ES2186432T5 - Eslabon de cadena lleno de fibras para cadena de transportador modular. - Google Patents
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Abstract
Un eslabón de cadena modular para uso en la construcción de una cadena transportadora modular en la que dicho eslabón de cadena incluye una pluralidad de extremos de eslabón espaciados (25) que se proyectan desde lados opuestos de un cuerpo principal (16) del eslabón de cadena, estando adaptada dicha pluralidad de extremos de eslabón espaciados para engranar en cada uno de dichos lados opuestos con eslabones adyacentes e incluyendo aberturas sustancialmente alineadas axialmente (33) adaptadas para recibir pasadores de conexión (17) para unir de forma pivotante el eslabón de cadena modular junto con los eslabones adyacentes, caracterizado porque dicho eslabón de cadena modular es moldeado por inyección a partir de un polímero que incluye un material de carga fibroso el cual incrementa la resistencia a la tracción de dicho eslabón, siendo dicho material de carga menos de un 30 por ciento en peso del eslabón de cadena moldeado.
Description
Eslabón de cadena lleno de fibras para cadena de
transportador modular.
Esta invención se refiere a una cadena
transportadora modular y, más particularmente, a un eslabón mejorado
de cadena para su uso en la construcción de una cadena
transportadora modular.
Las instalaciones de fabricación y producción
utilizan cadenas transportadoras modulares para transportar
productos o artículos de producción desde un lugar a otro. Las
cadenas transportadoras modulares convencionales están constituidas
típicamente de múltiples eslabones o módulos de cadena
termoplásticos. Los eslabones que forman la cadena transportadora
modular tienen, típicamente, una pluralidad de extremos de eslabón
espaciados los cuales se engranan con extremos de eslabón
complementarios separados que se proyectan desde un eslabón o
eslabones en una fila adyacente. Los eslabones de cadena
individuales son usualmente similares en anchura y pueden ser
dispuestos en una configuración de enladrillado. Los extremos de
eslabón que engranan son unidos o engoznados juntos por un pasador
de conexión que permite a los eslabones de cadena adyacentes pivotar
uno con respecto al otro.
Los eslabones de cadena están típicamente unidos
juntos para formar una cadena transportadora sin fin que es
usualmente accionada por un piñón de arrastre. Las cadenas
transportadoras modulares están sujetas a fuerzas de tracción que
tienden a separar los eslabones de cadena individuales cuando la
cadena es puesta bajo carga.
Los eslabones de cadena convencionales están
hechos típicamente de termoplástico (por ejemplo, acetal, poliéster,
nilón y polipropileno). La elección del polímero usado para el
eslabón de cadena depende usualmente de las propiedades físicas que
son deseadas (es decir, alta resistencia a la tracción, alta
resistencia a la fatiga, baja fricción, resistencia química y/o
adecuación para su uso bajo temperaturas extremas cíclicas) en el
eslabón de cadena. La resistencia a la tracción y la resistencia a
la fatiga del eslabón de cadena son especialmente importantes
porque un eslabón de cadena que tiene incrementadas estas
propiedades mecánicas incrementa la resistencia global a la
tracción de la cadena transportadora modular y reduce el
alargamiento de la cadena debido a la carga.
Las cadenas transportadoras modulares son usadas
a menudo para llevar mercancías desde un lugar a otro lugar en
donde las temperaturas del ambiente en los dos lugares son
significativamente diferentes. Los eslabones de cadena individuales
se dilatan según se incrementa la temperatura de la cadena y se
contraen según decrece la temperatura de la cadena. Según se
dilatan o contraen los eslabones de cadena individuales, la longitud
total de la cadena transportadora varía significativamente como
resultado del alto coeficiente de dilatación térmica que está
asociado por lo común a la mayoría de los termoplásticos.
Una aplicación típica donde una correa
transportadora modular está sujeta a temperaturas extremas cíclicas
es en una cadena transportadora usada para transportar latas o
botellas a través de pasteurizadoras en cerveceras. Las altas
temperaturas en una pasteurizadora combinadas con el movimiento
lento de las latas o las botellas a través de la pasteurizadora
cuando la cadena está bajo una carga de tracción pueden causar que
la cadena se alargue de tal forma que la sección de catenaria
inferior de una cadena transportadora sin fin haga flecha. Este
alargamiento de la cadena puede afectar también al rendimiento de la
interacción entre el piñón de arrastre y los eslabones de la
cadena. Además, en sistemas transportadores de doble nivel, la
flecha puede hacerse tan grande que la sección de catenaria
inferior del transportador superior de una cadena transportadora sin
fin interfiera con las botellas situadas sobre una cadena
transportadora inferior.
Un método conocido para incrementar la
resistencia a la tracción y la resistencia a la fatiga de la cadena
transportadora modular en conjunto es usar eslabones de metal en
combinación con los eslabones de cadena de termoplástico. La
combinación de eslabones de termoplástico con eslabones de metal
causa que las cargas sobre el transportador sean soportadas
principalmente por los eslabones de metal. Uno de los problemas
asociados con la combinación de eslabones hechos a partir de dos
materiales diferentes para formar un transportador modular es que
hay esfuerzos de flexión significativos generados dentro de los
eslabones de cadena de termoplástico debido a las diferencias en el
módulo de elasticidad, el coeficiente de fricción y el coeficiente
de dilatación térmica entre los eslabones de cadena de
termoplástico y los eslabones de cadena de metal.
Los fabricantes de plásticos han incrementado la
resistencia a la tracción de los termoplásticos añadiendo una carga
al polímero mientras el polímero en bruto está siendo fabricado. La
carga tiene, típicamente, la forma de fibras largas. Los
fabricantes de termoplásticos reforzados con fibras largas, tales
como Ticona y DuPont, proporcionan bibliografía técnica a sus
clientes la cual indica que incrementando la cantidad de carga
dentro del polímero en bruto se incrementa la resistencia a la
tracción del polímero moldeado. La bibliografía técnica también
proporciona resultados de ensayos de tracción realizados sobre
diferentes termoplásticos en donde el porcentaje de carga en el
polímero en bruto varía. Los ensayos fueron realizados de acuerdo
con los estándares de la ASTM e indican que la resistencia a la
tracción de los termoplásticos se incrementa a medida que aumenta
el porcentaje en peso de carga en el polímero en bruto. La
bibliografía técnica muestra resultados de ensayos para polímeros
que incluyen hasta el 60 por ciento en peso de carga en el
polímero.
La presente invención es un eslabón de cadena
mejorado para su uso en la construcción de una cadena transportadora
modular. El eslabón de cadena incluye una pluralidad de extremos de
eslabón espaciados que se extienden desde el cuerpo del eslabón de
cadena. Los extremos del eslabón están adaptados para engranar con
los extremos de eslabón espaciados, complementarios, que se
proyectan desde un eslabón o eslabones en una fila adyacente. Los
extremos de eslabón incluyen aberturas que están alineadas
axialmente y están adaptadas para recibir un pasador de conexión
que corre a través de las aberturas para conectar de forma pivotante
el eslabón con un eslabón o eslabones de cadena adyacentes. El
eslabón de cadena está moldeado por inyección a partir de un
material termoplástico que incluye una carga, preferiblemente fibra
de vidrio, la cual mejora las propiedades mecánicas del eslabón de
la cadena. La cantidad de carga en el material termoplástico
moldeado maximizaría la resistencia a la fatiga y la resistencia a
la tracción del eslabón de cadena moldeado en ambientes en donde la
temperatura puede variar significativamente. El eslabón de cadena
comprende carga, basado en el peso del eslabón de cadena moldeado,
dentro del rango de 10 a 20 por ciento en peso. La carga está en
forma de filamentos largos que tienen una longitud entre 0,318 cm y
1,27 cm.
El eslabón de cadena modular es moldeado por
inyección a partir de un polímero base fuerte de cara a proveer
firmeza y resistencia a la corrosión suficientes al eslabón de
cadena. Además, los eslabones son preferiblemente moldeados en un
molde que tiene una temperatura relativamente alta porque durante el
moldeo una capa que consiste en polímero sin cargar se forma cerca
de la superficie del eslabón y el incremento de la temperatura del
molde causa que la capa sea más gruesa. Situar las fibras tan lejos
como sea posible de la superficie del eslabón es crucial porque las
fibras pueden ser muy abrasivas y durante la operación de la cadena
transportadora modular hay comúnmente puntos de contacto entre los
pasadores de conexión y los bordes internos de los extremos del
eslabón. Los puntos de contacto dan como resultado una cantidad
significativa de movimiento relativo entre los pasadores de
conexión y los extremos del eslabón. Este tipo de movimiento puede
causar un desgaste extremo, especialmente cuando las fibras
abrasivas están cerca de la superficie externa de los eslabones. Un
desgaste incrementado reduce la vida operativa de la cadena
transportadora modular.
Durante el moldeo por inyección convencional
cuando el material elastómero líquido caliente fluye alrededor de
una obstrucción en el molde (por ejemplo, un macho), dos frentes de
flujo que tienen una superficie parcialmente solidificada se
encuentran. Donde se encuentran las superficies exteriores se forma
una mezcla menos homogénea de polímero. Las áreas donde las
superficies se encuentran son denominadas convencionalmente líneas
de soldadura o líneas de flujo. Las propiedades mecánicas del
eslabón de cadena moldeado en estas líneas de soldadura están
significativamente degradadas, especialmente la resistencia a la
tracción, rigidez, resistencia a la fatiga y resistencia al
impacto.
La orientación de las fibras dentro del eslabón
de cadena moldeado puede ser manipulada situando las puertas que
suministran el polímero líquido al interior del molde en una
configuración particular. Las puertas del molde son situadas
preferiblemente de tal forma que las fibras estén orientadas dentro
del eslabón de cadena sustancialmente en la misma dirección del
recorrido de la cadena transportadora modular. La orientación de
las fibras dentro del eslabón de cadena modular en la dirección del
recorrido de la cadena incrementa significativamente la resistencia
a la tracción y la resistencia a la fatiga de una cadena
transportadora modular que está ensamblada a partir de los
eslabones de cadena individuales.
Un objeto de esta invención es proporcionar un
eslabón de cadena para su uso en la construcción de una cadena
transportadora modular que tenga una superficie de baja fricción,
alta resistencia a la tracción, alta resistencia a la fatiga,
mínimo coeficiente de dilatación térmica y un módulo de elasticidad
más estable con el incremento de la temperatura de operación.
Incrementar la resistencia de las cadenas transportadoras modulares
de termoplástico es crítico porque muchas aplicaciones de los
transportadores requieren una cadena transportadora de alta
resistencia.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un eslabón de cadena para su uso en la construcción de
una cadena transportadora modular que tenga incrementadas la
resistencia a la fatiga y la resistencia a la tracción en un rango
de temperaturas de operación.
El incremento del margen útil de temperaturas de
funcionamiento en que una cadena transportadora modular puede
trabajar efectivamente, permite que la cadena se utilice en mayor
número de aplicaciones.
Otro objeto de está invención es proporcionar un
eslabón de cadena para su uso en la construcción de una cadena
transportadora modular que sea más efectiva en los tipos de
aplicaciones en donde las cadenas transportadoras modulares son
usadas típicamente. Las cadenas transportadoras modulares son usadas
típicamente en pasteurizadoras, calentadores de botellas y latas,
hornos microondas industriales, túneles de embalaje termorretráctil
y congeladores.
Aún otro objeto de la invención es proporcionar
una cadena transportadoras modular que soportará el alargamiento
debido a la carga mecánica en una variedad de condiciones
ambientales que incluyen altas temperaturas y ambientes
corrosivos.
Otras características y ventajas de la invención
se harán patentes a los expertos en la técnica en la revisión de la
descripción detallada, las reivindicaciones y los dibujos
siguientes.
La Figura 1 es una vista en perspectiva en
despiece parcial de una porción de una cadena transportadora
modular.
La Figura 2 es una vista en planta desde abajo
de una porción de la cadena transportadora modular de la Figura
1.
Las cadenas transportadoras modulares
convencionales incluyen varias filas de eslabones de cadena de
termoplástico. Una porción de una cadena transportadora modular
típica es mostrada en la Figura 1. Un eslabón de cadena modular 13
que realiza la presente invención es mostrado engranado con un
eslabón de cadena adyacente 15 sustancialmente idéntico. Un pasador
de conexión 17 conecta de forma pivotante el eslabón de cadena 13
con el eslabón de cadena 15 adyacente.
El eslabón de cadena 13 comprende típicamente un
cuerpo de eslabón 16 que incluye una serie de extremos de eslabón
25 que se extienden desde lados opuestos del cuerpo de eslabón 16.
Los extremos de eslabón 25 están espaciados transversalmente unos
de otros para definir entre ellos una serie de espacios 27. La serie
de extremos de eslabón incluye aberturas 33 que están axialmente
alineadas unas con respecto a otras. Las aberturas 33 de los
extremos de eslabón 25 pueden ser cilíndricas o alargadas en la
dirección del recorrido de la cinta transportadora modular.
El eslabón de cadena adyacente 15 es
preferiblemente de la misma forma que el eslabón de cadena 13. El
eslabón de cadena adyacente 15 también incluye una serie de
extremos de eslabón 65 que están espaciados axialmente unos de
otros para definir una serie de espacios 67. La serie de espacios 67
está adaptada para recibir la serie de extremos de eslabón 25
situada en un lado del eslabón de cadena 13. Los extremos de eslabón
65 se extienden dentro de los espacios 27 entre los extremos de
eslabón 25 del eslabón de cadena 13. Los extremos de eslabón 65 del
eslabón de cadena adyacente 15 también incluyen aberturas 69 que
están alineadas axialmente unas con respecto a otras así como con
las aberturas 33 del eslabón de cadena 13 cuando el eslabón de
cadena adyacente 15 está ensamblado con el eslabón de cadena 13.
Las aberturas 69 pueden ser cilíndricas o alargadas en la dirección
del recorrido de la cadena transportadora modular.
Los eslabones de cadena modular pueden tomar
cualquier forma convencional. Una forma convencional de eslabón es
mostrada en las Figuras 1 y 2. Otras configuraciones típicas de
eslabones de cadena son descritas e ilustradas en las Patentes de
EE.UU. números 5,335,768 y 5,215,185, ambas de las cuales están
cedidas al cesionario de la presente invención.
El eslabón de cadena de la presente invención
está constituido por un polímero moldeado por inyección que tiene
un material de carga añadido al polímero para incrementar la
resistencia y otras propiedades del polímero. El eslabón 13 incluye
menos del 30 por ciento en peso de carga basado en el peso del
eslabón de cadena moldeado; y preferiblemente dentro del rango de 5
a 25 por ciento en peso; y más preferiblemente dentro del rango de
10 a 20 por ciento en peso.
Como se afirmó previamente, la carga usada está,
preferiblemente, en forma de fibras de vidrio, aunque pueden ser
usadas también fibras de acero inoxidable y fibras de aramida y de
carbono. Las fibras son preferiblemente de 0,318 cm a 1,27 cm de
largo y están orientadas dentro del eslabón de cadena moldeado
predominantemente en la misma dirección que la dirección del
recorrido de la cadena transportadora modular. La dirección del
recorrido de la cadena se designa como X (ver Figura 2).
En una forma preferida de la invención el
polímero base del eslabón de cadena es moldeado a partir de acetal.
En otras disposiciones, el eslabón de cadena podría ser moldeado a
partir de otros materiales poliméricos moldeables usados para
moldear eslabones de cadena.
La bibliografía técnica publicada por los
fabricantes de plásticos contradice los porcentajes afirmados. La
bibliografía incluye los resultados de ensayos realizados de acuerdo
con los estándares de la ASTM los cuales indican que la resistencia
a la tracción de un producto polimérico cargado se incrementa según
se incrementa el porcentaje en peso del material de carga en el
plástico. Sin embargo, este no es el caso cuando el polímero
cargado es usado para moldear eslabones de cadena modular para su
uso en la construcción de una cadena transportadora modular. Como
se afirmó previamente, las propiedades mecánicas de los eslabones de
cadena mejoran cuando el eslabón de cadena incluye menos del 30 por
ciento en peso de carga basado en el peso de eslabón de cadena
moldeado; y preferiblemente dentro del rango de 5 a 25 por ciento en
peso; y más preferiblemente dentro del rango de 10 a 20 por ciento
en peso. La maximización de las propiedades mecánicas deseables de
los eslabones de cadena incrementa la resistencia conjunta de la
cadena transportadora modular.
La determinación de la efectividad de usar
eslabones de cadena de termoplástico que tienen menos del 30 por
ciento en peso de carga se hizo ensayando a tracción eslabones de
cadena en donde el porcentaje en peso de la carga dentro de los
eslabones variaba de cadena de prueba a otra.
Cada cadena de prueba incluía siete eslabones de
cadena que eran de 15,24 cm de ancho. Los eslabones de cadena
fueron ensamblados usando pasadores de conexión que fueron cortados
a 17,78 cm de longitud. Los eslabones fueron moldeados a partir de
polipropileno Celstran® cargado con fibra de vidrio larga producida
por Ticona de Winona, MN, y los pasadores usados fueron de barras
de PBT extendidas en horizontal de 0,64 cm de diámetro. Tres
cadenas de prueba diferentes fueron ensayadas a cada temperatura
(21,11ºC, 60ºC y 82,22ºC) de cara a determinar un valor medio.
El ensayo fue hecho insertando una cadena de
prueba en el aparato de ensayo de tacción y las otras dos cadenas
de prueba sobre el suelo de la cámara de ensayo. Las tres cadenas de
prueba fueron mantenidas a 21,11ºC durante al menos una hora antes
de ensayar la primera cadena de prueba. Después de ensayar la
primera cadena de prueba, la siguiente cadena de prueba
precalentada fue sujetada y mantenida a 21,11ºC durante unos 15
minutos antes del ensayo. Una vez se completó el segundo ensayo, la
última cadena de prueba fue sujetada y mantenida a 21,11ºC durante
unos 15 minutos antes del ensayo. Este proceso de ensayo fue
repetido para cadenas de prueba a 60ºC y a 82,22ºC. Los resultados
de estos ensayos son dados abajo.
Hay también una correlación típica entre la
resistencia a la tracción de un material y la resistencia a la
fatiga de un material. Cuando el material tiene una resistencia a la
tracción alta, el material tiene también, típicamente, una alta
resistencia a la fatiga. Por ello, basado en los ensayos de tracción
realizados por los fabricantes de plásticos de acuerdo con los
estándares de ASTM, la resistencia a la fatiga de los eslabones de
un transportador modular debe ser más alta cuando los eslabones
están moldeados a partir de termoplásticos que incluyen un
porcentaje en peso más alto de carga (al menos hasta el 60 por
ciento en peso de acuerdo con la bibliografía técnica publicada).
Sin embargo, un ensayo de fatiga hecho usando eslabones de
transportador modular moldeados a partir de polímero cargado que
tiene menos del 30 por ciento en peso de carga demuestra que la
resistencia a la fatiga (además de la resistencia a la tracción) de
eslabones de cadena modulares es mayor cuando los eslabones de
cadena están moldeados a partir de un polímero que tiene menos del
30 por ciento en peso de carga.
Los ensayo de fatiga fueron realizados sobre
cadenas de prueba que incluían 15 eslabones de cadena. Los eslabones
de cadena fueron ensamblados usando pasadores de conexión que
fueron cortados a 17,78 cm de longitud. Los eslabones fueron
moldeados a partir de polipropileno reforzado con fibra de vidrio
larga Celstran® de Ticona, y los pasadores usados fueron barras de
0,64 cm de diámetro de PBT extendidas en horizontal. Los pasadores
usados para conectar los eslabones de cadena adyacentes fueron
retenidos usando tuercas de presión en los extremos de los
pasadores. Los ensayos fueron hechos a diferentes niveles de carga
sobre cadenas de prueba de termoplástico en donde el porcentaje en
peso de carga dentro de los eslabones de cadena modular ha variado
para cada nivel de carga. Una cadena de prueba fue analizada en cada
nivel de carga para cada uno de los diferentes porcentajes en peso
de carga que fueron ensayados. Los valores de fallo por fatiga son
mostrados en la tabla más abajo.
La presente invención no está limitada a la
realización mostrada y descrita más arriba, realizaciones
alternativas serán evidentes a los expertos en la técnica y están
dentro del alcance pretendido de la presente invención. En
particular, será evidente a un experto en la técnica utilizar
eslabones de cadena de diferentes configuraciones. Por ello, la
invención deber estar limitada solamente por las reivindicaciones
siguientes.
Claims (7)
1. Un eslabón de cadena modular para uso en la
construcción de una cadena transportadora modular en la que dicho
eslabón de cadena incluye una pluralidad de extremos de eslabón
espaciados (25) que se proyectan desde lados opuestos de un cuerpo
principal (16) del eslabón de cadena, estando adaptada dicha
pluralidad de extremos de eslabón espaciados para engranar en cada
uno de dichos lados opuestos con eslabones adyacentes e incluyendo
aberturas sustancialmente alineadas axialmente (33) adaptadas para
recibir pasadores de conexión (17) para unir de forma pivotante el
eslabón de cadena modular junto con los eslabones adyacentes, donde
dicho eslabón de cadena modular es moldeado por inyección a partir
de un polímero que incluye un material de carga fibroso el cual
incrementa la resistencia a la tracción de dicho eslabón
caracterizado porque dicho material de carga se encuentra
entre un 10 y 20 por ciento en peso de dicho eslabón de cadena
moldeado.
2. El eslabón de cadena modular de la
reivindicación 1, en el que el polímero es seleccionado del grupo
que consta de poliamida,
acrilonitrilo-butadieno-estireno,
polipropileno, poli(sulfuro de fenileno), poliuretano,
policetona, acetal y polietileno.
3. El eslabón de cadena modular de la
reivindicación 1 en donde el material de carga es seleccionado del
grupo que consta de fibra de vidrio, fibra de carbono, aramida y
acero inoxidable.
4. El eslabón de cadena modular de la
reivindicación 1, en el que el material de carga está en forma de
fibras largas.
5. El eslabón de cadena modular de la
reivindicación 4, en el que dichas fibras tienen una longitud entre
0,318 cm y 1,27 cm.
6. El eslabón de cadena modular de la
reivindicación 1, en el que se forma una capa de polímero no cargado
cerca de la superficie de dicho eslabón.
7. El eslabón de cadena modular de la
reivindicación 6, en el cual dicha capa de polímero no cargado se
forma incrementando la temperatura del molde que moldea dicho
eslabón.
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