird die nachfolgenden 2 h bei Raumtemperatur belassen, und dann wird die Schwelle von der Form getrennt. Die physikalischen Eigenschaften des Polyurethanelastomer-Überzugs der resultierenden Danchoku-Schwelle sind nachstehend angegeben, zusammen mit den Zusammensetzungen der Flüssigkeiten A und B.

Die physikalischen Eigenschaften werden nach den unten angegebenen Methoden gemessen:

(1) Schütt- bzw. Massendichte:
Gemessen mit der JIS-Norm Z 8807 "Meßverfahren aus dem Volumen".
(2) Bleibende Verformung:
Gemessen gemäß der JIS-Norm K 6301 "10, Test der bleibenden Verformung".
(3) Elastizitätsmodul:
Gemessen gemäß der JIS-Norm K 6385 "5. Test des statischen Elastizitätsmoduls".
(Ein 10 cm × 10 cm × 2,5 cm-Probekörper wird einem Druck von bis zu 425 kg ausgesetzt, und der Elastizitätsmodul wird zwischen 100 bis 400 kg auf der Lastverschiebungskurve bstimmt.)
(4) Zugfestigkeit und Dehnung:
Gemessen gemäß der JIS-Norm K 6301 mit Dumbbell- Probekörpern Nr. 1 durch "3. Methoden für Zugtests".
(5) Wasserfestigkeit:
Der gleiche Dumbbell-Probekörper Nr. 1, der beim Zugfestigkeitstest verwendet wird, wird in destilliertes Wasser oder Ionenaustauschwasser 96 h lang eingetaucht, leicht abgewischt und sofort dem Zugfestigkeitstest unterworfen. Die Abweichung des Werts gegenüber dem Wert vor der Alterung wird bestimmt.
(6) Alkalibeständigkeit:
Es wird die gleiche Testmethode wie oben bei der Bestimmung der Wasserfestigkeit angewendet, mit der Ausnahme, daß die Eintauchungsflüssigkeit eine 1%ige wäßrige Alkalilösung (Kaliumhydroxid/Natriumhydroxid = 1 : 1) ist und daß die Eintauchungstemperatur 50°C beträgt.
(7) Ermüdungsbeständigkeit:
Gemessen gemäß der SRIS-Norm 3502 (Standard Rating of Japan Rubber Association). (Testbedingungen: Vorkompression 5 mm, Vibrationsamplitude 4 mm, Vibrationsfrequenz 5 Hz, Wiederholung 1 × 10⁶-mal und Größe des Probekörpers 50 × 50 × 25 mm).
(8) Verschäumungseigenschaften zu geschlossenen Zellen:
Gemessen gemäß der ASTM-Norm D 2856-70 A.

Beispiel 1

Zusammensetzung der Flüssigkeit AGewichtsteile

Polyetherpolyol (I)35 (Glyzerin/Propylenoxid/Ethylenoxid- Copolymerisationsaddukt
durchschnittliche Anzahl der funktionellen Gruppen = 3
zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 3000)
Polyetherpolyol (II)40 (Glyzerin/Pentaerythrit/Propylenoxid/ Ethylenoxid-Copolymerisationsaddukt
durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen = 3,7
zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 5700)
gepfropftes Polyol15 (ein Polymerpolyol, erhalten durch Pfropfpolymerisation
von Acrylnitril und Styrol auf ein
Glyzerin/Propylenoxid/ Ethylenoxid-Copolymerisationsaddukt
(zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 5100)
in Gegenwart von Abzobisisobutyronitril (Polymerisationsinitiator)
durchschnittliche Anzahl der funktionellen Gruppen = 3
Pfropfverhältnis = 10%
zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 6000)
hydroxylterminiertes flüssiges Polybutadienpolyol15 (durchschnittliche Anzahl der funktionellen Gruppen = 2,5
zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 2750)
Ethylenglykol 7 Wasser 0,53 Triethylendiamin 0,7

Zusammensetzung der Flüssigkeit BNCO-Index

Polyisocyanat/Polyol-Präpolymeres100 [isocyanatterminiertes Vorläufer-Kondensationsprodukt von
4,4′-Diphenylmethandiisocyanat und einem
copolymerisierten Addukt von
Glyzerin/Propylenoxid/Ethylenoxid mit einem
zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 6500
(durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen = 3
zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 6500)
freier NCO-Gehalt = 16 Gew.-%)].

Physikalische Eigenschaften:

Schütt- bzw. Massendichte 0,63 g/cm³ Elastizitätsmodul 1,5 t/cm/100 cm² bleibende Verformung 2,0% Zugfestigkeit13,0 kg/cm² Dehnung145% Wasserfestigkeit
Schwankung der Zugfestigkeit-0,9% Schwankung der Dehnung-0,3% Alkalibeständigkeit
Schwankung der Zugfestigkeit-0,3% Schwankung der Dehnung-0,2% Ermüdungsbeständigkeit
Ausmaß der Ermüdung 0,26 mm Verschäumungseigenschaften zu geschlossenen Zellen
Bildungsverhältnis von geschlossenen Zellen100

Beispiel 2

Zusammensetzung der Flüssigkeit AGewichtsteile

Polyetherpolyol (II)52 (Glyzerin/Pentaerythrit/Propylenoxid/ Ethylenoxid-Copolymerisationsaddukt
durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen = 3,7
zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 5700)
gepfropftes Polyol15 (ein Polymerpolyol, erhalten durch Pfropfpolymerisation
von Acrylnitril und Styrol auf ein
Glyzerin/Propylenoxid/Ethylenoxid-Copolymerisationsaddukt
(zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 5100)
in Gegenwart von Azobisisobutyronitril (Polymerisationsinitiator)
durchschnittliche Anzahl der funktionellen Gruppen = 3
Pfropfverhältnis = 10%
zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 6000)
hydroxylterminiertes flüssiges Polybutadienhomopolyol12 (durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen = 2,3
zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 4700
Hydroxylgehalt = 0,5 Milliäquivalent/g
Jodzahl = 450)
Ethylenglykol 5,7 Wasser 0,48 Triethylendiamin 0,7

Zusammensetzung der Flüssigkeit BNCO-Index

Polyisocyanat/Polyol-Präpolymeres100 (ein isocyanatterminiertes Vorläufer-Kondensationsprodukt
von 4,4′-Diphenylmethandiisocyanat und
Glyzerin/Propylenoxid/Ethylenoxid-Copolymerisationsaddukt
(zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 6500)
freier NCO-Gehalt = 16 Gew.-%)

Physikalische Eigenschaften:

Schütt- bzw. Massendichte 0,69 g/cm³ Elastizitätsmodul 0,98 t/cm/100 cm² bleibende Verformung 3,8% Zugfestigkeit14,9 kg/cm² Dehnung210% Wasserfestigkeit
Schwankung der Zugfestigkeit-3,7% Schwankung der Dehnung-4,3% Alkalibeständigkeit
Schwankung der Zugfestigkeit-2,2% Schwankung der Dehnung-4,1% Ermüdungsbeständigkeit
Ausmaß der Ermüdung 0,16 mm Verschäumungseigenschaften zu geschlossenen Zellen
Bildungsverhältnis von geschlossenen Zellen99,9%

Die in dem obigen Beispiel 1 hergestellen Danchoku-Schwellen wurden, wie in den Fig. 10A und 10B gezeigt, bei der Verwendung eines Testgeleises verlegt. Ihre Effekte wurden wie folgt gemessen.

Ein Teil eines herkömmlichen mit einem Ballast versehenen Geleises wurde von einem Tohoku-Shinkansen-Testgeleis vor der Eröffnung des Betriebs entfernt, und die Danchoku-Schwellen des Beispiels 1 wurden über eine Länge von 160 m verlegt. Der Shinkansen-Zug wurde für den Test verwendet. Die Zuggeschwindigkeit war 200 bis 210 km/h.

Die Vibrationen und die Geräusche, die durch den Zug hervorgerufen wurden (Fig. 10B), wurden an zwei Punkten V ₁ und V ₂ (bezüglich der Vibrationen) und an den drei Punkten A, B und C (bezüglich des Geräusches) gemessen. Die Vibrationen wurden mit einem Bariumtitanat-Akzelerometer gemessen. Das Geräusch wurde mit einem normalen Geräuschmesser gemessen.

Die vibrations- und geräuschvermindernden Effekte der Teststrecke mit den Danchoku-Schwellen des Beispiels 1 waren im Vergleich zu einem herkömmlichen mit Ballast versehenen Geleis wie folgt:

Die Vibrationen am Punkt V ₁ (Beschleunigung des Geleises) waren nahezu gleich wie im Falle eines federnden, mit Ballast versehenen Geleises mit einer Ballastmatte. Jedoch waren die Vibrationen am Punkt V ₂ (Beschleunigung der Bodenplatte der erhöhten Struktur) um 7 dB vermindert. Am Punkt A (unter der Bodenplatte um 0,3 m) war das Geräusch um 7 dB (A), am Punkt B (unter der Bodenplatte um 5,0 m) um 5 dB (A) und am Punkt C (unter der erhöhten Struktur, 1,2 m hoch über dem Grund) um 4 dB (A) im Vergleich zu einem federnden Geleis mit einer Ballastmatte vermindert.

Claims

1. Federnder Überzug für eine Direktverbindungs-Schwelle (Danchoku-Schwelle), dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Betonschwellenkörper und einer mikrozellulären Polyurethan-Elastomer-Überzugsschicht, die an dem Schwellenkörper haftet und seinen unteren Teil überzieht, um damit einen integralen Körper zu bilden, wobei das mikrozelluläre Polyurethanelastomere Urethanbindungen und eine Schüttdichte von 0,4 bis 0,75 g/cm³ besitzt und aus einer verschäumbaren Ausgangsflüssigkeit für ein Urethanelastomeres, bestehend im wesentlichen aus

a) einem Polyetherpolyol mit einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppe von 2,5 bis 4,5 und einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 2000 bis 8500,
b) einem mit einem Vinylmonomeren gepfropften Polyol, das eine durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,5 bis 4,0 und ein Pfropfverhältnis von 4 bis 20 Gew.-% aufweist,
c) einem flüssigen Polybutadienpolyol mit endständiger Hydroxylgruppe bzw. endständigen Hydroxylgruppen, einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,0 bis 3,0 und einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 2000 bis 7000,
d) einem organischen Polyisocyanat,
e) einem Kettenverlängerungsmittel,
f) einem Treibmittel und
g) einem Urethanisierungskatalysator

in solchen Verhältnissen, daß der NCO-Index im Bereich von 90 bis 110 liegt und daß die Konzentration des Kettenverlängerungsmittels, bezogen auf die Gesamtmenge der fünf Komponenten a), b), c), d) und e), 0,3 × 10^-3 bis 1,5 × 10^-3 mol/g beträgt, hergestellt ist.

2. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyetherpolyol a) eine durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,8 bis 4,0 und ein zahlendurchschnittliches Molekulargewicht von 3000 bis 6500 aufweist.

3. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyetherpolyol a) aus der Gruppe copolymerisierte Glyzerin/Propylenoxid/Ethylenoxid- Addukte (durchschnittliche Anzahl der funktionellen Gruppen = 3,0, zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 3000), copolymerisierte Propylenglykol/Propylenoxid/Ethylenoxid- Addukte (durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen = 2,0, zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 4800) und copolymerisierte Glyzerin/Pentaerythrit/Propylenoxid/ Ethylenoxid-Addukte (durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen = 3,7, zahlendurchschnittliches Molekulargewicht = 5700) ausgewählt ist.

4. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einem Vinylmonomeren gepfropfte Polyol b) eine durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen von 3,0 bis 3,8 und ein Pfropfverhältnis von 5 bis 17 Gew.-% aufweist.

5. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einem Vinylmonomeren gepfropfte Polyol b) ein Polyol mit einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von 2500 bis 8500 und einer Hydroxylzahl von 20 bis 67 ist, auf das mindestens ein Vinylmonomeres, ausgewählt aus der Gruppe Styrol, Vinyltoluol, 1-Buten, 2-Hexen, 1,4-Hexadien, 1,3-Butadien, 3-Penten, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Acrylsäure oder Methacrylsäure, ihre Alkylester, Vinylacetat und Acrylnitril, aufgepfropft worden ist.

6. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einem Vinylmonomeren gepfropfte Polyol b) ein zahlendurchschnittliches Molekulargewicht von 4000 bis 7000 aufweist.

7. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einem Vinylmonomeren gepfropfte Polyol b) ein Polypropylenetherglykol mit einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 5100 und einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von etwa 3 ist, auf das Acrylnitril und Styrol aufgepfropft worden sind.

8. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Polybutadienpolyol c) eine durchschnittliche Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,1 bis 2,8 und ein zahlendurchschnittliches Molekulargewicht von 2400 bis 5000 aufweist.

9. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Polybutadienpolyol c) einen Hydroxylgehalt von 0,5 bis 1,0 Milliäquivalenten/g aufweist.

10. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Polybutadienpolyol c) aus der Gruppe hydroxylterminierte Butadienhomopolymere mit einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,2 bis 2,4 und einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 2800, hydroxylterminierten Butadien/Styrol-Copolymeren mit einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,2 bis 2,4 und einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 3500 und hydroxylterminierten Butadien/Acrylnitril-Copolymeren mit einer durchschnittlichen Anzahl von funktionellen Gruppen von 2,5 bis 2,8 und einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 4500 ausgewählt ist.

11. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, bezogen auf das Gesamtgewicht der der Polyolkomponenten a), b) und c), 15 bis 95 Gew.-% Polyetherpolyol a), 1 bis 60 Gew.-% mit Vinylmonomeren gepfropftes Polyol b) und 1 bis 50 Gew.-% flüssiges Polyol c) verwendet worden sind.

12. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Polyisocyanat d) aus der Gruppe 4,4′-Diphenylmethandiisocyanat, Naphthylendiisocyanat, Tolylendiisocyanat und Hexamethylendiisocyanat ausgewählt ist.

13. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kettenverlängerungsmittel e) aus der Gruppe Ethylenglykol, Propylenglykol, Propandiol, Butandiol, Hydrochinon, Hydroxyethylchinonether, Methylenbis- (o-dichloranilin), Quadrol, Ethylendiamin und Triethanolamin ausgewählt ist.

14. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kettenverlängerungsmittel e) in der verschäumbaren Ausgangsflüssigkeit in einer Konzentration von, bezogen auf die Gesamtmenge der fünf Komponenten a), b), c), d) und e), 0,5 × 10^-3 bis 1,2 × 10^-3 mol/g enthalten ist.

15. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mikrozelluläre Polyurethanelastomere eine Schüttdichte von 0,55 bis 0,7 g/cm³ aufweist.

16. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mikrozelluläre Polyurethanelastomere eine bleibende Verformung von nicht höher als 15% aufweist.

17. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mikrozelluläre Polyurethanelastomere einen Elastizitätsmodul von nicht weniger als 0,2 t/cm/100 cm² aufweist.

18. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mikrozelluläre Polyurethanelastomere eine Zugfestigkeit von mindestens 5,0 kg/cm² und eine Dehnung von mindestens 100% aufweist.

19. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht eine Dicke von mindestens 8 mm aufweist.

20. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht einen eingedrückten bzw. vertieften Teil am Mittelteil seines Bodens aufweist, wobei der eingedrückte bzw. vertiefte Teil mit einem weichen synthetischen Harzschaum ausgestattet ist.

21. Federnder Überzug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der synthetische Harzschaum ein geschlossenzelliger vernetzter Polyethylenschaum ist.

22. Federnder Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht an dem unteren Teil des Betonschwellenkörpers haftet und diesen überzieht, indem die Stufen durchgeführt worden sind, daß von der Unterseite die verschäumbare Ausgangsflüssigkeit des Polyurethanelastomeren in die Form eingespritzt worden ist, welche den unteren Teil des Schwellenkörpers einschließt, und daß die Flüssigkeit in situ verschäumt und gehärtet worden ist.

23. Federnder Überzug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte eingedrückte bzw. vertiefte Teil eine Länge von 1/4 bis 1/2 desjenigen des Betonschwellenkörpers aufweist.