Untersuchung und Verbesserung von faserverstärkten Verkleidungen für leichte Schienenfahrzeuge

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Verbesserung der mechanischen sowie brandschutztechnischen Eigenschaften von glasfaserverstärkten (GFK) Innenverkleidungen in leichten Schienenfahrzeugen und wurde in Kooperation mit der Firma Bombardier Rail Austria durchgeführt. Um eine große Bandbreite abdecken zu können, wurden Proben aus unterschiedlichen Glasfaserverstärkungen, sowie Basalt- und Carbonfasern hergestellt, zusätzlich kamen drei verschiedene Harzsysteme (Epoxid-, Polyester- und Phenolharz) zum Einsatz. Die Proben wurden per Hand hergestellt und mechanisch auf Zug- und Biegebelastung getestet, dabei wurden unterschiedliche Lagenaufbauten sowie der Einfluss des Harzsystems geprüft und evaluiert. Neben den mechanischen Eigenschaften der Proben wurde auch deren Brandverhalten getestet. Dazu wurden ausgewählte Faser-Harz Kombinationen am TGM mit Hilfe des Cone-Calorimeters analysiert und eine Spread of Flame Untersuchung durchgeführt. Um den Einfluss der Lackierung zu evaluieren wurde die Probe mit dem besten Spread of Flame Ergebnis lackiert und ebenfalls getestet, wobei ein deutlich schlechteres Verhalten im Brandfall festgestellt wurde.Zusätzlich wurden mehrere Fügeverfahren von Aluminiumhaltern auf GFK-Substraten getestet um deren Eigenschaften, sowie den Einfluss einer Lochung am zu fügenden Bauteil, zu evaluieren. Die gefügten Bauteile wurden auf Zug-, Schäl- und Scherbelastung überprüft um die häufigsten Belastungsrichtungen zu simulieren.Die Verarbeitung und Auswertung der Daten wurde mit Matlab realisiert, ebenso die grafische Darstellung der Ergebnisse. Dafür wurden sowohl integrierte Funktionen als auch selbst geschriebene m-files verwendet und statistische Werte berechnet. Somit konnten wichtige Werte inklusive der dazugehörigen Standardabweichung miteinander verglichen werden. Zum Abschluss werden spezifische Forschungsfragen beantwortet, die Ergebnisse diskutiert und ein möglicher Ausblick über weitere Untersuchungen in diesem Gebiet gegeben.

This paper, in cooperation with Bombardier Rail Austria, aims to improve mechanical and fire protection properties of the inner linings of light rail vehicles made of fibre reinforced plastics (frp). To cover a wide field of combinations, different woven fabrics of glass fibres, such as basalt and carbon fibres were used and processed with three kinds of resin systems (epoxy-, polyester- and phenol resin). To determine the mechanical properties of the hand laminated samples, tensile and bending tests were conducted. The results got analysed to investigate the impact of different layup sequences as well as the resin’s effect on the samples. Additional to the mechanical inspection some selected samples were examined on their protection properties when exposed to fire. Therefore two kinds of tests were conducted in cooperation with the TGM, the Cone-Calorimeter and the spread of flame analysis. To see the behaviour of the final product, the sample with the best spread of flame result, got painted and tested again, which showed an explicit decline of the results.In addition this master’s thesis evaluated multiple methods of joining between aluminium brackets and reinforced plastic components as well as the impact of borings in the brackets. The joining samples got loaded with tensile-, shear- and peel stress to simulate common situations. Matlab was used to process and evaluate the generated data and to realise the graphical content. Integrated functions and self-written .m-files enabled the calculation of statistic significant values with their corresponding standard deviation. Concluding specific questions are answered and possibilities for further research within the topic are discussed.