RUEDA DENTADA DE LLANTA PARA SIERRA DE CADENA
CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con una rueda dentada de llanta para accionar una cadena de sierra de una sierra de cadena, comprendiendo la cadena de sierra, por ejemplo tirantes de accionamiento central conectados a pares de tirantes laterales, ciertos de los cuales son tirantes de corte laterales y, de manera más particular, con una estructura de esa rueda dentada de llanta que usa menos material y de este modo es más ligera en peso y de igual o mayor resistencia. De manera más particular y/o adicionalmente se relaciona con el proceso para producir la rueda dentada, reduciendo a la vez la velocidad de desprendimiento.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las ruedas dentadas de llanta pueden ser descritas como si tuvieran una sección central en forma de estrella (es decir, que tienen dientes extendidos radialmente) colocados entre las paredes laterales en forma de disco. Las separaciones entre los dientes circunferencialmente, y entre las paredes laterales definen lateralmente espacios que reciben las raberas de accionamiento de los tirantes centrales de una cadena de
sierra, y las paredes laterales definen además las superficies o carriles de soporte periféricos externos que soportan los tirantes laterales de la cadena de sierra. Las ruedas dentadas tienen una abertura central en forma de ranura a través del espesor de las tres secciones que reciben un eje de accionamiento, por ejemplo de un adaptador accionado por el motor de la sierra de cadena. En un ejemplo de una sierra de cadena, el embrague centrífugo accionado por el motor se acopla a la copa y hace girar el eje adaptador para accionar, de manera giratoria, la rueda dentada de llanta y de este modo la cadena de sierra montada sobre la rueda dentada de llanta. La cadena de la sierra es por lo tanto accionada alrededor de una barra guía de la sierra de cadena para cortar árboles o leños y similares. La rueda dentada de accionamiento es un componente clave del sistema de accionamiento de la sierra de cadena y es objeto de abuso severo y rápido desgaste. Es deseable que la rueda dentada se produzca de modo que resista el abuso severo durante muchas horas de uso, por ejemplo el tiempo de vida de varias cadenas de corte y aún sea producida tan barata como sea posible. Ha sido desarrollado un proceso para producir esas ruedas dentadas. Se formó un árbol moldeado. El árbol moldeado es una forma de plástico con una sección
central vertical hecha de muchos segmentos interconectados que tienen rayos que se irradian horizontalmente. Asegurado a cada rayo se encuentra un molde de rueda dentada o forma de molde, que está en la forma de la rueda dentada de llanta a ser producida. Este árbol es cortado con cerámica y la forma de plástico es quemada dejando un molde de cerámica. Se proporcionan por lo tanto pasajes hacia el centro del árbol moldeado creado por la sección central quemada (referida como rebaba) y a través de los rayos quemados (referidos como compuerta) y hacia cada cavidad del molde de la rueda dentada. Se vierte acero fundido a través del pasaje y hacia las numerosas cavidades del molde de la rueda dentada en una sola operación. Cuando se enfría, el molde de cerámica que rodea a las ruedas dentadas solidificadas se hace removido, pero, no obstante, las ruedas dentadas permanecen interconectadas vía el acero que ha endurecido las compuertas. El acero endurecido formado en las compuertas es algunas veces referido como vastagos. Como es diseñado, el acero del vastago formado dentro de la compuerta y que está conectado a la rueda dentada es pequeño en dimensiones y la rueda dentada puede ser separada del metal endurecido formado en la rebaba. Cualquier hotón del vastago que permanezca sobre la rueda dentada puede ser desvastada fácilmente para remover
cualquier signo de la interconexión, y de este modo dejar lista la rueda dentada para el procesamiento final, por ejemplo, tratamiento térmico. El proceso como se describió tiene un número de aspectos críticos y como resultado existen problemas que son tratados aquí. El acero fundido es vertido, de manera deseable cuando a una temperatura de la masa fundida está establecida para asegurar el llenado completo del molde de las formas de molde y para asegurar una composición de acero deseada del producto final. Los vastagos generados en las compuertas deberán ser configurados para permitir una separación limpia de las ruedas dentadas solidificadas. El metal a través de la forma de la rueda dentada es, de manera preferible, uniformemente denso, es decir, libre de porosidad. Otras características deseables para la rueda dentada de llanta son que las ruedas de llanta así producidas facilitan la remoción de fragmentos de madera durante una operación de corte de madera, y que el peso de la rueda dentada se minimiza.
Breve Descripción de la Invención La presente invención se derivó de una investigación a una velocidad de desprendimiento indeseablemente alta que resultó particularmente cuando se moldearon ruedas dentadas de llanta de tamaño más
grande, por ejemplo, de más de 2.54-1.27 mm (1-1/2") de diámetro. Se determinó que la velocidad de desprendimiento más alta resultó en gran medida debido a que el metal en las compuertas se solidificó prematuramente. De este modo, se razonó que para asegurar un flujo de metal suficiente hacia las cavidades más grandes y de este modo evitar la porosidad, las compuertas o portales a través de los rayones necesitaban ser más grandes. Sin embargo, cuando se agrandaron, el vastago más grande que se formó dentro de la compuerta (permitiendo la solidificación del metal) fue más difícil se separar de la rueda dentada y dio como resultado descorchaduras adicionales de una torsión del cuerpo de la rueda dentada. Investigación adicional condujo a un intento de reducir la cantidad de metal para las ruedas dentadas de tamaño más grande para retener los portales más pequeños. La configuración de la sección central en forma de estrella y las paredes laterales con forma de disco es dictada al menos en parte por la configuración de la cadena de la sierra que esté siendo accionada. La abertura central es dictada por el adaptador montado a la copa que acciona la rueda dentada. De este modo, los intentos iniciales por reducir el volumen fueron crear canales en las paredes laterales de las secciones
laterales. Esos intentos fueron exitosos dado que el volumen del metal se redujo, dando como resultado una reducción de la velocidad de desprendimiento y se encontró que las ruedas dentadas así producidas retenían la fuerza deseada. Ese éxito inspiró intentos adicionales de reducir la cantidad de metal y las paredes laterales fueron provistas con aberturas, en la dirección axial entre los ambientes de la rueda dentada, y en la tercera etapa de desarrollo el espesor de la pared lateral sobre los dientes de la rueda dentada también se redujo. La remoción de metal descrita anteriormente y después de la prueba condujo a un descubrimiento adicional el cual fue que ciertas secciones más delgadas que forman las llantas fueron con frecuencia más fuertes que, o al menos tan fuertes que, las secciones más gruesas predecesoras . Más aún, la vida de desgaste pareció incrementarse debido a las superficies más duras resultantes en áreas críticas al esfuerzo. Se determinó que las secciones más gruesas predecesoras fueron un tanto más porosas y que esa porosidad fue un fenómeno del proceso de enfriamiento y solidificación del metal. A medida que el metal fundido se enfría, solidifica y en el proceso se contrae. De este modo, necesita ser proporcionado metal fundido adicional a través del proceso de contracción para mantener una cavidad llena de
manera más densa. Si no se crean intersticios que producen la porosidad indeseada y áreas superficiales menos duras . De los ensayos y errores anteriores se descubrió una relación crítica, es decir, una relación del área superficial de la rueda dentada que está siendo vaciada a la masa del metal necesita llenar la cavidad del molde de la rueda dentada. Más específicamente, la relación del peso, por ejemplo, gramos, el área superficial, por ejemplo, pulgadas cuadradas, deberá ser del orden de 4 a 1 o menos, es decir no mayor de aproximadamente 4 gramos de metal fundido por cada 6.45 cm2 (pulgada cuadrada) de área superficial que constituye la superficie exterior de la rueda dentada que esté siendo vaciada. Esta relación deseada es lograda vaciando el espesor de la configuración de la rueda dentada en áreas críticas sin esfuerzo, y cuando sea factible incrementando el área superficial. De observaciones de las ruedas dentadas producidas por la presente invención, el enfriamiento y solidificación más rápidos producen una rueda dentada de llanta más ligera, más barata de producir, y además se encontró que tiene una vida de desgaste más prolongada. La invención será apreciada y comprendida de manera más completa con referencia a la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas de la invención,
haciendo referencia a los dibujos acompañantes.
Breve Descripción de los Dibujos Las Figuras 1-5 son varias vistas de una rueda dentada de llanta de acuerdo con la invención: siendo la Figura 1 una vista en perspectiva; siendo la Figura 2 una vista desde un extremo; siendo la Figura 3 una vista lateral; siendo la Figura 4 una vista en corte tomada sobre las líneas de observación 4-4 de la Figura 3; y siendo la Figura 5 una vista en corte tomada sobre las líneas de observación 5-5 de la Figura 4; Las Figuras 6-9 son vistas similares de una modalidad alternativa; Las Figuras 10-14 son vistas similares de una segunda modalidad alternativa; y La Figura 15 es una vista descriptiva de una forma de árbol moldeado representativa del proceso para producir las ruedas dentadas de llanta de las Figuras 1-14.
Descripción Detallada de una Modalidad Preferida de la Invención La Figura 15 ilustra una forma de molde 10 que se creo a partir, por ejemplo de plástico, pero que también representa ruedas dentadas de llanta interconectadas siguiendo el proceso de fundición o
moldeo, como será explicado. La forma del molde 10 es encapsulada en una cerámica que resiste altas temperaturas. El encapsulamiento de la cerámica es representado por la línea punteada 15. El plástico es fundido y removido, dando como resultado un molde de cerámica que tiene cavidades complejas sustancialmente del tamaño y forma de la forma del molde 10. Se vierte el metal fundido, por ejemplo, una composición de acero, hacia abajo, a través de una rebaba central (como la representada por la flecha 12) incluye hacia fuera y a través de los portales o compuertas representados por los vastagos o porciones de vastagos 14 de la forma de molde 10 y hacia las cavidades externas representadas por las formas de molde de rueda dentada 16. Se notará que las porciones de vastago 14 que representan las compuertas o portales de la fundición del molde son sustancialmente del espesor de las paredes laterales 18 de las formas de molde de rueda dentada 16. Además se apreciará que el acero fundido (a por ejemplo 1648.88°C (3000°F) o más) fluye de las aberturas de las rebabas (12) a través de las compuertas (14) y entonces hacia numerosas configuraciones de cavidad (16) hasta que son llenadas las cavidades de la rueda dentada. Ese llenado requiere solo un muy breve periodo de tiempo. Entonces el acero fundido se enfría y a medida que se
enfría se contrae y es llevado acero fundido adicional hacia las configuraciones de las cavidades (16) a través de las compuertas (14) . En la medida en que el acero fundido adicional está disponible a través de las compuertas (14) , la densidad del acero deseada para las configuraciones de las cavidades de la rueda dentada (16) se mantiene. Si el acero fundido en las compuertas (14) solidifica y de este modo cierra las compuertas antes de que el acero fundido de las configuraciones de las cavidades de la rueda dentada (16) solidifique, la solidificación continua del acero en las cavidades dará como resultado una contracción o encogimiento del acero lo cual genera intersticios dentro del cuerpo de la rueda dentada y de este modo la porosidad indeseable. Ahora se hace referencia a las Figuras 1-5 las cuales ilustran una modalidad de la invención. Mientras que una rueda dentada de llanta típica tiene dos paredes laterales en forma de disco planas 18 separadas por una sección central en forma de estrella 20, y mientras que las periferias externa e interna de ambas paredes laterales y secciones centrales son determinadas respectivamente por la cadena de la sierra que sea accionada por la rueda dentada (véase la línea punteada 26 de la Figura 5) y el eje de accionamiento que acciona la rueda dentada (véanse las líneas punteadas 42 de la
Figura 5) , la solicitante proporciona la remoción de material de las paredes laterales pero únicamente entre las periferias externa e interna. De manera más específica y con referencia particular a la Figura 3, las porciones periféricas externa e interna 34, 36 de las paredes laterales 18 (algunas veces referidas como carriles periféricos) están interconectadas por porciones de conexión 38, porciones las cuales coinciden con los dientes de la rueda dentada 20 como se observa mejor en la Figura 1. Como se notará, los espacios definidos por las porciones 34, 36 y 38 proporcionan orificios pasantes 28. (También deberá notarse que los orificios pasantes 28 no deberán interrumpir los dientes, es decir que el borde lateral del orificio deberá estar hacia adentro del borde lateral del diente. Véase la Figura 5. De otro modo, puede producir un aumento de esfuerzo lo cual produce fisuras) . Como será evidente, esa remoción de material se efectúa disminuyendo la masa de material de la rueda dentada, proporcionando a la vez áreas superficiales recién expuestas, es decir, el área 40 que rodea los orificios pasantes 28 como se observa mejor en las Figuras 1 y 3. El objetivo de esta remoción de material es hacer disminuir la relación de masa a área superficial, por ejemplo, a no mayor de 4 gramos de masa
de material de acero por 6.45 cm2 (pulgada cuadrada) de área superficial. Como se indicó anteriormente y haciendo referencia nuevamente a las Figuras 1-5, la rueda dentada 16 está provista con orificios pasantes 18 que se extienden a todo el espesor de la rueda dentada, es decir, a través de ambas paredes laterales 18. El material de metal reside por encima, por debajo y a cada lado de los orificios pasantes de ambas paredes laterales 18. La abertura central definida por el eje de accionamiento 42 está configurada para tener hendiduras 32 que se colocan en las ranuras del eje de accionamiento 42 para transmitir la energía giratoria del motor de la sierra de cadena a las ruedas dentadas y de este modo a la cadena de la sierra 26 atrapada sobre la rueda dentada 16 como se ilustra en la Figura 5. La configuración de la rueda dentada 16 habría sido previamente considerada demasiado frágil sobre la base de las experiencias anteriores en la fundición o moldeo de ruedas dentadas de llanta. Sin embargo, como se explicó anteriormente, como resultado de la necesidad de reducir la masa y el descubrimiento resultante de que el espesor no siempre era el mejor, es decir más fuerte, de acuerdo a lo aplicado a esas fundiciones de metal (poroso contra no poroso) , se encontró que proporcionar orificios
pasantes 28, en un área de bajo esfuerzo, reduce la masa de metal que constituye la rueda dentada. Esto sin reducción en el tamaño de la rueda dentada (es decir, que tienen las mismas configuraciones periféricas interna y exterior y área superficial de contacto que se requiere para soportar y accionar una cadena de cierra) y sin sacrificio de la resistencia. El área superficial más grande y una menor masa, en particular, permite que sean producidas ruedas dentadas de tamaños más grandes, por ejemplo, de más de 3.81 centímetros (1.5 pulgadas) en diámetro, manteniendo a la vez una relación de masa a superficie deseada. A través de una experimentación exhaustiva, se ha determinado que esta relación se mantiene de manera deseable en no más de aproximadamente 4 a 1, es decir, 4 gramos de peso por cada pulgada cuadrada de área superficial. Ahora se hace referencia a la modalidad alternativa mostrada en las Figuras 6-9. Esta modalidad alternativa tiene una sola diferencia con respecto a la de las Figuras 1-5 la cual es la reducción en el espesor de las porciones de conexión 38' en comparación con las porciones de conexión 38 de las Figuras 1-5. Se apreciará que los dientes designados como 20 y las porciones de conexión 38 de la modalidad anterior son unidas o moldeadas como un componente común de la rueda dentada.
Como entre las dos modalidades, el espesor de la combinación 20, 38 se muestra en un espesor máximo en la primera modalidad (Figuras 1-5) y en aproximadamente un espesor mínimo en la segunda modalidad (Figuras 6-9) . Puede también preferirse que un espesor entre ellos podría servir mejor a las necesidades del usuario de la sierra de cadena y por lo tanto el intervalo completo de espesores como entre esos espesores máximo y mínimo es abarcado dentro de las enseñanzas de la presente descripción. Una tercera modalidad se muestra en las Figuras 10-14. En esta modalidad, el material entre las porciones periféricas 34 y las porciones periféricas internas 36 (a ambos lados) se adelgazaron, es decir, que se formó un canal o interior 44 entre las porciones periféricas interna y externa, porciones periféricas las cuales pueden algunas veces ser referidas como porciones anulares internas y externas. Como se observa mejor en las Figuras 10, 12 y 13, la provisión de ese canal produce una reducción en el material e incrementa el área superficial, por ejemplo, la adición de área de superficie de transición 46. La descripción anterior está dirigida a una modalidad preferida y sujeta a numerosas variaciones y modificaciones sin apartarse de la invención la cual es
definida por las reivindicaciones anexas a la presente, los términos de las cuales pretenden estar dotados con el significado más amplio acostumbrado en el comercio.