由纤维强化塑料制造用于固定轨道车辆的轨道的系统构件的制作方法

由纤维强化塑料制造用于固定轨道车辆的轨道的系统构件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于轨道固定系统的构件，该构件由纤维强化的塑料构成，该塑料由基体塑料以及嵌入其中的强化纤维构成。根据本发明的构件能够由塑料成本有利地制成并且能够在形状具有最大可能程度的自由度时使轻的重量和最符合各个要求的机械负荷能力相结合。这是通过采用注射成型复合来制造构件并且使强化纤维的平均长度至少为200μm而实现的。
【专利说明】由纤维强化塑料制造用于固定轨道车辆的轨道的系统构件

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种由塑料制成的、用于固定轨道车辆的轨道的系统的构件。

【背景技术】
[0002] 现代化的、特别是用在重型载货交通领域中或者高速路段上的轨道固定装置通常 包括由塑料制成的各种构件，这些构件用于支撑和引导待固定的轨道。
[0003] 这里所述类型的构件例如可以形成为平板形状。专业术语中所谓的"导向板"、"角 形导向板"、"垫板"、"中间板"、"压力分布板"或"肋状板"都属于这种平板形状的、用于轨道 固定的构件。
[0004] 导向板在已经安装完成的固定系统中从侧面支撑待固定的轨道并且吸收在有车 辆驶过各个固定点时出现的横向力。此外可以使用导向板作为各个弹性部件的支座，该弹 性部件在已经安装完成的系统中将用于压制轨道所需的弹性压紧力施加在轨足上。为此导 向板的、在安装位置上自由的顶面上可以形成一个或多个成型部件，在该成型部件中或上 这样引导各个弹性部件，即，使在承受实际中所出现的负荷的情况下该弹性部件也保持其 应有的位置。相应的成型部件可以是例如凹槽、孔或其他凹口的凹陷部或凹空部，弹性部件 或用于夹紧弹性部件的夹紧件在完成安装的系统中至少区段式地安置在该凹陷部或凹空 部中。此外，成型部件能够形成为相对于导向板的表面的主要平面凸出的肋部、腹板或其他 凸起部，弹性部件根据挡块的类型在该成型部件上受到支撑或在侧面受到引导。
[0005] 在导向板形成为所谓的"角形导向板"的情况下，可以额外地在导向板的底面上形 成沿导向板纵向延伸的沉降部，该沉降部在安装位置上形状配合地安置在基座的、相应成 型的凹口中。以这种方式横向于轨道的纵向长度固定导向板的位置。
[0006] 垫板、中间板、压力分布板或肋状板用于上述类型的轨道固定系统中，以使在有车 辆驶过借助这种固定系统构成的固定点时出现在重力方向上的负载大面积并且均匀地传 递到基座上，固定点建立在该基座上。根据各个局部条件以及各个轨道固定系统中这些板 的安装位置，这些板为此至少在横向于轨道纵向长度所测量的轨足宽度上延伸或者侧向凸 出。对此，相关的板或者直接放置在各个基座上或者通过一个或多个中间层支撑在基座上。 而且，由不同的板以及弹性材料构成的中间层构成多层的板叠，通过该板叠确保了固定点 在重力方向上在所出现负载的均匀分布方面以及在对于待固定轨道的长期使用寿命所需 的弹性方面所需的灵活弹性。
[0007] 肋状板是用于轨道固定的平板形构件的特殊情况。在肋状板的、在安装位置上自 由的顶面上形成有两个相互平行的、沿待固定轨道的纵向延伸的肋部，这两个肋部在其之 间限定了支承面，在安装位置中待固定的轨道以其轨足置于该支承面上。对此，使肋部这样 相互间隔，即，肋部侧向引导轨足并且吸收在有车辆驶过由各个轨道固定系统所形成的固 定点时出现的横向力。
[0008] 除了平板形状的构件以外，根据各个局部条件或者对于各个轨道固定所提出的技 术要求例如需要由塑料制成的绝缘部件。这些绝缘部件用于使固定系统的、分别由导电材 料构成的部件或待固定轨道本身相对于固定轨道的基座而绝缘。
[0009] 在轨道固定时同样可以使用由塑料构成的转接件或偏心体，从而为了设置待固定 轨道的铁轨轨距而调整各个待固定轨道的位置。
[0010] 不管是上述构件的哪一种，在实际使用中轨道固定系统的、由塑料构成的部件不 仅必须承受住在有车辆驶过各个固定点时所出现的、静态和动态的高负荷，而且也必须坚 固以抵抗磨损并且对于温度变化、湿度和其他环境影响不敏感。
[0011] 轨道固定系统的、由塑料构成的构件同时应该具有轻的重量并且具有高的形状稳 定性。为此，将凹口例如成型到平板部件的、对应于应该安装有轨道固定系统的各个基座的 底面中并且形成肋状结构。
[0012] 这样，在采用所有的成型方案时都会获得精致的、具有局部最小化的壁厚和频繁 的壁厚变化的特点的、现代化的平板构件的造型，该平板构件对产品技术有高要求。
[0013] 为了满足对构件负载能力所提出的要求，在现有技术中对用于轨道固定的构件采 用经玻璃纤维强化的塑料。


【发明内容】

[0014] 因为一方面要提高对制造成本最小化的要求并且另一方面要持续提高对由塑料 制成的、用于这里所述类型的轨道固定系统的构件的机械性能的要求，因此本发明的目的 是提供一种用于轨道固定系统的、能够由塑料成本有利地进行制造的构件，并且在该构件 中在形状具有最大可能程度的自由度时使轻的重量和最符合各个要求的机械负荷能力相 结合。
[0015] 根据本发明，通过具有权利要求1所给出的特征的构件实现了该目的。
[0016] 本发明的有利设计和变化方案在从属权利要求中给出并且下面详细阐述基本发 明原理。
[0017] 根据本发明的构件由纤维强化的塑料制成，该塑料由基体塑料和嵌入其中的强化 纤维构成。同时，根据本发明通过采用注射成型复合来进行制造，其中根据本发明在制成构 件中的强化纤维的平均长度至少为200 μ m。
[0018] 这里所述的"平均长度"始终是指以普通的方法通过将样品中纤维的长度总和简 单地除以相关纤维的数量所得到的平均值。
[0019] 原则上能够使用所有的热塑性的塑料作为根据本发明的构件的基体塑料。对此特 别是聚丙烯（PP)、聚酰胺（PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)、聚甲醛（Ρ0Μ)、丙烯腈-丁二 烯-苯乙烯（ABS)、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT)和聚乙烯（LDPE/HDPE)以及它们的混合物， 例如共混物和复合物。
[0020] 根据本发明，通过采用"注射成型复合"制造能够承受特别高负荷的、精致成 型的、由塑料构成的、用于轨道固定系统的构件。实际中这种方法也称为"IMC工艺"。 如由M. SIEVERDING、E. BURKLE博士、R. ZIMMET所著的" MC技术开辟了新的应用领 域"（IMC_Technik erschliePt neue Anwendungsbereiche)，塑料（Kunststoffe)8/2005, Carl Hanser出版社，慕尼黑，文章中所述，IMC工艺能够制造经强化的大体积的构件，该构 件将注塑和挤压的优势相互结合。IMC工艺的特征在于采用了双螺旋挤出机，在工艺过程中 借助该双螺旋挤出机能够分别复合所希望的各个材料混合物。以这种方式能够将例如强化 纤维、填充物或以颗粒材料形式存在的塑料添加剂、即所谓的"母料"直接在加工过程中加 入用于铸造或优化特定性质的基体塑料中，这种母料所含的着色剂或添加剂比最终应用时 更高。
[0021] 已经惊奇地发现，与由纤维强化的塑料颗粒材料构成的、传统制造的用于轨道固 定的构件相比，通过根据本发明采用MC工艺来制造用于轨道固定的、纤维强化的塑料构 件能够在构件成品中获得明显较大强化纤维长度。
[0022] 这里重点所述的、"用于轨道固定的构件"的使用场合中，嵌入基体塑料中的强化 纤维的较大长度首先意味着各个部件中的较高强度。此外通过根据本发明的、MC工艺的 应用所实现的较长强化纤维的优点在于，在体积组分相同的情况下需要较少数量的强化纤 维来实现力求达到的机械特征值。对此，从制造技术的角度来看特别的优点在于，以较少数 量的强化纤维明显减小了对模具的磨损，因为仅是碰撞模具壁的纤维末端导致磨损。
[0023] 也能够证实，在以根据本发明的方式通过MC工艺制造的、平板形状的、上述类型 的构件中强化纤维的长度通常比相同成型的、但是由传统的、在颗粒制造过程中掺入强化 纤维的颗粒材料制造的构件长至少25%。能够发现根据本发明所制造的平板部件的纤维长 度的平均值通常至少和传统方法制造的部件中所存在的纤维长度的平均值的两倍相一致。
[0024] 具体来说能够以根据本发明的方式通过IMC工艺制造特定的平板部件来固定轨 道，例如导向板、垫板、中间板、压力分布板或肋状板，在这些板中强化纤维长度通常平均至 少为200 μ m以及更长，特别是至少300 μ m以及更长。在实际的试验中通常能够达到平均 大于350 μ m的强化纤维长度，其中所得到的强化纤维长度分别处于15-2000 μ m、特别是 20-2000 μ m的范围中。
[0025] 根据本发明的部件在性质分布的均匀性方面的主要优点在于，在以根据本发明的 方式制造的、用于轨道固定的构件中使纤维长度的分散最小化。由此对于强化纤维的长度 得到特别狭长的分布曲线。例如根据本发明将传统的玻璃纤维作为强化纤维引入各个基体 塑料中。但是也能够以根据本发明的方式将其他的高性能纤维加入基体塑料。对此除了芳 香尼龙纤维材料、碳纤维材料以外，例如也可以是金属纤维和陶瓷纤维。
[0026] 为了确保以基体塑料润湿，根据本发明在IMC工艺中引入的强化纤维可以具有根 据增附剂的类型起作用的铸型涂料。对此例如是起机械作用、粘附作用和化学作用的铸型 涂料，例如聚氨酯和硅烷。
[0027] 在根据本发明的IMC工艺应用中通过以这种铸型涂料进行涂层实现了强化纤维 嵌入基体塑料的聚合物基体的改善。
[0028] 作为粒状材料的混合强化材料加入经切削的玻璃纤维（短玻璃和长玻璃）或者玻 璃球也是可以的。
[0029] 由于通过根据本发明的MC工艺应用改善了原材料性质从而实现了根据本发明 的部件的、特别精致的成型。因此能够构成精细化分的肋状部，这些肋状部明显节省了材 料，而没有由此损害机械性能，特别是部件强度和形状稳定性。一般来说，通过采用MCI 艺由于改善了塑料材料可以节省塑料，因为即使部件体积最小化也达到了所需的稳定性。 由此通过始终采用通过根据本发明的IMC工艺所公开的方案能够使部件体积相对于传统 制造的部件的体积减小直至25%。
[0030] 可以通过加入添加剂和填充物调整对于实际应用分别特定所需的、根据本发明的 用于轨道固定的部件性能。通过将添加剂和填充物有针对性地加入分别所使用的基体塑 料，从而能够由塑料成本有利地制造根据本发明的、具有轻的重量以及最佳的机械性能的 构件，通过该添加剂和填充物有针对性地调整这些性能，例如
[0031] -结晶度的类型和影响（对此合适的添加剂是已知的、在现有技术中针对该目的 所采用的结晶成分，例如精细分散的颗粒，例如硅酸），
[0032] -耐气候性（对此合适的添加剂是已知的、在现有技术中针对该目的所采用的抗 氧化剂或碳黑），
[0033]-机械稳定性（对此合适的添加剂是强化纤维或强化颗粒），
[0034]-热学性能（对此合适的添加剂是已知的、在现有技术中针对该目的所采用的热 稳定剂），
[0035] -电气性能（对此合适的添加剂是导电的、带给塑料材料特定导电性的金属颗 粒），
[0036] -摩擦工艺方面的性能（对此合适的添加剂是针对该目的已知的、嵌入塑料中的 润滑剂，例如M〇S2或者石墨），
[0037] -耐火性能（对此合适的添加剂是已知的阻燃剂，例如卤素化合物或铝化合物），
[0038] -吸湿性（对此合适的添加剂是已知的、具有疏水性的成分），或
[0039] -水解稳定性（对此合适的添加剂是已知的抗氧化剂）。
[0040] 对此，通过将成核剂或结晶成分作为添加剂加入基体塑料，能够改善基体塑料的 组织形态。对此合适的添加剂例如是精细分散的颗粒。通过加入这种添加剂能够更快速地 达到脱模温度并随之缩短周期。
[0041] 也可以通过加入例如如乙烯-丙烯-二烯单体（EPDM)、其他的弹性体或聚乙烯这 样的抗冲击添加剂（弹性体成分）来改善部件的韧性以及随之改善部件的持续负荷能力。 尤其可以引入这样的添加剂，即，通过将该添加剂涂在组件的表面上从而防止扩散过程。对 此合适的添加剂是具有疏水性的添加剂。
[0042] 此外，将特殊的标记试剂、例如荧光剂作为添加剂引入基体塑料中也是可以的，该 标记试剂能够明确地标识出各个部件。这种标记试剂的存在能够使使用者以简单的方式检 查出所提供的部件是原件还是可能不符合所要求的质量的仿件。
[0043] 也可以将用于有针对性地结合两个不相容的聚合物、例如将PE/PP结合成PA的相 容剂作为添加剂加入基体塑料。特别是所谓的"兼容剂"、例如性质完全不同的基体适合作 为调和剂。
[0044] 最后，为了避免后续的调节而加入添加剂也是可以的。以这种方式例如可以包含 在由PA塑料制成的平板部件中通常为了设置特定含水量而所需的调节。由此，例如合适的 添加剂、例如极性增塑剂能够导致没有水被吸收，但是实现了经传统调节的部件所达到的 性质。
[0045] 根据本发明加入基体塑料的填充物和添加剂例如是为了强化而加入的有机材料， 例如碳纤维、木粉、芳香尼龙纤维，以及为了调整滑移性能而加入的无机材料，例如二氧化 钛、M 〇S2、滑石粉、云母、硅酸、硫化铁，以及例如作为成核剂的苯基亚磷酸钠。
[0046] 在为了制造用于轨道固定的各个构件而采用MC工艺时，能够特别简单地将在前 面段落中所提到的填充物和添加剂以及其他的加入物添加给各个经加工的基体塑料。通过 采用这种方法能够将相应的填充物和添加剂单独地或者和强化纤维相结合地简单引入基 体塑料中。
[0047] 根据本发明的另一个设计，通过将用于发泡的发泡剂加入分别所使用的基体塑料 能够进一步优化根据本发明的用于轨道固定的构件的性质。通过使基体塑料制造在某些区 段上或整体上形成为具有相对高的气孔份额的泡沫，从而在具有高的形状稳定性的同时降 低了重量。
[0048] 同时，通过使基体塑料起泡并且随之体积增加可以缩短填充各个模具所需的时 间，由此缩短了制造部件所需的周期。通过起泡使得部件固化时所发生的翘曲最小化并且 能够防止凹陷，否则由于固化期间出现收缩可能出现该凹陷。
[0049] 通过起泡过程而在基体塑料中所引起的推动力还实现了大的流道长度。起泡过程 的控制对此可以通过采用已知的气体反压方法来进行，在该气体反压方法中气体压力和流 入各个铸模中的塑料反向，以确保均匀地填充模具并且避免提前起泡。
[0050] 具有化学发泡剂和物理发泡剂的熔体的高度气体负荷导致在模制件内部中形成 一体化的泡沫结构。在形成这种结构时可以省略在传统注塑时不可避免的保压阶段。这意 味着较低的模具内部压力，由此需要较低的合模力来封闭模具并由此明显降低磨损。由于 保压时间的最小化又能够实现更短的周期并随之实现较高的生产率。
[0051] 根据待制造构件的各种几何形状，通过加入能够使基体塑料发泡的添加剂可以降 低该构件的重量并且由此根据本发明所实现的多细孔的胞状结构相对于相同成型的、但是 以传统方式制造的构件降低了直至15%。同时通过发泡从而节省了材料，而材料的节省又 降低了单件造价。
[0052] 总体上来说，通过根据本发明将发泡剂加入基体塑料从而获得模具的较均匀收缩 并随之改善了部件品质。根据本发明所制造的、平板形状的、用于轨道固定的部件非常适合 通过加入发泡剂来降低基体塑料密度，因为发泡剂实现了 "能够呼吸的模具"，借助这种模 具能够获得高效发泡的一体化结构并随之获得较高的特殊弯曲刚度。
[0053] 为了实现根据本发明的目的能够采用物理作用的发泡剂或化学作用的发泡 齐[J。物理作用的发泡剂例如是氮气或二氧化碳。也可以采用已知的MuCell工艺， 例如由Krauss Maffei技术有限公司出版的刊物"纤维模具-用于注塑的发泡方法 (CellForm-Schiiumverfahren fiir das Spritzgiei^en)"公开了该工艺。化学作用的发 泡剂例如是碳酸氢钠。

【专利附图】

【附图说明】
[0054] 下面根据附图示出的实施例详细说明本发明。
[0055] 附图中的图1和2分别以示意图和横向于各个轨道S的纵向经局部切割的视图示 出了传统构造的用于固定轨道S的系统。

【具体实施方式】
[0056] 轨道S借助图1所示的第一系统固定在结实的、例如由混凝土轨枕构成的基座U 上。系统包括垫板1，两个角形导向板2、3支撑在该垫板上。角形导向板2、3在其中限定出 形成在垫板1的顶面上的支承面4,由弹性材料构成的覆盖层5位于该支承面上。而轨道S 的轨足6位于弹性的覆盖层5上，该轨足在侧面分别邻接角形导向板2、3的、对应于该轨足 的接触面。在角形导向板2、3上分别支承一个W形状的、传统方式成型的弹性部件7、8,该 弹性部件以其弹性臂的自由末端作用在轨足6上并且由此施加用于压紧轨道S所需的弹性 压紧力。同时，弹性部件7、8分别借助一个枕木螺栓9、10相对于基座U拉紧，该枕木螺栓 穿过各个角形导向板2、3的孔插入并且旋入安置在基座U的、这里不可见的涨塞中。
[0057] 图2所示的用于固定轨道S的系统在其部件方面同样是以传统方式进行构造。将 两个凸肩20、21成型到这里形成为混凝土轨枕的固定的基座U中，分别有一个角形导向板 22、23支撑在该凸肩上。角形导向板22、23同样在其中限定出形成在固定基座U的顶面上 的支承面24。弹性覆盖层25位于该支承面24上，而压力分布板26置于该弹性覆盖层上。 第二个弹性覆盖层27位于压力分布板26上，轨道S以其轨足28置于第二个弹性覆盖层的 顶面上。如图1所示的示例，角形导向板22、23在侧面抵靠在轨足28上，因此该角形导向 板将轨道车辆驶过轨道S时所出现的横向力传导到固定基座U中。这里如根据图1所示的 实施例一样也分别有一个W形状的、也称为拉紧钳的弹性部件29、30支撑在角形导向板22、 23上，该弹性部件分别借助一个枕木螺栓31、32相对于基座U拉紧。
[0058] 分别通过采用MC工艺由聚酰胺塑料制造图1所示的轨道固定系统的、用于固定 轨道S的构件"垫板1"以及"角形导向板2、3"和图2所示的轨道固定系统的"角形导向板 22、23"以及"压力分布板26"，在各个所使用的IMC复合物中将玻璃纤维作为强化纤维加入 该聚酰胺塑料。
[0059] 使用以传统方式由玻璃纤维强化的聚酰胺塑料颗粒材料制成的、相同成型的构件 进行比较。
[0060] 分别求得根据本发明采用IMC工艺中所存在的强化纤维的长度。对此可以得到下 面所示出的长度（分别以μm示出）：
[0061] I ^|根掘木发明通过采川以传统方法山剛料颗 丨MC ?:艺制造的部件 粒材料制造的部件 最小_| 18. 86_ 13. 80_ 平均值 3+77,19 175. 45 1 Mkk_I 1832.99__629. 82_
【权利要求】
1. 一种用于轨道固定系统的构件，所述构件由纤维强化的塑料构成，所述塑料由基体 塑料以及嵌入其中的强化纤维构成，其特征在于，通过采用注射成型复合来制造所述构件 并且使强化纤维的平均长度至少为200 μ m。
2. 根据权利要求1所述的构件，其特征在于，强化纤维的平均长度大于350 μ m。
3. 根据权利要求1或2所述的构件，其特征在于，强化纤维的长度分别处于 15-2000 μ m〇
4. 根据前述权利要求中任意一项所述的构件，其特征在于，所述基体塑料是聚丙烯 (PP)、聚酰胺（PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)、聚甲醛（POM)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 (ABS)、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT)、聚乙烯（LDPE/HDPE)以及所述塑料的混合物。
5. 根据前述权利要求中任意一项所述的构件，其特征在于，强化纤维是玻璃纤维、芳香 尼龙纤维、碳纤维、金属纤维或陶瓷纤维。
6. 根据前述权利要求中任意一项所述的构件，其特征在于，将至少一种用于调整经纤 维强化的塑料的特定性能的添加剂加入所述基体塑料。
7. 根据前述权利要求中任意一项所述的构件，其特征在于，所述基体塑料包含至少一 种填充物。
8. 根据前述权利要求中任意一项所述的构件，其特征在于，所述构件形成为平板形状。
9. 根据权利要求8所述的构件，其特征在于，所述构件是用于侧面引导轨道的导向板。
10. 根据权利要求8所述的构件，其特征在于，所述构件是用于衬垫轨道的垫板。
11. 根据权利要求8所述的构件，其特征在于，所述构件是中间板，对此这样设置所述 中间板，即，将所述中间板放置在各个待固定轨道和位于各个基座上的垫板之间。
【文档编号】B29C45/00GK104093541SQ201380006778
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2013年1月18日 优先权日:2012年1月26日
【发明者】米夏埃尔·哈拉, 迪特马尔·贝克尔, 贝恩德·舒尔特 申请人:沃斯洛工厂有限公司