(57)【要約】【課題】  異形レールを長手方向に金属結合する際、レール端部を相対運動させるための曲げ操作力を減少し、端面におけるエネルギ発生のための摩擦方式を改善し、断面が一致する金属結合を行う。【解決手段】  摩擦溶接により異形レールを長手方向に金属結合する方法であって、第１段階においてレール端部の加熱が、端面を同時に相対運動させながら相互押付けによって行われ、第２段階においてレールの結合が、輪郭又は横断面の整列後端面の相互押付けによって行われるものにおいて、加熱段階においてレール端部が、横断面積の最大慣性モーメントを持つ主軸方向（ｙ）に対して直角に最大振動幅で振動して、相対運動せしめられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦溶接により異形レールを長手方向に金属結合する方法であって、第１段階においてレール端部の加熱が、端面を同時に相対運動させながら相互押付けによって行われ、第２段階においてレールの結合が、輪郭又は横断面の整列後端面の相互押付けによって行われるものにおいて、加熱段階においてレール端部が、横断面積の最大慣性モーメントを持つ主軸方向（ｙ）に対して直角に最大振動幅で振動して、相対運動せしめられることを特徴とする、方法。
【請求項２】
加熱段階においてレール端部が、横断面積の最大慣性モーメントを持つ主軸方向（ｙ）に対して直角に、実質的に振動して相対運動せしめられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
加熱段階においてレール端部が、主軸方向（ｙ）に対して直角に、実質的に振動して相対運動せしめられ、この運動に、主軸方向（ｙ）に小さい強さを持つ振動が重畳されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
加熱段階においてレール端部が、相対的に振動してねじり運動せしめられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
レール横断面外に回転中心を持つねじり振動が使用されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
加熱段階においてレール端部が、主軸方向（ｙ）に対して直角に、実質的に並進振動して相対運動せしめられ、この運動にねじり振動が重畳されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
レールの少なくとも１つの端部が、少なくとも強制される振動運動のために、実質的に調波振動の共振条件を満たすように、レールの少なくとも１つが規定されることを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載の方法。
【請求項８】
振動が、実質的に面積を満たすように形成されかつ主軸方向（ｙ）に対して直角に横断面積の最大慣性モーメントで最大広さを持つ重畳図形又はリサージュ図形を生じることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、摩擦溶接により異形レール例えば鉄道レール、梁等を長手方向に金属結合する方法であって、第１段階においてレール端部の加熱が、端面を同時に相対運動させながら相互押付けによって行われ、第２段階においてレールの結合が、輪郭又は横断面の整列後端面の相互押付けによって行われるものに関する。【０００２】  棒の端面の金属結合は、摩擦溶接によって有利に行うことができ、互いに押付けられる端面の加熱又は棒端部への熱持ち込みは、その相対運動によって行われる。【０００３】  相対運動は、対向する棒とは異なる回転数及び／又は回転方向で共通な軸線の周りにおける少なくとも１つの棒の回転運動として行うことができるか、又は少なくとも１つの棒端部が、軸線に対して直角に、対向する棒端部とは異なる方向に往復運動せしめられ、かつ／又は旋回又は周回運動せしめられる。【０００４】  それぞれ大きい質量を持つ特に長い棒のために、結合すべき棒端部の加熱のため、これらの棒端部を軸線に対して実質的に直角に、従って回転しないように、周期的に相対運動させると有利である。
【背景技術】
【０００５】  管を摩擦溶接する方法及び装置は米国特許第５６９７５４５号明細書から公知であり、２つの管部分が端面で圧力印加により互いに突き合わされ、結合範囲を加熱するため、端面の相対振動運動が磁気歪み変換器により行われる。【０００６】  任意の輪郭の溶接すべき面を持つ工業部品の摩擦溶接又はばり取り方法及び振動溶接ヘッドは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第０７０７９１９号明細書から公知になっている。この提案によれば、摩擦溶接ヘッドは制御偏心輪及び平行案内装置を備えており、それにより入力側回転エネルギが平行に導かれる循環エネルギに変換可能である。この方法によれば、加熱過程のため、振動溶接ヘッドにより部材が、固定した部材の中心の周りに摩擦結合で少し動かされる。【０００７】  英国特許第１２９３５３１号明細書に開示されている摩擦溶接方法によれば、加熱段階において棒端部の互いに接する端面が周回運動せしめられる。この相対周回運動は、リサージュ図形の形で円状、楕円状又は他のやり方で行うことができる。【０００８】  鉄道レール及び類似の梁異形材の摩擦溶接方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８０７４５７号明細書から公知になっている。この出願によれば、結合すべきレール端部の間の中間片を直線又は周回振動して動かすことが提案され、これに対して平行に、両方の固定されたレール端部が、レール長手方向に中間片へ押付けられて、それぞれ１つのレール端部と中間片のそれぞれ１つの断面との両方の接触面へ、溶接のために必要な熱を摩擦エネルギにより加える。しかしレールのこのような結合は、方法により制約されて２つの摩擦溶接結合面を持っている。【０００９】  大きい長さを持つレールのために、オーストリア国特許第４１１８８３号明細書は、摩擦溶接による端面又は横断面の金属結合方法を開示している。端部の軸線に対して直角な仕上げ加工後、加熱段階のため、仕上げ加工された横断面が互いに突き合わされ、圧力を加えられ、両方のレール端部が互いに逆方向に振動して動かされる。【００１０】  場合によっては異形の棒の摩擦溶接による端面結合のため、端部を加熱する従来技術によれば、棒軸線の周りの回転による相対運動が必要なだけでなく、圧力を受けて振動し場合によっては周回振動する横断面の相対運動も使用することができる。【００１１】  しかし加熱の際圧力を受ける端面の振動相対運動による摩擦溶接によるレール及び梁の金属結合は、レール端部を動かすための大きい力、及びフランジ端部のずれ即ちレール横断面の局部的不連続性を、長手方向において溶接個所に生じる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  ここで本発明は救済策を講じるものであり、レール端部の相対運動のため曲げ用操作力を減少して、端面におけるエネルギ発生のため改善された摩擦方式及びレールの同じ断面の高級な金属結合を保証する、最初にあげた種類の方法を提示することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  最初にあげた種類の方法においてこの目的は、加熱段階においてレール端部が、横断面積の最大慣性モーメントを持つ主軸方向に対して直角に最大振動幅で振動して、相対運動せしめられることによって、達せられる。【００１４】  曲げを受けるレール例えば鉄道レール又は梁のような異形棒が、横断面で見て主軸を持ち、この主軸に対して軸方向慣性モーメントが最大又は最小であり、主慣性モーメントにとって横断面積範囲及びその軸からの標準間隔が決定的であるという、機械工学の教示に基いて、異形端面の摩擦の際動的操作力の要件及び効果が求められた。【００１５】  端面におけるエネルギ発生のために、軸線に対して直角にあらゆる方向に、振動してレール端部を動かすことができる。【００１６】  主荷重方向に大きい曲げ抵抗を持つレールは、横断面の大きい慣性モーメントを場合によっては小さい重量で単位長さ毎に得るため、軸線からできるだけ大きく離れて張出す範囲例えばレール基部又は梁フランジを持っている。【００１７】  レール横断面の同心的な面状周回摩擦の際、張出すフランジが、張出し方向に対して直角な力成分を加えられると、主として弾性的であるけれども大きい振動幅の場合部分的に塑性的な曲げを受けることがわかった。最大慣性モーメントを持つ主軸方向におけるレール端部の曲げは、続いていわゆるフランジがたつき音を生じる可能性がありかつ金属結合部の幾何学的及び溶接技術的欠点をもたらすこれらのフランジ曲げを強めることがあるので、最大振動幅を横断面積の最大慣性モーメントに対して実質的に直角に向けることは、本発明にとって重要である。【００１８】  加熱段階においてレール端部が、横断面積の最大慣性モーメントを持つ主軸方向に対して直角に、実質的に振動して相対運動せしめられると、有利である。【００１９】  端部の方へテーパ状に推移する厚いフランジでは、加熱段階においてレール端部が、主軸方向に対して直角に、実質的に振動して相対運動せしめられ、この運動に、主軸方向に小さい強さを持つ振動が重畳されると、好都合である。主軸の方向に例えば１／４及びそれ以下の振動の小さい強さは、摩擦熱の均一な放出のために有効であるが、フランジの幾何学的形状によって制限される。【００２０】  本発明による方法の別の好ましい実施形態によれば、加熱段階においてレール端部が、相対的に振動してねじり運動せしめられる。この運動方式により、小さい操作力で、大きい質量集中度を持つレール端部範囲における適切に強力な熱供給が行われる。【００２１】  レール横断面外に回転中心を持つねじり振動が使用されると、レール横断面の全面にわたってレール端部の振動相対運動を行うことも、有利に可能である。【００２２】  更に加熱段階においてレール端部が、主軸方向に対して直角に、実質的に並進振動して相対運動せしめられ、この運動にねじり振動が重畳されると、異なるレール材料及びレール端部の溶接品質の最適化のために、方法の大きい融通性が得られる。【００２３】  本発明による方法において、レールの少なくとも１つの端部が、少なくとも強制される振動運動のために、実質的に調波振動の共振条件を満たすように、レールの少なくとも１つが規定されると、振動運動のため��費やすべき力を著しく減少することができる。熱エネルギを発生するためレール端部の端面の摩擦が減衰して共振振動に影響するけれども、驚くべきことに、並進振動の際にもねじり振動の際にも、共振条件のため締付けが行われると、振動操作力を減少することができる。【００２４】  加熱段階においてレール端面の相対運動を行うことも可能で、その際振動が、実質的に面積を満たすように形成されかつ主軸方向に対して直角に横断面積の最大慣性モーメントで最大広さを持つ重畳図形又はリサージュ図形を生じる。しかし主軸方向における振動幅の相違が４：１特に６：１より大きいと、溶接品質が助長される。この関係は重畳される並進振動に対しても認められた。【００２５】  概略図面により、本発明の実施例を詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】  図１から概略的にわかるレール１は、最大慣性モーメントを有する主軸方向ｙを持っている。レール横断面積の重心Ｓを通って、主軸方向ｙに対して直角に、最小慣性モーメントを有する主軸ｘが延びている。【００２７】  間隔をおいて固定されるレール１は、軸線方向に対向して突き合わされるレールによる端面の摩擦加熱のため、軸ｘの方向に相対振動運動せしめられ、位置１ｘにおいて片側に最大振れ（点線で示す）が得られる。【００２８】  図１（ａ）には、面積重心Ｓに関する運動ベクトルが示されている。符号Ｌｘにより、軸ｘ即ちレール断面積の最小慣性モーメントを持つ主軸の方向における振動運動が示されている。振動運動ｘに、同種のただし著しく小さいせいぜい１／４なるべく１／８の値を持つ振動運動を、ｙ方向に従って最大慣性モーメントの方向に、重畳することができる。【００２９】  図２はレール１の端面を示し、レール端部は、軸線方向に対向するレール端部に対して、摩擦熱の発生のため、重心軸Ｓの周りに振動ねじり運動を行う。１ｒ（点で示す）は、図２（ａ）に運動ベクトルとして示される振動の最大ねじり振れを概略的に示している。【００３０】  図３は強制されるねじり振動を概略的に示し、振動回転中心Ｒは、最小慣性モーメントを持つ主軸ｘ上に、ただしレール重心軸Ｓ外又はレール端面外にある。最大ねじり振れにおいて、相対端面位置１ｒが概略的に示され、運動ベクトルＬｒは、図３（ａ）に示すように、断面の重心軸線Ｓに対して間隔ａを持つ回転中心Ｒの周りにおける重心軸線Ｓの振動を示している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】  鉄道レールを端面の終端位置で概略的に示すと共に運動ベクトルを示す。
【図２】  ねじり振動の際鉄道レールを端面の終端位置で概略的に示すと共に、運動ベクトルを示す。
【図３】  横断面外にある回転中心の周りにおけるねじり振動の際鉄道レールを端面の終端位置で示すと共に、運動ベクトルを示す。
【符号の説明】
【００３２】  Ｓ  重心
ｘ  最小慣性モーメントを持つ主軸
ｙ  最大慣性モーメントを持つ主軸方向
【図１】
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【図２】
2006130564.tif 000004
【図３】
2006130564.tif 000005