ES2256548T3 - Correa dentada. - Google Patents
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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.
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.
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:
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.
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.
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.
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.
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:
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.
\newpage
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) |
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%.
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.
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 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.
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:
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:
9. Correa dentada de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizada porque las fibras de PBO
presentan propiedades en el intervalo de los siguientes valores:
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).
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