"TRANSPORTADOR DE ACIONAMENTO DIRETO"REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS
Este pedido reivindica o benefício do pedido US número desérie 60/593.493 depositado em 19 de janeiro de 2005.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Campo da Invenção
Esta invenção refere-se a correias sem fim paratransportadores e, mais particularmente, a correias termoplásticas sem fim,dentadas, acionadas por polias.
Descrição da Arte Pertinente
Correias transportadoras, de baixa tensão, de acionamentodireto, são freqüentemente usadas em situações onde higiene e limpeza sãocriticamente importantes. Por exemplo, em plantas de processamento dealimentos, tais como aquelas que processam produtos de carne para consumo humano, transportadores de correia de baixa tensão, acionamento direto, sãousados para transportar itens. Saneamento é criticamente importante e, porconseguinte, as correias sem fim usadas em tais transportadores sãoconvencionalmente feitos de materiais que podem ser higienicamente limpos.
É conhecido usar correias termoplásticas com uma superfície lisa contínua em um lado e dentes no outro lado adaptado para engatar emfendas ou roldanas em uma polia de acionamento, como mostrado, porexemplo, na Patente US No. 5.911.307. todavia, uma tal correia termoplásticatem características tanto de uma correia lisa, estirável, que poderia sertipicamente acionada por uma polia de atrito, quanto uma correia dentadaacionada por uma polia de acionamento. Estas características refletem as duasmaneiras básicas em que uma polia de acionamento pode transmitir torquepara a correia. Em uma correia lisa, torque é transmitido para a correia atravésde atrito entre a superfície de polia de acionamento e a superfície adjacente dacorreia. A eficácia deste tipo de acionamento é uma função de tensão decorreia (tanto protensão inicial quanto a tensão gerada devido à carga deproduto) e do coeficiente de atrito do material da superfície de correia e domaterial da superfície de polia. Uma correia lisa de acionamento por atrito ésujeita a contaminantes que podem afetar o coeficiente de atrito. Além disto,correias alongadas tipicamente se estiram ao longo do tempo e sob carga e talestiramento pode afetar sua tensão. Uma correia termoplástica em particularpode se estirar por 3% de seu comprimento ou mais.
Por estas razões, correias de acionamento direto são preferidosem tais equipamentos em operações de manipulação de alimentos. Em umacorreia dentada ideal, torque é transmitido para a correia através do contato deuma face de um dente ou rebaixo na polia com uma face de um dente ourebaixo na correia. Todavia, o uso de uma correia termoplástica dentada comouma correia de acionamento direto com uma polia introduz problemas,principalmente por causa da elasticidade da correia.
Visto que uma correia termoplástica se estira sob carga, osdentes de correia nem sempre podem se conjugar aos rebaixos de polia ouroldanas quando a correia envolve em torno a polia. Soluções anterioresdeterminaram que o passo de dente da correia tem que ser menor do que opasso da polia de acionamento em menos do que o alongamento máximo dacorreia. Também, o passo de polia tem que ser igual ao passo da correia noalongamento máximo, para mais ou para menos por uma fração de um porcento. Além disto, para assegurar que os dentes de correia sejam posicionadospara entrar nos roldanas de polia, a largura de cada roldana na polia tem queexceder a largura de dente de correia pelo menos pela magnitude da distânciagerada pelo alongamento da correia pela quantidade máxima admissível sobrea extensão do envolvimento de correia.
Ainda permanecem problemas em assegurar que os dentes decorreia fiquem engatados com os roldanas de polia sobre a amplitude total doalongamento de correia e carga no campo. Devido à necessária diferença depasso entre a correia e a polia, apenas um dente de correia será acionado porum roldana de polia em qualquer dado momento. Foi verificado que estedente engatado é sempre o dente que está prestes a sair da polia. Para todosdentes de correia subseqüentes que engatam os roldanas de polia em qualquerdado momento, existe um interstício entre a face do dente de correia e a faceda roldana de polia, e este interstício progressivamente aumenta em tamanhopara cada dente sucessivo. O tamanho destes interstícios são uma função datensão de correia, em que cada interstício respectivo é o maior quando acorreia tem tensão mínima o menor quando a correia está na tensão máxima. Se a tensão de correia exceder um máximo predeterminado, o dente deentrada não mais se assentará adequadamente na roldana de polia ecaracterísticas eficazes de acionamento serão perdidas. Em outras palavras, apolia pode girar enquanto a correia desliza até que um dente engatenovamente.
Pode ser visto que quando o dente de saída desengata a partirda polia de acionamento, permanece alguma medida de interstício entre dentede correia seguinte e a face de seu roldana de polia respectivo. Porconseguinte, descontando qualquer momentum da correia e qualquer atritoentre a correia e a polia, a correia efetivamente irá parar por um breve momento até que o seguinte roldana reengate o novo "dente de saída". Poreste breve momento nenhum torque é transmitido da polia para a correia e,desta maneira, a velocidade de correia é temporariamente retardada.
Este movimento causa uma pequena quantidade de vibração eruído no sistema. A vibração aumenta em freqüência quando o passo de dente de polia é reduzido e/ou a velocidade de rotação de polia é aumentada. Elapode ser quase não detectável em aplicações de correia com um pequenopasso de dente e uma grande quantidade de massa para amortecimento, talcomo quando grandes cargas de produto se aproximam de um máximopredeterminado para alongamento de correia. Todavia, para muitasaplicações, particularmente onde cargas são leves e/ou a velocidade de correiaé mais lenta, a vibração e ruído resultantes podem ser inaceitáveis.
Não obstante, algum deslizamento entre a correia e a polia é oque permite uma aplacação de acionamento ao trabalho. Este desengatetemporário dos dentes de correia a partir dos roldanas de polia causa com quea velocidade média de correia seja menor do que a velocidade média de polia.De fato, a velocidade média de correia é menor do que a velocidade de poliapela percentagem de alongamento que é ainda disponível na correia(alongamento máx. - alongamento corrente). Por causa deste deslizamentonecessário, quaisquer características de um acionamento por correia lisacomprometerão os benefícios de acionamento direto, por exemplo, atrito.Atrito entre a correia e a polia retardará o deslizamento e pode causar comque o dente traseiro falte completamente na roldana de polia.
Um outro problema ocorre quando a correia está virtualmentesem tensão. Em alguma aplicação, tal como um transportador posicionadohorizontalmente, o peso da extensão inferior da correia tende a puxar osdentes no ponto de saída para fora do respectiva roldana de polia. A áreacrítica de envolvimento de correia em torno a polia é a curta distância entre oponto de saída e uma parte traseira de passo de roldana de polia. Se o dente de correia permanecer engatado através deste arco, então o acionamentoapropriado será atingido, mas, caso contrário, os dentes de correia irão"saltar" e as componentes dinâmicos de acionamento se tornarãodescontroladas.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A invenção soluciona os problemas acima mencionados pormeio da provisão de um transportador de acionamento direto compreendendouma correia termoplástica sem fim e pelo menos uma polia de acionamento.Uma da correia ou da polia tem dentes e a outra tem rebaixos adaptados parareceber os dentes quando a correia envolve em torno da polia até um ponto desaída. Um limitador de posição é disposto contra a correia próxima ao pontode saída. Em uma forma de realização, a correia termoplástica sem fim temdentes e a polia de acionamento tem rebaixos.
O limitador de posição pode ser localizado adjacente ao pontode saída ou antes do ponto de saída ou depois do ponto de saída.Preferivelmente, o limitador de posição é um cilindro, mas pode ser um braçoapoiando na correia, uma barra raspadora ou uma sapata. Também, olimitador de posição pode ser não mais largo que a polia de acionamento.
Em um outro aspecto da invenção, meios são providos paraminimizar atrito entre a correia e a polia de acionamento. Os meios paraminimizar atrito podem ser um revestimento para reduzir atrito na correia oupolia de acionamento ou em ambas. Também, os meios para minimizar atritopodem ser superfícies de contato mínimo entre a correia e a polia deacionamento.
Em um outro aspecto da invenção, o transportador inclui umapeça louca espaçada da polia de acionamento. A peça louca é preferivelmenteuma polia com dentes ou rebaixos, como o caso pode requerer, tendo umpasso entre igual ou menor do que o passo da correia sem tensão. A peçalouca pode ser uma polia tendo uma superfície acionada em dentes ou emrebaixos, onde cada superfície acionada tem uma parede com porções emdiferentes ângulos. Também, a peça louca pode ser um disco estacionário quese apoia na correia.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Nos desenhos:
a figura 1 é uma vista lateral em perspectiva de uma correia daarte anterior, instalada entre duas polias;
a figura 2 é uma vista ampliada em elevação de uma porção dafigura 1;
a figura 3 A é uma vista similar à figura 2 mostrando umtransportador de acordo com a invenção;
a figura 3B é uma vista similar à figura 3 mostrando um outroaspecto de um transportador de acordo com a invenção;
a figura 3C é uma vista terminal da polia de acionamento dafigura 3 A;
a figura 3 D é uma vista de seção transversal ampliada de umaporção da corria na figura 3 A;
a figura 4 é uma vista de um sistema de correia deacionamento central de acordo com a invenção;
a figura 5 é uma vista lateral fracionada de uma correia e poliamostrando uma construção de roldana alternativa de acordo com a invenção;
a figura 6 é uma visa fracionada em perspectiva de uma formade realização de uma peça louca de acordo com a invenção; e
a figura 7 é uma vista similar à figura 3 mostrando um outro aspecto de um transportador de acordo com a invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA
Alguns problemas com conhecidas correias termoplásticas deacionamento direto são mostrados em um transportador de acionamento direto50 das figuras 1 e 2. Uma correia sem fim 100 é vista na figura 1 em umainstalação típica entre duas polias 102 e 103. As polias 102 e 103 sãoconvencionais e elas podem ser de qualquer número de diferentes formas etamanhos. Cada polia 102 e 103 tem um número de fendas ou roldanastransversais 104 espaçados em torno sua circunferência. Cada roldana 104tem uma face de acionamento 105 e uma face oposta 107de não acionamento.
A correia 100 tem uma pluralidade de dentes 106 equidistantementeespaçados uns dos outros sobre a superfície interna 108 da correia, cada dentetendo uma superfície de acionamento 109. Os dentes 106 engatam as roldanas104 de cada polia quando a correia envolve em torno da polia. Pelo menosuma polia, por exemplo a polia 102, é uma polia de acionamento; a outra 103pode ser uma peça louca ou polia escrava. Nesta configuração, a extensãosuperior da correia suportará cargas quando a correia 100 se deslocar nadireção da seta 111. A correia 100 tem uma superfície externa 110 que érazoavelmente lisa e livre de descontinuidades, tipicamente feita de ummaterial termoplástico, tal como resina Pebax®, poliéster ou poliuretano.
A correia 100 tem um passo 112 definido como a distânciaentre as linhas de centro dos dentes adjacentes 106. O passo de correia 112 émedido ao longo de uma linha de passo de correia 114, a qual corresponde aoeixo de flexão neutro da correia. Quando a correia 100 se flexiona em tornoda polia 102, o eixo de flexão neutro é aquele plano imaginário em um ladodo qual o material de correia está sob compressão e no outro lado do qual omaterial de correia está sob tensão.
Similarmente, o passo de polia 116 é o comprimento de arcoentre as linhas de centro de roldanas adjacentes 104, medido a longo docírculo de passo da polia 118. O círculo de passo de polia 118 neste casocorresponde à linha de passo de correia 114 quando a correia 110 envolve emtorno a polia 102. Em outras palavras, o círculo de passo de polia 118 terá omesmo raio que a linha de passo de correia 114 quando a correia envolve emtorno da polia.
Como notado acima, o dente de saída 120 será o dente deacionamento quando sua superfície de acionamento 109 contata a superfíciede acionamento 105 da roldana 104 que recebeu o dente de saída. O denteposterior 122 se aloja em sua correspondente 104, mas existe um interstício124 entre a superfície de acionamento de dente 109 e a superfície deacionamento de roldana 105. Também, a superfície de polia 123 entreroldanas adjacentes pode engatar a superfície 128 da correia 100 entre dentesadjacentes 106. Os problemas que surgem a partir desta estrutura sãoexplicados acima. Atrito entre a superfície 126 na polia e a superfície 128 nacorreia adiciona um componente de força que interfere com o movimentorelativo entre a correia e a polia, possivelmente causando com que os dentesnão engatem com os roldanas apropriados na polia. E qualquer atrito éreforçado quando a correia é colocada sob tensão. A resposta normal ecostumeira no campo para um deslizamento de correia sobre a polia éaumentar tensão. Mas isto serve somente para tornar o acionamento diretoineficaz. Por outro lado, quando a correia não está sob tensão, e otransportador é horizontal, o peso da extensão de correia inferior tende apuxar o dente acionado de seu roldana de polia prematuramente, afetandoadversamente as componentes dinâmicos do acionamento direto.
Um aspecto da invenção está mostrado nas figuras 3a - 3conde um transportador de acionamento direto 129 tem toda a estrutura dosistema da arte anterior mostrado nas figuras 1 e 2, mas características dainvenção. Por conseguinte, componentes no transportador inventivo que sãoos mesmas que os componentes dos transportadores da arte anterior dasfiguras 1 e 2 possuem as mesmas referências. Em um aspecto da invenção, apolia e correia são projetadas para permitir atrito mínimo entre elas. Asuperfície 130 da correia entre dentes adjacentes, e opcionalmente incluindodo dente 106, pode ser revestida com um material redutor de atrito 132, porexemplo, politetrafluoroetileno (PTFE), também conhecido como Teflon®.
Em adição, ou alternativamente, a superfície 134 entre roldanas adjacentes napolia pode ser revestida com um material redutor de atrito. Também, a poliapreferivelmente terá superfícies mínimas contatando a correia em qualquerlugar, mas nas superfícies de dente de correia. Por exemplo, a estrutura desuporte, tal como a superfície 136 entre roldanas adjacentes, pode serrebaixada a partir do perímetro da polia, como mostrado na figura 3b. Elatambém pode ter um pescoço mais estreito 138 para reduzir o contato desuperfície com a correia (ver a figura 3c).
Um outro aspecto da invenção pertence principalmente aqualquer aplicação onde a extensão deixando a polia de acionamento tende apuxar o dente de acionamento a partir da roldana de acionamento. A situaçãomais comum seria onde a correia está correndo horizontalmente e o peso daextensão de retorno da correia saindo da polia de acionamento tende a formaruma curva catenária, e conseqüentemente tende a tensionar o dente acionadopara fora da roldana de acionamento prematuramente, isto é, antes de umponto de saída ótimo 170, como mostrado na figura 2. Se o centro morto detopo 140 for definido como um ponto de rotação da polia onde uma roldana104 é centralizado sobre uma linha estendendo-se do centro 142 da polia,então o ponto de saída ótimo 170 é preferivelmente quando a roldana deacionamento na polia está sobre uma linha ligeiramente por mais do que 180°a partir do centro morto de topo na direção de rotação. Como mostrado nasfiguras 3a e 3b, um limitador de posição 200 é disposto perto do ponto desaída 170, isto é, o ponto onde o dente de saída 120 da correia optimamentedeixa o correspondente roldana da polia. Um local preferido, como mostradona figura 3b, coloca o limitador de posição 200 adjacente à polia no ponto desaída 170 do dente de correia. Um local alternativo, como mostrado na figura3 a, inclui um limitador de posição 200' imediatamente após o ponto de saída170. Neste caso, o limitador de posição deflete a correia suficientemente paraassegurar que o dente não saia prematuramente da roldana. Outros locaisalternativos, mostrados em tracejado) estão em 200" imediatamente antes doponto de saída 170 e 200'" no próximo dente sucessivo 122. Preferivelmente,o limitador de posição 200 será disposto em uma tal maneira que a correiapode não se elevar da polia por mais do que 25% da altura de dente até oponto de saída 170.
O limitador de posição 200 pode ser um cilindro da largura dacorreia, como mostrado, ou pode ser múltiplos cilindros, tal como um par comum em cada borda da correia. Alternativamente, o limitador de posição podeser um ou mais braços ou pontos apoiando-se na correia, preferivelmente complacas de desgaste redutoras de atrito. Ainda, o limitador pode ser uma barraraspadora apoiando-se na correia que servirá para duas funções, a saber:manter o dente de saída dentro da roldana da polia e limpar a correia quandoela sai da polia. O limitador de posição 200 não precisa se estender através dacorreia. Ele precisa apenas ser posicionado para manter a correia contra a polia o polias até que o dente de acionamento seja temporalmente liberado dorespectiva roldana.
Uma forma de realização alternativa do transportador decorreia termoplástica de acionamento direto, de acordo com a invenção, estámostrado na figura 4. O sistema tem uma polia de acionamento central 202 e duas polias loucas 204, 206 com uma correia sem fim 208. De acordo com ainvenção, dois limitadores de posição 210, 212 são usados com a polia deacionamento 202. Um limitador 210 é colocado perto do ponto de entrada 214onde o dente de correia entra em engate com a roldana de polia. O outrolimitador 212 é colocado próximo do ponto de saída 216. Preferivelmente, o envolvimento de correia é minimizado de modo que apenas três dentes sãoenvoltos em qualquer momento.
Um acionamento central, tal como este, soluciona osproblemas associados com qualquer componente "acionamento de correialisa" do sistema, como poderia ser causado pelo atrito entre a correia e a polia, por exemplo. Como explicado acima, atrito pode causar com que o dente deentrada de correia avance em relação ao dente de polia e, desta maneira,"salte". Isto poderia ocorrer, por exemplo, quando a força de atrito entre acorreia e a polia gera um componente de velocidade mais elevado do que aforça de acionamento da superfície de acionamento de dentre contra asuperfície de acionamento de polia. A minimização da magnitude deenvolvimento também tende a reduzir a oportunidade de atrito entre a correiae a polia.
Foi verificado que, se quaisquer das polias não forem polias deacionamento, a velocidade da peça louca pode causar problemas. A polia deacionamento está geralmente girando a uma velocidade maior do que avelocidade de correia. Se a mesma geometria foi usada para a peça louca quea polia de acionamento, para adequado engate de dente, a peça louca teria quegirar na mesma velocidade que a polia de acionamento. Todavia, a peça loucanão pode girar mais rapidamente do que a correia, desde que a correia acionea peça louca. Por conseguinte, a peça louca tem que ter um diferente passoque o da polia de acionamento (geometria diferente). Preferivelmente, o passode peça louca será menor do que ou igual ao passo de uma correia nãotensionada. Conseqüentemente, quando o passo de correia se altera com oalongamento, a peça louca será compelida a ir mais lentamente do que do quea correia. Exatamente como na peça louca, a largura da roldana tem queexceder a largura de dente e correia, de modo que existe interstício suficientepara permitir o comprimento adicionado da correia que irá ocorrer na tensãode correia máxima sobre a extensão do envolvimento de correia.
A polia louca será principalmente acionada como por umacorreia plana por causa de suas características de baixo arraste. Isto causarácom que o dente de entrada sobre uma correia alongada não engateidealmente um roldana na peça louca. Para superar este problema, ocoeficiente de atrito tem que ser minimizado como explicado maisanteriormente. Em adição, o ângulo da face de contato de dente pode serprojetado de modo que, no alongamento máximo da correia, a ponta do dentede correia contatará a roldana de polia acionando a superfície em algumponto. Isto permitirá que o dente de correia lentamente engate a roldana depolia enquanto reduz a velocidade da peça louca até que o adequado engateseja feito. Um exemplo é mostrado na figura 5 onde uma peça louca 300 éacionada por meio de uma correia 302. Roldanas 304 na polia 300 sãoacionadas por dentes 306 na correia 302. Para assegurar que cada dente 306engate adequadamente no correspondente roldana 304, o lado da roldana temduas paredes em diferentes ângulos. A porção de parede inferior 308 está emum ângulo mais íngreme do que a porção de parede superior 310.Preferivelmente, a porção de parede superior está em um ângulo mais amplodo que o ângulo do dente de correia 306. Isto funciona vez que a distânciaadicionada que tem que ser acomodada é somente gerada sobre a extensão deum passo de dente para o dente prévio já terá engatado a peça louca.
Uma outra opção mostrada na figura 6 para uma peça louca320 compreende um disco estacionário 322 ou braço que a correiasimplesmente desliza contra. Preferivelmente, a porção do disco 322apoiando-se na correia é coberta com um revestimento para reduzir atrito,como exposto acima. Embora esta estrutura possa aumentar um pouco o atritoentre a correia e a peça louca, ela é de pouca conseqüência uma vez que nãoexiste acionamento denteado entre a correia e a peça louca. Para acomodarestes discos, fendas longitudinais 324 são providas através dos dentes no ladodenteado da correia, como incrementos de ajuste, para permitir que a correia se mova suavemente sobre os discos estacionários. O uso destes discoselimina as complicações da geometria de peça louca bem comofuncionamento como efetivos dispositivos de seguimento. Ademais, por serestacionaria, a correia não terá a tendência de "subir" nestes discos, comoocorreria se as polias lisas estivessem girando.
É conhecido que as correias são algumas vezes providas comgarras estendendo-se para cima a partir da superfície lisa para ajudar a reterou separar objetos sobre a correia. Em uma tal aplicação, a invençãocontempla o uso dos garras, com vantagem, como um limitador de posição. Afigura 7 ilustra uma tal aplicação. Uma correia termoplástica sem fim 400 tem dentes em um lado e garras 404 no outro lado. Os dentes de correia 402 sãoseqüencialmente acionados por rebaixos ou roldanas 406 em uma polia deacionamento 408. Um limitador de posição 410 compreende uma sapata 412tendo uma superfície encurvada interna 414. Pelo menos uma porção dasuperfície encurvada é disposta perto do ponto de saída ótimo 416 de modoque a sapata apóia-se contra as garras, as quais, por sua vez, apertam a correiacontra a polia 408 para manter o dente acionado 402 engatado no ponto desaída.
Embora a invenção tenha sido especificamente descrita emconexão com certas formas de realização específicas das mesma, deve serentendido que isto é para fins de ilustração e não de limitação, e o escopo dasreivindicações apensas não deve ser entendido tão amplamente como a arteanterior permitirá. Por exemplo, em lugar de dentes na correia e sucos napolia, a correia pode ter orifícios ou rebaixos e a polia pode ter dentes oupinos na maneira de uma roda dentada para engatar os orifícios ou rebaixos nacorreia, e os princípios da presente invenção se aplicam igualmente.