JP2013505381A - 軌道敷設のための耐荷重性の板状または棒状の成形体 - Google Patents

Abstract

本発明は軌道敷設のための、特に踏切の敷設のための板状または棒状の成形体に関する。該成形体（１、１ａ、１ｂ、１１）は、短く切断された岩石繊維（２）、長繊維岩石繊維（３、１３）、バインダー（５）として２つの反応性樹脂の組み合わせからなる樹脂、および好ましくは粉末状充填剤（４）をも含む複合材料から構成される。好ましくは岩石繊維（２、３、１３）として玄武岩繊維が与えられる。成形体は好ましくは少なくとも１つの側面に柔軟な足場層（１０）が設けられている。隣接する側面（６ａ、６ｂ）を有する２つ以上の成形体が互いに結合され、成形体を互いに位置決めするために、その中に位置決め体（９）を挿入することができる凹部（７）が隣接する側面（６ａ、６ｂ）に設けられる。

Description

本発明は、軌道敷設（track construction）のための、特に踏切（level crossings）の敷設のための耐荷重性（load-bearing）の板状または棒状の成形体であって、小粒子（small particles）、繊維および合成材料系バインダー（binder on the basis of a synthetic material）から形成された複合材料から構成される成形体に関する。

小粒子およびポリエステル樹脂系バインダーから形成された複合材料であって、その中にガラス繊維も埋め込まれた複合材料からなる上述の種類の成形体が知られている。バインダーの選択と、成形体の製造においてガラス繊維が用いられるという事実とが、製造プロセスに起因する環境負荷に関し、また職業衛生に関する深刻な懸念を引き起こしている。環境負荷に関して一次的原因となるのは、ポリエステル樹脂を形成する成分ならびに一般により多い量で前記成分に加えられるスチレンであり、これらの物質も作業環境にかなりの汚染をもたらし、さらにはガラス繊維の加工も健康リスクを伴う。また完成された成形体を用いる際に、ガラス繊維の末端が成形体の表面に存在するように配置されると、ガラス繊維が不利益な役割を演じることも多い。

本発明の目的は、その製造に関して環境負荷および職業衛生上、既知の事例よりも有利な条件を備え、また、完成された成形体も既知の事例よりも良好な特性を有する、上述の種類の成形体を創出することである。

本発明によって設計された成形体は複合材料から構成され、この複合材料が、繊維材料として短く切断された岩石繊維（rock fibers）ならびに長繊維岩石繊維を含み、バインダーとして２つの反応性樹脂（reactive resins）の組み合わせからなる樹脂を含み、好ましくは粉末状充填剤（powdery filler）をも含むことを特徴とする。前記の実現により、上述の目的は充分に解決できる。バインダーとして２つの反応性樹脂の組み合わせからなる樹脂を用いることにより、環境負荷（これは未硬化のバインダーによって成形体の製造プロセスから生じるものであるが）を比較的低く抑え得る；また、バインダーとして前記樹脂を用いる場合には、バインダーは繊維材料として与えられた岩石繊維と、および充填剤粒子とも、極めて良好に接着し、その結果として、鉄道運行の間の多岐に亘る大きな応力に耐えなければならない成形体に極めて良好な強度値が得られる；また、岩石繊維とバインダーとの間が緊密に結合しているので、本発明によって設計された成形体は、完成された成形体の取扱いまたは使用の際に成形体の表面域に位置する繊維の露出端によって引き起こされるいかなる刺激（irritations）をも示さない；またバインダーに関する原価要素も有利であると思われる。また、上述の組み合わせに対する組成を幅広く変化させることによって、混合プロセスの間の複合材料の成分の間の相互の挙動、硬化の間の複合材料を形成する成分の挙動、特には硬化時間、ならびに最後に、完成された成形体の弾性挙動および強度挙動は、個別に与えられた特定のケースに適合する様式で実質的に影響を受け得る。一般的に言えば、成形体には特に圧縮応力、引張り負荷および曲げ応力に関して極めて良好な強度を達成し得る。

有利には、バインダーとしてポリウレタン樹脂およびポリエステル樹脂の組み合わせが与えられる。

本発明によって設計された成形体の好ましい実施形態は、繊維材料として玄武岩繊維が与えられることを特徴とする。玄武岩繊維と２つの反応性樹脂の組み合わせからなる樹脂との接合の存在（existing pairing）により、成形体の極めて有利な特性、特に機械的に有利な特性がもたらされることになる。

好ましく与えられる粉末状充填剤として微粒子無機材料および微粒子有機化学材料の混合物が与えられ、粉末状充填剤が各々の成形体の全重量の５％から５０％の量で与えられることを規定することも有利である。それにより、混合プロセスの間に、複合材料の形成のために与えられる成分の混合物の有利な挙動を達成することができ、さらには複合材料によって製造される成形体について、良好な表面平滑性および良好な圧縮強度ならびに良好な形状精度も得ることができる。

製造する成形体の幾何学的形状の観点から見ると、また成形体の使用の間に必要な取扱いの観点から見ても、前もって個別に製造された数個のパーツから成形体を組み立てることが有利と思われることが多い。本発明の技術の範囲内で得ることができる良好な形状精度および良好な表面強度により、結合されなければならない個々の成形体はこの目的に極めて良く適している。より大きな負荷および応力にも耐え得る多パーツ構造（multi-part structure）を形成するために結合すべき成形体の相互の位置決めを良好にするためにも、好ましい実施形態によれば、板状または棒状の成形体の少なくとも１つの側面に少なくとも１つの凹部が設けられ、前記凹部に位置決め体（positioning body）を挿入することができ、前記位置決め体はそれぞれ少なくとも１つの前記凹部を有する側面によって互いに結合された２つの前記成形体の相互の位置固定のために設けられることを規定し得る。ここで、少なくとも１つの凹部がアンダーカットされるように設計するようにすれば、密着（coherence）をさらに強化することができ、互いに結合されるべき成形体の緊縮（contraction）という意味において効果を発揮することができる。

軌道敷設において用いられる成形体は、不規則にまたは荒削りに形成された表面に置かれることや、そのような表面に接することが非常に多く、その場合には比較的大きな力がそのような表面に伝達されもしくは比較的大きな力を前記表面から受けることになる。本発明によって設計された成形体の表面における小スケール（small-scale）の負荷ピーク（この負荷ピークはたとえば本発明によって設計された成形体がバラスト道床の上に置かれた場合に生じ得る）の発現を打ち消すため、および同時にそのような不規則に形成されたもしくは荒削りの表面における本発明によって設計された成形体の移動を阻止する完全な支持を達成するため、本発明の実施形態によれば、成形体の少なくとも１つの側面に、成形体を形成する複合材料よりも柔軟な（softer）足場層（footing layer）を設けることが規定される。ここで、別の種類の応用のため、成形体の互いに対向して存在する２つの側面に足場層を設けることにすれば、これも有利である。

本発明の主題の有利な実施形態は、成形体が枕木（track sleepers）であり、枕木の長手方向の伸長（extension）に沿って連続的に延在するロービング（rovings）が長繊維岩石繊維として設けられていることを特徴とする。これに関し、有利には枕木を形成する成形体の上側面および底側面に足場層を設けることが規定される。その結果、枕木の長さ方向に沿って連続的に延在するように設けられたロービングによって鉄道運行の間に枕木の長手方向に発生する大きな応力に対処し、また足場層によって表面負荷の補償（compensation）または均衡（balancing）および前記枕木の良好な着座を達成し得る。同時に、枕木の上側に設けられた足場層によって、枕木上の軌道カバー要素（track cover elements）の安定かつ低騒音の着座を達成し得る。

数個の成形体を互いに結合して結合体（joined body）または組み合わせ体（combined body）を形成する上述の手法によって、軌道敷設において用いられる支持要素またはカバー要素の形成のための種々の応用事例において生じる形状上の要求事項は、たとえば狭い軌道カーブの領域において、または転轍機（switches）もしくはポイントまたは交差点（intersections）もしくは踏切の領域において、単純な様式で対処することができる。

個別の成形体から互いに結合された前記結合体または組み合わせ体のある特定の高さの寸法を得るため、および前記結合成形体または組み合わせ成形体におけるある特定のレイアウト形状を得るため、有利には成形体（複数）を互いに重ね合わされた２層に配置し、下層の成形体の上側面または上層の成形体の底側面のいずれにでも足場層を設けることを規定し得る。これに関し、足場層によって、互いに結合された成形体への成形体の良好な着座がもたらされる。足場層はまた、結合の過程における乱暴な取扱いの間の、または起こり得る解体の間の損傷に対して成形体の表面を保護する。互いに重ね合わされた形成層（form layers）に配置された成形体を相互にずらすことによって、結合体または組み合わせ体の全体として非常に安定な構成を得ることができる。この種の構成によって、上層の成形体の長手方向の伸長が上から見た場合に下層の成形体の長手方向の伸長に対して横方向に（transversely）伸びるようにすれば、様々な方向からこれに作用する力に対して良好な耐性を達成することができる。

本発明の範囲内において、上述の結合手法を用いることにより、数個の成形体を接続して板状構造要素（structural elements）、特に板状軌道カバー要素を形成することもできる。本発明の主題の各々の実施形態は、隣接する側面を有する少なくとも２つの成形体が接合されて１つの構造要素を形成し、前記側面の各々において少なくとも１つの凹部が設けられ、１つの成形体に位置する凹部が他の成形体に位置する凹部に対面し（face）、両方の前記凹部に嵌合する位置決め体が設けられて前記２つの成形体の密着および相互の位置決めを確実にしていることを特徴とする。

ここで図面を参照して例により本発明をさらに説明する。図面において本発明の主題の例は模式的に表されている。

図１は本発明によって設計された棒状成形体の例を、一方の断面を有する斜視図によって示す。 図２は互いに結合された、本発明によって設計された２つの成形体を、図１と同様の種類の斜視図によって示す。 図３は本発明による成形体を斜視図で示し、ここで成形体には斜視図で示す足場層が設けられている。 図４は本発明によって設計された成形体を示し、この成形体には互いに対向して存在する側面上に足場層が設けられている。 図５は踏切を斜視図で示し、この踏切は本発明によって設計された斜視図で示す成形体を用いて形成されている。

図１で表される棒状成形体１は小粒子、繊維および合成材料系バインダーからなる複合材料から構成される。前記複合材料は繊維材料として短く切断された岩石繊維２（断面Ｓにおいて種々の方向に延在する短い線によって表されるように）および破線で表された長繊維岩石繊維３をも含み、前記複合材料はまた、断面Ｓにおいて点で表された粉末状充填剤４を含む。岩石繊維２、３および充填剤４はバインダー５と結合して密な塊（compact mass）になっている。バインダーとしては２つの反応性樹脂の組み合わせからなる樹脂が与えられている。岩石繊維２、３としては好ましくは玄武岩繊維が与えられ、たとえば短く切断された岩石繊維２の長さが２ｍｍと２５ｍｍの間となるように選択することができ、長繊維岩石繊維３の長さは好ましくは１００ｍｍより長くなるように選択することができる。粉末状充填剤４としては好ましくは岩粉（rock flour）が選択され、前記充填剤の量を選択することによって成形体の機械的特性ならびに重量も影響され得る。岩粉または別の無機材料に加えて微粒子有機化学材料も充填剤として与えることができ、それにより機械的特性を改変することができ、また必要ならより軽量の成形体を得ることができる。用い得る微粒子有機化学材料の一例はプラスチック顆粒（plastic granules）である。好ましく与えられる粉末状充填剤は有利には各々の成形体の全重量の５％から５０％の量で用いられる。バインダーとしてはポリウレタン樹脂とポリエステル樹脂の組み合わせが効果的であることが確認されており、前記バインダーを用いることによって特に有利な強度値を有する成形体を得ることができる。

図２は２つの成形体１ａ、１ｂを示す。これらの成形体の各々には１つの側面６ａ、６ｂに凹部７が設けられており、その凹部７には図２の成形体１ａ、１ｂの隣に表された位置決め体９を挿入することができる。この位置決め体９は成形体１ａ、１ｂの相互の位置固定のために用いられる。側面６ａ、６ｂの面積をより大きく拡大する場合には、前記側面にこのような凹部７を数個設けることもできる。表示した事例においては、凹部７にはアンダーカット８が設けられ、このアンダーカット８において位置決め体９（その断面は凹部７の形状に適合する）は確実に位置決めされ、それによりその側面６ａ、６ｂで互いに結合された成形体１ａ、１ｂは一緒に確実に固定される。

図３は成形体を形成する複合材料よりも柔軟な足場層１０がその側面６ｃに設けられた成形体１を示す。図４はその変形例を示し、ここでは成形体１において、互いに対向して存在する２つの側面６ｃ、６ｄに、かような足場層１０が設けられている。

図５は本発明によって設計された成形体を用いて構築された踏切を模式的な形態で示す。ここで軌道のレール１７は本発明によって設計された成形体として実現された枕木１１の上に置かれている。ここで本発明による概念において提供される長繊維岩石繊維、特に玄武岩繊維は、枕木１１の長手方向の伸長１２に沿って連続的に延在するロービング１３の形態で実現されている。その上側面６ｄならびにその底側面６ｃにおいて、それぞれ枕木１１に枕木１１を形成する複合材料よりも柔軟な足場層１０が設けられている。枕木１１（複数）はともに成形体の下層１４を形成し、この成形体は個々の枕木１１の間の空間１８によって周期的に中断されている。レール１７とは別に（apart from）、成形体の前記下層の上に成形体の上層１５も配置され、その上側はレールの高さにある交通エリア（traffic area）を形成しており、その上に場合によりまた補助的に（supplementary）道路または歩道の舗装が付けられているが、これは図５に詳細には表されていない。上層１５の１、１ａ、１ｂで表される成形体は、個別の枕木の上側面６ｄの上に設けられた足場層１０の上に置かれている。上層１５の成形体１、１ａ、１ｂの長手方向の伸長１６は、枕木１１として形成された下層１４の成形体の長手方向の伸長１２に対して横方向に延びている。軌道のレール（複数）１７の間に配置された成形体１ａ、１ｂは、互いに隣接して配された側面６ａ、６ｂで接合されて板状構造要素１９を形成する。ここで、前記側面６ａ、６ｂの各々において少なくとも１つの凹部７が設けられ、１つの成形体１ａに位置する凹部７は他の成形体１ｂに位置する凹部７と対面しており、位置決め体９が前記凹部７の各々の対の中に挿入され、それにより成形体１ａ、１ｂの密着を確実にしている。レール１７の傾斜を達成するために中間層２０を枕木１１の上側に配置することができ、それぞれ所望のレールの傾斜度は中間層２０の対応する寸法調整によって達成することができる。左側に表されるレール１７において図５は平行平面の（plane-parallel）中間層２０を示し、これは前記レールの直立した姿勢（straight position）をもたらす。右側に表されるレール１７において図５はわずかに円錐形をした（conically shaped）中間層２０を示し、これは前記レール１７の傾斜姿勢（inclined position）をもたらし、これは右側に表されている。個々の構造要素の相互位置を確実にするために接続がなされているが、これは図５に詳細には表されていない。

本発明によって設計された成形体を用いて構築される構造配置において、たとえば図５に表される踏切として、本発明によって設計された成形体とともに、コンクリートまたはセメント系複合材料から構成される他の成形体も用いることができる。このようなコンクリートまたはセメント系（cement-bound）複合材料から構成される成形体は、たとえば枕木または交通エリアを形成する成形体であってもよい。ここで、図５に示すように、板状構造要素は数個の成形体を互いに結合することによって形成してもよく、またはたとえば軌道のレールとレールの間に並ぶように敷設されなければならないカバー要素を形成するための一体設計（one-piece design）のものであってもよい。

Claims (13)

1. 小粒子、繊維および合成材料系バインダーから形成された複合材料から構成される、軌道敷設のため、特に踏切の敷設のための耐荷重性の板状または棒状の成形体であって、
   前記成形体（１、１ａ、１ｂ、１１）が、繊維材料として、短く切断された岩石繊維（２）ならびに長繊維岩石繊維（３、１３）を含み、バインダー（５）として、２つの反応性樹脂の組み合わせからなる樹脂を含み、好ましくは粉末状充填剤（４）をも含む複合材料から構成されることを特徴とする成形体。
2. バインダーとしてポリウレタン樹脂およびポリエステル樹脂の組み合わせが与えられたことを特徴とする、請求項１に記載の成形体。
3. 岩石繊維（２、３、１３）として玄武岩繊維が与えられたことを特徴とする、請求項１または２に記載の成形体。
4. 好ましく与えられる粉末状充填剤（４）として微粒子無機材料および微粒子有機化学材料の混合物が与えられ、粉末状充填剤が各々の成形体の全重量の５％から５０％の量で与えられたことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の成形体。
5. 板状または棒状の成形体（１ａ、１ｂ）の少なくとも１つの側面（６ａ、６ｂ）に少なくとも１つの凹部（７）が設けられ、前記凹部には、それぞれ少なくとも１つの前記凹部（７）を有する側面（６ａ、６ｂ）によって互いに結合される２つの前記成形体（１ａ、１ｂ）の相互の位置固定のために設けられる位置決め体（９）を挿入可能なことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の成形体。
6. 少なくとも１つの凹部（７）がアンダーカットされるように設計されていることを特徴とする、請求項５に記載の成形体。
7. 成形体（１、１ａ、１ｂ、１１）の少なくとも１つの側面（６ｃ、６ｄ）に、成形体を形成する複合材料よりも柔軟な足場層（１０）が設けられていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の成形体。
8. 足場層（１０）が成形体（１、１ａ、１ｂ、１１）の２つの側面（６ｃ、６ｄ）に設けられ、前記側面（６ｃ、６ｄ）が互いに対向して存在していることを特徴とする、請求項７に記載の成形体。
9. 成形体が枕木（１１）であり、枕木（１１）の長手方向の伸長（１２）に沿って連続的に延在するロービング（１３）が長繊維岩石繊維として設けられていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の成形体。
10. 枕木（１１）を形成する成形体の上側面（６ｄ）および底側面（６ｃ）に足場層（１０）が設けられていることを特徴とする、請求項９に記載の成形体。
11. 請求項７または８に記載の成形体を数個組み合わせた構造であって、成形体（１、１ａ、１ｂ、１１）が互いに重ね合わされた２層（１４、１５）に配置され、下層（１４）の成形体の上側面（６ｄ）または上層（１５）の成形体の底側面（６ｃ）のいずれかに足場層（１０）が設けられていることを特徴とする構造。
12. 上層（１５）の成形体の長手方向の伸長（１６）が、上から見た場合に下層（１４）の成形体の長手方向の伸長（１２）に対して横方向に延在することを特徴とする、請求項１１に記載の構造。
13. 隣接する側面（６ａ、６ｂ）を有する請求項５または６に記載の少なくとも２つの成形体（１ａ、１ｂ）が互いに結合されて構造要素（１９）を形成し、前記側面（６ａ、６ｂ）の各々において少なくとも１つの凹部（７）が設けられ、１つの成形体（１ａ）に位置する凹部（７）が他の成形体（１ｂ）に位置する凹部（７）に対面し、両方の前記凹部（７）に嵌合する位置決め体（９）が設けられて前記２つの成形体（１ａ、１ｂ）の密着および相互の位置決めを確実にしていることを特徴とする、板状構造要素、特に板状軌道カバー要素。

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