Bayer MaterialScience: Polyurethan-Bahnschwellen im CHEMPARK Leverkusen

Wenn es um Materialien für Eisenbahnschwellen geht, setzen europäische Gleisnetzbetreiber seit vielen Jahren auf Holz oder Beton. Insbesondere für die als wenig umweltverträglich eingestuften Holzschwellen bietet sich für die Zukunft jedoch eine Weichenstellung zugunsten des Polyurethan (PUR)-Verbundwerkstoffs Eslon Neo Lumber FFU der SEKISUI CHEMICAL CO. LTD., Tokio, an, denn dieser zeichnet sich unter anderem durch eine deutlich größere Haltbarkeit der Schwellen und entsprechend niedrigere Lebenszykluskosten aus. Im Heimatland des Unternehmens haben sich die Kunststoffschwellen bereits seit mehr als einem Vierteljahrhundert bewährt. Sie wurden dort unter anderem auf Trassen des Hochgeschwindigkeitszugs Shinkansen verlegt.

Nach mehreren erfolgreichen Anwendungen im europäischen Ausland erlebten die FFU-Schwellen aus Polyurethan jetzt ihre Deutschland-Premiere: Im CHEMPARK Leverkusen wurde kürzlich eine Weichenverbindung montiert, die den Gleisanschluss des Produktionsstandorts an das Netz der Deutschen Bahn verbessern soll. Das knapp 74 Meter lange Bauteil wurde von der voestalpine BWG GmbH & Co. KG im Werk Butzbach hergestellt, Lieferant der insgesamt 136 Schwellen ist SEKISUI CHEMICAL, und das Polyurethan-System auf Basis eines langglasfaserverstärkten Baydur® 60 Integralschaumstoffs stammt von der Sumika Bayer Urethane Co., Ltd., dem japanischen Polyurethan-Systemhaus im globalen BaySystems® Netzwerk von Bayer MaterialScience (www.bayermaterialscience.de).

Ganz gleich, ob schnelle Personen- oder schwere Güterzüge über die Gleise rollen - die Anforderungen an Eisenbahnschwellen sind sehr hoch. Sie müssen mechanisch stark belastbar und außerdem über einen langen Zeitraum dimensions- und witterungsbeständig sein, um die Bedingungen für einen sicheren Bahnbetrieb und geringe Wartungskosten zu erfüllen. "Häufige Temperaturwechsel, UV-Strahlung und permanente Luftfeuchtigkeit setzen vor allem Holzschwellen schon nach relativ kurzer Zeit zu. Die Ausbesserung einer Schienentrasse ist nicht nur mit einem erheblichen materiellen, organisatorischen und Personalaufwand, sondern auch mit daraus resultierenden hohen internen und externen Kosten verbunden", erläutert Bodo Blume, Verkaufsleiter bei der SEKISUI CHEMICAL GmbH, Düsseldorf. Das Unternehmen geht bei den Polyurethan-Schwellen von einer Lebensdauer von mindestens 50 Jahren aus. "Dadurch verlängern sich auch die Wartungszyklen erheblich, mit entsprechenden Kostenvorteilen für den Netzbetreiber", so Blume weiter. Überdies trägt der präzise und schnelle Einbau auch einzelner Schwellen zur Senkung der Baukosten bei.

Die Biegefestigkeit der Polyurethan-Schwellen ist selbst nach 15 Jahren noch deutlich höher als bei Holz. Dies zeigte sich auch bei einem zyklischen Biege- und Dauerbelastungstest: Während bei einem Druck von 40 Megapascal bei etwa 50.000 Zyklen bereits mehrere Naturholzschwellen brachen, überstanden alle geprüften PUR-Schwellen sogar 1.000.000 Zyklen bei der mehr als doppelt so hohen Belastung von 94 Megapascal. Dank dieser guten mechanischen Eigenschaften eignet sich das Material auch für den Bau von Hochgeschwindigkeitstrassen, die sich im Falle des Shinkansen bereits seit mehr als 20 Jahren bewährt haben. "Das Polyurethanmaterial sieht aus wie Holz und vereint alle positiven Eigenschaften des Naturprodukts mit denen eines modernen Verbundwerkstoffs. Die PUR-Schwellen lassen sich mit den von der Holzverarbeitung her bekannten Werkzeugen sägen, fräsen, schrauben, nageln und verkleben - sogar noch dauerhafter als Holz", betont Thorsten Eschmeier, Leiter des Marketingbereichs Diversified Industries bei BaySystems in der Region Europa, Naher Osten, Afrika (EMEA). BaySystems® ist die Dachmarke für das globale Polyurethan-Systemgeschäft von Bayer MaterialScience und steht für das über Jahrzehnte gewachsene Polyurethan-Know-how des Unternehmens und für eine intensive Zusammenarbeit mit Kunden.

"Im Vergleich zu Beton zeichnet sich das Polyurethanmaterial durch ein deutlich niedrigeres Gewicht und vor allem durch eine reproduzierbare Ebenheit aus, die vor allem bei Weichen sehr wichtig ist", sagt Heinz Holtschke, Eisenbahnbetriebsleiter im CHEMPARK Leverkusen. "Eine gegenüber dem konventionellen Gleisbau mehr als dreifach prognostizierte Liegezeit macht vor dem Hintergrund hoher Arbeitskosten diese Weichen bzw. Gleisschwellen auch für nicht-bundeseigene Eisenbahninfrastrukturbetreiber interessant. Aufgrund ihrer Leichtgewichtigkeit sind die Schwellen auch sehr gut für den Einsatz auf Brücken geeignet", fügt Holtschke hinzu. Auf der Gesamtlänge der Weichenverbindung in Leverkusen sind insgesamt 136 Schwellen untergebracht, deren Einzellängen zwischen 2,20 Meter und 4,50 Meter variieren. Hier zeigt sich ein weiterer Vorteil des PUR-Verbundwerkstoffs: Die Schwellen werden bei Sekisui in nahezu beliebigen Längen und Querschnitten bis zu einem aktuellen Höchstmaß von 9,60 Metern gefertigt. Im Falle von Betonschwellen benötigt man dagegen für jede Länge eine eigene Form.

Aufgrund der geschlossenzelligen Struktur von Eslon Neo Lumber FFU (FFU steht für fiber reinforced foamed urethane, also faserverstärktes geschäumtes Urethan) kommt es auch bei größeren Niederschlagsmengen nur zu einer äußerst geringen Wasseraufnahme. Die günstigen elektrischen Isolationseigenschaften werden deshalb nicht beeinträchtigt. Sie sind vor allem beim winterlichen Einsatz wichtig, wenn die Weichen gegebenenfalls aufgeheizt werden sollen. Der Werkstoff ist darüber hinaus beständig gegen Hydrolyse, Fette und Öle sowie gegen Streusalz.

Vorteilhaft ist auch die ökologische Verträglichkeit der PUR-Schwellen. Ihre Herstellung ist ohne die bei Holzschwellen übliche Imprägnierung möglich. Einmal benutzte Elemente lassen sich in der Regel wieder verwenden. Nicht mehr benötigte Schwellen können dem Recycling zugeführt werden, so wie es bereits jetzt mit Materialresten aus der Produktion geschieht.

Aufgrund der genannten Vorteile empfiehlt sich der Einsatz der Polyurethan-Schwellen vor allem für Weichen, in Tunnelstrecken, auf Brücken, aber auch im Streckengleisbau. In Japan werden zurzeit über 90.000 Polyurethan-Schwellen im Jahr verlegt, insgesamt sind es dort bisher mehr als 1,3 Millionen Einheiten.

Bei der Herstellung der Schwellen, die bei SEKISUI CHEMICAL nach dem Pultrusions- oder Strangziehverfahren erfolgt, werden die Verstärkungsfasern mit dem Polyurethansystem getränkt und der Verbund dann bei erhöhter Temperatur ausgehärtet. Der gesamte Prozess wird durch ein Ziehwerkzeug in Gang gehalten, das das fertige Profil aus dem Härtungswerkzeug herauszieht. Dies ermöglicht eine wirtschaftliche Produktion bei konstanter Qualität. Dank der hohen Designfreiheit, die das Material bietet, sind auch kundenspezifische Sonderausführungen möglich.

Bild: Eisenbahnschwellen aus Polyurethan zeichnen sich unter anderem durch eine deutlich größere Haltbarkeit der Schwellen und entsprechend niedrigere Lebenszykluskosten aus. Überdies trägt der präzise und schnelle Einbau auch einzelner Schwellen zur Senkung der Baukosten bei. Der Werkstoff ist deutlich leichtgewichtiger als Beton. Die Schwellen lassen sich in nahezu beliebigen Längen und Querschnitten fertigen.

Bayer MaterialScience AG, Leverkusen

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