ES2256548T3 - Correa dentada. - Google Patents

Abstract

Correa dentada para la transmisión de fuerza, que contiene a) un cuerpo de poliuretano que forma la capa exterior (2), en el que están formados integralmente dientes (3), que están constituidos de la misma manera de poliuretano, como capa interior; b) elementos de tracción de alta resistencia, que se encuentran entre la capa exterior (2) y los dientes (3), de hilos de cordón (5) arrollados de forma helicoidal, que se encuentran a distancia lateral unos de otros, y c) una tira de material (4), que cubre la superficie periférica interior de la correa y, por lo tanto, los dientes (3), de material resistente al desgaste, caracterizada porque los hilos de cordón (5) están constituidos por hilos híbridos, que están compuestos por un componente de fibras de alta resistencia y por un componente de fibras elástico, aislante.

Description

Correa dentada.

La invención se refiere a una correa dentada de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente.

Pertenecen al estado de la técnica unas correas dentadas que se describen, por ejemplo en el documento EP 0 092 361 B1, en las que el cuerpo de la correa dentada está constituido por poliuretano con elementos de tracción de alta resistencia, incrustados en el mismo, estando cubierta la superficie periférica interior de la correa y, por lo tanto, los dientes por un refuerzo de tejido resistente al desgaste. Para conseguir una capacidad alta de capacidad de carga, los elementos de tracción están constituidos por un material de cordón sintético de fibras de aramida arrolladas en forma helicoidal, que están dispuestas a distancia entre sí entre una capa exterior del cuerpo de la correa dentada y los dientes que forman una capa interior del cuerpo de la correa dentada. Para garantizar una unión de transmisión de fuerza suficiente entre la capa exterior y la capa interior, que abarca a los dientes, el cordón ocupa aproximadamente entre 64% y 81% de la anchura de la correa.

Para compensar una fatiga condicionada por el funcionamiento de los elementos de tracción de aramida utilizados, la resistencia a la tracción de partida de estos elementos de tracción está sobredimensionada, para conseguir de esta manera un periodo de tiempo suficiente para la mayoría de los casos de aplicación para el uso de estas correas dentadas.

De acuerdo con el documento EP 0 841 500 A2 se conoce, además, utilizar para los elementos de tracción un cordón de fibras de carbono, en el que también aquí por medio de un sobredimensionado claro de la fuerza de tracción de los elementos de tracción se consigue una resistencia de larga duración que es suficiente en la mayoría de los
casos.

La alta carga de tracción que se produce en las correas dentadas conduce, entre otras cosas, a una carga transversal grande dentro de los elementos de tracción. Esta solicitación es ampliada todavía por medio de la estructura del cordón retorcido. A través de la forma retorcida del cordón se transforma cualquier fuerza en la dirección longitudinal también en una componente de fuerza en la dirección transversal, es decir, en contracción. Especialmente las fibras/filamentos de aramida reaccionan de una manera muy sensible a tales fuerza. Esta concentración transversal conduce a un deterioro de las fibras, lo que conduce a pérdida rápida y precoz de resistencia a la tracción.

Descripción de la invención

La invención se basa en el reconocimiento de que la resistencia duradera de las correas dentadas se puede mejorar claramente a través del empleo de fibras/filamentos adecuados para ello en el cordón.

La invención consiste en que los hilos del cordón, que forman los elementos de tracción, están constituidos por hilos híbridos, que están compuestos por un componente de fibra de alta resistencia y por un componente de fibra elástico de aislamiento.

Además, por ejemplo, de las fibras de aramida de alta resistencia como porción principal, se puede utilizar en una extensión más reducida, un componente de fibra de aislamiento en forma de fibras/filamentos de poliamida en la estructura del cordón, de manera que la contracción transversal que se produce a través de la tracción actúa de una manera uniforme y sin picos de fuerza sobre todo el compuesto de fibras. A través de esta aplicación de la fuerza aislada y homogeneizada se producen picos de fuerza más reducidos en el cordón, es decir, que el soporte de tracción de aramida sensible se expone a cargas transversales más reducidas y, por lo tanto, está menos solicitado a fatiga. De esta manera se puede emplear una aramida de resistencia específica más reducida, puesto que en el transcurso de su aplicación pierde en menor medida resistencia y de este modo se alcanza más tarde la resistencia crítica.

Las ventajas especiales de las correas fabricadas con estas fibras híbridas son:

Buena adhesión

A través de la incorporación, por ejemplo, de fibras de aramida en una matriz de poliamida elástica se mejora en una medida clara la adhesión al PU circundante. Esto conduce a una retención conjunta mejorada del compuesto de la correa y, por lo tanto, también a una duración de vida esencialmente elevada de las correas dentadas fabricadas de esta manera.

Fatiga reducida

Las correas dentadas por sí solas, por ejemplo, con aramida todavía resistente como soporte de tracción o bien como elemento de tracción tienen la propiedad desfavorable de caracterizarse por una reducción considerable de la resistencia en un tiempo relativamente rápido. Para contrarrestarlo, se coloca hasta ahora la resistencia de partida de las fibras utilizadas tan alta que dentro de la duración de vida útil previsible (limitada, por ejemplo, por fricción) no se reduce la resistencia por debajo de la medida fiable. La utilización de hilos híbridos de fibras de aramida y de fibras de poliamida, como por ejemplo Twaron TA (fabricado por Tejn Twaron) permite, sin embargo, la utilización de fibras de aramida con un módulo de partida y con una resistencia de partida esencialmente más reducidos, puesto que la disminución de estas propiedades se retrasa en una medida esencial a través del soporte interior mejorado (y, por lo tanto, del tratamiento cuidadoso) de las fibras de aramida que llevan la carga y se reduce en su extensión.

En el caso de empleo del hilo híbrido, la resistencia y el módulo de partida son más elevados que en el caso de las fibras de aramida de alta resistencia por sí solas durante periodos más amplios del tiempo de utilización.

Aislamiento interior

A través de la combinación de poliamida elástica y de fibras de aramida de alta resistencia se consigue una estructura compuesta de nuevo tipo, que se caracteriza por un alto aislamiento.

Por medio de este aislamiento se reduce la fricción interior y, por lo tanto, el calentamiento, de manera que se reduce la actuación del calor sobre el polímero circundante y, por lo tanto, se eleva la duración de vida del hilo híbrido y, por otra parte, se reduce la carga térmica de la aramida. Esto conduce de nuevo al fenómeno de envejecimiento mejorado del hilo híbrido y, como consecuencia, a la duración de vida más larga de las correas dentadas fabricadas de esta manera.

Procesamiento mejorado

A través del empleo de hilos híbridos se mejora claramente el procesamiento de los diferentes componentes para formar una correa dentada de altas prestaciones. Se mejora en una medida esencial la sensibilidad frente al daño mecánico, por ejemplo, a través de pandeo, impacto, etc. También se mejora adicionalmente la adhesión en el estado de procesamiento. Además, la facilidad de corte mejorada se manifiesta en una figura mejorada de los cantos de la correa, que presenta con hilo híbrido menos pelusas en el lateral como consecuencia del corte de un inglete.

Resistencia mejorada frente a la contracción transversal

Las correas dentadas aportan a través de su carga múltiple una solicitación transversal considerable sobre el soporte de tracción. Esta solicitación es también muy variable en su altura y dirección. Una fibra de aramida de alta potencia está expuesta especialmente a tales cargas. Las fibras individuales son extremadamente sensibles en la dirección transversal. Esto se muestra entonces en una reducción rápida de la resistencia de toda la correa. A través de la incorporación de las fibras de aramida en la matriz de poliamida elástica en el hilo híbrido se obtiene una protección especialmente buena contra carga transversal de la fibra de aramida individual en el cordón. De esta manera se mejora esencialmente la resistencia duradera en la aplicación práctica.

De acuerdo con otra invención, el componente de fibra de alta resistencia está constituido por fibras o bien por filamentos de poliéster-poliacrilato, que están fabricados por medio de hilado por fusión de polímeros de cristal líquido, y/o por fibras/filamento de poliparafenilen-2,6-benzabisoxazol, que se designan como fibras/filamento de PBO, donde el porcentaje del componente de poliéster-poliacrilato está con preferencia entre aproximadamente 4 y 96%, siendo el resto un componente PBO.

De acuerdo con una forma de realización preferida de la invención, se prescinde de las fibras/filamentos de PBO, en la que el componente de fibras de alta resistencia está constituido solamente por fibras de poliéster-poliacrilato, que están fabricadas por medio de hilado por fusión a partir de polímeros de cristal líquido.

El poliéster-poliacrilato utilizado para la fabricación de estas fibras/filamentos tiene esencialmente la siguiente estructura molecular:

1

En la Tabla siguiente se muestran algunos datos típicos de tales fibras de poliéster-poliacrilato en el ejemplo de Vectran® HS, fabricados por Celanese Acetate L. L. C., Charlotte, Carolina del Norte (USA).

Se muestra que especialmente la resistencia a la fricción, que puede ser utilizada como medida de la fatiga, aparece hasta 10 veces más alta que en las aramidas conocidas (para amidas y meta amidas).

A continuación se representan algunas propiedades técnicas de fibras/filamentos de poliéster-poliacrilato, que corresponden a Vectran HS y PBO en comparación con las fibras de aramida puras.

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Diferentes fibras de aramida de poliéster-poliacrilato en comparación con PBO

Fibras	Vectran-HS	Kevlar 29	Technora T200	Twaron 1055	Zylon von Tovobo
Denier	1500	1609	1512	1055	500
Resistencia específica	23,0	19,4	24,9	21,2	40
a la rotura (g/D)
Dilatación a rotura%	2-3,3	3,6	4,2	2,6	2-3
Módulo Inicial	525	458	574	712	1200-2100
Resistencia a fricción	14795	1249	1681	588	-30750
(ciclos)

Reducida sensibilidad a la temperatura

La resistencia con respecto a las correas con aramida como soporte de tracción con una carga de temperatura de 275ºC durante 24 horas solamente cae al 85% del original, frente a 70% en aramida.

No se puede constatar prácticamente ninguna reducción de la resistencia en el caso de calentamiento y enfriamiento frecuentes. Ésta es una carga típica en entorno severo. La aramida muestra en tales casos fenómenos de fatiga fuertes, que conducen a una reducción de la resistencia de partida aproximadamente al 60%.

Reducida sensibilidad química

Especialmente en las correas dentadas de PU, el cordón está expuesto a los medios agresivos en el medio ambiente. No está especialmente protegido en los flancos. Así, por ejemplo, el empleo de correas en piscinas conduce siempre de nuevo a problemas, puesto que el cloro empleado allí ataca el soporte de tracción. Aquí se manifiesta la utilización de las fibras mencionadas anteriormente como especialmente ventajosa, puesto que aquí no existe ninguna sensibilidad frente a muchos productos químicos agresivos.

Buenas propiedades con carga alta de larga duración (fluencia)

Las correas dentadas, por ejemplo con Vectran HS como componente de fibra de alta resistencia no muestran ninguna fluencia tampoco bajo carga de larga duración. Por lo tanto, no tienen que reapretarse y los tensores de correas empleados pueden tolerarse más estrechos. De esta manera, también en las correas dentadas bajo carga alta duradera se puede alcanzar una exactitud de colocación extremadamente alta.

La buena resistencia al cambio de flexión eleva claramente la duración de vida

La resistencia al cambio de flexión de fibras de poliéster-poliacrilato está claramente mejorada en comparación con las fibras de aramida. Puesto que las correas de accionamiento y de posición están expuestas a una solicitación a flexión permanente, esta propiedad tiene una importancia especial para la duración de vida de una correa dentada de PU o de goma, por ejemplo, con Vectran HS como soporte de tracción. Una correa comparable con Vectran HS como soporte de tracción tiene todavía después de 3000 ciclos todavía 70% de la resistencia de partida.

Propiedades de aislamiento

Una correa equipada con estas fibras de poliéster-poliacrilato en el soporte de tracción muestra un comportamiento de aislamiento especialmente bueno en comparación con correas con aramida. Esto es directamente una ventaja para la marcha estable especialmente de correas dentadas, puesto que éstas están sometidas a una excitación constante en diferentes frecuencias a través del efecto de polígono provocado por los dientes. Puesto que las demandas de marcha estable han adquirido importancia especialmente debido a la creciente toma de conciencia del medio ambiente y, por lo tanto, al creciente interés en el funcionamiento silencioso, ésta no es una ventaja desdeñable de las correas con tales fibras como soporte de tracción.

Para la solución de este cometido, la correa de accionamiento de acuerdo con la invención se caracteriza porque el cuerpo de la correa está constituido por un poliuretano, que ha sido polimerizado utilizando 4,4'-metileno bis (3' cloro-2,6-dietilenoanilina) con la fórmula química C_{21}H_{28}Cl_{2}N_{2}, de forma abreviada M-CDEA.

En este agente de reticulación se trata de una substancia que es negativa a AMES y conduce adicionalmente también de una manera sorprendente a una mejora de la resistencia de la correa.

Con la misma correa con respecto al perfil de la correa T10/1000/16 mm de anchura con un inserto de cordón de fibras/filamentos de acero se obtienen los valores que se deducen a partir de la tabla siguiente, que se pueden transmitir de una manera similar a insertos de cordón configurados de forma diferente:

Poliuretano con	Par de torsión (Nm)
	3	5	7	9
MbOCA	300 h	300 h	42 h	22 h
M-CDEA	300 h	300 h	300 h	300 h

En el caso de utilización de M-CDEA se reduce, además, el cizallamiento de los dientes que se produce en otro caso, con lo que se ha empeorado hasta ahora el sincronismo de la marcha de la correa.

A continuación se describe en detalle la invención con la ayuda del dibujo, que muestra como vista en sección una sección parcial de una correa dentada de acuerdo con el documento EP 0 841 500 A2, que coincide en su estructura básica con la correa dentada de acuerdo con la invención.

Como en las correas dentadas conocidas de acuerdo con el documento EP 0 841 500 A2, la correa dentada 1 tiene una capa exterior 2 de poliuretano (PU), dado el caso reforzado con tejido. En esta capa exterior está formada integralmente una capa interior que forma dientes igualmente de poliuretano. En los cuerpos de poliuretano, que están constituidos por las capas exteriores e interiores, están incrustados elementos de tracción de alta resistencia (soportes de tracción) de hilos de cordón 5 arrollados de forma helicoidal, que se encuentran a distancia lateral entre sí y que ocupan aproximadamente entre 64 y 81% de la anchura de la correa. Los dientes 3 están cubiertos por una tira 4 de material resistente al desgaste.

Los hilos del cordón 5 estarán configurados como hilos híbridos con un componente de fibras de alta resistencia como fibras del grupo de poliéster poliacrilato, PBO y aramida, con preferencia en porcentajes entre aproximadamente 70 y 95%, y con un componente de fibras de aislamiento o bien elásticas del grupo de poliamida y/o naftalato de polietileno, con preferencia con porcentajes entre el 30 y el 5% de hilos híbridos (apéndice), que están constituidos por el Twaron TA descrito anteriormente y poliamida, que se utilizan ya para correas de accionamiento de una matriz o bien con un cuerpo de correa de goma, pero no para correas dentadas con un cuerpo de poliuretano.

La tira de material 4 que cubre los dientes debe tener, con una capacidad de dilatación suficiente, una resistencia alta a la tracción, a la presión y al impacto así como un coeficiente de fricción reducido y una buena capacidad de adhesión con el cuerpo de poliuretano.

Con este fin, la tira de material 4 está constituida por un tejido elástico con preferencia de hilos o bien de fibras de poliamida con coeficiente de fricción reducido, con preferencia hilos o bien fibras de politetrafluoretileno (PTFE) (fibras de Teflón). Independientemente de la estructura de la tira de material, ésta puede presentar con preferencia en el lado exterior también un recubrimiento de PTFE.

La tira de material 4 puede estar constituida, de acuerdo con la invención, también como construcción compuesta de combinaciones de velos, láminas y tejidos, con tal que se asegure que esta construcción compuesta presente coeficientes de capacidad de dilatación, de tracción y de resistencia al impacto así como coeficientes de fricción suficientes y una buena capacidad adhesiva con poliuretano. De acuerdo con otra forma de realización de la invención, la tira de material 4 que cubre los dientes puede presentar también una floculación, de tal manera que el tejido de la tira de material está provisto con una capa fina de flóculos de fibras cortos 6 en una alineación con preferencia perpendicular con respecto a la superficie de la tira de material, tal como se representa de forma esquemática. Esta floculación puede tener lugar, por ejemplo, en un procedimiento continuo o discontinuo. El tejido de base se provee, por ejemplo, antes del procesamiento sobre el lado de las superficies de rodadura con fibras, se confecciona y a continuación se vulcaniza, o la correa o arrollamiento se provee después de la polimerización con flóculos textiles. El objetivo es conseguir a través de las fibras cortas un tratamiento cuidadoso del tejido utilizado para la tira de material, mejorar la estabilidad de marcha de la correa y elevar la duración de vida útil.

Claims (17)

1. Correa dentada para la transmisión de fuerza, que contiene

a)

un cuerpo de poliuretano que forma la capa exterior (2), en el que están formados integralmente dientes (3), que están constituidos de la misma manera de poliuretano, como capa interior;

b)

elementos de tracción de alta resistencia, que se encuentran entre la capa exterior (2) y los dientes (3), de hilos de cordón (5) arrollados de forma helicoidal, que se encuentran a distancia lateral unos de otros, y

c)

una tira de material (4), que cubre la superficie periférica interior de la correa y, por lo tanto, los dientes (3), de material resistente al desgaste,

caracterizada porque los hilos de cordón (5) están constituidos por hilos híbridos, que están compuestos por un componente de fibras de alta resistencia y por un componente de fibras elástico, aislante.

2. Correa dentada de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el componente de fibras de alta resistencia está presente en un porcentaje en el intervalo entre 70 y 95% y el componente de fibras elástico, aislante, está presente en un porcentaje entre 5 y 30%.

3. Correa dentada de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el componente de fibras de alta resistencia está seleccionado del grupo de fibras que está constituido por poliéster-poliacrilato, PBO y aramida.

4. Correa dentada de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el componente de fibras elástico, aislante está seleccionado del grupo de fibras que está constituido por poliamida y/o naftalato de polietileno.

5. Correa dentada de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el cuerpo de poliuretano que forma la capa exterior (2) está reforzado con tejido.

6. Correa dentada de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque el componente de fibras de poliéster-poliacrilato está fabricado por medio de hilado por fusión de polímeros de cristal líquido.

7. Correa dentada de acuerdo con la reivindicación 3 ó 5, caracterizada porque el poliéster-poliacrilato utilizado para la fabricación del componente de fibras de poliéster-poliacrilato tiene la siguiente estructura molecular:

2

8. Correa dentada de acuerdo con las reivindicaciones 3, 6 ó 7, caracterizada porque las fibras de poliéster-poliacrilato presentan propiedades den el intervalo de los siguientes valores:

Resistencia específica a la rotura (g/D) 23,0 Dilatación a la rotura (%) 2-3,3 Módulo inicial (g/D) 525 Resistencia a la abrasión mayor que 5000 ciclos

9. Correa dentada de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque las fibras de PBO presentan propiedades en el intervalo de los siguientes valores:

Resistencia específica a la rotura (g/D) 40 Dilatación a la rotura (%) 2-3 Módulo inicial (g/D) 1200-2100 Resistencia a la abrasión (ciclos) 3750 aprox.

10. Correa dentada de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la tira de material (4) que cubre los dientes (3) presenta, con alta capacidad de dilatación, una alta resistencia a la tracción y al impacto así como un coeficiente de fricción reducido y tiene una buena capacidad de adhesión con poliuretano.

11. Correa dentada de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque la tira de material (4) está constituida por un tejido elástico de hilos de poliamida así como hilos o bien fibras con reducido coeficiente de fricción.

12. Correa dentada de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, caracterizada porque la tira de material (4) tiene un recubrimiento de PTFE en el lado exterior.

13. Correa dentada de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizada porque la tira de material (4) está constituida como construcción compuesta por combinaciones de velos, láminas y tejidos.

14. Correa dentada de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada porque la tira de material (4) está constituida por un tejido elástico con hilos o bien fibras de politetrafluoretileno incorporadas en el mismo.

15. Correa dentada de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizada porque el tejido que forma la tira de material (4) está floculada o bien provista con una capa fina de flóculos de fibras cortos en alineación preferentemente perpendicular a la superficie de la tira de material.

16. Correa dentada de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizada porque los flóculos de fibras (6) están constituidos por fibras resistentes al desgaste y/o de baja fricción.

17. Correa dentada de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizada porque el cuerpo de la correa, que forma la capa exterior (2) y la capa interior, está constituido por un poliuretano, que ha sido polimerizado utilizando 4,4'-metileno (3-cloro-2,6-dietilanilina).