CN101132975A - 低摩擦、直接驱动的传送器带 - Google Patents

低摩擦、直接驱动的传送器带 Download PDF

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Abstract

一种热塑性环形带(100)，其具有基本无不连续部分的平滑外表面和具有多个在给定带节距处的齿(106)的内表面。齿用于与滑轮(102)啮合，该滑轮具有在滑轮节距处的、周向间隔开的槽轮(104)，该滑轮节距大于带节距。带可稍微拉长，这样，当在带负载范围内与齿啮合时，滑轮能够驱动环形带。还提供有用于使带和驱动滑轮之间的摩擦最小的装置。还有，位置限制器(200)确保从动齿保持与驱动槽轮进行最佳啮合。

Description

低摩擦、直接驱动的传送器带
相关申请的交叉引用
本申请要求2005年1月19日递交的美国专利申请No.60/593493的优先权。
技术领域
本发明涉及用于传送器的环形带，特别是涉及由滑轮驱动的热塑性有齿环形带。
背景技术
低张力、直接驱动的传送器带通常用于卫生和清洁非常重要的情况。例如，在食品处理设备(例如处理用于人消费的肉类食品的设备)中，低摩擦、直接驱动的带传送器用于运输物品。环境卫生非常重要，因此，在这样的传送器中使用的环形带通常由能够卫生清洁的材料制成。
已知使用热塑性带，该带具有在一侧的平滑连续表面以及在另一侧的齿，该齿用于与驱动滑轮中的槽或槽轮啮合，如美国专利No.5911307中所示。但是，这样的热塑性带的特征在于通常可以由摩擦滑轮驱动的扁平、可拉伸带以及由驱动滑轮驱动的有齿带。这些特征反应了驱动滑轮向带传递力矩的两种基本方式。在扁平带中，力矩通过在驱动滑轮表面和带的相邻表面之间的摩擦而传递给带。这种驱动的效果取决于带拉伸(初始预拉伸和由于产品负载产生的拉伸)和带表面材料与滑轮表面材料的摩擦系数。摩擦驱动的扁平带容易受到污染，该污染物可能影响摩擦系数。而且，细长带通常在使用一段时间后拉长，该拉长可能影响它的拉伸。特别是，热塑性带能够使它的长度拉长3％或更多。
因此，直接驱动带优选是在该设备中用于食品运送操作。在理想的有齿带中，力矩通过在滑轮上的齿或凹口的表面与带上的齿或凹口的表面进行接触而传递给带。但是使用热塑性有齿带作为滑轮直接驱动带将引起一些问题，主要是因为带的弹性。
因为热塑性带在负载下拉长，因此，当带缠绕滑轮时，带齿可能不会一直与滑轮凹口或槽轮匹配。现有方案认为在带小于最大拉伸时带的齿节距必须小于驱动滑轮的节距。还有，在最大拉伸时，滑轮的节距必须等于带的节距，可以有很小的百分数差异。而且，为了保证带齿定位成进入滑轮的槽轮内，在滑轮中的各槽轮的宽度超过带齿宽度的量至少为由带在带缠绕跨距上拉伸最大允许量时产生的距离。
又一问题在于保证在带拉伸和负载的整个范围内都使得带齿保持与滑轮的槽轮啮合。由于在带和滑轮之间的所需节距差异，在任意给定时间都将只有一个带齿由滑轮槽轮驱动。还发现该啮合齿总是要离开滑轮的齿。对于在任意给定时间与滑轮槽轮啮合的全部顺序带齿，在带齿表面和滑轮槽轮的表面之间有间隙，且对于各连续齿，该间隙的尺寸逐渐增加。这些间隙的尺寸是带拉伸的函数，其中，各间隙在带具有最小拉伸时最大，在带处于最大拉伸时最小。当带拉伸超过预定最大值时，进入的齿将不再合适位于滑轮槽轮中，并将失去有效驱动特征。换句话说，滑轮将旋转，而带将打滑，直到齿再次啮合。
应当知道，当离开的齿与驱动滑轮脱开时，在随后的带齿和相应滑轮槽轮表面之间还由一定间隙。因此，带的力矩以及在带和滑轮之间的摩擦减小，带将有效停止很短时间，直到随后的槽轮接收新的“离开齿”。在该很短时间中，没有力矩从滑轮传递给带，因此带速度暂时降低。
这种运动在系统内引起轻微的振动和噪音。当滑轮齿节距减小和/或滑轮转速增大时，振动频率增加。在具有较小齿节距和较大阻尼质量的带用途中可能几乎检测不到。但是对于很多用途，特别是当负载较轻和/或带速度更慢时，所形成的振动和噪音可能无法接受。
不过，在带和滑轮之间的一些打滑使得能够进行直接驱动应用。带齿从滑轮槽轮中暂时脱开将使得平均带速度小于平均滑轮速度。实际上，平均带速度比滑轮速度小该带仍然可拉伸的百分数(最大拉伸-当前拉伸)。因为这需要打滑，因此扁平带驱动的特征将损害直接驱动(例如摩擦)的优点。在带和滑轮之间的摩擦将延迟打滑，并可能使得后侧的齿一起错过滑轮的槽轮。
当带实际上无拉伸时产生另一问题。在一些用途例如水平定位的传送器中，带的底部跨距的重量将处于离开点的齿从各滑轮槽轮中拉出。缠绕在滑轮上的带的关键区域是在离开点和往回一个滑轮槽轮节距之间的较短距离。当带齿保持啮合通过该圆弧时，将获得合适驱动，但是当没有啮合时，带齿将“弹出”，驱动的动态特征将不可控制。
发明内容
本发明通过提供一种直接驱动传送器来解决前述问题，该直接驱动传送器包括环形热塑性带和至少一个驱动滑轮。带或滑轮中的一个具有齿，另一个具有凹口，该凹口用于当带缠绕在滑轮上直到离开点时接收齿。位置限制器在离开点附近布置成抵靠带。在一个实施例中，环形热塑性带具有齿，驱动滑轮具有凹口。
位置限制器可以位于离开点附近，或者在离开点之前或在离开点之后。优选是，位置限制器是辊，但是它可以是抵靠在带上的臂、刮板或滑靴。而且，位置限制器可以不比驱动滑轮更宽。
在本发明的另一方面，提供了一种用于使带和驱动滑轮之间的摩擦最小的装置。该使摩擦最小装置可以是带或驱动滑轮或者两者上的摩擦减小涂层。而且，使摩擦最小装置可以是在带和驱动滑轮之间的最小接触表面。
在本发明的另一方面，传送器包括与驱动滑轮间隔开的惰轮。优选是，惰轮是具有齿或凹口的滑轮，且在该齿或凹口之间的节距可以等于或小于带在没有拉伸时的节距。惰轮可以是具有在齿上或在凹口中的从动表面的滑轮，其中，各从动表面有壁，该壁具有在不同角度上的部分。而且，惰轮可以是抵靠带的静止盘。
附图说明
附图中：
图1是安装在两个滑轮之间的现有技术带的透视侧视图；
图2是图1的一部分的放大视图；
图3A是类似于图2的视图，表示了本发明的传送器；
图3B是类似于图3的视图，表示了本发明传送器的另一方面；
图3C是图3A的驱动滑轮的端视图；
图3D是图3A中的带的一部分的放大剖视图；
图4是本发明的中心驱动带系统的视图；
图5是带和滑轮的局部侧视图，表示了根据本发明的可选槽轮结构；
图6是本发明一个实施例的惰轮的局部透视图；以及
图7是类似于图3的视图，表示了本发明的传送器的另一方面。
具体实施方式
在图1和2的直接驱动传送器50中表示了已知的热塑性直接驱动带的一些问题。图1中所示的环形带100通常安装在两个滑轮102和103之间。滑轮102、103为普通滑轮，且它们可以为任意不同形状和尺寸。各滑轮102或103有环绕它的周边间隔开的多个横向槽或槽轮104。各槽轮104有驱动面105和相对的非驱动面107。带100有在带的内表面108上相互等距间隔开的多个齿106，各齿有驱动表面109。当带缠绕滑轮时，齿106与各滑轮的槽轮104啮合。至少一个滑轮(例如滑轮102)是驱动滑轮；另一滑轮103可以是惰轮或从动滑轮。在该结构中，当带100沿箭头111的方向运行时，带的上部跨距将承载负载。带100的外表面110相当平滑，且没有不连续部分，通常由热塑性材料例如Pebax树脂、聚酯或聚氨酯而制成。
带100的节距112定义为在相邻齿106的中心线之间的距离。齿节距112沿带节距线114来测量，该带节距线114对应于带的零弯曲轴线。当带100环绕滑轮102弯曲时，零弯曲轴线是这样的假想平面，在该假想平面的一侧，带材料进行压缩，而在该假想平面的另一侧，带材料进行拉伸。
类似的，滑轮节距116是在相邻槽轮104的中心线之间的圆弧长度，沿滑轮节圆118来测量。这里，滑轮节圆118对应于当带100缠绕在滑轮102上时的带节距线114。换句话说，当带缠绕在滑轮上时，滑轮节圆118将有与带节距线114相同的半径。
如上所述，离开齿120将是驱动齿，因为它的驱动表面109与接收该离开齿的槽轮104的驱动表面105接触。后面的齿122嵌入它的相应槽轮104中，但是在齿驱动表面109和槽轮驱动表面105之间有间隙124。还有，在相邻槽轮之间的滑轮表面123可以与带100在相邻齿106之间的表面128啮合。由该结构产生的问题如上所述。在滑轮的表面126和带的表面128之间的摩擦增加了干涉带和滑轮之间的相对运动的力分量，可能使得齿并不与滑轮上的合适槽轮啮合。且当带处于拉伸时摩擦增大。对于带在滑轮上打滑的正常和普通反应是增加拉伸。但是这只是使得直接驱动无效。另一方面，当带并不拉伸，且传送器处于水平时，底部带跨距的重量将从动齿过早地从它的滑轮槽轮中拉出，从而对直接驱动的动态特征产生不利影响。
本发明的一个方面如图3a-3c所示，其中，直接驱动传送器129具有图1和2所示的现有技术系统的所有结构加上本发明的特征。因此，在本发明传送器中与图1和2的现有技术传送器的部件相同的部件有相同的参考标号。在本发明的一个方面，滑轮和带设计成能够在它们之间有最小摩擦。带在相邻齿之间的表面130(以及可选择地包括齿106)可以涂覆有减小摩擦的材料132，例如聚四氟乙烯(PTFE)，也称为Teflon。另外或者也可选择，在滑轮上的、在相邻槽轮之间的表面134可以涂覆有减小摩擦的材料。还有，优选是，滑轮在任何位置都有与带接触的最小表面，但是在带齿表面上的部分除外。例如，在相邻槽轮之间的支承结构(例如表面136)可以从滑轮的周边凹入，如图3b所示。它还可以有更窄的颈部138，以便减小与带的表面接触(见图3c)。
本发明的另一方面主要涉及当离开驱动滑轮的跨距将使从动齿从驱动槽轮中拉出时的用途。最普通的情况是带水平运行，离开驱动滑轮的带返回跨距的重量将形成悬链曲线，并因此将促使从动齿过早离开驱动滑轮，即在图2中所示的最佳离开点170之前。当上死点140定义为当槽轮104定心在从滑轮的中心142伸出的线上时滑轮的旋转点时，优选是最佳离开点170为当在滑轮上的驱动槽轮处于沿旋转方向离上死点稍微大于180的线上时。如图3a和3b所示，位置限制器200布置在离开点170(即当带的离开齿120最佳离开带的相应槽轮时的点)附近。如图3b所示，一个优选位置是使得位置限制器200置于滑轮附近并在带齿的离开点170处。如图3a所示，一个可选位置包括恰好经过离开点170的位置限制器200′。这时，位置限制器使带足够偏转，以便保证齿不会过早离开槽轮。其它可选位置(如虚线所示)是恰好在离开点170之前的200″和在前一个齿122处的200。优选是，位置限制器200将布置成使得带不能升高离开滑轮超过齿高度的25％，直到离开点170。
位置限制器200可以是带宽度的辊，如图所示，或者它可以是多个辊，例如一对辊，在带的两边缘各有一个辊。也可选择，位置限制器可以是抵靠在带上的一个或多个臂，优选是带有减小摩擦的耐磨垫。而且，位置限制器可以是抵靠在带上的刮板，该刮板将起到两个作用，即：使离开的齿保持在滑轮的槽轮中以及当带离开滑轮时清洁该带。位置限制器200并不需要在整个带上延伸。它只需要布置成使带保持抵靠滑轮，直到从动齿适时地从各槽轮中释放。
图4中表示了本发明的直接驱动热塑性带传送器的一个可选实施例。系统有中心驱动滑轮202和两个惰轮204、206，并有环形带208。根据本发明，两个位置限制器210、212用于驱动滑轮202。一个限制器210布置成靠近进入点214(在该进入点214处，带齿与滑轮槽轮啮合)。另一限制器212布置成靠近离开点216。优选是，带缠绕最小，这样，在任何时候都只有三个齿进行缠绕。
象这样的中心驱动解决了与系统的任何“扁平带驱动”部件相关的问题，例如可能由在带和滑轮之间的摩擦引起的问题。如上所述，摩擦可能使得带进入齿相对于滑轮齿前进并因此“打滑”。例如，当与抵靠滑轮驱动表面的齿驱动表面的驱动力相比在带和滑轮之间的摩擦力产生更高的速度分量时可能产生该问题。使缠绕量最小还将减小在带和滑轮之间产生摩擦的机会。
已经发现，当滑轮并不是驱动滑轮时，惰轮的速度可以引起问题。驱动滑轮通常以比带速度更大的速度运行。当惰轮使用与驱动滑轮相同的几何形状来用于合适齿啮合时，惰轮必须以与驱动滑轮相同的速度运行。但是惰轮不可能运行得比带更快，因为带驱动惰轮。因此，惰轮必须有与驱动滑轮不同的节距(不同几何形状)。优选是，惰轮节距将小于或等于未拉伸带的节距。因此，当带节距通过拉伸而变化时，将迫使惰轮比带运行更慢。与在驱动滑轮中一样，槽轮的宽度必须超过带齿的宽度，从而有足够用于当带处于最大拉伸时在带缠绕跨距上产生的带附加长度。
由于惰轮的低牵引特性，惰轮主要由扁平带驱动。这使得在拉长带上的进入齿不能与惰轮上的槽轮理想啮合。为了克服该问题，摩擦系数必须最小，如前面所述。另外，齿接触表面的角度可以设计成这样，在带最大拉伸时，带齿的顶端将在一些点处与滑轮槽轮驱动表面接触。这使得带齿缓慢地与滑轮槽轮啮合，同时使惰轮减速，直到形成合适啮合。在图5所示的实例中，惰轮300由带302驱动。滑轮300中的槽轮304由带302上的齿306驱动。为了保证各齿306与相应槽轮304合适啮合，槽轮的侧部有位于不同角度上的两个壁。底部壁部分308处于比上部壁部分310更陡峭的角度上。优选是，上部壁部分处于比带齿306的角度更宽的角度上。这是因为对于将已与惰轮啮合的前齿而言，必须容纳的增加距离只是产生在一个齿节距的跨距之上。
图6中所示的另一可选方案是惰轮320将包括静止盘322或臂，带简单地滑靠在该盘322或臂上。优选是，盘322的、抵靠在带上的部分涂覆有摩擦减小涂层，如上面所述。尽管该结构可能稍微增加在带和惰轮之间的摩擦，但是它很小，因为在带和惰轮之间没有齿驱动。为了容纳这些盘，纵向槽324布置成在带的有齿侧以固定增量穿过该齿，以便使带能够平滑地在静止盘上运动。使用这些盘将取消惰轮几何形状的复杂性以及用作有效跟踪装置。而且，带在静止时将不会有“爬上”这些盘的趋势，就象是平滑滑轮进行旋转。
已知带有时装备有从平滑表面向上延伸的防滑条，以便帮助保持和分离在带上的物体。在该用途中，本发明考虑利用防滑条来有利地用作位置限制器。图7表示了一种这样的用途。环形热塑性带400有在一侧的齿402和在另一侧的防滑条404。带齿402随后由驱动滑轮408上的凹口或槽轮406来顺序驱动。位置限制器410包括具有内部弯曲表面414的滑靴412。弯曲表面的至少一部分布置成靠近最佳离开点416，这样，滑靴抵靠防滑条，该防滑条再将带推靠在滑轮408上，以便使从动齿402保持啮合直到离开点。
尽管已经结合本发明的一些特定实施例特别介绍了本发明，但是应当知道，这些只是举例说明，而不是进行限定，附加权利要求的范围应当如现有技术允许而广义地解释。例如，代替在带上的齿和在滑轮上的槽，带可以有孔或凹口，而滑轮可以有成链轮形式的齿或销，以便与带中的孔或凹口啮合，并同样可以使用本发明的原理。

Claims (20)

1.一种直接驱动传送器包括：
环形热塑性带(100，208，400)；
至少一个驱动滑轮(102，202，408)，其中，带或滑轮中的一个有齿(106，306，402)，带或滑轮中的另一个有凹口(104，406)，用于当带缠绕在滑轮上直到离开点(170，216，416)时，该凹口接收齿；以及
位置限制器(200，210，212，410)，该位置限制器在离开点附近布置成抵靠带。
2.根据权利要求1所述的直接驱动传送器，其中：环形热塑性带(100，208，400)有齿(106，306，402)，驱动滑轮(102，202，408)有凹口(104，406)。
3.根据权利要求1或2所述的直接驱动传送器，其中：位置限制器(200，212，410)定位成邻近离开点(170，416)。
4.根据权利要求1或2所述的直接驱动传送器，其中：位置限制器(200″，200，410)定位在离开点(170，416)之前。
5.根据权利要求1或2所述的直接驱动传送器，其中：位置限制器(200′，410)定位在离开点(170，416)之后。
6.根据权利要求1-5中任意一个所述的直接驱动传送器，其中：位置限制器(200，210，212)是辊。
7.根据权利要求1-5中任意一个所述的直接驱动传送器，其中：位置限制器(200，210，212)是抵靠在带(100，208)上的臂。
8.根据权利要求1-5中任意一个所述的直接驱动传送器，其中：位置限制器(200，210，212)是刮板。
9.根据权利要求1-5中任意一个所述的直接驱动传送器，其中：位置限制器(410)是滑靴(412)。
10.根据权利要求1-9中任意一个所述的直接驱动传送器，其中：位置限制器(200，210，212，410)并不比驱动滑轮(102，202，408)更宽。
11.根据权利要求1-10中任意一个所述的直接驱动传送器，还包括：用于使带(100，208)和驱动滑轮(102，202)之间的摩擦最小的装置。
12.根据权利要求11所述的直接驱动传送器，其中：该使摩擦最小装置包括带(100，208)和驱动滑轮(102，202)中的一个上的摩擦减小涂层。
13.根据权利要求11所述的直接驱动传送器，其中：该使摩擦最小装置包括在带(100，208)和驱动滑轮(102，202)之间的最小接触表面(136，138)。
14.一种直接驱动传送器包括：
环形热塑性带(100，208，400)；
至少一个驱动滑轮(102，202，408)，其中，带或滑轮中的一个有齿(106，306，402)，带或滑轮中的另一个有凹口(104，406)，用于当带缠绕在滑轮上直到离开点(170，216，416)时，该凹口接收齿；以及
用于使带和驱动滑轮之间的摩擦最小的装置。
15.根据权利要求14所述的直接驱动传送器，其中：该使摩擦最小装置包括带和驱动滑轮中的一个上的摩擦减小涂层(132)。
16.根据权利要求14所述的直接驱动传送器，其中：该使摩擦最小装置包括在带和驱动滑轮之间的最小接触表面(136，138)。
17.根据权利要求1或14所述的直接驱动传送器，还包括：与驱动滑轮(102，202，408)间隔开的惰轮(103，204，206，300)。
18.根据权利要求17所述的直接驱动传送器，其中：惰轮是具有齿或凹口的滑轮(103，204，206，300)，且在该齿或凹口之间的节距等于或小于带在没有拉伸时的节距。
19.根据权利要求17所述的直接驱动传送器，其中：惰轮是具有在齿上或在凹口中的从动表面(308，310)的滑轮，其中，各从动表面有壁(308，310)，该壁有不同角度的部分。
20.根据权利要求17所述的直接驱动传送器，其中：惰轮是抵靠带的静止盘。
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