WO2023232683A1 - Bauelement, insbesondere bahnschwelle, zur verwendung im gleisbau und verfahren zur herstellung von bauelementen, insbesondere bahnschwellen, zur verwendung im gleisbau - Google Patents

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WO2023232683A1
WO2023232683A1 PCT/EP2023/064199 EP2023064199W WO2023232683A1 WO 2023232683 A1 WO2023232683 A1 WO 2023232683A1 EP 2023064199 W EP2023064199 W EP 2023064199W WO 2023232683 A1 WO2023232683 A1 WO 2023232683A1
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WO
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component
raw material
adhesive
layer
cellulose
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Application number
PCT/EP2023/064199
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Inventor
Jörg Frenzel
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Hyperion B.V.
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    • 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
    • E01B3/46—Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails made from different materials
    • 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
    • E01B3/28—Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails made from concrete or from natural or artificial stone
    • E01B3/36—Composite sleepers
    • 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

  • Component in particular railway sleepers, for use in track construction and method for producing components, in particular railway sleepers, for use in track construction
  • the invention relates to a component, in particular a railway sleeper, for use in track construction and a method for producing components, in particular railway sleepers, for use in track construction.
  • the components mentioned are usually made from materials such as wood, steel or concrete.
  • the achievable service life of a component depends on the material used and its arrangement within the component.
  • a component must be designed for operational, structural mechanical loads depending on the materials used in order to ensure safety when using the component in track construction.
  • the technical problem therefore arises of creating a component for use in track construction which has increased sustainability and environmental compatibility and also has improved structural mechanical properties.
  • the component is preferably a nature-based solution (NBS), i.e. in particular renewable and at least partially biodegradable and/or easy to renovate in order to extend the service life.
  • NBS nature-based solution
  • the solution to the technical problem results from the objects with the features of the independent claims. Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims.
  • a fundamental idea of the invention is to create an environmentally friendly, preferably biodegradable at the end of its service life, component, in particular a nature-based solution component, made of composite material, unlike, for example, the case with a wooden sleeper, which is made in particular from a Mono material consists.
  • this component can be processed easily, comparable to wood, it is also possible to cost-effectively produce individual sleeper lengths and custom-made sleeper holes.
  • the component described in this disclosure has defined/engineered mechanical properties that enable the component, in particular a railway sleeper, to be used in track construction, with the achievable mechanical properties being consistent with or even superior to those of known components.
  • the present invention relates to the use of, in particular, sustainable and rapidly renewable or environmentally friendly materials, i.e. in particular nature-based solutions, in composite construction, the materials being suitable for use in track construction due to the composite construction for railway sleepers and other load-bearing structural elements, in particular repairable and recyclable, thus solving the technical problem.
  • a component in particular a railway sleeper, for use in track construction, wherein the component has a composite material with a base raw material and an adhesive, the base raw material of the composite material having cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers.
  • the use of the component in track construction preferably includes the use of the component in a superstructure of a railway line for rail vehicles.
  • the superstructure can include several components such as rails for guiding a rail vehicle, railway sleepers, rail fasteners and a track bed, in particular - a packable - ballast bed, but also so-called slab tracks made of concrete or polyurethane-foamed ballast superstructures.
  • the superstructure or the mentioned components of the superstructure serve to absorb and distribute operational forces, such as those that occur in particular when a rail vehicle is traveling along a railway line.
  • the components also serve to absorb thermal loads, particularly those caused by weather.
  • the component can be essentially cuboid or have a substantially cuboid outer contour.
  • the component can also be Y-shaped.
  • at least two components designed as block elements - can be connected to one another by at least one connecting element, whereby the connecting element can be a further component in the sense of the invention disclosed here.
  • the connecting element can be a further component in the sense of the invention disclosed here.
  • An outer contour of the component can have a top and a bottom and flanks.
  • the component is preferably designed as a railway sleeper.
  • Forming the component as a railway sleeper can in particular include that a rail support plate, in particular a ribbed plate, is integrated into the sleeper, for example by an outer contour of the component having a corresponding contour in which, for example, on the surface there are rail receptacles, at least one, in particular several, two are particularly advantageous.
  • the function of the otherwise additional rail support plate or ribbed plate can be fulfilled by the component; in particular, no additional rail support plate or ribbed plate is required.
  • the plates in particular in conjunction with sleeper screws, spring washers as well as clamping plates/angle guide plates, rail screws and/or spring washers, can be used to easily attach the rails, i.e. rail fastening, to the component and ensure a high degree of variability in terms of track widths.
  • the component can also be designed as a separate rail support plate.
  • a component designed as a rail support plate can be arranged in particular between a railway sleeper according to the invention or a conventional railway sleeper and a rail.
  • the component is designed as a switch sleeper or long sleeper.
  • the component if it is designed as a railway sleeper, for example, can have more than two rail support plates and/or ribbed plates or their contour.
  • Such a rail fastening is preferably used to fasten a running rail, but can also be used to fasten anti-derailment rails.
  • the outer contour, in particular the flanks, top side, in particular head, or undersides of the component can also be designed in such a way that it is not smooth but rather rough, in particular anti-slip, in particular against transverse displacement, for example by forming ribs.
  • the outer contour of the component can also advantageously have a sound-breaking effect.
  • the flanks and/or the underside can also be concave, so that the use of material is advantageously reduced.
  • the component according to the invention also results in the technical effect that the component can be subsequently processed.
  • the entire component can be suitable for drilling (machining or non-machining), in particular with a wood drill or laser drill.
  • additional elements but also rail support plates or ribbed plates, but in particular additional structures such as smart tools, can advantageously be freely arranged on the component.
  • Corresponding additional elements can also be arranged on the component, for example to accommodate support points for track covering systems and/or low noise barriers and/or racks.
  • a vertical axis of a Cartesian coordinate system can be oriented normal to the top and bottom of the component.
  • the component is designed as a railway sleeper
  • an underside of the component usually rests on an upper side of the track bed, with the railway sleeper being held in position by the track bed.
  • the rails can be arranged in the form of a track grate on an upper side of the component.
  • the rails specify a direction of travel for rail vehicles, with a longitudinal axis of the coordinate system being oriented parallel to this direction of travel.
  • a longitudinal extent of the component is preferably oriented parallel to a transverse axis of the coordinate system.
  • the railway sleepers are usually spaced apart at a recurring distance along the longitudinal axis.
  • directional and location information such as “back” and “front” are oriented along the longitudinal axis described above.
  • Directional or location information such as “down” and “above” are oriented along the vertical axis and direction or location information such as “side,” especially “right” and “left,” are oriented along the transverse axis.
  • the inventors have recognized the conflict of objectives that when using a basic raw material that has cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers, for example wood or bamboo (grass), although the requirements for sustainability and environmental friendliness are met by the basic raw material, the mechanical ones Properties of such a basic raw material, in particular due to the anisotropic properties of cellulose, in particular cellulose fibers, often do not meet the operational requirements of a component for use in track construction.
  • anisotropy means that the mechanical properties only have in one preferred direction, in particular parallel to the cellulose fibers or plant fibers.
  • the inventors solved this conflict of objectives by using the basic raw material in a composite with adhesive.
  • the composite formed in this way corresponds in particular to the composite material and has isotropic material properties, which means it absorbs loads in different directions equally well. As a result, the component meets the requirements for sustainability, environmental compatibility and operational structural mechanical loads.
  • the arrangement of the base raw material and the adhesive as a composite material results in additional advantageous damping properties from the component and not, as is usual, from corresponding additional elements such as Sleeper padding, intermediate layers, etc., especially compared to the use of purely wooden, steel or concrete railway sleepers.
  • These advantageous damping properties in particular reduce the likelihood of damage to the components of the superstructure and/or the rolling stock and also prevent or reduce noise emissions caused by use.
  • the basic raw material is preferably in the form of pieces, fragments or particles which contain cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers.
  • the basic raw material can in particular also be split/fibered/broken lengthways, for example also in the form of bamboo strips with a length in the range of 2 m to 3 m.
  • the basic raw material is preferably made from a starting element containing cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers. Wood and/or bamboo are particularly suitable as starting elements.
  • the use of bamboo as a starting element or basic raw material has the particular advantage that bamboo grows back compared to wood, is harvested and not felled and therefore does not have to be replanted after harvesting. In principle, bamboo is native to every continent, with the exception of Antarctica.
  • bamboo grows relatively quickly and without fertilization, stores a lot of water and binds a lot of CO2. Furthermore, the bamboo plant does not die after harvesting a bamboo pole or a bamboo stalk, but a new bamboo pole or a new bamboo stalk can grow from the cut bamboo plant. In this way - compared to wood - up to 5 times more carbon dioxide from the atmosphere can be bound in the starting element and thus also in the basic raw material in a shorter time than would be the case with a wooden sleeper. For example, bamboo produces 30 percent more oxygen than an ordinary tree. In addition, 80 percent of the bamboo can be processed.
  • the basic raw material is preferably designed as a vegetable fiber or plant fiber or has such a fiber. But these plant fibers (along with bamboo) are also conceivable as a pure basic raw material. In particular, plant fibers such as stem fibers, bast fibers or hard fibers are conceivable.
  • the starting element for plant fibers can be, for example, flax, hemp, jute, elephant grass or sugar cane. These types of plant fibers have proven in tests to be a particularly suitable basic raw material. In particular, plant fibers have advantageous structural mechanical properties such as particularly suitable elasticity. It is also conceivable that the basic raw material is made from rice husks or hops, in particular hop residues.
  • the basic raw material (additionally) has cellulose yarns or is formed from/with them.
  • Cellulose yarns are characterized by excellent resistance to organic solvents, low abrasiveness and high impact strength and resistance, especially to wood or other conventional materials for railway sleepers.
  • the basic raw material has cellulose filament or hemp pulp or is formed from it.
  • a material sold under the name HighPerCell is particularly suitable as a composite material or basic raw material.
  • Cellulose filament or hemp pulp is dissolved in ionic liquids for production and then spun into fibers using a special wet spinning process.
  • the solvent used for this is non-toxic and environmentally friendly. This means that no chemicals that are harmful to the environment or health are released through the process.
  • the cellulose filament has improved properties, such as high tensile strength and improved elasticity and elongation characteristics, especially compared to wood, and is particularly suitable as a composite material or base raw material for use in the component according to the invention.
  • Adhesive can connect the rods, pieces, fragments or particles of the base raw material to one another and thus form the composite material, in particular a layer of the composite material.
  • isotropic material properties can be achieved by the composite material in combination with the adhesive.
  • the random orientation or arrangement leads to a random orientation or arrangement of contained fibers in different spatial directions.
  • the adhesive, base raw material or tenon element according to the invention can also be used, for example later, installed in the track or outside the track, as a filling material or element in order to close any cracks/openings or obsolete holes in the component that may have appeared after installation, to repair the component to extend its life.
  • the materials described above can also be used to rebuild holes in the component that have become unusable after installation and thus be able to carry out drill hole rehabilitation.
  • the advantage of all of the previously described application examples is that there is no further material mix that would make subsequent recycling/separation of the component materials more difficult.
  • cosmeticization/retouching/surface repairs and a defined desired appearance of the component, if necessary for production reasons, are also possible.
  • the adhesive can be, for example, epoxy resin.
  • the adhesive is used in particular to fix and solidify the base raw material in a composite material.
  • the adhesive is used to arrange the basic raw material in a so-called matrix structure. In this matrix structure, the particles of the base raw material can be arranged in different orientations, so that in particular isotropic mechanical properties are achieved by the composite material. This means that operational mechanical stresses are better absorbed.
  • the adhesive is designed as a two-component epoxy resin.
  • a two-component epoxy resin consists in particular of two components (resin and hardener), which are mixed for processing and react with each other to form an adhesive.
  • components from the group of polyadditive duromers are very reactive and the reaction is advantageously exothermic.
  • cold-curing resins are used because they are easier to handle.
  • Two-component epoxy resins are used in the construction sector because of their high solids content and high filling capacity. They have a high resistance to other chemicals, such as good elasticity, and adhere well to a basic raw material that contains cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers.
  • the adhesive is designed as an isocyanate-free hydrocarbon resin based on polybutadiene, a poly-isocyanate emulsion (EPI) or as a phenolic resin, in particular resorcinol-modified or melamine-modified.
  • EPI poly-isocyanate emulsion
  • the adhesives mentioned have proven to be particularly advantageous in tests, especially with regard to low toxicity. The adhesives mentioned are therefore very environmentally friendly.
  • the composite material or at least the basic raw material and/or adhesive is completely biodegradable and/or compostable.
  • the component is particularly preferably biodegradable or can be used in a circular manner. Wear or abrasion particles of the component or the composite material, which arise when the component is used and can get into the environment, can also be biodegradable. For such a component or such a composite material, this advantageously results in increased sustainability and environmental friendliness.
  • Biodegradable at the end of its service life means that the component or the composite material can be decomposed into its components, such as carbon, oxygen, hydrogen and/or other minerals, in particular by microorganisms.
  • the component is at least partially biodegradable and/or circular (in the sense of a circular economy) due to the proposed composite material, in particular due to the base raw material, which has cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers.
  • the adhesive has polyurea and/or polyurethane and/or lignocellulose.
  • a polyurea is an elastomer that can be formed through the polyaddition of diisocyanates and diamines. Compared to other adhesives, polyurea has high elasticity and tear resistance.
  • Polyurethane is particularly suitable as an adhesive due to its low exothermicity during the manufacturing process. Furthermore, polyurethane can be adjusted from soft elastic to hard brittle and can therefore be advantageously adjusted to the requirements of the component.
  • Lignocellulose, particularly lignin is a natural, biodegradable polymer. Lignocellulose binds in an advantageous manner - like cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers, - large amounts of carbon dioxide and is therefore particularly well suited for the component or method of production proposed in this disclosure. In particular, lignocellulose is obtained as a by-product in the wood industry and is therefore readily available. Lignocellulose can preferably be formed as a phenolic resin.
  • the reaction of lignocellulose with formaldehyde produces phenoplasts.
  • the adhesive particularly preferably has phenoplasts, since phenoplasts in a cured state are particularly break-resistant and fireproof compared to other adhesives, which is advantageous for the mechanical properties of the component and the fire resistance of the component. If the adhesive has polyurea and/or polyurethane and/or lignocellulose, more environmentally harmful ingredients of the adhesive, in particular those based on petrochemical components, can be avoided or replaced by the adhesive components mentioned, which is advantageous for the environmental compatibility of the component.
  • an adhesive designed in this way has the advantage that the adhesive can serve as a replacement for an additional impregnation agent.
  • the component does not have to be additionally impregnated, such as a wooden railway sleeper, so that the environmental compatibility of the component according to the invention is additionally increased.
  • the component has at least one fastening section for fastening a rail and at least one support element, the at least one support element being arranged in the at least one fastening section, the at least one support element being cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers, and / or polyurea. If the supporting element has cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers, this advantageously results in increased sustainability.
  • the fastening section is in particular a partial volume of the component.
  • the fastening section is used to directly or indirectly fasten a rail to the component.
  • the fastening section may, in addition to fastening a rail, also be suitable for fastening an element other than a rail, such as for fastening a ribbed plate.
  • the fastening section preferably has an outer contour, i.e. a support surface for placing intermediate layers, the rail or the ribbed plate.
  • the component preferably has a further fastening section, the further fastening section serving in particular for fastening a further rail and/or a further rail base plate.
  • the fastening section or a further fastening section can also serve, for example, to stabilize the component in the track bed, for example by means of a stabilization element which is arranged on an underside of the component, i.e. in particular between the component and the track bed.
  • the stabilizing element can, for example - be designed as at least one fin - particularly advantageously as one that has already been pre-installed in the factory, is permanently attached to the component upon delivery and therefore cannot be subsequently installed on the construction site.
  • the at least one fin can also be installed later. Depending on the track situation, the at least one fin can be attached both to the track axis and to the sleeper heads.
  • a fin-like design arranged on the underside has the advantage over a laterally mounted design that the tamping pick geometries that dip into the ballast and encompass the sleeper are not hindered and are therefore in the ballast cross-section that is to be optimally compacted.
  • the fin can also be arranged in the middle of the threshold. When stuffing and straightening, the fin does not have to be loosened and therefore does not have to be tightened again after the work has been completed.
  • the fin may be located near or in the longitudinal axis of the rail and is aligned along it.
  • One or more fastening means such as a screw bolt, nail or a screw, can be arranged in the fastening section, in particular by force and/or positive connection.
  • a pressing element is preferably provided as an additional fastening means, which presses the rail onto the component.
  • the pressing element can be connected to the component in a holding manner, for example, by means of a fastening means, for example a screw, a tension clamp, a screwless clip system (with or without an iron base plate), etc.
  • a stabilizing element which can be arranged, for example, on an underside of the component, i.e. in particular between the component and the track bed - for example as a fin in the position in the axis located under the rail - this can be provided during the production process by inserting or shaping. If the fin is inserted or provided for by shaping, a corresponding one can also be used Recess or a corresponding pressing mold/counterpart must be provided so that the pressing process is not hindered by the protrusion.
  • the fin can be mechanically driven into a pre-drilled hole, integrated into the component by melting, or it can be integrated into the layers as part of the pressing process and covered by at least one layer, advantageously at least two layers, particularly advantageously by more than two layers. be integrated into the component or formed by shaping using basic raw materials and adhesive. At least one fin can also be subsequently attached to, for example, the underside of the component using at least one recess, which corresponds at least to the height of the material thickness of the fin, using adhesive or oarlocks or screw connections or a combination of the methods mentioned above. This may make it easier to later remove the fin as part of component renovation/refurbishment and/or returning the component to its base materials at the end of its service life.
  • Such a fin can be introduced into the component, for example by milling, in particular by means of a milling device (that is, the outer contour must be PLUS beforehand, in particular that the component has the corresponding material, which is produced by the milling is removed before milling).
  • the processing is similar to that of wood; tools with carbide cutting edges are advantageous.
  • the support element in particular located in the composite material, is preferably designed as a layer element, for example as a textile fleece or as a so-called prepreg.
  • a textile fleece can in particular contain or be formed from cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers.
  • a prepreg can in particular have polyurea or be formed from it.
  • Such a layer element can in particular be pliable before being arranged in or on the component. This simplifies the production of the component, in particular the introduction of the support element into the composite material.
  • the support element can thus be part of a layer of the composite material or the component.
  • the support element achieves reinforcement in the area of load application, i.e. in particular in the fastening section.
  • the load is carried by Rail vehicle inserted into the component via the rail.
  • the targeted reinforcement of the fastening section with a support element increases the strength and ductility of the component in the fastening section.
  • the support element also increases shear and transverse tensile strength in the fastening section. In this way, the structural mechanical properties of the component are increased in an advantageous manner.
  • the component preferably has a support for a rail.
  • the support can be designed, for example, as a groove-like indentation in the fastening section or as an indentation in an area of the outer contour of the component or fastening section.
  • the support can also be designed as an elevation or disengagement in the outer contour.
  • such a support can be introduced into the component, for example by milling, in particular by means of a milling device (that is, the outer contour must be PLUS beforehand, in particular that the component has the corresponding material, which is produced by the milling is removed before milling).
  • the processing is similar to that of wood; tools with carbide cutting edges are advantageous.
  • the at least one fastening section has a recess for arranging a fastening means, wherein the at least one support element at least partially surrounds and/or fills the recess.
  • the recess can in particular be a hole in the component or fastening section.
  • the recess can be used to arrange a fastener.
  • the recess is preferably cylindrical, with a top surface Recess can be part of an outer contour of the fastening section.
  • the support element in this embodiment can also have a recess.
  • the support element can be arranged in the component in such a way that the recess of the fastening section and the recess of the support element are congruent to one another or the recesses are arranged congruently with one another and are therefore aligned with one another, i.e. the support element at least partially surrounds the recess in the fastening section.
  • the support element is designed, for example, as a layer element, in particular as a fleece or prepreg
  • the layer element can be arranged in the fastening section, in particular as part of the composite material.
  • a fastening means for example a screw, can then be inserted into a recess supported in this way, with the support element structurally strengthening the recess and thus making the fastening of the rail more secure.
  • the support element fills the recess
  • the recess can be filled with adhesive, in particular with polyurea
  • the hardened adhesive corresponds in particular to the support element.
  • a fastening means can then be easily inserted into a recess filled in this way, with the support element being able to serve in particular as a replacement for a dowel.
  • the use of a dowel for screwing in a screw through a recess filled with the support element is unnecessary. This advantageously simplifies track construction, in particular fastening a rail in the fastening section.
  • the component has several layers, with at least one layer having the base raw material and/or the adhesive.
  • the layers are flat, with a longitudinal and transverse extent of the layer being greater than a vertical extent of the layer.
  • the layers can be arranged parallel to one another, i.e. in particular one above the other.
  • an essential aspect of the invention consists in the use of the synergetic effect between the sustainability offered by a base raw material comprising cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers, and the arrangement of the base raw material and the adhesive in a composite material , so that the necessary structural mechanical properties are achieved.
  • a first layer has base raw material.
  • the first layer can have a first preferred direction with regard to mechanical resilience.
  • a further layer can also have base raw material and in particular have a further preferred direction with regard to mechanical resilience.
  • the first and further layers can then be arranged relative to one another in such a way that the first and further preferred directions are oriented orthogonally to one another.
  • the orthogonal arrangement allows isotropic mechanical properties of the composite material to be achieved.
  • a layer of adhesive is preferably arranged between the first and the further layer of base raw material. Heating causes the adhesive to melt and the various layers are permanently bonded together by cooling the adhesive, advantageously achieving a high degree of mechanical strength. This will be explained in more detail below.
  • such a layered arrangement is also referred to as a laminate or sandwich construction.
  • a component can advantageously be created which, in particular, has the necessary structural mechanical properties.
  • a so-called ski effect i.e. a high degree of strength with simultaneous flexibility at a defined point, can be achieved.
  • the composite material therefore preferably has a first and a further basic raw material, the first basic raw material being different from the further basic raw material.
  • a layer preferably at least the lower and/or upper layer, is formed entirely from wood or grass, in particular ash wood or bamboo. Further layers can then also be formed, for example, partially or completely from wood, in particular ash wood, or another type of wood or plant species. The first and further layers can then be connected to one another via an adhesive layer.
  • At least one intermediate layer is arranged between the layers, the at least one intermediate layer comprising polyurea.
  • the previously used adhesive does not contain polyurea, for example if the adhesive contains lingnocellulose or polyurethane.
  • An intermediate layer that has polyurea is characterized by a high degree of extensibility and tensile strength, so that an arrangement of such an intermediate layer in the composite material or component influences, in particular improves, the mechanical properties of the component.
  • the intermediate layer can be arranged parallel to the other layers of the component, in particular centrally between a top and bottom side of the component. In addition, it advantageously results that the elasticity and damping properties of the component can be adjusted more specifically through the intermediate layer.
  • the component has at least one pin element for stiffening the component, wherein the at least one pin element at least partially penetrates the component.
  • the pin element can be designed, for example, as a nail or wooden nail.
  • the pin element preferably has cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers.
  • the pin element is very environmentally friendly.
  • the pin element preferably has a tip, whereby it will penetrate the component in particular with the tip first. If the component has several layers, the pin element can partially or completely penetrate the layers and can thus be used advantageously to connect the layers to one another. In particular, when the pin element is driven into the component, heat can be generated, as a result of which the pin element connects firmly to the composite material or the layers of the component or the adhesive.
  • the component can also be stiffened in an advantageous manner, so that the mechanical properties of the component are modulated, in particular improved.
  • This pin element can also be used as a filling element, for example for repair purposes.
  • the component has a casing.
  • the casing can, for example, be arranged on the outer contour of the composite material or at least partially or completely form the outer contour of the component.
  • the component is thus advantageously protected from external influences such as weather, UV and mechanics that damage the component, acids or energies acting on them (temperature, fire).
  • the achievable service life of the component can be increased.
  • the casing can have polyurethane and/or polyurea. This results in the advantages mentioned above for the use of polyurethane or polyurea for the casing.
  • the component has at least one core element, wherein the core element is at least partially surrounded by the composite material.
  • the core element is completely surrounded by the composite material.
  • the core element can have plastic, metal or cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers.
  • the core element is made entirely of wood or metal.
  • the core element can be designed as a tube, rectangle, T- or I-profile or as squared timber; bone-shaped contours are also possible, so that the core element itself is rigid in all directions.
  • a corresponding further design (convex/concave) of the surface can additionally influence the friction and anchoring.
  • the core element is preferably arranged centrally in the component, in particular along a neutral fiber of the component, i.e. a line that has tensile or compressive stresses under bending load.
  • the core element is arranged in the component along a longitudinal extent of the component.
  • the core element has long-fiber grass or is formed from such.
  • the core element has a strand of long-fiber blades of grass or is formed from such a strand, the grass having a particularly high tensile strength along long fibers or along the blades of grass.
  • a long fiber of the grass or a longitudinal extent of the strand can then be arranged parallel to a longitudinal extent of the component. So can in Advantageously, the tensile strength as well as the damping properties of the core element, in particular compared to metallic core elements, can be improved.
  • a method for producing components, in particular railway sleepers, for use in track construction comprising the steps:
  • the starting element having cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers;
  • the starting element can be, for example, wood or bamboo, or a tree trunk or a bamboo pole. It is also conceivable to use old wooden railway sleepers (scrambled or in parts) as a starting element, i.e. wooden railway sleepers that would otherwise have to be permanently disposed of, especially thermally. Thus, the material of these old wooden railway sleepers can be recycled, in particular circularly, by the method disclosed here, which improves the sustainability and environmental compatibility of the method according to the invention. In particular, the basic raw material produced in this way can be better protected from the effects of the weather by the impregnation agent present in the old wooden railway sleepers, and no additional impregnation agent is necessary in the manufacturing process.
  • the starting element is dried, for example by feeding the starting element to a drying device.
  • the drying device can also use the waste heat generated in the manufacturing process but also the basic raw materials that can no longer be used thermally in any other way. This also improves the Co2 footprint.
  • the feeding to the drying device and/or to the comminution device and/or forming device can be realized in particular via a conveyor.
  • the starting element By feeding the starting element to a shredding device and/or forming device, the starting element can be comminuted and/or formed, in particular crushed or split/split, into smaller particles or fiber strands, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers, by means of the shredding device and/or forming device / or shredded, whereby the smaller or reshaped particles or fibers can correspond to the previously explained basic raw material.
  • the feeding can be carried out in particular via the previously mentioned funding means.
  • the shredding device and/or forming device can be designed as a cutting device, squeezing device, splitting device and/or shredding device.
  • the shredding device is designed as a splitting, cutting or shredding device, the starting element being comminuted, in particular split, cut or shredded, into the basic raw material.
  • the bamboo canes can be split into longitudinal strips, sticks or bamboo fragments or similar using the shredding device.
  • the forming device is designed as a squeezing device, in particular as a rolling device.
  • the starting element is pressed or rolled, i.e. formed, in such a way that it is broken along the fibers and the fibers are therefore retained over an entire length of the starting element.
  • the rolling device can have a surface with elevations for perforating the starting element, the elevations being designed in such a way that the starting element is perforated in a defined manner, in particular penetrated, by the elevations and thus an even better absorption of the adhesive is advantageously ensured since it is deeper can penetrate the material.
  • the elevations can be shorter than the material thickness (eg 0.1 to 0.5 times the material thickness) of the starting element or the basic raw material used or longer (eg 1.1 times the material thickness) than the material thickness of the starting element. If these are longer than the material thickness, the effect is that the elevations partially pierce the starting material as it emerges. In this case, suitable documentation must be used to ensure that it can emerge from the material without deformation.
  • the types of shredding devices and/or forming devices mentioned are known to those skilled in the art known here.
  • the basic raw material produced in this way from the starting element can in particular be designed as a wood scrimber or bamboo scrimber, i.e. have formed or shredded wood or bamboo.
  • waste wood sleepers are used as a starting element or basic raw material, it can be ensured, for example, that these old sleepers have previously been freed from pollutants using fungi or microorganisms, particularly preferably using microorganisms, but at least these have been reduced in such a way that predetermined limit values are not exceeded .
  • These waste wood sleepers can be brought into contact with the microorganisms in pieces, in layers or scrimmed and then used as a basic raw material, for example.
  • heat treatment can be provided. This will be explained in more detail below.
  • the basic raw material can then be further processed into a layer.
  • the base raw material can be mixed/impregnated or coated with an adhesive, the adhesive forming a matrix for the layer.
  • the layer can be created from a mixture of base raw material and adhesive, for example by drying the mixture.
  • the mixture preferably has a volume ratio of base raw material to adhesive, i.e. of base raw material volume units to adhesive volume units, wherein the volume ratio is preferably greater than or equal to 1 to 1, particularly preferably greater than or equal to 75 to 25, most preferably greater than or equal to 85 to 15. More preferably, the proportion of adhesive volume units is at least 4%, more preferably 8% of the total volume of the mixture, particularly preferably at least 10%. With such a volume ratio, the base material can form a matrix with the adhesive, which leads to particularly good mechanical properties.
  • the component can only consist of the basic raw material and the adhesive. But it is also possible to add other substances, for example a core made of wood or other materials, which is then surrounded by the mixture. It is also possible that adhesive partially penetrates the core during processing. But they are also layered structures possible, where the mixture of basic raw material and adhesive is between layers of other materials. The other substances can be added, for example, to influence the elasticity, reinforcement or vibration behavior.
  • the component can then be pressed in a pressing device from several layers, whereby the layers themselves can also consist of several individual parts, in one pressing process or multiple pressing processes to form a component of the desired contour and thickness.
  • the layers can also be joined together using at least one tenon element.
  • the layers with a first preferred direction can be arranged parallel to one another, alternating with layers with a further preferred direction.
  • an additional layer of adhesive i.e. an adhesive layer
  • the desired mechanical and protective properties of the component can be achieved through the described arrangement of the layers.
  • Pressing by means of the pressing device preferably has a shaping character for the component, i.e. an outer contour of the component or the composite material is adjusted by means of the pressing device, for example by means of a corresponding pressing mold in which the layers are arranged before pressing. In this way, different dimensions and outer contours of the component can be achieved in an advantageous manner.
  • Pressing in particular hot pressing, can take place at a temperature between 120 ° C and 150 ° C and at a pressure between 7 MPa and 9 MPa. Pressing at a temperature below 120°C can be carried out at a pressure between 45 MPa and 70 MPa. This has proven to be particularly advantageous in tests.
  • the sequence of processes (regardless of the later pressing and the associated composite production) can be designed in such a way that the highest or longest temperature loss/waste heat is started and the waste heat gained in this process is then used for the next one process is used.
  • the waste heat obtained in the respective sub-processes can be used circularly, i.e. in the same sub-process, or alternatively it can be supplied in either non-process or procedural order.
  • the process can be accelerated by additional, continuous heating/warming up/warming of the areas surrounding the component. It is particularly advantageous to enclose the sub-process areas or steps by, for example, a housing, so that the significantly colder ambient air does not contribute to an additional increased energy requirement. Additionally, these areas can be preheated using solar/geothermal energy.
  • the pressed component is additionally dried, in particular after the pressing. Drying preferably takes place at a temperature between 100°C and 150°C, preferably between 125°C and 135°C.
  • the method comprises the step:
  • the heat treatment step can be provided before further processing of the base raw material into a layer. Hemicelluloses in the basic raw material are destroyed by heating. This means that no fungal growth-inhibiting poisons or additional impregnating agents are necessary in the manufacturing process of the components.
  • the heat treatment may further include adjusting a moisture content of the base raw material using saturated steam. Furthermore, cooling of the base raw material after heating can be provided as part of the heat treatment, in particular to a temperature below 70 ° C (inclusive). By cooling and adjusting the Moisture content can improve the bonding of adhesive and base raw material when creating the layer.
  • the starting material is first comminuted as described several times above.
  • the shredded starting material is then pressed at a pressure of 30 to 50 megapascals, with the process temperature being between 125°C and 135°C. Steam is used at the beginning of the process, followed by drying. This process step takes approximately 25 to 35 minutes. Preferably the pressure is 35 megapascals at a process temperature of 130°C. At the end of the process the humidity should be less than 14%.
  • adhesive is then supplied at a pressure between 15 to 25 megapascals (preferably 20 MPa) at room temperature of approximately 20 ° C. This process step takes approx. 24 hours (+/- 10%).
  • planks that are 2 to 10 cm (preferably 5 cm) thick. These can then also be glued together again in a further step in order to obtain a component of the desired strength.
  • the weight ratio of the finished component is 5 - 7 to 1 of cellulose to adhesive.
  • bamboo For a component consisting of three layers with a total thickness of 15 cm, using bamboo as the starting material, for example, there are 15 kg of adhesive for every 90 kg of bamboo, i.e. 6 to 1.
  • FIG. 1 is a perspective sectional view of an embodiment of a component according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a track superstructure with an embodiment of a component according to the invention
  • 3 shows a perspective sectional view of a further embodiment of a component according to the invention
  • FIG. 4 is a perspective sectional view of a further embodiment of a component according to the invention.
  • Fig. 5 is a perspective sectional view of a further embodiment of a component according to the invention.
  • Fig. 6 shows a schematic flow diagram of a method according to the invention for producing components.
  • Fig. 1 shows a perspective sectional view of an embodiment of a component 1 according to the invention.
  • the component 1 is a railway sleeper and is suitable for use in track construction (see Fig. 2).
  • the component 1 has a composite material made of several layers 9-1, 9-2, 9-3.
  • the layers 9-1, 9-2, 9-3 are flat and arranged one above the other or parallel to one another in such a way that a substantially cuboid outer contour of the component 1 results.
  • not all layers 9-1, 9-2, 9-3 are shown or provided with reference numbers.
  • a first layer 9-1 has a base raw material 2 and is arranged on a top side of the component 1 or forms the top side of the component 1.
  • the base raw material 2 has cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers, and is shown in the Embodiment formed from plant fibers, an arrangement of the plant fibers being shown by dashed lines.
  • the basic raw material 2 increases the sustainability and environmental compatibility of the component 1.
  • the plant fibers of layer 9-1 have a first preferred direction 21 (shown by arrow).
  • the layer 9-1 therefore has a particularly high tensile strength along the first preferred direction 21, while the layer 9-1 orthogonal to the preferred direction 21 has a weaker tensile strength.
  • the layer 9-1 therefore has anisotropic mechanical properties on.
  • Another layer 9-2 also has the basic raw material 2.
  • the plant fibers of layer 9-2 have a further preferred direction 22 (represented by an arrow), which is oriented orthogonally to the first preferred direction 21.
  • this crossed arrangement of the preferred directions 21, 22 allows a largely isotropic mechanical property of the component 1 to be achieved.
  • an adhesive layer 9-3 is arranged between the first layer 9-1 and the further layer 9-2.
  • the adhesive layer 9-3 can also be arranged below the further layer 9-2.
  • the adhesive layer 9-3 has adhesive 3.
  • the adhesive layer 9-3 can be used in particular to connect the first and further layers 9-1, 9-2 and can be applied in a liquid state to the first or further layers 9-1, 9-2.
  • the adhesive layer 9-3 in particular during curing of the adhesive 3, mixes with the first or further layer 9-1, 9-2 and a thickness of the adhesive layer 9-3 in the manufactured component 1 approaches zero, the adhesive 3 penetrates into the first and further layers 9-1, 9-2 and hardens there.
  • the described arrangement of the layers 9-1, 9-3, 9-2, 9-3 is repeated from an upper side of the component 1 to a lower side of the component 1
  • the composite material formed in this way from the layers 9-1, 9-2, 9-3 is characterized by particularly good mechanical properties that go beyond the mechanical properties of a single layer.
  • An intermediate layer 10 is arranged centrally between the top and a bottom of the component 1.
  • the intermediate layer 10 has polyurea.
  • the intermediate layer 10 achieves a particularly high level of extensibility and tear resistance.
  • the intermediate layer 10 is introduced in a solid state into the structure of the composite material shown and arranged between the layers 9-1, 9-2, 9-3. As a result, the mechanical properties of the component 1 are further improved.
  • the mechanical properties of the component 1 can be further improved by introducing several pin elements 11.
  • the rigidity of the component 1 is further increased.
  • the shear strength of the component 1 with regard to the preferred directions 21, 22 can also be further increased in this way.
  • tenon elements 11 are made of wood and therefore have cellulose, in particular cellulose fibers, particularly preferably plant fibers. This also makes the pin elements 11 particularly sustainable and environmentally friendly.
  • the pin elements 11 are driven, preferably with a tip first, over the top of the component 1 orthogonally to the preferred directions 21, 22 into the composite material, so that the layers 9-1, 9-2, 9-3 and the intermediate layer 10 are separated from the Pin elements 11 are penetrated completely or at least partially.
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of a track superstructure 23 with an embodiment of a component 1 according to the invention.
  • the sectional view corresponds in particular to a cross-sectional view of a track superstructure 23, i.e. a direction of travel of a rail vehicle guided on rails 5 is oriented orthogonally to the plane of the drawing (not shown).
  • the component 1 has a largely symmetrical structure, since two rails 5 are typically necessary to guide the rail vehicle.
  • the rail 5 is arranged on an upper side of the component 1, in particular on an outer contour of a fastening section 4 of the component 1.
  • the fastening section 4 designates a partial volume of the component 1, which is limited by a groove-like indentation on the top of the component 1 and a penetration depth of the fastening means 8 (indicated by dashed lines).
  • the groove-like indentation serves as a support for the rail 5.
  • the rail 5 is pressed against the top of the component 1 by means of a pressing element 24.
  • the pressing element 24 is fixed by means of a fastening means 8 designed as a screw bolt.
  • the fastening means 8 is connected to the component 1 in the fastening section 4.
  • a cylindrical recess 7 is provided in the fastening section 4, which serves to arrange a fastening means 8.
  • the recess 7 can in particular be a hole for inserting a screw bolt.
  • a support element 6 designed as a layer element is arranged in the fastening section 4 to reinforce a connection between the fastening means 8 and the component 1.
  • the support element surrounds the recess 7 at least partially.
  • the support element 6 preferably has polyurea and has already been incorporated into the layered composite material in the manufacturing process of the component 1 for the purpose of reinforcing the fastening section 4. If the fastening means 8 is now introduced into the fastening section 4, shear forces in particular can be better distributed in the component 1. In this way, the achievable service life of the component 1 can be extended in an advantageous manner by means of the support element 6.
  • a support element 6 designed as a filling is arranged in the recess 7 to reinforce a connection between the fastening means 8 and the component 1.
  • the support element 6 is filled into the recess 7 in a liquid state and hardens there in such a way that a coherent connection between the support element 6 and the component 1 is created.
  • the fastening means 8 can now be screwed into the support element 6 or the recess 7. It is particularly advantageous that the support element 6 allows forces to be introduced better from the rail 5 into the component 1.
  • the use of a dowel is not absolutely necessary in order to achieve a sufficient adhesion between fastening means 8 and component 1.
  • FIG. 5 shows a perspective sectional view of a further embodiment of a component 1 according to the invention.
  • the component 1 has a casing 12.
  • the casing 12 forms an outer contour of the component 1 and thus protects in particular the composite material formed from the layers 9 and the intermediate layer 10 inside the casing 12 from external influences such as weather.
  • the casing 12 improves the mechanical properties of the component 1, since the casing 12 has a stiffening effect.
  • a cylindrical core element 13 made of solid wood is additionally arranged in a center of the component 1 (shown by dashed lines).
  • a longitudinal extent of the core element 13 is arranged parallel to a longitudinal extent of the component 1.
  • the core element 13 is completely surrounded by the composite material.
  • a starting element in particular a wooden trunk or a bamboo pole, is fed to a shredding device and/or forming device.
  • the starting element is then formed or rolled into a basic raw material 2, in particular into plant fibers, by means of a comminution device and/or forming device designed as a rolling device.
  • the basic raw material 2 is then heated to a temperature in a range of 120 ° C to 220 ° C in order to destroy hemicelluloses in the basic raw material 2 and thus better protect the basic raw material 2 from the effects of the material without the introduction of additional impregnating agents To protect the environment.
  • step S4 the basic raw material 2 is then further processed in conjunction with an adhesive 2 to form a flat layer 9-1, 9-2, 9-3.
  • step S5 several layers 9-1, 9-2, 9-3 are then pressed into a component 1 using a pressing device.

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Abstract

Bauelement (1), insbesondere Bahnschwelle, zur Verwendung im Gleisbau und ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen (1), wobei das Bauelement (1) einen Verbundwerkstoff mit einem Grundrohstoff (2) und einem Klebstoff (3) aufweist, wobei der Grundrohstoff (2) des Verbundwerkstoffs Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, aufweist; und Verfahren zur Herstellung von Bauelementen, insbesondere Bahnschwellen, zur Verwendung im Gleisbau.

Description

Bauelement, insbesondere Bahnschwelle, zur Verwendung im Gleisbau und Verfahren zur Herstellung von Bauelementen, insbesondere Bahnschwellen, zur Verwendung im Gleisbau
Die Erfindung betrifft ein Bauelement, insbesondere eine Bahnschwelle, zur Verwendung im Gleisbau und ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen, insbesondere von Bahnschwellen, zur Verwendung im Gleisbau.
Die globale Erwärmung ist in den letzten Jahren stark in den Vordergrund der Öffentlichkeit getreten. Im Bausektor bietet die Abkehr von gängigen Beton/Zement- Produkten eine Möglichkeit, den CO2-Ausstoss des Bausektors zu senken. Weiter ist bekannt, dass insbesondere der Bahnverkehr und dessen Infrastruktur zu einer umweltfreundlicheren Wirtschaft beitragen können. Hierbei bieten Bauelemente zur Verwendung im Gleisbau, wie beispielsweise Bahnschwellen, ein Optimierungspotential hinsichtlich des bei der Gewinnung der Rohstoffe und der Herstellung dieser Bauelemente auftretenden CO2-Ausstosses bzw. dessen langfristigen Speicherns und hinsichtlich ihrer generellen Umweltverträglichkeit.
Die genannten Bauelemente werden üblicherweise aus Materialien wie Holz, Stahl oder Beton gefertigt. Die bekannten Bauelemente aus Holz, wie beispielsweise Holzbahnschwellen, benötigen typischerweise zusätzlich eine Imprägnierung, um gegen Fäulnis, Verrotten und Beschädigungen durch Schädlinge geschützt zu werden.
Zusätzlich hängt eine erzielbare Nutzungsdauer eines Bauelements vom verwendeten Material und dessen Anordnung innerhalb des Bauelements ab. Insbesondere muss ein Bauelement in Abhängigkeit der verwendeten Materialen für betriebsbedingte, strukturmechanische Belastungen ausgelegt werden, um so die Sicherheit bei einer Verwendung des Bauelements im Gleisbau sicherstellen zu können.
Es stellt sich daher das technische Problem, ein Bauelement zur Verwendung im Gleisbau zu schaffen, welches eine erhöhte Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit aufweist und zudem verbesserte strukturmechanische Eigenschaften aufweist. Vorzugsweise ist das Bauelement eine nature-based solution (NBS), also insbesondere nachwachsend und zumindest teilweise biologisch abbaubar und/oder einfach zu sanieren, um die Lebensdauer zu verlängern. Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine grundlegende Idee der Erfindung ist es, ein umweltfreundliches, vorzugsweise am Ende der der Lebensdauer biologisch abbaubares, Bauelement, insbesondere ein nature- based solution Bauelement, aus Verbundwerkstoff zu schaffen, anders als es z.B. bei einer Holzschwelle der Fall ist, welche insbesondere aus einem Monowerkstoff besteht.
Da sich dieses Bauelement vergleichbar zu Holz gut verarbeiten lässt, ist es ebenfalls möglich, kostengünstig individuelle Schwellenlängen sowie Schwellenbohrungen nach Maß herzustellen. Insbesondere weist das in dieser Offenbarung beschriebene Bauelement definierte/engineered mechanische Eigenschaften auf, die eine Verwendung des Bauelements, insbesondere einer Bahnschwelle, im Gleisbau ermöglichen, wobei die erzielbaren mechanischen Eigenschaften mit denen von bekannten Bauelementen übereinstimmen oder ihnen sogar überlegen sind.
Wegen der gegenüber Betonschwellen geringeren Höhe werden Holzschwellen bisher insbesondere dort verlegt, wo die Bettungsstärke begrenzt ist. Aufgrund des engineering Prozesses des Bauelements - anders als eine in einem Stück gewachsene und als dieses weiterverarbeitetes Holzschwelle- besteht keine Limitierung der zu verwendenden Bäume bzw. Baumstarken. Somit sind diese auch sehr gut als Weichenschwellen in vielen unterschiedliche Längen einsetzbar. Auch direkt, also ohne Schotterbettung auf den Fahrbahnträgern von z.B. Stahlbrücken mit offener Fahrbahn verlegte Brückenbalken bzw. Bauelemente mit größeren Querschnitten sind hierdurch einfachst darstell- und produzierbar. Durch das Bauelement ist also sichergestellt, unterschiedliche Höhen und Längen einfach zu realisieren. Durch die Verwendung von Grundrohstoff und Klebstoff in einem Verbundwerkstoff sind die gewünschten mechanischen Eigenschaften jederzeit erreichbar.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von, insbesondere nachhaltigen und schnell nachwachsenden bzw. umweltfreundlichen, Materialien, also insbesondere nature-based solutions, in Verbundwerkstoffbauweise, wobei die Materialen aufgrund der Verbundwerkstoffbauweise für Bahnschwellen und andere tragende Strukturelemente zur Verwendung im Gleisbau geeignet, insbesondere reparierbar und recyclebar, sind und so das technische Problem lösen. Vorgeschlagen wird daher ein Bauelement, insbesondere eine Bahnschwelle, zur Verwendung im Gleisbau, wobei das Bauelement einen Verbundwerkstoff mit einem Grundrohstoff und einem Klebstoff aufweist, wobei der Grundrohstoff des Verbundwerkstoffs Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, aufweist.
Die Verwendung des Bauelements im Gleisbau umfasst vorzugsweise die Verwendung des Bauelements in einem Oberbau einer Bahnstrecke für Schienenfahrzeuge. Der Oberbau kann mehrere Komponenten wie z.B. Schienen zur Führung eines Schienenfahrzeugs, Bahnschwellen, Schienenbefestigungsmittel und ein Gleisbett, insbesondere - ein stopfbares - Schotterbett, umfassen, aber auch sogenannte Feste Fahrbahnen aus Beton oder auch polyurethanverschäumte Schotteroberbauarten. Der Oberbau bzw. die genannten Komponenten des Oberbaus dienen hierbei zur Aufnahme und Verteilung von betriebsbedingten Kräften, wie sie insbesondere bei einer Befahrung einer Bahnstrecke mit einem Schienenfahrzeug auftreten. Ebenfalls dienen die Komponenten zur Aufnahme von thermischen Belastungen, wie sie insbesondere durch Witterung entstehen.
Das Bauelement kann im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sein bzw. eine im Wesentlichen quaderförmige Außenkontur aufweisen. Das Bauelement kann aber auch Y- förmig sein. Auch können - z.B. anstelle eines Einblockelements - mehrere Bauelemente, z.B. mindestens zwei als Blockelemente ausgebildete Bauelemente - durch mindestens ein Verbindungselement miteinander verbunden sein, wobei das Verbindungselement ein weiteres Bauelement im Sinne der hier offenbarten Erfindung sein kann. Durch das mindestens eine Verbindungselement ist es auch möglich, am Ende der Lebensdauer eines mehrere Teile aufweisenden Bauelements durch Austauschen eines verschlissenen Teils gegen ein Ersatzteil zu verlängern, oder ausgebaute Teile zirkulär zu verwenden, z.B. durch einsetzbare Teil/Blockelemente des zuvor mindestens einen Einblockelements mittels Zusammenführen mittels mindestens zweier Einblockelemente zu einem weiteren Bauelement. Als besonders vorteilhaft haben sich Teilelemente herausgestellt, die sich zuvor z.B. nicht im dynamischen Lasteintragsbereich befanden und diese somit quasi frei von Beschädigungen wie z.B. Widerlagerpunkten sind, da sie keine sowohl horizontal als auch vertikal gerichteten Kräfte aufnehmen mussten, wobei diese Kräfte zu einer Beeinträchtigung des Bauelements an diesem Teilabschnitt führen könnten, insbesondere bedingt durch das laterale Verformungs- und Lastverteilungsverhalten der Schiene mit Auswirkungen über die Befestigungspunkte.
Eine Außenkontur des Bauelements kann eine Oberseite und eine Unterseite und Flanken aufweisen. Das Bauelement ist vorzugsweise als eine Bahnschwelle ausgebildet. Ein Ausbilden des Bauelements als Bahnschwelle kann insbesondere umfassen, dass eine Schienenunterlegeplatte, insbesondere eine Rippenplatte, in die Schwelle integriert ist, beispielsweise indem eine Außenkontur des Bauelements eine entsprechende Kontur aufweist, in dem zum Beispiel auf der Oberfläche Schienenaufnahmen, mindestens eine, insbesondere mehrere, besonders vorteilhaft zwei, ausgebildet sind. So kann in vorteilhafter, kostensparender Weise die Funktion ansonsten zusätzlich aufzubringender Schienenunterlegeplatte bzw. Rippenplatte durch das Bauelement mit erfüllt werden, insbesondere bedarf es keiner zusätzlichen Schienenunterlegeplatte bzw. Rippenplatte.
Hierdurch lassen sich insbesondere in einem Streckenabschnitt verschiedene Spurweiten darstellen (Dreischienengleis), ohne den Gleisrost auswechseln zu müssen oder diese durch einfaches Umsetzen der Schiene und Winkelführungsplatten zu ändern. So kann durch die Platen, insbesondere in Verbindung mit Schwellenschrauben, Federringen sowie Klemmplatten/Winkelführungsplatten, Schienenschrauben und/oder Federringen eine einfache Befestigung der Schienen, also eine Schienenbefestigung, an dem Bauelement realisiert werden und eine hohe Variabilität bezüglich der Spurweiten sichergestellt werden.
Ferner kann das Bauelement auch als separate Schienenunterlegeplatte ausgebildet sein. Ein als Schienenunterlegeplatte ausgebildetes Bauelement kann insbesondere zwischen einer erfindungsgemäßen oder herkömmlichen Bahnschwelle und einer Schiene angeordnet werden.
Auch denkbar ist, dass das Bauelement als Weichenschwelle bzw. Langschwelle ausgebildet ist. Zusätzlich kann das Bauelement, wenn es z.B. als Bahnschwelle ausgebildet ist, mehr als zwei Schienenunterlegeplatten und/oder Rippenplatten oder deren Kontur aufweisen. Eine solche Schienenbefestigung dient vorzugsweise zur Befestigung einer Fahrschiene, kann aber auch zur Befestigung von Entgleisungsschutzschienen dienen. Auch kann die Außenkontur, insbesondere die Flanken, Oberseite, insbesondere Kopf, oder Unterseiten des Bauelements derart ausgebildet sein, dass diese nicht glatt, sondern rau, insbesondere rutschhemmend, insbesondere gegen Querverschub ausgebildet ist, z.B. durch das Ausbilden von Rippen. So kann die Außenkontur des Bauelements zudem in vorteilhafter Weise schallbrechend wirken. Auch können die Flanken und/oder die Unterseite konkav ausgebildet sein, so dass in vorteilhafter Weise ein Materialeinsatz reduziert ist.
Durch das erfindungsgemäße Bauelement ergibt sich ferner der technische Effekt, dass das Bauelement nachträglich bearbeitet werden kann. Beispielsweise kann das gesamte Bauelement aufgrund der beschriebenen Werkstoffeigenschaften für ein Hineinbohren (spanend oder nicht-spanend), insbesondere mit einem Holzbohrer oder Laserbohrer, geeignet sein. So können in vorteilhafter Weise zusätzliche Elemente aber auch Schienenunterlegeplatten bzw. Rippenplatten, insbesondere aber auch Zusatzaufbauten wie z.B. Smart Tools, frei am Bauteil anordenbar sein. Auch können so, z.B. zur Aufnahme von Tragstützpunkten für Gleisabdeckungssysteme und/oder niedrige Lärmschutzwände und/oder Zahnstangen, entsprechende zusätzliche Elemente am Bauelement anordenbar sein.
Eine Vertikalachse eines kartesischen Koordinatensystems kann normal zur Ober- und Unterseite des Bauelements orientiert sein. Ist das Bauelement als Bahnschwelle ausgebildet, so liegt eine Unterseite des Bauelements üblicherweise auf einer Oberseite des Gleisbetts auf, wobei die Bahnschwelle durch das Gleisbett in Position gehalten wird. Die Schienen können in Form eines Gleisrosts auf einer Oberseite des Bauelements angeordnet sein. Die Schienen geben eine Fahrtrichtung für Schienenfahrzeuge vor, wobei eine Längsachse des Koordinatensystems parallel zu dieser Fahrrichtung orientiert ist. Eine Längsausdehnung des Bauelements ist vorzugsweise parallel zu einer Querachse des Koordinatensystems orientiert. Die Bahnschwellen werden üblicherweise in einem wiederkehrenden Abstand voneinander entlang der Längsachse beabstandet.
Im Folgenden angeführte Richtungs- bzw. Ortsangaben wie „hinten“ und „vorne“ orientieren sich entlang der oben beschriebenen Längsachse. Richtungs- bzw. Ortsangaben wie „unten“ und „oben“ orientieren sich entlang der Vertikalachse und Richtungs- bzw. Ortsangaben wie „seitlich“, insbesondere „rechts“ und „links“, orientieren sich entlang der Querachse. Die Erfinder haben den Zielkonflikt erkannt, dass bei Verwendung eines Grundrohstoffs, der Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, aufweist, z.B. Holz oder Bambus (Gras), zwar die Anforderungen an Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit durch den Grundrohstoff erfüllt werden, die mechanischen Eigenschaften eines solchen Grundrohstoffs, insbesondere aufgrund der anisotropen Eigenschaften von Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, allerdings oft nicht den betriebsbedingten Anforderungen an ein Bauelement zur Verwendung im Gleisbau gerecht werden. Anisotropie bezeichnet insbesondere, dass die mechanischen Eigenschaften nur in einer Vorzugsrichtung, insbesondere parallel zu den Cellulose- Fasern bzw. Pflanzenfasern, aufweist. Diesen Zielkonflikt haben die Erfinder durch Verwendung des Grundrohstoffs in einem Verbund mit Klebstoff gelöst. Der so gebildete Verbund entspricht insbesondere dem Verbundwerkstoff und weist isotrope Materialeigenschaften auf, der also Belastungen in verschiedenen Richtungen gleich gut aufnimmt. Hierdurch wird das Bauelement den Anforderungen an Nachhaltigkeit, Umweltverträglichkeit und den betriebsbedingten strukturmechanischen Belastungen gerecht.
Holzschwellen stellen, aufgrund ihrer naturgegebenen offen und aufnahmefähigen Oberfläche, neben den Imprägniermitteln auch aufgrund von Rückständen aus dem Bahnbetrieb eine Gefahr für Gesundheit und Umwelt dar. Dazu zählen unter anderem Achsöl (aus Achsgleitlagern, Spurkranzschmieranlagen und sonstigen geschmierten Teilen von Schienenfahrzeugen), an der öligen Oberfläche locker gebundener Staub aus teilweise asbesthaltigem Bremsabrieb, Ruß aus Abgasen sowie bei der Unkrautbekämpfung in den Gleisbereich eingebrachte Pflanzenschutzmittel. Durch Verwendung eines Grundrohstoffs und Klebstoffs in Verbundwerkstoffbauweise ergibt sich in einer Ausführungsform eine geschlossenporige, abweisende Verbundoberfläche des Verbundwerkstoffs des Bauelements. So kann in vorteilhafter Weise einer Aufnahme der zuvor beschriebenen Materialien und Rückständen wirksam entgegnet werden, was insbesondere die zirkuläre Verwendbarkeit des Bauelements verbessert.
Dies wird im Folgenden noch näher erläutert.
Durch die Anordnung des Grundrohstoffs und des Klebstoffs als Verbundwerkstoff ergeben sich zusätzlich vorteilhafte Dämpfungseigenschaften aus dem Bauelement heraus und nicht wie üblich durch entsprechende zusätzliche Elemente wie z.B. Schwellenbesohlung, Zwischenlagen, etc., insbesondere gegenüber der Verwendung von reinen Holz-, Stahl- oder Betonbahnschwellen. Diese vorteilhaften Dämpfungseigenschaften verringern insbesondere eine Wahrscheinlichkeit für Beschädigungen an den Komponenten des Oberbaus und/oder des Rolling Stocks und beugen zudem benutzungsbedingten Geräuschemissionen vor bzw. verringern diese.
Der Grundrohstoff liegt vorzugsweise als Stücke, Bruchstücke, oder Partikel vor, welche Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, aufweisen. Der Grundrohstoff kann insbesondere auch der Länge nach aufgesplittet/gefasert/gebrochen sein, z.B. auch als Bambusstreifen mit einer Länge in einem Bereich von 2 m bis 3 m, vorliegen. Der Grundrohstoff ist vorzugsweise aus Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, aufweisenden Ausgangselement hergestellt. Als Ausgangselement kommt insbesondere Holz und/ oder Bambus in Betracht. Die Verwendung von Bambus als Ausgangselement bzw. Grundrohstoff hat insbesondere den Vorteil, dass Bambus gegenüber Holz nachwächst, geerntet und nicht gefällt werden und somit nach dem Ernten nicht nachgepflanzt werden muss. Bambus ist prinzipiell, ausgenommen von der Antarktis, auf jedem Kontinent beheimatet. Bambus wächst verhältnismäßig schnell und ohne Düngung, speichert viel Wasser und bindet viel CO2. Weiter stirbt die Bambuspflanze nach dem Ernten einer Bambusstange bzw. eines Bambushalms nicht ab, sondern aus der geschnittenen Bambuspflanze kann eine neue Bambusstange bzw. ein neuer Bambushalm wachsen. So kann in vorteilhafter Weise - gegenüber Holz - in kürzerer Zeit bis zu 5 Mal mehr Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre im Ausgangselement und somit auch im Grundrohstoff gebunden werden als dies im Fall einer Holzschwelle wäre. Beispielsweise produziert Bambus 30 Prozent mehr Sauerstoff als ein gewöhnlicher Baum. Darüber hinaus können 80 Prozent vom Bambus verarbeitet werden.
Vorzugsweise ist der Grundrohstoff als pflanzliche Faser bzw. Pflanzenfaser ausgebildet oder weist eine solche Faser auf. Aber auch als reiner Grundrohstoff sind diese Pflanzenfasern (neben Bambus) denkbar. Insbesondere Pflanzenfasern wie Stängelfasern, Bastfasern oder Hartfasern sind denkbar. Das Ausgangselement für Pflanzenfasern kann beispielsweise Flachs, Hanf, Jute, Elefantengras oder Zuckerrohr sein. Diese Arten von Pflanzenfasern haben sich in Versuchen als besonders geeigneter Grundrohstoff erwiesen. Insbesondere weisen Pflanzenfasern vorteilhafte strukturmechanische Eigenschaften wie eine besonders geeignete Elastizität auf. Weiter denkbar ist, dass der Grundrohstoff aus Reishülsen oder Hopfen, insbesondere Hopfenresten, ausgebildet ist. Als Verbundwerkstoff oder Grundrohstoff eignet sich insbesondere ein unter dem Namen Resysta von der Resysta International GmbH in Taufkirchen, Deutschland vertriebenes Material. Reishülsen oder Hopfen zeichnen sich in vorteilhafter Weise durch eine hohe UV-Beständigkeit, also eine hohe Nutzungsdauer aus.
Weiter denkbar ist, dass der Grundrohstoff (zusätzlich) Cellulosegarne aufweist oder daraus/ damit ausgebildet ist. Als Verbundwerkstoff oder Grundrohstoff eignet sich insbesondere ein unter dem Namen Cordenka oder Cordenka Rayon von der Cordenka GmbH & Co. KG in Obernburg, Deutschland vertriebenes Material. Cellulosegarne zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel, eine geringe Abrasivität sowie eine hohe Schlagzähigkeit und Widerstandsfähigkeit aus, insbesondere gegenüber Holz oder anderen herkömmlichen Materialien für Bahnschwellen.
Weiter denkbar ist, dass der Grundrohstoff (zusätzlich) Cellulosefilament bzw. Hanfzellstoff aufweist oder daraus ausgebildet ist. Als Verbundwerkstoff oder Grundrohstoff eignet sich insbesondere ein unter dem Namen HighPerCell vertriebenes Material. Cellulosefilament bzw. Hanfzellstoff wird zur Herstellung in ionischen Flüssigkeiten gelöst und anschließend in einem speziellen Nassspinnverfahren zu Fasern ausgesponnen. Das hierzu verwendete Lösungsmittel ist ungiftig und umweltverträglich. Somit werden keine umweit- oder gesundheitsschädlichen Chemikalien durch den Prozess freigesetzt. Das Cellulosefilament weist verbesserte Eigenschaften, wie z.B. eine hohe Zugfestigkeit und verbesserte Elastizitäts- und Dehnungs-Charakteristika, gerade gegenüber Holz, auf und ist besonders gut als Verbundwerkstoff oder Grundrohstoff zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Bauelement geeignet.
Klebstoff kann die Stäbe, Stücke, Bruchstücke, oder Partikel des Grundrohstoffs miteinander verbinden und so den Verbundwerkstoff, insbesondere eine Schicht des Verbundwerkstoffs bilden. Insbesondere bei einer zufälligen Anordnung der Stäbe, Stücke/Bruchstücke/Partikel können im Verbund mit dem Klebstoff isotrope Materialeigenschaften durch den Verbundwerkstoff erzielt werden. Die zufällige Ausrichtung bzw. Anordnung führt zu einer zufälligen Orientierung bzw. Anordnung von enthaltenen Fasern in verschiedene Raumrichtungen. Der erfindungsgemäße Klebstoff, Grundrohstoff oder auch Zapfenelement können auch, z.B. später, eingebaut im Gleis liegend oder auch außerhalb des Gleises, als Füllmaterial bzw. -element benutzt werden, um ggfs. nach Installation aufgetretene Risse/Öffnungen oder obsolete Bohrungen im Bauelement zu schließen, das Bauelement somit lebensverlängernd instand zu setzen. Ebenso nutzbar sind die zuvor beschriebenen Materialien um ggfs. nach Installation unbrauchbar gewordene Bohrungen im Bauelement wieder aufzubauen und somit eine Bohrlochsanierung durchführen zu können. Vorteilhaft ist bei all den zuvor beschriebenen Anwendungsbeispielen, dass es zu keinem weiteren Materialmix kommt, der das spätere Recycling/T rennen der Materialien des Bauelements erschwert. Auch ist mit diesen Klebstoffen/ Verbundmaterialien/Zapfenelementen eine ggfs. produktionsbedingt notwendige Kosmetisierung/Retusche/Oberflächenreparatur und definierte Wunschoptik des Bauelements möglich.
Der Klebstoff kann beispielsweise Epoxydharz sein. Der Klebstoff wird insbesondere zum Fixieren und Verfestigen des Grundrohstoffs in einem Verbundwerkstoff verwendet. Der Klebstoff dient hierbei zur Anordnung des Grundrohstoffs in einer sogenannten Matrixstruktur. In dieser Matrixstruktur können die Partikel des Grundrohstoffs in unterschiedlicher Orientierung angeordnet werden, so dass insbesondere isotrope mechanische Eigenschaften durch den Verbundwerkstoff erzielt werden. So werden die betriebsbedingten mechanischen Spannungen besser aufgenommen.
Auch denkbar ist, dass der Klebstoff als ein Zwei-Komponenten-Epoxydharz ausgebildet ist. Ein Zwei-Komponenten-Epoxydharz besteht insbesondere aus zwei Komponenten (Harz und Härter), die zur Verarbeitung vermischt werden und miteinander zu einem Klebstoff reagieren. Insbesondere Komponenten aus der Gruppe der polyadditiven Duromeren sind sehr reaktionsfreudig und die Reaktion verläuft in vorteilhafter Weise exotherm. In der Regel werden kalthärtende Harze auf Grund ihrer besseren Handhabbarkeit eingesetzt. Zwei-Komponenten-Epoxydharze werden im Bausektor wegen ihres hohen Feststoffgehaltes und des hohen Füllvermögens eingesetzt. Sie besitzen eine hohe Beständigkeit gegenüber anderen Chemikalien, wie z.B. eine gute Elastizität und haften gut an einem Grundrohstoff, der Cellulose, insbesondere Cellulose- Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, aufweist. Weiterhin sind Eigenschaften, wie z.B. UV- und Temperaturbeständigkeit sowie Viskosität durch den Zusatz von weiteren Additiven in vorteilhafter weise gezielt einstellbar. Weiter denkbar ist, dass der Klebstoff als ein isocyanatfreies Kohlenwasserstoffharz auf Polybutadienbasis, eine Emulsion Poly-Isocyanate (EPI) oder als ein, insbesondere resorcinmodifiziertes oder melaminmodifiziertes, Phenolharz ausgebildet ist. Die genannten Klebstoffe haben sich in Versuchen als besonders vorteilhaft erwiesen, insbesondere hinsichtlich einer geringen Toxizität. Die genannten Klebestoffe weisen also eine hohe Umweltfreundlichkeit auf.
Vorzugsweise ist der Verbundwerkstoff oder zumindest der Grundrohstoff und/oder Klebstoff vollständig biologisch abbaubar und/oder kompostierbar. Besonders bevorzugt ist das Bauelement biologisch abbaubar oder zirkulär nutzbar. Auch können Verschleiß bzw. Abriebpartikel des Bauelements bzw. des Verbundwerkstoffs, welche bei einer Benutzung des Bauelements entstehen und in die Umwelt gelangen können, biologisch abbaubar sein. Für ein solches Bauelement bzw. einen solchen Verbundwerkstoff ergibt sich somit in vorteilhafter weise eine erhöhte Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit.
Biologisch abbaubar am Ende der Lebensdauer bezeichnet, dass das Bauelement bzw. der Verbundwerkstoff in seine Bestandteile, wie beispielsweise Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und/oder weitere Mineralien, insbesondere durch Mikroorganismen, zersetzt werden kann.
So ergibt sich für das vorgeschlagene Bauelement eine erhöhte Umweltfreundlichkeit bzw. Nachhaltigkeit. Insbesondere ist das Bauelement aufgrund des vorgeschlagenen Verbundwerkstoffs, insbesondere aufgrund des Grundrohstoffs, der Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, aufweist, zumindest teilweise biologisch abbaubar und/der zirkulär (i.S. einer Kreislaufwirtschaft).
In einer weiteren Ausführungsform weist der Klebstoff Polyharnstoff und/oder Polyurethan und/oder Lignocellulose auf. Ein Polyharnstoff ist ein Elastomer, das durch die Polyaddition von Diisocyanaten und Diaminen entstehen kann. Polyharnstoff weist gegenüber anderen Klebstoffen eine hohe Dehnbarkeit und Zerreisfestigkeit auf.
Polyurethan ist aufgrund einer geringen Exothermie während des Herstellungsprozesses besonders als Klebstoff geeignet. Weiter ist Polyurethan von weichelastisch bis hart spröde einstellbar und somit vorteilhaft auf die Anforderungen des Bauelements einstellbarbar. Lignocellulose, insbesondere Lignin, ist ein natürliches, biologisch abbaubares Polymer. Lignocellulose bindet in vorteilhafter weise - wie Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, - große Mengen Kohlenstoffdioxid und ist somit besonders gut geeignet für das in dieser Offenbarung vorgeschlagene Bauelement bzw. Verfahren zur Herstellung. Insbesondere wird Lignocellulose als Nebenprodukt in der Holzindustrie gewonnen und ist somit gut verfügbar. Vorzugsweise kann Lignocellulose als Phenolharz ausgebildet sein. Insbesondere bei der Reaktion von Lignocellulose mit Formaldehyd entsteht Phenoplaste, Der Klebstoff weist besonders bevorzugt Phenoplaste auf, da Phenoplaste in einem ausgehärteten Zustand gegenüber anderen Klebstoffen besonders bruchfest und feuerfest ist, was von Vorteil für die mechanischen Eigenschaften des Bauelements und die Feuerfestigkeit des Bauelements ist. Weist der Klebstoff Polyharnstoff und/oder Polyurethan und/oder Lignocellulose, so können somit umweltschädlichere, insbesondere auf petrochemischen Komponenten basierende, Inhaltsstoffe des Klebstoffs vermieden werden bzw. durch die genannten Klebstoffkomponenten ersetzt werden, was vorteilhaft für die Umweltverträglichkeit des Bauelements ist. Insbesondere ergibt sich durch einen so ausgebildeten Klebstoff der Vorteil, dass der Klebstoff als Ersatz für ein zusätzliches Imprägniermittel dienen kann. So muss das Bauelement nicht, wie z.B. eine Holzbahnschwelle, zusätzlich imprägniert werden, so dass die Umweltverträglichkeit des erfindungsgemäßen Bauelements zusätzlich erhöht ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Bauelement mindestens einen Befestigungsabschnitt zur Befestigung einer Schiene und mindestens ein Stützelement auf, wobei in dem mindestens einen Befestigungsabschnitt das mindestens eine Stützelement angeordnet ist, wobei das mindestens eine Stützelement Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, und/oder Polyharnstoff aufweist. Weist das Stützelement Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, auf, so ergibt sich in vorteilhafter Weise eine erhöhte Nachhaltigkeit.
Der Befestigungsabschnitt ist insbesondere ein Teilvolumen des Bauelements. Der Befestigungsabschnitt dient zur unmittelbaren oder mittelbaren Befestigung einer Schiene an dem Bauelement. Der Befestigungsabschnitt kann, zusätzlich zur Befestigung einer Schiene, auch zur Befestigung eines anderen Elements als einer Schiene geeignet sein, wie beispielsweise zur Befestigung einer Rippenplatte. Vorzugsweise weist der Befestigungsabschnitt eine Außenkontur auf, also eine Auflagefläche zum Auflegen von Zwischenlagen, der Schiene oder der Rippenplatte. Vorzugsweise weist das Bauelement einen weiteren Befestigungsabschnitt auf, wobei der weitere Befestigungsabschnitt insbesondere zur Befestigung einer weiteren Schiene und/oder einer weiteren Schienenunterlegeplatte dient. Auch kann der Befestigungsabschnitt oder ein weiterer Befestigungsabschnitt beispielsweise zur Stabilisation des Bauelements im Gleisbett dienen, beispielsweise mittels eines Stabilisierungselements, welches an einer Unterseite des Bauelements, also insbesondere zwischen Bauelement und Gleisbett, angeordnet sein. Das Stabilisierungselement kann z.B. - besonders vorteilhaft als bereits im Werk vorinstallierte, dauerhaft mit dem Bauelement bei der Auslieferung und somit nicht nachträglich auf der Baustelle zu installierende - als mindestens eine Finne ausgebildet sein. Auch kann die mindestens eine Finne nachträglich, installiert werden. Die mindestens eine Finne kann je nach Gleissituation sowohl in der Gleisachse, als auch an den Schwellenköpfen angebracht werden. Eine unterseitig angeordnete, finnenartige Ausbildung hat gegenüber einer seitlich angebrachten Ausführung den Vorteil, dass die in den Schotter eintauchenden und die Schwelle umfassenden Stopfpickelgeometrien nicht behindert werden und sich somit im optimal zu verdichtenden Schotterquerschnitt befinden. Die Finne kann auch in der Schwellenmitte angeordnet werden. Beim Stopfen und Richten muss die Finne nicht gelöst und nach der Durcharbeitung somit auch nicht wieder verspannt werden. Die Finne kann sich in der Nähe der oder in der Längsachse der Schiene befinden und ist entlang dieser ausgerichtet. In dem Befestigungsabschnitt kann/können ein oder mehrere Befestigungsmittel, wie beispielsweise ein Schraubbolzen, Nagel oder eine Schraube, insbesondere durch Kraft- und/oder Formschluss angeordnet werden. Als zusätzliches Befestigungsmittel ist vorzugsweise ein Andrückelement vorgesehen, welches die Schiene an das Bauelement drückt. Das Andrückelement kann beispielsweise mittels eines Befestigungsmittels, z.B. einer Schraube, einer Spannklemme, einem schraublosen Clipsystem (mit oder ohne eiserner Grundplatte) mit dem Bauelement u.a. niederhaltend verbunden werden.
Sollte der Befestigungsabschnitt oder ein weiterer Befestigungsabschnitt - beispielsweise zur Stabilisation des Bauelements im Gleisbett - ein Stabilisierungselement, welches z.B. an einer Unterseite des Bauelements, also insbesondere zwischen Bauelement und Gleisbett, angeordnet sein kann, aufweisen - z.B. sich als Finne in der Position in der Achse unter der Schiene befinden - so kann diese während des Produktionsprozesses durch Einlegen, oder durch Formgebung vorgesehen werden. Sollte die Finne eingelegt oder durch Formgebung vorgesehen werden, so kann zudem eine entsprechende Aussparung bzw. eine entsprechende Pressform/ -gegenstück vorgesehen werden, damit der Verpressprozess durch das Herausstehen nicht behindert wird.
Die Finne kann mechanisch in ein vorgebohrtes Loch eingeschlagen werden, durch Einschmelzverfahren in das Bauelement integriert werden, oder sie kann im Rahmen des Verpressprozesses in die Schichten integrativ eingelegt und durch mindestens eine Schicht, vorteilhaft mindestens zwei Schichten, besonders vorteilhaft durch mehr als zwei Schichten, hindurch in das Bauelement integriert werden oder durch Formgebung mittels Grundrohstoff und Klebstoff herausgebildet werden. Auch kann durch mindestens eine Aussparung, die mindestens die Höhe der Materialstärke der Finne entspricht, an z.B. der Unterseite des Bauelements mindestens eine Finne nachträglich mittels Klebstoff oder Dollen oder Schraubverbindung oder einer Kombination der zuvor benannten Verfahren befestigt werden. Dieses erleichterte ggfs. das spätere Ablösen der Finne im Rahmen einer Bauelementesanierung/ -aufarbeitung und/ oder des Zurückführens des Bauelements am Ende seiner Lebensdauer in seine Grundmaterialien. Auch ist ein nachträgliches Abfräsen zur Herausbildung der Finnenkontur möglich. In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Bauelementen kann eine solche Finne beispielsweise durch Fräsen, insbesondere mittels einer Fräseinrichtung, in das Bauelement eingebracht werden (das heißt, dass die Außenkontur vorher PLUS sein muss, insbesondere dass das Bauelement das entsprechende Material, welches durch das Fräsen abgetragen wird, vor dem Fräsen zusätzlich aufweist). Die Bearbeitung erfolgt ähnlich wie bei Holz, vorteilhaft sind Werkzeuge mit Hartmetallschneiden.
Vorzugsweise ist das, insbesondere im Verbundmaterial befindliche, Stützelement als ein Schichtelement ausgebildet, z.B. als textiles Vlies oder als sogenanntes Prepreg. Ein textiles Flies kann insbesondere Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, aufweisen oder daraus ausgebildet sein. Ein Prepreg kann insbesondere Polyharnstoff aufweisen oder daraus ausgebildet sein. Ein solches Schichtelement kann vor einer Anordnung im oder an dem Bauelement insbesondere biegeschlaff sein. Dies vereinfacht die Herstellung des Bauelements, insbesondere das Einbringen des Stützelements in den Verbundwerkstoff. Das Stützelement kann hierbei somit Teil einer Schicht des Verbundwerkstoffs bzw. des Bauelements sein.
Durch das Stützelement wird eine Verstärkung im Bereich des Lasteintrags, also insbesondere im Befestigungsabschnitt, erzielt. Die Last wird hierbei vom Schienenfahrzeug über die Schiene in das Bauelement eingebracht. Die gezielte Verstärkung des Befestigungsabschnitts mit einem Stützelement erhöht die Festigkeit und Duktilität des Bauelements im Befestigungsabschnitt. Insbesondere wird durch das Stützelement auch eine Schub- und Querzugfestigkeit im Befestigungsabschnitt erhöht. So werden also in vorteilhafter Weise die strukturmechanischen Eigenschaften des Bauelements erhöht.
Vorzugsweise weist das Bauelement ein Auflager für eine Schiene auf. Das Auflager kann beispielsweise als eine nut-ähnliche Einrückung im Befestigungsabschnitt bzw. als Einrückung in einem Bereich der Außenkontur des Bauelements bzw. Befestigungsabschnitts ausgebildet sein. Alternativ kann das Auflager auch als eine Erhebung bzw. Ausrückung in der Außenkontur ausgebildet sein. In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Bauelementen kann ein solches Auflager beispielsweise durch Fräsen, insbesondere mittels einer Fräseinrichtung, in das Bauelement eingebracht werden (das heißt, dass die Außenkontur vorher PLUS sein muss, insbesondere dass das Bauelement das entsprechende Material, welches durch das Fräsen abgetragen wird, vor dem Fräsen zusätzlich aufweist). Die Bearbeitung erfolgt ähnlich wie bei Holz, vorteilhaft sind Werkzeuge mit Hartmetallschneiden. Hierdurch ist insbesondere keine Zwischenlage, insbesondere bei Vorhandensein entsprechender, als Prepregs ausgebildeter, Stützelemente, durch welche sich insbesondere vorteilhafte, dämpfende Eigenschaften für das Bauelement bzw. zwischen Schiene und Bauelement ergeben, nötig. Auch ist nicht zwingend eine Schienenunterlegeplatte zwischen der Schiene und dem Bauelement nötig. Dies vereinfacht in vorteilhafter Weise den Gleisbau und dessen Baulogistik, insbesondere das Befestigen einer Schiene in dem Befestigungsabschnitt. Auch kann bei einer späteren Schwellen-/Schienenauswechslung das ggfs. zusätzlich notwendige Entfernen von Zwischenlagen entfallen, die beim Lösen der Schiene von der Schwelle oftmals am Schienenfuß haften bleiben und dann den maschinellen/ automatisierten Stoffseparationsprozess stören.
In einer weiteren Ausführungsform weist der mindestens eine Befestigungsabschnitt eine Aussparung zur Anordnung eines Befestigungsmittels auf, wobei das mindestens eine Stützelement die Aussparung zumindest teilweise umgibt und/oder ausfüllt. Die Aussparung kann insbesondere eine Bohrung im Bauelement bzw. Befestigungsabschnitt sein. Die Aussparung kann zur Anordnung eines Befestigungsmittels dienen. Vorzugsweise ist die Aussparung zylindrisch ausgebildet, wobei eine Deckfläche der Aussparung Teil einer Außenkontur des Befestigungsabschnitts sein kann. Insbesondere kann das Stützelement in dieser Ausführungsform ebenfalls eine Aussparung aufweisen. Hierbei kann das Stützelement so im Bauelement angeordnet sein, dass die Aussparung des Befestigungsabschnitts und die Aussparung des Stützelements kongruent zueinander sind bzw. die Aussparungen deckungsgleich zueinander angeordnet sind und somit miteinander fluchten, das Stützelement also die Aussparung im Befestigungsabschnitt zumindest teilweise umgibt. Ist das Stützelement beispielsweise als Schichtelement, insbesondere als Vlies oder Prepreg ausgebildet, so kann das Schichtelement im Befestigungsabschnitt, insbesondere als Teil des Verbundwerkstoffs, angeordnet werden. In eine so abgestützte Aussparung kann dann ein Befestigungsmittel, z.B. eine Schraube eingebracht werden, wobei das Stützelement die Aussparung strukturmechanisch verstärkt und so die Befestigung der Schiene sicherer macht.
Füllt das Stützelement die Aussparung aus, wobei hierzu beispielsweise die Aussparung mit Klebstoff, insbesondere mit Polyharnstoff, aufgefüllt werden kann, so entspricht insbesondere der ausgehärtete Klebstoff dem Stützelement. In eine so ausgefüllte Aussparung kann dann ein Befestigungsmittel vereinfacht eingebracht werden, wobei das Stützelement insbesondere als Ersatz für einen Dübel dienen kann. Vorzugsweise ist die Verwendung eines Dübels zum Einschrauben einer Schraube durch eine mit dem Stützelement gefüllte Aussparung unnötig. Dies vereinfacht in vorteilhafter Weise den Gleisbau, insbesondere das Befestigen einer Schiene in dem Befestigungsabschnitt.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Bauelement mehrere Schichten auf, wobei mindestens eine Schicht den Grundrohstoff und/oder den Klebstoff aufweist.
Insbesondere sind die Schichten flächig ausgebildet, wobei eine Längs- und Querausdehnung der Schicht größer als eine Vertikalausdehnung der Schicht sind. Die Schichten können parallel zueinander angeordnet werden, also insbesondere übereinander. Wie bereits erwähnt, besteht ein wesentlicher Aspekt der Erfindung in der Nutzung des synergetischen Effekts zwischen der Nachhaltigkeit, die ein Grundrohstoff bietet, der Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, aufweist, und der Anordnung des Grundrohstoffs und des Klebstoffs in einem Verbundwerkstoff, so dass die notwendigen strukturmechanischen Eigenschaften erreicht werden. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass eine oder mehrere Schichten sowohl Grundrohstoff als auch Klebstoff aufweisen, beispielsweise um mit Hilfe des Klebstoffs kleinere Partikel des Grün droh Stoffs in einer einzelnen Schicht anzuordnen. Vorzugsweise weist eine erste Schicht Grundrohstoff auf. Insbesondere kann die erste Schicht eine erste Vorzugsrichtung hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit aufweisen. Eine weitere Schicht kann ebenfalls Grundrohstoff aufweisen und insbesondere eine weitere Vorzugsrichtung hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit aufweisen. Die erste und weitere Schicht können dann so zueinander angeordnet werden, dass die erste und weitere Vorzugsrichtung orthogonal zueinander orientiert sind. Durch die orthogonale Anordnung können isotrope mechanische Eigenschaften des Verbundwerkstoffs erreicht werden. Zwischen der ersten und der weiteren Schicht aus Grundrohstoff ist vorzugsweise eine Schicht aus Klebstoff angeordnet. Durch Erhitzen schmilzt der Klebstoff und die verschiedenen Schichten werden durch Abkühlen des Klebstoffs dauerhaft miteinander verbunden, wobei in vorteilhafter weise ein hohes Maß an mechanischer Festigkeit erzielt wird. Dies wird im Folgenden noch näher erläutert. Insbesondere wird eine solche schichtweise Anordnung auch als Laminat- oder Sandwich-Bauweise bezeichnet. So kann in vorteilhafter weise ein Bauelement geschaffen werden, welches insbesondere die notwendigen strukturmechanischen Eigenschaften aufweist. Insbesondere kann mit Hilfe der beschriebenen Anordnung von mehreren Schichten an mindestens einer Stelle im Bauelement ein sogenannter Ski- Effekt, also ein hohes Maß an Festigkeit bei gleichzeitiger Flexibilität an einer definierten Stelle, erreicht werden.
Durch eine Verwendung verschiedener Grundrohstoffe, beispielsweise aus Pflanzenfasern verschiedener Pflanzen oder Holzarten, können die gewünschten Eigenschaften des Bauelements gezielt eingestellt und kombiniert werden. Vorzugsweise weist der Verbundwerkstoff daher einen ersten und einen weiteren Grundrohstoff auf, wobei der erste Grundrohstoff ein anderer als der weitere Grundrohstoff ist.
Weiter ist denkbar, dass eine Schicht, vorzugsweise mindestens die untere und/ oder obere Schicht, vollständig aus Holz oder Gras, insbesondere Eschenholz oder Bambus gebildet wird. Weitere Schichten können dann beispielsweise ebenfalls teilweise oder vollständig aus Holz, insbesondere Eschenholz, oder einer anderen Holzart oder Pflanzenart gebildet werden. Die erste und weitere Schicht können dann über eine Klebstoffschicht miteinander verbunden werden. So entsteht ein besonders elastisches Bauelement, örtlich genau definiert, mit vorteilhaften, konstruierten Dämpfungseigenschaften und einer hohen Nutzungsdauer und einer reduzierten negativen, das Bauelement beschädigenden Wechselwirkung mit dem ihm umgebenen Material, z.B. Schottersteine, gegenüber herkömmlichen Bauelementen, insbesondere Bahnschwellen aus Beton und Stahl aber auch Einwirkungen aus der Dynamik aus Zugverkehren. Auch ist das Vorsehen von weiteren Garnen etc. im Bereich der Schienenauflage und der Schraubbohrungen möglich.
In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen den Schichten mindestens eine Zwischenschicht angeordnet, wobei die mindestens eine Zwischenschicht Polyharnstoff aufweist. Dies gilt insbesondere, wenn der zuvor verwendete Klebstoff keinen Polyharnstoff aufweist, wenn beispielsweise der Klebstoff Lingnocellulose oder Polyurethan aufweist. Eine Zwischenschicht, die Polyharnstoff aufweist, zeichnet sich durch ein hohes Maß an Dehnbarkeit und Zerreisfestigkeit aus, so dass eine Anordnung einer solchen Zwischenschicht im Verbundwerkstoff bzw. Bauelement die mechanischen Eigenschaften des Bauelements beeinflusst, insbesondere verbessert. Die Zwischenschicht kann parallel zu den anderen Schichten des Bauelements, insbesondere mittig zwischen einer Ober- und Unterseite des Bauelements, angeordnet sein. Zusätzlich ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass durch die Zwischenschicht die Elastizität und Dämpfungseigenschaften des Bauelements gezielter eingestellt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Bauelement mindestens ein Zapfenelement zur Versteifung des Bauelements auf, wobei das mindestens eine Zapfenelement das Bauelement zumindest teilweise durchdringt. Das Zapfenelement kann beispielsweise als Nagel oder Holznagel ausgebildet sein. Vorzugsweise weist das Zapfenelement Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, auf. Hierdurch weist das Zapfenelement eine hohe Umweltfreundlichkeit auf. Das Zapfenelement weist vorzugsweise eine Spitze auf, wobei es das Bauelement insbesondere mit der Spitze voran durchdringen wird. Weist das Bauelement mehrere Schichten auf, so kann das Zapfenelement die Schichten teilweise oder vollständig durchdringen und so in vorteilhafter weise dazu genutzt werden, die Schichten miteinander zu verbinden. Insbesondere kann bei einem Eintreiben des Zapfenelements in das Bauelement Wärme entstehen, wodurch sich das Zapfenelement schlüssig mit dem Verbundwerkstoff oder den Schichten des Bauelements bzw. dem Klebstoff verbindet. Mittels des beschriebenen Zapfenelements lässt sich das Bauelement zudem in vorteilhafter Weise versteifen, so dass die mechanischen Eigenschaften des Bauelements moduliert werden, insbesondere verbessert sind. Auch lässt sich dieses Zapfenelement als Füllelement, z.B. zu Reparaturzwecken, nutzen. In einer weiteren Ausführungsform weist das Bauelement eine Ummantelung auf. Die Ummantelung kann beispielsweise an der Außenkontur des Verbundwerkstoffs angeordnet sein bzw. die Außenkontur des Bauelements zumindest teilweise oder vollständig ausbilden. So ist das Bauelement in vorteilhafter Weise vor äußeren Einflüssen wie Witterung, UV und das Bauelement beschädigender Mechanik, Säuren oder auf diese wirkende Energien (Temperatur, Feuer) geschützt. So kann insbesondere die erzielbare Nutzungsdauer des Bauelements erhöht werden. Die Ummantelung kann Polyurethan und/oder Polyharnstoff aufweisen. Hierdurch ergeben sich für die Ummantelung die zuvor für die Verwendung vom Polyurethan oder Polyharnstoff genannten Vorteile.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Bauelement mindestens ein Kernelement auf, wobei das Kernelement von dem Verbundwerkstoff zumindest teilweise umgeben ist. Vorzugsweise ist das Kernelement vollständig von dem Verbundwerkstoff umgeben. Das Kernelement kann Kunststoff, Metall oder Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, aufweisen. Vorzugsweise ist das Kernelement vollständig aus Holz oder Metall ausgebildet. Insbesondere kann das Kernelement als Rohr, Rechteck, T- oder I-Profil oder als Kantholz ausgebildet sein, auch knochenförmige Konturen sind möglich, so dass das Kernelement bereits für sich genommen in allen Richtungen biegesteif ist. Eine entsprechende weitere Ausgestaltung (konvex/ konkav) der Oberfläche kann die Reibung und Verankerung zusätzlich beeinflussen. Das Kernelement ist vorzugsweise mittig in dem Bauelement angeordnet, insbesondere entlang einer neutralen Faser des Bauelements, also einer Linie, die unter Biegebelastung eine Zug- oder Druckspannungen aufweist. Insbesondere ist das Kernelement entlang einer Längsausdehnung des Bauelements im Bauelement angeordnet. Durch Verwendung eines Kernelements kann insbesondere eine sehr hohe Torsionssteifigkeit des Bauelements erreicht werden. Durch den schichtweisen Aufbau des Bauelements ist dessen Integration einfach umsetzbar.
Auch denkbar ist, dass das Kernelement langfaseriges Gras aufweist oder aus solchem ausgebildet ist. Insbesondere weist das Kernelement einen Strang aus langfaserigen Grashalmen auf oder ist aus einem solchen Strang ausgebildet, wobei das Gras entlang von Langfasern bzw. entlang der Grashalme eine besonders hohe Zugfestigkeit aufweist. Eine Langfaser des Grases bzw. eine Längsausdehnung des Strangs kann dann parallel zu einer Längsausdehnung des Bauelements angeordnet werden. So können in vorteilhafter Weise die Zugfestigkeit als auch die Dämpfungseigenschaften des Kernelements, insbesondere gegenüber metallischen Kernelementen, verbessert werden.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen, insbesondere Bahnschwellen, zur Verwendung im Gleisbau, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- Zuführen mindestens eines Ausgangselements zu mindestens einer Zerkleinerungseinrichtung und/oder Umformungseinrichtung, wobei das Ausgangselement Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, aufweist;
- Zerkleinern und/oder Umformen des Ausgangselements mittels der Zerkleinerungseinrichtung und/oder Umformungseinrichtung zu einem Grundrohstoff;
- Erzeugen mindestens einer Schicht, wobei die Schicht den Grundrohstoff und einen Klebstoff aufweist;
- Pressen einer oder mehrerer Schichten mittels einer Presseinrichtung zu mindestens einem Bauelement, insbesondere einer Bahnschwelle.
Das Ausgangselement kann beispielsweise Holz oder Bambus sein, bzw. ein Baumstamm oder eine Bambusstange sein. Auch denkbar ist die Verwendung von alten Holzbahnschwellen (gescrimbert oder in Teilen) als Ausgangselement, also von Holzbahnschwellen, die andernfalls endgültig, insbesondere thermisch, entsorgt werden müssten. Somit kann das Material dieser alten Holzbahnschwellen durch das hier offenbarte Verfahren, insbesondere zirkulär, recycelt werden, was die Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens verbessert. Insbesondere kann so herstellte Grundrohstoff durch das in den alten Holzbahnschwellen vorhandene Imprägniermittel besser vor Witterungseinflüssen geschützt werden bzw. es ist keine Zugabe von zusätzlichem Imprägniermittel im Herstellungsverfahren notwendig.
Dies wird im Folgenden noch näher erläutert.
Vorzugsweise findet vor dem Zerkleinern und/oder Umformen des Ausgangselements, insbesondere als Teil des Zuführens zu einer Zerkleinerungseinrichtung und/oder Umformungseinrichtung, eine Trocknung des Ausgangselements statt, beispielsweise durch Zuführen des Ausgangselements zu einer Trockeneinrichtung. Die Trockeneinrichtung kann zusätzlich mit der im Herstellungsprozess anfallenden Abwärme aber auch den thermisch aber nicht mehr anderweitig verwertbaren Grundrohstoffen betrieben werden. Auch dieses verbessert den Co2 Footprint. Das Zuführen zur T rockeneinrichtung und/oder zur Zerkleinerungseinrichtung und/oder Umformungseinrichtung kann insbesondere über ein Fördermittel realisiert werden.
Durch Zuführen des Ausgangselements zu einer Zerkleinerungseinrichtung und/oder Umformungseinrichtung kann das Ausgangselement mittels der Zerkleinerungseinrichtung und/oder Umformungseinrichtung in kleinere Partikel oder Faserstränge, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, zerkleinert und/oder umgeformt, insbesondere gequetscht bzw. gespalten/gesplittet und/oder zerschreddert werden, wobei die kleineren bzw. umgeformten Partikel oder Fasern dem zuvor erläuterten Grundrohstoff entsprechen können. Das Zuführen kann insbesondere über das zuvor erwähnte Fördermittel realisiert sein. Die Zerkleinerungseinrichtung und/oder Umformungseinrichtung kann als Zerschnitteinrichtung, Quetscheinrichtung, Spalteinrichtung und/oder Schreddereinrichtung ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Zerkleinerungseinrichtung als Spalt-, Zerschnitt- oder Schreddereinrichtung ausgebildet, wobei das Ausgangselement zum Grundrohstoff zerkleinert, insbesondere gespalten, zerschnitten oder geschreddert wird. Das Spalten der Bambusrohre in Längsstreifen, Stäbe oder Bambusbruchstücke o.ä. kann mittels der Zerkleinerungseinrichtung erfolgen. Weiter vorzugsweise ist die Umformungseinrichtung als Quetscheinrichtung, insbesondere als Walzeinrichtung, ausgebildet. Hierbei wird das Ausgangselement derart gepresst bzw. gewalzt, also umgeformt, dass dieses entlang der Fasern gebrochen und somit die Fasern über eine gesamte Länge des Ausgangselements erhalten bleiben. Die Walzeinrichtung kann eine Oberfläche mit Erhebungen zur Perforierung des Ausgangselements aufweisen, wobei die Erhebungen derart ausgebildet sind, dass durch die Erhebungen das Ausgangselement definiert perforiert, insbesondere durchdrungen, wird und somit in vorteilhafter Weise eine nochmals bessere Aufnahme des Klebers gewährleistet ist, da dieser tiefer in das Material eindringen kann. Die Erhebungen können kürzer als die Materialdicke (z.B. 0,1 bis 0,5 Mal Materialdicke) des Ausgangselements bzw. des verwendeten Grundrohstoffes sein oder länger (z.B. 1 ,1 Mal Materialdicke) als die Materialdicke des Ausgangselements. Sollten diese länger als die Materialdicke sein, so ist es ein Effekt, dass die Erhebungen das Ausgangsmaterial austretend partiell durchstoßen. In diesem Fall ist durch geeignete Unterlagen sicherzustellen, dass es aus dem Material ohne Deformation heraustreten kann. Die genannten Arten von Zerkleinerungseinrichtungen und/oder Umformungseinrichtungen sind dem Fachmann hierbei bekannt. Der so aus dem Ausgangselement hergestellte Grundrohstoff kann insbesondere als Holzscrimber oder Bambusscrimber ausgebildet sein, also umgeformtes bzw. zerkleinertes Holz oder Bambus aufweisen.
Insbesondere wenn Altholzschwellen als Ausgangselement bzw. Grundrohstoff genutzt werden, kann z.B. sichergestellt werden, dass diese Altschwellen zuvor mittels Pilzen oder Mikroorganismen, besonders bevorzugt mittels Mikroorganismen, von Schadstoffen befreit, mindestens diese jedoch derart reduziert wurden, dass es zu keinen Überschreitungen von vorbestimmten Grenzwerten kommt. Diese Altholzschwellen können vor in Kontaktbringen mit den Mikroorganismen im Stück, in Schichten oder gescrimbert werden und danach als z.B. Grundrohstoff genutzt werden.
Bevor der Grundrohstoff weiterverarbeitet wird, kann eine Wärmebehandlung vorgesehen sein. Dies wird im Folgenden noch näher erläutert.
Der Grundrohstoff kann dann zu einer Schicht weiterverarbeitet werden. Insbesondere kann der Grundrohstoff mit einem Klebstoff durchmischt/getränkt oder ummantelt werden, wobei der Klebstoff matrixbildend für die Schicht ist. Aus einem Gemisch von Grundrohstoff und Klebstoff kann die Schicht, beispielsweise durch Trocknen des Gemisches erzeugt werden.
Das Gemisch weist vorzugsweise ein Volumenverhältnis von Grundrohstoff zu Klebstoff, also von Grundrohstoffvolumeneinheiten zu Klebstoffvolumeneinheiten, auf, wobei das Volumenverhältnis vorzugsweise größer oder gleich 1 zu 1 ist, besonders vorzugsweise größer oder gleich 75 zu 25, äußerst vorzugsweise größer oder gleich 85 zu 15 ist. Weiter vorzugsweise beträgt der Anteil von Klebstoffvolumeneinheiten mindestens 4 %, weiter vorzugsweise 8% vom Gesamtvolumen des Gemisches, besonders bevorzugt mindestens 10%. Mit einem solchen Volumenverhältnis kann der Grundstoff mit dem Klebstoff eine Matrix bilden, die zu besonders guten mechanischen Eigenschaften führt.
Dabei sei noch einmal klargestellt, dass das Bauelement ausschließlich aus dem Grundrohstoff und dem Kleber bestehen kann. Es ist aber auch möglich, weitere Stoffe hinzuzufügen, beispielsweise einen Kern aus Holz oder anderen Materialien, der dann von dem Gemisch umgeben ist. Dabei ist es auch möglich, dass während des Prozessierens Kleber teilweise in den Kern eindringt. Es sind aber auch Schichtaufbauten möglich, wo zwischen Schichten der weiteren Stoffe dann das Gemisch von Grundrohstoff und Kleber ist. Die weiteren Stoffe können beispielsweise zur Beeinflussung der Elastizität, Verstärkung oder des Schwingungsverhaltens beigefügt werden.
Auch denkbar ist, dass die zuvor erläuterten Pflanzenfasern parallel zueinander angeordnet werden und dann mit dem Klebstoff zu einer Schicht verarbeitet werden. Weiter denkbar ist, dass die Partikel oder Pflanzenfasern zu einem Vlies verarbeitet werden.
Das Bauelement kann dann in einer Presseinrichtung aus mehreren Schichten, wobei die Schichten in sich auch aus mehreren Einzelteilen bestehen können, in einem Pressvorgang oder mehrfachen Pressvorgängen zu einem Bauelement der gewünschten Kontur und Stärke gepresst werden. Auch können die Schichten mittels mindestens eines Zapfelements zusammengefügt werden.
Zum Pressen können mehrere Schichten parallel übereinander angeordnet werden. Insbesondere können die Schichten mit einer ersten Vorzugsrichtung alternierend zu Schichten mit einer weiteren Vorzugsrichtung parallel übereinander angeordnet werden. Besonders bevorzugt wird zwischen den Schichten zusätzlich eine Schicht aus Klebstoff, also eine Klebstoffschicht, vorgesehen. So kann eine Verbindung zwischen den Schichten verbessert werden. Insbesondere können durch die beschriebene Anordnung der Schichten die gewünschten mechanischen und schützenden Eigenschaften des Bauelements erreicht werden. Das Pressen mittels der Presseinrichtung hat vorzugsweise einen formgebenden Charakter für das Bauelement, d.h. eine Außenkontur des Bauelements bzw. des Verbundwerkstoffs wird mittels der Presseinrichtung eingestellt, z.B. mittels einer entsprechenden Pressform, in welcher die Schichten vor dem Pressen angeordnet werden. So können in vorteilhafter weise verschiedene Dimension und Außenkonturen des Bauelements erreicht werden.
Ein Pressen, insbesondere ein Heißpressen, kann bei einer Temperatur zwischen 120°C und 150°C unter bei einem Druck zwischen 7 MPa und 9 MPa erfolgen. Ein Pressen bei einer Temperatur unter 120°C kann bei einem Druck zwischen 45 MPa und 70 MPa erfolgen. Dies hat sich in Versuchen als besonders vorteilhafter erwiesen. Durch Auffangen und Zurückleiten der bei diesem und allen anderen weiteren Teilschritten entstehenden Abwärme/ Energie kann die prozessual insgesamt notwendige und eingesetzte Energie reduziert werden und der CO2 Abdruck weiter reduziert werden. Vor diesem Hintergrund kann die Abfolge der Prozesse (unabhängig vom späteren Press- und der in diesem Zusammenhang stehenden Verbundherstellung) derart gestaltet sein, dass mit der höchsten bzw. zeitlich längsten Temperaturentweichung/ Abwärme begonnen wird und die in diesem Prozess gewonnene Abwärme dann für den nächsten Prozess genutzt wird.
Alternativ kann die in den jeweiligen Teilprozessen gewonnene Abwärme zirkulär, das heißt im selben Teilprozess genutzt werden oder alternativ in nicht oder in prozessualer Reihenfolge zugeführt werden. Durch zusätzliches, kontinuierliches Anwärmen/ Aufwärmen/ Wärmen der das Bauelement umgebenden Bereiche kann der Prozess beschleunigt werden. Insbesondere vorteilhaft ist eine Einhausung der Teilprozessbereiche bzw. -schritte durch z.B. ein Gehäuse, so dass die deutlich kältere Umgebungsluft nicht zu einem zusätzlichen erhöhten Energiebedarf beiträgt. Zusätzlich können diese Bereiche mittels solar/ geothermisch Energie vorgewärmt werden.
Insbesondere kann als Teilschritt des Pressens vorgesehen sein, dass das gepresste Bauelement zusätzlich, insbesondere im Anschluss an das Pressen, getrocknet wird. Vorzugsweise findet das Trocknen bei einer Temperatur zwischen 100°C und 150°C, vorzugsweise zwischen 125°C und 135°C, statt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren den Schritt:
- Wärmebehandlung des Grundrohstoffs bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen 120°C und 220°C.
Wie zuvor erwähnt, kann der Schritt der Wärmebehandlung vor der Weiterverarbeitung des Grundrohstoffs zu einer Schicht vorgesehen sein. Durch das Erwärmen werden Hemicellulosen im Grundrohstoff zerstört. Hierdurch sind keine pilzwachstumshemmenden Gifte oder zusätzlichen Imprägniermittel im Herstellungsverfahren der Bauelemente nötig. Die Wärmebehandlung kann ferner die Einstellung eines Feuchtigkeitsgehalts des Grundrohstoffs unter Verwendung von Sattdampf umfassen. Weiter zusätzlich kann als Teil der Wärmebehandlung ein Abkühlen des Grundrohstoffs nach dem Erwärmen vorgesehen sein, insbesondere auf eine Temperatur unter 70°C (einschließlich). Durch das Abkühlen und Einstellen des Feuchtigkeitsgehalts kann das Verbinden von Klebstoff und Grundrohstoff beim Erzeugen der Schicht verbessert werden.
In einem bevorzugten Verfahren wird zunächst das Ausgangsmaterial wie zuvor mehrfach beschrieben zerkleinert. Anschließend wird das zerkleinerte Ausgangsmaterial bei einem Druck von 30 bis 50 Megapascal gepresst, wobei die Prozesstemperatur zwischen 125°C bis 135°C liegt. Dabei wird zu Beginn des Prozesses Dampf benutzt, wobei anschließend getrocknet wird. Dieser Prozessschritt dauert ca. 25 bis 35 Minuten. Vorzugsweise ist der Druck 35 Megapascal bei einer Prozesstemperatur von 130°C. Am Ende des Prozesses sollte die Feuchtigkeit kleiner 14 % betragen. In einem nachfolgenden Prozessschritt wird dann bei einem Druck zwischen 15 bis 25 Megapascal (vorzugsweise 20 MPa) bei Raumtemperatur von ca. 20°C Klebstoff zugeführt. Dieser Prozessschritt dauert ca. 24 h (+/- 10 %).
Heraus kommen dann je nach Form z.B. 2 bis 10 cm (vorzugsweise 5 cm) dicke Bohlen. Diese können dann in einem weiteren Schritt ebenfalls wieder miteinander verklebt werden, um so ein Bauelement gewünschter Stärke zu erhalten.
Vorzugsweise ist das Gewichtsverhältnis des fertigen Bauelements 5 - 7 zu 1 von Cellulose zu Kleber.
Bei einem aus drei Schichten bestehenden Bauelement mit einer Gesamtstärke von 15 cm kommen dann bei Verwendung von Bambus als Ausgangsmaterial beispielsweise auf 90 kg Bambus 15 kg Kleber, also 6 zu 1.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Schnittansicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht auf einen Gleisoberbau mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements, Fig. 3 eine perspektivische Schnittansicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements,
Fig. 4 eine perspektivische Schnittansicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements,
Fig. 5 eine perspektivische Schnittansicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements, und
Fig. 6 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Bauelementen.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements 1. In der gezeigten Ausführungsform ist das Bauelement 1 eine Bahnschwelle und zur Verwendung im Gleisbau geeignet (siehe Fig. 2). Das Bauelement 1 weist einen Verbundwerkstoff aus mehreren Schichten 9-1 , 9-2, 9-3 auf. Die Schichten 9-1 , 9-2, 9-3 sind flächig ausgebildet und so übereinander bzw. parallel zueinander angeordnet, dass sich eine im Wesentlichen quaderförmige Außenkontur des Bauelements 1 ergibt. Der Übersichtlichkeit halber sind nicht alle Schichten 9-1 , 9-2, 9-3 dargestellt oder mit Bezugszeichen versehen.
Eine erste Schicht 9-1 weist einen Grundrohstoff 2 auf und ist an einer Oberseite des Bauelements 1 angeordnet bzw. bildet die Oberseite des Bauelements 1. Der Grundrohstoff 2 weist Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, auf und ist in der gezeigten Ausführungsform aus Pflanzenfasern ausgebildet, wobei eine Anordnung der Pflanzenfasern durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Durch den Grundrohstoff 2 ist eine Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit des Bauelements 1 gesteigert. Die Pflanzenfasern der Schicht 9-1 weisen eine erste Vorzugsrichtung 21 auf (durch Pfeil dargestellt). Entlang der ersten Vorzugsrichtung 21 weist die Schicht 9-1 daher eine besonders hohe Zugfestigkeit auf, während die Schicht 9-1 orthogonal zur Vorzugsrichtung 21 eine schwächere Zugfestigkeit aufweist. Die Schicht 9-1 weist also anisotrope mechanische Eigenschaften auf. Eine weitere Schicht 9-2 weist ebenfalls den Grundrohstoff 2 auf. Die Pflanzenfasern der Schicht 9-2 weisen eine weitere Vorzugsrichtung 22 (durch Pfeil dargestellt) auf, die orthogonal zur ersten Vorzugsrichtung 21 orientiert ist. Insbesondere kann durch diese gekreuzte Anordnung der Vorzugsrichtungen 21, 22 eine weitgehend isotrope mechanische Eigenschaft des Bauelements 1 erreicht werden.
Zwischen der ersten Schicht 9-1 und der weiteren Schicht 9-2 ist in der gezeigten Ausführungsform eine Klebstoffschicht 9-3 angeordnet. Die Klebstoffschicht 9-3 kann zusätzlich auch unterhalb der weiteren Schicht 9-2 angeordnet sein. Die Klebstoffschicht 9-3 weist Klebstoff 3 auf. Die Klebstoffschicht 9-3 kann insbesondere zur Verbindung der ersten und weiteren Schicht 9-1 , 9-2 genutzt werden und in einem flüssigen Zustand auf die erste oder weitere Schicht 9-1 , 9-2 aufgetragen werden. Selbstverständlich ist denkbar, dass sich die Klebstoffschicht 9-3, insbesondere während eines Aushärtens des Klebstoffs 3, mit der ersten oder weiteren Schicht 9-1 , 9-2 durchmischt und eine Dicke der Klebstoffschicht 9-3 im hergestellten Bauelement 1 gegen null geht, der Klebstoff 3 also in die erste und weitere Schicht 9-1 , 9-2 eindringt und dort aushärtet. Die beschriebene Anordnung der Schichten 9-1 , 9-3, 9-2, 9-3 wiederholt sich von einer Oberseite des Bauelements 1 zu einer Unterseite des Bauelements 1
Der so aus den Schichten 9-1 , 9-2, 9-3 gebildete Verbundwerkstoff zeichnet sich durch besonders gute mechanische Eigenschaften aus, die über die mechanischen Eigenschaften einer einzelnen Schicht hinausgehen.
Mittig zwischen der Oberseite und einer Unterseite des Bauelements 1 ist eine Zwischenschicht 10 angeordnet. Die Zwischenschicht 10 weist Polyharnstoff auf. Hierdurch erlangt die Zwischenschicht 10 eine besonders hohe Dehnbarkeit und Zerreisfestigkeit. Vorzugsweise wird die Zwischenschicht 10 im Herstellungsverfahren des Bauelements 1 in einem festen Zustand in den gezeigten Aufbau des Verbundwerkstoffs eingebracht und zwischen den Schichten 9-1 , 9-2, 9-3 angeordnet. Hierdurch sind die mechanischen Eigenschaften des Bauelements 1 weiter verbessert.
Die mechanischen Eigenschaften des Bauelements 1 können durch das Einbringen von mehreren Zapfenelementen 11 weiter verbessert werden. Insbesondere wird so eine Steifigkeit des Bauelements 1 weiter erhöht. Auch kann so eine Scherfestigkeit des Bauelements 1 hinsichtlich der Vorzugsrichtungen 21, 22 weiter erhöht werden. Die Zapfenelemente 11 sind in der gezeigten Ausführungsform aus Holz hergestellt und weisen somit Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, auf. Dies macht die Zapfenelemente 11 ebenfalls besonders nachhaltig und umweltfreundlich. Die Zapfenelemente 11 werden, vorzugsweise mit einer Spitze voran, über die Oberseite des Bauelements 1 orthogonal zu den Vorzugsrichtungen 21, 22, in den Verbundwerkstoff getrieben, sodass die Schichten 9-1 , 9-2, 9-3 sowie die Zwischenschicht 10 von den Zapfenelemente 11 vollständig oder zumindest teilweise durchdrungen werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht auf einen Gleisoberbau 23 mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements 1. Die Schnittansicht entspricht insbesondere einer Querschnittsansicht eines Gleisoberbaus 23, d.h. eine Fahrtrichtung eines auf Schienen 5 geführten Schienenfahrzeugs ist orthogonal zur Zeichenebene orientiert (nicht dargestellt). Das Bauelement 1 weist einen weitgehend symmetrischen Aufbau auf, da typischerweise zwei Schienen 5 zur Spurführung des Schienenfahrzeugs notwendig sind.
Die Schiene 5 ist an einer Oberseite des Bauelements 1, insbesondere an einer Außenkontur eines Befestigungsabschnitts 4 des Bauelements 1 angeordnet. Der Befestigungsabschnitt 4 bezeichnet ein Teilvolumen des Bauelements 1, welches durch eine nutähnliche Einrückung an der Oberseite des Bauelements 1 und eine Eindringtiefe des Befestigungsmittels 8 begrenzt wird (durch gestrichelte Linien gekennzeichnet). Die nutähnliche Einrückung dient als Auflager für die Schiene 5. Die Schiene 5 wird mittels eines Andrückelements 24 gegen die Oberseite des Bauelements 1 gedrückt. Das Andrückelement 24 ist mittels eines als Schraubbolzen ausgebildeten Befestigungsmittels 8 fixiert. Das Befestigungsmittel 8 ist mit dem Bauelement 1 im Befestigungsabschnitt 4 verbunden.
Durch die in Fig. 2 dargestellte Art der Verbindung zwischen Schiene 5 und Bauelement 1 können vom Schienenfahrzeug auf die Schiene 5 übertragene Kräfte über das Bauelement 1 sicher und bestimmungsgemäß in ein als Schotterbett ausgebildetes Gleisbett 20 abgeleitet werden.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine perspektivische Schnittansicht auf weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Bauelements 1. In den gezeigten Ausführungsformen ist im Befestigungsabschnitt 4 eine zylindrische Aussparung 7 vorgesehen, die zur Anordnung eines Befestigungsmittels 8 dient. Die Aussparung 7 kann insbesondere eine Bohrung zur Einbringung eines Schraubbolzens sein.
Gemäß Fig. 3 ist zur Verstärkung einer Verbindung zwischen dem Befestigungsmittel 8 und dem Bauelement 1 ein als Schichtelement ausgebildetes Stützelement 6 im Befestigungsabschnitt 4 angeordnet. Das Stützelement umgibt die Aussparung 7 hierbei zumindest teilweise. Das Stützelement 6 weist vorzugsweise Polyharnstoff auf und ist bereits im Herstellungsprozess des Bauelements 1 zum Zwecke der Verstärkung des Befestigungsabschnitts 4 in den schichtweisen Verbundwerkstoff eingearbeitet worden. Wird nun das Befestigungsmittel 8 in den Befestigungsabschnitt 4 eingebracht, so können insbesondere Scherkräfte besser im Bauelement 1 verteilt werden. So kann mittels des Stützelements 6 eine erzielbare Nutzungsdauer des Bauelements 1 in vorteilhafter weise verlängert werden.
Gemäß Fig. 4 ist zur Verstärkung einer Verbindung zwischen dem Befestigungsmittel 8 und dem Bauelement 1 ein als Füllung ausgebildetes Stützelement 6 in der Aussparung 7 angeordnet. Das Stützelement 6 wird im Herstellungsprozess des Bauelements 1 in die Aussparung 7 in einem flüssigen Zustand eingefüllt und härtet dort derart aus, dass eine schlüssige Verbindung zwischen Stützelement 6 und Bauelement 1 entsteht. Zur Befestigung einer Schiene 5 kann nun das Befestigungsmittel 8 in das Stützelement 6 bzw. die Aussparung 7 geschraubt werden. Vorteilhaft ist insbesondere, dass durch das Stützelement 6 Kräfte besser von der Schiene 5 in das Bauelement 1 eingeleitet werden können. Zusätzlich ist auch nicht zwingend die Verwendung eines Dübels nötig, um einen ausreichenden Kraftschluss zwischen Befestigungsmittel 8 und Bauelement 1 zu erreichen.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Schnittansicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements 1. Das Bauelement 1 weist eine Ummantelung 12 auf. Die Ummantelung 12 bildet eine Außenkontur des Bauelements 1 und schützt so insbesondere den aus den Schichten 9 und der Zwischenschicht 10 gebildeten Verbundwerkstoff im Inneren der Ummantelung 12 vor äußeren Einflüssen wie Witterung. Zusätzlich verbessert die Ummantelung 12 die mechanischen Eigenschaften des Bauelements 1, da die Ummantelung 12 versteifend wirkt. Gemäß Fig. 5 ist zusätzlich in einem Zentrum des Bauelements 1 ein zylindrisches Kernelement 13 aus Vollholz angeordnet (durch gestrichelte Linien dargestellt). Eine Längsausdehnung des Kernelements 13 ist hierbei parallel zu einer Längsausdehnung des Bauelements 1 angeordnet. Das Kernelement 13 wird vom Verbundwerkstoff vollständig umgeben. Durch Anordnung des Kernelements 13 im Zentrum des Bauelements 1 ist dieses in vorteilhafter Weise zusätzlich versteift und kann somit höheren Belastungen im Betrieb ausgesetzt werden.
Fig. 6 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Bauelementen 1. In einem ersten Schritt S1 wird ein Ausgangselement, insbesondere ein Holzstamm oder eine Bambusstange, einer Zerkleinerungseinrichtung und/oder Umformungseinrichtung zugeführt. In einem weiteren Schritt S2 wird das Ausgangselements dann mittels einer als Walzeinrichtung ausgebildete Zerkleinerungseinrichtung und/oder Umformungseinrichtung zu einem Grundrohstoff 2, insbesondere zu Pflanzenfasern, umgeformt bzw. gewalzt.
In einem weiteren Schritt S3 wird der Grundrohstoff 2 dann auf eine Temperatur in einem Bereich von 120°C bis 220°C erwärmt, um so Hemicellulosen im Grundrohstoff 2 zu zerstören und den Grundrohstoff 2 so ohne das Einbringen von zusätzlichen Imprägniermitteln besser gegen Einwirkungen aus der Umwelt zu schützen.
In einem weiteren Schritt S4 wird der Grundrohstoff 2 in Verbindung mit einem Klebstoff 2 dann zu einer flächigen Schicht 9-1 , 9-2 9-3 weiterverarbeitet. In einem Schritt S5 werden mehrere Schichten 9-1 , 9-2 9-3 dann mittels einer Presseinrichtung zu einem Bauteil 1 gepresst.
Bezugszeichenliste
1 Bauelement
2 Grundrohstoff
3 Klebstoff
4 Befestigungsabschnitt
5 Schiene
6 Stützelement
7 Aussparung
8 Befestigungsmittel
9-1 erste Schicht
9-2 weitere Schicht
9-3 Klebstoffschicht
10 Zwischenschicht
11 Zapfenelement
12 Ummantelung
13 Kernelement
20 Gleisbett
21 erste Vorzugsrichtung
22 weitere Vorzugsrichtung
23 Gleisoberbau
24 Andrückelement
51 Schritt des Zuführens
52 Schritt des Zerkleinerns oder Umformens
53 Schritt der Wärmebehandlung
54 Schritt des Erzeugens
55 Schritt des Pressens

Claims

Patentansprüche Bauelement (1), insbesondere Bahnschwelle, zur Verwendung im Gleisbau, wobei das Bauelement (1) einen Verbundwerkstoff mit einem Grundrohstoff (2) und einem Klebstoff (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundrohstoff (2) des Verbundwerkstoffs Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, aufweist. Bauelement (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (3) Polyharnstoff und/oder Polyurethan und/oder Lignocellulose aufweist. Bauelement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) mindestens einen Befestigungsabschnitt (4) zur Befestigung einer Schiene (5) und mindestens ein Stützelement (6) aufweist, wobei in dem mindestens einen Befestigungsabschnitt (4) das mindestens eine Stützelement (6) angeordnet ist, wobei das mindestens eine Stützelement (6) Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, und/oder Polyharnstoff aufweist. Bauelement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Befestigungsabschnitt (4) eine Aussparung (7) zur Anordnung eines Befestigungsmittels (8) aufweist, wobei das mindestens eine Stützelement (6) die Aussparung (7) zumindest teilweise umgibt und/oder ausfüllt. Bauelement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) mehrere Schichten (9) aufweist, wobei mindestens eine Schicht (9) den Grundrohstoff (1) und/oder den Klebstoff (3) aufweist. Bauelement (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schichten (9) mindestens eine Zwischenschicht (10) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Zwischenschicht (10) Polyharnstoff aufweist, insbesondere wenn der Klebstoff keinen Polyharnstoff aufweist. Bauelement (1) nach vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) mindestens ein Zapfenelement (11) zur Versteifung des Bauelements (1) aufweist, wobei das mindestens eine Zapfenelement (11) das Bauelement (1) zumindest teilweise durchdringt. Bauelement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) eine Ummantelung (12) aufweist. Bauelement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) mindestens ein Kernelement (13) aufweist, wobei das Kernelement (13) zumindest teilweise von dem Verbundwerkstoff umgeben ist. Verfahren zur Herstellung von Bauelementen (1), insbesondere Bahnschwellen, zur Verwendung im Gleisbau, wobei das Verfahren umfasst:
Zuführen (S1) mindestens eines Ausgangselements zu mindestens einer Zerkleinerungseinrichtung und/oder Umformungseinrichtung, wobei das Ausgangselement Cellulose, insbesondere Cellulose-Fasern, besonders bevorzugt Pflanzenfasern, aufweist;
Zerkleinern und/oder Umformen (S2) des Ausgangselements mittels der Zerkleinerungseinrichtung und/oder Umformungseinrichtung zu einem Grundrohstoff (2);
Erzeugen (S4) mindestens einer Schicht (9), wobei die Schicht (9) den Grundrohstoff (1) und einen Klebstoff (3) aufweist;
Pressen (S5) einer oder mehrerer Schichten (9) mittels einer Presseinrichtung zu mindestens einem Bauelement (1), insbesondere einer Bahnschwelle. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter umfasst:
Wärmebehandlung (S3) des Grundrohstoffs (1) bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen 120°C und 220°C.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4105159A (en) * 1976-10-06 1978-08-08 Brown Gordon Eldred Composite railroad tie
US4108377A (en) * 1975-06-20 1978-08-22 Edward Potter Non-metallic-reinforced molded crosstie
WO2003078735A1 (en) * 2002-03-12 2003-09-25 Gerald Hallissy Composite railroad ties with optional integral conduit
CN107009457A (zh) * 2017-05-08 2017-08-04 北京交通大学 一种竹胶轨枕及其制备方法
EP3396066A1 (de) * 2017-04-24 2018-10-31 Wolfgang Kugi Bahnschwelle
CN110396872A (zh) * 2019-07-26 2019-11-01 江苏文嘉勄木塑装备制造有限公司 一种竹材组合枕木材料
US20220098799A1 (en) * 2019-01-23 2022-03-31 Hunan Taohuajiang Bamboo Science & Technology Co., Ltd. Assembled bamboo sleeper and preparation method thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4108377A (en) * 1975-06-20 1978-08-22 Edward Potter Non-metallic-reinforced molded crosstie
US4105159A (en) * 1976-10-06 1978-08-08 Brown Gordon Eldred Composite railroad tie
WO2003078735A1 (en) * 2002-03-12 2003-09-25 Gerald Hallissy Composite railroad ties with optional integral conduit
EP3396066A1 (de) * 2017-04-24 2018-10-31 Wolfgang Kugi Bahnschwelle
CN107009457A (zh) * 2017-05-08 2017-08-04 北京交通大学 一种竹胶轨枕及其制备方法
US20220098799A1 (en) * 2019-01-23 2022-03-31 Hunan Taohuajiang Bamboo Science & Technology Co., Ltd. Assembled bamboo sleeper and preparation method thereof
CN110396872A (zh) * 2019-07-26 2019-11-01 江苏文嘉勄木塑装备制造有限公司 一种竹材组合枕木材料

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