KR20180012237A

KR20180012237A - 철도 침목 및 철도-침목 제조 방법

Info

Publication number: KR20180012237A
Application number: KR1020177016055A
Authority: KR
Inventors: 노세 길레르미 롱가; 트레비잔 데니엘 웬저
Original assignee: 브라스켐 에세.아.
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2018-02-05
Also published as: US20180327977A1; EP3219851B1; BR112017009661A8; JP6578365B2; MX2017006088A; AU2015345936B2; EP3219851A1; BR132020023070E2; BR112017009661A2; US10704204B2; BR112017009661B1; AR102625A1; ZA201703414B; CA2966917A1; EP3219851A4; WO2016074056A1; AU2015345936A1; JP2018508674A

Abstract

본 출원은 철도망에서 적어도 한 쌍의 레일(2, 2')을 고정하는 철도 침목(1)을 설명하며, 철도 침목(1)은 접촉면(3)을 구비하고, 한 쌍의 레일(2, 2') 중 각각의 레일은 서로 이격되어 고정되고, 철도 침목(1)은 접촉면(3)과 앵커리지 벽들(5, 5')의 결함에 의해 획정되는 중공부(4)를 포함하도록 구성되어, 접촉면(3)의 반대 WHr에 앵커리지 벽들(5, 5')과 인접하는 자유부(17)를 형성한다. 또한, 본 출원은 철도 침목의 중공부(4)가 지지면에 의해 구획되는 실시예와 철도 침목을 제조하는 공정을 설명한다.

Description

철도 침목 및 철도-침목 제조 방법{RAILWAY SLEEPER AND RAILWAY-SLEEPER MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 철도 침목 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 중공부(hollow sector)를 구비하는 철도 침목과 그 제조 방법에 관한 것이다.

철도 침목이란 철도망을 구성하는 다양한 구성요소 중 하나이며, 밸러스트(ballast) 및 기타 고정 요소들과 함께, 객차가 이동하는 레일의 올바른 앵커리지(고정)를 촉진한다.

종래의 기술에 개시된 대부분(약 90%)의 요소들은 목재로 제조되고, 나머지는 강, 콘크리트, 또는 재생 플라스틱으로 된 침목이다.

목재 침목의 수명은 수십 년으로 예상되며, 그 이후에는 교체되어야 한다. 매년 300만 개가 넘는 목재 침목이 교체되는 것으로 추정되고, 정해진 유형의 원재료의 사용과 관련된 법적 제한이 있어, 해당 분야는 문제의 요소에 대한 대안을 찾고 있다.

그에 대한 대안은 목재, 강, 콘크리트, 조림-목재(reforestation-wood), (버진 또는 재생) 플라스틱으로 된 침목의 사용에 집중된다.

버진 플라스틱으로 제조된 침목을 사용할 때, 결과가 양호했다. 하지만, 이러한 유형의 침목의 사용은, 화물 시스템에서 발생하는 것과는 다른 노력을 필요로 하는, 좁은 게이지(gage)의 여객-운송 철도로 제한된다.

재생 플라스틱으로 된 침목은 몇몇 철도망에서 사용된 결과, 크랙(균열), 비틀림 및 고정 문제의 고질적 발생으로 심각한 구조적 문제를 나타냈다.

기본적으로, 재활용된 침목으로는 침목을 구성하는 재료의 균일성을 획득하는 것이 어렵다. 따라서, 구조적인 문제점이 발견되고, 사고(탈선)가 발생하기 때문에, 이러한 유형의 침목을 사용하는 것은 사실상 불가능하다.

콘크리트 침목은 전 세계적으로 철도망에 널리 퍼져있음에도 불구하고, 가장 일반적으로 이용 가능한 상업용 모델의 큰 관성(inertia) 및 강성 때문에 일부 국가(예컨대, 브라질)에 존재하는 선로의 밸러스트 및 철도 기반(bed)의 특징에 적합하다고 입증되지 않았다.

이는, 밸러스트가 크게 파손되어, 결과적으로 철도 유지보수 비용을 증가시킬 뿐만 아니라, 사고 발생을 야기하는 경향이 있다.

콘크리트 침목들을 형상에 따라 분류하면, 견고하고 연속적인 단일체로 형성된 단일-블록 형일 수 있으며, 침목의 다양한 부분에서 나타나는 큰 굽힘 모멘트를 받는다.

또한, 각각의 레일 아래에 배치되어 가요성 강재 바에 의해 연결되는 철근 콘크리트(reinforced concrete)로 된 2개의 견고한 블록들로 구성되는 트윈-블록 형의 콘크리트 침목(합성 침목, mixed sleepers)도 있다.

막대(beam)의 탄성에 의해, 2개의 콘크리트 블록은, PS콘크리트(pre-stressed concrete)로 제조된 침목들은 거의 견디지 못하는 정적 굽힘과 교대 굽힘의 대부분의 응력에 면역이 된다.

콘크리트 침목 중에는, 2개의 철근 콘크리트 블록이 콘크리트로 제조된 중간 피스를 사이에 두고 양 단부에 배열되는 폴리-블록 침목도 있다. 양측에 있는 블록들과 중간에 있는 블록은 높은 탄성 한계를 갖는 강재 로드에 의해 연결되고, 단부에 압력이 가해져 고정된다.

목재 침목 대신 콘크리트 침목을 사용하는 것과 관련된 몇 가지 이점이 언급될 수 있다. 예를 들어, 콘크리트 침목은 약 50년의 내구성을 가지며, 더 큰 질량에 의해 측방향 및 수직방향 강성과 탄성적인 고정을 나타낸다.

또한, 콘크리트 침목은 레일의 간편하고 신속한 교체뿐만 아니라, 철도의 안정성에 의해 레일의 수명이 늘어나고, (레일 상의) 굽힘 응력이 감소되도록 한다.

추가적으로, 콘크리트 침목을 사용하면, 탈선의 빈도가 줄어들고, 결과적으로 여행의 질이 향상되고 영구 유지보수 비용이 크게 절감된다.

반면에, 콘크리트 침목을 사용할 때 몇 가지 단점이 있다. 예를 들어, 나무에 비해 무게가 무거워 운송비가 증가하고 탈선 발생 이후의 침목 재사용이 문제가 될 수 있다.

또한, 콘크리트 침목을 사용하면, 레일의 마모와 철도 확장에 따라 고정 시스템을 조절할 수 없다. 또한, 철도를 설치 및 유지 보수하는데 값비싼 장비가 필요하고, 일부 경우에는 침목의 무게가 무거워 밸러스트에 손상을 줄 수도 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 종래 기술은 콘크리트 및 플라스틱 침목 이외에, 강으로 제조된 침목을 개시한다. 강 침목은 사용 중에는 만족스럽게 작동되었다. 하지만, 강 침목의 무게는 강의 가격에 따라 직접적으로 영향을 받고, 강의 가격은 극도로 불안정하므로, 강 침목 사용 시, 비용은 높고 불확실할 수 있다.

이러한 유형의 침목은 일반적으로 나사와 너트를 사용하여 고정되며, 영구적인 유지보수가 필요하다. 또한, 나사에 의한 고정은 그 안에 형성된 구멍에 의해 결과적으로 침목을 약화시킨다.

이러한 유형의 침목의 이점으로, 재활용 가능성, 긴 수명(약 60년), 불활성 및 무독성, 저렴한 설치 비용, 간편한 운송 및 제조 재료에 의해 불연성인 것을 들 수 있다.

단점으로는, 강 침목을 사용하려면, 더 많은 수의 개입(intervention) 및 템핑 영역의 변경이 필요하다. 또한, 이러한 유형의 침목은 분리 위험에 의해 여행을 중단시킬 수 있고, 여전히 부식 문제가 있다.

목재 침목과 관련하여, 이들은 사용하기에 적합하도록 미리 (화학적으로) 처리되어야 한다. 이러한 화학 처리가 환경에 유해함은 명백하다.

상기 화학 처리 스테이션은 침목들의 저장과, 곰팡이 및 벌레의 증식을 방지하고 침목의 수명을 연장시키는 목적으로 방부재를 도포를 책임진다.

침목의 처리 과정은 수많은 단계를 포함하는 긴 과정이기도 하지만, 예컨대 방부재가 포함된 저장 탱크, 처리 실린더 및 배관의 파손에 의한 대기 오염과 같은 다양한 환경 문제를 야기할 수 있다.

또한, 직원들이 화학제품을 흡수, 흡입 및 섭취가 발생할 수 있다. 그리고 제초제와 살충제를 사용함으로써 토양과 하천을 오염시켜 동물군의 행동 변화와 종의 멸종 가능성을 초래할 수 있다.

조림 목재로 제조된 침목을 사용할 수도 있다. 이러한 유형의 침목은 견고한 목재로 된 침목보다 저항력이 현저히 낮다.

또한, 환경에 매우 공격적인 일부 제품(예컨대, 크레오소트)으로 침목을 처리할 수 없기 때문에, 예컨대 박테리아나 흰 개미와 같은 생물학 작용제(biological agent)에 의해 공격을 받아, 수명(3~4년 정도)을 극도로 단축시킬 수 있다. 이는 경질(hard)의 목재로 제조된 침목의 수명보다 훨씬 짧다.

본 발명의 목적은 철도 침목의 구조적 구성과 제조 과정을 이용하여, 전술된 침목들의 사용 시에 발생하는 문제점들을 극복하는 것이다.

제안된 침목은 건설 및 운행 시, 화물 및/또는 승객을 운송하기 위한 철도 라인에 사용되기에 적합하며, 그 사용에 제한은 없다.

종래 기술로부터 공지된 (버진 또는 재생) 플라스틱 침목은 피스의 중량과 탄성 모듈 사이의 최적의 조합을 나타내지 않는다.

가장 잘 알려진 플라스틱 제안은 목재 침목의 형상을 똑같이 모방하여, 피스를 무겁게 하여, 원재료뿐만 아니라 피스 제작 시 사람과 기계의 시간당 작업량을 더 많이 소모한다. 이러한 인자들에 의해 생산 공정이 느려지고 침목의 최종 가격이 상승한다.

본 발명은, 고 생산성 공정, 바람직하게는 압출 성형으로 제조되고, 경질 목재 침목의 강도에 가까운 강도를 달성하는 구조적 형상을 구비하고 비용이 경제적인, 바람직하게는 폴리프로필렌과 유리섬유로 된 철도 침목을 제안한다. 하지만, 이에 국한되지는 않는다.

또한, 본 발명에서 제안되는 침목은 절감된 최종 가격으로 피스의 운송 및 설치를 용이하게 하고, 목재 침목에 사용되는 표준 고정 장치를 사용할 수 있도록 하고, 침목의 설치 및 유지보수를 위해 사용되는 표준 기계를 사용하며, 그 제조 재료에 의해 침목의 수명이 다한 후에도 제품을 재활용할 수 있도록 한다.

구조적으로, 제안된 철도 침목은 중공부(구멍이 뚫린 부분)를 포함하며, 이는 밸러스트에 고정하는 기능 및 특징들에 중요한 차이점으로서 작용한다. 제안된 침목의 형상에 의해, 철도에 사용되는 밸러스트가 침목에 침투하여, 침목과 일체가 될 것이다.

침목에 밸러스트가 꽉 채워짐으로써, 밸러스트/침목 시스템의 강성이 더 커지고, 최종 관성 모멘트는 침목의 관성 모멘트와 그 안에 배치되는 밸러스트 층의 관성 모멘트의 합이 될 것이다.

또한, 철도 침목의 제안된 형상에 의해, 설치 및 유지보수가 용이하고, 2명의 작업자가 운반하기 용이하며, 한 피스를 또 다른 피스에(하나의 침목을 또 다른 침목에) 결합함으로써 운송에 적합하여, 수많은 물류적(logistic) 이점을 수반하는 가벼운 침목(40kg 내지 45kg)이 제공된다.

본 발명은 건설 또는 작동 중인 화물 및/또는 승객 운송용 철도 라인에 사용되는 고성능 철도 침목을 개발하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 설치 및 생산 과정이 단순화되고, 작업 시간을 단축하고, 시장의 수요를 만족시키며, 피스의 사용 사이클의 효율을 보장하는 철도 침목을 제공하는 것이다.

본 발명은 또한, 현재 솔루션들의 주요 문제점들(배경 기술에 설명됨), 예컨대 밸러스트 층을 손상시키는 콘크리트의 높은 강성 및 무게, 품질이 나쁜 목재의 짧은 수명과 강(steel)의 전기 전도성, 그리고 재활용된 수지를 사용하는 솔루션의 신뢰성 문제와 같은 문제점들을 극복하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 바람직하게는 폴리프로필렌을 원재료로 사용하여, 수명이 다한 후에도 재활용될 수 있는 지속 가능한(sustainable) 이점을 갖는 철도 침목을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 중공부를 구비하는 철도 침목을 제공하여, 철도망의 밸러스트가 침목에 침투하여 밸러스트/침목 시스템의 강성을 강화할 수 있도록 하는 것이다.

역U자 형상을 갖는 철도 침목의 구조적 구성을 제공하는 것 또한 본 발명의 목적들 중 하나이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제1 재료 및 상기 제1 재료를 포함하는 복합재로 제조되는 철도 침목을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제1 재료로 제조되는 내벽 및 외벽과, 이러한 벽들 사이에 배치되는 층은 제1 재료를 포함하는 복합재로 제조되는 철도 침목을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 압출(extrusion)/공압출(co-extrusion) 공정에 의해 제조되는 철도 침목을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 중공부가 지지홈을 포함하는 철도 침목을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 침목을 제조하는데 사용되는 복합재를 압출 기계의 교정기 내에 압축시키는 압출 공정과, 생산되고 있는 침목의 전체 두께에 균일하게 냉각을 제공함으로써 철도 침목을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

마지막으로, 본 발명은 우수한 품질과 신뢰성으로 브라질 시장을 대규모로 충족시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은, 바람직하게는 5질량% 내지 40질량%의 범위의 높은 유리섬유를 포함하는 폴리프로필렌으로, 바람직하게는 압출 공정으로 제조되며, 공압출 공정에 의해 적용되는 엔빌로프(envelope)로서 순수 폴리프로필렌 층과 함께 제조되는 고성능 철도 침목을 사용하여 달성된다.

제안된 철도 침목은 목재 침목과 유사한 높은 탄성 모듈 및 성능을 나타내어, 화물 및 승객 운송에 적용될 수 있다. 본 발명에서 제안되는 철도 침목은 다음과 같은 주요 이점을 갖는다.

- 대규모 시장을 충족할 수 있는 가용성 및 신뢰성

- 좋은 전기 절연체

- 높은 탄성 모듈

- 완전히 재활용 가능함

- 목재 침목과 동일한 도구 및 장비를 사용하여, 설치 및 유지보수가 동일함

- 운송 및 유지보수의 용이성 증대로 물류비용 절감

- 비활성 및 불침투성

- 목재 침목과 함께 사용 가능함

- 현재 목재 침목에 사용되는 고정 시스템을 사용 가능함

- 다른 게이지 및 AMV(Aparelhos de Mudanca de Via, 라인 변경 장치)에 사용될 수 있도록 다양한 길이 및 형상의 침목을 생산 가능함

이제, 본 발명은 도면에 도시된 예시적 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에서 제안된 철도 침목을 수용하기에 적합한 철도망의 상면도이며, 도 1(a)는 단순한 철도망을, 1(b)는 다중 레일의 철도망을 도시한다.
도 2는 철도 침목에 대해 제안된 실시예의 단면도이다.
도 3은 철도 침목에 대해 제안된 실시예의 추가적인 단면도와, 바람직한 치수를 함께 도시한다.
도 4는 철도 침목에 대해 제안된 추가적인 실시예의 단면도이다.
도 5는 철도 침목에 대해 제안된 추가적인 실시예의 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 철도 침목의 바람직한 형태를 도시하는, 제안된 구조적 실시예의 단면도이다.
도 7은 본 발명에서 제안된 철도 침목의 추가적인 실시예의 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 철도 침목의 바람직한, 추가적 단면도이다.
도 9는 본 발명에서 제안되는 철도 침목에 대해 제안된 추가적인 실시예로서, 지지홈을 포함하는 실시예를 도시한다.
도 10은 본 발명에서 제안되는 철도 침목에 대해 제안된 추가적인 실시예로서, 다수의 지지홈을 포함하는 실시예를 도시한다.
도 11은 본 발명에서 제안되는 철도 침목에 대해 제안된 추가적인 실시예로서, 다수의 앵커리지 톱니를 포함하는 실시예를 도시한다.
도 12는 본 발명의 철도 침목에 대해 제안된 추가적인 실시예로서, 앵커리지 벽들을 지나쳐 돌출하는 접촉면을 포함하고, 추가적으로 이중 지지점을 나타내는 실시예를 도시하며, 도 12(a)는 지지홈을, 도 12(b)는 이중 지지점들을, 도 12(c)는 복수의 지지홈을, 12(d)는 복수의 앵커리지 톱니를 추가적으로 나타낸다.
도 13은 본 발명의 철도 침목에 대해 제안된 추가적인 실시예로서, 접촉면이 앵커리지 벽을 지나쳐 돌출하지 않고, 중공부 안으로 돌출하는 이중 지지점을 포함하는 실시예를 도시하며, 도 13(a)는 지지홈을, 도 13(b)는 중공부 안으로 돌출하는 이중 지지점들을, 도 13(c)는 복수의 지지홈을, 도 13(d)는 복수의 앵커리지 톱니를 추가적으로 나타낸다.
도 14는 도 13(c)에 도시된 침목의 바람직한 치수를 강조하는, 제안된 구조적 실시예의 단면도이다.
도 15는 철도 침목에 대해 제안된 구조적 실시예의 추가적인 단면도이다.
도 16은 철도 침목의 내벽, 외벽 및 중간층을 강조하는, 제안된 구조적 실시예의 단면도이다.
도 17은 본 발명에서 제안된 철도 침목의 추가적인 실시예의 단면도이며, 이 실시예는 도 17(a)에 도시된 지지면을 포함하며, 도 17(b)는 복수의 지지홈을, 도 17(c)는 복수의 앵커리지 톱니와, 앵커리지 벽들을 지나쳐 돌출하는 지지면 및 접촉면을, 그리고 도 17(d)는 복수의 앵커리지 톱니를 추가적으로 나타낸다.
도 18은 본 발명에서 제안된 철도 침목을 포함하는 철도망의 측면도이며, 고정 블록을 추가적으로 도시한다.
도 19는 철도 침목을 고정 블록에 고정하고, 침목에 횡방향으로 배치되는 고정 요소를 추가로 사용하는 것을 도시한다.
도 20은 본 발명에서 제안되는 철도 침목과 함께 사용되는 고정 블록의 가능한 구조적 실시예를 도시한다.
도 21은 본 발명에서 제안되는 철도 침목과 함께 사용되는 고정 블록에 대한 추가적인 실시예를 도시한다.
도 22는 본 발명에서 제안되는 철도 침목을 금속 플레이트로 고정하는 것을 도시하며, 도 22(a)는 도 22(b)에 도시된 금속 플레이트에 비해 작은 금속 플레이트를 사용하는 것을 도시한다.
도 23은 도 19에 도시된 철도 침목을 금속 플레이트를 사용하여 고정하는 것을 도시하며, 도 23(a) 및 도 23(b)는 분할된 플레이트를 도시한다.

본 발명은 철도 침목(1) (침목(1)이라고도 함)에 관한 것이다.

도 1 내지 도 16을 참조하면, 본 발명에서 제안되는 침목(1)은 구조적으로, 중공부(4)를 포함함으로써, 철도망에 사용되는 밸러스트가 침목(1)으로 침투하고 가득 채우도록 하여, 밸러스트/침목 어셈블리의 강성을 증가시킨다.

도 1 내지 도 16은 철도 침목(1)에 대해 제안된 바람직한 구조적 실시예를 도시하며, 이들 모두 중공부(4)의 형상뿐만 아니라 사용되는 재료(복합재)에 대한 특성을 유지한다. 각 실시예의 특이점에 대해서는 이후에 설명될 것이다.

도 1을 참조하면, 제안된 침목(1)은 철도의 적어도 한 쌍의 레일(2, 2')을 고정하는데 사용된다. 침목(1)은 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 레일(2, 2')만 제공되는 단순한 철도망에서 사용하기에 적합하다는 점이 언급되어야 한다. 하지만, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 다수의 레일을 포함하는 철도망에서도 사용될 수 있다.

도 1은 또한, 제안된 침목(1)의 접촉면(3)을 참조하며, 상기 표면(3)은 철도망의 각각의 레일(2, 2')을 배치하기 위해 평면으로 구성되는 것이 바람직하다.

도 2는 도 1에 도시된 철도 침목의 제1 구조적 실시예의 단면도이다. 바람직하게는 평면인 접촉면(3)으로부터 앵커리지 벽들(5, 5')이 돌출하여, 전술된 중공부(4)를 획정한다는 것을 알 수 있다.

보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 중공부(4)는 접촉면(3)으로부터, 앵커리지 벽들(5, 5')에 의해 획정된다. 따라서, 접촉면(3)의 반대쪽에 앵커리지 벽들(5, 5')에 인접한 자유부가 형성된다. 바꾸어 말하면, 철도 침목(1)에 대해 제안되는 실시예는 역U자형을 형성한다.

따라서, 자유부(17)는 중공부(4)의 (정면으로) 구멍이 뚫린(개방된) 부분으로 이해되어야 하며, 이 부분은 철도망의 밸러스트가 철도 침목(1)을, 보다 구체적으로는 중공부(4)를 관통할 수 있도록 한다.

앵커리지 벽들(5, 5')의 하부, 즉 토양이 침목(1)을 지지하는 부분은 지지점들(7, 7')로 지칭되며, 이러한 지지점들(7, 7')은 접촉면(3)과 앵커리지 벽들(5, 5') 사이의 결합 지점의 반대쪽에 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 앵커리지 벽들(5, 5')은 제안된 철도 침목(1)의 제1 너비(L₁)를 한정한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 침목(1)의 바람직한 두께(E)를 고려하면, 제1 너비(L₁)는 앵커리지 벽들(5, 5')의 최 외측 부분(외벽), 즉 중공부(4)와 인접하지 않은 부분에 의해 획정된다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 지지점과 관련하여 제안된 침목(1)에 대한 다양한 구조적 실시예를 가정할 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 실시예는 단일(simple) 지지점들(7, 7')을 나타내며, 지면과 침목(1)의 접촉 두께는 침목(1)의 두께(E) 자체로서 구성된다.

반면, 도 4에 도시된 실시예, 그리고 보다 구체적으로는 도 4(a)에 도시된 실시예는 이중(double) 지지점들(8, 8')을 나타내며, 지면과 침목(1)의 접촉 두께는 침목(1)의 두께(E)보다 크다.

보다 구체적으로는, 도 3에 도시된 지지점들(7, 7')과 도 4(도 4(b))에 도시된 지지점들(8, 8') 사이의 거리는 철도 침목의 제2 너비(L₂)를 한정한다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 단일 지지점들(7, 7')이 사용되는 실시예에서, 제1 너비(L₁)는 제2 너비(L₂)와 동일한 치수를 갖는다.

반면에, 도 4에, 보다 구체적으로는 도 4(b)에 도시된 바와 같이 이중 지지점들(8, 8')이 사용되는 실시예에서, 제1 너비(L₁)는 제2 너비(L₂)보다 짧다.

도 5는 제안된 침목(1)에 유효한 제3 실시예를 도시한다. 예컨대, 접촉면(3)과 앵커리지 벽(5, 5')과 같이 이전의 실시예에서 논의된 요소들이 이 실시예에서 관찰된다.

도 5에 도시된 제안은 단일 지지점들(7, 7')을 사용하였으므로, (도 6에 도시된 바와 같이) 동일한 치수의 제1 및 제2 너비(L₁, L₂)가 형성된다.

본 발명에서 제안된 철도 침목(1)의 지지를 강화하기 위한 관점에서, 도 5 및 도 6에 도시된 실시예에는, 접촉면(3)으로부터 철도 침목(1)의 철도 부분(4)의 중공부(4)를 향하여 돌출하는 홈(9)도 있다.

도 7은 제안된 철도 침목(1)에 대한 추가적인 구조적 실시예를 도시한다. 이 실시예는 지지홈들(9)과 이중 지지점들(8, 8')을 사용한다.

지지홈(9)은, 도 6 및 도 7에 도시된 실시예에서와 같이, 중공부(4)의 전체 높이 만큼 돌출하거나, 또는 대안적으로 도 9에 도시된 것과 같이, 기부(support base, 3)로부터 중공부(4)를 향해 자유롭게 돌출할 수 있다.

추가적인 구조적 구성에서는, 추가적인 지지홈들(9)이 적어도 하나의 앵커리지 벽들(5, 5')로부터 철도 침목(1)의 중공부(4)를 향해 돌출한다.

이러한 실시예는 도 10에 도시되며, 이 제안은 접촉면(3)으로부터 돌출하는 지지홈(9)과 앵커리지 벽들(5, 5')로부터 돌출하는 지지홈을 포함하는 것이 관찰된다.

철도 침목에 대한 대안적인 구조적 실시예는 앵커리지 벽들(5, 5')로부터만 돌출하는 지지홈들(9) 또는 하나의 앵커리지 벽(5, 5')으로부터만 돌출하는 지지홈(9)을 포함한다. 또한, 도면에 도시된 지지홈들(9)의 개수는 본 발명의 제한적인 특성으로 고려되어서는 안된다.

제안된 철도 침목(1)은 적어도 하나의 앵커리지 벽들(5, 5')에 바람직하게 치되는 복수의 앵커리지 톱니(12)를 더 포함한다.

보다 구체적으로는, 앵커리지 톱니들(12)이 중공부(4)와 인접하지 않은 앵커리지 벽들(5, 5')의 일부에 배치된다. 또는, 더 나은 이해를 위해, 앵커리지 톱니들(12)는 앵커리지 벽들(5, 5')의 외벽에 배치된다.

도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 앵커리지 톱니들(12)은 바람직하게는 침목의 전체 길이에 퍼져있는(travel) 리세스(채널)로서 구성된다.

앵커리지 톱니들(12)은 침목(1)의 기계적 특성을 방해하지 않으며, 보다 구체적으로는 이러한 톱니들(12)은 침목(1)이 밸러스트에 더 잘 고정되도록 하여, 밸러스트가 각각의 앵커리지 톱니(12)에 침투할 수 있도록 한다. 또한, 앵커리지 톱니들(12)의 배치는 침목(1)의 재료 절감 및 제조 최적화를 추가적으로 제공한다.

대안적인 실시예에서, 철도 침목(1)은 본 발명의 도 12에 도시된 바와 같이, 접촉면(3)이 앵커리지 벽들(5, 5')을 지나쳐 돌출하도록 구성될 수도 있다.

이러한 실시예들은 이중 지지점들(8, 8')을 사용하며, 도 12(a)는 접촉면(3)으로부터 중공부(4)를 향해 돌출하는 지지홈(9)을 포함하는 침목(1)을 도시한다. 반면에, 도 12(b)는 중공부(4)에 지지홈(9)이 없는 침목을 도시한다.

도 12(c)는 접촉면(3) 및 앵커리지 벽들(5, 5')로부터 돌출하는 지지홈들(9)이 제공되는 침목(1)을 도시하며, 마지막으로 도 12(d)는 접촉면(3)으로부터 돌출하는 지지홈(9)과 앵커리지 톱니들(12)이 제공되는 침목(1)을 도시한다.

철도 침목(1)이 이중 지지점들(8, 8')을 포함하는 실시예에서, 이러한 지지점들(8, 8')은 (도 12에 도시된 바와 같이) 중공부(4)의 밖으로 돌출하거나, 또는 대안적으로 이러한 지지점들(8, 8')은 (도 13에 도시된 바와 같이) 중공부(4)의 안과 밖으로 모두 돌출할 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 지지점들(8, 8')은 중공부(4)의 안쪽으로만 돌출할 수 있다. 이러한 경우, 침목의 제2 너비(L₂)는 제1 너비(L₁)와 동일한 치수를 취할 것이다.

도 13에 도시된 실시예들은 앵커리지 홈(9)의 배열과 관련하여 도 12의 실시예들과 유사하다. 다만, 도 13에서는 접촉면(3)이 앵커리지 벽들(5, 5')을 지나쳐 돌출하지 않다는 다는 것이 관찰된다.

철도 침목(1)에 대해 제안된 구조적 실시예들이 제시되었으므로, 이후에는 그 바람직한 실시예들이 설명된다.

침목(1)의 두께(E)는 2센티미터(cm)의 값을 취하는 것이 바람직하므로, 1cm 내지 4cm 범위의 값들이 허용 가능하다. 침목(1)이 앵커리지 톱니들(12)을 포함하는 실시예들에서, 이러한 톱니는 0.2cm 내지 0.5cm 범위의 앵커리지 두께(E₁)를 포함한다.

따라서, 도 11을 특히 참조하면, 각각의 앵커리지 톱니(12)에는 바람직하게는 0.2cm 내지 0.5cm 범위의 두께(E₁)(앵커리지 톱니의 두께, E₁)가 제공된다.

도 11을 더 참조하면, 각 앵커리지 톱니(12)의 높이(h₁)는 0.5cm 내지 2.0cm의 값을 취하는 것이 바람직하다.

철도 침목(1)에 대해 제안된 임의의 실시예에서, 제1 너비(L₁)는 24cm와 동일한 것이 바람직하며, 그러므로 18cm 내지 30cm 범위의 값이 허용 가능하다.

이중 지지점들(8, 8') (중공부(4)의 안과 밖으로 모두 돌출)을 사용하는 실시예들은 바람직하게는 32cm의 제2 너비(L₂)를 형성하며, 제2 너비(L₂)(이중 지지점)가 제1 너비(단일 지지점)보다 크기만 하다면, 19cm 내지 48cm 범위의 값들이 허용될 수 있다.

이중 지지점들(8, 8')이 중공부(4)의 안쪽으로만 돌출하는 실시예에서, 제2 너비(L₂)는 제1 너비(L₁)와 동등한 값을 취할 것이다.

제3 너비(L₃)(도 4, 8, 11 및 14)으로 지칭되는 이중 지지점들(8, 8')의 너비와 관련하여, (도 4, 6 및 11의) 제3 너비(L₃)는 6cm와 동일한 것이 바람직하며, 1.5cm 내지 12cm 범위의 값이 허용 가능하다. 도 14에 도시된 실시예의 경우, 바람직한 제3 너비(L₃)는 10cm이며, 2cm 내지 20cm 범위가 허용 가능하다.

본 발명에 제시되는 철도 침목(1)의 높이에 대해서는, 제1 높이(H)로 칭해지며, 제안된 모든 실시예들에 대하여, 제1 높이(H)는 19cm와 동일한 것이 바람직하며, 14cm 내지 20cm 범위의 값이 허용 가능하다.

지지홈(9)을 사용하는 실시예들에서, 이러한 요소는 도 11에 도시된 바와 같이, 접촉면(3)으로부터 0.5cm 내지 19cm 범위의 값으로 돌출하여, 앵커리지 홈의 높이(h₃)를 형성한다. 이 범위의 상한은 이러한 홈이 중공부(4)의 전체 높이를 따라 연장하는 실시예(도 5 및 도 6)를 명백하게 나타낸다.

앵커리지 홈의 너비(L₄로 지칭됨)는 0.5cm 내지 3.0cm의 값을 취하는 것이 바람직하다.

앵커리지 벽들(5, 5')로부터 돌출하는 지지홈들(9)에 대해서는, 높이(h₃)의 최대 한계 값을 철도 침목(1)의 두께(E)에 사용된 값으로 줄여야 한다.

앵커리지 벽들(5, 5')과 접촉면(3) 및 이중 지지점들(8, 8')의 결합은 이전의 도면에 도시된 바와 같이, 직각으로 수행될 수 있으며, 대안적으로는 도 15에 도시된 실시예에서와 같이, 곡선의 세그먼트로 구성될 수 있다.

이는, 접촉면(3) 및 앵커리지 벽들(5, 5')에 대해 직각으로 배치되기에 적합한 지지홈(9)의 실시예에서도 동일하게 적용되거나, 대안적으로 곡선의 세그먼트로 구성될 수 있다.

침목(1)이 그 적용 필드의 응력을 견딜 수 있도록 하기 위해, 높은 탄성 모듈(높은 강성)을 가지고, 충격에 강하고 피로에 강하며, 시장 가용성이 높은 재료를 사용할 필요가 있다.

보다 구체적으로, 침목(1)의 내벽(13) 및 외벽(14)은 제1 재료, 바람직하게는 폴리머 재료(polymer material), 보다 바람직하게는 순수 폴리머 재료로 제조된다. 하지만, 이는 바람직한 방식일 뿐이다.

내벽 및 외벽(13, 14)은, 도 16에 보다 잘 도시된 바와 같이, 접촉면(3)과 앵커리지 벽들(5, 5')에 의해 획정된다.

도 16에서, 외벽(14)은 실선으로 표현된다. 반면에, 철도 침목(1)의 내벽(13)은 점선으로 표현된다.

한편, 중간층(15)으로서 지칭되는, 벽들(13, 14)의 내부 부분은, 바람직하게는 (전적으로는 아니지만) 제1 재료를 포함하는 복합재, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌과 유리섬유의 복합재, 그리고 그보다 더 바람직하게는 유리섬유의 질량이 바람직하게는 5질량% 내지 40질량%인 폴리프로필렌의 복합재, 보다 더 바람직하게는 33질량% 내지 37질량%의 유리섬유 질량을 갖는 폴리프로필렌의 복합재로 제조되는 것이 바람직하다.

중간층(15)의 제조에 사용된 재료(이 경우, 폴리프로필렌)와 동일한 재료로 내벽(13)과 외벽(14)의 제조하는 것은 단지 본 발명의 바람직한 특징일 뿐이라는 점이 언급되어야 한다. 따라서, 벽들(13, 14)은, 피스에 필요한 점착성(adherence)을 명백하게 제공하기만 한다면, 층(15)에 사용된 것과 다른 재료로 제조될 수 있다.

내벽(13) 및 외벽(14)이 폴리프로필렌으로 바람직하게 제조되고, 중간층(15)이 폴리프로필렌과 유리섬유의 복합재로 제조되는 제안된 침목(1)의 이러한 바람직한 재료적 특징은, 도 16에 도시된 실시예뿐만 아니라, 철도 침목(1)에 대해 제안된 모든 구조적 실시예에 대해 유효하다.

내벽들 및 외벽들(13, 14) 중 하나의 두께는 0.005cm 내지 0.05cm 범위에 있는 것이 바람직하며, 내부층(15)의 두께는 철도 침목의 두께(E)에서 내벽(13) 및 외벽(14) 중 하나의 두께 값을 감산함으로써 획득할 수 있다.

중간층(15)에 폴리프로필렌과 유리섬유의 복합재를 사용하는 것은 본 발명의 바람직한 특성으로만 고려되어야 하고, 5000MPa 이상의 굽힘 모듈을 갖는 임의의 재료(복합재)가 사용될 수 있다는 것을 이해하는 것이 중요하다. 마지막으로, 굽힘 모듈은 Rule ISO 178에 따라 측정(결정)되어야 함을 이해해야 한다.

제안된 침목(1)을 레일(2, 2')에 고정하기 위해, 고정 블록들(10)이 침목(1)의 중공부(4)에 배치되어야 한다. 이 블록들은 레일들(2, 2')을 침목에 고정시키 고정 장치의 설치와 래그 나사(tirefonds)의 설치를 가능하게 하는 것이 주 기능이다. 보다 구체적으로는, 이러한 블록들(10)은 철도의 측방향 이동을 방지하고, 침목(1)의 레일들(2, 2') 아래에 있는 부분에 배치되어야 한다. 또는, 다르게 말하면, 접촉면(3)에 배치되는 트랙의 배치 지점의 반대쪽에 있는 침목(1)의 일부에 배치되어야 한다.

도 18은 본 발명에서 제안되는 침목(1)이 사용되는 철도망의 측면도를 나타낸다. 이 도면에서는, 침목(1), 래그 나사(21)와 지지 플레이트(20)에 의해 접촉면(3)에 고정되는 각각의 레일(2, 2')이 관찰된다.

또한, 철도망에 고정되었을 때, 철도의 밸러스트가 중공부(4)에 침투할 수 있도록 하고, 중공부(4)에 밸러스트가 꽉 차서 더 높은 강성의 밸러스트/침목 시스템이 달성되도록 하는 침목(1)의 중공부(4)가 관찰된다.

또한, 도 18에서, 각각의 레일(2, 2') 아래에 배치되는 고정 블록들(10)은 고체 블록으로서 구성되고, 목재, 재생 재료, 콘크리트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌으로 제조될 수 있으며, 침목(1)의 제조에 사용되었던 것과 동일한 재료인 폴리프로필렌과 유리섬유의 복합재로 제조될 수도 있다는 점이 지적된다. 바람직한 실시예에서, 고정 블록들(10)은 폴리에틸렌으로 제조된다.

이러한 고정 블록들(10)은, 예컨대 압출, 침입(intrusion), 사출(injection) 및 피스의 최종 형상을 획득하기 위해 거대한 블록들을 사용하는 기계 가공 공정과 같은, 다양한 공정에 의해 제조될 수 있다.

도 19에 바람직하게 도시된 바와 같이, 블록들(10)을 침목(1)에 보다 양호하게 고정시키기 위해, 바람직하게는 육각 나사(26)로서 구성되는 고정 요소가 침목(1)에 횡방향으로 배치될 수 있다. 도 20 및 도 21은 고정 블록(10)에 대해 제안된 형상들을 도시한다. 철도 침목(1)에 대해 제안된 구조적 실시예들은 고정 블록(10)의 실시예들 중 임의의 것을 사용할 수 있음을 언급하는 것이 중요하다.

각각의 제안된 고정 블록(10)의 바람직한 치수가 아래에 설명된다.

도 20(a)를 참조하면, 바람직하게는 60cm의 더 큰 밑면(base)이 도시되어 있으며, 50cm 내지 80cm 범위의 값이 허용될 것이다.

더 작은 밑면은 바람직하게는 약 40cm의 값을 가지며, 바람직한 높이는 15cm로, 13cm 내지 17cm 범위의 값이 허용될 수 있다. 그리고 바람직한 깊이는 높이와 너비 모두에 대해 20cm로 동일하다.

도 20(b)에 도시된 고정 블록에 대한 바람직한 값들은 15x13x20(너비x높이x깊이)이며, 도 20(c)에 도시된 고정 블록에 대해서는, 작은 밑면에 대해 바람직한 값으로 7.5cm, 더 큰 밑면에 대해서는 15cm, 바람직한 깊이는 20cm, 그리고 바람직한 높이는 13cm와 같다.

도 20(d) 및 도 20(e)에 도시된 제안은 사출 공정에 의해 제조된 고정 블록들(10)을 나타낸다. 이 도면들에 도시된 블록들(10)은 철도 객차(railroad coaches)의 배치와 관련된 하중을 지탱하도록 설계되는 다수의 구조물(27)을 포함한다.

따라서, 구조물들(27)은 강도(resistance) 및 가벼움(lightness)을 결합하여, 새롭게 가능한 고정 블록들(10)을 배열을 확립한다. 또한, 도 20(d) 및 도 20(e)에 도시된 블록들(10)은 적절한 나사의 배열을 위해 미리 설계된 오리피스(orifices, 28)를 더 포함한다. 구조물(27)의 배열 및 형상은 도 20(d) 및 도 20(e)에 도시된 실시예들에 한정되어서는 안된다는 점이 지적되어야 한다.

또한, 본 발명에서 논의되고, 도 20(a), 도 20(b), 도 20(c), 도 20(d) 및 도 20(e)에 개시된 고정 블록들(10) 중 어떤 것이라도 사출 공정으로 제조될 수 있기 때문에, (구조물들(27)을 갖도록) 구조화된 블록을 구성할 수 있다.

도 20(d) 및 도 20(e)에 도시된 고정 블록들의 치수로서, 바람직하게는 도 20(a)에 도시된 고정 블록(10)에 대하여 이미 설명된 것과 동일한 값들을 사용할 수 있다.

도 21(a)에 도시된 고정 블록의 구조적 실시예는, 바람직하게는 60cm의 더 큰 밑면을 구비하고, 50cm 내지 60cm 범위의 값이 허용될 수 있다. 바람직한 높이는 15cm로, 13cm 내지 17cm 사이의 값이 허용될 수 있다. 바람직한 깊이는 20cm이며, 캐비티(24)와 인접한 각각의 밑면의 너비는 7.5cm인 것이 바람직하다.

마지막으로, 도 21(b)에 도시된 제안은 더 큰 밑면, 높이 및 깊이에 대하여 도 21(a)의 실시예의 값과 동일한 값을 나타내며, 캐비티(24)에 인접한 각각의 더 작은 밑면에 대한 너비는 15cm인 것이 바람직하다. 위에서 언급된 치수들은 예시로서 주어진 것이며, 본 발명의 어떠한 제한도 수반하지 않는다는 것이 언급되어야 한다.

고정 블록(10)을 사용하는 대신, 기존의 주철 플레이트(25)를 사용하여, 그리고 기존의 플레이트(플레이트(25))에 예컨대 나사, 프레스 와셔 및 너트와 같은 종래의 고정 요소(23)로 고정되는 (바람직하게는 강으로 제조된) 금속 플레이트(22)를 사용하여 침목(1)을 고정할 수 있다.

이러한 고정 유형은 도 22에 도시되며, 도 22(a)는 도 22(b)에 도시된 것과 비교하여 작은 크기의 금속 플레이트(22)를 도시한다. 철도망의 레일들 사이에 완전히 배치되는 도 22(b)에 도시된 실시예는 결과적으로 침목(1)의 강도를 증가시킨다. 또한, 사용되는 금속 플레이트(22)의 수는 도 22에 도시된 개수로 제한되어서는 안된다는 점이 지적되어야 한다.

중공부(4)와 자유부(17)를 형성하는 철도 침목(1)에 대해 제안하는 구조적 실시예에 더하여, 본 발명은 지지면(3')을 포함하는 철도 침목(1)의 형상도 제안한다.

상기 지지면(3')은 접촉면(3)의 반대쪽에 있고, 앵커리지 벽들(5, 5')에 인접하다. 이러한 방식으로, 철도 침목(1')의 중공부(4)는 앵커리지 벽들(5, 5')에 의한 접촉면(3)과 지지면(3')의 결합으로부터 획정된다. 따라서, 도 17에 도시된 실시예들에서, 침목(1')의 중공부(4)는 지지면(3')에 의해서도 획정되기 때문에, 침목(1')은 자유부(17)을 포함하지 않는다.

자유부(17)를 포함하는 철도 침목(1)에 대해 제안된 다른 특징들 및 실시예는, 도 17에 도시된 지지면(3')을 포함하는 철도 침목(1')의 실시예에도 유효하다는 점이 지적되어야 한다.

예를 들어, 철도 침목(1)을 기술할 때에 이미 언급된 재료 및 복합재의 사용과, 내벽(13) 및 외벽(14)에 관한 참조는 지지면(3')이 제공되는 철도 침목(1')에도 유효하다. 또한, 지지 블록(10)의 사용에 관한 참조도, 이 실시예에 대하여 유효하다. 이와 관련하여, 도 23은 금속 플레이트(22')를 사용하여 (금속 플레이트(22')의 수는 도면에 도시된 수에 제한되지 않음) 철도 침목(1')을 고정하는 가능한 방법들을 추가적으로 도시한다. 침목(1)의 강도 증가에 대해서 도 22(a)에서 이미 언급한 것은 도 23(a)의 표현에서도 유효하다.

또한, 도 17(b)에 도시된 실시예에서, 철도 침목(1')은 접촉면(3), 지지면(3') 및 앵커리지 벽들(5, 5') 중 적어도 하나로부터 돌출하는 지지홈(9)을 포함하는 것이 관찰된다.

또한, 도 17(c)에서 도시된 바와 같이, 접촉면(3)은 이 실시예에서 제안된 지지면(3')과 함께 앵커리지 벽들(5. 5')을 지나쳐 돌출할 수 있다.

도 17(c) 및 도 17(d)에서는, 중공부(4)가 지지면(3')을 포함하지 않는 철도 침목(1)의 예시에 대해서 이전에 제안된 바와 같이, 앵커리지 톱니(12) 배치의 제안이 관찰된다.

도 17에 도시된 실시예에서, 단일 지지점들(7, 7')은, 도 17(a), 도 17(b) 및 도 17(d)에 도시된 바와 같이, 접촉면(3)과 지지면(3')이 앵커리지 벽들(5, 5')을 지나쳐 돌출하지 않는 제안으로서 이해되어야 한다.

반면에, 이중 지지점들(8, 8')은, 도 17(c)에서 제안된 실시예와 같이, 접촉면(3)과 지지면(3')이 앵커리지 벽들(5, 5')을 지나쳐 돌출하는 제안으로서 이해되어야 한다.

요약하면, 중공부(4)의 형상의 차이를 제외하면, 철도 침목(1')은 철도 침목(1)에 대해 전술된 모든 특징들을 포함한다.

본 발명의 도면에 도시된 실시예들은 철도 침목(1, 1')에 대한 바람직한 실시예들임을 언급하는 것이 중요하다.

따라서, 자유부(17)를 구비하는 철도 침목(1)과 지지면(3')을 구비하는 철도 침목(1')을 모두 고려하면, 제시된 도면들에는 명시적으로 도시되지 않았지만, 도면에서 설명되는 특징들의 조합을 사용하는 실시예를 제안할 수 있다.

예를 들어, 도 17에 도시된 실시예들을 고려하여, 앵커리지 톱니(12)와 지지홈들(9)을 사용하는 철도 침목(1')에 대한 구조적 실시예를 (비록 이러한 실시예가 도면에 명시적으로 도시되지 않았음에도 불구하고) 제안할 수 있다.

본 발명의 철도 침목(1, 1')에 대해 제안된 구조적 형태는 바람직하게는 압출/공압출 공정에 의해 획득된다. 이러한 공정은, 예를 들어 피드 포인드(feed point), 나사와 캐논(thread cannon), 매트릭스(matrix), 교정기 및 감속기를 구비하는 종래의 압출 기계에 의해 수행된다.

압출 기계의 구조적 실시예는 본 발명의 바람직한 양태를 나타내지 않으므로, 선행기술로부터 알려진 압출 기계가 제안된 철도 침목(1, 1')을 성형하는데 사용될 수 있다.

한편, 침목(1, 1')의 정확한 성형을 위해, 결정된 파라미터와 압출 공정의 단계들(아래에서 논의됨)을 따라야 한다.

일반적으로, 압출 공정 동안, 사용되는 복합재를 압출기의 교정기 내에 압축시키는 것과 조각의 전체 두께를 균일하게 냉각하는 것이 가능해야 한다.

제안된 공정은, 사용되는 복합재(바람직하게는 유리섬유와 폴리프로필렌)을 압출 기계의 피더(feeder)에 첨가하여, 재료 특성을 충족시키기 위해 헤드(용융 구역)의 온도 파라미터를 조절하는 초기 단계를 포함한다.

전술된 단계와 함께, 제1 순수 폴리머 재료(유리섬유가 없는 순수 폴리프로필렌)를 압출 기계에 첨가하여 용융해야 한다.

그 다음, 유리섬유와 폴리프로필렌의 복합재와 용융된 (순수) 폴리프로필렌을 동시에, 함께 (동일한 헤드에) 압출 기계에 첨가해야 한다.

그 다음, 유리섬유와 폴리프로필렌의 복합재를 순수 폴리프로필렌으로 코팅하여, 순수 폴리프로필렌으로 된 내벽(13)과 외벽(14), 그리고 폴리프로필렌과 유리섬유로 된 중간층(15)의 배열로 구조를 형성해야 한다. 따라서, 제1 층(층A)은 결정된 재료(이 경우, 순수 폴리프로필렌)로 구성되고, 중간층(층B)은 또 다른 재료(이 경우, 폴리프로필렌과 유리섬유의 복합재)로 구성되며, 제3 층은 다시 재료A (순수 폴리프로필렌)로 구성되는, ABA로 알려진 압출 공정과 유사한 구조를 확립한다.

중간층(15)을 제조하는데 사용되는 재료(이 경우, 폴리프로필렌)와 동일한 재료로 내벽(13) 및 외벽(14)을 제조하는 것은, 단지 본 발명의 바람직한 특징일 뿐이라는 점이 지적되어야 한다. 따라서, 벽들(13, 14)은, 피스에 필요한 점착성만 분명히 제공한다면, 중간층(15)에 사용된 재료와 다른 재료로 제조될 수 있다.

제안된 단계들의 설명에 이어서, 압출 기계의 캐논과 나사 내에서 구조물을 용융한 다음, 원하는 형상으로 구조물을 성형하는 것이 주 기능인 매트릭스로 용융된 구조물이 가압된다.

이어서, 매트릭스에서 나온 구조물은 수성 냉각 시스템을 구비하는 교정기를 통과한다. 상기 냉각 시스템은 피스를 냉각시키는 것을 돕는 것 외에, 용융된 구조물을 최종 형태로 유지하는 것을 목표로 한다.

교정기에서 나올 때, 피스는 압출 기계의 유동속도를 제어하는 시스템에 진입하여, 공정의 유속이 제한되며, 교정기 내 구조가 압축되어 재료 손실과 기포를 방지한다. 마지막으로, 용융된 구조물은 원하는 크기로 절단된다.

중간층(15)에 유리섬유와 폴리프로필렌의 복합재를 사용하는 것은 설명된 공정의 바람직한 특징으로서만 고려되어야 하며, 따라서 5000MPa 이상의 굽힘 모듈을 갖는 재료(복합재)라면 어떤 것이든 사용될 수 있다.

또한, 바람직하게 사용되는 폴리프로필렌과 유리섬유의 복합재는, 바람직하게는 5질량% 내지 40질량%의 유리섬유를, 보다 바람직하게는 33질량% 내지 37질량%의 유리섬유를 포함한다.

철도 침목(1, 1')의 원하는 형상에 따라, 압출기의 교정기는 진공이 있는, 또는 없는 교정기로서 구성될 수 있다. 진공이 없는 교정기의 경우, 0.3m 내지 0.5m의 바람직한 길이가 제안되고, 진공이 있는 교정기의 경우, 1m 내지 4m의 바람직한 길이와 0바 내지 0.4바의 냉각 챔버의 진공이 제안된다.

진공이 없는 교정기는 중공부(4)가 자유부(17)에 의해 획정되는 철도 침목(1)을 성형하는데 사용되는 것이 바람직하다는 점이 지적된다.

반면, 진공이 있는 교정기는 중공부(4)가 지지면(3')에 의해 획정되는 철도 침목(1')을 성형하는데 사용되는 것이 바람직하다.

또한, 압출 기계에 대한 바람직한 파라미터들은 아래와 같이 제안된다.

- 압출기의 온도는 220℃ 내지 250℃인 것이 바람직하다.

- 압출기의 암페어 수는 25A 내지 350A이다.

- 헤드의 압력은 15바 내지 70바인 것이 바람직하다.

- 압축 기계의 속도(라인의 속도)는 0.1m/분 내지 0.5m/분이다.

- 나사의 회전은 분당 10 내지 45회전(10rpm 내지 45rpm)인 것이 바람직하다.

- 압축 기계의 생산성은 0.1k/m 내지 0.8k/m인 것이 바람직하다.

철도 침목(1, 1')을 성형하는 과정이 압축 공정으로서 지칭되었지만, 이러한 특징은 단지 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐이므로, 제안된 침목(1)의 구조적 성형을 위해, 예컨대 침입, 사출 또는 인발성형(pultrusion) 공법과 같은 공정들이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

바람직한 예시적 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 범위는 가능한 동등물을 포함하는 첨부된 청구항들의 내용에 이해서만 제한되는 다른 가능한 변형들도 포함한다는 점을 이해해야 한다.

Claims

철도망의 적어도 한 쌍의 레일(2, 2')을 고정하는 철도 침목(1)으로,
상기 철도 침목(1)은 접촉면(3)을 포함하고, 상기 한쌍의 레일(2, 2') 중 각각의 레일은 서로 이격되어 고정되는 철도 침목(1)에 있어서,
상기 철도 침목(1)은 상기 접촉면(3)과 앵커리지 벽들(anchorage walls, 5, 5')의 결합에 의해 획정되는 중공부(4)를 포함하여, 상기 접촉면(3)의 반대쪽에, 상기 앵커리지 벽들(5, 5')과 인접하는 자유부(17)를 형성하는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제1항에 있어서,
상기 접촉면(3)과 상기 앵커리지 벽들(5, 5')은 철도 침목(1)의 내벽(13), 외벽(14) 및 중간층(15)을 형성하되,
- 상기 철도 침목(1)의 상기 내벽(13) 및 외벽(14)은 제1 재료로 제조되고,
- 상기 중간 층(15)은 5000MPa 이상의 굽힘 모듈을 갖는 복합재로 제조되는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제2항에 있어서,
상기 제1 재료는 바람직하게는 폴리머 재료(polymeric material), 보다 바람직하게는 폴리프로필렌이고, 상기 중간층(15)은 바람직하게는 폴리프로필렌과 유리섬유의 복합재로 제조되는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제3항에 있어서,
상기 중간층(15)은 바람직하게는 5질량% 내지 40질량%의 유리섬유, 보다 바람직하게는 33질량% 내지 37질량%의 유리 섬유와 폴리프로필렌의 복합재로 제조되는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제4항에 있어서,
상기 앵커리지 벽들(5, 5') 사이의 거리에 의해 상기 철도 침목의 제1 너비(L₁)가 정의되고, 상기 앵커리지 벽들(5, 5')은, 상기 접촉면(3)과 상기 앵커리지 벽들(5, 5') 사이의 결합점의 반대쪽에 있는 지지점들(7, 7'; 8, 8')을 추가로 포함하며, 상기 지지점들(7, 7'; 8, 8') 사이의 거리는 상기 철도 침목(1)의 제2 너비(L₂)를 정의하는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제5항에 있어서,
상기 접촉면(3)은 평면인 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제6항에 있어서,
상기 접촉면(3)은 상기 앵커리지 벽들(5, 5')을 지나쳐 돌출하는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제7항에 있어서,
상기 접촉면(3), 상기 앵커리지 벽들(5, 5') 및 상기 지지점들(7, 7'; 8, 8') 사이의 결합은 곡선 세그먼트에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제8항에 있어서,
상기 철도 침목(1)은 적어도 하나의 지지홈(support groove, 9)을 더 포함하고, 각각의 상기 지지홈(9)은 상기 접촉면(3)으로부터 상기 철도 침목(1)의 상기 중공부(4)로 돌출하는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제9항에 있어서,
상기 지지홈(9)이 추가적으로 상기 앵커리지 벽들(5, 5') 중 적어도 하나로부터 상기 철도 침목(1)의 상기 중공부(4)로 돌출하는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제10항에 있어서,
상기 앵커리지 벽들(5, 5')은 복수의 앵커리지 톱니(12)를 더 포함하고, 상기 복수의 앵커리지 톱니(12)는 상기 철도 침목(1)의 중공부(4)와 인접하지 않은 상기 앵커리지 벽들(5, 5')에 배치되는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제5항에 있어서,
상기 지지점들(7, 7'; 8, 8')은 단일 지지점들(7, 7')로서 구성되며, 상기 철도 침목(1)의 제1 너비(L₁)는 상기 철도 침목(1)의 제2 너비(L₂)와 동일한 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제5항에 있어서,
상기 지지점들(7, 7'; 8, 8')은 이중 지지점들(8, 8')로서 구성되며, 상기 철도 침목(1)의 제1 너비(L₁)는 상기 철도 침목(1)의 제2 너비(L₂)보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제13항에 있어서,
상기 이중 지지점들(8, 8')은 적어도 상기 철도 침목(1)의 중공부(4) 밖으로 또는 안으로 돌출하며, 상기 이중 지점들(8, 8')이 상기 중공부(4)의 안쪽으로만 돌출할 때, 상기 철도 침목(1)의 제2 너비(L₂)는 상기 제1 너비(L₁)와 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제14항에 있어서,
상기 이중 지지점들(8, 8')은 상기 철도 침목(1)의 중공부(4)의 안과 밖으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제1항 또는 제15항에 있어서,
상기 접촉면에 레일이 배치되는 지점과 반대쪽에 있는 상기 중공부(4)의 일부에 적어도 고정 블록들(10) 또는 금속 플레이트(22, 22')가 배치되는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
철도망의 적어도 한 쌍의 레일(2, 2')을 고정하는 철도 침목(1')으로,
상기 철도 침목(1')은 접촉면(3)과 상기 접촉면(3)의 반대쪽에 있는 지지면(3')을 포함하고, 상기 한 쌍의 레일(2, 2')의 각각은 서로로부터 이격되어 고정되는 철도 침목(1')에 있어서,
상기 철도 침목(1')은 앵커리지 벽면들(5, 5')에 의한 상기 접촉면(3)과 상기 지지면(3')의 결합에 의해 획정되는 중공부(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제17항에 있어서,
상기 접촉면(3), 상기 지지면(3') 및 상기 앵커리지 벽면들(5, 5')은 상기 철도 침목(1')의 내벽(13), 외벽(14) 및 중간층(15)을 형성하되,
- 상기 철도 침목(1')의 내벽(13) 및 외벽(14)은 제1 재료로 제조되고,
- 상기 중간층(15)은 5000MPa 이상인 굽힘 모듈을 갖는 복합재로 제조되는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제18항에 있어서,
상기 제1 재료는 바람직하게는 폴리머 재료, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌이며, 상기 중간층(15)은 바람직하게는 폴리프로필렌과 유리섬유의 복합재로 제조되는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제19항에 있어서,
상기 중간층(15)은 바람직하게는 5질량% 내지 40질량%의 유리섬유, 보다 바람직하게는 33질량% 내지 37질량%의 유리섬유와 폴리프로필렌의 복합재로 제조되는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제20항에 있어서,
상기 철도 침목의 제1 너비(L₁)는 앵커리지 벽들(5, 5') 사이의 거리에 의해 정의되고, 상기 앵커리지 벽들(5, 5')은, 상기 접촉면(3)과 상기 앵커리지 벽들(5, 5') 사이의 결합 지점의 반대쪽에 있는 지지점들(7, 7'; 8, 8')을 더 포함하며, 상기 지지점들(7, 7'; 8, 8') 사이의 거리는 상기 철도 침목(1')의 제2 너비(L₂)를 정의하는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제21항에 있어서,
상기 접촉면(3)과 상기 지지면(3')은 평면이고, 상기 접촉면(3)과 상기 지지면(3')은 앵커리지 벽들(5, 5')을 지나쳐 돌출하며, 상기 접촉면(3), 상기 지지면(3'), 상기 앵커리지 벽들(5, 5') 및 상기 지지점들(7, 7'; 8, 8') 사이의 결합은 곡선 세그먼트에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제22항에 있어서,
상기 철도 침목(1')은 적어도 하나의 지지홈(9)을 더 포함하고, 각각의 상기 지지홈(9)은 접촉면(3), 지지면(3') 및 앵커리지 벽들(5, 5') 중 적어도 하나로부터 상기 철도 침목(1')의 중공부(4)를 향해 돌출하는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제22항에 있어서,
상기 앵커리지 벽들(5, 5')은 복수의 앵커리지 톱니(12)를 더 포함하고, 상기 복수의 앵커리지 톱니(12)는 상기 철도 침목(1')의 중공부(4)에 인접하지 않은 앵커리지 벽들(5, 5')의 일부에 배치되는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제21항에 있어서,
상기 지지점들(7, 7'; 8, 8')은 단일 지지점들(7, 7')로서 구성되며, 상기 철도 침목(1')의 제1 너비(L₁)는 상기 철도 침목(1')의 제2 너비(L₂)와 동일한 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제21항에 있어서,
상기 지지점들(7, 7'; 8, 8')은 이중 지지점들(8, 8')로서 구성되며, 상기 철도 침목(1')의 제1 너비(L₁)는 상기 철도 침목(1')의 제2 너비(L₂)보다 작고, 상기 이중 지지점들(8, 8')은 상기 철도 침목(1')의 중공부(4)의 밖으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
제25항 또는 제26항에 있어서,
상기 접촉면에 레일이 배치되는 지점의 반대쪽에 있는 상기 중공부(4)의 일부에 적어도 고정 블록들(10) 또는 금속 플레이트(22, 22')가 배치되는 것을 특징으로 하는 철도 침목.
철도 침목(1; 1')을 제조하는 공정에 있어서,
상기 공정은:
- 압출 기계의 피더(feeder)에 복합재를 첨가하고, 압출기 헤드의 온도 파라미터를 조절하는 단계,
- 상기 단계와 동시에, 제1 재료를 보조 압출 기계에 첨가하여, 상기 제1 재료를 용융하는 단계,
- 상기 용융된 제1 재료와 상기 복합재를 동시에 상기 압출 기계에 첨가하는 단계,
- 상기 복합재를 상기 용융된 제1 재료로 코팅하여 구조물을 형성하는 단계,
- 압출 기계를 통해 상기 구조물을 용융하고, 매트릭스를 사용하여 상기 용융된 구조물을 원하는 형상으로 성형하는 단계,
- 상기 압출 기계의 냉각 시스템으로 상기 용융된 구조물을 냉각시키는 단계,
- 상기 용융된 구조물을 냉각시킨 후, 상기 압출 기계의 유동속도를 조절하고 상기 용융된 구조물을 원하는 크기로 절단하여, 상기 철도 침목(1; 1')을 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 침목 제조 공정.
제28항에 있어서,
상기 용융된 제1 재료로 복합재를 코팅하는 단계는:
- 상기 제1 재료로 상기 철도 침목(1; 1')의 내벽(13) 및 외벽(14)을 형성하고,
- 상기 복합재로 상기 철도 침목(1; 1')의 중간층(15)을 형성하되, 사용되는 상기 복합재는 5000MPa 이상의 굽힘 모듈을 갖는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 침목 제조 공정.
제29항에 있어서,
상기 제1 재료는 바람직하게는 폴리머 재료이고, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌이며, 상기 복합재는 바람직하게는 폴리프로필렌과 유리섬유의 복합재인 것을 특징으로 하는 철도 침목 제조 공정.
제30항에 있어서,
상기 철도 침목(1; 1')의 중간층(15)을 형성하는 단계는 폴리프로필렌과 유리섬유의 복합재, 바람직하게는 폴리프로필렌과 5질량% 내지 40질량%의 유리섬유의 복합재, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌과 33질량% 내지 37질량%의 유리섬유의 복합재에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 철도 침목 제조 공정.
제31항에 있어서,
- 상기 압출 기계의 피더에 복합재를 첨가하는 단계는 상기 압출기 헤드의 온도를 바람직하게는 220℃ 내지 250℃ 범위 내로 조절하고, 그리고
- 상기 압출 기계의 유동속도를 제어하는 단계는 바람직하게는 0.1m/분 내지 0.5m/분의 속도를 확립하는 것을 특징으로 하는 철도 침목 제조 공정.
제32항에 있어서,
상기 철도 침목(1; 1') 제조 공정은 상기 압출기 헤드 안에 구조물을 압축하는 단계를 더 포함하고, 상기 압출 기계의 냉각 시스템으로 용융된 구조물을 냉각시키는 단계는 상기 용융된 구조물의 전체 두께를 균일하게 냉각시키는 것을 특징으로 하는 철도 침목 제조 공정.
제33항에 있어서,
상기 냉각 시스템으로 용융된 구조물을 냉각시키는 단계는 상기 압출 기계의 교정기를 통해 수행되고, 상기 교정기는 0.3m 내지 0.5m의 범위의 바람직한 길이의 진공이 없는 교정기로서 구성되는 것을 특징으로 하는 철도 침목 제조 공정.
제33항에 있어서,
상기 냉각 시스템으로 용융된 구조물을 냉각시키는 단계는 상기 압출 기계의 교정기를 통해 수행되고, 상기 교정기는 바람직하게는 0바(bar) 내지 0.4바 범위의 진공이 있고, 바람직하게는 1m 내지 4m의 길이의 교정기로서 구성되는 것을 특징으로 하는 철도 침목 제조 공정.