(57)【要約】【課題】本発明による方法は、一方では容易に実施することができ、同時にひずみセンサ素子を使用することでレールの安全かつ正確な監視を可能にする。【解決手段】本発明は、特に線路上の、レール輸送用のレールの取り付け箇所にレール監視素子を取り付ける方法に関し、レール監視素子は、ひずみゲージ、特に、ファイバーブラッググレーティングを備えた光ファイバーが固定されている支持体を有するひずみセンサ素子を含み、この方法は、以下の方法工程：取り付け箇所でレール及び／又はレール監視素子の温度を測定する工程と；測定した温度が所定の温度範囲内にあるか否かを確認する工程と；測定した温度が所定の温度範囲内にない場合は、取り付け箇所でレール及び／又はレール監視素子に加熱又は冷却を行う工程と；取り付け箇所においてレール監視素子の支持体を位置決め及び固定する工程であって、固定は接着により行う工程と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に線路上の、レール輸送用のレールの取り付け箇所にレール監視素子を取り付ける方法であって、前記レール監視素子は、ひずみゲージが固定されている支持体を有するひずみセンサ素子を含み、前記ひずみゲージは、ファイバーブラッググレーティングを備えた光ファイバーとして設計されており、前記方法は、以下の方法工程：
前記取り付け箇所で前記レール及び／又は前記レール監視素子の温度を測定する工程と、
・測定した温度が所定の温度間隔内にあるか否かを確認する工程と、
・測定した温度が所定の温度間隔内にない場合は、前記取り付け箇所で前記レール及び／又は前記レール監視素子に加熱又は冷却を行う工程と、
前記取り付け箇所において前記レール監視素子の前記支持体を位置決め及び固定する工程であって、前記固定は接着により行う工程と
を有する方法。
【請求項２】
前記固定を熱活性化恒久接合によって行い、ここで、前記レール監視素子を前記取り付け箇所に位置決めした後、加熱と加圧とを行って恒久接合を活性化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
熱活性フィルムを前記レール監視素子に予め取り付けることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記固定を二成分接着剤によって行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記レール監視素子を前記取り付け箇所に位置決めした後、加熱を行って前記恒久接合の硬化を促進することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
レールに、特に前記取り付け箇所の両側に温度センサを固定して前記取り付け箇所の前記温度を測定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記固定の工程に関与する少なくとも１つの別の要素、特に光ファイバーセンサ及び／又は環境及び／又は接着剤の温度を測定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記固定の工程に関与する少なくとも１つの別の要素の測定された温度に応じて、前記固定の工程に関与する少なくとも１つの別の要素の温度制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記レール監視素子の前記位置決め前に、前記取り付け箇所の領域で前記レールに熱を加えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記位置決め後に前記レール監視素子に熱と圧力とを加えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記加熱を、誘導加熱素子によって前記取り付け箇所で誘導的に行うことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記誘導加熱素子を、前記温度センサによって測定された温度に応じて制御することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記レール監視素子の前記位置決めを、前記レールウェブの領域で行うことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記センサ素子に、前記取り付け箇所における前記位置決め前又は位置決め時に予荷重を与え、予荷重状態で前記レールに接着固定することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記支持体が前記レールに取り付けられている間に、前記予荷重が熱的に生成されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記レール監視素子が、ひずみセンサ素子であって、特に、車軸計数器の計数部の半分のレール接触であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レール輸送用のレールの取り付け箇所にレール監視素子を取り付ける方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車軸計数器の形態でレール監視素子をレールに取り付ける１つの可能性が、特許文献１から知られている。
【０００３】
レール輸送をより安全にするために、レール監視素子、例えば車軸計数器のセンサ素子が使用される。特に、車軸計数器を使用して、車軸計数器の地点を列車が完全に通過したかどうか判断することで、例えば、関連する路線区分が完全に開放された（ｆｒｅｉ  ｇｅｗｏｒｄｅｎ  ｓｉｎｄ）かどうかを調査することができる。
【０００４】
このようなレール監視素子は、一般にレールに固定する必要があるセンサ素子を有する。
【０００５】
レール監視素子は、例えば、非特許文献１に示されるように、レールにねじ止めすることができる。これの欠点は、レールに適切な穴を設ける必要があることであり、これには非常にコストがかかり、レールは脆弱化する。さらに、レール監視素子の位置は定められており、変更するには多大な労力を伴う。
【０００６】
特許文献１から、車軸計数器のセンサ素子をクランプ装置によってレールに取り付けることが知られており、これによって、クランプ装置はレールの任意の箇所に簡単に取り付けることができるため、適したセンサ素子を柔軟に使用することができる。
【０００７】
光ファイバーセンサは、測定システムにおいてますます重要になっている。ここでは、例えばファイバーブラッググレーティングなどの光導波路に埋め込まれた１つ以上のセンサを使用することで、機械的な量によって引き起こされる光ファイバーのひずみを検知し、力、トルク、加速度、負荷量、圧力状態などを検出することができる。特許文献２には、ファイバーブラッググレーティング（＝ＦＢＧ、ファイバー・ブラッグ・グレーティングとも記載）を備えた光ファイバーセンサを、線路上のひずみセンサ素子として、例えば車軸計数器のレール接点として使用することが記載されている。しかしながら、従来のレール監視素子を取り付けるための上記のねじやクランプによる接続は、このような光ファイバーセンサには適していない。なぜなら、点単位の固定でしか実現され得ないからである。ただし、点単位に取り付けた場合、列車がレール上を通過することによって起きる弾性変形を必要な精度で測定することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１５２０９７２１号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第３０６９９５２号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ａｘｌｅ＿ｃｏｕｎｔｅｒ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の課題は、一方では容易に実施することができ、同時にひずみセンサ素子を使用することでレールの安全かつ正確な監視を可能にする、レール監視素子を取り付ける方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、この課題は、特許請求項１に記載の方法によって解決される。
【００１２】
本発明による方法は、ひずみゲージ、特にファイバーブラッググレーティングを備えた光ファイバーが固定されている支持体を有するひずみセンサ素子を含むレール監視素子の取り付けに関する。本発明による方法は、以下の方法工程を含む：
・取り付け箇所でレール及び／又はレール監視素子の温度を測定する工程と；
・測定した温度が所定の温度間隔内にあるか否かを確認する工程と；
・測定した温度が所定の温度間隔内にない場合は、取り付け箇所でレール及び／又はレール監視素子に加熱又は冷却を行う工程と；
・取り付け箇所においてレール監視素子の支持体を位置決め及び固定する工程であって、固定は接着により行う工程。
【００１３】
線路は主に屋外に配置されているため、一時的に極端な条件（天候、通過する列車からの振動）に曝される。さらに、レール監視素子が取り付けられるべき線区は、通常の列車の運行が保証可能で、遅延が回避又は少なくとも最小限に抑えられるように、できるだけ素早く開放されるべきである。したがって、「通常の」接着プロセス（工程）は、レール監視素子をレールに取り付けるのには適していない。
【００１４】
本発明によるレール監視素子の温度監視接着固定は、平面の摩擦接合を可能にし、その結果、ひずみゲージ、特に光ファイバーセンサの性能が改善される。レールが損傷したり脆弱化したりすることはない。従来の取り付け方法と比較して、レール監視素子の取り付けをより素早く行うことができる。さらに、レール監視素子は破壊せずには取り外すことができないので、細工や妨害が防がれる。
【００１５】
取り付け箇所に濡れ性を与える又は取り付け箇所の濡れ性を改善するために、一般に、取り付け箇所を例えば研磨によって前処理することが必要とされる。
【００１６】
本発明によれば、取り付け箇所又は支持体を接着プロセスのために規定される温度範囲にするために、レール及び／又はレール監視素子の支持体を、取り付け箇所で温度監視し、必要に応じて温度制御することが規定される。これにより確実に、天候とは無関係に取り付けを実施することができ、温度が低すぎることで硬化が阻まれたり、温度が高すぎることと、それに伴う温度膨張とによる応力増加を回避できるようになる。接着剤を塗布するために、取り付け箇所の温度は、好ましくは１０℃〜＋４０℃の範囲、特に５℃〜３５℃の範囲に設定される。さらに、位置決めの前に支持体を焼き戻しすると有利である。
【００１７】
温度測定、位置決め、及び温度制御を異なる時間に行うことができるため、本発明による取り付け法が実施されている間、例えば列車が通過できるように、該当する線区を一時的に開放することができる。
【００１８】
つまり、本発明による方法は、天候とは無関係に段階的に（つまり、例えば２本の通過列車の間で）実施することができる、支持体の二次元固定を可能にする。
【００１９】
支持体材料として、好ましくは、ばね鋼又はレール鋼が使用される。
【００２０】
本発明による方法の特に有利な変形例では、固定は、熱活性化恒久接合によって行われ、ここで、レール監視素子を取り付け箇所に位置決めした後、恒久接合を促進するために加熱と加圧とが行われる。
【００２１】
熱活性化恒久接合は、好ましくは、熱活性化表面素子（例えば、熱活性フィルム（ＨＡＦ））、すなわち、室温でべたつかない熱活性化可能なフィルムによって実現される。つまり、熱が加えられたときのみ、フィルムの接着層が活性化される。熱活性化可能な表面素子は、最初に、レールに接合されるレール監視素子の支持体の接着面に予め貼り付けされる（タグ付け）が、ここでは表面素子はまだ活性化されない。次に、レール監視素子は、取り付け箇所においてレールに加圧しながら位置決めされ、熱活性化可能な表面素子は、支持体に加えられた熱（典型的には８０℃〜２５０℃）によって硬化される。そのような接合部は高い耐負荷性を有している。
【００２２】
一般に現場では保護フィルムのみを取り外す必要があるため、熱活性化表面素子の使用によって、取り付け箇所での取り扱いが確実に簡単になる。したがって、この方法は、特に整備工が行うこともできる。さらに、加えられる圧力は比較的低くて済む。熱活性化表面素子によって、連続した作業が可能になり、すなわち、個々の方法工程（取り付け箇所の準備、温度センサの設置、温度制御、熱活性化表面素子の位置決め、熱活性化表面素子の活性化）の間において、線区は通過のために繰り返し開放することができるため、レール輸送への影響は最小限にのみ抑えられる。
【００２３】
熱活性化表面素子には、センサ類に悪影響を及ぼさないという利点もある。
【００２４】
熱活性フィルムがレール監視素子に予め貼り付けられていると、特に有利である。熱活性フィルムは、取り付け箇所に取り付けられる必要はないが、製造中又は準備室で（例えば前日に）支持体に取り付けられてもよい。つまり、取り付け箇所においてセンサの接着準備をする必要がなく、これにより、取り付けしている間の時間を節約することができる。したがって、線区をより迅速に再開放することができる。さらに、熱活性化可能なフィルムの貼り付けは、定義された条件下（実験室条件下）で行うことができる。
【００２５】
あるいは、二成分型接着剤によって固定を行うこともできる。
【００２６】
この場合、レール監視素子を取り付け箇所に位置決めした後、加熱を行って恒久接合の硬化を促進すると有利である。ここで、レール監視素子及び／又はレールは、例えば約１８０℃に加熱される。
【００２７】
取り付け箇所の温度を測定するために、特に取り付け箇所の両側で、温度センサをレールに固定することが有利である。つまり、レール監視素子は、温度センサの間に取り付けられる。
【００２８】
取り付け箇所の温度を監視することに加えてさらに、固定プロセスに関与する少なくとも１つの別の要素、特に光ファイバーセンサ及び／又は環境及び／又は接着剤の温度を測定することも有利であり得る。このようにして、最適な接着条件が成立しているか否かを判断することができる。
【００２９】
測定された温度が最適ではない（つまり、所定の範囲外である）と判断された場合、固定プロセスに関与する少なくとも１つの別の要素の測定された温度に応じて、固定プロセスに関与する少なくとも１つの別の要素の温度制御を行うことができる。このようにして、最適な処理温度を確実に維持することができる。
【００３０】
好ましくは、レール監視素子を位置決めする前に、取り付け箇所の領域でレールに熱が加えられる。接着剤がレールと接触する前に、レールは、例えばガスバーナーや（電気的又は化学的に生成される）接触熱によって、１０℃超の温度（温度＞１０℃）に予熱される。
【００３１】
位置決め後にレール監視素子に熱と圧力が加えられる場合、特に有利である。これにより、接着剤を活性化させたり、接着剤の硬化を促進させることができる。
【００３２】
誘導加熱素子によって取り付け箇所で誘導的に加熱が行われる場合、特に有利である。この目的のために、加熱素子（誘導コイル）は、取り付け箇所に位置決めされたレール監視素子に近づけられる。このタイプの加熱は、レール監視素子の支持体を加熱するのに特に好ましい。誘導コイルによって、レール監視素子の支持体に渦電流が誘導され、ひいては支持体が加熱される。誘導加熱の使用によって、裸火を回避することができるため、火災のリスクを最小限に抑えることができる。
【００３３】
特に有利な変形例では、誘導加熱素子は、温度センサによって測定された温度に応じて制御される。これにより、取り付け担当者による特に簡単な取り扱いが可能になる。なぜなら、制御された加熱プロセスのみを開始するだけでよいからである。その後、加熱プロセスは自動的に監視される。
【００３４】
レール監視素子の位置決めは、好ましくはレールウェブの領域、つまり、レールベースとレールヘッドとの間のレールの接合領域で行われる。これにより、レールの曲率（垂直方向）が最小になるため、取り付けが簡単となる。
【００３５】
レール監視素子は、好ましくは、車軸計数器のレール接触センサ（レール接触部）である。さらに、レール監視素子は、光ファイバーセンサ素子を備えた温度センサ、加速度センサ、重量センサであってもよい。
【００３６】
１つの変形例では、ひずみゲージ（例えば、光ファイバー）は、支持体上にすでに予荷重が与えられている。その後、センサ素子をレールに簡単に取り付けることができる。
【００３７】
特別な変形例では、ひずみセンサ素子は、取り付け箇所での位置決めの前又はその間に予張力が与えられ、予張力がかかった状態でレールに接着固定される。これによって、支持体がレールから外れた場合には簡単に判断することができる。なぜなら、予荷重がなくなるとファイバーブラッググレーティングのブラッグ波長が変化するからである。予荷重は、ファイバーブラッググレーティングをレールに取り付ける前に機械的に与えることができる。
【００３８】
特別な変形例では、支持体がレールに取り付けられている間に、予荷重が熱的に生成される。この目的のために、接着プロセスの間、ひずみゲージと支持体との間の所定の温度差が、接着プロセス全体を通して維持される。接着プロセスが完了すると、支持体とひずみゲージとは異なる温度から同じ温度に冷却され、冷却後に張力が発生する。
【００３９】
本発明の別の利点は、説明及び図面から明らかであろう。同様に、本発明によれば、上記の特徴及び以下で説明される特徴は、それぞれ個々に又は任意の複数の組合せとして使用することができる。図示及び説明される実施形態は、網羅的な列挙として理解されるべきではなく、本発明の説明のための例示的な特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】レール監視素子が取り付けられたレールの斜視図を示す図である。
【図２】レール監視素子が取り付けられたレールの断面と誘導加熱示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１は、ニュートラルファイバーＮＦを有するレールＳの斜視図を示している。レールＳには、光ファイバーセンサ素子ＦＯＳの形態のレール監視素子が取り付けられている。光ファイバーセンサ素子ＦＯＳは、ファイバーブラッググレーティングＦＢＧが予め取り付けられた支持体Ｔを含む。接着接続によって、支持体Ｔは、レールＳのレールウェブＳＴの領域に取り付けられる。光ファイバーセンサ素子ＦＯＳは、好ましくは、ニュートラルファイバーＮＦの領域に取り付けられ、特に、各ファイバーブラッググレーティングＦＢＧは、一端がニュートラルファイバーＮＦの下に、他端がニュートラルファイバーＮＦの上に配置されるように取り付けられる。レールＳには、温度センサＴＳ１が取り付けられており、これを使用して、接着プロセスの前と接着プロセスの間のレールＳの温度を監視することができる。これは、接着プロセスを所定の温度間隔内の温度で行う必要があることから不可欠であるが、天候条件のためにこの通り行えないこともしばしばある。天候とは無関係に光ファイバーセンサ素子ＦＯＳをレールＳに取り付けることを可能にするために、レールＳの温度は、温度センサＴＳ１によって測定され、場合によっては、レールに熱が加えられる。さらに、少なくとも１つの別の温度センサＴＳ２によって、センサ素子ＦＯＳの温度、特には、支持体Ｔ及び／又はひずみゲージＦＢＧの温度が測定される。センサ素子ＦＯＳにも、場合によっては、熱が加えられる。これは、例えば、図２に示すように、誘導加熱素子Ｈによって行うことができる。誘導加熱素子Ｈは、温度センサＴＳ２によって測定された温度に応じて、制御ユニットＳＴＲＧによって制御される。
【００４２】
誘導加熱素子Ｈは、特に、接着プロセスの一部としてレールＳ及び／又は支持体Ｔに施与された接着剤を硬化するために、又は熱活性フィルムが使用される場合には、これを活性化するために使用される。温度センサＴＳ１、ＴＳ２は取り付け後に取り外され、別のセンサ素子の取り付けに使用することができる。
【００４３】
図示の例では、光ファイバーセンサ素子ＦＯＳは、２つのファイバーブラッググレーティングＦＢＧを含む。しかしながら、単一のファイバーブラッググレーティングＦＢＧのみ又はそれらの多数のものを含む光ファイバーセンサ素子も考えられる。図１に示される場合では、光ファイバーセンサ素子は、車軸計数器の計数部のレール接触センサを表す。
【００４４】
本発明による方法を用いて、光ファイバーセンサ素子ＦＯＳの支持体ＴとレールＳとの間の、実施が容易で確実な表面接合が可能になる。特に、光ファイバーセンサ素子ＦＯＳとレールとの間の平面の摩擦接合が実現され、その結果、ファイバーブラッググレーティングＦＢＧのひずみが確実に検出できるようになる。本発明による方法は、特に鉄道分野において、レール上の光ファイバーセンサの使用を可能にし、その結果、例えば、意図に反した誘導によるレール監視素子の悪影響を回避することができる。
【符号の説明】
【００４５】
ＦＢＧ  ファイバーブラッググレーティング
ＦＯＳ  光ファイバーセンサ素子
Ｈ  誘導加熱素子
Ｋ  接着層
ＮＦ  ニュートラルファイバー
Ｓ  レール
ＳＴ  レールウェブ
ＳＴＲＧ  制御ユニット
Ｔ  支持体
ＴＳ１  レールの温度を測定するための温度センサ
ＴＳ２  センサ素子の温度を測定するための温度センサ
【図１】
2020534537.tif 000003
【図２】
2020534537.tif 000004
【国際調査報告】
2020534537.tif 000005
2020534537.tif 000006
2020534537.tif 000007
2020534537.tif 000008