EP2751337A1 - Verfahren zur herstellung von schotterkörpern - Google Patents

Verfahren zur herstellung von schotterkörpern

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Publication number
EP2751337A1
EP2751337A1 EP12766602.2A EP12766602A EP2751337A1 EP 2751337 A1 EP2751337 A1 EP 2751337A1 EP 12766602 A EP12766602 A EP 12766602A EP 2751337 A1 EP2751337 A1 EP 2751337A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
outlets
plastic
rails
threshold
ballast
Prior art date
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Granted
Application number
EP12766602.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2751337B1 (de
Inventor
Torsten Erwe
Frank Grimberg
Thomas Gross
Thomas Kleiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Covestro Deutschland AG
Original Assignee
Bayer Intellectual Property GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer Intellectual Property GmbH filed Critical Bayer Intellectual Property GmbH
Publication of EP2751337A1 publication Critical patent/EP2751337A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2751337B1 publication Critical patent/EP2751337B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B27/00—Placing, renewing, working, cleaning, or taking-up the ballast, with or without concurrent work on the track; Devices therefor; Packing sleepers
    • E01B27/02—Placing the ballast; Making ballastway; Redistributing ballasting material; Machines or devices therefor; Levelling means
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
    • E01B1/001—Track with ballast
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B3/00—Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails
    • E01B3/44—Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails made from other materials only if the material is essential

Definitions

  • the present invention relates to a method for the production of ballast bodies, which have a high stability and long service life, for the track construction of ballast stones and plastics.
  • ballast bodies which are used in track and road construction, has increased sharply.
  • One reason for this is certainly the general increase in mobility in the population and in the movement of goods.
  • more and more trains are traveling at high speed and axle load.
  • the resulting enormous displacement forces are transmitted via the rails on the thresholds and from there to the ballast body.
  • the stone structure changes and individual gravel stones are twisted, shifted and rounded, so that the position of the tracks is changed and at regular intervals costly and time-consuming repairs must be carried out.
  • ballast bodies including plastics (DD-A1 86201, DE-A 2063727, DE-A 2305536, DE-Al 3941142, DE-A1 19711437, DE-A1 19651755, DE-A1 3821963, DE-A 19811838, JP-A 08157552).
  • DE-A 2063727 describes a method for the reduction of track distortions by transverse shift forces.
  • the binder is sprayed in the form of a high-viscosity plastic on the ballast bed and glued the ballast stones at the points of contact.
  • a surface bonding of the ballast stones by injection of the binder in the form of a 2-component resin can be realized.
  • DE-A 2305536 a method is described for lifting sleepers and pavements by introducing a swelling body which solidifies after insertion. It is for example a multi-component plastic, e.g. Polyurethane foam.
  • the liquid plastic is applied by means of a filling probe through a hole in the track sill.
  • JP-A 8157552 describes the preparation of polyurethane resins which cure in the presence of moisture and are used to stabilize stone clumps.
  • the polyurethane resins are prepared using aromatic polyisocyanates, monofunctional polyethers and amino-initiated polyethers and spray applied.
  • EP-A2 1619305 describes a method for producing a track superstructure for a rail track on a substrate inclined transversely to its extension, in which an elastic drainage mat is arranged on the substrate, on the drainage mat a ballast body of individual, between them cavities having gravel stones is formed, Embedded in the ballast body sleepers are attached to the sleepers tracks and placed to fix the position of substantially only within load transfer areas of the ballast below the thresholds ballast stones in the cavities between them a foamable material. The foamable material is introduced with foam lances, which are lowered into the ballast body
  • WO 2009/068169 A1 discloses a method for strengthening a ballast bed, in the upper area of which sleepers with rails mounted thereon are arranged, the ballast bed having load transfer areas underneath the sleepers which receive loads acting on the rails and an earth body located below the ballast bed transferred, are filled with the cavities in the ballast of the ballast bed with foam formed from a reactive mixture, wherein in the ballast tower so much reactive mixture is introduced that at least in the load transfer areas extending from the surface of the earth to the underside of the threshold filling the ballast with foam results, and that the foaming expanding foam is limited in space by a cover is placed on or above the ballast bed before completion of the foaming process.
  • WO 2007 / 090901A2 describes a method for introducing a flowable, foamable reaction mixture from above into a ballast body with embedded therein sleepers, wherein the method, the mixture is introduced laterally of the thresholds in the ballast body, wherein the mixture is adjusted such that the foaming process only then begins when the front of the flowing downwards within the ballast body mixture has reached the bottom or the near-bottom area of the ballast body, so that the foaming occurs within the ballast body from bottom to top.
  • a disadvantage of these methods is that the introduction of the stabilizing foam is too complex and does not allow in the everyday life of the track construction propulsion speed.
  • the object of the present invention was therefore to provide an improved method for the production of ballast bodies, which enables a stabilization of the ballast body and simultaneously ensures a long service life and does not have the aforementioned disadvantages
  • the object according to the invention could be achieved by providing the method according to the invention described below.
  • the invention relates to a process for the production of plastic, in particular polyurethane, reinforced load transfer areas in a ballast and partially plastic, in particular polyurethane foam containing ballast body of a track superstructure, which consists of at least a ballast, sleepers and rails, by entry of liquid, curable plastics or KunsMofr eeducationgemischen, in particular polyurethane reactive mixtures, from a mixing unit by means of at least two distribution pipes with outlet in the load transfer areas and optionally foaming the plastic or Kumtstofrre2011gemisches, in particular polyurethane reactive mixture, in these load transfer areas, characterized in that the entry of the plastic or Kxinststofrre2011gemisches, in particular Polyurelhanrektivgemisches ,
  • the two distribution pipes with outlet left or right of outside the rails ( ⁇ ,) are preferably positioned under the rails to the area between the two rails (6, 6 '), that the outlets side by side and from the front (3 ) the threshold (2), whose load transfer area is to be reinforced, laterally spaced,
  • the outlets of the distributor pipes are preferably guided under the rails laterally along the rear side (5) of the sleeper (2) into the area between the two rails (9, 9 '), that the outlets are arranged side by side and from the rear side (5 ) of the threshold (2) whose load transfer area is to be reinforced laterally spaced are located,
  • the distribution pipes are preferably made of metal or plastics.
  • the distributor pipes preferably consist of a leg extending approximately perpendicular to the surface of the ballast bed and a leg extending approximately horizontally to the surface of the ballast bed.
  • the horizontal leg of the manifold should have at least a length sufficient to reach the area between the two parallel rails without the vertical leg contacting the rail
  • the distribution pipes are preferably slightly curved at their outlet to the ballast bed in order to facilitate the flow and accurate discharge of the plastic or plastic reactive mixture.
  • the outflowing amount of plastic or plastic reactive mixture may be different. This is preferably controlled electronically.
  • the distribution pipes can be rigid, flexible or extendable. If they are extendable, the entire manifold does not have to be moved, but the manifold is extended or shortened in itself.
  • the distribution pipes flexible plastic pipes can be inserted, which can be easily replaced in case of blockages. If necessary, the distribution pipes can be cleaned by means of compressed air between the mixing unit and the respective outlet.
  • the distribution pipes may preferably be attached to the mixing unit on a robot or on a three-axis linear portal which controls the position of the outlet of the distribution pipes as described above.
  • the distribution pipes are preferably led to the next threshold
  • the outlets of the distributor pipes are preferably moved parallel to the threshold (on the front and rear sides) at a speed of preferably 5 to 2000 mm / s, more preferably 30 to 500 mm / s. Most preferably, the speed can be along the threshold be changed dynamically.
  • the outlets of the distribution pipes on the front side of the threshold are preferably moved at a speed of S to 2000 mm / s, more preferably from 100 to 1000 mm / s.
  • the speed along the front side can be changed dynamically, it is preferably not.
  • the emerging from the manifolds amount of reactive mixture and the speed of locomotion of the outlet of the distribution pipes are preferably adjusted so that a sufficient amount of plastic or reactive mixture is applied to the load transfer areas sufficiently strengthen, preferably Wegwallumea
  • a sufficient amount of plastic or reactive mixture is applied to the load transfer areas sufficiently strengthen, preferably JardinCumea
  • different threshold distances and local Changes and conditions and curves are taken into account without interrupting the processing.
  • the threshold distances are frequently different in practice and are therefore preferably detected by means of a measuring device, preferably electronically, so that the outlets of the distributor tubes can be correspondingly positioned.
  • the distribution pipes with the outlets and, where applicable, the robot / three-axis linear portal can be mounted on a mobile portal.
  • the mobile portal is preferably moved on the rails
  • the plastic used or the plastic reactive mixture used is preferably an epoxide or very particularly preferably a polyurethane reactive radical.
  • the cured polyurethane is preferably polyurethane foam.
  • the preferably used polyurethane reactive mixture preferably contains a mixture of a) one or more isocyanate compounds from the group consisting of polyisocyanates having an NCO content of 28 to 50 wt .-% and NCO prepolymers having an NCO content of 10 to 48 wt.
  • polyisocyanates having an NCO content of 28 to 50% by weight and polyether polyols having a hydroxyl number of 6 to 112, polyoxyalkylene diols having a hydroxyl number of 113 to 1100 or alkylenediols having a hydroxyl number of 645 to 1850 or mixtures thereof and b) one Polyol component consisting of one or more polyether polyols having a hydroxyl number of 6 to 112 and a functionality of 1.8 to 8 in the presence of c) 0 to 26 wt .-%, based on the reaction components b) to g), of one or more chain extenders having a hydroxyl or amine number of 245 to 1850 and a Functionality of 1.8 to 8, d) 0.05 to 5 wt .-%, based on the reaction components b) to g), one or more blowing agents, e) 0 to 5 wt .-%, based on the reaction components b ) to g),
  • code is meant the equivalent ratio of NCO groups to OH groups and NH groups multiplied by 100.
  • an index of 110 that present on a reactive OH group or NH group 1.1 reactive NCO groups from the isocyanate compounds or on a reactive NCO group from the isocyanate compounds 0.91 reactive OH groups or NH groups.
  • the components for producing the polyurethane foams are used in a mixing ratio which allows a homogeneous mixing of the components, in particular when using high-pressure machines.
  • high - pressure machines it is also possible to process rapidly reacting PUR systems and thus realize an economical process.
  • the processing properties of the PUR system can also be optimally adjusted according to the requirements.
  • a partial expansion of the ballast body using the casting technique as an application method can be realized.
  • the mechanical properties of the polyurethane foams used can be varied within wide limits.
  • the advantages of the PUR foams used are good compression forces (at 10% compression) (> 10.0 N), good compression set (at 10% compression) (> 1.0 kPa) and tensile strengths (> 0.1 MPa) at lower permanent deformation (DVR (40%, 25 ° C, 5 min) ⁇ 0.01%).
  • the polyurethane foams are preferably prepared in the presence of chain extenders and catalysts. In this case, preference is given to using catalysts which have primary and / or secondary hydroxyl and / or amino groups. The ones obtained in this way Polyurethanes have an improved emission behavior and, after extraction with solvents (for example water), are characterized by a reduced proportion of mobilizable ingredients.
  • the polyurethane foams according to the invention may additionally contain fillers and auxiliaries and additives known per se from polyurethane chemistry.
  • the reaction mixture for producing the polyurethane foam is adjusted for processing so that it can be used using a simple application technique (for example, casting method). For example, by selective adjustment of the reactivity of the reaction mixture, partial foaming of the ballast bodies can be carried out.
  • such partial foaming permits the selective reinforcement in particularly stressed partial areas of the ballast body (for example curves, load-bearing areas) and, on the other hand, enables the undisturbed outflow of liquids, such as, for example, water. Too slow a reaction would cause the reaction mixture to drain into the bottom or lateral areas of the ballast bed. Too fast a reaction would lead to the reaction mixture not penetrating into a sufficient layer depth of the bulk material.
  • the starting time of the reaction mixture should be 1 to 15 seconds, preferably 1 to 5 seconds, and the solidification time (Setting time) 15 to 45 seconds, preferably 15 to 30 seconds, be, with longer solidification times would be possible but uneconomical.
  • the polyurethane foam used should preferably have a compression force (at 10% compression) of at least 10.0 N, a compression hardness (at 10% compression) of at least 1.0 kPa and a tensile strength of at least 0.1 MPa. In addition, it should preferably a compression set (DVR) (40%, 25 ° C, 5 min) of at most 0.01% and a good Wittêts Corp. Have hydrolysis stability.
  • the polyurethane foam used should continue to be characterized by the lowest possible proportion of emissable and mobilizable ingredients.
  • the polyisocyanates a) used are (cyclo) aliphatic or aromatic polyisocyanates. Preference is given to tolylene diisocyanate, di- and / or polyisocyanates of the diphenylmethane series, which have an NCO content of 28 to 50 wt .-%. These include liquid at room temperature and optionally modified accordingly mixtures of 4,4'-Düsocyanatodiphenylmethan with 2,4'- and to a lesser extent optionally 2,2'-diisocyanato diphenylmethane.
  • liquid polyisocyanate mixtures of the diphenylmethane series which, in addition to the isomers mentioned, contain their higher homologs and which are obtainable in a manner known per se by phosgenation of aniline / formaldehyde condensates.
  • urethane or carbodiimide and / or allophanate or biuret groups having modification products of these di- and polyisocyanates are suitable.
  • polystyrene resins are prepared from the aforementioned polyisocyanates and polyether polyols having a hydroxyl number of 6 to 112, polyoxyalkylene diols having a hydroxyl number of 113 to 1100 or alkylene diols having a hydroxyl number of 645 to 1850 or mixtures thereof.
  • the components b) are polyhydroxypolyethers which can be prepared in a manner known per se by polyaddition of alkylene oxides onto polyfunctional starter compounds in the presence of catalysts.
  • the polyhydroxy polyethers are prepared from a starter compound having on average 2 to 8 active hydrogen atoms and one or more alkylene oxides.
  • Preferred initiator compounds are molecules having two to eight hydroxyl groups per molecule, such as water, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, tripropylene glycol, 1,4- Butanediol, 1,6-hexanediol, triethanolamine, glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol and sucrose.
  • the starter compounds may be used alone or in admixture.
  • the polyols b) are prepared from one or more alkylene oxides. Preferably used alkylene oxides are oxirane, methyloxirane and ethyloxirane.
  • polystyrene resins can be used alone or in a mixture. When used in admixture, it is possible to react the alkylene oxides randomly and / or in blocks. Also suitable are those relatively high molecular weight polyhydroxypolyethers in which high molecular weight polyadducts or polycondensates or polymers in finely dispersed, dissolved or grafted form are present. Such modified polyhydroxyl compounds are obtained, for example, if polyaddition reactions (for example reactions between polyisocyanates and ammofunctional compounds) or polycondensation reactions (for example between formaldehyde and phenols and / or amines) take place in situ in the hydroxyl-containing compounds b) (for example in DE- AS 1 168 075 described).
  • polyaddition reactions for example reactions between polyisocyanates and ammofunctional compounds
  • polycondensation reactions for example between formaldehyde and phenols and / or amines
  • Vinyl polymer-modified polyhydroxyl compounds as obtained, for example, by polymerization of styrene and acrylonitrile in the presence of polyethers (for example, according to US Pat. No. 3,383,351) are suitable for the process according to the invention as polyol component b).
  • Representatives of said component b) are, for example in Kunststoff-Handbuch, Volume VII "Polyurethane", 3rd edition, Carl Hanser Verlag, Kunststoff / Vienna, 1993, pages 57-67 and pages 88-90 described.
  • polyol component b) it is preferred to use one or more polyhydroxypolyethers which have a hydroxyl number of 6 to 112, preferably of 21 to 56, and a functionality of 1.8 to 8, preferably of 1.8 to 6.
  • Suitable chain extenders c) are those whose average hydroxyl or amine number is from 245 to 1850 and whose functionality is from 1.8 to 8, preferably from 1.8 to 3, by way of example
  • ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, triethanolamine, glycerol, trimethylolpropane and short-chain Alkoxyliemngs are those whose average hydroxyl or amine number is from 245 to 1850 and whose functionality is from 1.8 to 8, preferably from 1.8 to 3, by way of example
  • ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, triethanolamine, glycerol, trimethylolpropane and short-chain Alkoxyliemngs are those whose average hydroxyl or amine number is from
  • the component c) is preferably used in amounts of 0 to 26 wt .-%, based on the reaction components b) to g), ethylene glycol, 1,4-butanediol, the propoxylation of trimethylolpropane (OHZ: 550) and mixtures of trielhanolamine and Düsopropanolamin (OHZ: 1160) are particularly preferably used
  • blowing agent d both physical blowing agent and water can be used.
  • Preferred physical blowing agents d) are 1,1-difluoroethane (HFC-152a), 1,1,1,2-tetrafluoroethane (HFC-134a), 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane (HFC -227ea), 1,1,1,3,3-pentafluoropropane (HFC-245 &), 1,1,1,3,3-pentafluorobutane (HFC-365mfc), n-pentane, i-pentane, i-hexane or Mixtures thereof.
  • Particular preference is given to using water as component d).
  • the blowing agents can be used alone or in combination and are present in amounts of from 0.05 to 5% by weight, more preferably in amounts of from 0.3 to 3.5% by weight, based on the reaction components b) to g) , in front.
  • the intrinsically slow reaction between isocyanate and hydroxyl groups can be accelerated by adding one or more catalysts e).
  • catalysts e particularly suitable are tertiary amines of the type known per se, for example triethylamine, tributylamine, N-methylmorpholine, N-ethylmorpholine, N-cocomorpholine, NNN'.N'-tetramethylenediamine, 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane, N-methyl-N'-dimethylaminoethylpiperazine, ⁇ , ⁇ -dimethylcyclohexylamine, N, N, N ', N'-tetramethyl-1,3-butanediamine, N, N-dimemylinidazole- ⁇ -phenylmethylamine, 1,2-dimethylimidazole, bis (2-dimemylaminoethyl) ether or 2-methylimidazole.
  • organic metal catalysts such as organic bismuth catalysts, eg bismuth (III) neodecanoate or organic tin catalysts, for example tin (II) salts of carboxylic acids such as Zitm (II) acetate, ⁇ ( ⁇ ) - octoate, tin (II) -ethylhexoate and tin (II) laurate and the dialkyltin salts of carboxylic acids, eg, dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate, dibutyltin maleate or dioctyltin diacetate may be used alone or in combination with the tertiary amines.
  • organic bismuth catalysts eg bismuth (III) neodecanoate or organic tin catalysts
  • tin (II) salts of carboxylic acids such as Zitm (II) acetate, ⁇ ( ⁇ )
  • catalysts which have primary and / or secondary hydroxyl and / or amino groups. Suitable are both incorporable amines and incorporable organic metal catalysts of the type known per se, for example N- (3-dimemylammopropyl) -N, N-diisopropanolamine , ⁇ , ⁇ , ⁇ '-Trimethyl-N'-hydroxyemyl-bisaminoethyl ether, Tetramemyldipropylentrianiin, 3- (dimethylamino) propylurea, Zinnricinoleat.
  • the catalysts may be used alone or in combination.
  • catalysts Preferably, from 0 to 5.0 wt .-%, more preferably 0.5 to 5.0 wt .-%, catalyst or catalyst combination, based on the reaction components b) to g) are used Further representatives of catalysts and details of the mode of action the catalysts are in Kunststoff-Handbuch, Volume VII "Polyurethane", 3rd edition, Carl Hanser Verlag, Kunststoff / Vienna, 1993, pages 104-1010.
  • Optionally used fillers f) may be both inorganic and organic fillers.
  • inorganic fillers may be mentioned by way of example: silicate minerals, such as layered silicates, metal oxides such as iron oxides, pyrogenic metal oxides such as aerosils, metal salts such as barite, inorganic pigments such as cadmium sulfide, zinc sulfide and glass, glass microspheres, microbubbles, u.a.
  • silicate minerals such as layered silicates, metal oxides such as iron oxides, pyrogenic metal oxides such as aerosils, metal salts such as barite, inorganic pigments such as cadmium sulfide, zinc sulfide and glass, glass microspheres, microbubbles, u.a.
  • natural and synthetic fibrous minerals such as wollastonite and glass fibers of various lengths, which may optionally be sized.
  • organic fillers are: crystalline paraffins or fats, powders based on polystyrene, polyvinyl chloride, urea-formaldehyde compounds and / or polyhydrazodicarbonamides (for example from hydrazine and tolylene diisocyanate). It is also possible to use hollow microspheres of organic origin or cork.
  • the organic or inorganic fillers can be used individually or as mixtures.
  • the fillers f) are preferably added in amounts of from 0 to 50% by weight, preferably from 0 to 30% by weight, based on the reaction components b) to g).
  • auxiliaries and additives g which are optionally used, include, for example, stabilizers, coloring agents, flame retardants, plasticizers and / or monohydric alcohols.
  • Stabilizers used are, in particular, surface-active substances, i. Used compounds to assist the homogenization of the starting materials and optionally also be suitable to regulate the cell structure of the plastics. Mention may be made, for example, of emulsifiers, such as the sodium salts of castor oil sulfates or fatty acids, and salts of fatty acids with amines, foam stabilizers, such as SUoxanoxalkylengemischpolymerisate, and cell regulators, such as paraffins.
  • the stabilizers used are predominantly organopolysiloxanes which are water-soluble. These are Polydimethylsiloxanreste on which a polyether chain of ethylene oxide and propylene oxide is grafted.
  • the surface-active substances are preferably added in amounts of from 0.01 to 5.0% by weight, preferably from 0.1 to 1.5% by weight, based on the reaction components b) to g).
  • Suitable coloring agents for the coloration of polyurethanes are known dyes and / or color pigments on an organic and / or inorganic basis, for example iron oxide and / or chromium oxide pigments and pigments based on phthalocyanine and / or monoazo.
  • Suitable flame retardants which are optionally to be used are, for example, tricresyl phosphate, tris-2-chloroethyl phosphate, tris-chloropropyl phosphate and tris-2,3-dibromopropyl phosphate.
  • inorganic flame retardants such as aluminum oxide hydrate, ammonium polyphosphate, calcium sulfate, sodium polymetaphosphate or amine phosphates, for example melamine phosphates
  • esters of polybasic, preferably dibasic, carboxylic acids with monohydric alcohols are examples of plasticizers which may be mentioned.
  • the acid component of such esters may be e.g. derived succinic acid, isophthalic acid, trimellitic acid, phthalic anhydride, tetra- and / or hexahydrophthalic anhydride, endomethylenetetrahydrophmalklad, glutaric anhydride, maleic anhydride, fumaric acid and / or dimeric and / or trimeric fatty acids, optionally in admixture with monomeric fatty acids.
  • the alcohol component of such esters may be e.g.
  • derived branched and / or unbranched aliphatic alcohols having 1 to 20 C atoms such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, n-butanol, sec. Butanol, tertbutanol, the various isomers of pentyl alcohol, hexyl alcohol, octyl alcohol (eg, 2-ethylhexanol), nonyl alcohol, decyl alcohol, lauryl alcohol, myristyl alcohol, cetyl alcohol, stearyl alcohol, and / or fat naturally occurring or hydrogenated by naturally occurring carboxylic acids and wax alcohols.
  • cycloaliphatic and / or aromatic hydroxy compounds for example cyclohexanol and its homologs phenol, cresol, thymol, carvacrol, benzyl alcohol and / or phenylethanol.
  • plasticizers are esters of the abovementioned alcohols with phosphoric acid.
  • phosphoric acid esters of halogenated alcohols e.g. In the latter case, a flame retardant effect can be achieved simultaneously with the plasticizer effect.
  • mixed esters of the abovementioned alcohols and carboxylic acids can also be used.
  • the plasticizers can also be what are termed polymeric plasticizers, e.g. polyester of adipic, sebacic and / or phthalic acid.
  • alkylsulfonic acid esters of phenol e.g. Paraffmsulfonklaphenylester, usable as a plasticizer.
  • auxiliaries and / or additives g) which may be used are monohydric alcohols, such as butanol, 2-ethylhexanol, octanol, dodecanol or cyclohexanol, which may optionally be used in order to bring about a desired chain termination.
  • the auxiliaries and / or additives g) are preferably added in amounts of from 0 to 25% by weight, particularly preferably from 0 to 10% by weight, based on the reaction components b) to g).
  • Further details of the customary auxiliaries and additives g) are the specialist literature, such as Plastics Handbook, Volume VII, Polyurethane ", 3rd Edition, Carl Hanser Verlag, Kunststoff / Vienna, 1993, page 104 et seq.
  • the preparation of the polyurethane foams can in principle be carried out in various ways. For example, one can work by the one-shot or the prepolymer method.
  • all components e.g. Polyols, polyisocyanates, chain extenders, blowing agents, catalysts, fillers and / or additives are combined and intensively mixed together.
  • an NCO prepolymer is first prepared by reacting a portion of the polyol with the entire amount of polyisocyanate, then adding the resulting NCO prepolymer the remaining amount of polyol and optionally chain extender, blowing agent, catalyst, fillers and / or additives to and mixes intensively.
  • Particularly preferred for the purposes of the present invention is a process in which the components b) to g) are mixed to form a so-called “polyol component", which is then processed with the polyisocyanate and / or NCO prepolymer a).
  • the optionally used with chain extenders, blowing agents, catalysts, fillers and auxiliaries and / or additives are generally added to the "polyol” as described above, but this is not absolutely necessary because of the polyisocyanate component a) compatible, not reacting with it Components can also be incorporated this.
  • the mixture resulting from the mixing of the reaction components is applied, for example, to the ballast stones after the casting process.
  • the conveying, metering and mixing of the individual components or the component mixtures takes place with the devices known per se in polyurethane chemistry.
  • the amount of the mixture introduced is generally such that the polyurethane foam has a free foam density of 20 to 800 kg / m 3 , preferably 30 to 600 kg / m 3 , particularly preferably from 50 to 300 kg / m 3 .
  • As a starting temperature of the applied to the ballast reaction mixture is generally a range of 20 to 80 ° C, preferably 25 to 40 ° C, is selected.
  • the ballast stones are optionally dried and heated before introducing the reaction mixture.
  • the time to solidification of the foam may be from 15 to 45 seconds, preferably from 15 to 30 seconds. Longer solidification times are possible but uneconomical.
  • the reactive components can be mixed in the so-called high pressure or low pressure process.
  • FIGS 1 to 4 are sketches of a track superstructure in a plan view, the figures show an exemplary sequence of the different positions of the outlets of the two manifolds.

Landscapes

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Lastabtragungsbereichen in einem Schotterkörper eines Gleisoberbaus, durch Eintrag von flüssigen, härtbaren Kunststoffen oder Kunststoffreaktivgemischen aus einer Mischeinheit mittels mindestens zweier Verteilerrohre mit Auslass in die Lastabtragungsbereiche und Aushärten lassen des Kunststoffes oder Kunststoffreaktivgemisches in diesen Lastabtragungsbereichen, wobei die zwei Verteilerrohre mit Auslass links bzw. rechts von ausserhalb der Schienen bis in den Bereich zwischen beiden Schienen positioniert werden, dass die Auslässe sich nebeneinander und von der Vorderseite (3) der Schwelle (2), deren Lastabtragungsbereich verstärkt werden soll, seitlich beabstandet befinden, die beiden Auslässe geöffnet werden, um mengengeregelt Kunststoff oder Kunststoffreaktivgemisch austreten zu lassen, die Auslässe der Verteilerrohre jeweils seitlich der Vorderseite (3) der Schwelle (2) von innen nach aussen zur jeweiligen Stirnseite (4, 4') der Schwelle (2) und um die jeweilige Stirnseite (4, 4') der Schwelle (2) herum zur Hinterseite (5) der Schwelle (2) geführt werden, und die Auslässe der Verteilerrohre seitlich entlang der Hinterseite (5) der Schwelle (2) bis in den Bereich zwischen den beiden Schienen (9, 9') geführt werden, dass die Auslässe sich nebeneinander und von der Hinterseite (5) der Schwelle (2) seitlich beabstandet befinden.

Description

Verfahren zur Herstellung von Schotterkörpern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schotterkörpern, die eine hohe Stabilität und lange Nutzungsdauer aufweisen, für den Gleisbau aus Schottersteinen und Kunststoffen.
In den letzten Jahren hat die Beanspruchung von Schotterkörpern, welche im Gleis- und Straßenbau eingesetzt werden, stark zugenommen. Eine Ursache hierfür ist sicherlich die allgemeine Zunahme der Mobilität in der Bevölkerung und des Verkehrs von Gütern. Insbesondere im Schienenverkehr fahren immer häufiger Züge mit hoher Geschwindigkeit und Achsenlast. Die hierdurch bedingten enormen Verschiebungskräfte werden über die Schienen auf die Schwellen und von dort auf den Schotterkörper übertragen. Im Laufe der Zeit verändert sich das Steingebilde und einzelne Schottersteine werden verdreht, verlagert und abgerundet, so dass die Lage der Gleise verändert wird und in regelmäßigen Abständen kosten- und zeitintensive Reparaturarbeiten durchgeführt werden müssen.
In der Vergangenheit wurden bereits verschiedene Verfahren zur Befestigung von Schotterkörpern unter Einbeziehung von Kunststoffen beschrieben (DD-A1 86201, DE-A 2063727, DE-A 2305536, DE-Al 3941142, DE-A1 19711437, DE-A1 19651755, DE-A1 3821963, DE-A 19811838, JP-A 08157552).
DE-A 2063727 beschreibt ein Verfahren zur Reduktion von Gleisverwerfungen durch Querver- Schiebungskräfte. Hierbei wird das Bindemittel in Form eines hochviskosen Kunststoffes auf das Schotterbett gesprüht und die Schottersteine an den Berührungsstellen verklebt. Alternativ kann eine flächige Verklebung der Schottersteine durch Injektion des Bindemittels in Form eines 2-Komponenten- Kunstharzes realisiert werden.
In DE-A 2305536 wird ein Verfahren zum Heben von Gleisschwellen und Straßenbelägen durch Einbringen eines Quellkörpers beschrieben, welcher sich nach dem Einbringen verfestigt Es handelt sich beispielsweise um einen Mehrkomponenten-Kunststoff, z.B. Polyurethanschaum. Die Applikation des flüssigen Kunststoffes erfolgt mittels einer Füllsonde durch ein Loch in der Gleisschwelle.
JP-A 8157552 beschreibt die Herstellung von Polyurethan-Harzen, welche in Gegenwart von Feuchtigkeit aushärten und zur Stabilisierung von Steinanhäufungen eingesetzt werden. Die Polyurethan-Harze werden unter Verwendung von aromatischen Polyisocyanaten, monofunktionellen Polyethern und Amino - gestarteten Polyethern hergestellt und mittels Sprühverfahren appliziert.
Allen bekannten Verfahren gemeinsam ist, dass sie zu Schotterkörpern führen, die nur in unselektiver Art und Weise mit Hilfe von Kunststoffen stabilisiert werden können. Darüber hinaus greifen die beschriebenen Verfahren in einigen Fällen auf eine relative komplizierte Applikationstechnik zurück. In WO 2008/128665 A1 wird ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 zum partiellen oder vollständigen Ausschäumen der Hohlräume in dem Schottergerüst eines Schotterbettes, unter dem ein Planum angeordnet ist, mit einem Reaktivkunststoff beschrieben, bei dem die Reaktivkomponenten in einem Hochdruckmischer vermischt werden und bei dem die Startzeit für das Reaktivgemisch so eingestellt wird, dass der Schäumprozess im wesentlichen erst dann beginnt, wenn das Reaktivgemisch das Planum erreicht hat.
EP-A2 1619305 beschreibt ein Verfahren zur Erstellung eines Gleisoberbaus für einen Schienenweg auf einem quer zu dessen Erstreckung geneigten Untergrund, bei dem auf dem Untergrund eine elastische Drainagematte angeordnet wird, auf der Drainagematte ein Schotterkörper aus einzelnen, zwischen sich Hohlräume aufweisenden Schottersteinen gebildet wird, in den Schotterkörper Schwellen eingebettet werden, an den Schwellen Gleise befestigt werden und zur Lagefixierung der im Wesentlichen lediglich innerhalb von Lastabtragungsbereichen des Schotterkörpers unterhalb der Schwellen befindlichen Schottersteine in die Hohlräume zwischen diesen ein schäumbares Material eingebracht wird. Das schäumbare Material wird mit Schaumlanzen, die in den Schotterkörper abgesenkt werden, eingebracht
In WO 2009/068169 A1 wird ein Verfahren zum Verfestigen eines Schotterbettes, in dessen oberem Bereich Schwellen mit darauf befestigten schienen angeordnet sind, wobei das Schotterbett unterhalb der Schwellen Lastabtragungsbereiche aufweist, die auf die Schienen wirkende Lasten aufnehmen und auf einen unterhalb des Schotterbettes befindlichen Erdkörper übertragen, bei dem Hohlräume im Schottergerüst des Schotterbettes mit aus einem Reaktivgemisch gebildetem Schaumstoff ausgeschäumt werden, wobei in das Schottergerüst soviel Reaktivgemisch eingebracht wird, dass sich zumindest in den Lastabtragungsbereichen eine von der Oberfläche des Erdkörpers bis zur Unterseite der Schwellen erstreckende Füllung des Schottergerüstes mit Schaumstoff ergibt, und dass der beim Aufschäumen sich ausdehnende Schaumstoff räumlich begrenzt wird, indem vor Abschluß des Aufschäumvorgangs eine Abdeckung auf oder über dem Schotterbett angeordnet wird.
WO 2007/090901A2 beschreibt ein Verfahren zum Einbringen eines fließfähigen, schäumbaren Reaktionsgemisches von oben in einen Schotterkörpermit in diesen eingebetteten Schwellen, wobei bei dem Verfahren das Gemisch seitlich der Schwellen in den Schotterkörper eingebracht wird, wobei das Gemisch derart eingestellt ist, dass der Schaumbildungsprozess erst dann beginnt, wenn die Front des innerhalb des Schotterkörpers nach unten fließenden Gemisches die Unterseite bzw. den unterseitennahen Bereich des Schotterkörpers erreicht hat, so dass die Schaumbildung innerhalb des Schotterkörpers von unten nach oben erfolgt. Nachteilig bei diesen Verfahren ist, dass die Einbringung des stabilisierenden Schaumes zu komplex ist und keine im Alltag des Gleisbaues angemessene Vortriebsgeschwindigkeit erlaubt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Schotterkörpern zur Verfügung zu stellen, welches eine Stabilisierung des Schotterkörpers ermöglicht und gleichzeitig eine lange Nutzungsdauer gewährleistet und die vorgenannten Nachteile nicht aufweist
Die erfindungsgemäße Aufgabe konnte mit der Bereitstellung des nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von mit Kunststoff, insbesondere Polyurethan, verstärkten Lastabtragungsbereichen in einem Schottersteine und teilweise Kunststoff, insbesondere Polyurethanschaum, enthaltenden Schotterkörper eines Gleisoberbaus, der mindestens aus einem Schotterkörper, Schwellen und Schienen besteht, durch Eintrag von flüssigen, härtbaren Kunststoffen oder KunsMofr eaktivgemischen, insbesondere Polyurethanreaktivgemischen, aus einer Mischeinheit mittels mindestens zweier Verteilerrohre mit Auslass in die Lastabtragungsbereiche und Aushärten und gegebenenfalls Ausschäumen lassen des Kunststoffes oder Kumtstofrreaktivgemisches, insbesondere Polyurethanreaktivgemisches, in diesen Lastabtragungsbereichen, dadurch gekennzeichnet, dass zum Eintrag des Kunststoffes oder Kxinststofrreaktivgemisches, insbesondere Polyurelhanrektivgemisches.
1) die zwei Verteilerrohre mit Auslass links bzw. rechts von außerhalb der Schienen (Ι, ) bevorzugt unter den Schienen bis in den Bereich zwischen beiden Schienen (6, 6') positioniert werden, dass die Auslässe sich nebeneinander und von der Vorderseite (3) der Schwelle (2), deren Lastabtragungsbereich verstärkt werden soll, seitlich beabstandet befinden,
2) die beiden Auslässe geöffnet werden, um mengengeregelt Kunststoff oder Kunststoffreaktivgemisch, insbesondere PolyurelhanreaMvgemisch, austreten zu lassen,
3) die Auslässe der Verteilerrohre jeweils seitlich der Vorderseite (3) der Schwelle (2) von innen nach außen zur jeweiligen Stirnseite (4,4') der Schwelle (2) und um die jeweilige Stirnseite (4,4') der Schwelle herum zur Hinterseite (5) der Schwelle (2) geführt werden,
4) die Auslässe der Verteilerrohre bevorzugt unter den Schienen seitlich entlang der Hinterseite (5) der Schwelle (2) bis in den Bereich zwischen den beiden Schienen (9,9') geführt werden, dass die Auslässe sich nebeneinander und von der Hinterseite (5) der Schwelle (2), deren Lastabtragungsbereich verstärkt werden soll, seitlich beabstandet befinden,
5) die Auslässe gegebenenfalls geschlossen werden und
6) die Auslässe der Verteilerrohre zu einer weiteren Schwelle geführt und der Vorgang (Schritte 2) bis 6)) an dieser Schwelle wiederholt wird. Die Verteilerrohre bestehen bevorzugt aus Metall oder Kunststoffen.
Die Verteilerrohre bestehen vorzugsweise aus einem zur Oberfläche des Schotterbettes etwa senkrecht verlaufenden Schenkel und einem zur Oberfläche des Schotterbettes etwa waagerecht verlaufenden Schenkel. Der waagerechte Schenkel des Verteilerrohres sollte mindestens eine Länge aufweisen, die ausreicht, um den Bereich zwischen den beiden parallel verlaufenden Schienen zu erreichen, ohne dass der senkrechte Schenkel die Schiene berührt
Die Verteilerrohre sind bevorzugt an ihrem Auslass zum Schotterbett hin leicht gekrümmt, um das Ausfließen und genaue Austragen des Kunststoffes oder Kunststoffreaktivgemisches zu vereinfachen.
In Abhängigkeit der Position der Verteilerrohre kann die ausfließende Menge an Kunststoff oder Kunststoffreaktivgemisch unterschiedlich sein. Dies wird vorzugsweise elektronisch gesteuert Die Verteilerrohre können starr, flexibel oder ausfahrbar sein. Wenn sie ausfahrbar sind, muss das gesamte Verteilerrohr nicht bewegt werden, sondern das Verteilerrohr wird in sich verlängert oder verkürzt.
In die Verteilerrohre können vorzugsweise flexible Kunststoffrohre eingefügt werden, die bei Verstopfungen leicht ausgetauscht werden können. Die Verteilerrohre können im Bedarfsfall zwischen Mischeinheit und jeweiligem Auslass mittels Druckluft gereinigt werden.
Die Verteilerrohre können vorzugsweise mit der Mischeinheit an einem Roboter oder an einem Drei- Achsen-Linearportal befestigt sein, der die Position des Auslasses der Verteilerrohre so steuert wie oben beschrieben. Die Verteilerrohre werden vorzugsweise zur nächsten Schwelle geführt
Die Auslässe der Verteilerrohre werden vorzugsweise parallel zur Schwelle (an der Vorder- und Hinterseite) mit einer Geschwindigkeit von vorzugsweise 5 bis 2000 mm/s, besonders bevorzugt von 30 bis 500 mm/s, bewegt. Besonders bevorzugt kann die Geschwindigkeit entlang der Schwelle dynamisch verändert werden.
Die Auslässe der Verteilerrohre an der Stirnseite der Schwelle werden vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von S bis 2000 mm/s, besonders bevorzugt von 100 bis 1000 mm/s bewegt. Die Geschwindigkeit entlang der Stirnseite kann zwar dynamisch verändert werden, vorzugsweise jedoch nicht.
Die aus den Verteilerrohren austretende Menge an Reaktivgemisch und die Geschwindigkeit der Fortbewegung des Auslasses der Verteilerrohre werden vorzugsweise so abgestimmt, dass eine jeweils ausreichende Menge an Kunststoff oder Reaktivgemisch ausgebracht wird, um die Lastabtragungsbereiche ausreichend zu verstärken, vorzugsweise auszuschäumea So können beispielsweise unterschiedliche Schwellenabstände und örtliche Veränderungen und Gegebenheiten sowie Kurven berücksichtigt werden, ohne die Verarbeitung unterbrechen zu müssen.
Die Schwellenabstände sind in der Praxis häufig unterschiedlich und werden daher bevorzugt mittels einer Messeinrichtung, vorzugsweise elektronisch, erfasst, so dass die Auslässe der Verteilerrohre entsprechend positioniert werden können.
Die Verteilerrohre mit den Auslässen und gegebenenfalls der Roboter/Drei-Achsen-Linearportal können auf einem mobilen Portal befestigt sein. Das mobile Portal wird vorzugsweise auf den Schienen bewegt
Der eingesetzte Kunststoff oder das eingesetzte Kunststoffreaktivgemisch ist vorzugsweise ein Epoxid oder ganz besonders bevorzugt ein Polyurethanreaktivgenrisch. Bei dem ausgehärteten Polyurethan handelt es sich vorzugsweise um Polyurethanschaum.
Das bevorzugt eingesetzte Polyurethanreaktivgemisch enthält vorzugsweise ein Gemisch aus a) ein oder mehreren Isocyanatverbindungen aus der Gruppe bestehend aus Polyisocyanaten mit einem NCO-Gehalt von 28 bis 50 Gew.-% und NCO-Prepolymeren mit einem NCO-Gehalt von 10 bis 48 Gew.-% aus Polyisocyanaten mit einem NCO-Gehalt von 28 bis 50 Gew.-% und Polyetherpolyolen mit einer Hydroxylzahl von 6 bis 112, Polyoxyalkylendiolen mit einer Hydroxylzahl von 113 bis 1100 oder Alkylendiolen mit einer Hydroxylzahl von 645 bis 1850 oder Gemischen daraus und b) einer Polyolkomponente bestehend aus einem oder mehreren Polyetherpolyolen mit einer Hydroxylzahl von 6 bis 112 und einer Funktionalität von 1,8 bis 8 in Gegenwart von c) 0 bis 26 Gew.-%, bezogen auf die Reaktionskomponenten b) bis g), eines oder mehrerer Kettenverlängerungsmittel mit einer Hydroxyl- oder Aminzahl von 245 bis 1850 und einer Funktionalität von 1,8 bis 8, d) 0,05 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Reaktionskomponenten b) bis g), eines oder mehrerer Treibmittel, e) 0 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Reaktionskomponenten b) bis g), eines oder mehrerer Katalysatoren, f) 0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Reaktionskomponenten b) bis g), eines oder mehrerer Füllstoffe und g) 0 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die Reaktionskomponenten b) bis g), eines oder mehrerer Hilf sund/oder Zusatzstoffe, wobei die Kennzahl des Reaktionsgemisches im Bereich von 70 bis 130 liegt.
Unter Kennzahl wird das Äquivalentverhältnis von NCO-Gruppen zu OH-Gruppen und NH-Gruppen multipliziert mit 100 verstanden. So bedeutet z.B. eine Kennzahl von 110, dass auf eine reaktive OH- Gruppe oder NH-Gruppe 1,1 reaktive NCO-Gruppen aus den Isocyanatverbindungen oder auf eine reaktive NCO-Gruppe aus den Isocyanatverbindungen 0,91 reaktive OH-Gruppen bzw. NH-Gruppen vorliegen.
Die Komponenten zur Herstellung der Polyurethanschaumstoffe werden in einem Mischungsverhältnis eingesetzt, welches eine homogene Vermischung der Komponenten, insbesondere beim Einsatz von Hochdruckmaschinen, erlaubt. Durch die Verwendung von Hochdruckmaschinen lassen sich auch schnell reagierende PUR - Systeme verarbeiten und somit ein wirtschaftliches Verfahren realisieren. Durch Einsatz der im nachfolgenden näher beschriebenen Rohstoffe lassen sich zudem die Verarbeitungseigenschaften des PUR-Systems entsprechend den Anforderungen optimal einstellen. So ist eine Teilverschäumung des Schotterkörpers unter Anwendung der Gießtechnik als Applikationsmethode realisierbar. Darüber hinaus lassen sich die mechanischen Eigenschaften der eingesetzten Polyurethanschäume in weiten Grenzen variieren. Die Vorteile der eingesetzten PUR- Schäume sind gute Stauchkräfte (bei 10% Stauchung) (> 10,0 N), gute Stauchhärten (bei 10% Stauchung) (> 1,0 kPa) und Zugfestigkeiten (> 0,1 MPa) bei geringer dauerhafter Verformung (DVR (40%, 25°C, 5 min) < 0,01%).
Die Polyurethanschäume werden vorzugsweise in Gegenwart von Kettenverlängerern und Katalysatoren hergestellt. Hierbei werden bevorzugt Katalysatoren verwendet, welche primäre und /oder sekundäre Hydroxyl- und/oder Aminogruppen besitzen. Die auf diese Weise erhaltenen Polyurethane weisen ein verbessertes Emissionsverhalten auf und zeichnen sich, nach Extraktion mit Lösungsmitteln (zum Beispiel Wasser), durch einen verringerten Anteil an mobilisierbaren Inhaltstoffen aus. Die erfindungsgemäßen Polyurethanschäume können gegebenenfalls zusätzlich aus der Polyurethanchemie an sich bekannte Füllstoffe sowie Hilfs- und Zusatzstoffe enthalten. Das Reaktionsgemisch zur Herstellung des Polyurethanschaums wird im Hinblick auf die Verarbeitung so eingestellt, dass es unter Verwendung einer einfachen Applikationstechnik (zum Beispiel Gießverfahren) verwendet werden kann. Beispielsweise kann durch gezielte Einstellung der Reaktivität des Reaktionsgemisches eine Teilverschäumung der Schotterkörper durchgeführt werden. Eine solche Teilverschäumung erlaubt einerseits die selektive Verstärkung in besonders belasteten Teilbereichen des Schotterkörpers (zum Beispiel Kurven, Lastenabtragungsbereiche) und ermöglicht andererseits den ungestörten Abfluss von Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Wasser. Eine zu langsame Reaktion würde dazu führen, dass das Reaktionsgemisch in den Boden oder in seitliche Bereiche des Schotterbettes abfließt. Eine zu schnelle Reaktion würde dazu führen, dass das Reaktionsgemisch nicht bis in eine ausreichende Schichttiefe des Schüttgutes eindringt Zum Beispiel sollte für ein Gleissystem mit ca. 40 cm Schotterhöhe die Startzeit des Reaktionsgemisches 1 bis 15 Sekunden, vorzugsweise 1 bis 5 Sekunden, und die Verfestigungszeit (Abbindezeit) 15 bis 45 Sekunden, vorzugsweise 15 bis 30 Sekunden, betragen, wobei längere Verfestigungszeiten möglich aber unwirtschaftlich wären.
Der eingesetzte Polyurethanschaum sollte vorzugsweise eine Stauchkraft (bei 10% Stauchung) von mindestens 10,0 N, eine Stauchhärte (bei 10% Stauchung) von mindestens 1,0 kPa und eine Zugfestigkeit von mindestens 0,1 MPa aufweisen. Darüber hinaus sollte er bevorzugt einen Druckverformungsrest (DVR) (40 %, 25°C, 5 min) von höchstens 0,01 % und eine gute Witterungsbzw. Hydrolysestabilität aufweisen. Der eingesetzte Polyurethanschaum sollte sich weiterhin durch einen möglichst geringen Anteil an emittierbaren sowie mobilisierbaren Inhaltstoffen auszeichnen.
Bei den verwendeten Polyisocyanaten a) handelt es sich um (cyclo)aliphatische oder aromatische Polyisocyanate. Bevorzugt handelt es sich um Toluylendiisocyanat, Di- und/oder Polyisocyanate der Diphenylmethanreihe, welche einen NCO-Gehalt von 28 bis 50 Gew.-% aufweisen. Hierzu gehören bei Raumtemperatur flüssige und gegebenenfalls entsprechend modifizierte Gemische von 4,4'- Düsocyanatodiphenylmethan mit 2,4'- und in geringem Umfang gegebenenfalls 2,2'-Diisocyanato- diphenylmethan. Gut geeignet sind auch bei Raumtemperatur flüssige Polyisocyanatgemische der Diphenylmethanreihe, die neben den genannten Isomeren deren höhere Homologe enthalten, und die in an sich bekannter Weise durch Phosgenierung von Anilin/Formaldehyd-Kondensaten zugänglich sind. Auch Urethan- bzw. Carbodiimidgruppen und/oder Allophanat- bzw. Biuretgruppen aufweisende Modifizierungsprodukte dieser Di- und Polyisocyanate sind geeignet. Ebenfalls geeignet sind NCO-Prepolymere als Komponente a) mit einem NCO-Gehalt von 10 bis 48 Gew.-%. Sie werden aus den vorgenannten Polyisocyanaten und Polyetherpolyolen mit einer Hydroxylzahl von 6 bis 112, Polyoxyalkylendiolen mit einer Hydroxylzahl von 113 bis 1100 oder Alkylendiolen mit einer Hydroxylzahl von 645 bis 1850 oder Gemischen daraus hergestellt. Bei den Komponenten b) bandelt es sich um Polyhydroxypolyether, welche auf an sich bekannte Weise durch Polyaddition von Alkylenoxiden an polyfunktionelle Starterverbindungen in Gegenwart von Katalysatoren hergestellt werden können. Bevorzugt werden die Polyhydroxypolyether aus einer Starterverbindung mit durchschnittlich 2 bis 8 aktiven Wasserstoffatomen und einem oder mehreren Alkylenoxiden hergestellt Bevorzugte Starterverbindungen sind Moleküle mit zwei bis acht Hydroxylgruppen pro Molekül wie Wasser, Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Triethylenglykol, Tripropylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Triethanolamin, Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit und Saccharose. Die Starterverbindungen können allein oder im Gemisch verwendet werden. Die Polyole b) werden aus einem oder mehreren Alkylenoxiden hergestellt Bevorzugt verwendete Alkylenoxide sind Oxiran, Methyloxiran und Ethyloxiran. Diese können allein oder im Gemisch verwendet werden. Bei Verwendung im Gemisch ist es möglich, die Alkylenoxide statistisch und/oder blockweise umzusetzen. Ebenfalls geeignet sind solche höhermolekularen Polyhydroxypolyether, in denen hochmolekulare Polyaddukte bzw. Polykondensate oder Polymerisate in feindisperser, gelöster oder aufgepropfter Form vorliegen. Derartige modifizierte Polyhydroxylverbindungen werden z.B. erhalten, wenn man Polyadditionsreaktionen (z.B. Umsetzungen zwischen Polyisocyanaten und ammofunktionellen Verbindungen) bzw. Polykondensationsreaktionen (z.B. zwischen Formaldehyd und Phenolen und/oder Aminen) in situ in den Hydroxylgruppen aufweisenden Verbindungen b) ablaufen lässt (wie beispielsweise in DE- AS 1 168 075 beschrieben). Auch durch Vinylpolymerisate modifizierte Polyhydroxylverbindungen, wie sie z.B. durch Polymerisation von Styrol und Acrylnitril in Gegenwart von Polyethern (z.B. gemäß US-PS 3 383 351) erhalten werden, sind für das erfindungsgemäße Verfahren als Polyolkomponente b) geeignet Vertreter der genannten Komponente b) sind z.B. im Kunststoff-Handbuch, Band VII„Polyurethane", 3. Auflage, Carl Hanser Verlag, München / Wien, 1993, Seiten 57 - 67 bzw. Seiten 88 - 90 beschrieben.
Bevorzugt werden als Polyolkomponente b) ein oder mehrere Polyhydroxypolyether eingesetzt, die eine Hydroxylzahl von 6 bis 112, vorzugsweise von 21 bis 56, und eine Funktionalität von 1,8 bis 8, vorzugsweise von 1,8 bis 6, aufweisen.
Als Kettenverlängerungsmittel c) eignen sich solche, deren mittlere Hydroxyl- oder Aminzahl bei 245 bis 1850 und deren Funktionalität bei 1,8 bis 8, bevorzugt bei 1,8 bis 3, liegt Beispielhaft zu nennen sind hier Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexan- diol, Triethanolamin, Glycerin, Trimethylolpropan und kurzkettige Alkoxyliemngsprodukte. Die Komponente c) wird vorzugsweise in Mengen von 0 bis 26 Gew.-%, bezogen auf die Reaktionskomponenten b) bis g), verwendet Ethylenglykol, 1,4-Butandiol, das Propoxylierungsprodukt von Trimethylolpropan (OHZ: 550) sowie Gemische aus Trielhanolamin und Düsopropanolamin (OHZ: 1160) werden besonders bevorzugt eingesetzt
Als Treibmittel d) sind sowohl physikalische Treibmittel als auch Wasser einsetzbar. Bevorzugte physikalische Treibmittel d) sind 1,1-Difluorethan (HFC-152a), 1,1,1,2-Tetrafluorethan (HFC-134a), 1,1,1,2,3,3,3,-Heptafluorpropan (HFC-227ea), 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan (HFC-245&), 1,1,1,3,3- Pentafluorbutan (HFC-365mfc), n-Pentan, i-Pentan, i-Hexan oder Gemische daraus. Besonders bevorzugt wird Wasser als Komponente d) eingesetzt. Die Treibmittel können alleine oder in Kombination eingesetzt werden und hegen in Mengen von 0,05 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt in Mengen von 0,3 bis 3,5 Gew.-%, bezogen auf die Reaktionskomponenten b) bis g), vor.
Die an sich langsam ablaufende Reaktion zwischen Isocyanat- und Hydroxylgruppen kann durch Zusatz von einem oder mehreren Katalysatoren e) beschleunigt werden. Dabei kommen insbesondere tertiäre Amine der an sich bekannten Art in Frage, z.B. Triethylamin, Tributylamin, N- Methylmorpholin, N-Ethylmorpholin, N-Cocomorpholin, N.N.N'.N'-Tetramemylemylendiamin, 1,4- Diazabicyclo[2.2.2]octan, N-Methyl-N'-dimethylaminoethylpiperazin, Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin, N,N,N',N'-Tetramemyl-l,3-butandiamin, N,N-Dimemylin_idazol-ß-phenylemylamni, 1,2- Dimethylirnidazol, Bis(2-dimemylaminoethyl)-ether oder 2-Methylimidazol. Auch organische Metallkatalysatoren, wie organische Wismutkatalysatoren, z.B. Wismut-(III)-neodecanoat oder organische Zinnkatalysatoren, z.B. Zinn-(II)-salze von Carbonsäuren, wie Zitm-(II)-acetat, Ζϊηη-(Π)- octoat, Zinn-(II)-ethylhexoat und Zinn-(II)-laurat und die Dialkylzinnsalze von Carbonsäuren, z.B. Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinnmaleat oder Dioctylzinndiacetat können allein oder in Kombination mit den tertiären Aminen verwendet werden. Bevorzugt werden Katalysatoren verwendet, welche primäre und/oder sekundäre Hydroxyl- und/oder Aminogruppen besitzen Dabei kommen sowohl einbaubare Amine als auch einbaubare organische Metallkatalysatoren der an sich bekannten Art in Frage, z.B. N-(3-Dimemylammopropyl)-N,N-diisopropanolamin, Ν,Ν,Ν'-Trimethyl- N'-hydroxyemyl-bisaminoethylether, Tetramemyldipropylentrianiin, 3- (Dimethylamino)propylharnstoff, Zinnricinoleat. Die Katalysatoren können allein oder in Kombination verwendet werden. Vorzugsweise werden 0 bis 5,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 5,0 Gew.-%, Katalysator bzw. Katalysatorkombination, bezogen auf die Reaktionskomponenten b) bis g) eingesetzt Weitere Vertreter von Katalysatoren sowie Einzelheiten über die Wirkungsweise der Katalysatoren sind im Kunststoff-Handbuch, Band VII„Polyurethane", 3. Auflage, Carl Hanser Verlag, München / Wien, 1993 auf den Seiten 104 - 110 beschrieben.
Gegebenenfalls mitzuverwendende Füllstoffe f) können sowohl anorganische als auch organische Füllstoffe sein. Als anorganische Füllstoffe seien beispielhaft genannt: silikatische Mineralien, wie Schichtsilikate, Metalloxide wie Eisenoxide, pyrogen hergestellte Metalloxide wie Aerosile, Metallsalze wie Schwerspat, anorganische Pigmente wie Cadmiumsulfid, Zinksulfid sowie Glas, Mikroglaskugeln, Mikroglashohlkugeln, u.a. Verwendet werden können natürliche und synthetische faserförmige Mineralien, wie Wollastonit und Glasfasern verschiedener Länge, die gegebenenfalls geschlichtet sein können. Als organische Füllstoffe seien beispielhaft genannt: kristalline Paraffine oder Fette, Pulver auf Basis von Polystyrol, Polyvinylchlorid, Harnstoff-Formaldehyd-Massen und/oder Polyhydrazodicarbonamiden (z.B. aus Hydrazin und Toluylendiisocyanat). Es können auch Mikrohohlkugeln organischer Herkunft oder Kork eingesetzt werden. Die organischen bzw. anorganischen Füllstoffe können einzeln oder als Gemische verwendet werden. Die Füllstoffe f) werden bevorzugt in Mengen von 0 bis zu 50 Gew.-%, vorzugsweise von 0 bis zu 30 Gew.-%, bezogen auf die Reaktionskomponenten b) bis g), zugegeben.
Zu den Hilfs- und Zusatzstoffen g), die gegebenenfalls mitverwendet werden, gehören beispielsweise Stabilisatoren, färbende Agenzien, Flammschutzmittel, Weichmacher und/oder einwertige Alkohole.
Als Stabilisatoren werden insbesondere oberflächenaktive Substanzen, d.h. Verbindungen eingesetzt, welche zur Unterstützung der Homogenisierung der Ausgangsstoffe dienen und gegebenenfalls auch geeignet sind, die Zellstruktur der Kunststoffe zu regulieren. Genannt seien beispielsweise Emulgatoren, wie die Natriumsalze der Rizinusölsulfate oder Fettsäuren sowie Salze von Fettsäuren mit Aminen, Schaumstabilisatoren, wie SUoxanoxalkylengemischpolymerisate, und Zellregulatoren, wie Paraffine. Als Stabilisatoren kommen vorwiegend Organopolysiloxane zur Anwendung, welche wasserlöslich sind. Dabei handelt es sich um Polydimethylsiloxanreste, an denen eine Polyetherkette aus Ethylenoxid und Propylenoxid angepfropft ist. Die oberflächenaktiven Substanzen werden vorzugsweise in Mengen von 0,01 bis 5,0 Gew.-%, bevorzugt von 0,1 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf die Reaktionskomponenten b) bis g), zugegeben.
Als färbende Agenzien können für die Einfärbung von Polyurethanen an sich bekannte Farbstoffe und/oder Farbpigmente auf organischer und/oder anorganischer Basis, beispielsweise Eisenoxid- und/oder Chromoxidpigmente und Pigmente auf Phthalocyanin- und/oder Monoazo-Basis eingesetzt werden. Geeignete, gegebenenfalls mitzuverwendende Flammschutzmittel sind beispielsweise Trikresylphophat, Tris-2-chlorethylphosphat, Tris-chlorpropylphosphat und Tris-2,3-dibrompropylphosphat. Außer den bereits genannten halogensubstituierten Phosphaten können auch anorganische Flammschutzmittel, wie Aluminiumoxidhydrat, Ammoniumpolyphosphat, Calciumsulfat, Natriumpolymetaphosphat oder Aminphosphate, z.B. Melaminphosphate, verwendet werdea
Als Weichmacher seien beispielsweise Ester von mehrwertigen, vorzugsweise zweiwertigen Carbonsäuren mit einwertigen Alkoholen genannt Die Säurekomponente solcher Ester kann sich z.B. herleiten von Bernsteinsäure, Isopthalsäure, Trimellitsäure, Phthalsäureanhydrid, Tetra- und/oder Hexahydrophthalsäureanhydrid, Endomemylentetrahydrophmalsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure und/oder dimeren und/oder trimeren Fettsäuren, gegebenenfalls in Mischung mit monomeren Fettsäuren. Die Alkoholkomponente solcher Ester kann sich z.B. herleiten von verzweigten und/oder unverzweigten aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 20 C -Atomen, wie Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, n- Butanol, sek. -Butanol, tert -Butanol, den verschiedenen Isomeren des Pentylalkohols, Hexylalkohols, Octylalkohols (z.B. 2-Ethyl-Hexanol), Nonylalkohols, Decylalkohols, Laurylalkohols, Myristylalkohols, Cetylalkohols, Stearylalkohols und/oder von natürlich vorkommenden oder durch Hydrierung natürlich vorkommender Carbonsäuren erhältlichen Fett- und Wachsalkoholen. Als Alkoholkomponente kommen auch cycloaliphatische und/oder aromatische Hydroxyverbindungen infrage, beispielsweise Cyclohexanol und dessen Homologe Phenol, Kresol, Thymol, Carvacrol, Benzylalkohol und/oder Phenylethanol. Als Weichmacher kommen außerdem Ester der obengenannten Alkohole mit Phosphorsäure in Frage. Gegebenenfalls können auch Phosphorsäureester aus halogenierten Alkoholen, wie z.B. Trichlorethylphosphat, eingesetzt werdea Im letzteren Fall kann gleichzeitig mit dem Weichmacher-Effekt ein flammhemmender Effekt erzielt werdea Selbstverständlich können auch gemischte Ester der obengenannten Alkohole und Carbonsäuren eingesetzt werdea Bei den Weichmachern kann es sich auch um sogenannte polymere Weichmacher handeln, z.B. um Polyester der Adipin-, Sebacin- und/oder Phthalsäure. Weiter sind auch Alkylsulfonsäureester des Phenols, z.B. Paraffmsulfonsäurephenylester, als Weichmacher verwendbar.
Weitere, gegebenenfalls mitzuverwendende Hilfs- und/oder Zusatzstoffe g) sind einwertige Alkohole wie Butanol, 2-Ethylhexanol, Octanol, Dodecanol oder Cyclohexanol, die gegebenenfalls zwecks Herbeiführung eines gewünschten Kettenabbruchs mit verwendet werden können. Die Hilfs- und/oder Zusatzstoffe g) werden vorzugsweise in Mengen von 0 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Reaktionskomponenten b) bis g), zugegeben. Nähere Angaben über die üblichen Hilfs- und Zusatzstoffe g) sind der Fachliteratur, beispielsweise dem Kunststoff-Handbuch, Band VII , Polyurethane", 3. Auflage, Carl Hanser Verlag, München / Wien, 1993, Seite 104 ff. zu entnehmen.
Die Herstellung der Polyurethanschaumstoffe kann prinzipiell auf verschiedene Weise erfolgen. Man kann beispielsweise nach dem one-shot- oder dem Prepolymer- Verfahren arbeiten. Beim one-shot - Verfahren werden alle Komponenten, z.B. Polyole, Polyisocyanate, Kettenverlängerer, Treibmittel, Katalysatoren, Füll- und/oder Zusatzstoffe zusammengegeben und intensiv miteinander vermischt Beim Prepolymer- Verfahren stellt man zunächst ein NCO-Prepolymer her, indem man einen Teil der Polyolmenge mit der gesamten Polyisocyanatmenge umsetzt, fügt dann dem erhaltenen NCO- Prepolymer die restliche Menge an Polyol sowie gegebenenfalls Kettenverlängerer, Treibmittel, Katalysator, Füll- und/oder Zusatzstoffe zu und mischt intensiv. Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, bei dem die Komponenten b) bis g) zu einer so genannten "Polyolkomponente" abgemischt werden, die dann mit dem Polyisocyanat und/oder NCO-Prepolymer a) verarbeitet wird. Die gegebenenfalls mit zu verwendenden Kettenverlängerer, Treibmittel, Katalysatoren, Füllstoffe sowie Hilfs- und/oder Zusatzstoffe werden wie oben beschrieben im Allgemeinen der "Polyolkomponente" zugesetzt, jedoch ist dies nicht zwingend erforderlich, da mit der Polyisocyanatkomponente a) verträgliche, nicht mit ihr reagierende Komponenten auch dieser einverleibt werden können.
Das bei der Durchmischung der Reaktionskomponenten entstehende Gemisch wird beispielsweise nach dem Gießverfahren auf die Schottersteine aufgebracht Hierbei erfolgt die Förderung, Dosierung und Mischung der Einzelkomponenten oder der Komponentengemische mit den in der Polyurethan-Chemie an sich bekannten Vorrichtungen. Die Menge des eingetragenen Gemisches wird im allgemeinen so bemessen, dass der Polyurethanschaum eine Freischaumdichte von 20 bis 800 kg/m3, bevorzugt 30 bis 600 kg/m3, besonders bevorzugt von 50 bis 300 kg/m3, aufweist. Als Ausgangstemperatur des auf die Schottersteine aufgebrachten Reaktionsgemisches wird im Allgemeinen ein Bereich von 20 bis 80°C, vorzugsweise 25 bis 40°C, gewählt. Die Schottersteine werden gegebenenfalls vor dem Einbringen das Reaktionsgemisches getrocknet und erwärmt. In Abhängigkeit von den Reaktionskomponenten, den zugegebenen Katalysatoren und der Temperaturführung kann die Zeit bis zur Verfestigung des Schaums (Abbindezeit) von 15 bis 45 Sekunden, bevorzugt von 15 bis 30 Sekunden, betragen. Längere Verfestigungszeiten sind möglich, aber unwirtschaftlich. Die Reaktivkomponenten können im sogenannten Hochdruck- oder Niederdruckverfahren gemischt werden.
Die Erfindung soll anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert werden, wobei die Schottersteine bzw. das Schotterbett des Gleisoberbaus in den Figuren nicht dargestellt sind. Die Figuren 1 bis 4 sind Skizzen eines Gleisoberbaus in Aufsicht, wobei die Figuren eine beispielhafte Abfolge der unterschiedlichen Positionen der Auslässe der beiden Verteilerrohre zeigen.
Die Schienen 1 und 1' hegen auf den Schwellen 2. Beim Austrag des Kunststoffes oder des Kunststoffreaktivgemisches werden die Auslässe der Verteilerrohre (nicht dargestellt) an die Position 6 bzw. 6 '(Figur 1) gefahren. Von dort werden die Auslässe unter Austrag von Kunststoff oder Kunststoffreaktivgernisch seitlich entlang der Vorderseite 3 der Schwelle 2 zur Position 7 bzw. 7' (Figur 2) geführt. Danach werden die Auslässe zur Position 8 bzw. 8' (Figur 3) bewegt, um anschließend zur Position 9 bzw. 9' (Figur 4) geführt zu werden.

Claims

Patentanspruch
1. Verfahren zur Herstellung von mit Kunststoff verstärkten Lastabtragungsbereichen in einem Schottersteine und teilweise Kunststoff enthaltenden Schotterkörper eines Gleisoberbaus, der mindestens aus einem Schotterkörper, Schwellen und Schienen besteht, durch Eintrag von flüssigen, härtbaren Kunststoffen oder Kunststoffreaktivgemischen aus einer Mischeinheit mittels mindestens zweier Verteilerrohre mit Auslass in die Lastabtragungsbereiche und Aushärten lassen des Kunststoffes oder Kunststof&eaktivgemisches in diesen Lastabtragungsbereichen, dadurch gekennzeichnet, dass zum Eintrag des Kunststoffes oder Kunststof&eaktivgemisches
1) die zwei Verteilerrohre mit Auslass links bzw. rechts von außerhalb der Schienen (1,1 ') bevorzugt unter den Schienen bis in den Bereich zwischen beiden Schienen (6,6') positioniert werden, dass die Auslässe sich nebeneinander und von der Vorderseite (3) der Schwelle (2), deren Lastabtragungsbereich verstärkt werden soll, seitlich beabstandet befinden,
2) die beiden Auslässe geöffnet werden, um mengengeregelt Kunststoff oder Kunststoffreaktivgemisch austreten zu lassen,
3) die Auslässe der Verteilerrohre jeweils seitlich der Vorderseite (3) der Schwelle (2) von innen nach außen zur jeweiligen Stirnseite (4,4') der Schwelle (2) und um die jeweilige Stirnseite (4,4') der Schwelle (2) herum zur Hinterseite (5) der Schwelle (2) geführt werden,
4) die Auslässe der Verteilerrohre bevorzugt unter den Schienen seitlich entlang der Hinterseite (5) der Schwelle (2) bis in den Bereich zwischen den beiden Schienen (9,9') geführt werden, dass die Auslässe sich nebeneinander und von der Hinterseite (5) der Schwelle (2), deren Lastabtragungsbereich verstärkt werden soll, seitlich beabstandet befinden,
5) die Auslässe gegebenenfalls geschlossen werden und
6) die Auslässe der Verteilerrohre zu einer weiteren Schwelle geführt und der Vorgang (Schritte 2) bis 6)) an dieser Schwelle wiederholt wird.
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