Werkstoffe: Schlankheitskur für Dieselzüge

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Leichtbau ist Trumpf in der Automobilindustrie. Aber auch bei der Eisenbahn denkt man verstärkt über Schlankheitskuren zum Beispiel für Dieselzüge nach, um Treibstoffverbrauch und -kosten zu reduzieren und den Kohlendioxidausstoß zu senken. Auf der JEC Messe 2012 stellt Bayer MaterialScience ein neu entwickeltes Sandwichmaterial auf Basis des Polyurethan-Sprühsystems Baypreg vor, das für die Einhausung der Dieselmotoren sehr gut geeignet ist. Das fertige Bauteil ist um 35 Prozent leichter und um 30 Prozent kostengünstiger als das Gegenstück aus Stahl und Aluminium. Für diese effiziente Lösung wird der hergestellte Prototyp mit dem JEC Innovation Award 2012 ausgezeichnet.

Die Einhausung befindet sich im Zug unterhalb der Fahrgastzelle und oberhalb der Schienen. Dort muss sie den Motor vor Steinschlag schützen, also mechanisch hoch belastbar sein. Auch an die chemische Beständigkeit werden hohe Anforderungen gestellt, denn das Bauteil soll ein mögliches Auslaufen von Öl in das Gleisbett verhindern. Die größte Herausforderung ist jedoch die Einhaltung der strengen Brandschutzvorschriften gemäß der europäischen Norm CEN/TS 45545. Alle genannten Anforderungen werden von dem Verbundwerkstoff mit Polyurethan-Sprühsystem gut erfüllt.

Bisherige Sandwich-Konstruktionen im Leichtbaubereich basieren meist auf glasfaserverstärkten Strukturen mit Hartschaumkern. Die Bauteile werden in einem aufwändigen Verfahren und unter Verwendung konventioneller Epoxid- oder Polyesterharze produziert. Nach dem neuen Konzept werden die Teile mit einem Sprüh-Press-Prozess gleich in der dreidimensionalen, komplexen Form hergestellt. Es können Bauteile mit einer maximalen Fläche von bis zu 4 Quadratmetern realisiert werden – ein Rekord für dieses Herstellverfahren. Trotz der großen Teiledimension ermöglicht das Verfahren durch eine exzellente Formbeständigkeit eine passgenaue Montage in der finalen Baugruppe. Zusätzliche Funktionen und Elemente können einfach integriert werden. Hierdurch wird die Anzahl an Teilen einer Baugruppe deutlich reduziert.

Die Sandwich-Struktur basiert auf einem Wabenkern, der oben und unten mit Glasfasermatten belegt wird. Er wird von beiden Seiten mit dem Baypreg-System besprüht, das ein Flammschutzmittel und optional geschnittene Glasfasern enthält. Der noch feuchte Verbund wird in eine Form gelegt, wo er bevorzugt bei 130 °C verpresst wird. Das Polyurethansystem reagiert und schäumt leicht auf, wobei sich alle Komponenten fest und dauerhaft zusammenbinden.

Bereits nach rund zwei Minuten kann das Teil entformt und entgratet werden. Die Lackierung ist der letzte Schritt. Alternativ könnten auch Oberflächen-Technologien wie das In-Mold-Coating oder Varianten mit zum Beispiel Polycarbonat-Folien zum Einsatz kommen.

Bei dem hier vorgestellten Projekt PURTrain geht es um eine Machbarkeitsstudie zur Einhausung von Dieselmotoren für den Itino-Zug, die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wurde. Bei dem Projekt arbeitete Bayer MaterialScience eng mit den Firmen Bombardier, KraussMaffei Kunststofftechnik, der DECS GmbH und dem DLR Institut für Fahrzeugkonzepte zusammen. Außerdem waren das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie, die Universität Stuttgart und das Karlsruher Institut für Technologie beteiligt.

Für die Materialentwicklung konnte Bayer MaterialScience auf umfangreiche Erfahrungen aus eigenen Konzepten für Dachmodulkonstruktionen für Automobile zurückgreifen. Das Baypreg-Sprühsystem wird bereits für die Herstellung von Kofferraumböden, Reserverad-Abdeckungen und Panoramadach-Fächern eingesetzt.

Bild: Auch bei der Eisenbahn denkt man verstärkt über Schlankheitskuren zum Beispiel für Dieselzüge nach, um Treibstoffverbrauch und -Kosten zu reduzieren und den Kohlendioxidausstoß zu senken. Auf der JEC Messe 2012 stellt Bayer Material-Science ein neu entwickeltes Sandwichmaterial auf Basis des Polyurethan-Sprühsystems Baypreg vor, das für die Einhausung der Dieselmotoren sehr gut geeignet ist. Das fertige Bauteil ist um 35 Prozent leichter und um 30 Prozent kostengünstiger als das Gegenstück aus Stahl und Aluminium. Nach dem neuen Konzept werden die Teile mit einem Sprüh-Press-Prozess gleich in der dreidimensionalen, komplexen Form hergestellt. Es können Bauteile mit einer maximalen Fläche von bis zu 4 Quadratmetern realisiert werden – ein Rekord für dieses Herstellverfahren. Für diese effiziente Lösung wird der hergestellte Prototyp mit dem JEC Innovation Award 2012 ausgezeichnet.

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