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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft eine modulare Förderkette, und insbesondere
ein verbessertes Kettenglied zur Verwendung beim Aufbau einer modularen
Förderkette.
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Fertigungs-
und Produktionseinrichtungen verwenden modulare Förderketten,
um Erzeugnisse oder Gegenstände
der Produktion von einer Stelle zu einer anderen zu transportieren.
Herkömmliche
modulare Förderketten
bestehen typischerweise aus vielen thermoplastischen Kettengliedern
oder Modulen. Die die modulare Förderkette
bildenden Glieder weisen typischerweise mehrere beabstandete Gliedenden
auf, die mit komplementär
beabstandeten Gliedenden, die von einem Glied oder von Gliedern
in einer angrenzenden Reihe vorstehen, ineinander greifen. Die einzelnen
Kettenglieder besitzen üblicherweise
eine gleiche Breite und können
in einer ziegelsteinartigen Anordnung angeordnet werden. Die ineinander
greifenden Gliedenden werden durch einen Verbindungsstift miteinander
verbunden oder eingehängt,
der ein Verdrehen der angrenzenden Kettenglieder zueinander ermöglicht.
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Die
Kettenglieder werden typischerweise miteinander verbunden, um eine
Endlosförderkette
zu bilden, die üblicherweise
durch eine Antriebszahnrolle angetrieben wird. Die modularen Förderketten
sind Zugkräften
unterworfen, welche versuchen, die einzelnen Kettenglieder zu trennen,
wenn die Kette belastet wird.
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Herkömmliche
Kettenglieder sind typischerweise aus einem Thermoplast (z.B. Acetal,
Polyester, Nylon oder Polypropylen) gefertigt. Die Wahl des für das Kettenglied
verwendete Polymers hängt üblicherweise von
den in dem Kettenglied gewünschten
physikalischen Eigenschaften ab (d.h. einer hohen Zugfestigkeit,
einer hohen Zeitfestigkeit, einer geringen Reibung, einer chemischen
Widerstandsfähigkeit
und/oder einer Eignung zur Verwendung unter extrem wechselnden Temperaturen).
Die Zugfestigkeit und Zeitfestigkeit des Kettengliedes sind besonders
wichtig, weil ein Kettenglied mit diesen verstärkten mechanischen Eigenschaften die
Gesamtzugfestigkeit der modularen Förderkette erhöht und eine
Kettendehnung bei Belastung reduziert.
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Modulare
Förderketten
werden häufig
verwendet, um Waren von einer Stelle zu einer anderen Stelle zu
tragen, wobei die Temperatur der Umgebung an den zwei Stellen deutlich
unterschiedlich ist. Die einzelnen Kettenglieder dehnen sich aus,
wenn sich die Temperatur der Kette erhöht, und sie ziehen sich zusammen, wenn
die Temperatur der Kette sinkt. Wenn sich die einzelnen Kettenglieder
ausdehnen oder zusammenziehen, schwankt die Gesamtlänge der
Förderkette
als Ergebnis eines hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der
den meisten Thermoplasten zu eigen ist, deutlich.
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Eine
typische Anwendung, bei der ein modularer Fördergurt extrem wechselnden
Temperaturen unterworfen ist, ist in einer Förderkette, die zum Transportieren
von Dosen oder Flaschen durch Pasteurisierapparate in Brauereien
verwendet wird. Die hohen Temperaturen in einem Pasteurisierapparat
in Kombination mit der langsamen Bewegung der Dosen oder Flaschen
durch den Pasteurisierapparat, wenn die Kette unter einer Zugbelastung
steht, können
eine Dehnung der Kette verursachen, so dass das Bodenteil einer
Endlosförderkette
durchhängt.
Diese Kettendehnung kann auch die Funktion der Wechselwirkung zwischen
der Antriebszahnrolle und den Kettengliedern beeinflussen. Außerdem kann
das Durchhängen
in Doppeldeck-Fördersystemen
so stark werden, dass das Bodenteil des oberen Förderbandes einer Endlosförderkette
auf einer unteren Förderkette
positionierte Flaschen stört.
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Ein
bekanntes Verfahren zum Erhöhen
der Zugfestigkeit und der Zeitfestigkeit der gesamten modularen
Förderkette
besteht in der Verwendung von Metallverbindungen in Kombination
mit den thermoplastischen Kettengliedern. Die Kombination von thermoplastischen
Kettengliedern und Metallverbindungen lässt die Belastungen auf das
modulare Förderband
hauptsächlich
durch die Metallverbindungen tragen. Eines der mit dem Kombinieren
von Verbindungen aus zwei unterschiedlichen Materialien zum Bilden
eines modularen Förderbandes
zusammenhängend
Probleme besteht darin, dass aufgrund der Unterschiede des Elastizitätsmoduls,
des Reibungskoeffizienten und des Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen den thermoplastischen Kettengliedern und den Metallverbindungen
signifikante Biegebeanspruchungen in den thermoplastischen Kettengliedern
existieren.
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Kunststoffhersteller
haben die Zugfestigkeit von Thermoplasten durch Hinzugeben von Füllstoffen
zu dem Polymer bei der Herstellung des Rohpolymers erhöht. Der
Füllstoff
hat typischerweise die Form langer Fasern. Hersteller von mit langen
Fasern verstärkten
Thermoplasten, wie beispielsweise Ticona und DuPont, stellen ihren
Kunden Fachliteratur zu Verfügung,
die angibt, dass eine Erhöhung
der Füllstoffmenge
im Rohpolymer die Zugfestigkeit des geformten Polymers erhöht. Die
Fachliteratur stellt auch Ergebnisse von Zugversuchen bereit, die
an unterschiedlichen Thermoplasten durchgeführt wurden, in denen der Anteil
des Füllstoffes
im Polymer variiert. Die Tests wurden entsprechend ASTM-Standards
durchgeführt
und zeigen, dass die Zugfestigkeit der Thermoplasten mit Erhöhung des
Gewichtsanteils des Füllstoffes
im Rohpolymer steigt. Die Fachliteratur zeigt die Testergebnisse
für Polymere,
die bis zu 60 Gew.-% Füllstoff
im Polymer enthalten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist ein verbessertes Kettenglied zur Verwendung
bei der Konstruktion einer modularen Förderkette. Das Kettenglied
enthält
mehrere beabstandete Gliedenden, die von dem Körper des Kettengliedes vorstehen.
Die Gliedenden sind so ausgebildet, dass sie mit komplementär beabstandeten
Gliedenden, die von einem Glied oder von Gliedern in einer angrenzenden
Reihe vorstehen, ineinander greifen. Die Gliedenden enthalten Öffnungen,
die axial ausgerichtet sind und so ausgebildet sind, dass sie einen
Verbindungsstift aufnehmen, der durch die Öffnungen läuft, um das Glied mit einem
angrenzenden Kettenglied oder angrenzenden Kettengliedern drehbar
zu verbinden. Das Kettenglied ist aus einem Polymer spritzgegossen,
das einen Füllstoff,
vorzugsweise Glasfasern, enthält,
der die mechanischen Eigenschaften des Kettengliedes verbessert.
Die Menge des Füllstoffes
in dem gegossenen Thermoplastmaterial soll die Zeitfestigkeit und
die Zugfestigkeit des gegossenen Kettengliedes in Umgebungen maximieren,
in denen die Temperatur deutlich schwanken kann. Das Kettenglied
weist basierend auf dem Gewicht des gegossenen Kettengliedes Füllstoff
zwischen 10 und 20 Gew.-% auf. Der Füllstoff hat die Form langer
Litzen, die eine Länge
zwischen 0,318 cm (0,125 Inch) und 1,27 cm (0,5 Inch) besitzen.
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Das
modulare Kettenglied ist aus einem starkbasischen Polymer spritzgegossen,
um dem Kettenglied reichlich Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit
zu verleihen. Außerdem
werden die Glieder vorzugsweise in einem Stempel mit einer relativ
hohen Temperatur gegossen, weil sich während des Gießens nahe
der Oberfläche
des Gliedes eine Schicht aus ungefülltem Polymer bildet und ein
Erhöhen
der Temperatur des Stempels die Schicht dicker werden lässt. Ein
Positionieren der Fasern so weit wie möglich von der Oberfläche des
Gliedes entfernt ist entscheidend, weil die Fasern sehr abrasiv
sein können
und beim Einsatz der modularen Förderkette üblicherweise
ein Punktkontakt zwischen den Verbindungsstiften und den Innenkanten
der Gliedenden existiert. Der Punktkontakt resultiert in einem signifikanten
Maß an
Relativbewegung zwischen den Verbindungsstiften und den Gliedenden.
Diese Art Bewegung kann einen extremen Abrieb verursachen, insbesondere
wenn sich die abrasiven Füllstoffe
nahe der Außenseite
der Glieder befinden. Ein höherer
Abrieb reduziert die Betriebslebensdauer der modularen Förderkette.
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Bei
herkömmlichem
Spritzgießen,
bei dem heißes
flüssiges
Elastomermaterial um ein Hindernis in der Gießform (z.B. einem Kernstift)
strömt,
treffen sich zwei Fließfronten
mit einer teilweise verfestigten Hautoberfläche. Wo sich die Hautoberflächen treffen,
wird eine weniger homogene Mischung des Polymers gebildet. Die Bereiche,
wo sich die Oberflächen
treffen, werden herkömmlicherweise
als Schweißlinien
oder Fließlinien bezeichnet.
Die mechanischen Eigenschaften des gegossenen Kettengliedes an diesen
Schweißlinien
sind deutlich verschlechtert, insbesondere die Zugfestigkeit, die
Steifigkeit, die Zeitfestigkeit und die Schlagzähigkeit.
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Die
Orientierung der Fasern im gegossenen Kettenglied kann durch Fixieren
der Einläufe,
die das flüssige
Polymer in den Formstempel einleiten, in einer bestimmten Anordnung
manipuliert werden. Die Einläufe an
dem Formstempel sind vorzugsweise derart fixiert, dass die Fasern
im Kettenglied im wesentlichen in der gleichen Richtung wie die
Transportrichtung der modularen Förderkette orientiert sind.
Eine Orientierung der Fasern im modularen Kettenglied in der Richtung
des Kettentransports erhöht
deutlich die Zugfestigkeit und die Zeitfestigkeit einer modularen
Förderkette,
die aus den einzelnen Kettengliedern zusammengesetzt ist.
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Ein
Ziel dieser Erfindung ist es, ein Kettenglied zur Verwendung beim
Aufbau einer modularen Förderkette
vorzusehen, das eine Oberfläche
mit geringer Reibung, eine hohe Zugfestigkeit, eine hohe Zeitfestigkeit, einen
minimalen Wärmeausdehnungskoeffizienten
und ein stabileres Elastizitätsmodul
bei steigenden Betriebstemperaturen aufweist. Ein Erhöhen der
Festigkeit der modularen Thermoplast-Förderketten ist kritisch, weil viele
Förderanwendungen
eine hochfeste Förderkette
erfordern.
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Ein
weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, ein Kettenglied zur
Verwendung beim Aufbau einer modularen Förderkette vorzusehen, das eine
erhöhte
Zeitfestigkeit und Zugfestigkeit über einen Bereich von Betriebstemperaturen
hat. Eine Erhöhung
des Arbeitsbereichs von Betriebstemperaturen, in dem eine modulare
Förderkette
effektiv funktionieren kann, erlaubt eine Verwendung der Kette in
einer größeren Anzahl
von Anwendungen.
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Ein
weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, ein Kettenglied zur Verwendung
bei der Konstruktion einer modularen Förderkette vorzusehen, das effektiver
bei den Anwendungsarten ist, bei denen modulare Förderketten
typischerweise benutzt werden.
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Modulare
Förderketten
werden typischerweise in Pasteurisierapparaten, Flaschen- und Dosenwärmapparaten,
industriellen Mikrowellenöfen,
Schrumpfverpackungstunneln und Gefrierapparaten verwendet.
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Ein
noch weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer modularen
Förderkette,
die einer Dehnung aufgrund einer mechanischen Belastung in einer
Vielzahl von Umgebungsbedingungen einschließlich hohen Temperaturen und
Korrosionsumgebungen widersteht.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann bei Betrachtung
der folgenden detaillierten Beschreibung, der Ansprüche und
der Zeichnungen offensichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Teilexplosionsdarstellung eines Teils einer
modularen Förderkette.
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2 ist
eine Ansicht eines Teils der modularen Förderkette von 1 von
unten.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Herkömmliche
modulare Förderketten
enthalten mehrere Reihen von modularen Thermoplast-Kettengliedern.
Ein Teil einer typischen modularen Förderkette ist in 1 gezeigt.
Ein die vorliegende Erfindung verkörperndes modulares Kettenglied 13 ist
ineinander greifend mit einem im wesentlichen identischen angrenzenden
Kettenglied 15 dargestellt. Ein Verbindungsstift 17 verbindet
das Kettenglied 13 drehbar mit dem angrenzenden Kettenglied 15.
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Das
Kettenglied 13 weist typischerweise einen Gliedkörper 16 auf,
der eine Reihe von Gliedenden 25 enthält, die sich von abgewandten
Seiten des Gliedkörpers 16 erstrecken.
Die Gliedenden 25 sind in Querrichtung voneinander beabstandet,
um dazwischen eine Reihe von Zwischenräumen 27 zu definieren.
Die Reihen von Gliedenden 25 enthalten Öffnungen 33, die zueinander
axial ausgerichtet sind. Die Öffnungen 33 in
den Gliedenden 25 können
zylindrisch oder in Transportrichtung des modularen Fördergurtes
länglich
sein.
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Das
angrenzende Kettenglied 15 hat vorzugsweise die gleiche
Form wie das Kettenglied 13. Das angrenzende Kettenglied 15 enthält auch
eine Reihe von Gliedenden 65, die axial voneinander beabstandet
sind, um eine Reihe von Zwischenräumen 67 zu definieren.
Die Reihe von Zwischenräumen 67 ist
so ausgebildet, dass sie die Reihe von Gliedenden 25 an
einer Seite des Kettengliedes 13 aufnimmt. Die Gliedenden 65 erstrecken
sich in die Zwischenräume 27 zwischen
den Gliedenden 25 des Kettengliedes 13. Die Gliedenden 65 in
dem angrenzenden Glied 15 enthalten ebenfalls Öffnungen 69,
die axial zueinander sowie zu den Öffnungen 33 im Kettenglied 13 ausgerichtet
sind, wenn das angrenzende Glied 15 mit dem Kettenglied 13 zusammengesetzt
ist. Die Öffnungen 69 können zylindrisch
oder in Transportrichtung der modularen Förderkette langgestreckt sein.
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Die
modularen Kettenglieder können
jede herkömmliche
Form annehmen. Eine herkömmliche
Gliedform ist in den
1 und
2 dargestellt.
Andere typische Kettenglied-Konstruktionen
sind in den beiden
US-Patenten
Nr. 5,335,768 und
5,215,185 der
Anmelderin der vorliegenden Erfindung beschrieben und dargestellt.
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Das
Kettenglied der vorliegenden Erfindung besteht aus einem spritzgegossenen
Polymer mit einem dem Polymer zugegebenen Füllstoffmaterial, um die Festigkeit
und andere Eigenschaften des Polymers zu steigern. Das Glied 13 enthält basierend
auf dem Gewicht des gegossenen Kettengliedes weniger als 30 Gew.-%
des Füllstoffes;
und vorzugsweise zwischen 5 und 25 Gew.-%; und bevorzugter zwischen
10 und 20 Gew.-%.
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Wie
zuvor erwähnt,
wird der Füllstoff
vorzugsweise in Form von Glasfasern verwendet, obwohl auch rostfreier
Stahl, Aramid und Kohlenstofffasern verwendet werden können. Die
Fasern sind vorzugsweise 0,318 cm (1/8 Inch) bis 1,27 cm (1/2 Inch)
lang und sind im gegossenen Kettenglied bevorzugt in der gleichen
Richtung wie die Transportrichtung der modularen Förderkette
orientiert. Die Transportrichtung der Kette ist mit X bezeichnet
(siehe 2).
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In
einer bevorzugten Form der Erfindung wird das Basispolymer des Kettengliedes
aus Acetal geformt. In anderen Anordnungen kann das Kettenglied
aus anderen gießfähigen Polymermaterialien,
die zum Formen von Kettengliedern verwendet werden, geformt werden.
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Die
von den Kunststoffherstellern veröffentlichte Fachliteratur widerspricht
den beanspruchten Prozentzahlen. Die Literatur enthält Testergebnisse
für entsprechend
ASTM-Standards durchgeführte Tests,
die zeigen, dass die Zugfestigkeit eines gefüllten Polymerprodukts mit steigendem
Gewichtsanteil des Füllstoffmaterials
im Kunststoff steigt. Jedoch ist dies nicht der Fall, wenn ein gefülltes Polymer
zum Formen von modularen Kettengliedern zur Verwendung beim Aufbau
einer modularen Förderkette
benutzt wird. Wie zuvor erwähnt,
werden die mechanischen Eigenschaften der Kettenglieder besser,
wenn das Kettenglied basierend auf dem Gewicht des gegossenen Kettengliedes
weniger als 30 Gew.-% Füllstoff
enthält;
und vorzugsweise zwischen 5 und 25 Gew.-%; und bevorzugter zwischen
10 und 20 Gew.-%. Eine Maximierung der gewünschten mechanischen Eigenschaften
der Kettenglieder erhöht
die Gesamtfestigkeit der modularen Förderkette.
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Das
Bestimmen der Effektivität
der Verwendung von thermoplastischen Kettengliedern mit weniger
als 30 Gew.-% Füllstoff
wurde durch Zugversuche an Kettengliedern durchgeführt, bei
denen der Gewichtsanteil des Füllstoffes
in den Gliedern von einer Testkette zu der anderen variierte.
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Jede
Testkette enthielt sieben Kettenglieder, die 15,24 cm (sechs Inch)
breit waren. Die Kettenglieder wurden mittels Verbindungsstiften
zusammengesetzt, die auf 17,78 cm (sieben Inch) Länge geschnitten
waren. Die Glieder wurden aus mit langen Glasfasern gefülltem Celstran®-Polypropylen,
hergestellt von Ticona aus Winona, MN, geformt, und die verwendeten
Stifte waren zieh-stranggepresste PBT-Stangen mit einem Durchmesser
von 0,64 cm (1/4 Inch). Drei unterschiedliche Testketten wurden
bei jeder Temperatur (21,11°C (70°F), 60°C (140°F) und 82,22°C (180°F)) getestet,
um einen Durchschnittswert zu bestimmen.
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Der
Test wurde durch Einsetzen einer Testkette in die Zugtestvorrichtung
und Legen der anderen zwei Testketten auf den Boden der Testkammer
ausgeführt.
Alle drei Testketten wurden vor dem Test der ersten Testkette für wenigstens
eine Stunde auf 21,11°C
(70°F) gehalten.
Nach dem Testen der ersten Testkette, wurde die nächste vorgewärmte Testkette
befestigt und vor dem Test für
etwa 15 Minuten bei 21,11°C
(70°F) gehalten.
Nach Beendigung des zweiten Tests wurde die letzte Testkette befestigt
und vor dem Testen für
etwa 15 Minuten bei 21,11°C
(70°F) gehalten.
Dieser Testablauf wurde für
die Testketten bei 60°C
(140°F)
und 82,22°C
(180°F)
wiederholt. Die Ergebnisse dieser Tests sind unten angegeben.
| | durchschnittliche |
| Material | Grenzzugfestigkeit
(lb) |
| | 70°F | 140°F | 180°F |
| 0%
Glas | 2.410 | 1.380 | 995 |
| 5%
Glas | 3.010 | 2.065 | 1.815 |
| 10%
Glas | 3.135 | 2.355 | 1.935 |
| 20%
Glas | 3.185 | 2.335 | 1.890 |
| 30%
Glas | 2.705 | 2.010 | 1.640 |
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Es
existiert auch eine typische Korrelation zwischen der Zugfestigkeit
eines Materials und der Zeitfestigkeit eines Materials. Wenn das
Material eine hohe Zugfestigkeit aufweist, besitzt das Material
typischerweise auch eine hohe Zeitfestigkeit. Deshalb sollte basierend
auf den durch Kunststoffhersteller gemäß ASTM-Standards durchgeführten Zugprüfungen die
Zeitfestigkeit der modularen Kettenglieder höher sein, wenn die Glieder
aus Thermoplasten geformt sind, die einen höheren Gewichtsanteil des Füllstoffes
enthalten (wenigstens bis zu 60 Gew.-% gemäß der veröffentlichten Fachliteratur).
Jedoch beweisen die Dauerversuche an modularen Kettengliedern, die
aus einem gefüllten
Polymer mit weniger als 30 Gew.-% Füllstoff geformt sind, dass
die Zeitfestigkeit (zusätzlich
zu der Zugfestigkeit) von modularen Kettengliedern größer ist,
wenn die Kettenglieder aus einem Polymer geformt sind, das weniger
als 30 Gew.-% Füllstoff
aufweist.
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Die
Dauerversuche wurden an Testketten durchgeführt, die 15 Kettenglieder enthielten.
Die Kettenglieder wurden mittels Verbindungsstiften zusammengesetzt,
die auf eine Länge
von 7 Inch geschnitten waren. Die Glieder waren aus mit langen Glasfasern
verstärktem
Celstran
®-Polypropylen
von Ticona gegossen, und die verwendeten Stifte waren zieh-stranggepresste
PBT-Stangen mit einem Durchmesser von ¼ Inch. Die zum Verbinden
der angrenzenden Kettenglieder benutzten Stifte wurden durch Aufsteckmuttern
auf den Enden der Stifte zurückgehalten.
Die Tests wurden bei unterschiedlichen Belastungsniveaus auf die
thermoplastischen Testketten durchgeführt, bei denen der Gewichtsanteil
des Füllstoffes
in den geformten Kettengliedern für jedes Belastungsniveau variiert
worden ist. Es wurde bei jedem Belastungsniveau eine Testkette für jeden
der getesteten unterschiedlichen Gewichtsanteile des Füllstoffes
analysiert. Die Dauerbruchwerte sind in der Tabelle unten gezeigt.
| Belastung
(lb) | Zyklen bis
zum Bruch |
| | 5% | 10% | 20% | 30% |
| 2.000 | 6.250 | 8.230 | 10.700 | 1.500 |
| 1.500 | 112.400 | 110.700 | 83.500 | 33.900 |
| 1.000 | 897.000 | 1.182.000 | 66.700 | 437.000 |
| 800 | – | – | – | 912.000 |
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben gezeigten und beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt, alternative
Ausführungsbeispiele
sind für
den Fachmann offensichtlich und liegen im Schutzumfang der vorliegenden
Erfindung. Insbesondere ist es für
den Fachmann offensichtlich, Kettenglieder mit anderen Konstruktionen
zu benutzen. Deshalb soll die Erfindung nur durch die folgenden
Ansprüche
beschränkt sein.