特表 2024-522834 レール車輪を補修するための方法及びシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-06-21

(54)【発明の名称】レール車輪を補修するための方法及びシステム

(51)【国際特許分類】

   B60B 17/00 20060101AFI20240614BHJP

【ＦＩ】

B60B17/00 B

B60B17/00 F

B60B17/00 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023578788

(86)(22)【出願日】2022-06-20

(85)【翻訳文提出日】2024-01-16

(86)【国際出願番号】 CA2022050985

(87)【国際公開番号】W WO2022266750

(87)【国際公開日】2022-12-29

(31)【優先権主張番号】63/212,745

(32)【優先日】2021-06-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522369348

【氏名又は名称】チェン、ポール ポー

【氏名又は名称原語表記】ＣＨＥＮＧ，Ｐａｕｌ ＰＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】チェン、ポール ポー

(57)【要約】

レール車輪を補修する方法であって、レール車輪のリムの選択されたセグメントを除去して、第１の係合面を有する残りのセグメントを提供するステップと、第１の係合面と嵌合するように形成された第２の係合面を有する交換本体要素を含む交換ワークピースを提供するステップと、を含む方法が開示される。交換ワークピースは、第１係合面と第２係合面との間に所定の間隙を画定するように位置決めされる。残りのセグメント及び交換ワークピースの第１の被加熱部分及び第２の被加熱部分、並びに第１の係合面及び第２の係合面を、その塑性変形のために熱間加工温度まで非酸化性雰囲気中で誘導加熱するために、１つ以上の加熱要素が所定の間隙内に位置決めされる。加熱要素は除去され、第１の係合面及び第２の係合面は、第１の被加熱部分及び第２の被加熱部分並びに係合面の少なくとも一部の塑性変形のために係合される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

摩耗した本体要素と、レールとの係合のために形成された、前記摩耗した本体要素上の摩耗した踏面及び摩耗したフランジとを含むリムを有するレール車輪を補修する方法であって、前記レール車輪は、車軸を受け入れることができる、前記レール車輪の軸を画定するボスと、前記リムと前記ボスとを互いに接続する板部とを含み、前記方法は、
（ａ）前記摩耗した本体要素、前記摩耗した踏面、及び前記摩耗したフランジを備える前記リムの選択されたセグメントを除去して、残りの本体要素及び前記残りの本体要素上の第１の係合面を有する前記リムの残りのセグメントを画定するステップであって、前記第１の係合面は、少なくとも部分的に平面であり、前記軸に対して鋭角を画定するように配置され、前記鋭角は、頂点を有し、前記鋭角の開きを画定する、ステップと、
（ｂ）前記第１の係合面と嵌合するように形成された第２の係合面を有する交換本体要素を備える交換ワークピースを提供するステップであって、前記交換ワークピースは、前記第２の係合面の反対側に配置された、前記交換本体要素上の交換踏面及び交換フランジを備える、ステップと、
（ｃ）前記第１の係合面から所定の距離だけ離間して前記第２の係合面を配置するように、前記交換ワークピースを位置決めして、前記第１の係合面と前記第２の係合面との間に所定の間隙を画定するステップと、
（ｄ）少なくとも１つの加熱要素を前記所定の間隙内に位置決めして、前記残りの本体要素及び前記交換本体要素のそれぞれの第１の被加熱部分及び第２の被加熱部分並びに前記第１の係合面及び前記第２の係合面を誘導加熱によって加熱するステップであって、前記第１の被加熱部分は、前記第１の係合面から前記残りの本体要素内に第１の予め選択された距離だけ延び、前記第２の被加熱部分は、前記第２の係合面から前記交換本体要素内に第２の予め選択された距離だけ延びる、ステップと、
（ｅ）前記第１の係合面及び前記第２の係合面並びに前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分を覆う非酸化性雰囲気を供給するステップと、
（ｆ）前記非酸化性雰囲気において、前記少なくとも１つの加熱要素を用いて、前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分並びに前記第１の係合面及び前記第２の係合面を所定の熱間加工温度まで加熱するステップであって、前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分並びに前記第１の係合面及び前記第２の係合面は、前記熱間加工温度にある間に塑性変形可能である、ステップと、
（ｇ）前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分が前記熱間加工温度にあり、前記第１の係合面及び前記第２の係合面の少なくとも一方が他方に対して移動している間に、前記第１の係合面及び前記第２の係合面を互いに係合させ、前記頂点から離れて前記開きに向かう方向で前記残りのセグメントに対して前記交換ワークピースを付勢するとともに、前記残りのセグメントに対して前記交換ワークピースを付勢し、前記第１の係合面及び前記第２の係合面と前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分の少なくとも一部とを塑性変形させるステップと、
（ｈ）前記第１の係合面及び前記第２の係合面並びに前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分を冷却し、前記交換ワークピースと前記リムの前記残りのセグメントとを互いに接合させるステップと、を含む方法。

【請求項2】

前記残りのセグメントは、前記レール車輪の内側及び外側の近位にそれぞれある、前記残りのセグメントの内側と外側との間に延び、
前記第１の係合面は、前記残りのセグメントの前記内側及び前記外側にそれぞれ隣接する前記第１の係合面の第１の内側端部と第１の外側端部との間に延び、
前記残りのセグメントは、前記第１の係合面の前記第１の内側端部と前記軸との間に画定される第１の残りセグメント外径と、前記第１の係合面の前記第１の外側端部と前記軸との間に画定される第２の残りセグメント外径とを有し、
前記交換ワークピースは、前記レール車輪の前記内側及び前記外側の近位にそれぞれ配置可能な、前記交換ワークピースの内側と外側との間に延び、
前記第２の係合面は、前記交換ワークピースの前記内側及び前記外側にそれぞれ隣接する前記第２の係合面の第２の内側端部と第２の外側端部との間に延び、
前記交換ワークピースは、前記第２の係合面が前記第１の係合面と係合されるときに、前記第２の係合面の前記第２の内側端部と前記軸との間に画定される第１の交換ワークピース内径と、前記第２の係合面が前記第１の係合面と係合されるときに、前記第２の係合面の前記第２の外側端部と前記軸との間に画定される第２の交換ワークピース内径とを有し、
前記第１の交換ワークピース内径は、前記第１の残りセグメント外径よりも小さく、
前記第２の交換ワークピース内径は、前記第２の残りセグメント外径よりも小さい、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

摩耗した本体要素と、レールとの係合のために形成された、前記摩耗した本体要素上の摩耗した踏面及び摩耗したフランジとを含むリムを有するレール車輪を補修する方法であって、前記レール車輪は、車軸を受け入れることができる、前記レール車輪の軸を画定するボスと、前記リムと前記ボスとを互いに接続する板部とを含み、前記レール車輪は、前記摩耗したフランジが近位である内側と、前記摩耗したフランジが遠位である反対側の外側とを有し、前記方法は
（ａ）前記摩耗した本体要素、前記摩耗した踏面、及び前記摩耗したフランジを備える前記リムの選択されたセグメントを除去して、残りの本体要素及び前記残りの本体要素上の第１の係合面を有する前記リムの残りのセグメントを画定するステップであって、前記第１の係合面は、少なくとも部分的に平面であり、前記軸に対して少なくとも部分的に横方向に配置される、ステップと、
（ｂ）前記第１の係合面と嵌合するように形成された第２の係合面を有する交換本体要素を備える交換ワークピースを提供するステップであって、前記交換ワークピースは、前記第２の係合面の反対側に配置された、前記交換本体要素上の交換踏面及び交換フランジを備える、ステップと、
（ｃ）前記第１の係合面から所定の距離だけ離間して前記第２の係合面を配置するように、前記交換ワークピースを位置決めして、前記第１の係合面と前記第２の係合面との間に所定の間隙を画定するステップと、
（ｄ）少なくとも１つの加熱要素を前記所定の間隙内に位置決めして、前記残りの本体要素及び前記交換本体要素のそれぞれの第１の被加熱部分及び第２の被加熱部分を誘導加熱によって加熱するステップであって、前記第１の被加熱部分は、前記第１の係合面から前記残りの本体要素内に第１の予め選択された距離だけ延び、前記第２の被加熱部分は、前記第２の係合面から前記交換本体要素内に第２の予め選択された距離だけ延びる、ステップと、
（ｅ）前記第１の係合面及び前記第２の係合面並びに前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分を覆う非酸化性雰囲気を供給するステップと、
（ｆ）前記非酸化性雰囲気において、前記少なくとも１つの加熱要素を用いて、前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分並びに前記第１の係合面及び前記第２の係合面を所定の熱間加工温度まで加熱するステップであって、前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分並びに前記第１の係合面及び前記第２の係合面は、前記熱間加工温度にある間に塑性変形可能である、ステップと、
（ｇ）前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分が前記熱間加工温度にあり、前記第１の係合面及び前記第２の係合面の少なくとも一方が他方に対して移動している間に、前記第１の係合面及び前記第２の係合面を互いに係合させ、前記交換ワークピースを前記残りのセグメントに対して付勢して、前記第１の係合面及び前記第２の係合面と前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分の少なくとも一部とを塑性変形させるステップと、
（ｈ）前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分を冷却し、前記交換ワークピースと前記リムの前記残りのセグメントとを互いに接合させるステップと、を含む方法。

【請求項4】

前記第１の係合面及び前記第２の係合面は、前記軸に対して第１の鋭角を画定するように配置され、前記第１の鋭角は、前記レール車輪の前記内側に向かって開く、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記第１の係合面及び前記第２の係合面は、前記軸に対して第２の鋭角を画定するように配置され、前記第２の鋭角は、前記レール車輪の前記外側に向かって開く、請求項３に記載の方法。

【請求項6】

前記第１の係合面及び前記第２の係合面は、前記レール車輪の前記外側の近位に位置する第１の鋭角頂点を有する第１の鋭角を画定するように配置される、請求項３に記載の方法。

【請求項7】

前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分が熱間加工温度にあり、前記第１の係合面及び前記第２の係合面が互いに係合されるとき、前記交換ワークピースが前記レール車輪の前記内側に向かって付勢される、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記第１の係合面及び前記第２の係合面は、前記レール車輪の前記内側の近位に位置する第２の鋭角頂点を画定するように配置される、請求項３に記載の方法。

【請求項9】

前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分が熱間加工温度にあり、前記第１の係合面及び前記第２の係合面が互いに係合されるとき、前記交換ワークピースが前記レール車輪の前記外側に向かって付勢される、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記交換本体要素の外側から延びる少なくとも１つの第１の突起を設けるステップと、
前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分並びに前記第１の係合面及び前記第２の係合面が前記熱間加工温度にあり、前記第１の係合面及び前記第２の係合面が互いに係合されるとき、第１の係合ツールを用いて、前記少なくとも１つの第１の突起を係合させ、前記レール車輪の前記内側に向かって前記交換ワークピースを付勢するステップと、をさらに含む、請求項４に記載の方法。

【請求項11】

前記第１の係合ツールが前記少なくとも１つの第１の突起と係合されている間、前記交換ワークピースは、前記第１の係合ツールによって前記軸を中心に回転するように付勢される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記交換フランジに取り付けられ、前記交換フランジから前記軸に直交して延びる少なくとも１つの第２の突起を設けるステップと、
前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分並びに前記第１の係合面及び前記第２の係合面が前記熱間加工温度にあり、前記第１の係合面及び前記第２の係合面が互いに係合されるとき、第２の係合ツールを用いて、前記少なくとも１つの第２の突起を係合させ、前記交換ワークピースを前記レール車輪の前記内側に向かって付勢するステップと、
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記第２の係合ツールが前記少なくとも１つの第２の突起と係合されている間、前記交換ワークピースは、前記第２の係合ツールによって前記軸を中心に回転するように付勢される、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記熱間加工温度が少なくとも約１，２６５℃である、請求項１に記載の方法。

【請求項15】

前記残りのセグメント及び前記交換ワークピースは、異なる材料から作製される、請求項１に記載の方法。

【請求項16】

前記第１の係合面及び前記第２の係合面並びに前記第１の被加熱部分及び前記第２の被加熱部分が前記熱間加工温度にある間で、前記第１の係合面及び前記第２の係合面が互いに係合されるときに、前記交換ワークピースが前記軸を中心に回転される、請求項１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レール車輪を補修するための方法及びシステムである。

【背景技術】

【0002】

当該技術分野において公知の、列車、路面電車、及び天井クレーンは、通常、レールに係合するように形成されたレール車輪を含む。典型的なレール車輪セット１０が図１に示されており、そのレール車輪１２Ａ，１２Ｂがレール１４Ａ，１４Ｂに係合している。レール車輪１２Ａ，１２Ｂは、レール車輪１２Ａ，１２Ｂ間に延びる車軸１６によって画定される軸「Ｘ」を中心に回転する。車軸１６は、説明を簡略化するために図１から省略されている鉄道車両のキャリッジ又はフレームに取り付けられることが理解されるであろう。通常、レール車輪は鋼鉄製であり、鋳造（すなわち、単一の鋳物から機械加工）又は鍛造（すなわち、鍛造及び圧延）されてもよい。

【0003】

典型的なレール車輪１２の部分が図２Ａ及び図２Ｂに示されている。図２Ａ及び図２Ｂに見られるように、車輪１２は、車軸１６（図２Ａ又は図２Ｂには図示せず）を受け入れることができるボア２２を画定するボス２０を含むハブ１９と、リム部分２４との間に位置する板部（ｗｅｂ）１８を含むことが好ましい。リム部分２４は、レール（図２Ａ、２Ｂには図示せず）に係合するための踏面（ｔｒｅａｄ）２６及びフランジ２８を含む。

【0004】

図２Ｂに見られるように、踏面２６及びフランジ２８は、車輪１２が最初に製造されるときに、所定の設計に適合するプロファイル（図２Ｂにおいて参照符号３０によって概ね識別される）を有する。時間が経過すると、踏面２６及びフランジ２８は摩耗し、もはや設計に適合しなくなる。摩耗した踏面２６及び摩耗したフランジ２８の典型的なプロファイルの例は、図２Ｂにおいて参照符号３２によって識別される。

【0005】

従来技術では、踏面２６及びフランジ２８から摩耗した材料を置き換えるために、例えば、摩耗したプロファイル３２を覆ってハブ１９の基材３４に追加の材料３３（通常は鋼鉄）を溶接することによって、摩耗した踏面又は摩耗したフランジを補修する試みがなされてきた。図２Ｂに示される例では、交換材料３３は、図２Ａに示されている最初に製造された踏面２６及びフランジ２８のプロファイル３０と同じ又は実質的に同じプロファイル３０’を有する。

【0006】

しかしながら、これらの従来技術の補修方法は、交換材料３３が基板３４から剥がれ落ちたり分離したりする傾向があるので、一般に満足のいくものではなかった。交換材料の破損は、一般に、交換材料が従来の方法を使用して基材３４に溶接されるときに生成される、基材及び交換材料における熱影響部「ＨＡＺ（ｈｅａｔ－ａｆｆｅｃｔｅｄ ｚｏｎｅ）」に起因すると考えられる。

【0007】

別の従来の補修方法は、摩耗した金属をミーリング加工又は切断して、元の踏面及びフランジよりも小さい半径で新しい踏面及び新しいフランジを形成することを含む。しかしながら、この手順は、通常、残っている金属が不十分であるために、特定のレール車輪に対して２回又は３回しか使用できず、その時点でレール車輪をリサイクルする可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述の理由から、従来技術の１つ以上の欠陥若しくは不備を克服又は軽減する方法及びシステムが必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

その広い態様において、本発明は、摩耗したレール車輪を補修する方法であって、摩耗したレール車輪の選択されたセグメントを除去して、第１の係合面を有するレール車輪のリムの残りのセグメントを提供する、方法を提供する。交換本体要素と、第１係合面と嵌合するように形成された第２係合面とを有する交換ワークピースが提供される。交換ワークピースは、第１係合面と第２係合面との間に所定の間隙を画定するように位置決めされる。１つ以上の加熱要素が所定の間隙内に位置決めされ、残りのセグメント及び交換ワークピースの第１の被加熱部分及び第２の被加熱部分並びに第１の係合面及び第２の係合面を非酸化性雰囲気中で熱間加工温度まで誘導加熱する。

【0010】

第１の被加熱部分及び第２の被加熱部分並びに第１の係合面及び第２の係合面が熱間加工温度まで加熱されると、加熱要素が除去され、第１の係合面及び第２の係合面の少なくとも一方が他方に対して動いている間に、第１の被加熱部分及び第２の被加熱部分並びに第１の係合面及び第２の係合面の少なくとも一部の塑性変形のために、第１の係合面及び第２の係合面が係合される。第１の係合面及び第２の係合面並びに第１の被加熱部分及び第２の被加熱部分を冷却させ、交換ワークピースと残りのセグメントとを互いに接合する。

【0011】

本発明は、以下の添付図面を参照して、より良好に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】（前述された）従来技術のレール車輪セットの側面図である。

【図2A】（前述された）従来技術のレール車輪の部分的に切り取られた等角図である。

【図2B】（前述された）図２Ａの従来技術のレール車輪の一部の、より大きい縮尺で描かれた断面図である。

【図3A】補修される摩耗したレール車輪の一部の、より大きい縮尺で描かれた断面図である。

【図3B】所定の間隙を間に画定するように配置された交換ワークピースの実施形態を伴った、図２Ｃのレール車輪の残りのセグメントの断面図である。

【図3C】図３Ｂの、より大きい縮尺で描かれた一部の断面図である。

【図3D】図３Ａの交換ワークピースの、より大きい縮尺で描かれた断面図である。

【図3E】互いに係合された図３Ａの残りのセグメント及び交換ワークピースの、より小さい縮尺で描かれた断面図である。

【図3F】図３Ｅの、より大きい縮尺で描かれた一部の断面図である。

【図3G】補修されたレール車輪の、より小さい縮尺で描かれた側面図である。

【図4A】補修される摩耗したレール車輪の一部の、より大きな縮尺で描かれた断面図である。

【図4B】所定の間隙を間に画定するように配置された交換ワークピースの代替的な実施形態を伴った、図２Ｃのレール車輪の残りのセグメントの断面図である。

【図4C】図４Ｂの、より大きい縮尺で描かれた一部の断面図である。

【図4D】図４Ｂの交換ワークピースの、より大きい縮尺で描かれた断面図である。

【図4E】互いに係合された図４Ｄの残りのセグメント及び交換ワークピースの、より小さい縮尺で描かれた断面図である。

【図4F】図４Ｅの、より大きい縮尺で描かれた一部の断面図である。

【図5A】所定の間隙を間に画定するようレール車輪の残りのセグメントに対して配置された、本発明の交換ワークピースの別の代替実施形態の、より小さい縮尺で描かれた断面図である。

【図5B】補修されたレール車輪の、より小さい縮尺で描かれた側面図である。

【図6A】所定の間隙を間に画定するようレール車輪の残りのセグメントに対して配置された、本発明の交換ワークピースの別の代替実施形態の、より大きい縮尺で描かれた断面図である。

【図6B】補修されたレール車輪の、より小さい縮尺で描かれた側面図である。

【図7】残りのセグメントに対する交換ワークピースの位置決めを示す、より大きな縮尺で描かれた概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

添付図面では、同様の参照番号は、全体を通して、対応する要素を示す。特に、説明を簡略化するために、図１～図２Ｂにおいて先に使用された参照番号は、そのような参照番号の各々が１００だけ（又は場合によってはその整数倍だけ）増やされることを除いて、以下の本発明の説明に関連して再び使用され、説明される要素は、図１～図２Ｂに示される従来技術の要素に対応する。最初に図３Ａ～図３Ｇを参照して、本発明による方法の実施形態を説明する。

【0014】

この方法は、摩耗した本体要素１２５、並びにレール（図３Ａ～図３Ｆには図示せず）と係合するためにその上に形成された、摩耗した踏面１２６及び摩耗したフランジ１２８を含むリム１２４を有するレール車輪１１２を補修するためのものである。補修される摩耗したレール車輪１１２の一例が図３Ａに示されている。説明を明確にするために、摩耗したレール車輪１１２の一部のみが図３Ａに示されていることが理解されるであろう。図３Ａに見られるように、レール車輪１１２は、車軸１１６を受け入れることができる、その軸「２Ｘ」を画定するボス１２０と、リム１２４とボス１２０とを互いに接続する板部１１８とを含む。

【0015】

好ましくは、本方法は、リム１２４の選択されたセグメント１４０を識別して除去し、リム１２４の残りのセグメント１４２を画定することを含む。選択されたセグメント１４０は、好ましくは、摩耗した本体要素１２５、摩耗した踏面１２６、及び摩耗したフランジ１２８を含む。図３Ａ～図３Ｃに見られるように、残りのセグメント１４２は、残りの本体要素１４３と、残りの本体要素１４３上の第１の係合面１４４とを含む。好ましくは、第１の係合面１４４は、少なくとも部分的に平面であり、軸「２Ｘ」に対して鋭角θを画定するように配置される。鋭角θは、頂点「Ｖ」を有し、鋭角θの開き１４５を画定する（図３Ｂ）。

【0016】

図３Ｂにおいて、参照符号「２Ｘ_１」によって識別された線分は、軸「２Ｘ」に平行であることが理解されよう。
除去済みの選択されたセグメント１４０を置き換えるために、交換ワークピース１４６が提供される（図３Ｂ～図３Ｆ）。交換ワークピース１４６は、第１の係合面１４４（図３Ｃ）と嵌合するように形成された第２の係合面１５０を有する交換本体要素１４８を含むことが好ましい。図３Ｄに見られるように、交換ワークピース１４６は、好ましくは、第２の係合面１５０の反対側の交換本体要素１４８上に配置された交換本体要素１４８上の交換踏面１５２及び交換フランジ１５４を含む。好ましくは、交換ワークピース１４６は、所定の距離１５５だけ第１の係合面１４４から離間して第２の係合面１５０を配置し、第１の係合面１４４および第２の係合面１５０の間に所定の隙間１５６を画定するように位置決めされる（図３Ｃ）。

【0017】

交換ワークピース１４６の一部のみが図３Ｂ～図３Ｆに示されていることが理解されるであろう。当業者は、残りのセグメント１４２が、軸「２Ｘ」を中心とする立面図において円形であり、交換ワークピース１４６も、残りのセグメント１４２と係合するように形成された立面図において円形であることを理解するであろう。

【0018】

残りの本体要素１４３及び交換本体要素１４８のそれぞれの第１の被加熱部分１３６及び第２の被加熱部分１３８、並びに第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０を誘導加熱によって加熱するために、１つ以上の加熱要素１５８が所定の間隙１５６内に位置決めされることが好ましい。図３Ｂに見られるように、第１の被加熱部分１３６は、第１の係合面１４４から残りの本体要素１４３内に第１の予め選択された距離１３７だけ延び、第２の被加熱部分１３８は、第２の係合面１５０から交換本体要素１４８内に第２の予め選択された距離１３９だけ延びる。

【0019】

当業者であれば、第１の予め選択された距離１３７及び第２の予め選択された距離１３９は、様々なパラメータ、例えば、第１の係合面１４４の近傍における残りのセグメント１４２の平均幅若しくは厚さ、又は交換ワークピース１４６の全体の厚さ、すなわち、第２の係合面１５０と交換踏面１５２との間の厚さ、及び関連する材料に少なくとも部分的に基づいて決定されてもよいことを理解するであろう。第１の予め選択された距離１３７及び第２の予め選択された距離１３９は、それぞれわずか数ミリメートルである。

【0020】

また、非酸化性雰囲気を供給して、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０並びに第１の被加熱部分１３６及び第２の被加熱部分１３８を、その加熱中、覆うことも好ましい。非酸化性雰囲気は、便宜上参照符号１３５によって識別される図３Ｃの破線によって概略的に表されるエンベロープ又はカバーの内側に位置することが理解されるであろう。

【0021】

非酸化性雰囲気において、加熱要素１５８を用いて、第１の被加熱部分１３６及び第２の被加熱部分１３８並びに第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０は、好ましくは、誘導加熱によって所定の熱間加工温度まで加熱される。熱間加工温度は、材料の溶融温度未満である。説明されるように、第１の被加熱部分１３６及び第２の被加熱部分１３８並びに第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０は、好ましくは、熱間加工温度にある間、塑性変形可能である。

【0022】

第１の被加熱部分１３６及び第２の被加熱部分１３８が熱間加工温度にあり、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０の少なくとも一方が他方に対して移動している間に、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０は互いに係合し、交換ワークピース１４６は、頂点「Ｖ」から離れて開き１４５に向かう方向で残りのセグメント１４２に対して付勢されるとともに、残りのセグメント１４２に対して付勢されて、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０を塑性変形させ、また第１の被加熱部分１３６及び第２の被加熱部分１３８の少なくともそれぞれの部分を塑性変形させる。次いで、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０並びに第１の被加熱部分１３６及び第２の被加熱部分１３８を冷却させ、交換ワークピース１４６とリム１２４の残りのセグメント１４２とを互いに接合することが好ましい。

【0023】

被加熱部分１３６，１３８及び係合面１４４，１５０は熱間加工温度にある間、可塑性であり、上述のように、互いに鍛造され、せん断を受ける。しかしながら、被加熱部分１３６，１３８及び係合面１４４，１５０の温度は、加熱要素が除去された後に熱間加工温度を急速に下回り、その温度が熱間加工温度未満であるとき、係合面及び被加熱部分は、上述のように互いに接合される。第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０並びに第１の被加熱部分１３６及び第２の被加熱部分１３８は、その後、室温（例えば、約２０℃）まで比較的遅い速度で冷却させることが好ましい。

【0024】

当業者であれば、交換ワークピース１４６と残りのセグメント１４２とが上述のように互いに接合されると、補修されたレール車輪１１２’（図３Ｅ、図３Ｇ）は、補修されたレール車輪１１２’の踏面及びフランジを予め選択された設計に適合させるために、必要に応じて機械加工されてもよいことを理解するであろう。

【0025】

図３Ａに見られるように、レール車輪１１２は、フランジ１２８が位置する内側１６０と、内側１６０の反対側に位置する外側１６２とを有する。したがって、図３Ｆでは、交換ワークピース１４６と残りのセグメント１４２とを接合するために、交換ワークピース１４６は、図３Ｃ及び図３Ｆの矢印「Ａ」によって全体的に示される方向で、残りのセグメント１４２に対して、かつ外側１６２から内側に向かって付勢されることが分かる。

【0026】

上述したように、残りのセグメント１４２は、交換ワークピース１４６と同様に、立面図において円形である。一実施形態では、説明されるように、軸に対する第１の係合面１４４の内側端部１６８及び外側端部１７０の外径は、好ましくは、第２の係合面１５０のそれぞれの内側端部１８０及び外側端部１８２よりもわずかに大きい。

【0027】

図３Ａでは、残りのセグメント１４２が、レール車輪１１２の内側１６０及び外側１６２の近位にそれぞれある内側１６４と外側１６６との間に延びることが分かる。好ましくは、第１の係合面１４４は、残りのセグメント１４２の内側１６０及び外側１６２にそれぞれ隣接する第１の内側端部１６８と第１の外側端部１７０との間に延びる（図３Ｃ）。残りのセグメント１４２は、第１の係合面１４４の第１の内側端部１６８（図３Ｃ）と軸「２Ｘ」との間に画定された第１の残りセグメント外径１７２と、第１の係合面１４４の第１の外側端部１７０（図３Ｃ）と軸「２Ｘ」（図３Ａ）との間に画定された第２の残りセグメント外径１７４とを有する。

【0028】

図３Ｄに見られるように、交換ワークピース１４６は、レール車輪１１２の内側１６０及び外側１６２の近位にそれぞれ配置可能な内側１７６と外側１７８との間に延びる。交換ワークピース１４６が残りのセグメント１４２と係合されるときの、内側１６０及び外側１６２に対する交換ワークピース１４６の位置は、図３Ｅ及び図３Ｆに見ることができる。第２の係合面１５０は、交換ワークピース１４６の内側１７６及び外側１７８にそれぞれ隣接する第２の内側端部１８０と第２の外側端部１８２との間に延びる（図３Ｄ）。

【0029】

交換ワークピース１４６は、好ましくは、第２の係合面１５０が第１の係合面１４４と係合されるときに、第２の係合面１５０の第２の内側端部１８０と軸「２Ｘ」との間に画定される第１の交換ワークピース内径１８４と、第２の係合面１５０が第１の係合面１４４と係合されるときに、第２の係合面１５０の第２の外側端部１８２と軸「２Ｘ」との間に画定される第２の交換ワークピース内径１８６とを有する（図３Ｅ）。

【0030】

第１の交換ワークピース内径１８４は、第１の残りセグメント外径１７２よりも小さいことが好ましい。また、第２の交換ワークピース内径１８６は、第２の残りセグメント外径１７４よりも小さいことが好ましい。

【0031】

（ｉ）第１の交換ワークピース内径１８４と第１の残りセグメント外径１７２との間、及び（ｉｉ）第２の交換ワークピース内径１８６と第２の残りセグメント外径１７４との間のわずかな差のために、交換ワークピース１４６及び残りのセグメント１４２が最初に係合されるとき、交換ワークピース１４６は、図３Ｂ及び図３Ｃで見た場合に、残りのセグメント１４２に対してわずかな距離だけ右にオフセットされることが理解されるであろう。しかしながら、説明を簡略化するために、図３Ｂ及び図３Ｃでは、交換ワークピース１４６は、残りのセグメント１４２に対してオフセットされているものとして示されておらず、所定の間隙１５６の幅も誇張されている。

【0032】

交換ワークピース１４６の内径、すなわち第２の係合面１５０に沿った、選択された位置における内径は、第２の係合面１５０上の選択された位置における半径にそれぞれ対応することも理解されるであろう。同様に、第１の係合面１４４上の対応する選択された位置における残りのセグメント１４２の外径は、第１の係合面上の選択された位置における半径にそれぞれ対応する。

【0033】

当業者であれば、被加熱部分１３６，１３８及び係合面１４４，１５０が熱間加工温度にあるとき、係合面１５０上の第１の選択された位置における交換ワークピース１４６の内径は、第１の選択された位置に対応する第２の選択された位置における残りのセグメント１４２の係合面１４４の外径よりもわずかに小さいことが好ましいことを理解するであろう。交換ワークピース１４６の内径（第２の係合面１５０によって画定される）と残りのセグメント１４２の外径（第１の係合面１４４によって画定される）との間の差は非常に小さく、したがってここでの図面には示されていないことが理解されよう。

【0034】

好ましくは、係合面１４４，１５０間の嵌合は、適切な圧力嵌めである。すなわち、交換ワークピース１４６が残りのセグメント１４２上に付勢されるとき、交換ワークピースの内径が残りのセグメントの外径よりも小さいので、ある程度の力が使用される（すなわち、図３Ｃ及び図３Ｆの矢印「Ａ」によって全体的に示される方向に加えられる）。しかしながら、加えられる力は、交換ワークピース１４６をその最終位置に配置するのに十分なだけであり、その最終位置では、その内側１７６及び外側１７８が、内側１６４及び外側１６６のそれぞれと位置合わせされることが理解されるであろう。図３Ｅ及び図３Ｆでは、交換ワークピース１４６は、残りのセグメント１４２に対してその最終位置で示されている。

【0035】

上述したように、被加熱部分１３６，１３８は、交換ワークピース１４６及び残りのセグメント１４２それぞれの比較的小さな部分である。また、図３Ｂに見られるように、被加熱部分１３６，１３８は、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０に、隣接して連続している。したがって、被加熱部分１３６，１３８並びに第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０が熱間加工温度に加熱されるとき、被加熱部分１３６，１３８並びに第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０は、熱膨張を受ける場合、全体的に外向きに（すなわち、軸から離れるように）及び内向きに（すなわち、軸に向かって）膨張する傾向がある。しかしながら、被加熱部分１３６及び第１の係合面１４４が膨張する傾向は、熱間加工温度まで加熱されていない残りのセグメント１４２のバランスによって抑制される。同様に、被加熱部分１３８及び第２の係合面１５０が膨張する傾向は、熱間加工温度まで加熱されていない交換ワークピース１４６のバランスによって抑制される。

【0036】

被加熱部分１３６，１３８は、交換ワークピース１４６及び残りのセグメント１４２それぞれの比較的小さな部分であり、また交換ワークピース１４６及び残りのセグメント１４２は立面図で円形であるので、被加熱部分１３６，１３８は圧搾され、被加熱部分１３６，１３８並びに第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０の熱膨張の結果として応力を受けると考えられる。また、第１の被加熱部分１３６及び第２の被加熱部分１３８並びに第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０の、熱間加工温度にある間の塑性変形は、動的再平衡プロセスにおいて、そのような応力を少なくとも部分的に緩和すると考えられる。

【0037】

当業者であれば、第１の被加熱部分１３６及び第２の被加熱部分１３８並びに第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０が熱間加工温度に加熱されたときに、その熱膨張がある限りにおいて、第１の係合面１４４と第２の係合面１５０との嵌合が適切な圧力嵌めであることを確実にするために、交換ワークピース１４６及び残りのセグメント１４２が形成されるときにそのような熱膨張が考慮されることも理解するであろう。

【0038】

当業者であれば、交換ワークピース１４６が残りのセグメント１４２上の最終位置にあった後（図３Ｅ、図３Ｆ）、被加熱部分１３６，１３８並びに係合面１４４，１５０が周囲温度まで冷却されると、交換ワークピース１４６の熱収縮により、交換ワークピース１４６も残りのセグメント１４２に固定されることを理解するであろう。上述したように、交換ワークピース１４６が残りのセグメント１４２に対してその最終位置にあると、補修されたレール車輪１１２’を予め選択された設計に適合させるために何らかの機械加工が必要となる場合がある。

【0039】

便宜上、補修されたレール車輪は、図３Ｅ及び図３Ｇにおいて参照符号１１２’によって識別される。図３Ｇに見られるように、補修されたレール車輪１１２’の交換踏面１５２及び交換フランジ１５４は、レール１１４Ｂと係合するように形成されている。

【0040】

上述したように、選択された部分１４０は、リム１２４の残りの部分１４２を残すために、任意の適切な方法によって最初に除去される。当業者は、選択された部分１４０を除去する適切な方法を認識しているであろう。図３Ａ及び図３Ｂでは、選択された部分１４０を除去すると、残りの部分１４２の一部である第１の係合面１４４が露出することが分かる。レール車輪１１２は、軸を中心とした円形であり、図３Ａには、説明を明確にするために、補修される摩耗したレール車輪１１２の一部のみが示されていることが理解されよう。

【0041】

選択されたセグメント１４０が除去された後、交換ワークピース１４６が提供され、所定の間隙１５６が第１の係合面１４４と第２の係合面１５０との間に画定されるように、残りのセグメント１４２に対して位置決めされる。第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０は、所定の距離１５５だけ離間している。当業者であれば、所定の距離１５５は、とりわけ、加熱要素１５８によって生成される熱と、加熱要素１５８が第１の被加熱部分１３６及び第２の被加熱部分１３８並びに第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０を熱間加工温度まで加熱するのに必要な時間とを考慮することによって、決定され得ることを理解するであろう。鋼鉄の種類及びレール車輪の幾何学的形状も考慮する必要がある。

【0042】

図３Ａに示すように、一実施形態では、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０は、好ましくは平面であり、実質的に平行であり、両方とも、車軸１１６の軸「２Ｘ」に対して鋭角θを画定するように配置される。しかしながら、係合面は平面でなくてもよい。

【0043】

有利なことに、本発明の方法は、車軸１１６から車輪１１２を取り外すことなく、選択された部分１４０を交換ワークピース１４６によって交換することを可能にする。図３Ｇでは、補修されたレール車輪１１２’は車軸に取り付けられたままである。

【0044】

図３Ａに見られるように、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０は、好ましくは、レール車輪１１２の内側１６０に向かって開く鋭角θを軸「２Ｘ」に対して画定するように形成され配置される。図３Ｂに見られるように、一実施形態では、鋭角θの頂点「Ｖ」は、レール車輪の外側１６２の近位に位置してもよい。しかしながら、残りのセグメントは、第１の係合面が異なって配置されるように、例えば、そのことによって画定される鋭角が、説明されるように、内側１６０（図４Ａ－図４Ｆ）の近位に頂点を有するように配置されるように形成されてもよいことが理解されるであろう。

【0045】

図３Ｃでは、間隙１５６内に位置決めされた加熱要素１５８が示されている。非酸化性雰囲気の外周１３５は、図３Ｃに破線で表されている。当業者であれば、非酸化性雰囲気（図示せず）は、好ましくは、第１の被加熱部分１３６及び第２の被加熱部分１３８並びに第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０の外側縁部の周りに、迅速に設置及び除去することができる一時的構造（例えば、交換ワークピース１４６及びその縁部の周りの残りのセグメント１４２に全体的に嵌合するボックス）１３５によって収容されるか、又は実質的に収容されることを認識しているであろう。非酸化性雰囲気が確立されると、加熱要素が通電されて、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０を熱間加工温度まで加熱する。

【0046】

当業者であれば、非酸化性雰囲気が配置される領域を覆い、容器内にポンプで送り込まれる適切な不活性ガス（例えば、アルゴン）によって空気を置換することによって、非酸化性雰囲気を作り出すことができることを認識しているであろう。このような置換が起こるためには、容器は気密ではないことが理解されるであろう。当業者は、選択された領域上に非酸化性雰囲気を一時的に確立する方法を認識しているので、非酸化性雰囲気のさらなる議論は不要である。

【0047】

上述したように、第１の被加熱部分１３６及び第２の被加熱部分１３８並びに第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０が熱間加工温度になると、加熱要素１５８は好ましくは間隙１５６から除去され、非酸化性雰囲気も除去される。その直後に、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０の一方又は両方が、好ましくは、任意の好適な運動、例えば、円運動又は同様の運動で、他方に対して移動される。交換ワークピース１４６は、好ましくは係合面１４４，１５０の一方又は両方が他方に対して移動している間に、図３Ｃの矢印「Ａ」によって全体的に示される方向に押されて、第１の係合面１４４と第２の係合面１５０を互いに係合する。

【0048】

例えば、一実施形態では、交換ワークピース１４６は、好ましくは、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０並びに第１の被加熱部分１３６及び第２の被加熱部分１３８が熱間加工温度にある間で、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０が互いに係合されるときに、軸「２Ｘ」を中心に回転される。

【0049】

第１の被加熱部分１３６及び第２の被加熱部分１３８並びに第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０の少なくとも一部を変形させるために、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０の一方又は両方を、その最初の係合の直後に、例えば、係合面１４４，１５０に直交する軸を中心とした円運動又は同様の運動で、互いに対して連続的に移動させることが好ましいことが理解されよう。あるいは、相対運動は、残りのセグメント１４２が静止している間に、矢印「Ａ」によって示される方向への交換ワークピース１４６の移動から生じてもよい。被加熱部分が熱間加工温度よりも低い温度にまで冷却されると、相対運動は停止する。交換部分１４６及び残りの部分１４２を周囲温度まで冷却させ、交換部分１４６及び残りの部分１４２を互いに冶金学的に接合する。また、上述したように、嵌合は適切な圧力嵌めであるので、冷却時に、交換ワークピース１４６は、その熱収縮によって固定される。

【0050】

当業者であれば、熱間加工温度が材料に適した任意の温度であってよいことを理解するであろう。上述したように、熱間加工温度は、鋼鉄が塑性変形可能な任意の温度であってよい。例えば、熱間加工温度は約１，２６５℃であってもよい。しかしながら、異なるパラメータ、例えば、鋼鉄のタイプが、選択される熱間加工温度に影響を及ぼす可能性がある。

【0051】

従来の摩擦圧接とは異なり、本発明の方法では、熱は主に加熱要素を介して、すなわち誘導加熱を介して供給されることが理解されるであろう。また、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０が係合されている間にその一方又は両方の運動に起因して本発明の方法で生成される熱エネルギーは、誘導加熱によって生成される熱と比較して有意ではないことも理解されるであろう。接合に必要な熱の約９５％以上は誘導加熱によって供給され、約５％以下の残りは、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０が係合され（すなわち、互いに押されるか又は付勢され）、一方又は両方が他方に対して移動されるときに、被加熱部分１３６，１３８並びに第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０が受ける鍛造及びせん断によって供給されると考えられる。

【0052】

この１つの結果として、従来の摩擦圧接に必要とされる機器と比較して、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０のうちの１つ以上を移動させるために、並びに第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０を係合させるために利用される機器は、比較的軽重量又は頑丈であり得る。また、通電された加熱要素によって熱の大部分が供給されるので、本発明の方法を使用して、レール車輪１１２が車軸１１６に取り付けられたままで、摩耗したレール車輪１１２を補修することができる。

【0053】

当業者であれば、レール車輪１１２が車軸１１６に取り付けられている場合、レール車輪１１２の補修は、比較的迅速に行うことができることを理解するであろう。従来の補修方法が使用される場合、摩耗した車輪を車軸１１６から取り外し、その後、補修された車輪を車軸１１６に取り付けるのに費やされる時間は、相当なものになり得る。

【0054】

当業者はまた、本発明の方法が、異なる材料で作製される要素（すなわち、残りのセグメント１４２及び交換ワークピース１４６）を接合するために使用され得ることを理解するであろう。例えば、交換ワークピース１４６は鍛鋼製であってもよく、残りのワークピース１４２は鋳鋼製であってもよく、その逆であってもよい。

【0055】

本発明の方法の代替的実施形態が、図４Ａ～図４Ｆに示される。図４Ａでは、除去される摩耗したレール車輪２１２の選択されたセグメント２４０が識別される。レール車輪２１２は、車軸１１６を受け入れることができるボス２２０を含み、板部２１８は、ボス２２０とリム２２４とを接続する（図４Ａ）。レール車輪２１２は、内側２６０及び外側２６２を有する。

【0056】

まず、リム２２４の残りの部分２４２が残るように、選択されたセグメント２４０がリム２２４から除去される（図４Ｂ）。選択されたセグメント２４０は、摩耗した踏面２２６及び摩耗したフランジ２２８（図４Ａ）を含むことが理解されるであろう。残りの部分２４２は、残りの本体要素２４３と、残りの本体要素２４３上の第１の係合面２４４とを含む。第１の係合面２４４と嵌合するように形成された第２の係合面２５０を有する交換本体要素２４８を含む交換ワークピース２４６が提供される（図４Ｂ、図４Ｃ）。

【0057】

この実施形態では、第１の係合面２４４及び第２の係合面２５０は、車軸１１６の軸「２Ｘ」に対して、レール車輪２１２の外側２６２に向かって開く鋭角θ_２を画定するように形成及び配置されることが好ましい（図４Ａ）。鋭角θ_２は、頂点「Ｖ_２」を有し、鋭角θ_２の開き２４５を画定する。

【0058】

図４Ｂにおいて、線分「２Ｘ_２」は軸「２Ｘ」に平行であることが理解されるであろう。
好ましくは、交換ワークピース２４６は、第１の係合面２４４及び第２の係合面２５０が所定の距離２５５だけ離間して、所定の間隙２５６を間に画定するように、残りの部分２４２に対して配置される（図４Ｃ）。

【0059】

この実施形態においても、１つ以上の加熱要素２５８が好ましくは間隙２５６（図４Ｃ）内に位置決めされ、非酸化性雰囲気が外周２３５（図４Ｃ）の内側に確立されることが理解されるであろう。外周２３５は、加熱要素２５８が通電されたときに非酸化性雰囲気を収容するのに適した装置の外周である。第１の係合面２４４及び第２の係合面２５０並びに第１の被加熱部分２３６及び第２の被加熱部分２３８は、非酸化性雰囲気中で誘導加熱によって、熱間加工温度まで加熱される。図４Ｂに見られるように、第１の被加熱部分２３６は、第１の係合面２４４から残りの本体要素２４３内に第１の予め選択された距離２３７だけ延び、第２の被加熱部分２３８は、第２の係合面２５０から交換本体要素２４８内に第２の予め選択された距離２３９だけ延びる。

【0060】

第１の被加熱部分２３６及び第２の被加熱部分２３８並びに第１の係合面２４４及び第２の係合面２５０が熱間加工温度まで加熱されると、加熱要素２５８が除去され、非酸化性雰囲気も除去される。

【0061】

第１の係合面２４４及び第２の係合面２５０並びに第１の被加熱部分２３６及び第２の被加熱部分２３８が熱間加工温度にある間に、交換ワークピース２４６は、図４Ｃ及び図４Ｆの矢印「Ｂ」によって全体的に示される方向に押されて、第２の係合面２５０を第１の係合面２４４と係合する。第１の係合面２４４及び第２の係合面２５０の一方又は両方は、その最初の係合の後、交換ワークピース２４６が残りの部分２４２に対して付勢されるときに、第１の係合面２４４及び第２の係合面２５０並びに第１の被加熱部分２３６及び第２の被加熱部分２３８の一方又は両方を少なくとも部分的に変形させるために、例えば、係合面２４４，２５０に直交する軸を中心とした円運動又は同様の運動で、他方に対して移動されることが理解されるであろう。

【0062】

次に、交換部分２４６及び残りの部分２４２を冷却させ、互いに接合する。補修されたレール車輪は、説明を明確にするために、図４Ｃにおいて参照符号２１２’によって識別される。

【0063】

上述したように、第１の係合面及び第２の係合面が最初に係合された後、その一方又は両方が他方に対して移動されることが好ましい。このような相対運動は、係合面に直交する軸を中心とした円若しくは同様の運動、又は係合している間の任意の他の運動であってもよい。第１の係合面及び第２の係合面は、最初に係合されるとき、両方とも熱間加工温度にあることが好ましい。当業者であれば、係合直後に、第１の係合面及び第２の係合面は、熱間加工温度からの温度の比較的急速な低下により互いに溶着することを理解するであろう。当業者であれば、加熱要素２５８が所定の間隙から除去された後、第１の係合面２４４及び第２の係合面２５０並びに第１の被加熱部分２３６及び第２の被加熱部分２３８の温度が急速に低下することも理解するであろう。

【0064】

したがって、実際問題として、第１の係合面及び第２の係合面は、好ましくは、加熱要素が除去されるとすぐに係合されることが理解されるであろう。実際問題として、係合面が最初に係合された後に互いに対して移動され得る時間が比較的短いことを考慮すると、加熱要素が引き抜かれるとすぐに、かつ係合面が係合される前に、係合面の一方又は両方の移動を開始することが有利であり得る。

【0065】

実際には、係合面２４４，２５０の一方又は両方を他方に対して移動させるために、その上に係合面を有する要素は、適切な要素によって係合又は保持されなければならない。当業者であれば、レール車輪が車軸に取り付けられている間に補修された場合（図３Ａ～図３Ｇ）、第１の係合面１４４に対する第２の係合面１５０の移動は、相応に交換ワークピース１４６を移動させることによって達成され得ることを理解するであろう。上述したように、２つの表面が係合している間に、第１の係合面に対する第２の係合面が相対的に移動することで、係合面並びに第１及び第２の被加熱部分の少なくとも一部の塑性変形をもたらす。

【0066】

上述したように、選択されたセグメント１４０は、好ましくは、残りのセグメント１４２と、残りのセグメント要素１４３上の第１の係合面１４４とを設けるために識別され、除去される。一実施形態では、第１の係合面１４４は、好ましくは、少なくとも部分的に平面であり、軸「２Ｘ」に対して少なくとも部分的に横方向に配置される。

【0067】

例えば、図３Ｂ及び図３Ｃに見られるように、第２の係合面１５０は、少なくとも部分的に平面であり、軸「２Ｘ」に対して少なくとも部分的に横方向に配置され、所定の間隙１５６を画定することもまた好ましい。

【0068】

一実施形態では、図３Ｂに示すように、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０は、好ましくは、軸「２Ｘ」に対して第１の鋭角θを画定するように配置され、第１の鋭角は、レール車輪１１２の内側１６０に向かって開く。

【0069】

一実施形態では、第１の係合面１４４及び第２の係合面１５０は、好ましくは、レール車輪１１２の外側１６２の近位に位置する第１の鋭角頂点「Ｖ」を有する第１の鋭角θを画定するように配置される（図３Ｂ）。この実施形態では、第１の被加熱部分及び第２の被加熱部分並びに第１の係合面及び第２の係合面が熱間加工温度にあり、第１の係合面及び第２の係合面が互いに係合されるとき、交換ワークピースは、レール車輪１１２の内側１６０に向かって付勢される（図３Ｂ～図３Ｆ）。

【0070】

別の実施形態では、図４Ｂに示すように、第１の係合面２４４及び第２の係合面２５０は、好ましくは、軸に対して第２の鋭角θ_２を画定するように配置され、第２の鋭角は、レール車輪１１２の外側１６２に向かって開く。

【0071】

別の実施形態では、第１の係合面２４４及び第２の係合面２５０は、好ましくは、レール車輪１１２の内側１６０の近位に位置する第２の鋭角頂点「Ｖ_２」を画定するように配置される（図４Ｂ）。この実施形態では、第１の被加熱部分及び第２の被加熱部分並びに第１の係合面及び第２の係合面が熱間加工温度にあり、第１の係合面及び第２の係合面が互いに係合されるとき、交換ワークピース２４６は、レール車輪１１２の外側２６２に向かって付勢される（図４Ｂ～図４Ｆ）。

【0072】

残りのセグメント２４２は、交換ワークピース２４６と同様に、立面図において円形である。一実施形態では、説明されるように、軸に対する第１の係合面２４４の内側端部２６８及び外側端部２７０の外径は、好ましくは、第２の係合面２５０のそれぞれの内側端部２８０及び外側端部２８２よりもわずかに大きい。

【0073】

図４Ａでは、残りのセグメント２４２が、レール車輪２１２の内側２６０及び外側２６２の近位にそれぞれある内側２６４と外側２６６との間に延びることが分かる。好ましくは、第１の係合面２４４は、残りのセグメント２４２の内側２６０及び外側２６２にそれぞれ隣接する第１の内側端部２６８と第１の外側端部２７０との間に延びる（図４Ｃ）。残りのセグメント２４２は、第１の係合面２４４の第１の内側端部２６８（図４Ｃ）と軸「２Ｘ」との間に画定された第１の残りセグメント外径２７２と、第１の係合面２４４の第１の外側端部２７０（図４Ｃ）と軸「２Ｘ」（図４Ａ）との間に画定された第２の残りセグメント外径２７４とを有する。

【0074】

図４Ｄに見られるように、交換ワークピース２４６は、レール車輪２１２の内側２６０及び外側２６２の近位にそれぞれ配置可能な内側２７６と外側２７８との間に延びる。交換ワークピース２４６が残りのセグメント２４２と係合されるときの、内側２６０及び外側２６２に対する交換ワークピース２４６の位置は、図４Ｅ及び図４Ｆに見ることができる。第２の係合面２５０は、交換ワークピース２４６の内側２７６及び外側２７８にそれぞれ隣接する第２の内側端部２８０と第２の外側端部２８２との間に延びる（図４Ｄ）。

【0075】

交換ワークピース２４６は、好ましくは、第２の係合面２５０が第１の係合面２４４と係合されるときに、第２の係合面２５０の第２の内側端部２８０と軸「２Ｘ」との間に画定される第１の交換ワークピース内径２８４と、第２の係合面２５０が第１の係合面２４４と係合されるときに、第２の係合面２５０の第２の外側端部２８２と軸「２Ｘ」との間に画定される第２の交換ワークピース内径２８６とを有する（図４Ｅ）。

【0076】

第１の交換ワークピース内径２８４は、第１の残りセグメント外径２７２よりも小さいことが好ましい。また、第２の交換ワークピース内径２８６は、第２の残りセグメント外径２７４よりも小さいことが好ましい。

【0077】

（ｉ）第１の交換ワークピース内径２８４と第１の残りセグメント外径２７２との間、及び（ｉｉ）第２の交換ワークピース内径２８６と第２の残りセグメント外径２７４との間のわずかな差のために、交換ワークピース２４６及び残りのセグメント２４２が最初に係合されるとき、交換ワークピース２４６は、図４Ｂ及び図４Ｃで見た場合に、残りのセグメント２４２に対してわずかな距離だけ左にオフセットされることが理解されるであろう。しかしながら、説明を簡略化するために、図４Ｂ及び図４Ｃでは、交換ワークピース２４６は、残りのセグメント２４２に対してオフセットされているものとして示されておらず、所定の間隙２５６の幅も誇張されている。

【0078】

交換ワークピース２４６の内径、すなわち第２の係合面２５０に沿った、選択された位置における内径は、第２の係合面２５０上の選択された位置における半径にそれぞれ対応することが理解されるであろう。同様に、第１の係合面２４４上の対応する選択された位置における残りのセグメント２４２の外径は、第１の係合面上の選択された位置における半径にそれぞれ対応する。

【0079】

当業者であれば、被加熱部分２３６，２３８及び係合面２４４，２５０が熱間加工温度にあるとき、係合面２５０上の第１の選択された位置における交換ワークピース２４６の内径は、第１の選択された位置に対応する第２の選択された位置における残りのセグメント２４２の係合面２４４の外径よりもわずかに小さいことが好ましいことを理解するであろう。交換ワークピース２４６の内径（第２の係合面２５０によって画定される）と残りのセグメント２４２の外径（第１の係合面２４４によって画定される）との間の差は非常に小さく、したがってここでの図面には示されていないことが理解されよう。

【0080】

好ましくは、係合面２４４，２５０間の嵌合は、適切な圧力嵌めである。すなわち、交換ワークピース２４６が残りのセグメント２４２上に付勢されるとき、交換ワークピースの内径が残りのセグメントの外径よりも小さいので、ある程度の力が使用される（すなわち、図４Ｃ及び図４Ｆの矢印「Ｂ」によって全体的に示される方向に加えられる）。しかしながら、加えられる力は、交換ワークピース２４６をその最終位置に配置するのに十分なだけであり、その最終位置では、その内側２７６及び外側２７８が内側２６４及び外側２６６のそれぞれと位置合わせされることが理解されるであろう。図４Ｅ及び図４Ｆでは、交換ワークピース１４６は、残りのセグメント２４２に対してその最終位置で示されている。

【0081】

当業者であれば、第１の係合面２４４と第２の係合面２５０との間の嵌合が適切な圧力嵌めであることを確実にするために、交換ワークピース２４６及び残りのセグメント２４２が形成されるときに、交換ワークピース２４６及び残りのセグメント２４２の熱膨張（すなわち、第１の被加熱部分２３６及び第２の被加熱部分２３８並びに第１の係合面２４４及び第２の係合面２５０の熱間加工温度への加熱による）が考慮されることも理解するであろう。

【0082】

当業者であれば、交換ワークピース２４６が残りのセグメント２４２上の最終位置にあった後（図４Ｅ、図４Ｆ）、被加熱部分２３６，２３８及び係合面２４４，２５０が周囲温度まで冷却されると、交換ワークピース２４６の熱収縮により、交換ワークピース２４６も残りのセグメント２４２に固定されることを理解するであろう。

【0083】

便宜上、補修されたレール車輪は、図４Ｅにおいて参照符号２１２’によって識別される。
一実施形態では、本発明の方法は、好ましくは、交換ワークピース３４６の外側３７８から延びる１つ以上の第１の突起３８７を設けることをさらに含む。好ましくは、第１の突起３８７の各々は第１の係合ツール３８８（図５Ａ）によって係合され、第１の被加熱部分及び第２の被加熱部分並びに第１の係合面及び第２の係合面が熱間加工温度にあり、第１の係合面及び第２の係合面が互いに係合されるとき、第１の係合ツール３８８は、第１の突起３８７に係合し、交換ワークピース３４６をレール車輪３１２の内側に向かって付勢する。

【0084】

第１の被加熱部分及び第２の被加熱部分並びに加熱要素は、説明を明確にするために、図５Ａ及び図５Ｂから省略されていることが理解されるであろう。
一実施形態では、第１の係合ツール３８８が第１の突起３８７のうちの１つ以上と係合される間、交換ワークピース３４６は、そのことによって、軸「２Ｘ」（図５Ａ、図５Ｂ）を中心に回転するように付勢される。

【0085】

複数の係合ツール３８８が、複数の突起３８７にそれぞれ同時に係合されてもよいことが理解されるであろう。図面を簡略化するために、図５Ａでは、１つの係合ツール３８８のみが示されている。

【0086】

図５Ａ及び図５Ｂに見られるように、一実施形態では、交換ワークピース３４６は、好ましくは、第１の係合面３４４及び第２の係合面３５０が係合されるときに、交換ワークピース３４６を残りの部分３４２に対して車軸１１６（図５Ａ）の軸「２Ｘ」を中心に移動させるように、第１のツール３８８によって係合され得る１つ以上の第１の歯又は突起３８７を含む。当業者は、交換ワークピース３４６が、時計回り又は反時計回りの方向に、残りの部分３４２に対して軸「２Ｘ」を中心に移動され得ることを理解するであろう。このような移動の時計回り及び反時計回りの方向は、図５Ｂにおいて矢印「Ｃ」及び「Ｄ」によって示されている。

【0087】

上述のように、１つ以上の加熱要素（図５Ａには図示せず）が所定の間隙３５６内に位置決めされることが理解されるであろう。上記と同様に、係合面３４４，３５０は、非酸化性雰囲気中で熱間加工温度まで加熱された後に係合されることも理解されるであろう。矢印「Ｃ」及び「Ｄ」によって示される方向のうちの１つに交換ワークピース３４６を回転させることによる、そのような係合中の残りの部分３４２に対する交換ワークピース３４６の移動は、係合面の少なくとも一部の塑性変形をもたらす。

【0088】

上記から、第１のツール３８８は、図５Ａの矢印「Ｅ」によって全体的に示される方向に第１のツール３８８を移動させることによって第１の歯３８７に取り付けられることが分かる。好ましくは、矢印「Ｅ」によって示される方向は、車軸１１６の軸「２Ｘ」と実質的に整列される。軸「２Ｘ」を中心とした交換ワークピース３４６の回転は、図５Ａの矢印「Ｅ」によって示されるように、交換ワークピース３４６が残りの部分３４２に対して押し付けられるときに継続することが理解されるであろう。図５Ｂに示されるように、交換ワークピース３４６は、リム３２４の残りの部分３４２と係合されることも理解されるであろう。図５Ａでは、交換ワークピース３４６は、最初に残りのセグメント３４２と係合されるとき、すなわち、交換ワークピース３４６が残りのセグメント３４２に対してその最終位置にある前の状態で示されている。交換ワークピース３４６は、矢印「Ｅ」によって示される方向に付勢され、車輪３１２の外側３６２から内側３６０に向かって付勢される。レール車輪３１２の外側が図５Ｂに示されている。

【0089】

交換ワークピース３４６がリム３２４の残りの部分３４２と溶着された後、ツール３８８及び第１の歯３８７は、任意の適切な方法で除去されてもよい。
本発明の方法の別の代替的実施形態が、図６Ａ及び図６Ｂに示される。この実施形態では、交換ワークピース４４６は、好ましくは、１つ以上の第２の歯又は突起４９０、並びに第１の歯又は突起４８７を含む。第２のツール４９２は、第２の歯４９０と係合可能である。第２の歯４９０と係合するために、第２のツールは、図６Ａの矢印「Ｆ」によって示される方向に移動する。そのように係合されると、第２のツールは、好ましくは、車軸１１６の軸「２Ｘ」を中心として、時計回り又は反時計回りのいずれかの方向に、交換ワークピース４４６を移動させる。

【0090】

第１のツール４８８は、図６Ａの矢印「Ｅ」によって全体的に示される方向に第１のツール４８８を移動させることによって、第１の歯４８７に取り付けられる。第１のツール４８８及び第２のツール４９２と第１の歯４８７及び第２の歯４９０とのそれぞれの係合は、実質的に同時であり得ることが理解されるであろう。第１のツール４８８及び第２のツール４９２は、好ましくは、係合面４４４，４５０が互いに係合されるときに、交換ワークピース４４６を残りのセグメント４４２に対して回転させるように協働する。

【0091】

時計回り又は反時計回りのいずれかの方向への軸「２Ｘ」を中心とした交換ワークピース４４６の移動は、図６Ｂの矢印「Ｇ」及び「Ｈ」によって示されている。
上述のように、１つ以上の加熱要素（図６Ａには図示せず）が所定の間隙４５６内に位置決めされることが理解されるであろう。係合面４４４，４５０は、それらと第１の被加熱部分及び第２の被加熱部分（図示せず）とが非酸化性雰囲気中で熱間加工温度まで加熱された後に係合される。矢印「Ｇ」及び「Ｈ」によって示される方向のうちの１つに交換ワークピース３４６を回転させることによる、そのような係合中の残りの部分４４２に対する交換ワークピース４４６の移動は、係合面の少なくとも一部の塑性変形をもたらす。

【0092】

図６Ａでは、交換ワークピース４４６は、最初に残りのセグメント４４２と係合されるとき、すなわち、交換ワークピース４４６が残りのセグメント４４２に対してその最終位置にある前の状態で示されている。交換ワークピース４４６は、矢印「Ｅ」によって示される方向に付勢され、車輪４１２の外側４６２から内側４６０に向かって付勢される。レール車輪４１２の外側が図６Ｂに示されている。

【0093】

交換ワークピース４４６及びリム４２４の残りの部分４４２が互いに溶着された後、ツール４８８，４９２並びに第１及び第２の歯４８７，４９０は、任意の好適な方法によって除去されてもよい。

【0094】

上述したように、一実施形態では、補修されるレール車輪は、レール車輪が補修される間、車軸に取り付けられたままであってもよい。この場合、図５Ａ及び図６Ａに示すように、係合面は、好ましくは、軸「２Ｘ」に対してレール車輪の内側に向かって開く鋭角を画定するように形成される。図５Ａ及び図６Ａに示されるように、交換ワークピースは、全体的にレール車輪の外側からその内側に向かって付勢される。しかしながら、上述したように、いくつかの状況では、係合面が軸「２Ｘ」に対してレール車輪の外側に向かって開く鋭角を画定するように、係合面を形成することが望ましい場合がある。

【0095】

図７に示すように、係合面が、レール車輪の外側５６２に向かって開く鋭角を軸「２Ｘ」に対して画定する場合、交換ワークピース５４６は、係合面５４４，５５０が係合する際に、交換ワークピース５４６をリム５２４の残りの部分５４２に対して移動させるように、第１のツール５８８及び第２のツール５９２と協働するように形成された第１の歯５８７及び第２の歯５９０を含み得る。

【0096】

係合面５４４，５５０は、所定の間隙５５６内に配置された１つ以上の加熱要素（図示せず）によって、非酸化性雰囲気内で熱間加工温度まで加熱され、その時点で加熱要素が除去されることが理解されよう。

【0097】

第１のツール５８８を第１の歯５８７に取り付けるために、第１のツールは、係合されるまで、矢印「Ｊ」によって示される方向に、第１の歯５８７に向かって移動される。第２のツール５９２を第２の歯５９０に取り付けるために、第２のツールは、図７の矢印「Ｋ」によって全体的に示される方向に移動される。第１のツール５８８及び第２のツール５９２と第１の歯５８７及び第２の歯５９０とのそれぞれの係合は、実質的に同時であり得る。

【0098】

好ましくは、交換ワークピース５４６は、第１のツールが交換ワークピース５４６を図７の矢印「Ｊ」によって全体的に示される方向に押すときに、第１のツール及び第２のツールによって軸「２Ｘ」を中心に回転され、第２の係合面５５０が第１の係合面５４４と係合するときに、第２の係合面５５０を軸を中心に移動させる。

【0099】

上述したように、係合面が互いに係合した後に交換ワークピース５４６が軸「２Ｘ」を中心として回転することによって係合面が少なくとも部分的に塑性変形した後、交換ワークピース５４６及び残りの部分５４２を冷却させて、互いに溶着する。第１の歯５８７及び第２の歯５９０は、その後、任意の好適な手段によって除去されてもよい。

【0100】

本発明は、多くの形態を取ることができ、そのような形態は、特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲内である点も、当業者には理解されるであろう。特許請求の範囲は、実施例に記載されている好ましい実施形態によって限定されるべきではなく、明細書本文全体と一致する、最も広義の解釈が与えられるべきである。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【国際調査報告】