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DE19909000A1 - Building element comprises at least one fire resistant layer which serves as fire protection and forms an integral part the building element - Google Patents

Building element comprises at least one fire resistant layer which serves as fire protection and forms an integral part the building element

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DE19909000A1
DE19909000A1 DE19909000A DE19909000A DE19909000A1 DE 19909000 A1 DE19909000 A1 DE 19909000A1 DE 19909000 A DE19909000 A DE 19909000A DE 19909000 A DE19909000 A DE 19909000A DE 19909000 A1 DE19909000 A1 DE 19909000A1
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DE
Germany
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fiber
fire
plastic composite
component
layer
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DE19909000A
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German (de)
Inventor
Robert Huber
Dirk Huybrechts
Volker Banhardt
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ABB Research Ltd Switzerland
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
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Publication date
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Abstract

Bauelemente (1, 11, 12), die aus einem Faser-Kunststoff-Verbund (2) gefertigt sind, kommen wegen der einfachen Herstellungsverfahren und des geringen Gewichts gegenüber gleichen Bauteilen aus anderen Materialien immer mehr zum Einsatz. Die leichte Entflammbarkeit dieser Bauelemente (1, 11, 12) bei einem Brand ist hierbei jedoch von Nachteil. Um das zu vermeiden, wird die Oberfläche (1A, 11A, 12A) eines jeden erfindungsgemäßen Bauelements (1, 11, 12) aus jeweils mindestens einer gegen Brand resistenten Schicht (3) gefertigt und mit dem Bauelement (1, 12, 13) zu einer Einheit integriert.Components (1, 11, 12) that are made of a fiber-plastic composite (2) are used more and more because of the simple manufacturing process and the low weight compared to the same components made of other materials. However, the flammability of these components (1, 11, 12) in the event of a fire is a disadvantage. In order to avoid this, the surface (1A, 11A, 12A) of each component (1, 11, 12) according to the invention is made from at least one fire-resistant layer (3) and closed with the component (1, 12, 13) integrated into one unit.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bauelement sowie ein Verfahren zu dessen Her­ stellung gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 4.The invention relates to a component and a method for the manufacture thereof position according to the preamble of claims 1 and 4.

Bauelemente, die aus einem Werkstoff in Form eines Faser-Kunststoff-Verbunds gefer­ tigt sind, kommen wegen der einfachen Herstellungsverfahren und des geringen Ge­ wichts gegenüber gleichen Bauteilen aus anderen Materialen immer mehr zum Einsatz. Ein wesentlicher Nachteil dieser Bauelemente besteht jedoch darin, daß die zur Her­ stellung des Faser-Kunststoff-Verbunds verwendeten Harzsysteme ein ungenügendes Brandverhalten aufweisen, das in vielen Fällen die gestellten Anforderungen nicht er­ füllt.Components made from a material in the form of a fiber-plastic composite are due to the simple manufacturing process and the low Ge weight compared to the same components made of other materials. A major disadvantage of these components is that the Her Position of the fiber-plastic composite used an insufficient resin systems Fire behavior, which in many cases does not meet the requirements fills.

Es wurden schon mehrere Ansätze unternommen, Bauelemente aus Faser-Kunststoff- Verbund so zu fertigen, daß sie diesen Anforderungen genügen. So wurde versucht, das Brandverhalten durch das Einmischen von Additiven in Form von Aluminium­ oxidtrihydrat oder Ammonuimpolyphosphat in das Harzsystem zu verbessern. Ein in­ trinsischer Brandschutz mit Agenzien, die in das Harzsystems eingebaut sind, haben bisher auch nur zu unbefriedigenden Ergebnissen geführt.Several approaches have already been taken, components made of fiber-plastic To manufacture composite so that they meet these requirements. So it was tried the fire behavior by mixing in additives in the form of aluminum to improve oxide trihydrate or ammonium polyphosphate in the resin system. An in Trinsischer fire protection with agents that are built into the resin system so far only led to unsatisfactory results.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aus Faser-Kunststoff-Verbund herge­ stelltes Bauelement so gegen Brand zu schützen, daß mindestens die an Wagenkasten von Schienenfahrzeugen gestellten Forderungen bezüglich des Brandschutzes voll er­ füllt werden. Ferner soll ein Verfahren aufgezeigt werden, mit dem ein solches Bauele­ ment herstellt werden kann. The invention has for its object a herge made of fiber-plastic composite posed component so to protect against fire that at least those on car body demands made by rail vehicles regarding fire protection fully be filled. Furthermore, a method is to be demonstrated with which such a component ment can be manufactured.  

Der erste Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.The first part of the task is solved by the features of patent claim 1.

Ein Verfahren zur Herstellung eines gegen Brand geschützten Bauelements aus Faser- Kunststoff-Verbund ist im Patentanspruch 4 offenbart.A method for producing a fire-protected component from fiber Plastic composite is disclosed in claim 4.

Weitere erfinderische Merkmaie sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.Further inventive features are characterized in the dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher er­ läutert.The invention is based on schematic drawings he he purifies.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen vergrößerten Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Bauelement, FIG. 1 shows an enlarged section of an inventive device,

Fig. 2 den Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs, dessen Begrenzungswände aus er­ findungsgemäßen Bauelementen hergestellt sind. Fig. 2 shows the body of a rail vehicle, the boundary walls are made of components according to the invention.

Das in Fig. 1 im Ausschnitt dargestellte Bauelement 1 ist aus einem Faser-Kunststoff- Verbund gefertigt, und an seiner ersten Oberfläche 1A mit einem Brandschutz 3 verse­ hen. Der Brandschutz 3 wird durch eine Schicht gebildet, die bei der Herstellung des Bauelements 1 mit diesem zu einer untrennbaren Einheit verbunden wird. Die Schicht 3 wird durch ein Vlies 4 gebildet, das aus anorganischen Fasern 5 gefertigt ist. Zwischen den Fasern 5 des Vlieses 4 sind Teilchen 6 aus einem anorganischen Werkstoff einge­ bettet. Die Teilchen 6 werden aus einem Werkstoff gefertigt, der sich oberhalb einer definierten Temperatur aufbläht. Die Teilchen 6 werden vorzugsweise aus Graphit oder Silikat hergestellt. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur die Oberfläche 1A des Bauelements 2 gegen Brand geschützt. Erfindungsgemäß kann jedoch auch seine zweite Oberfläche 1B mit einem solchen Brandschutz versehen werden (hier nicht dargestellt).The component 1 shown in Fig. 1 is made of a fiber-plastic composite, and hen on its first surface 1 A with fire protection 3 verses. The fire protection 3 is formed by a layer which is connected to the component 1 to form an inseparable unit during the production thereof. The layer 3 is formed by a fleece 4 , which is made of inorganic fibers 5 . Between the fibers 5 of the fleece 4 , particles 6 of an inorganic material are embedded. The particles 6 are made of a material that inflates above a defined temperature. The particles 6 are preferably made of graphite or silicate. In the illustrated embodiment, only the surface is protected 1 A of the component 2 against fire. According to the invention, however, its second surface 1 B can also be provided with such fire protection (not shown here).

Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Wagenkasten 10, der senkrecht zur Längsachse des Wagenkastens verläuft. Der Wagenkasten 10 gehört zu einem Schie­ nenfahrzeug (hier nicht dargestellt). Er ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbei­ spiel unter anderem aus zwei Bauelementen zusammengebaut, die als innere und eine äußere Begrenzungswand 11 und 12 ausgebildet sind. Beide Begrenzungswände sind aus einem Faser-Kunststoff-Verbund gefertigt. Sie sind bei dem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel in einem definierten Abstand voneinander angeordnet. Der Raum 13 zwischen den beiden Begrenzungswänden 11 und 12 ist entsprechend der jeweili­ gen Bauweise mit einem Füllstoff (hier nicht dargestellt) versehen, womit die erforderli­ che Steifigkeit des Wagenkastens 10 sichergestellt wird. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die Bauweise eines Wagenkastens mit zwei im Abstand angeordneten Begrenzungswände 11 und 12. Vielmehr werden alle Formen von Wagenkasten hiermit erfaßt, deren Bauelemente nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wer­ den. Fig. 2 shows a vertical section through a car body 10 , which is perpendicular to the longitudinal axis of the car body. The car body 10 belongs to a rail vehicle (not shown here). He is in the game Ausführungsbei shown here assembled from two components, which are designed as an inner and an outer boundary wall 11 and 12 . Both boundary walls are made of a fiber-plastic composite. In the exemplary embodiment not shown here, they are arranged at a defined distance from one another. The space 13 between the two boundary walls 11 and 12 is provided with a filler (not shown here) in accordance with the respective construction, which ensures the required rigidity of the body 10 . However, the invention is not limited to the construction of a car body with two boundary walls 11 and 12 arranged at a distance. Rather, all forms of car bodies are hereby covered, the components of which are produced by the method according to the invention.

Bei dem hier dargestellten Wagenkasten 10 sind die nach außen gerichtete Oberfläche 11A der Begrenzungswand 11 sowie die den Innenraum des Wagenkastens 10 be­ grenzende Oberfläche 12A der Begrenzungswand 12 durch Brand gefährdet. Deshalb werden bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel diese beiden Oberflächen 11A und 12A mit einem Brandschutz in Form der speziellen Schicht 3 versehen. Die Be­ grenzungswände 11 und 12 werden in der gleichen Weise wie das in Fig. 1 dargestellte und in der zugehörigen Beschreibung erläuterte Bauelement 1 hergestellt. Um die spe­ zielle Form der Begrenzungswände 11 und 12 zu erreichen, werden hierfür Formen (hier nicht dargestellt) verwendet. Diese werden zunächst mit einer Schicht 3 aus dem oben beschriebenen Vlies 4 gemäß Fig. 1 ausgelegt, derart, daß jede Form vollständig bedeckt ist, und eine geschlossene Fläche gebildet wird. Eine solche Schicht 3 bildet in beiden Fällen nach der Fertigstellung der Begrenzungswände 11 und 12 deren Ober­ flächen 11A und 12A. Auf dem so angeordneten Vlies 4 werden zur Ausbildung des Faser-Kunststoff-Verbunds 2 Fasern 20 aus Glas, Kohle oder Aramid, wie in Fig. 1 dar­ gestellt, in einer solchen Menge aufgetragen, daß jede Begrenzungswand 11, 12 nach der Fertigstellung unter Berücksichtigung der Schicht 3 die gewünschte Dicke aufweist. Anschließend werden diese Fasern 20 mit einer solchen Menge an aushärtbarem Harz 21 infiltriert, daß sowohl die Fasern 20 als auch die darunter befindliche Schicht 3 voll­ ständig damit getränkt werden. Für die Ausbildung des Faser-Kunststoff-Verbund 2 können alle hierfür geeigneten Harze verwendet werden. Das Harz 21 wird nach dem Tränken der Fasern 20 und der Schicht 3 ausgehärtet. Dabei wird in beiden Fällen die Schicht 3 in den Faser-Kunststoff-Verbund 2 integriert. Die zweiten Oberflächen 11B und 12B der Begrenzungswände 11 und 12, zwischen denen sich der Raum 13 befin­ det, sind in den meisten Fällen nicht durch Brand gefährdet. Das Ausbilden dieser Oberflächen 11B und 12B aus je einer Schicht 3 ist deshalb nicht erforderlich. Falls es jedoch auf Grund von Brandschutzbestimmungen erforderlich sein sollte, können auch dieser Oberflächen 11B und 12B in gleicher Weise ausgebildet werden, wie das bei den Oberflächen 12A und 13A der Fall ist.In the car body 10 shown here, the outward surface 11 A of the boundary wall 11 and the interior of the car body 10 be bordering surface 12 A of the boundary wall 12 are at risk of fire. Therefore, in the exemplary embodiment shown here, these two surfaces 11 A and 12 A are provided with fire protection in the form of the special layer 3 . Be the boundary walls 11 and 12 are manufactured in the same way as the component 1 shown in FIG. 1 and explained in the associated description. In order to achieve the special shape of the boundary walls 11 and 12 , shapes (not shown here) are used for this. These are first laid out with a layer 3 of the above-described fleece 4 according to FIG. 1 in such a way that each form is completely covered and a closed surface is formed. Such a layer 3 forms in both cases after the completion of the boundary walls 11 and 12 whose upper surfaces 11 A and 12 A. On the fleece 4 arranged in this way, 2 fibers 20 made of glass, carbon or aramid are used to form the fiber-plastic composite. as shown in Fig. 1, applied in such an amount that each boundary wall 11 , 12 after completion taking into account layer 3 has the desired thickness. Subsequently, these fibers 20 are infiltrated with such an amount of hardenable resin 21 that both the fibers 20 and the layer 3 located underneath are completely impregnated therewith. All suitable resins can be used to form the fiber-plastic composite 2 . The resin 21 is cured after soaking the fibers 20 and the layer 3 . In both cases, layer 3 is integrated into fiber-plastic composite 2 . The second surfaces 11 B and 12 B of the boundary walls 11 and 12 , between which the space 13 is located, are in most cases not at risk of fire. It is therefore not necessary to form these surfaces 11 B and 12 B from a layer 3 . However, if it should be necessary due to fire protection regulations, these surfaces 11 B and 12 B can also be formed in the same way as is the case with surfaces 12 A and 13 A.

Zur Überprüfung der Beständigkeit der erfindungsgemäßen Bauelemente 1, 11, 12 ge­ gen Brand werden hiervon Probekörper (hier nicht dargestellt) mit Abmessungen von 500 mm × 190 mm mit einer bezüglich Düse und Volumen des Gasstroms geregelten Gasflamme drei Minuten lang beflammt. Der Abstand der Flamme zum jeweiligen Pro­ bekörper beträgt 50 mm und der Luftdurchsatz im Versuchsraum ist geregelt. Die Ver­ suchsanordnung, die zur Klassifizierung S4 gemäß DIN 5510-2 verwendet wird, ist in DIN 54 837 spezifiziert. Nach drei Minuten wird die Flamme entfernt. Neben dem Ent­ flammungszeitpunkt und der Größe der zerstörten Fläche ist das Kriterium der Nach­ brenndauer sehr wesentlich. Unter dem Begriff des Nachbrennens wird der Zeitraum verstanden, der vom Entfernen der Flamme nach drei Minuten Beflammungsdauer bis zum völligen selbständigen Erlöschen der am Probekörper entstandenen Flamme ver­ geht. Der Mittelwert der Nachbrenndauer von fünf beflammten Probekörpern darf 10 Sekunden nicht überschreiten, um die Klassifizierung S4 zu erreichen. Bei den obigen Versuchen wurde festgestellt, daß beim Beflammen nur das in der Schicht 3 befindliche Harz 21 verbrennt. Gleichzeitig entfaltet die Schicht 3 ihre auf Isolation und Intumes­ zenz (Aufblähen) beruhende Brandschutzwirkung.To check the resistance of the components 1 , 11 , 12 against fire according to the invention, test specimens (not shown here) with dimensions of 500 mm × 190 mm are flamed for three minutes with a gas flame regulated with respect to the nozzle and volume of the gas flow. The distance between the flame and the respective test specimen is 50 mm and the air throughput in the test room is regulated. The test arrangement used for classification S4 according to DIN 5510-2 is specified in DIN 54 837. After three minutes the flame is removed. In addition to the time of ignition and the size of the destroyed area, the criterion of after-burning time is very important. The term afterburning is understood to mean the period of time that elapses from the flame being removed after three minutes of flame treatment until the flame that has formed on the test specimen is completely extinguished. The mean of the afterburn time of five flamed test specimens must not exceed 10 seconds in order to achieve classification S4. In the above experiments, it was found that only the resin 21 in the layer 3 burns when the flame is applied. At the same time, layer 3 develops its fire protection effect based on isolation and intumescence (puffing up).

Claims (6)

1. Bauelement aus einem Faser-Kunststoff-Verbund (2), dadurch gekennzeich­ net, daß die gegen Brand geschützten Oberflächen (1A, 11A, 12A) des Bauelements (1, 11, 12) aus jeweils mindestens einer gegen Brand resistenten Schicht (3) gefertigt und mit dem Bauelement (1, 12, 13) zu einer Einheit zusammengefügt sind.1. Component made of a fiber-plastic composite ( 2 ), characterized in that the surfaces protected against fire ( 1 A, 11 A, 12 A) of the component ( 1 , 11 , 12 ) each have at least one fire-resistant Layer ( 3 ) and are assembled with the component ( 1 , 12 , 13 ) to form a unit. 2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede gegen Brand geschützte Oberfläche (1A, 11A, 12A) aus einer Schicht (3) in Form eines Vlie­ ses (4) gefertigt ist, das aus anorganischen Fasern (5) besteht, in die anorganische Teilchen (6) eingebettet sind.2. Component according to claim 1, characterized in that each fire-protected surface ( 1 A, 11 A, 12 A) is made of a layer ( 3 ) in the form of a fleece ( 4 ) made of inorganic fibers ( 5 ) exists, in which inorganic particles ( 6 ) are embedded. 3. Bauelement, nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faser-Kunststoff-Verbund (2) unmittelbar an die anorganischen Fasern (5) der Schicht (3) angrenzt, und daß die anorganischen Teilchen (6) und die Fasern der Schicht (3) sowie die Fasern (20) des Faser-Kunststoff-Verbunds (2) von dem den Fa­ ser-Kunststoff-Verbund bildenden Harz (21) infiltriert sind.3. Component, according to one of claims 1 or 2, characterized in that the fiber-plastic composite ( 2 ) directly adjoins the inorganic fibers ( 5 ) of the layer ( 3 ), and that the inorganic particles ( 6 ) and the Fibers of the layer ( 3 ) and the fibers ( 20 ) of the fiber-plastic composite ( 2 ) are infiltrated by the resin ( 21 ) forming the fiber-plastic composite. 4. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements aus einem Faser-Kunststoff- Verbund, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen Brand geschützten Oberflächen (1A, 11A, 12A) des Bauelements (1, 11, 12) aus jeweils mindestens einer gegen Brand resi­ stenten Schicht (3) gefertigt und mit dem Bauelement (1, 12, 13) zu einer Einheit zu­ sammengefügt werden.4. A method for producing a component from a fiber-plastic composite, characterized in that the surfaces protected against fire ( 1 A, 11 A, 12 A) of the component ( 1 , 11 , 12 ) each have at least one against fire resi Stent layer ( 3 ) manufactured and together with the component ( 1 , 12 , 13 ) to form a unit. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ausbil­ dung der gegen Brand geschützten Oberflächen (1A, 11A, 12A) wenigstens die den Faser-Kunststoff-Verbund (2) bildenden Fasern (20) auf einem Vlies (4) aus anorgani­ schen Fasern (5) mit dazwischen eingebetteten anorganischen Teilchen (6) angeordnet und dann zusammen mit dem Vlies (4) mit dem den Faser-Kunststoff-Verbund (2) bil­ denden Harze (21) infiltriert werden, und daß das Harz (21) daraufhin unter Bildung ei­ ner Einheit zwischen Vlies (4) und Faser-Kunststoff-Verbund (2) ausgehärtet wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that for the training of the fire-protected surfaces ( 1 A, 11 A, 12 A) at least the fiber-plastic composite ( 2 ) forming fibers ( 20 ) on a nonwoven ( 4 ) of inorganic fibers ( 5 ) with inorganic particles ( 6 ) embedded between them and then infiltrated together with the fleece ( 4 ) with the fiber-plastic composite ( 2 ) forming resins ( 21 ), and that Resin ( 21 ) is then cured to form a unit between fleece ( 4 ) and fiber-plastic composite ( 2 ). 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Ausbildung des Faser-Kunststoff-Verbunds (2) und die Infiltration der Schicht (3) alle hierfür geeigneten Harze verwendet werden können.6. The method according to any one of claims 4 or 5, characterized in that for the formation of the fiber-plastic composite ( 2 ) and the infiltration of the layer ( 3 ) all suitable resins can be used.
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