Dimensions- und witterungsbeständige Alternative zu Holz: Bahnschwellen aus Polyurethan

Holz ist einer der ältesten Werkstoffe der Menschheit – und gleichzeitig sicher einer der faszinierendsten. Gleichwohl hat der Einsatz dieses sympathischen Materials auch seine Grenzen. So ist Holz als nachwachsender Rohstoff nicht beständig gegen Verwitterung. Auch die hohe Verzugsneigung des Materials hat Ingenieure in manchen Bereichen, in denen Holz traditionell Einsatz findet, nach Alternativen suchen lassen.

„Eslon Neo Lumber FFU“ ist ein extrem dimensionsbeständiges Compositmaterial aus einem langglasfaserverstärkten Baydur® 60 Typ der Sumika Bayer Urethane Co., Ltd., einer Beteiligungsgesellschaft der Bayer MaterialScience AG. Das japanische Unternehmen Sekisui Chemical bietet es bereits seit mehr als 20 Jahren erfolgreich als Konstruktionswerkstoff im asiatischen Markt an. Dort bewährt sich das anspruchsvolle Compositmaterial in unterschiedlichsten Bereichen – immer dort, wo man auf die einfache Verarbeitbarkeit von Holz nicht verzichten möchte, es aber aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen nicht einsetzen kann. Zu den häufigsten Anwendungen des Verbundwerkstoffs zählen Becken für Fischzucht, Silos, Stege, Erdverankerungen (hier als Betonersatz) und vor allem Bahnschwellen. Der japanische Hochgeschwindigkeitszug Schinkansen zum Beispiel fährt auf solchen Hochleistungs-Schwellen aus Polyurethan.

Nun erlebte der vielseitige Verbundwerkstoff seine Europa-Premiere. Im Rahmen eines Renovierungsprojekts wurden auf der Zollamtsbrücke in Wien die Gleise erstmals auf Bahnschwellen aus Polyurethan verlegt.

„Gerade beim Einsatz auf Brücken bietet der Werkstoff Eslon Neo Lumber FFU deutliche Vorteile gegenüber Holz“, erläutert Michael Schwittlinsky von der Sekisui Chemical Deutschland. „Temperaturwechsel, UV-Strahlung und insbesondere die permanente Luftfeuchtigkeit sorgen dafür, dass die Holzschwellen hier schneller verwittern als in anderen Einsatzbereichen. Das Problem ist, dass die Ausbesserung einer Schienentrasse nicht nur mit erheblichen Unannehmlichkeiten, sondern vor allem mit hohen Kosten verbunden ist.“ Daher machen sich in diesen und ähnlichen Anwendungsbereichen Werkstoffe, die in diesem Umfeld eine längere Lebensdauer aufweisen, schnell bezahlt.

Eslon Neo Lumber FFU (FFU steht für fiber reinforced foamed urethane) wird bei Sekisui in nahezu beliebigen Längenmaßen nach dem Pultrusion-Verfahren gefertigt. Es sieht aus wie Holz und vereint alle positiven Eigenschaften des Naturprodukts mit denen eines modernen Verbundwerkstoffs: Die Eslon Neo Lumber-Schwellen lassen sich mit den von der Holzverarbeitung her bekannten Werkzeugen schrauben, nageln und sägen sowie hervorragend verkleben – sogar haltbarer als Holz. Dabei überzeugen sie durch geringe lineare thermische Ausdehnungskoeffizienten und niedrige Wärmeleitfähigkeitswerte. Infolge der geschlossenzelligen Struktur des leichten Polyurethan-Glasfaser-Verbunds zeigen sie eine nur äußerst geringe Wasseraufnahme. Durch die Faserverstärkung reihen auch die hohen Druck- und Zugfestigkeiten das Material in die Spitzengruppe zeitgemäßer High-Tech-Konstruktionswerkstoffe ein.

Die hohe Beständigkeit des Werkstoffs gegen Hydrolyse, Fette und Öle tut ein übriges, um das „Polyurethan-Holz“ auch unter Langzeitbewitterung zu einem sehr zuverlässigen Material zu machen: Im Vergleich zu natürlichem Holz verliert Eslon Neo Lumber FFU auch während einer langen Einsatzdauer unter freiem Himmel nichts von seinen guten mechanischen Eigenschaften. Gegenüber Beton kann sich der Polyurethan-Glasfaser-Verbund zudem durch sein geringeres Gewicht und eine einfache, individuelle Bearbeitbarkeit vor Ort durchsetzen: Gerade Brücken älteren Datums erfordern bei der Installation von Bahnschwellen oftmals Individuallösungen, zudem lässt die Statik dieser Brücken in der Regel nur leichte Werkstoffe zu.

In Japan kommen Bahnschwellen aus Polyurethan nicht nur auf Brücken zum Einsatz, sondern auch in Tunneln, die in Meeresnähe liegen, häufig von Meerwasser überspült werden und einem aggressiven Mikroklima trotzen müssen. Aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Platzes sind Arbeiten hier sehr schwierig und aufwändig. Deshalb wird hier in der Regel die leichte und salzwasserbeständige Polyurethan-Lösung bevorzugt. Der japanische Hochgeschwindigkeitszug Schinkansen wird buchstäblich unterstützt von Schwellen auf Basis von Polyurethan.

Bei der Herstellung von Weichen werden Schwellen unterschiedlicher Länge eingesetzt. Beim Guss von Betonschwellen benötigt man für jede Länge eine eigene Form. Mit dem Pultrusionsverfahren hingegen ist problemlos jede individuelle Länge darstellbar. Polyurethan-Schwellen sind wesentlich leichter als Beton. Das ist vor allem bei den bis zu 10 Meter langen Weichen-Schwellen von Vorteil. Außerdem sind sie nicht so bruchanfällig.

Das gute elektrische Isolierverhalten der Kunststoffschwellen bewährt sich beim winterlichen Einsatz, wenn die Weichen aufgeheizt werden müssen, um ein Festfrieren zu vermeiden. Darüber hinaus ist der Werkstoff frost- und streusalzbeständig.