KR101981601B1

KR101981601B1 - 레일 고정 시스템

Info

Publication number: KR101981601B1
Application number: KR1020137031948A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 린하르트; 다니엘 발터; 에릭 단네베르크; 롤란트 부다
Original assignee: 슈비하크 아게
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2019-05-23
Also published as: CA2838423A1; DK2718498T3; EP2718498B1; PL2718498T3; JP6095650B2; EP2718498A1; KR20140028048A; AU2012266790A1; RS54793B1; SI2718498T1; US9290888B2; CN103748285A; PT2718498T; ES2574419T3; MX339653B; WO2012167947A1; US20140103132A1; BR112013031605B1; HUE027747T2; RU2013158333A

Abstract

본 발명은, 레일 트랙 설비의 침목(1) 상에 레일(2)의 비-포지티브 탄성 고정을 위한 레일 고정 시스템에 관한 것이며, 상기 레일 고정 시스템은, 하나 이상의 나사(4)에 의해 침목(1) 상에 고정될 수 있는 하나 이상의 앵글 가이드 판(5)과, 하나 이상의 클램프(3)를 포함한다. 그리고 상기 레일 고정 시스템은, 클램프(3)의 클램프 암(3a, 3b)들의 휨 반경들은 바람직하게는 18 ~ 70㎜의 범위이고, 각각의 클램프 암의 내부에서 서로 인접한 휨 반경들의 비율은 1.9보다 작거나 같고(≤ 1.9), 최대 휨 반경 대 최소 휨 반경의 비율은 3.8보다 작거나 같으며(≤ 3.8), 앵글 가이드 판의 중량 대 그 폭의 비율은 1.3g/㎜ 미만(< 1.3g/㎜), 바람직하게는 약 1.25g/㎜인 것을 특징으로 한다.

Description

레일 고정 시스템{RAIL-FASTENING SYSTEM}

본 발명은 레일 트랙 설비의 침목 상에 레일의 비-포지티브 탄성 고정을 위한 레일 고정 시스템에 관한 것이며, 상기 레일 고정 시스템은 하나 이상의 나사에 의해 침목 상에 고정될 수 있는 하나 이상의 앵글 가이드 판과 하나 이상의 클램프를 포함하며, 대개 레일 고정 시스템의 강철 부재들 및/또는 트랙 침목에 대해 레일의 전기 절연을 보장하기 위해 레일 저부와 트랙 침목 사이에 고무 재료로 제조된 레일 중간층이 제공된다.

공지된 레일 고정 시스템의 경우, 철도 트랙들의 프리스트레싱(prestressing)은 나사, 도웰(dowel), 앵글 가이드 판 및 클램프와 같은 컴포넌트들에 의해 수행된다. 설치된 상태에서 앵글 가이드 판(파지 판)과 나사(고정 앵커) 사이에 배치되는 클램프가 이용된다. 이 경우, 클램프는 토션 부재들로서 형성되는 2개의 다리부를 포함한다. 토션 레그들(torsion leg) 또는 레그 암들(leg arm)은 서로 나란히 평행하게 위치하는 2개의 스프링 바 섹션(spring bar section)을 포함하며, 이들 스프링 바 섹션은 프리스트레싱 섹션을 형성하면서 실질적으로 스프링 바 섹션들에 대해 횡방향으로 바깥쪽을 향해 휘어진 루프(loop)를 통해 일체형으로 연결된다.

상기 레일 고정 시스템들은 우선적으로 단단한 지반, 예컨대 콘크리트 침목 또는 콘크리트 플레이트 상에 레일들의 고정을 위해 이용된다. 이 경우, 고정할 레일은 탄성 중간층을 통해 단단한 지반 상에 직접 위치한다. 레일의 측면의 안내는 각각 쌍을 이루면서 그 사이에서 정확한 트랙의 레일 채널을 형성하는 앵글 가이드 판들에 의해 수행된다. 앵글 가이드 판들은 레일을 통해 유도된 힘을 레일을 지지하는 지반으로 직접 방출한다. 이를 위해, 각각의 지반에 앵글 가이드 판들 각각을 위해 할당된 앵글 가이드 판이 지지될 수 있는 견부(콘크리트 견부)를 형성한다.

레일 고정부에서 클램프의 기능은 침목의 레일 지지면을 이용하여 정의된 힘으로 레일에 예비 응력을 가하는 것에 있다. 상기 응력 힘은 레일 고정부의 내크리프성(creep resistance) 및 내비틀림성에 비례한다. 이 두 저항은 트랙부의 위치 안정성을 위해 매우 중요하다. 또한, 응력 힘은, 차량 주행으로부터 안내력(guide force)이 발생할 경우, 레일의 기울어짐을 저지하고, 그에 따라 필요한 트랙 기하구조 및 확실한 차량 주행을 보장한다.

높은 응력 힘 또는 예비 응력 힘은 바로 높은 측면 안내력 및 높은 온도 변동을 갖는 영역들에서 필요하다. 오늘날의 레일 고정부는 하중 분배의 목적으로 레일을 탄성지지하기 때문에, 클램프는 높은 응력 힘 외에도 수직 진동이 높은 경우의 수직 피로 강도도 보유해야만 한다.

종래 기술에서 공지된 클램프들은 각각의 설치 상황을 기반으로 10 ~ 14kN의 응력 힘과 최대 2.0㎜(진동의 진폭)의 진동 시 피로 강도를 가능하게 한다. 예외는 최대 3.5㎜의 진동 시 피로 강도이지만 응력 힘은 단지 10kN인 조건을 보장하는 "단단한 레일 트랙"을 위한 몇몇 클램프이다.

레일 고정부를 통해 비틀림 저항이 조절되며, 여기서는 결정적으로 레일로부터 침목 또는 콘크리트 침목의 견부들로 횡력을 유도하는 앵글 가이드 판들의 폭(레일 저부에 평행한 치수)을 통해 조절된다. 레일 고정부의 비틀림 저항은 트랙부의 프레임 강성에 영향을 준다. 높은 프레임 강성은 간극 없이 용접된 트랙의 지지부 안정성을 위해 목표로 하는 사항이다(트랙의 좌굴 방지).

본 발명의 과제는 공지된 레일 고정 시스템에 있어서 재료 최적화를 통한 중량 감소에도 한편으로 높은 결합력 또는 예비 응력 힘이 가해지고, 높은 횡력 또는 하중은 고정부로 제거될 수 있도록, 상기 레일 고정 시스템을 개량하는 것에 있다.

상기 과제는 본 발명에 따른 의미에서, 청구항 제1항의 특징들을 포함하는 레일 고정 시스템에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 구현예들은 종속 청구항들에서 정의된다.

본 발명에 따라, 하기 특징들을 보유하는 클램프들이 클램프 암들 또는 토션 레그들의 영역(클램프 암들의 자유 단부에서부터 후방 지지대까지의 영역)에서 이용된다. 요컨대 클램프 암 내 큰 휨 반경의 형성과 적은 반경 변화를 통해, 일정한 응력 분포가 달성된다(응력 피크의 방지). 그와 동시에, 클램프 암들은 편편한 구조로 제공되며, 그럼으로써 토션 및 휨 영역 내 국소 응력 피크들은 방지된다. 또한, 본 발명에 따른 레일 고정 시스템은 레일 트랙 설비의 침목 내로 클램프의 응력 힘의 최적의 힘 유도를 위해서 뿐 아니라 이용되는 재료 및 이 이용되는 재료의 유형의 최적의 감소를 위한 특수한 기하구조를 갖는 앵글 가이드 판들을 이용한다. 따라서, 본 발명의 사상에서, 앵글 가이드 판의 경사 표면들과 클램프로 향해 있는 측면과 하면 즉, 침목으로 향해 있는 앵글 가이드 판의 면에 배치된 보강부들을 구비한 앵글 가이드 판들이 제공된다.

클램프 내부의 작은 반경 변화는 코일 스프링(인접한 반경들의 비율 = 1)의 반경 변화에 근사하며, 그 결과로 국소 응력 피크들은 방지되고 응력 분포는 클램프 암의 전체 길이에 걸쳐 균일하게 수행된다. 동일한 반경들(코일 스프링)의 배치는 기하학적 관점에서 클램프의 경우 불가능하다. 클램프의 로드 재료(rod material)의 지름이 대체로 대략 동일한 경우(약 13 내지 15㎜, 바람직하게는 14.5㎜), 도 2b에 명시된 반경으로는 인접한 반경들의 비율에 대해 1.9의 값이 달성된다. 그에 반해 예컨대 종래 기술에서 공지된 클램프들은 인접한 반경들의 비율에서 다시 말해 가장 강한 휨의 영역에서 명백히 3을 상회하는 값(> 3)을 보유한다.

도 2b에 명시된 반경들은 응력 분포를 최적화하며, 그럼으로써 클램프 암들의 영역에서 3.8의 최대 반경 대 최소 반경의 비율이 가능해지면서 국소 응력 피크들은 방지되고 낮은 세팅 거동이 보장될 수 있게 된다. 그에 반해, 종래 기술에서 공지된 클램프들에서의 값은 예컨대 종래 기술에서 공지된 클램프에서의 7보다 훨씬 더 높다.

도 2a 및 도 2c에 표시된 치수들로부터 알 수 있듯이 클램프 암들은 클램프 폭의 절반(바람직하게는 86㎜)과 클램프의 높이(바람직하게는 33㎜) 간에 2.6을 상회하는 값(> 2.6)을 갖는 비율로 형성된다.

2.6을 상회하는 본 발명에 따른 비율(> 2.6)을 통해 휨과 토션의 중첩으로 인한 국소 응력 피크들은 방지되며, 그에 따라 동일한 재료 사용 시 상대적으로 더 높은 응력 힘 및 하중 범위가 달성되며, 요컨대 바람직하게는 14kN을 상회하는 높은 응력 힘(> 14kN)과 그와 동시에 3.5㎜보다 크거나 같은 진동(진동 진폭)(≥ 3.5㎜) 시 수직 피로 강도가 달성된다.

본 발명에 따른 레일 고정 시스템에서 이용되는 앵글 가이드 판들(AGP)은 도 3에 평면도 및 다수의 단면도로 도시되어 있으며, 도 4a에는 평면 사시도로, 그리고 도 4b에는 하면으로부터 보고 도시한 사시도로 도시되어 있다. 공지된 앵글 가이드 판들(예컨대 독일 특허 공보 DE 39 18 091 C2 참조)은 침목 상의 지지면에 대해 평행한 표면을 포함하고, 이는 콘크리트 침목의 견부를 통해 제거하기 위해 횡력의 편향을 필요로 하는 반면에, 추가 개발된 앵글 가이드 판은 경사 표면과 하면 상에는 경사 표면에 대해 평행하게 배치된 보강부를 포함한다. 경사 표면은 힘의 편향 없이 직접적인 힘 흐름을 가능하게 하며, 오히려 차량 주행에서 발생하는 안내력은 레일들을 통해 앵글 가이드 판 내로, 그리고 이 앵글 가이드 판으로부터 지지면에 대해 수직으로 콘크리트 침목에 제공된 견부로 유도된다.

또한, 앵글 가이드 판의 바람직하게는 상대적으로 더 큰 폭에도 불구하고, 적은 하중을 받는 영역들내의 재료 감소 또는 재료 최적화를 통해, 그리고 높은 하중을 받는 관련된 횡단면의 약화 없이 더욱 적은 중량이 달성된다. 표준에 따른 앵글 가이드 판은 중량이 170 내지 180g인 조건에서 110㎜의 폭을 갖는다(1.55 ~ 1.65의 중량 대 폭의 비율). 특수 판으로서, 분기기 영역에는 150㎜ 폭과 약 230g 중량을 갖는 변형예가 이용된다(약 1.55의 중량 대 폭의 비율). 본 발명에 따라 새로 개발된 앵글 가이드 판은 폭이 바람직하게는 150㎜인 경우 190g만의 중량과, 그에 따라 약 1.25의 중량 대 폭의 비율을 가능하게 한다. 본 발명에 따라 제안되는 조치들은 바람직하게는 110㎜를 상회하는 폭(> 110)과 1.3 미만의 중량 대 폭의 비율(< 1.3)을 갖는 앵글 가이드 판의 형성을 허용한다. 또한, 본 발명에 따라 제안되는 조치들을 통해 종래 기술과 비교하여 비례 이하로 상승하는 재료 이용의 조건에서 상대적으로 더 강한 레일 저부들 및 중간층들에 대한 앵글 가이드 판의 매칭이 실현될 수 있다.

레일 중간층을 수용 및 고정하기 위해 바람직하게는 앵글 가이드 판에 제공된 수단들, 바람직하게는 앵글 가이드 판의 측면 포켓부들(pocket)은 바람직하게는 높은 하중을 받지 않는 앵글 가이드 판의 영역에 배치되고, 바람직하게는 그 결과로 수평 방향(슬립) 및 수직 방향(상승 분리)으로 최적의 조건으로 고정되는 중간판의 모서리들과 일치하거나 일직선을 이루는 방식으로 배치된다.

본 발명의 레일 고정 시스템에 의하면, 공지된 레일 고정 시스템에 있어서 재료 최적화를 통한 중량 감소에도 한편으로 높은 결합력 또는 예비 응력 힘이 가해지고 높은 횡력 또는 하중은 고정부로 제거될 수 있도록, 상기 레일 고정 시스템을 개량할 수 있다.

도 1a와 도 1b에는 종래 기술에 따르는 레일 고정 시스템이 도시되어 있고,
도 2에는 재현한 도 a) 내지 d)로 본 발명에 따른 레일 고정 시스템에서 이용되는 것과 같은 클램프의 다양한 모습들이 도시되어 있고,
도 3에는 최적화된 재료 활용을 위해, 그리고 앵글 가이드 판(5) 상에 작용하는 힘을 (미도시된) 레일을 통해 (미도시된) 콘크리트 침목 내로 유도하기 위해, 특별한 형상을 취하는 본 발명에 따른 앵글 가이드 판(5)이 평면도로 도시되어 있고, 도 3b에는 도 3a의 절단선 A-A를 따르는 단면도가 도시되어 있으며, 도 3c에는 절단선 B-B를 따라 도 3a의 앵글 가이드 판(5)을 절단한 단면도가 도시되어 있고, 도 3d 내지 도 3f에는 절단선 C(도 3d), D-D(도 3e), 및 E-E(도 3f)를 따라 도 3a에 따른 앵글 가이드 판(5)을 절단하여 도시한 각각의 단면도가 도시되어 있으며,
도 4에는 마지막으로 본 발명에 따른 앵글 가이드 판(5)을 상부에서 보고 도시한 사시도(도 4a)와 하부에서 보고 도시한 사시도(도 4b)가 도시되어 있다.

도 1a와 도 1b에는 종래 기술에 따르는 레일 고정 시스템이 도시되어 있으며, 더욱 정확하게 말하면 콘크리트 침목 상에 레일의 고정부가 레일 트랙 설비의 절개 부분으로서 평면도(도 1)로 그리고 도 1의 절단선 II-II을 따른 단면도(도 1b)로 도시되어 있다. 콘크리트 침목(1) 상에 중간층(7)을 통해 부설된 레일(2)은 클램프(3)들과 중간에 앵글 가이드 판(5)들이 개재된 조건에서 클램프(3)들의 중간 루프를 잠기게 하면서 콘크리트 침목(1)의 플라스틱 나사 도웰(6) 내로 나사 체결되는 침목 나사(4)들에 의해 고정된다. 상기 통상의 레일 고정 시스템은 도 2에 도시된 클램프와 도 3 및 도 4에 도시된 앵글 가이드 판의 설치를 통해 앞서 설명한 것처럼 분명하게 개량된다.

도 2에는 재현한 도 a) 내지 d)로 본 발명에 따른 레일 고정 시스템에서 이용되는 것과 같은 클램프의 다양한 모습들이 도시되어 있다. 본 발명에 따른 클램프(3)는 최대 높이가 단지 바람직하게는 33㎜(도 2c 참조)인 조건에서 172㎜(도 2a 참조)의 폭을 보유한다. 도 2b의 평면도에서는 모두 약 13 내지 15㎜의 지름을 갖는 로드 재료로 제조된 클램프(3)가 2개의 동일한 다리부[클램프 암(3a, 3b)]를 포함하며, 이들 다리부는 중간 루프(3c)를 통해 서로 연결되어 있는 점을 알 수 있다. 그 다음, 상기 중간 루프(3c)를 통과하여 (여기에는 도시되지 않은) 침목 나사가 (마찬가지로 도시되지 않은) 콘크리트 침목 내로 삽입된다. 다리부(3a, 3b)들의 단부들의 상호 간 이격 간격은 바람직게는 63㎜이다. 대칭으로 형성된 다리부(3a, 3b)들은 국소 응력 피크를 방지하게 위해, 인접한 반경들의 비율이 1.9보다 작거나 같은 값(≤ 1.9)을 취하는 곡률을 보유하며, 도 2에 따른 상기 특수한 구현예에 따라서는 18.5 내지 70㎜의 반경들이 형성된다.

도 3에는 최적화된 재료 활용을 위해 그리고 앵글 가이드 판(5) 상에 작용하는 힘을 (미도시된) 레일을 통해 (미도시된) 콘크리트 침목 내로 유도하기 위해, 특별한 형상을 취하는 본 발명에 따른 앵글 가이드 판(5)이 평면도로 도시되어 있다. 앵글 가이드 판(5) 내부의 중심에는 (미도시된) 고정 나사를 통과시키기 위한 관통 보어(5a)가 제공된다. 관통 보어(5a)에 인접하는 위치에는 (미도시된) 클램프의 중간 루프를 위한 지지면(b, 5c)들이 제공된다. 좌측 가이드 판(5)의 모서리 영역들에는 (미도시된) 중간층의 확실한 파지를 허용하는 포켓부(5d, 5e)들이 배치된다. 앵글 가이드 판(5)의 윤곽 형성은 성능이 실질적으로 동일하거나 심지어는 향상된 조건에서, 특히 목표하는 재료 감소에 유용하다.

도 3b에는, 도 3a의 절단선 A-A를 따르는 단면도가 도시되어 있으며, 그에 따라 중심에서 (미도시된) 나사를 위한 관통 보어(5a)를 통과한다. 앵글 가이드 판(5)의 우측 면에는 (미도시된) 레일로부터 특히 바람직하게는 (미도시된) 콘크리트 침목 내로 힘의 공급을 수행할 수 있는 견부 및 테이퍼부(5f)들이 구성된다. 그 밖에도, 앵글 가이드 판(5)의 상면에는 경사 표면(5g)이 구성되며, 이 경사 표면을 통해 앵글 가이드 판(5)의 좌측 면의 테이퍼부(5h)들 및 앵글 가이드 판(5)의 하면의 보강부(5i)와 함께, 최적의 재료 사용이 달성된다. 테이퍼부(5h)는 (미도시된) 레일로부터 (미도시된) 콘크리트 침목 내로 최적의 힘 흐름을 달성하기 위해, (미도시된) 콘크리트 침목의 마찬가지로 테이퍼 형성된 견부와 바람직하게는 형태 결합 방식으로 상호 작용한다.

도 3c에는, 절단선 B-B를 따라 도 3a의 앵글 가이드 판(5)을 절단한 단면도가 도시되어 있다. 관통 보어(5a)의 측면에는 (미도시된) 클램프와 앵글 가이드 판(5)의 미끄럼 없는 결합을 달성하기 위해 (미도시된) 클램프의 중간 루프를 위한 지지면(5b, 5c)들이 각각 제공된다. 앵글 가이드 판(5)의 하면에는 보강부(5i)들 사이에서 적합한 재료 감소를 통해 4개의 보강부(5i)를 형성하였다.

도 3d 내지 도 3f에는 절단선 C(도 3d), D-D(도 3e), 및 E-E(도 3f)를 따라 도 3a에 따른 앵글 가이드 판(5)을 절단하여 도시한 각각의 단면도가 도시되어 있다. 도 3d 내지 도 3f에 따른 모든 단면도에서 알 수 있듯이 일측의 경사 표면(5g)과 타측의 테이퍼부(5h)는 앵글 가이드 판(5)의 전체 폭에 걸쳐 연속해서 제공되어 있다.

도 4에는 마지막으로 본 발명에 따른 앵글 가이드 판(5)을 상부에서 보고 도시한 사시도(도 4a)와 하부에서 보고 도시한 사시도(도 4b)가 도시되어 있다. 테이퍼부(5h)의 반대 방향으로 향해 있는 모서리들에서 앵글 가이드 판(5)은 (미도시된) 중간층을 고정하기 위한 앞서 이미 설명한 포켓부(5d, 5e)들을 포함한다. (미도시된) 콘크리트 침목 내로 특히 콘크리트 침목의 (미도시된) 견부 내로 힘 유도를 수행하는 보강부(5i)들 사이에서는 요구되는 안전 표준을 준수하는 조건에서도, 앵글 가이드 판(5)의 중량을 전체적으로 최적화하기 위해 재료를 감소시켰다.

Claims

레일 트랙 설비의 침목 상에 레일의 비-포지티브 탄성 고정을 위한 레일 고정 시스템으로서, 침목 상에 하나 이상의 나사로 고정될 수 있는 하나 이상의 앵글 가이드 판과, 하나 이상의 클램프를 포함하는 상기 레일 고정 시스템에 있어서,
클램프의 클램프 암들은 휨 반경들을 가지고 있고,
각각의 클램프 암의 내부에서 서로 인접하는 휨 반경들의 비율은 1.9보다 작거나 같고(≤ 1.9), 최대 휨 반경 대 최소 휨 반경의 비율은 3.8보다 작거나 같으며(≤ 3.8), 앵글 가이드 판의 중량 대 폭의 비율은 1.3g/㎜ 미만(< 1.3g/㎜)이거나, 또는 1.25g/㎜인 것을 특징으로 하는 레일 고정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 클램프의 클램프 암들의 휨 반경들은 18 ~ 70㎜의 범위인 것을 특징으로 하는 레일 고정 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 레일 저부와 침목 사이에, 침목 및/또는 레일 고정 시스템의 전기 전도성 재료, 또는 강철 부재에 대해 레일의 절연을 위한 전기 절연 재료, 또는 고무 재료로 이루어진 레일 중간층이 배치되는 것을 특징으로 하는 레일 고정 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 클램프의 로드 재료는 13 ~ 15㎜의 범위, 또는 14.5㎜로 동일한 지름을 보유하는 것을 특징으로 하는 레일 고정 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 클램프의 응력 힘은 14kN을 상회하고(> 14kN), 상기 클램프는 3.5보다 크거나 같은 진폭(≥ 3.5)을 갖는 진동 시 수직 피로 강도를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 레일 고정 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 앵글 가이드 판은 그 상면의 경사 표면과 그 하면에 배치된 보강부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 레일 고정 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 앵글 가이드 판의 폭은 110㎜를 상회하거나(> 110㎜), 또는 150㎜인 것을 특징으로 하는 레일 고정 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 클램프 폭의 절반 대 클램프의 높이의 비율은 2.6을 상회하는(> 2.6) 것을 특징으로 하는 레일 고정 시스템.
제2항에 있어서, 상기 앵글 가이드 판은 레일 중간층을 수용 및 고정하기 위한 수단들, 또는 측면 포켓부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 레일 고정 시스템.