JP6021950B2 - レールを固定するシステム用のプレート構成部材、レール用の固定構造、並びにプレート構成部材を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、基礎にレールを固定するシステム用のプレート構成部材であって、該プレート構成部材は、互いに重ねられ解離不能に互いに結合された少なくとも２つの層を有しており、これらの層のうち第１の層は第１の材料から成っていて、第２の層は、少なくとも１つの機械的な特性に関して前記第１の層の材料とは異なっている材料から成っている、プレート構成部材に関する。

さらに本発明は、レールが基礎に固定されている、このようなプレート構成部材を使用して形成される固定点に関する。

さらに本発明は、本発明によるプレート構成部材を製造する方法及び本発明によるプレート構成部材の使用に関する。

上記の形式のプレート構成部材は、レールを固定するシステムにおいて、このようなシステムを使用して形成される固定点に、重力方向で所定の弾性的な可撓性を与えるために使用される。その弾性的な支持によりレールは、基礎が全く可撓性を有していない、又は最小限の可撓性しか有していない場合であっても、各固定点の上を走行する際に重力方向で生じる負荷を、長い耐用サイクルにわたって確実に吸収することができる。このような特性は典型的には、直接には比較的大きなコンクリートプレートの部分である、又はこのようなプレート上に載置されているコンクリートまくらぎ上にレールを取り付けるいわゆる「堅固な軌道」で用いられる。

レール車両用のレールを支持するために使用されるプレート構成部材に加えられる荷重は相当なものである。従って、プレート構成部材には、レールのレール脚部が載置される載置面の領域で、ここで不可避的に生じる相対運動により、高い摩耗が生じる危険がある。同時に一方では、プレート構成部材の良好な継続的な弾性が必要とされ、他方では、レールから生じる荷重をできるだけ均等に、プレート構成部材の弾性層に分配させることが所望される。

これらの様々な荷重や要求を考慮するために、異なる特性を備えた少なくとも２つの層から成るプレート構成部材が開発された。一方の層は必要な耐摩耗性と形状安定性を保証しており、他方の層は継続的な弾性に関して最適化されている。これらの層を互いに解離不能に結合することにより、公知のプレート構成部材はその多層性にも関わらず問題なく組み付けることができる。両層の間の解離不能な結合はこの場合、通常、プレート構成部材の層の互いに対応する面に、適当な接着剤を面状に塗布し、次いで互いに重ね合わせ、これにより互いに堅固に接着することにより形成される。

上述した形式の公知のプレート構成部材では、不都合な天候条件の場合に、若しくは不都合な組み込み状態又は高い横方向力の結果生じることがある剪断力が加えられた場合に問題が生じる。このような横方向力は特に高速で通過されるカーブ区間の領域で生じることがある。

天候的影響又は剪断荷重により、プレート構成部材の層が互いに剪断する恐れがある。これにより、層はまず互いに完全に分離し、次いで固定点で作用する動力学的な力のもとで動き始め、固定点が通過される際には、このとき生じる高い運動エネルギを伴う空気運動により、固定点からはね飛ばされる恐れもある。層の１つが硬質の形状安定的な材料から成る場合、このようなことは特に危険であろう。

上述したような先行技術を背景として、本発明の課題は、安価に製造することができると同時に、高い安全性により、プレート構成部材の層が不都合な運転条件下であっても互いに結合を維持することが保証されるような、レール固定用のプレート構成部材並びにレール用の固定点を提供することである。また、このようなプレート構成部材を安価に製造することができる方法を提供すべきである。

プレート構成部材に関して、この課題は本発明によれば、プレート構成部材が、請求項１に記載の特徴を有していることにより解決される。

レール用の固定点に関して、上記課題は、本発明によるプレート構成部材を使用して固定点を形成することにより解決される。

本発明によるプレート構成部材を安価に製造するための、本発明により少なくとも遂行されたい作業ステップは請求項１１に記載されている。

本発明による、基礎にレールを固定するシステム用のプレート構成部材は、互いに重ねられ解離不能に互いに結合された少なくとも２つの層を有しており、これらの層のうち第１の層は第１の材料から成っていて、第２の層は、少なくとも１つの機械的な特性に関して前記第１の層の材料とは異なっている材料から成っている。特に、第２の層の材料は、第１の層の材料よりも高い耐摩耗性又は強度及び形状安定性を有している。本発明によればこの場合、プレート構成部材の複数の層の間に、熱作用により少なくとも溶融を開始する１つの中間層が設けられており、該中間層の少なくとも溶融を開始する材料は、前記中間層に隣接する前記両層の材料に材料接続的に（材料の分子、原子間の結合力に基づき）結合する。

プレート構成部材の互いに重ねられた複数の層が互いに接着されている先行技術とは異なり、本発明によるプレート構成部材では、互いに重ねられた層は、溶接の形式で解離不能に材料接続的に互いに結合される。この場合、溶接は、熱供給により、プレート構成部材の層の間に配置されたフォイルを利用して行われる。この場合、フォイルは溶接補助材として働く。フォイルは供給された熱により少なくとも部分的に溶融し、これにより層の間の結合を形成する。

プレート構成部材の個々の層の間の、このような溶接により形成される結合は、不都合な天候条件のもとでも、不都合な動的荷重のもとでも、従来の接着よりも極めて耐性があり、継続負荷可能であることを示している。本発明により行われる溶接では、中間層を形成する材料を、互いに結合させたい層の材料に適合させて、当該材料の類似性又は、材料の所定の成分の一致により、層の材料と中間層の材料との間の最良の結合を形成することができる。

本発明の特別な利点は、本発明により、所望のように設けられた中間層を利用して、プレート構成部材の層の溶接が行われることにより、各機能に最良に適合させられた異なる特性を有する材料を問題なく結合させることができることにある。本発明によれば簡単に、一方の層が弾性的に可撓性であって、他方の層が形状剛性的かつ硬質であって、これにより摩耗に対して高い耐性を有しているプレート構成部材を提供することができる。このために、形状剛性的な層は例えば硬質プラスチックから製造することができる。この層は、必要な耐荷重性を保証するために付加的に繊維強化することができる。形状安定的な層のために適したプラスチックとしては、ポリアミドプラスチック、又はポリエチレンプラスチック、又はポリプロピレンプラスチックが挙げられ、これらは必要ならばガラス繊維又は高性能繊維によって強化される。

選択的に又は付加的に、本発明によるプレート構成部材の層の１つを金属材料から製造することもできる。従って、実際に摩耗にさらされ、レールの脚部に配設される、本発明によるプレート構成部材の層を例えば鋼板材料から成形することができる。

勿論、本発明による１つのプレート構成部材の層の数は２つとは限らない。むしろ、本発明によるプレート構成部材は、３つ以上の層を有することができる。この場合も、これらの層の少なくとも２つが本発明によれば互いに、中間層により溶接されていて、好適には、各層が、それぞれ接触している層に、本発明による形式で中間層を介して溶接されている。

弾性的な層は例えば、十分に微細な多孔性を有するエチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）から成っている。同様に例えば、弾性的な層は、天然ゴム（ＮＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ポリウレタン（ＰＵ）、及び類似のものから成っていて良い。

本発明によるプレート構成部材の層を溶接するために使用されるフォイルと、これに伴い、完成したプレート構成部材に存在する中間層とは、ポリエチレン材料から成っていて良い。

本発明によるプレート構成部材の層の持続的な堅固な結合は、層が、材料接続的な結合に加えて付加的に、形状接続（嵌め合いなどの形状的関係に基づく結合又は束縛）により又は摩擦接続（摩擦力）により互いに連結されていることにより助成される。形状接続的な結合は例えば、層の一方が、それぞれ他方の層に側方で接触する少なくとも１つの部分を有していることにより得られる。実際には、一方の層がこのような部分を複数有しているならば有利であり、複数のこのような部分は、一方の層の位置を他方の層に関して少なくとも２つの自由度で固定するのに十分である。

上述した説明に相応して、本発明による、基礎にレールを固定する固定点は、基礎と、固定すべきレールの脚部との間に配置されている、少なくとも１つの本発明によるプレート構成部材を有している。このような本発明による固定点は、コンクリート又は同等の堅固な材料から成るまくらぎまたはプレート上に固定が行われる堅固な軌道上にレールを固定するのに特に適している。

本発明によるプレート構成部材を製造する本発明による方法は以下の作業ステップを有している：
第１の層と、第２の層と、熱作用下で溶融し溶融状態で前記層に付着する材料から成るフォイルとを重ねて、該フォイルが前記両層の間に位置している１つの積層体を形成するステップ、
該積層体を、前記フォイルが、該フォイルに接触する前記層に解離不能に材料接続的に結合する中間層を形成しながら少なくとも溶融し始める温度まで加熱するステップ。

互いに結合すべき層の間に位置するフォイルを溶融させる熱供給の形式は、自体公知のように、その都度処理される材料に合わせることができる。この場合、層とフォイルとの間の十分均等な接触状態で十分な熱供給が保証されるような従来のあらゆる方法が考慮される。

一方の層がＥＰＤＭ材料から、他方の層がポリアミドから成っている場合は特に、本発明によるプレート構成部材の層の溶接には、ポリエチレンはＥＰＤＭの成分であるので、ポリエチレン材料から成るフォイルが適している。

本発明により行われる溶接により形成される結合を最良のものとするために、互いに結合させたい層の少なくとも互いに対応する表面に、この表面を粗面化する前処理を施すことができる。この場合、粗面は、化学的に、又は例えば機械的な加工により物理的に形成することができる。同様に、該当する層を製造する工具内に既に、各表面の領域に合わせて、所定の粗さを調整することが考えられる。表面の粗面加工により溶接のための作用面が拡大されるので、各層の中間層への、ひいてはそれぞれ別の層への結合が全体として改善される。

基本的には、中間層を形成するフォイルは溶融が開始されるだけで、即ち熱供給により完全に溶融されなくても、プレート構成部材の層の本発明による溶接のためには十分である。この場合、その都度の熱の導入、若しくは溶融の程度は、加熱継続期間及び加熱温度を介して制御することができる。これは勿論、必要であれば、フォイルが完全に溶融し、完全にフォイルの材料から成る、場合によっては、プレート構成部材の隣接する層の溶融し始めた材料からも成る中間層が形成されるように調節することができる。

本発明によるプレート構成部材の層の、フォイルを介して行われる材料接続的な互いの結合の均等性は、プレート構成部材を形成する積層体に、加熱中、フォイルが位置する平面に対して法線方向に向けられた圧力負荷を加えることにより付加的に助成される。この場合、圧力分布は、構成部分の形に応じて、圧力負荷がフォイルの全面にわたって均等に延在するように最適に行われる。

以下に、本発明を実施態様につき詳しく説明する。

レール用の固定点を部分的に断面して示した側面図である。 プレート構成部材の斜視図である。 図２に示したプレート構成部材を製造するために準備された積層体を部分的に断面して示した斜視図である。 図３の積層体の分解図である。 プレート構成部材の選択的な構成を示した斜視図である。

図１に示した、不動の基礎Ｕを成すまくらぎ上にレールＳが固定されている固定点Ｂは、２つの締結クランプ１，２と、２つのガイドプレート３，４と、各締結クランプ１，２を締結するための締結手段として必要な２つの締結ボルト５，６と、平面図で見てほぼ矩形に形成された下敷きプレートとして使用されるプレート構成部材７とを含んでいる。

プレート構成部材７は、その狭幅側に接して、長手方向で突出する部分を有しているので、プレート構成部材７は平面図で「Ｉ」の形状又は２つのＴ字形状を有している。

締結クランプ１，２のうちの一方、ガイドプレート３，４のうちの一方、締結ボルト５，６のうちの一方はそれぞれレールＳの長手方向面の一方に配置されていて、プレート構成部材７は、レールＳの脚部Ｆと基礎Ｕとの間に位置している。従ってレールＳの脚部Ｆは、プレート構成部材７の対応する上面８の上に位置していて、プレート構成部材７の下面９は、基礎Ｕの平らな載置面上に位置している。

ガイドプレート３，４はこの場合、従来のアングル状ガイドプレートの形式で形成されていて、基礎Ｕに対応配置されるその下面側に、レールＳの長手方向で測定した幅を越えて延びる段部を有している。この段部は、ガイドプレート３，４の組み付け状態でそれぞれ、基礎Ｕ内に成形された配設された対応する溝内に嵌まっている。さらに、ガイドプレート３，４は組み付け位置でそれぞれ、レールＳとは反対の背面で、同様に基礎Ｕに形成された肩部に支持されている。ガイドプレート３，４は、レール脚部Ｆに配設された、前記背面よりも幅の広い前面にそれぞれ１つの当接面を有しており、この当接面にレール脚部Ｆの長手方向縁部が支持されている。これによりレール車両（図示せず）によって走行される際にレールＳから生じる横方向力Ｑがガイドプレート３，４によって吸収され、側方で各肩部に向けられて、基礎Ｕへと導出される。

ガイドプレート３，４はその上面に、各ガイドプレート３，４上にそれぞれ取り付けられた締結クランプ１，２をガイドするための成形エレメント（詳しくは図示せず）と、上面から基礎Ｕへと通じている貫通孔（同様に図示せず）とを有しており、この貫通孔を通って、各締結クランプ１，２を締結するために使用される締結ボルト５，６が延在している。この場合、締結ボルト５，６はそれぞれ、基礎Ｕ内に設けられた埋込み栓（図示せず）内にねじ込まれている。

固定点Ｂにおいて下敷きプレートとして使用されるプレート構成部材７は、固定点Ｂの規定された弾性的な可撓性を鉛直方向Ｖで保証する。この目的で、プレート構成部材７は、取付け位置で基礎Ｕ上に位置する第１の層１０ａを有している。この第１の層１０ａは、弾性持続性の圧縮可能な微細孔質のＥＰＤＭ材料から成っている。

第１の層１０ａ上には、ガラス繊維強化されたポリアミドから成る第２の層１０ｂが位置している。第２の層１０ｂは、固定点Ｂをレール車両が走行する際に生じる重力方向に作用する負荷を確実に吸収し、弾性的な第１の層１０ａへと均等に分配することができる高い形状剛性を有している。この場合、第２の層１０ｂは摩耗に対して高い抵抗を有しているので、第２の層１０ｂと、固定点Ｂで第２の層１０ｂ上にあるレール脚部Ｆとの間の何らかの相対運動が、第２の層１０ｂの長い耐用期間を損なうことはない。

プレート構成部材７の第１の層１０ａと第２の層１０ｂとの間には中間層１０ｃが存在していて、この中間層１０ｃを介して両層１０ａ，１０ｂは互いに解離不能に材料接続的に溶接されている。

中間層１０ｃはフォイル１１から成っていて、このフォイル１１は、プレート構成部材７を製造する際に層１０ａと１０ｂとの間に配置される。フォイル１１はポリエチレン材料から成っている。層１０ａ，１０ｂとフォイル１１との溶接を補助するために、層１０ａ，１０ｂの、フォイル１１に配設された表面１０ｄ，１０ｅはそれぞれ粗面加工された。

溶接のために、層１０ａ，１０ｂの間にフォイル１１が位置している積層体１２を、層１０ａ，１０ｂとフォイル１１とから形成する。この場合、フォイル１１の形状は、層１０ａ，１０ｂの対応する表面１０ｄ，１０ｅの形状に正確に相当しているので、層１０ａ，１０ｂの表面１０ｄ，１０ｅは完全にフォイル１１によって覆われている。

積み重ねた後、積層体１２をプレス装置（図示せず）内へと置き、プレス装置内で積層体１２を、フォイル１１に対して法線方向に配向した方向Ｎから所定の圧力をかけて保持する。この圧力は、弾性的な第１の層１０ａが僅かにだけ圧縮されるが、両層１０ａ，１０ｂを全面でフォイル１１に接触した状態で保持するように調節されている。次いでプレス装置内で積層体１２を、フォイル１１が溶融する温度にもたらす。この温度で積層体１２を、フォイル１１が完全に溶融し、フォイル１１の材料が、隣接する層１０ａ，１０ｂの表面１０ｄ，１０ｅに材料接続的に結合するまで保持する。

積層体１２の冷却後、層１０ａと１０ｂとの間には、両層１０ａ，１０ｂを堅固に解離不能に互いに結合させる中間層１０ｃが存在している。

図５に示された、固定点Ｂのための下敷きプレートとして同様に使用可能なプレート構成部材２０の選択的な構成は、プレート構成部材７と全く同様に、２つの層２１ａ，２１ｂと１つの中間層２１ｃとから製造されている。中間層２１ｃは、中間層１０ｃと同様に、層２１ａ，２１ｂの間に位置するフォイルから成っている。

基礎Ｕに配設される第１の層２１ａは、プレート構成部材７の第１の層１０ａと同じ材料から成っている。しかしながらプレート構成部材７とは異なり、プレート構成部材２０では第２の層２１ｂが鋼板から成形されている。

プレート構成部材２０はその四隅の領域に、プレート構成部材７と同様に、その狭幅側に隣接する、長手方向面の方向で突出する部分２２を有している。この部分２２は第１の層２１ａと第２の層２１ｂとで同様に配置されている。上側の第２の層２１ｂでは、この部分２２からそれぞれ側方の縁部領域２３，２４が突出している。これらの縁部領域２３，２４は、下方に向かって第１の層２１ａの方向に曲げられていて、これによりこれらの縁部領域は側方で、第１の層２１ａの突出する部分２２の狭幅側に接触している。このようにして、上側の第２の層２１ｂには、一種の収容部が形成されていて、この収容部内に、下側の第１の層２１ａが形状接続的に保持されている。

縁部領域２３，２４が９０°の角度を超えて、下側の第１の層２１ａ内へと屈曲されることにより、下側の第１の層２１ａを付加的に上側の第２の層２１ｂによってクランプ固定することができる。この場合、プレート構成部材２０の層２１ａ，２１ｂは中間層２１ｃによって材料接続的に、かつ、第１の層２１ａを少なくとも部分的に把持する上側の層の縁部領域２３，２４を介して付加的に形状接続的かつ摩擦接続的に互いに堅固に結合されている。

１，２ 締結クランプ
３，４ ガイドプレート
５，６ 締結ボルト
７ プレート構成部材
８ プレート構成部材７の上面
９ プレート構成部材７の下面
１０ａ プレート構成部材７の第１の層
１０ｂ プレート構成部材７の第２の層
１０ｃ プレート構成部材７の中間層
１１ フォイル
１２ 積層体
２０ プレート構成部材
２１ａ プレート構成部材２０の第１の層
２１ｂ プレート構成部材２０の第２の層
２１ｃ プレート構成部材２０の中間層
２２ プレート構成部材２０の側方の突出する部分２２
２３，２４ 第２の層２１ｂの縁部領域
Ｂ 固定点
Ｆ レールの脚部
Ｎ フォイル１１に対して垂直な方向
Ｑ 横方向力
Ｓ レール
Ｕ 基礎
Ｖ 鉛直方向

Claims (14)

1. 基礎（Ｕ）にレール（Ｓ）を固定するシステム用のプレート構成部材であって、該プレート構成部材（７；２０）は、互いに重ねられ解離不能に互いに結合された少なくとも２つの層（１０ａ，１０ｂ；２１ａ，２１ｂ）を有しており、これらの層のうち第１の層（１０ａ；２１ａ）は第１の材料から成っていて、第２の層は、少なくとも１つの機械的な特性に関して前記第１の層（１０ａ；２１ａ）の材料とは異なっている材料から成っている、プレート構成部材において、
   前記両層（１０ａ，１０ｂ；２１ａ，２１ｂ）の間に、熱作用により少なくとも溶融を開始する１つの中間層（１０ｃ；２１ｃ）が設けられており、該中間層の少なくとも溶融を開始する材料は、前記中間層に隣接する前記両層（１０ａ，１０ｂ；２１ａ，２１ｂ）の材料に材料接続的に結合することを特徴とする、基礎（Ｕ）にレール（Ｓ）を固定するシステム用のプレート構成部材。
2. 一方の前記層（１０ａ；２１ａ）は弾性的に可撓性であって、他方の前記層（１０ｂ；２１ｂ）は形状剛性的である、請求項１記載のプレート構成部材。
3. 前記形状剛性的な層（１０ｂ；２１ｂ）は、繊維強化された硬質プラスチックから成っている、請求項２記載のプレート構成部材。
4. 前記硬質プラスチックはポリアミド材料である、請求項３記載のプレート構成部材。
5. 前記形状剛性的な層（１０ｂ；２１ｂ）は金属材料から成っている、請求項２記載のプレート構成部材。
6. 前記弾性的な層（１０ａ；２１ａ）は微細孔質のエチレンプロピレンジエンモノマーから成っている、請求項２から５までのいずれか１項記載のプレート構成部材。
7. 前記中間層（１０ｃ；２１ｃ）はポリエチレン材料から成っている、請求項１から６までのいずれか１項記載のプレート構成部材。
8. 前記両層（１０ａ，１０ｂ；２１ａ，２１ｂ）は、前記材料接続的な結合に加えて付加的に、形状接続的に又は摩擦接続的に互いに連結されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のプレート構成部材。
9. 前記層の一方（２１ｂ）は、それぞれ他方の層（１０ａ；２１ａ）に側方で接触する少なくとも１つの部分（２３，２４）を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のプレート構成部材。
10. 固定すべきレール（Ｓ）の脚部（Ｆ）と基礎（Ｕ）との間に配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のプレート構成部材（７；２０）を有していることを特徴とする、基礎（Ｕ）へのレール（Ｓ）の固定構造。
11. 請求項１から９までのいずれか１項記載のプレート構成部材（７；２１）を製造する方法であって、以下の作業ステップ、即ち、
    第１の層（１０ａ；２１ａ）と、第２の層（１０ｂ；２１ｂ）と、熱作用下で溶融し溶融状態で前記両層（１０ａ，１０ｂ；２１ａ，２１ｂ）に付着する材料から成るフォイル（１１）とを重ねて、該フォイル（１１）が前記両層（１０ａ，１０ｂ；２１ａ，２１ｂ）の間に位置している１つの積層体（１２）を形成するステップと、
    前記積層体（１２）を、前記フォイル（１１）が少なくとも溶融し始めて、該フォイル（１１）に接触する前記両層（１０ａ，１０ｂ；２１ａ，２１ｂ）に解離不能に材料接続的に結合する中間層（１０ｃ；２１ｃ）を形成する温度まで加熱するステップと、を有することを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載のプレート構成部材（７；２１）を製造する方法。
12. 積み重ねる前に、前記両層（１０ａ，１０ｂ；２１ａ，２１ｂ）の、少なくとも前記フォイル（１１）に面した表面を粗面加工する、請求項１１記載の方法。
13. 加熱期間及び加熱温度を、前記フォイル（１１）が完全に溶融するように規定する、請求項１１又は１２記載の方法。
14. 前記加熱中、前記積層体に、フォイルが位置する平面に対して法線方向に方向付けられた圧力負荷を加える、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の方法。

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