KR102255438B1 - 레일을 지면에 고정하기 위한 텐션 클램프 및 고정점 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레일 차량용 레일을 유지하기 위한 텐션 클램프(1, 101) 및 레일에 형성되는 레일 고정점에 관한 것이다. 텐션 클램프(1,101)는 두 개의 레그(4, 5; 104, 105)를 갖는 중앙부(2, 102), 상기 레그에 연결되며 하부면에 지지 구역(10, 11, 110, 111)을 갖고 측 방향으로 멀어지게 이어진 두 개의 토션부(8, 9; 108, 109) 및 상기 토션부(8, 9; 108, 109)에 연결된 두 개의 지지 암(12, 13; 112, 113)을 구비한다. 지지 암(12, 13, 112, 113)은 텐션 클램프(1, 101)의 전방면(V)을 향해 연장되고 스프링부(14, 15; 114, 115) 및 상기 지지 암이 사용 중에 레일의 저부에 지지되게 하는 지지 구역(10, 11; 110, 111)을 구비한 지지부(18, 19; 118, 119)를 갖고 있다. 본 발명에 따라, 지지부(18, 19; 118, 119)들은 텐션 클램프(1; 101)의 중앙부(2; 102)에 대해 측 방향 외측을 향하고 있으므로, 각각의 경우에 지지 암(12, 13; 112, 113)들의 지지 구역(20, 21; 120, 121)들의 중심을 지지 암(12, 13; 112, 113)에 할당된 토션부(8, 9; 108, 109)의 지지 구역(10, 11; 110, 111)의 중심(Z10, Z11; Z110, Z111)과 연결하는 직선(G1, G2)들이 텐션 클램프(1; 101)의 후방면(R)에 위치한 영역에 있다는 사실은 텐션 클램프(1, 101)의 고유 진동수를 증가시켜 그 고유 진동수가 실제로 발생하는 자극 진동수의 외부에 있게 한다. 이러한 방식으로 최적화된 내구성이 보장된다.

Description

레일을 지면에 고정하기 위한 텐션 클램프 및 고정점
본 발명은 레일 차량용 레일을 고정하기 위한 텐션 클램프에 관한 것이다.
본 발명은 또한 레일 차량용 레일이 지면에 고정되는 고정점에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고정점이 확립되는 지면은 전형적으로 콘크리트 또는 유사물과 같은 고체 재료로 만들어진 침목 또는 플레이트이다. 그러나, 본 발명에 따른 고정점은 또한 지면의 역할을 하는 종래의 목재 침목에도 장착될 수 있다.
본 발명에 의해 개선된 구성요소 및 고정점에 의해 고정되는 레일은 통상적으로 레일 저부, 레일 저부 상의 레일 웨브, 및 레일 웨브에 의해 지탱되는 레일 헤드를 갖는다.
여기에서 논의되는 유형의 고정점 및 이러한 유형의 고정점을 제조하기 위해 여기에서 논의하는 구성요소를 포함하는 시스템의 여러 변형들이 알려져 있다. 그러한 시스템의 예는 예를 들어 http://www.vossloh-fastening-systems.com/de/produkte_2015/anwendungsbereiche/conventional_rail/conventional_rail_1.html URL을 통해 다운로드 할 수 있는 본 출원인의 발행 브로셔에 제시되어 있다. 예시적으로, 09/2014 버전의 브로셔 "System W 41 U - 고탄성 레일 고정, 일반 속도 및 고속용 고탄성 레일 고정 - 홈이 없는 콘크리트 침목을 구비한 도상 궤도용 범용 솔루션", 02/2015 버전의 브로셔 "System W 21 - 고탄성 레일 고정, 일반 속도 및 고속용 고탄성 레일 고정 - 홈이 없는 콘크리트 침목을 구비한 도상 궤도용 최신 솔루션", 또는 02/2015 버전의 브로셔 "System 300 일반 속도 및 고속용 고탄성 레일 고정 - 슬래브 트랙용으로 입증된 솔루션"을 들 수 있다.
공지된 레일 고정 시스템(예를 들어 WO 2006/005543 A1 및 아래에서 언급하는 다른 특허 공보 참조) 및 이들로부터 만들어지는 레일 고정점은 전형적으로 이들을 구성하는 구성요소로서, 레일의 측면 안내를 위해 제공된 안내판(예를 들어 WO 2010/091725 A1 참조), 안내판 상에 배치되도록 제공된 W 형상의 텐션 클램프(예를 들어 WO 2012/059374 A1 참조) 및 지면(예를 들어 WO 2006/005543 A1 참조)에 대항하여 텐션 클램프가 장력을 가하도록 제공된 텐션 요소(예를 들어 WO 2014/029705 A1 참조)를 포함한다.
탄성 레일 패드(예를 들어 WO 2005/010277 A1 참조)는 레일 고정 시스템의 이들 기본 구성요소에 옵션으로 추가될 수 있고, 기부판(예를 들어 WO 2011/110456 A1 참조)이 지면에 대해 레일의 높이를 조정하거나 궤도 차량이 레일 위로 주행할 때 발생하는 하중의 대규모 분포를 위해 추가될 수 있는데, 지면에 대한 최적의 절연을 보장하기 위하여 피고정 레일과 스프링 요소 사이에 절연 요소(예를 들어 WO 2005/051841 A1 참조)들이 일반적으로 배치될 수 있는 것과 마찬가지로, 탄성 레일 패드는 각각의 경우에 중력의 방향으로 시스템으로부터 형성된 고정점에서 레일의 일정한 유연성을 보장하기 위하여 레일 아래에 또는 시스템의 다른 판형 구성요소 아래에 배치될 수 있다.
W 형 또는 ω 형 텐션 클램프는 일반적으로 스프링 스틸 와이어로부터 굽혀져서 하나의 부품으로 형성된다. 텐션 클램프는 두 개의 레그(leg)가 서로 평행하게 배열되어 있는 일반적으로 V 형 또는 U 형의 중앙부를 가지고 있다. 이들 레그는 그들 사이에 개방 공간을 한정하는데, 개방 공간을 통해 텐션 수단, 일반적으로 침목 스크류 또는 침목 볼트가 그 샤프트와 함께 지면 내로 안내된다. 레그는 일반적으로 레일에 할당된 텐션 클램프의 전방면을 향하는 기부에 의해 일 단부에서 서로 연결된다. 토션부는 전형적으로 중앙부의 레그의 타 단부 상에 형성되고, 토션부는 중앙부의 각각 할당된 레그로부터 측면 외측 방향으로 돌출한다.
토션부는 스프링 요소가 사용 중에 각 토션부 상에 형성된 지지 구역 내의 토션부의 영역에서 접촉 영역에 지지될 수 있도록 텐션 클램프의 하부면의 방향으로 만곡되는데, 접촉 영역은 스프링 요소를 지탱하는 구성요소 예를 들어 안내판의 상부면에 형성된다. 중앙부으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 토션부의 단부는 일반적으로 각각의 경우에 지지 암 내로 통과하며, 측면에서 볼 때 지지 암은 일반적으로 텐션 클램프의 상부면의 방향으로 아치형으로 만곡되고 위에서 볼 때 피고정 레일의 전방면 방향으로 정렬된다. 지지 암의 자유 단부는 전형적으로 중앙부의 방향을 향한다. 텐션 클램프는 사용 중에 이들 단부에 의해 피고정 레일 저부에 지지된다.
지지 구역은 단부의 하부면 상에 형성되며, 상기 단부는 사용 중에 레일 저부에 놓여진다. 지지 암 및 토션부의 지지 구역은 직선에 규칙적으로 정렬되는데, 상기 직선은 실제로 알려져 있는 텐션 클램프에서 텐션 클램프의 대칭축에 본질적으로 평행하다.
실제로 사용되며 "Skl15"로 표시된 앞서 설명한 텐션 클램프의 일례가 전술한 브로셔 "System 300 일반 속도 및 고속용 고탄성 레일 고정 - 슬래브 트랙용으로 입증된 솔루션"에 설명되어 있다.
지지 암의 형상 및 그 단부의 형상과 정렬 이외에, 탄성 유연성 및 이와 관련한 지지 암에 의해 레일에 가해지는 유지력은 실제 사용 중에 발생하는 요구 및 하중에 따라 조정될 수 있다. 동일한 방식으로, 텐션 클램프의 스프링 거동은 토션부와 중앙부의 설계 그리고 중앙부와 토션부 사이 및 토션부과 지지 암 사이의 임의의 천이부에 의해 영향을 받을 수 있다.
안내판은 일반적으로 상면에 각각의 안내판에 배열될 스프링 요소가 안내되어 실제로 발생하는 하중 하에서도 사용 중에 그 위치를 유지하도록 형상 요소를 갖고 있다. 예를 들어, 스프링 요소의 토션부가 사용 중에 안착되는 플루트 홈(fluted recesses) 또는 안내판의 상부면 상의 중앙 웨브는 그곳에서 중앙 루프가 안내되고 지지되게 설계될 수 있다.
텐션 클램프의 수명은 그 진동 거동에 상당히 의존한다는 것이 밝혀졌다. 텐션 클램프는 일반적으로 여러 개의 고유 진동수를 갖는다는 것이 알려져 있다.
실제 사용시, 열차가 텐션 클램프에 의해 고정된 레일 위로 주행할 때 텐션 클램프는 진동하도록 자극된다. 주기적으로 레일이나 레일 차량의 가장자리에서의 반복적인 오류는 공진 피크로 이어질 수 있다. 이들이 텐션 클램프의 고유 진동수 중 하나에 근접하면, 특히 텐션 클램프의 지지 암의 영역에서 진동 진폭이 급격히 증가한다. 이것은 토션부의 영역에서 또는 토션부의 방향으로 지지 암의 천이 영역에서 전형적으로 발생하는 파손의 결과로서 텐션 클램프의 조기 파손 및 갑작스러운 파손을 초래한다.
맥시밀리언 스타이거(Maximilian Steiger)에 의한 2016년 8월 Journal EI-Der Eisenbahningenieur의 25 페이지에 개재된 논문에, 레일 패스너의 동적 거동 최적화에 대한 연구가 보고되어 있다. 이들 시험의 결과로서, 공진으로 인한 레일 고정 장치의 손상을 방지하기 위한 세 가지 조치가 제안되었다.
제시된 첫 번째 조치는 추가적인 진동 흡수 요소를 텐션 클램프에 추가하여 배열하는 것으로 구성되었다. 이러한 디스크형 또는 튜브형 추가 요소는 특히 지지 암의 영역에 배열되어야 한다. 그러나, 시험에서 이러한 유형의 진동 흡수 장치는 매우 효과적이지만 파괴되기 쉽다는 것이 밝혀졌기 때문에, 이러한 유형의 흡수 장치의 실용성은 의심스럽다는 결론에 이르렀다.
두 번째 조치로서, 이 논문은 각각의 안내판에서 텐션 클램프를 위해 제공되는 접촉면을 넓히는 것을 제안하였다. 시험 결과로, 넓어진 지지부가 일반적으로 자극이 실제로 발생하는 범위를 벗어나는 지점까지 텐션 클램프의 고유 진동수를 증가시킬 수 있음을 보여주었다. 그러나, 안내판에 의해 측 방향으로 안내되고 텐션 클램프에 의해 유지되는 레일 위로 구동될 때 실제 발생하는 레일의 불가피한 수평 및 수직 이동의 결과로서, 텐션 클램프 및 안내판에 의해 필수적으로 발휘되는 상대 이동이 문제일 수 있다는 것이 입증되었다. 이러한 이동은 넓어진 지지부의 영역에서 마모 증가를 초래하였으며, 제안된 지지부 확대의 실현 가능성에 의문을 제기했다.
이 논문에서 제안한 세 번째 조치는 텐션 클램프 자체의 형상을 변경하는 것이었다. 이 조치는 또한 텐션 클램프의 고유 진동수를 실제로 발생하는 자극의 범위 밖으로 증가시키는 것을 목표로 한다. 지지 암의 형상과 지지 암 사이의 거리 및 지지 암의 "틸팅 축"으로 알려져 있는 것이 중요한 설계 특징으로 인식되었다. 이와 관련하여, 사용중에 각각의 지지 암의 자유 단부가 레일 저부 상에 지지되는 구역의 중심과, 각각의 지지 암의 다른 단부가 안내판에 지지되는 구역의 중심을 연결하는 직선이 지지 암의 틸팅 축으로 지정된다. 이 구역은 전형적으로 각각의 지지 암에 할당된 토션부의 영역에 있다. 지지 암에 의해 기술된 만곡부와 틸팅 축 사이의 거리를 감소시키는 것, 환언하면 안내판 위의 만곡부의 높이를 감소시키는 것은 고유 진동수가 충분히 증가될 수 있음을 의미한다.
그러나 지지 암의 형상, 특히 지지 암의 만곡부 높이를 감소시키는 것은 스프링 특성의 근본적인 변화와 관련된다. 이것은 텐션 클램프가 각각의 목적을 위해 더 이상 최적으로 사용될 수 없거나 탄성 거동에 관한 요건을 더 이상 최적의 방식으로 충족시키지 못하는 것이 될 수 있다.
이러한 배경을 감안하여, 구성요소들 또는 개별 구성요소로 형성된 시스템의 수명을 최대화하기 위해 레일 고정점에 대해 하나 또는 복수의 상호 작용하는 구성요소를 설계하기 위한 실제적인 조치를 강구하는 목적이 대두되었다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 제1항 및 제7항에 각각 전반적으로 나타내고 있는 텐션 클램프 또는 안내판의 특별한 설계를 제안하는데, 이들 설계 조치 각각은 목적을 개별적으로 달성하고, 다시 말해서 전술한 목적의 다른 조치와 구분되는 것이며 따라서, 전체 시스템 및 특히 이 시스템에 설치된 텐션 클램프의 진동 거동의 개선으로 이어진다. 물론, 본 발명에 의해 제안된 조치들은 최적 효과를 달성하기 위해 임의의 방식으로 서로 조합될 수 있다는 것이 이해된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속항에 정의되며, 본 발명의 일반적인 개념과 마찬가지로 이하에서 상세히 설명된다.
따라서, 본 발명에 따른 고정점은 본 발명에 따라 설계된 텐션 클램프 또는 본 발명에 따라 설계된 안내판이 고정점 안에 설치되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 텐션 클램프 및 본 발명에 따른 안내판은 각각 개별적으로 진동 거동의 분명한 개선을 나타내는데, 환언하면 서로에 대한 대안으로서 사용될 수 있지만 서로 조합하여 사용될 때 최적의 결과를 제공한다.
본 발명에 필수적이며 텐션 클램프 자체의 진동 거동을 향상시키기 위해 본원에서 언급한 문제의 관점에서 특히 효과적인 조치는 고유 진동수가 실제 사용시에 진동 자극이 더 이상 발생하지 않는 범위로 시프트되도록 지지 암이 레일 저부에 놓여지는 구역을 텐션 클램프의 각각의 지지 암 안으로 변위시키는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 레일 차량을 위한 레일의 탄성 유지를 위한 텐션 클램프를 제안하는데, 상기 레일은 저부, 상기 저부 상의 웨브 및 상기 웨브에 의해 지탱되는 레일 헤드를 포함하며, 공지된 방식으로 텐션 클램프는 중앙부, 토션부 및 지지 암을 구비하고,
- 두 개의 레그 및 상기 레그를 서로 연결하는 기부를 구비한 루프 형상의 중앙부, 여기에서 상기 기부의 자유 단부면은 전방면을 향하게 되고, 상기 중앙부의 자유 상부면은 텐션 클램프의 상부면을 향하게 되며, 상기 중앙부의 레그들은 그 말단부가 기부로부터 멀어지게 텐션 클램프의 후방면을 지향하게 되며,
- 두 개의 토션부, 각각의 경우에서 토션부들 중의 하나는 기부로부터 멀어지게 지향하는 중앙부의 레그 중 하나의 말단부에 연결되고, 토션부들은 각각의 경우에 개별적으로 이들에 할당되는 레그로부터 시작하여 측면 외측 방향으로 멀어지게 되며, 토션부들은 그 하부면 상에 지지 구역을 가지며, 상기 지지 구역에 의해 텐션 클램프가 사용 중에 이들을 지지하는 구성요소 상에 지지되며,
- 두 개의 지지 암, 각각의 경우에서 지지 암들 중의 하나는 중앙부의 할당된 레그로부터 멀어지게 지향하는 토션부들 중 하나의 말단부에 연결되며, 지지 암은 텐션 클램프의 전방면 방향으로 뻗어 있고 각각의 경우에 텐션 클램프의 상부면을 향하여 만곡된 스프링부 및 지지 암의 자유 단부에서 종결되는 지지부를 가지며, 지지부의 하부면은 지지 구역을 가지며, 이 지지 구역에 의해서 상기 지지 암이 사용 중에 피고정 레일의 저부 상에 지지되며,
본 발명에 따라, 지지 암들의 지지부들은 각각 텐션 클램프의 중앙부에 대해 측 방향 외측을 향하여, 텐션 클램프를 위에서 보았을 때 지지 암들의 지지 구역들의 중심을 각각의 지지 암에 할당된 토션부의 지지 구역의 중심과 연결하는 직선들이 텐션 클램프의 후방면에 위치한 영역에서 교차한다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 텐션 클램프에서, 지지 암의 지지부의 지지 구역과 각각의 지지 암이 연결되는 토션부는 텐션 클램프의 대칭축에 더 이상 평행하지 않지만 대신에 이 대칭축과 텐션 클램프의 후방면 방향으로 진행하는 예각을 포함하는 직선 상에 있다는 사실이 밝혀졌으며, 이는 텐션 클램프의 고유 진동수가 효과적으로 충분히 높게 증가되어 실제 사용시에 발생하는 자극 진동수를 크게 벗어난다는 것을 의미한다. 본 발명에 의해 스프링 거동의 현저한 변화를 초래하지 않으면서 텐션 클램프의 내구성은 크게 향상된다. 따라서, 본 발명은 레일 고정 시스템의 구성요소의 근본적인 재설계를 필요로 하지 않으면서 기존에 일어났던 문제를 제거한다.
물론, 본 발명에 따른 설계에 기초하여 더욱 최적화된 진동 거동을 달성하기 위하여, 본 발명은 텐션 클램프의 최적화된 동적 거동에 관련하여 종래 기술에서 제안된 조치(예를 들어, 맥시밀리언 스타이거 의한 전술한 논문 참조)들이 본 발명에 따른 텐션 클램프에서 구현되는 것을 배제하지 않는다. 이것은 특히 텐션 클램프가 장착되는 접촉면 위의 지지 암의 만곡부의 높이의 감소 및 지지 암의 지지부가 사용 중에 레일 저부 상에 놓이게 되는 지지 구역의 확장을 포함한다.
텐션 클램프의 고유 진동수와 있을 수 있는 자극 진동수 사이에 가급적 커다란 간격을 생성하기 위하여, 지지 구역의 중심에 의해 서로에게 할당되는 지지부와 토션부 사이에 뻗은 직선들은 텐션 클램프를 위에서 보았을 때 바람직하게는 적어도 60°, 특히 60°이상 또는 90°이하, 특히 90°이상의 각도를 이룬다. 텐션 클램프의 스프링 효과와 관련하여, 텐션 클램프를 위에서 볼 때 직선 사이에 포함된 각도가 최대 120°, 특히 120°미만이면 유리하다는 것이 입증되었다.
선택적인 설계 요소로서 선택된 지지 암들의 정렬은 본 발명에 따른 텐션 클램프의 고유 진동수의 이동에 기여할 수 있다. 고유 진동수의 원하는 이동과 관련해서, 텐션 클램프를 위에서 볼 때 지지 암이 그것에 할당된 토션부로부터 중앙부로부터 외측 방향으로 뻗어 있는 것이 바람직할 수 있다. 다른 경우에서, 텐션 클램프를 위에서 볼 때 지지 암이 그것에 할당된 토션부로부터 중앙부 기부를 향하여 내측 방향으로 뻗어 있는 것이 고유 진동수의 이동에 최적이라는 것이 입증되었다. 이것은 특히 위에서 보았을 때 지지 암이 그 스프링부의 길이의 적어도 일부에 걸쳐 직선으로 뻗어 있는 경우에 적용된다. 텐션 클램프의 진동 거동과 관련해서, 이 설계는 각각의 경우에 중앙부의 레그로부터 이에 연결된 토션부로 그리고 토션부로부터 이에 연결된 지지 암으로의 천이부(transition section)에서 바람직한 반경이 생성되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 텐션 클램프의 생산성 및 내구성과 관련하여, 또한 선택적으로 지지 암의 스프링부가 각각의 경우에 연속적인 곡선으로 할당된 지지부 내로 통과하는 것이 유리하다.
선택적으로, 텐션 암을 위에서 볼 때 지지 암의 지지 구역이 중앙부의 기부의 자유 전방면에 대해 텐션 클램프의 전방면의 방향으로 돌출하는 경우, 이는 또한 본 발명에 따른 텐션 클램프의 내구성 및 최적의 스프링 거동에 기여할 수 있다.
지지 암의 지지 구역의 중심과 각각의 경우에 지지 암의 지지 구역의 중심을 각각의 지지 암에 할당된 토션부의 지지 구역의 중심과 연결하며 텐션 클램프의 대칭축에 평행하게 측정되는 직선들의 교차점 사이의 거리(AS) 및 지지 암의 지지 구역과 상기 대칭축에 평행하게 또한 측정되는 토션부의 지지 구역의 중심 사이의 거리(AG)에 대해 다음과 같은 관계식이 적용되는 경우, 실제로 수행되는 조건에 특히 양호하게 맞추어진 본 발명에 따라 형성된 텐션 클램프의 진동 거동이 달성된다.
1.2 x AG ≤ AS ≤ 1.8 AG.
다음과 같은 관계식이 적용되는 경우, 특히 실제로 실용적인 것으로 입증되었다.
1.3 x AG ≤ AS ≤ 1.7 AG.
전술한 설명에 따라, 본 발명에 따른 고정점에서 레일 차량용 레일이 지면에 고정되는데, 상기 레일은 저부, 상기 저부 상에 있는 웨브 및 상기 웨브에 의해 지탱되는 헤드를 포함하고, 고정점은 레일의 측 방향 안내를 위해 레일의 저부의 측 방향 에지에 대항하여 작용하는 안내판과 안내판 상에 위치되는 텐션 클램프를 포함하며, 텐션 클램프는 레일에 탄성 유지력을 가하기 위해 지지 암의 자유 단부에 의해 레일의 저부에 지지된다. 이 경우, 텐션 클램프는 본 발명에 따라 설계된다.
텐션 클램프에 장력을 가하기 위해, 본 발명에 따른 고정점은 침목 스크류 또는 침목 볼트와 같은 공지된 방식의 인장 요소를 포함할 수 있으며, 인장 요소에 의해 텐션 클램프는 지면에 대항하여 인장된다. 당해 인장 요소는 일반적으로 텐션 클램프의 중앙부의 레그들 사이에 한정되는 공간을 통해서 그리고 아래의 안내판에있는 구멍을 통해서 고착되는 지면 내로 안내된다. 고착은 또한 지면에 매설된 다월(dowel) 또는 다른 적절한 고정 수단에 의해 공지된 방식으로 일어날 수 있다.
텐션 클램프의 지지 암의 단부와 레일 저부 사이에 배치되는 절연 요소는 또한 여기에서 논의되는 유형의 레일을 위한 고정점에 설치된 텐션 클램프를 보호하는 데에 기여할 수 있으며, 절연 요소는 텐션 클램프를 레일 저부에 대해 절연하고 적어도 부분적으로 감쇠 또는 탄성적인 가요성 재료로 구성된다. 예를 들어 절연체는 한편으로는 필요한 전기 절연을 달성하고 다른 한편으로는 텐션 클램프에 의해 가해지는 유지력에 대해서 충분히 대항하는 것을 보장하는 동시에 진동에 기인한 텐션 클램프로부터 레일의 분리를 방지하기 위해 전기 절연층이 감쇠 또는 탄성 층과 결합되어 있는 샌드위치 요소로서 설계될 수 있다. 절연 요소와 관련하여 여기에서 언급한 조치들은 자체적으로, 환언하면 전술한 본 발명에 따른 설계 특징과는 독립적으로, 레일 고정점에 사용되는 텐션 램프의 내구성의 향상에 기여하지만 당연히 본 발명에 따른 고정점의 설계에 특히 유리한 효과를 갖는다.
여기서 논의되는 유형의 고정점에 사용되는 추가 구성요소는 일반적으로 레일 저부와 지면 사이에 배치되어 레일에 중력 방향으로 일정한 유연성을 부여하는 탄성 중간층이다. 실제 발생하는 자극 진동수에 대한 탄성 중간층의 감쇠 거동의 적응은 그 고유 진동수의 범위에서 텐션 클램프의 과도한 자극이 회피되는데 또한 기여할 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시예를 도시하는 도면을 참조하여 이하에서 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 텐션 클램프의 평면도.
도 2는 도 1에 따른 텐션 클램프의 정면에서 본 사시도.
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 텐션 클램프의 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 제2 텐션 클램프의 평면도.
도 5는 도 4에 따른 텐션 클램프의 정면에서 본 사시도.
도 6은 도 4 및 도 5에 따른 텐션 클램프를 뒤에서 본 사시도.
도 7은 도 4 내지 도 6에 따른 텐션 클램프의 측면도.
도 8은 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같은 전형적인 텐션 클램프에 대한 힘 - 경로 특성 곡선을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시되고 원형 단면의 스프링 와이어로부터 단일 피스로 만곡된 본 발명에 따른 텐션 클램프(1)는 텐션 클램프의 전방면(V)에 할당된 기부(3) 및 상기 기부에 연결된 직선형 레그(4, 5)를 구비한 U형 중앙부(2)를 갖는다. 텐션 클램프(1)의 상부면(O)에 할당된 중앙부(2)의 레그(4, 5)의 상부면 상에 평탄한 접촉면(6, 7)이 제공되며, 사용 중에 텐션 클램프(1)에 장력을 가하는 인장 요소로서 나사 헤드를 구비한 침목 스크린이 접촉면 상에 위치한다(도시 생략).
중앙부(2)의 레그(4, 5)는 각각 기부(3)으로부터 멀어지고 텐션 클램프(1)의 후방면(R)을 향하는 단부 상의 텐션 클램프(1)의 토션부(8, 9) 내로 지나간다. 토션부(8, 9)는 텐션 클램프(1)의 하부면(U)의 방향으로 만곡되고 각각 할당된 레그(4, 5)로부터 측 방향 바깥쪽으로 인도된다. 각각의 토션부(8, 9)의 하부면은 지지 구역(10, 11)을 갖고 있는데, 지지 구역에 의해 사용 중에 안내판의 접촉면 상에 토션부가 위치된다.
지지 암(12, 13)은 각각의 경우 중앙부(2)으로부터 멀어지게 향하는 토션부(8, 9)의 단부에 연결된다. 지지 암(12, 13)은 텐션 클램프(1)의 상부면(O)의 방향으로 스프링부(14, 15)의 영역에서 아치형으로 만곡되게 설계되고 텐션 클램프(1)의 전방면(V)의 방향으로 각각의 토션부(8, 9)로부터 뻗어 있다. 위에서 보았을 때(도 1) 지지 구역(10, 11)의 중심(Z10, Z11) 사이의 연결선(G)과 평행하게 측정된 토션부(8, 9)로부터 시작하는 지지 암(12, 13)의 거리가 각각의 경우에 넓어지도록 정렬된다.
사용 중에 저부(도시 생략)상의 개별적인 레일 고정점에서 피고정 레일에 위치하는 지지 암(12, 13)의 자유 단부(16, 17)는 지지 암(12, 13)이 각각의 스프링부(14, 15)에 연결되는 지지부(18, 19)에서 각각 종결한다. 점상의 지지 구역(20, 21)은 각각의 경우에 지지 암(12, 13)의 단부(16, 17)에서 텐션 클램프(1)의 하부면(U)에 할당된 지지부(18, 19)의 하부면에 형성된다.
지지부(18, 19)는 연결선(G)과 평행하게 정렬된 직선에 접선 방향으로 위치하도록 중앙부(2)로부터 측 방향 바깥으로 각각의 스프링부(14, 15)로부터 시작하는 연속 곡선의 형상이다. 지지 암(12, 13)의 길이는 위에서 볼 때(도 1), 점상의 지지 구역(20, 21)이 텐션 클램프(1)의 전방면(V)의 방향으로 중앙부(2)의 기부(3)의 전방에 놓이게 하는 크기로 되어 있다.
지지부(18, 19) 및 대응하는 지지 암(12, 13)의 측 방향 외부의 점상의 지지 구역(20, 21)의 바깥으로 향한 배열의 결과로서, 한쪽에서[연결선(G1)] 토션부(8)의 지지 구역(10)의 중심(Z10)을 토션부(8)에 연결된 지지 암(12)의 중심을 또한 반영하는 점상의 지지 구역(20)과 연결하고 다른 쪽에서[연결 라인(G2)] 토션부(9)의 지지 구역(11)의 중심(Z11)을 토션부(9)에 연결된 지지 암(13)의 중심을 또한 반영하는 점상의 지지 구역(21)에 연결하는 연결선(G1, G2)은 텐션 클램프(1)의 대칭축(S)에 대해 예각(β1)으로 배열되며 약 70°의 각도(β2)를 둘러싸고 있다. 따라서, 위에서 보았을 때(도 1) 이들은 텐션 클램프(1)의 후방면(R) 뒤에 있는 교차점(SG)에서 교차한다.
한쪽에서 대칭축(S)과 평행하게 측정된 지지 암(12, 13)의 중심을 형성하는 점상의 지지 구역(20, 21)과 다른 쪽의 교차점(SG) 사이의 거리(AS)는 또한 대칭축(S)과 평행하게 측정되는 토션부(8, 9)의 지지 구역(10, 11)의 중심(Z10, Z11)으로부터 점상의 지지 구역(20, 21)의 거리(AG)의 약 1.5 배에 해당한다. 실제로 거리(AG)는 예를 들어 대략 100 mm이고 거리(AS)는 대략 150 mm일 수 있으며, 고유 진동수의 세팅과 관련하여 또는 구조적인 상황에 근거하여 편리하다면 거리(AS)는 또한 예를 들어 130 mm 내지 170 mm 범위에서 변화될 수 있다.
실제 테스트 결과에 따르면, 텐션 클램프(1)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 전형적인 형상의 텐션 클램프(101)보다 적어도 50% 높은 고유 진동수를 갖는 것으로 나타났다. 이는 바람직하지 않은 사용 조건하에서 조차도 매우 높은 것이므로, 예를 들어 터널이나 교량에서 텐션 클램프(1)의 어떠한 자극도 그 고유 진동수 범위에서 일어나지 않을 것이다.
도 4 내지 도 7에 도시되고 원형 단면을 갖는 스프링 와이어로부터 단일 피스로 만곡된 본 발명에 따른 텐션 클램프(101)는 텐션 클램프(1)의 전방면(V)에 할당된 기부(103) 및 상기 기부에 연결된 직선형 레그(104, 105)를 구비한 U형 중앙부(102)를 갖는다. 텐션 클램프(101)의 상부면(O)에 할당된 중앙부(102)의 레그(104, 105)의 상부면 상에 평탄한 접촉면(106, 107)이 제공되며, 사용 중에 텐션 클램프(101)에 장력을 가하는 인장 요소로서 나사 헤드를 구비한 침목 스크린이 접촉면 상에 위치한다(도시 생략).
중앙부(102)의 레그(104, 105)는 각각 기부(103)으로부터 멀어지고 텐션 클램프(101)의 후방면(R)을 향하는 단부 상의 텐션 클램프(101)의 토션부(108, 109) 내로 지나간다. 각각의 토션부(108, 109) 하부면은 지지 구역(110, 111)을 갖고 있는데, 지지 구역에 의해 사용 중에 안내판의 접촉면 상에 토션부가 위치된다.
토션부(108, 109)은 텐션 클램프(101)의 하부면(U)의 방향으로 만곡되고 각각 할당된 레그(104,105)로부터 측 방향 바깥쪽으로 인도된다. 각각의 레그(104,105)로부터 시작하여, 각각의 토션부(108, 109)는 초기에 텐션 클램프(101)의 하부면(U)의 방향으로 텐션(1)보다 좁은 만곡부로 뻗어 있고, 그 다음 텐션 클램프(1)의 대응하는 만곡부보다 또한 좁은 추가의 만곡부로 바깥 방향으로 뻗어 있다. 할당된 레그(104, 105)로부터 측 방향으로 연장되는 각각의 토션부(108, 109)의 영역이 이 영역에 연결되고, 상기 영역은 위에서 보았을 때(도 4) 텐션 클램프(1)의 대응하는 영역보다 길다. 토션부(108, 109)가 각각의 경우에 이들과 연결된 지지 암(112, 113) 내로 통과하는 추가의 만곡부(108', 109')가 이 영역에서 발견될 수 있다. 이 각도(108', 109')의 곡률 반경은 위에서 보았을 때(도 4) 텐션 클램프(1)의 대응하는 만곡부보다 크며 텐션 클램프(1)보다 큰 각도 범위에 걸쳐 연장된다. 이러한 방식으로, 그들의 연결부로부터 시작하여 각각 할당된 토션부(108, 109)까지의 텐션 클램프(101)의 지지 암(112, 113)은 텐션 클램프(101)의 중앙부(102)의 자유롭게 돌출하는 기부(103)의 방향으로 정렬된다. 지지 암(112, 113)은 위에서 볼 때(도 4) 직선 방식으로 형성되는 영역(112', 113')을 갖는다. 위에서 볼 때(도 4) 영역(112', 113')의 종축과 동축인 영역(112', 113')에 직선이 배치되면, 이들 직선은 텐션 클램프(101)의 전방면(V) 및 텐션 클램프(101)의 대칭축(S)에 놓이는 지점에서 교차한다. 동시에, 지지 암(112, 113)은 각각의 경우에 텐션 클램프(1)의 상부면(O)의 방향으로 스프링부(114, 115)의 영역에서 아치형으로 만곡되게 설계된다.
사용 중에 저부(도시 생략)상의 개별적인 레일 고정점에서 피고정 레일에 위치하는 지지 암(112, 113)의 자유 단부(116, 117)는 지지 암(112, 113)이 각각의 스프링부(114, 115)에 연결되는 지지부(118, 119)에서 각각 종결한다. 점상의 지지 구역(120, 121)은 각각의 경우에 지지 암(112, 113)의 단부(116, 117)에서 텐션 클램프(101)의 하부면(U)에 할당된 지지부(118, 119)의 하부면에 형성된다.
지지부(118, 119)는 연결선(G)과 평행하게 정렬된 직선에 접선 방향으로 위치하도록 중앙부(102)로부터 측 방향 바깥으로 각각의 스프링부(114, 115)로부터 시작하는 연속 곡선의 형상이다. 지지 암(112, 113)의 길이는 위에서 볼 때(도 4), 점상의 지지 구역(120, 121)이 텐션 클램프(101)의 전방면(V)의 방향으로 중앙부(102)의 기부(103)의 전방에 놓이게 하는 크기로 되어 있다.
지지부(118, 119) 및 대응하는 지지 암(112, 113)의 측 방향 외부의 점상의 지지 구역(120, 121)의 바깥으로 향한 배열의 결과로서, 한쪽에서[연결선(G1)] 토션부(108)의 지지 구역(110)의 중심(Z110)을 토션부(108)에 연결된 지지 암(112)의 중심을 또한 반영하는 점상의 지지 구역(120)과 연결하고 다른 쪽에서[연결 라인(G2)] 토션부(109)의 지지 구역(111)의 중심(Z111)을 토션부(109)에 연결된 지지 암(113)의 중심을 또한 반영하는 점상의 지지 구역(121)에 연결하는 연결선(G1, G2)은 텐션 클램프(101)의 대칭축(S)에 대해 예각(β1)으로 배열되며 약 60°의 각도(β2)를 둘러싸고 있다. 따라서, 위에서 보았을 때(도 4) 이들은 텐션 클램프(101)의 후방면(R) 뒤에 있는 교차점(SG)에서 교차한다.
한쪽에서 대칭축(S)과 평행하게 측정된 지지 암(112, 113)의 중심을 형성하는 점상의 지지 구역(120, 121)과 다른 쪽의 교차점(SG) 사이의 거리(AS)는 또한 대칭축(S)과 평행하게 측정되는 토션부(108, 109)의 지지 구역(110, 111)의 중심(Z110, Z111)으로부터 점상의 지지 구역(120, 121)의 거리(AG)의 약 1.7 배에 해당한다. 실제로 거리(AG)는 예를 들어 대략 100 mm이고 거리(AS)는 대략 150 mm일 수 있으며, 고유 진동수의 세팅과 관련하여 또는 구조적인 상황에 근거하여 편리하다면 거리(AS)는 또한 예를 들어 130 mm 내지 170 mm 범위에서 변화될 수 있다.
실제 테스트 결과에 따르면, 텐션 클램프(101)는 Skl15로 지정되고 전술한 브로셔 "System 300 일반 속도 및 고속용 고탄성 레일 고정 - 슬래브 트랙용으로 입증된 솔루션"에 설명된 전형적인 형상의 텐션 클램프(101)보다 적어도 50% 높은 고유 진동수를 갖는 것으로 나타났다.
시험에서 결정된 제2 로딩 및 언로딩의 힘 - 경로 특성 곡선이 도 8에 도시되어 있으며, 여기서 종래의 텐션 클램프(Skl15)의 특성 곡선은 실선으로 도시되어 있고 본 발명에 따른 텐션 클램프(101)의 특성 곡선은 점선으로 도시되어 있다.
본 발명에 따른 텐션 클램프(101)의 특성 곡선은 완만한 기울기를 갖고 있는데, 이는 텐션 클램프(101)의 내구성에 바람직한 영향을 나타낸다는 것이 입증된다. 그 결과, 텐션 클램프(101)는 종래의 Skl15에 비하여 향상된 고유 진동수 거동을 갖고 있을 뿐만 아니라 향상된 내구성을 갖는다. 즉, 본 발명에 따른 텐션 클램프(101)는 종래의 텐션 클램프(Skl15)보다 상당히 큰 변형 수준을 견딜 수 있다.
종래의 텐션 클램프(Skl15)와 본 발명에 따른 텐션 클램프(101)에 대한 시험에 결정된 텐션 클램프의 특성값 "고유 진동수", 수직 내구성 및 특성 곡선의 기울기는 표 1에서 확인할 수 있다.
고유 진동수를 결정하기 위해 모달 해석이 처음에 유한 요소법 "FEM"을 사용하여 수행되었으며, 얻어진 결과는 그 후에 테스트 스탠드 및 플랫폼에서 수행된 측정을 통해 검증되었다.
수직 내구성은 2010 년 6 월 Deutsche Bahn AG(DB Standard) 챕터 5.3 "수직 내구성"에 의한 DBS918127 표준을 사용하여 결정되었다.
텐션 클램프(101)에 대해 결정된 고유 진동수는 바람직하지 않은 사용 조건 하에서 조차도 매우 높기 때문에, 예를 들어 터널 또는 교량에서 텐션 클램프(101)의 고유 진동수 범위에서 어떠한 자극도 일어나지 않을 것이다.
Figure 112019059071477-pct00001
1, 101 : 텐션 클램프
2, 102 : 텐션 클램프(1, 101)의 중앙부
3, 103 : 중앙부(2, 102)의 기부
4, 5, 104, 105 : 중앙부(2, 102)의 레그
6, 7, 106, 107 : 레그(4, 5, 104, 105)의 접촉면
8, 9, 108, 109 : 텐션 클램프(1, 101)의 토션부
108', 109' : 각각의 지지 암(112, 113)과 할당된 토션부(108, 109) 사이의 천이 영역에서의 만곡부
10, 11, 110, 111 : 토션부(8, 9, 108, 109)의 지지 구역
12, 13, 112, 113 : 텐션 클램프(1, 101)의 지지 암
112', 113' : 지지 암(112, 113)의 직선 정렬 영역
14, 15, 114, 115 : 지지 암(12, 13, 112, 113)의 스프링부
16, 17, 116, 117 : 지지 암(12, 13, 112, 113)의 자유 단부
18, 19, 118, 119 : 지지 암(12, 13, 112, 113)의 지지부
20, 21, 120, 121 : 점상의 지지 구역[= 지지 구역(20, 21, 120, 121)의 중심]
ß1, ß2 : 각도
AG, AS : 거리
G, G1, G2 : 연결 직선
O : 텐션 클램프(1, 101)의 상부면
R : 텐션 클램프(1, 101)의 후방면
S : 텐션 클램프(1, 101)의 대칭축
SG : 교차점
U : 텐션 클램프(1, 101) 하부면
V : 텐션 클램프(1, 101)의 전방면
Z10, Z11, Z110, Z111 : 지지 구역(10, 11, 110, 111)의 중심

Claims (13)

  1. 레일 차량용 레일을 탄성적으로 유지하기 위한 텐션 클램프로서, 상기 레일은 저부, 상기 저부에 지지되는 웨브 및 상기 웨브에 의해 지탱되는 레일 헤드를 포함하며, 상기 텐션 클램프는 루프 형상의 중앙부, 두 개의 토션부 및 두 개의 지지 암을 구비하며,
    루프 형상의 중앙부(2; 102)는 두 개의 레그(4, 5; 104, 105) 및 상기 레그(4, 5; 104, 105)들을 서로 연결하는 기부(3; 103)을 갖고 있으며, 상기 기부(3; 103)의 자유 단부면은 전방면(V)을 향하게 되고, 상기 중앙부(2; 102)의 자유 상부면은 텐션 클램프(1; 101)의 상부면(O)을 향하게 되며, 상기 중앙부의 레그(4, 5; 104, 105)들은 그 말단부가 기부(3; 103)로부터 멀어지게 텐션 클램프(1; 101)의 후방면(R)을 지향하게 되며,
    두 개의 토션부(8, 9; 108, 109) 중 하나는 각각의 경우에 기부(3; 103)로부터 멀어지게 지향하는 중앙부(2; 102)의 레그(4, 5; 104, 105) 중 하나의 말단부에 연결되고, 토션부(8, 9; 108, 109)들은 각각의 경우에 개별적으로 이들에 할당되는 레그(4, 5; 104, 105)로부터 시작하여 측면 외측 방향으로 멀어지게 되며, 토션부(8, 9; 108, 109)들은 그 하부면 상에 지지 구역(10, 11; 110, 111)을 가지며, 상기 지지 구역에 의해 텐션 클램프(1; 101)가 사용 중에 이들을 지지하는 구성요소 상에 지지되며,
    두 개의 지지 암(12, 13; 112, 113) 중 하나는 각각의 경우에 중앙부(2; 102)의 할당된 레그(4, 5; 104, 105)로부터 멀어지게 지향하는 토션부(8, 9; 108, 109)들 중 하나의 말단부에 연결되며, 지지 암(12, 13; 112, 113)은 텐션 클램프(1; 101)의 전방면(V) 방향으로 뻗어 있고 각각의 경우에 텐션 클램프(1; 101)의 상부면(O)을 향하여 만곡된 스프링부(14, 15; 114,115) 및 지지 암(12, 13; 112, 113)의 자유 단부에서 종결되는 지지부(18, 19; 118, 119)를 가지며, 지지부의 하부면은 지지 구역(10, 11; 110, 111)을 가지며, 이 지지 구역에 의해서 상기 지지 암(12, 13; 112, 113)이 사용 중에 피고정 레일의 저부 상에 지지되는, 상기 텐션 클램프에 있어서,
    지지 암(12, 13; 112, 113)들의 지지부(18, 19; 118, 119)들은 각각 텐션 클램프(1; 101)의 중앙부(2; 102)에 대해 측 방향 외측을 향하여, 텐션 클램프(1; 101)를 위에서 보았을 때 지지 암(12, 13; 112, 113)들의 지지 구역(20, 21; 120, 121)들의 중심을 각각의 지지 암(12, 13; 112, 113)에 할당된 토션부(8, 9; 108, 109)의 지지 구역(10, 11; 110, 111)의 중심(Z10, Z11; Z110, Z111)과 연결하는 직선(G1, G2)들이 텐션 클램프(1; 101)의 후방면(R)에 위치한 영역에서 교차하고,
    지지 암(12, 13; 112, 113)의 지지 구역(20, 21; 120, 121)의 중심과 각각의 경우에 지지 암(12, 13; 112, 113)의 지지 구역(20, 21; 120, 121)의 중심을 각각의 지지 암(12, 13; 112, 113)에 할당된 토션부(8, 9; 108, 109)의 지지 구역(10, 11; 110, 111)의 중심(Z10, Z11; Z110, Z111)과 연결하는 직선(G1, G2)들의 교차점(SG) 사이에서 텐션 클램프(1; 101)의 대칭축(S)에 평행하게 측정되는 거리(AS), 및 지지 암의 지지 구역(20, 21; 120, 121)과 토션부(8, 9; 108, 109)의 지지 구역(10, 11; 110, 111)의 중심(Z10, Z11; Z110, Z111) 사이에서 상기 대칭축(S)에 평행하게 또한 측정되는 거리(AG)에 대해, 1.2 x AG ≤ AS ≤ 1.8 AG의 관계식이 적용되는 것을 특징으로 하는 텐션 클램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직선(G1, G2) 사이에 둘러싸인 각도(β2)는 텐션 클램프(1, 101)를 위로부터 보았을 때 적어도 60°, 또는 적어도 90°인 것을 특징으로 하는 텐션 클램프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 직선(G1, G2) 사이에 둘러싸인 각도(β2)는 텐션 클램프(1, 101)를 위로부터 보았을 때 최대 120°인 것을 특징으로 하는 텐션 클램프.
  4. 제1항에 있어서,
    지지 암(12, 13)은 텐션 클램프(1)를 위로부터 보았을 때 할당된 토션부(8, 9)로부터 시작하여 중앙부(2)로부터 외측 방향으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 텐션 클램프.
  5. 제1항에 있어서,
    지지 암(112, 113)은 텐션 클램프(101)를 위로부터 보았을 때 할당된 토션부(108, 109)로부터 시작하여 중앙부(102)의 기부(103)를 향해 내측 방향으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 텐션 클램프.
  6. 제5항에 있어서,
    지지 암(112, 113)은 그 스프링부(114, 115)의 길이의 적어도 일부에 걸쳐 직선으로 연장되는 것을 특징으로 하는 텐션 클램프.
  7. 제1항에 있어서,
    지지 암(12, 13; 112, 113)의 경우에 스프링부(14, 15; 114, 115)는 할당된 지지부(18, 19, 118, 119)에 연속적인 곡선으로 천이되는 것을 특징으로 하는 텐션 클램프.
  8. 제1항에 있어서,
    텐션 클램프(1; 101)를 위로부터 보았을 때, 지지 암(12, 13; 112, 113)의 지지 구역(20, 21; 120, 121)은 중앙부(2; 102)의 기부(3; 103)의 자유 전방면에 대해 텐션 클램프(1; 101)의 전방면(V)의 방향으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 텐션 클램프.
  9. 제1항에 있어서,
    거리(AG) 및 거리(AS)에 대해, 1.3 x AG ≤ AS ≤ 1.7 AG의 관계식이 적용되는 것을 특징으로 하는 텐션 클램프.
  10. 레일은 저부, 상기 저부 상에 지지되는 웨브 및 상기 웨브에 의해 지탱되는 헤드를 포함하고, 고정점은 레일의 측 방향 안내를 위해 레일의 저부의 측 방향 에지에 대항하여 작용하는 안내판과 안내판 상에 위치되는 텐션 클램프를 포함하며, 텐션 클램프가 레일에 탄성 유지력을 가하기 위해 지지 암의 자유 지지부에 의해 레일의 저부에 지지되는, 레일 차량용 레일이 지면에 고정되는 고정점에 있어서,
    텐션 클램프(1, 101)는 제1항에 따라 설계되는 것을 특징으로 하는 고정점.
  11. 제10항에 있어서,
    고정점은 텐션 클램프(1, 101)가 지면에 대하여 인장되게 하는 침목 스크류 또는 침목 볼트와 같은 인장 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정점.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    절연 요소가 텐션 클램프(1; 101)의 지지 암(12, 13; 112, 113)의 지지부(18, 19; 118, 119)와 레일 저부 사이에 배치되며, 절연 요소는 텐션 클램프(1; 101)를 레일 저부에 대해 절연하고 적어도 부분적으로 감쇠 또는 탄성적인 가요성 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 고정점.
  13. 삭제
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