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Hochleistungs-Elastomermischungen – die Alleskönner

«Wenn es um den Brandschutz bei Elastomermischungen geht, sind wir ganz vorne dabei», sagt Michael Forrer. Der Angst+Pfister-Ingenieur entwickelte für Bombardier zwei neue Bauteile: Ein Vertikalpuffer und eine Schichtfeder Sorgen dafür, dass die künftigen Passagiere einer neuen Strassenbahn ihre Fahrt geniessen können – bei höchster Sicherheit.
 



Wer demnächst entspannt in der Wiener Strassenbahn durch die City gleitet, verdankt den Fahrkomfort auch Bauteilen von Angst+Pfister. Sie wurden gemeinsam mit dem Hersteller Bombardier entwickelt und sollen im Projekt «Flexity Vienna» eingesetzt werden. «Bombardier machte uns exakte Vorgaben für die Entwicklung der Bauteile. Sie waren aber offen für Verbesserungsvorschläge», erzählt Michael Forrer. Für den zuständigen Senior Engineer für Schwingungstechnik am Angst+Pfister-Hauptsitz in Zürich war dies genügend Ansporn, die berühmte Extrameile zu gehen: «Wir besitzen eine hohe Expertise bei solchen Entwicklungen. Deshalb packten wir die Chanceu nd brachten neue Vorschläge ein.» So entstanden die neuen Bauteile im Co-Design mit dem Auftraggeber: «Mit unseren Inputs konnte Bombardier jeweils neue Finite-Element-Berechnungen durchführen – bis das Produkt höchsten Ansprüchen genügte», so Michael Forrer. Konkret geht es um eine Schichtfeder und einen Vertikalpuffer.

 

Für eine angenehme Reise

Die Vertikalpuffer befestigt Bombardier mit zwei Schrauben an dem Rahmen des Fahrwerks – wobei jedes Fahrwerk zwei dieser Vertikalpuffer benötigt. Die Fahrwerke bilden die Schnittstelle zwischen Wagenkasten und Schiene und sind für den Fahrkomfort, aber auch für die Sicherheit gegen Entgleisen verantwortlich. Fährt die Strassenbahn eine Kurve, so neigt sich der Wagenkasten gegen die Vertikalpuffer. «Er dient in erster Linie als Endstopp bei starker Belastung oder bei engen Kurven und nicht primär gegen Vibrationen», erklärt Michael Forrer. Die Puffer werden aber nicht nur seitlich belastet, sondern besitzen oben eine Gleitplatte aus Hochleistungskunststoff, die auch horizontalen Belastungen ausgesetzt ist. «Dabei darf kein Stick-Slip-Effekt auftreten», weiss Michael Forrer. «Sonst werden Schläge auf den Wagenkasten übertragen – die wären im Innern gut hörbar.» Gegen die Vibrationen aufgrund von Unebenheiten in den Gleisen oder Abrollgeräuschen kommen die Schichtfedern von Angst+Pfister zum Einsatz. Je zwei sind jeweils links und rechts von den Vertikalpuffern, zwischen den beiden Drehgestellachsen angebracht, um Vibrationen aufzufangen. Auch sie würden sonst in die Passagierräume übertragen.

 

Leistung steigern

«Insbesondere die Vertikalpuffer bildeten eine designtechnisch komplexe Aufgabe. » Die Ingenieure bei Angst+Pfister schlugen einige Änderungen vor – betreffend Elastomerkontur, Eigenschaften und der gesamten Materialwahl. Die Puffer bestehen – nebst dem Elastomer in der Mitte – aus einer Kunststoff-Gleitplatte im oberen Bereich und einem Metallteil an der Basis (siehe Bild). «Beispielsweise änderten wir das Material der Gleitplatte auf Polyethylen, ursprünglich wurden sie aus Polyamid gefertigt. Polyethylen hat jedoch tiefere Gleitreibkoeffizienten.» Das Resultat war eine dreifach höhere Gleitfähigkeit. «Je mehr Druck man auf das Bauteil gibt, desto besser gleitet es», so Michael Forrer. «Die beiden Teile mussten zahlreiche Tests bestehen.» Die Vertikalpuffer werden bei einem Lebensdauertest beispielsweise 800'000 mal zusammengedrückt. Die Leistungswerte des Bauteils dürfen zum Schluss nicht mehr als 25 Prozent von den Anfangswerten abweichen. Ganze neun Jahre sollen schliesslich die Puffer in Betrieb sein.

 

Eine Brandschutznorm, ein Elastomer

«Für Bauteile bis zu zwei Kilogramm reiner Elastomermasse brachte Angst+Pfister eine homogene Gummimischung auf den Markt, die den geforderten Brandschutzbestimmungen Sorge trägt. Es handelt sich hierbei um die Brandschutznorm EN45545. Die Produkte, die Angst+Pfister nun an Bombardier liefert, erreichen mühelos die Klassifizierung R24 – das ist unschlagbar. «Andere Anbieter ummanteln das tragende Elastomer mit einem Material, das die Brandschutznormen einhält. Dieses überdeckt dann allerdings auch allfällige Schwächen des Gummis – wie etwa Risse.» Deshalb bevorzugen Kunden eindeutig eine homogene Mischung. Hinzu kommt, dass Auftragnehmer, deren Know-how für eine brandgeschützte homogene Mischung fehlt, aufwendige Marktstudien machen müssen: Gemäss EN45545 (Abschnitt 4.7) müssen sie belegen, dass das Bauteil für sie nicht mit einer homogenen Mischung herstellbar ist. «Das ist ein ‚Hintertürchen’ in den Brandschutzbestimmungen. Angst+Pfister muss dank seiner homogenen Mischungen keinen zusätzlichen Aufwand für solche Marktstudien betreiben», sagt Michael Forrer stolz. Bei Elastomermischungen gilt: Je mehr flammhemmende Zusätze man beimischt, desto eingeschränkter ist die Leistung bei mechanischen Tests. «Das Austarieren zwischen Brandschutz und mechanischen Eigenschaften ist eine Kunst für sich», erklärt Michael Forrer. Zudem müsse der Gummi gegen eine Vielzahl von Umwelteinflüssen beständig bleiben. «Ozon, Kälte, Hitze, Verunreinigungen, aggressive Reinigungsmittel und so weiter setzen ihm zu.» Damit die Bauteile möglichst lange nicht ausgewechselt werden müssen, gibt Angst+Pfister seinen Kunden auch Instandhaltungsvorgaben mit.

 

Führend beim Brandschutz

Bei Bombardier ist man sehr zufrieden über die Zusammenarbeit mit Angst+Pfister. Die lösungsorientierte, proaktive Herangehensweise im Engineering ist vorbildlich. «Betreffend der Entwicklung von brandhemmenden Gummimischungen ist Angst+Pfister auf einem guten Weg und in einer sehr guten Position. Die Ingenieure verfügen über eine enorme Expertise. Sie erlaubt uns, bei der Qualität keine Kompromisse einzugehen», freut sich Andreas Wolf, Lead Engineer Suspension, bei Bombardier.

 

Vertikalpuffer dienen als Endestopp bei starker Belastung oder bei engen Kurven.

 

Schichtfedern fangen die Vibrationen auf, die sonst in die Passagierräume übertragen würden.

 

 

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veröffentlicht: 13.08.2020, 11:24:00  von: Angst+Pfister Group