BR112021006736B1

BR112021006736B1 - Dispositivo e método para determinar propriedades mecânicas

Info

Publication number: BR112021006736B1
Application number: BR112021006736-1A
Authority: BR
Inventors: Andre Garcia Lima Suetti
Original assignee: Tmd Friction Services Gmbh
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2024-03-12
Also published as: CN112867915A; EP3899486A1; US11662285B2; JP2022516440A; CA3123481A1; EP3899486B1; ES2926515T3; WO2020126026A1; US20220003648A1; JP7295242B2; MX2021006792A; BR112021006736A2; DK3899486T3

Abstract

dispositivo e método para determinar propriedades mecânicas de um corpo de ensaio. a presente invenção refere-se a um dispositivo para determinar propriedades mecânicas, por exemplo, a frequência natural ou o modo de vibração de corpo de ensaio contendo componentes de materiais ferromagnéticos, em particular, uma pastilha de freio para um veículo motorizado. um atuador eletromagnético, em particular um eletroímã, é projetado para exercer uma força de atração magnética no corpo de ensaio, e o corpo de ensaio é vibrado, o espectro de vibração contendo pelo menos uma vibração de frequência natural do corpo de ensaio.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um dispositivo e a um método para determinar propriedades mecânicas, por exemplo, a frequência natural de uma amostra de teste ou um corpo de ensaio, especialmente de uma pastilha de freio para veículos motorizados, de acordo com a parte genérica da reivindicação 1 e da reivindicação 12.

[0002] As propriedades mecânicas, tal como a frequência natural ou o amortecimento modal de um componente, são empregadas, por exemplo, dentro do âmbito do controle de qualidade, durante a produção de componentes, especialmente no setor automotivo.

[0003] Os componentes, tais como, por exemplo, uma pastilha de freio para um veículo motorizado ou outras partes usadas em desenvolvimento automotivo, podem apresentar defeitos no momento da produção, que, durante operação, provocam vibrações e sobrecarga indesejáveis, e, em consequência disso, geração de ruído indesejável ou consumo de energia adicional. Essas vibrações podem ser provocadas por propriedades físicas ou geométricas alteradas, por desiquilíbrio em partes rotativas, por atrito, peso, umidade ou tensão irregulares dos componentes.

[0004] Na indústria de freios automotivos, a compressibilidade é um dos parâmetros de qualidade de pastilhas de freio. O ensaio para medir esse parâmetro, no entanto, é frequentemente muito caro e complicado, uma vez que é muito difícil implementar em uma grande linha de produção, que usa análise de compressão com base em amostragem aleatória.

[0005] De uma maneira geral, o comportamento de vibração de uma amostra de teste excitada é determinado com base na ocorrência de vibrações naturais, nas suas frequências naturais. As vibrações naturais podem apresentar diferentes modos. As frequências naturais são valores característicos de um sistema ou componente, em outras palavras, são frequências que são características para esse componente. Todas essas frequências naturais têm um modo normal associado, que é a deformação específica que o componente, a ser analisado, vai apresentar durante vibração nessa frequência. A frequência natural e o modo normal de um componente proporcionam informações do modo como um corpo ou um sistema se comporta sob carga dinâmica. Uma análise modal pode ser usada para estudar e quantificar a ocorrência de comportamento de vibração da amostra de teste por determinação das frequências naturais e dos modos normais. Os resultados da análise modal, isto é, os valores característicos, as frequências naturais e os modos normais, são parâmetros importantes para o projeto de uma estrutura em termos de cargas dinâmicas. Uma ou mais funções de transferência medidas constituem as bases do modelo modal.

[0006] Na análise modal, uma força é aplicada em um ponto da amostra de teste a ser examinada, depois, o sinal ou a reação de resposta da amostra de teste é medido em outro ponto, e a função de transferência é calculada com base nele. As denominadas formas de modos, isto é, os modos de vibração, são determinados por determinação da função de transferência em vários pontos da amostra de teste. Essas informações podem ser usadas para determinar o comportamento de vibração da amostra de teste. Os fatores decisivos para o número e a distribuição das frequências naturais da amostra de teste são a geometria e as propriedades físicas do material, isto é, o peso e a rigidez ou o amortecimento.

[0007] Para determinar os parâmetros modais, a amostra de teste a ser examinada é normalmente excitada por uma fonte de excitação adequada, por exemplo, um martelo de impacto ou um batedor eletrodinâmico ou hidráulico, que gera uma força de impulso. A força de excitação pode ser medida por uma célula de carga piezelétrica. Ao mesmo tempo, as respostas da estrutura são detectadas, por exemplo, por meio de captadores de aceleração, microfones de medida ou ainda vibrômetros a laser. As respostas de frequências ou a função de transferência entre a excitação e a resposta são calculadas por meio de uma transformação rápida de Fourier (FFT/FRF).

[0008] No método do martelo de impacto, a amostra de teste é excitada por meio de um momento, usando, de preferência, um martelo modal ou um martelo de impacto para determinar a função de transferência. Um martelo de impacto é um martelo, que é configurado para excitar a amostra de teste por aplicação de um momento. O martelo de impacto pode ser equipado com um sensor de força.

[0009] A transferência desse momento na amostra de teste pode ser examinada por meio de sensores adicionais colocados na amostra de teste. Esses exames permitem que se tirem conclusões, por exemplo, sobre as propriedades estruturais ou acústicas do objeto. Esse método pode determinar defeitos de material dentro de uma determinada amostra de teste, por exemplo, um material de construção ou algum outro material, e pode determinar o grau desses defeitos. Os martelos de impacto são usados em tecnologia de medida acústica para fins de excitar som incorporado em estrutura.

[0010] Para determinar o comportamento de transferência de determinadas amostras de teste, o martelo de impacto excita a amostra de teste com uma força progressiva, que é usualmente conhecida do sensor de força. Os captadores de som incorporado em estrutura podem determinar a vibração da amostra de teste e microfones podem detectar o som aerotransportado emitido. O comportamento de transferência da amostra de teste pode ser calculado com base nesses sinais medidos.

[0011] Um impulso de força ideal é quase que infinitamente pequeno em termos de tempo e tem uma amplitude infinita, desse modo, gerando uma densidade de potência espectral constante por todas as frequências.

[0012] A amostra de teste deve ser posicionada de um modo tal que possa vibrar livremente para obter ótimos resultados. De uma maneira geral, é suspensa elasticamente ou ainda colocada em uma almofada de espuma.

[0013] Para evitar ruídos perturbadores, por exemplo, em um veículo motorizado, são utilizados métodos complexos, por exemplo, para freios de atrito de veículos motorizados, que, durante a operação, são conhecidos por ter uma tendência de gerar ruídos irregulares percebidos pelas pessoas como desagradáveis. Se a frequência das vibrações que ocorrem fica dentro da amplitude das frequências naturais de componentes de freios de grandes tamanhos ou de todo o sistema de frenagem, esses componentes ou o sistema são excitados e recebem vibrações tendo grandes amplitudes de deslocamento, do tipo que ocorre com as vibrações ressonantes no caso de um grau relativamente pequeno de amortecimento. As ondas de pressão resultantes disso, na atmosfera ambiente, são percebidas por audição humana como ruídos perturbadores. Como uma contramedida, as propriedades físicas, bem como a geometria da pastilha de freio e o seu projeto, são adaptados de um modo tal a eliminar a ocorrência de vibrações indesejáveis no maior grau possível. No entanto, isso é também difícil de atingir e ainda que isso aconteça é apenas em um grau inadequado.

[0014] O pedido de patente alemã DE 199 03 757 A1 propõe, por exemplo, que a energia de vibração, que é introduzida em um componente de freio ou embreagem - no caso de pelo menos uma frequência de excitação induzida por atrito do freio de atrito ou da embreagem de atrito - seja convertida por excitação de pelo menos um ressoador, que é conectado ao componente e cuja primeira frequência natural é ajustada ao valor da frequência de excitação e cuja superfície não é suficiente para transferir ruídos pelo ar. Por essa razão, um dos componentes é conectado a pelo menos um ressoador, cuja primeira frequência natural é ajustada a uma frequência de excitação induzida por atrito do sistema de frenagem ou de embreagem e cuja superfície não é suficiente para transferir ruídos pelo ar.

[0015] Os sensores de vibração são normalmente utilizados de modo que as vibrações de um componente possam ser detectadas já antes da instalação dele, por exemplo, em um veículo motorizado. Para analisar uma amostra de teste, essa é normalmente removida de uma linha de produção industrial e depois, é apenas submetida a uma análise. Consequentemente, devido à complexidade do método de medida, tudo isso que é conduzido é uma inspeção aleatória de componentes individuais.

[0016] O pedido de patente alemã DE 248 438 A1 descreve, por exemplo, um método para um ensaio não destrutivo de objetos em forma de disco. Uma peça de trabalho a ser testada é feita para vibrar por meio de uma batida contra sua superfície. Um captador de vibração é usado para detectar as vibrações mecânicas da peça de trabalho e convertê-las em sinais elétricos de vibração. Esses sinais elétricos de vibração são alimentados a um medidor de nível de som por impulso. Após amplificação e filtragem repetidas, um sinal de voltagem de frequência alternada ponderada, bem como um valor efetivo de voltagem contínua, são gerados, que são alimentados a um circuito de avaliação, no qual são avaliados eletronicamente. A peça de trabalho a ser testada é montada em que uma maneira que seja livre de amortecimento e tensão nos pontos nodais de vibração, que surgem da excitação por vibração. O excitador de vibração pode ser configurado como um corpo de pêndulo com uma esfera de aço endurecido embutida, que depois colide com a superfície da peça de trabalho, desse modo, conferindo ao corpo vibrações livremente imergentes e gerando, simultaneamente, um som.

[0017] O pedido de patente alemã DE 10 2016 221 761 A1 descreve um método e um dispositivo para manejar as propriedades dinâmicas de um componente de máquina vibrante. Um aparelho de análise monitora a vibração do componente de máquina em tempo real. Se as propriedades dinâmicas do componente de máquina ficarem abaixo ou próximas de um valor-limite, o aparelho de análise então proporciona uma indicação em tempo real que a vibração do componente de máquina está próxima do valor-limite. O aparelho de análise recebe as propriedades dinâmicas do componente de máquina, com base em dados de vibração, que está abaixo e perto de um valor-limite. Uma mudança nas propriedades dinâmicas influencia quão próxima a vibração está do seu valor-limite.

[0018] O relatório descritivo da patente europeia EP 0 906 560 B1 descreve um método e um dispositivo para determinar não destrutivamente a rigidez, a resistência mecânica e/ou as propriedades estruturais de um objeto em teste. Para esse fim, o objeto em teste é colocado em um aparelho de teste, tendo um braço articulado e um percutor. O percutor provoca vibração livre no objeto em teste com pelo menos uma vibração ressonante natural, de modo que as propriedades mecânicas do objeto em teste possam ser determinadas por determinação das vibrações.

[0019] Finalmente, o pedido de patente alemã DE 10 2014 116 034 A1 descreve um dispositivo e um método para determinar as propriedades mecânicas de um objeto em teste flexível, o dito dispositivo compreendendo um primeiro elemento retentor, com o qual o objeto em teste pode ser retido destacável e firmemente em uma primeira posição, bem como um segundo elemento retentor, com o qual o objeto em teste pode ser retido destacável e firmemente em um lado, que é oposto ao primeiro lado. O primeiro elemento retentor é conectado a um primeiro atuador, por meio do qual excitações mecânicas podem ser introduzidas no objeto em teste. Além do mais, o dispositivo compreende uma unidade de controle, que serve para controlar o atuador, bem como um sistema de sensor óptico para executar uma varredura 3D da superfície do objeto em teste, enquanto no seu estado preso. As propriedades mecânicas do objeto em teste são determinadas por meio de uma análise modal, utilizando uma primeira e uma segunda unidades de avaliação.

[0020] Um pré-requisito para conduzir uma análise modal e para, subsequentemente, obter as frequências naturais das amostras de teste individuais é que a amostra de teste tem que estar no denominado "estado de vibração livre", durante a medida. Isso significa que o objeto em teste é isolado dinamicamente do meio físico, e qualquer contato do objeto em teste com outras superfícies é eliminado. No caso ideal, o objeto em teste precisa estar no denominado "estado flutuante". Os métodos da técnica anterior para determinar as frequências naturais, no entanto, envolvem a suspensão do objeto em teste usando fios ou filamentos flexíveis, ou ainda a colocação do objeto em teste em mantas de espuma usualmente macias, de modo que esse "estado flutuante" não seja atingido.

[0021] Uma deficiência dos métodos e dos dispositivos conhecidos do estado da técnica, é que, devido à complexidade do método de medida, não é possível testar todos os componentes, por exemplo, em uma linha de produção. Tudo que ocorre é uma análise de objetos em teste individuais, que, por exemplo, precisam ser removidos de uma linha de produção para serem testados. Por essa razão, esse método de teste é muito complexo e gera apenas resultados de amostragem aleatórios.

[0022] Outra deficiência dos métodos e dos dispositivos conhecidos do estado da técnica é que os instrumentos de medida, utilizados neles, não têm quaisquer partes móveis, que são especialmente sujeitas a falhas. Em particular, os atuadores de impacto da técnica anterior usam um sistema de ímãs com pistões móveis.

[0023] Antes do contexto das desvantagens descritas acima, a invenção é baseada no objeto de colocar antes um dispositivo e um método para determinar propriedades mecânicas, por exemplo, a frequência natural ou o modo de vibração natural de uma amostra de teste contendo componentes de material ferromagnético, de modo a permitir uma determinação segura e rápida das propriedades mecânicas da amostra de teste.

[0024] Esse objeto é atingido por meio de um dispositivo para determinar propriedades mecânicas de uma amostra de teste, de acordo com a reivindicação 1, e por meio de um método, de acordo com a reivindicação 12.

[0025] A invenção refere-se a um dispositivo para determinar propriedades mecânicas, por exemplo, a frequência natural, o amortecimento modal ou o modo de vibração natural de uma amostra de teste contendo componentes de material ferromagnético, especialmente, em uma pastilha de freio para um veículo motorizado.

[0026] De acordo com a invenção, um atuador eletromagnético, especialmente um eletroímã, é proporcionado para exercer uma força de atração magnética na amostra de teste, de modo que o atuador exerça um impulso de força, que confere vibrações à amostra de teste, cujo espectro contém pelo menos uma vibração de frequência natural da amostra de teste.

[0027] O atuador eletromagnético exerce uma força de atração magnética na amostra de teste, de modo que esta seja atraída na direção do atuador eletromagnético, se a força de atração magnética tiver sido dimensionada adequadamente. Essa força de atração magnética é configurada de tal modo que a amostra de teste colida com o atuador, de modo que o impulso de força seja exercido na amostra de teste, em consequência do que as excitações mecânicas são introduzidas na amostra de teste.

[0028] A duração da força de atração magnética é configurada de modo que a amostra de teste, que fica normalmente em uma bancada de trabalho ou móvel em uma correia transportadora de uma linha de produção industrial, é atraída para cima para o atuador situado acima da dita amostra de teste, de modo que o impulso de força possa ser aplicado.

[0029] Por essa razão, no momento do impulso de força, a amostra de teste fica em um denominado "estado flutuante", isto é, fica dinâmica relativa ao meio físico. Consequentemente, não há qualquer necessidade que a amostra de teste seja suspensa ou ainda amortecida por meio de mantas de espuma ou assemelhados, como é conhecido do estado da técnica. Isso é porque o dispositivo pode ser instalado em processos industriais compreendendo linhas de produção, bancadas de trabalho, etc., de modo que os pré-requisitos de um estado de vibração livre sejam satisfeitos.

[0030] Uma vez que, diferentemente dos atuadores de impacto da técnica anterior equipados com pistões móveis, o dispositivo não tem quaisquer partes móveis, o tempo de vida útil do dispositivo é completamente mais longo e, além do mais, tem uma construção simples.

[0031] Devido à invenção, é também possível conduzir um teste de frequência natural, que é baseado em um teste de amostra de teste e que pode ser implementado rapidamente e eficiente em custo e, especialmente, vantajosamente, em cem por cento dos componentes durante produção em grande escala, particularmente, na produção de pastilhas de freio. Por essa razão, a presente invenção promove uma contribuição essencial à automação e à padronização do teste modal de amostras de testes ferromagnéticas. Afinal de contas, a frequência natural ou o amortecimento das amostras de teste podem ser utilizados em cem por cento dos componentes manufaturados, em vez de meramente em amostras individuais.

[0032] Como mencionado, um eletroímã pode ser proporcionado para atrair a amostra de teste. O uso de um eletroímã para excitar as frequências naturais na amostra de teste é vantajoso uma vez que sua força magnética, bem como sua duração, podem ser ajustadas de modo que, ainda que a amostra de teste seja atraída para a cabeça de atuação, é impedida de aderir no eletroímã, e uma excitação dentro da faixa de frequências de até aproximadamente 10 kHz é possível. Além do mais, o controle do eletroímã impede que a amostra de teste colida na cabeça de atuação muitas vezes.

[0033] A duração do impacto da amostra de teste na cabeça de atuação é relativamente curta e fica dentro da faixa de centésimos de um segundo ou de milissegundos.

[0034] De acordo com uma primeira concretização vantajosa da invenção, o atuador é disposto de modo a ficar suspenso oposto à amostra de teste no estado inicial, especialmente, por meio de um dispositivo de retenção. O termo estado inicial significa que não há qualquer força de atração magnética do atuador agindo na amostra de teste, de modo que esta pode se manter intacta sobre um substrato. O dispositivo de retenção, tendo o atuador, pode ser usado particularmente facilmente em uma linha de produção existente para fins de garantia de qualidade, pelo fato de que o dispositivo é disposto em um mecanismo de transporte, especialmente, uma correia transportadora, de um modo tal que, durante a operação, o atuador, que é disposto de modo a ficar suspenso acima das amostras de teste, especialmente, sobre o dispositivo de retenção, propicie uma medida de todas as amostras de teste que passam pelo atuador.

[0035] Uma vez que o atuador eletromagnético é disposto de modo a ficar suspenso, existem condições de vibração livre para a amostra de teste, quando esta entra em contato com o atuador no momento do impulso de força. Afinal de contas, a amostra de teste é posta em um estado flutuante pela força de atração magnética no momento do impulso de força, de modo que não haja necessidade para qualquer meio de retenção, tais como cabos elásticos ou almofadas de espuma.

[0036] De acordo com uma variante vantajosa da invenção, o atuador é mantido sobre o dispositivo de retenção por meio de pelo menos um elemento de amortecimento. Esse elemento de amortecimento pode ser configurado como uma arruela para amortecer as vibrações geradas no dispositivo, de modo que um alto nível de estabilidade é garantido para o dispositivo durante a operação.

[0037] Em outra concretização vantajosa da invenção, um mecanismo de transporte é proporcionado para transportar várias amostras de teste dispostas uma depois das outras pelo dispositivo. O atuador exerce, ciclicamente, a força de atração magnética na amostra de teste. Como mencionado, o dispositivo de retenção pode ser integrado em uma linha de produção industrial. Normalmente, durante a produção dos componentes em uma linha de produção industrial, eles são transportados, por exemplo, dispostos uns depois dos outros em uma correia transportadora, especialmente para serem transportados de uma etapa de fabricação à seguinte. Ao final do processo de fabricação ou ainda para fins de uma análise intermediária dos componentes, o dispositivo, de acordo com a invenção, pode ser empregado nessa linha de produção para garantir que todos os componentes transportados nela sejam analisados.

[0038] Quando um componente passa pelo dispositivo, o atuador é ativado de modo que a força de atração magnética seja exercida no componente, atraindo-o para o atuador para introduzir o impulso de força. Geralmente, durante esse tempo, os outros componentes continuam a ser movimentados por meio do mecanismo de transporte. Após a análise da amostra de teste, o atuador é desenergizado de modo que a amostra de teste é recolocada sobre o mecanismo de transporte e é transportada adicionalmente.

[0039] Devido à aplicação cíclica da força de atração magnética nas amostras de teste, estas podem ser transportadas continuamente adicionalmente pelo mecanismo de transporte. Um pré-requisito para isso é que a distância entre as amostras de teste adjacentes tem que ser selecionada de um modo tal que todas as amostras de teste possam ser analisadas e as amostras de teste individuais não colidam entre si, se a amostra de teste seguinte já estiver passando pelo dispositivo, enquanto uma análise de uma amostra de teste ainda estiver ocorrendo.

[0040] Para evitar erros de medida e defeitos durante a análise, o mecanismo de transporte pode ser feito de um material não ferromagnético. Isso impede especialmente que partes do mecanismo de transporte, por exemplo, a correia transportadora, delas mesmo serem atraídas ou levantadas devido à ação da força de atração magnética.

[0041] De acordo com outra concretização vantajosa da invenção, o atuador tem uma cabeça de atuação para introduzir o impulso de força na amostra de teste. O movimento, a forma, o peso e a rigidez da cabeça de atuação são especificados de tal modo que um impacto físico adequado na amostra de teste, em termos dos teores de frequência e energia, seja obtido. A cabeça de atuação pode ter, especialmente, uma seção de projeção, de modo a permitir uma introdução virtualmente puntiforme do impulso de força, de modo que a amostra de teste impactada apresente um espectro de vibração claramente detectável.

[0042] Devido ao seu momento de impacto, a cabeça de atuação produz um espectro contínuo, estável. Esse espectro pode ser adaptado à faixa de frequências relevante por uso de cabeças de atuação adequadas. A cabeça de atuação pode ser configurada de modo que seja essencialmente em forma abobadada ou em forma de pirâmide. A duração ou o modo do espectro de excitação resulta do peso e da rigidez da cabeça de atuação, bem como de sua estrutura. No caso de uma estrutura dura, que é excitada por uma cabeça de atuação relativamente pequena, é basicamente a rigidez da cabeça de atuação que influencia o espectro. O uso de cabeças de atuação feitas de vários materiais possibilita adaptar o espectro do excitador à faixa de frequências que vai ser examinada.

[0043] A cabeça de atuação pode ser feita, essencialmente, por exemplo, de aço ou plástico ou borracha. Por um lado, isso garante que a qualidade do impulso de força na amostra de teste é suficiente, e, ao mesmo tempo, também garante boa durabilidade da cabeça de atuação.

[0044] De acordo com outra concretização da invenção, uma unidade de sensor, especialmente, um microfone ou um vibrômetro a laser, é proporcionada para detectar, óptica e/ou acusticamente as vibrações de frequências naturais da amostra de teste excitada.

[0045] Um vibrômetro a laser é um instrumento de medida que serve para quantificar vibrações mecânicas. Pode ser usado para medir a frequência de vibrações e a amplitude de vibrações. A luz de laser é focalizada na superfície que vai ser examinada. Devido ao efeito Doppler, a frequência da luz de laser dispersa na parte traseira se desloca quando a superfície a ser testada se movimenta, por exemplo, quando a amostra de teste vibra. Esse deslocamento de frequência é avaliado no vibrômetro utilizando um interferômetro e depois transmitido como sinais de voltagem ou como um fluxo de dados digitais. Esses vibrômetros são usados, por exemplo, no campo automotivo para medir os modos de vibração dos componentes individuais ou mesmo dos veículos como um todo.

[0046] Um disparador dessa unidade de sensor pode ser sincronizado com o início do impulso de força. Por essa razão, de acordo com outra variante vantajosa, o dispositivo pode ter uma unidade de controle para controlar o atuador e/ou sincronizar a unidade de sensor com a introdução do impulso de força na amostra de teste.

[0047] De acordo com outra concretização vantajosa da invenção, a unidade de sensor tem um sensor de força para medir uma função de força. O atuador de acordo com a invenção não é proporcionado apenas para detectar as frequências naturais da amostra de teste. Também pode ser proporcionado para um sensor de força, que é conectado em série com o atuador, a ser usado para detectar a função de força durante o impulso de força. O sensor de força pode ser disposto no lado de colisão da cabeça de atuação. A medida do sinal de força proporciona informações sobre a força e o espectro do impulso de força. O sinal do microfone ou do vibrômetro a laser pode ser matematicamente harmonizado com o sinal do sensor de força, por exemplo, para corrigir as excitações irregulares.

[0048] Em um refino da invenção, um meio de avaliação é proporcionado para comparar, calcular e/ou checar os dados, que foram preferivelmente medidos por meio da unidade de sensor e/ou armazenados. Os dados podem ser armazenados para fins de garantia de qualidade, bem como para determinar o processo de fabricação.

[0049] Uma medição online conduz uma avaliação de cada componente para checar se esse componente é isento de falhas ou se apresenta um defeito. Os componentes defeituosos podem ser removidos do processo de produção adicional por meio de um aparelho de ejeção.

[0050] De acordo com uma ideia independente da invenção, um método é evidenciado para determinar as propriedades mecânicas, por exemplo, a frequência natural, o amortecimento do modo de vibrações normais de uma amostra de teste contendo componentes de material ferromagnético, especialmente, uma pastilha de freio para um veículo motorizado, utilizando um dispositivo como descrito acima, com o que uma força de atração magnética é exercida na amostra de teste para introduzir um impulso de força na amostra de teste de modo a conferir a ela vibrações, cujo espectro contém pelo menos uma vibração de frequência natural da amostra de teste.

[0051] Devido à força de atração magnética, a amostra de teste é movimentada na direção do atuador, especialmente na direção de uma cabeça de atuação do atuador, desse modo, entrando em contato com ela, de modo que o impacto na amostra de teste ocorra por meio de um impulso de força da amostra de teste contra a cabeça de atuação.

[0052] Em uma primeira concretização vantajosa do método de acordo com a invenção, condições de vibração essencialmente livre estão presentes na amostra de teste, no momento do efeito da cabeça de atuação.

[0053] De acordo com outra concretização vantajosa da invenção, as frequências naturais, pertencentes a uma vibração natural da amostra de teste, são medidas, e as frequências naturais medidas são comparadas com valores de referência.

[0054] Em outra variante da invenção, uma comparação dos valores medidos com os valores de referência checa se são iguais, o que é depois usado como base para determinar os valores para compressibilidade da amostra de teste.

[0055] Outros objetos, vantagens, aspectos e possibilidades de aplicação da presente invenção resultam da descrição abaixo de uma concretização, com referência ao desenho. Nesse contexto, todos os aspectos descritos e/ou ilustrados, por eles mesmos ou em qualquer combinação significativa, constituem o objeto da presente invenção, também independentemente da compilação deles nas reivindicações ou nas reivindicações às quais se referem.

[0056] Nesse contexto, mostra-se sempre esquematicamente a seguir: Figura 1 - o dispositivo para determinar as propriedades mecânicas de uma amostra de teste em uma primeira posição: a) em uma vista seccional pelo topo; e b) em uma vista seccional do topo; Figura 2 - o dispositivo mostrado na Figura 1 a) em uma segunda posição; e Figura 3 - um diagrama de circuito esquemático do dispositivo mostrado na Figura 1.

[0057] Com o intuito de clareza, os componentes idênticos, ou aqueles tendo o mesmo efeito, são dotados com os mesmos números de referência nas figuras do desenho mostrado abaixo.

[0058] A Figura 1 mostra um dispositivo 10 para determinar propriedades mecânicas, por exemplo, a frequência natural, o amortecimento ou o modo de vibração natural, de uma amostra de teste 1 contendo componentes de material ferromagnético, especialmente, uma pastilha de freio para um veículo motorizado. Um atuador eletromagnético 2, especialmente, um eletroímã 4, é proporcionado para exercer uma força de atração magnética na amostra de teste 1.

[0059] Essa força de atração magnética é dimensionada de modo que a amostra de teste 1 seja atraída na direção do atuador 2, de modo que, devido à força de atração magnética, o atuador 2 exerce um impulso de força na amostra de teste 1. O impulso de força confere à amostra de teste 1 vibrações, cujo espectro contém pelo menos uma vibração de frequência natural da amostra de teste 1.

[0060] Como se pode notar nas Figuras 1 e 2, o atuador 2 é disposto de modo a ficar suspenso oposto à amostra de teste 1 por meio de um meio de retenção 11. Na presente concretização, o atuador 2 é fixado com um parafuso 12 no meio de retenção 11, de modo que o atuador 2, na sua posição operacional, seja suspenso acima dos componentes ou da amostra de teste, que vão ser checados.

[0061] O atuador 2 é também retido no dispositivo de retenção 11 por meio de dois elementos de amortecimento 9. Esses elementos de amortecimento 9 podem ser configurados como arruelas, para amortecer as vibrações geradas pelo impulso de força dentro do dispositivo 10, de modo que um alto nível de estabilidade é garantido para o dispositivo 10, durante a operação.

[0062] O atuador 2 tem uma cabeça de atuação 3, que serve para introduzir o impulso de força na amostra de teste 1. Devido ao momento de impacto, essa cabeça de atuação 3 produz um espectro contínuo, estável. A cabeça de atuação 3 pode ser configurada de modo que seja essencialmente em forma abobadada ou em forma de pirâmide. A duração ou o modo do espectro de excitação resulta do peso e da rigidez da cabeça de atuação 3, bem como de sua estrutura.

[0063] O uso de cabeças de atuação 3, feitas de vários materiais, possibilita adaptar o espectro do excitador à faixa de frequências que vai ser examinada.

[0064] A cabeça de atuação 3 pode ser feita essencialmente, por exemplo, de aço ou plástico ou borracha.

[0065] O dispositivo de retenção 11, tendo o atuador 2, pode ser usado em uma linha de produção industrial existente para fins de garantia de qualidade de componentes, pelo fato que o dispositivo é disposto, por exemplo, em um mecanismo de transporte, especialmente, uma correia transportadora.

[0066] No momento da ativação do atuador 2, a força de atração magnética age na amostra de teste 1, atraindo-a na direção do atuador 2 suspenso, em outras palavras, para cima, como mostrado na Figura 2. Se a força de atração magnética tiver sido dimensionada adequadamente, a amostra de teste 1 colide com a cabeça de atuação 3 do atuador 2, de modo que o impulso de força seja exercido na amostra de teste 1, e as excitações mecânicas são introduzidas na amostra de teste 1. A duração do impacto da amostra de teste 1 contra a cabeça de atuação 3 é relativamente curta e fica dentro de uma faixa de centésimos de um segundo ou de milissegundos.

[0067] Uma vez que o atuador 2 é disposto de modo a ficar suspenso, existem condições de vibração livre para a amostra de teste 1, quando a amostra de teste 1 entra em contato com o atuador 2. No fim das contas, a amostra de teste 1 é colocada em um denominado estado flutuante no momento do impulso de força. Nesse estado flutuante, a amostra de teste 1 é isolada dinamicamente do meio físico e não fica em contato com quaisquer outras superfícies. Por essa razão, não há qualquer necessidade para uma colocação em suspensão ou elástica da amostra de teste 1 por meio de almofadas de espuma ou assemelhados.

[0068] O uso de um eletroímã 4, para excitar as frequências naturais na amostra de teste 1, é vantajoso, uma vez que a grandeza da força de atração magnética, bem como a duração da ativação, podem ser ajustadas de um modo tal que, embora a amostra de teste 1 seja atraída na direção da cabeça de atuação 3, é impedida de aderir ao eletroímã 4. Além do mais, o controle do eletroímã 4 impede que a amostra de teste 1 colida com a cabeça de atuação 3 muitas vezes.

[0069] Quando se destina a processos de produção industrial, o dispositivo 10 pode ser integrado muito fácil e efetivamente em linhas de produção existentes. Normalmente, essas linhas de produção têm um mecanismo de transporte para transportar vários componentes dispostos uns após os outros.

[0070] Por meio do atuador 2 de um dispositivo 10, que tenha sido assim integrado, a força de atração magnética, necessária para um impulso de força, é exercida na amostra de teste 1 a ser analisada. Durante esse tempo, as outras amostras de teste 1, que ainda estão presentes no mecanismo de transporte, são avançadas por meio do mecanismo de transporte. Após o impulso de força na amostra de teste 1 ter sido executado, o atuador 2 é desenergizado, de modo que a amostra de teste 1 recua no mecanismo de transporte e é transportada adicionalmente antes da próxima amostra de teste ser atraída magneticamente.

[0071] Devido à aplicação cíclica da força de atração magnética nas amostras de teste 1, elas podem ser transportadas continuamente pelo mecanismo de transporte. Um pré-requisito para isso é que a distância entre as amostras de teste 1 adjacentes precisa ser selecionada de um modo tal que as amostras de teste 1 não colidam entre si, por exemplo, se a amostra de teste 1 seguinte já estiver passando pelo dispositivo 10, enquanto uma análise de uma amostra de teste 1 estiver em curso.

[0072] Para evitar erros de medida e defeitos durante a análise, o mecanismo de transporte pode ser feito de um material não ferromagnético.

[0073] Como mostra a vista esquemática representada na Figura 3, uma unidade de sensor 5 serve para detectar, óptica e/ou acusticamente as frequências naturais das vibrações de frequências naturais da amostra de teste excitada 1. A medida da vibração da amostra de teste 1 pode ser conduzida por meio de uma unidade de sensor 5, tal como, por exemplo, um sensor de vibração, especialmente, um microfone ou um vibrômetro a laser. O disparador desse sensor 5 pode ser sincronizado com o início do impulso de força. Por essa razão, o dispositivo 10 pode ter uma unidade de controle 6 para controlar o atuador 2 e/ou sincronizar a unidade de sensor 5 com a introdução do impulso de força na amostra de teste 1.

[0074] Além disso, a unidade de sensor 5 pode ter um sensor de força 7 para medir uma função de força. Esse sensor de força 7 pode ser conectado em série com o atuador 4 para detectar a função de força durante o impulso de força. A medida do sinal de força proporciona informações sobre a força e o espectro do impulso de força. Por exemplo, o sinal do microfone ou do vibrômetro a laser pode ser matematicamente harmonizado com o sinal do sensor de força 7 para corrigir as excitações irregulares.

[0075] Para fins de avaliação dos dados medidos, uma unidade de avaliação 8 é proporcionada, na qual os dados medidos são comparados com dados de referência, que, por exemplo, tinham sido armazenados previamente, para determinar se uma amostra de teste 1 analisada apresenta um defeito e precisa possivelmente ser segregada. Além do mais, os dados medidos podem ser convertidos e/ou checados na unidade de avaliação 8.

[0076] Se a amostra de teste 1 for uma pastilha de freio, que tem uma placa portadora de pastilha de freio com um revestimento de atrito disposto nela, a amostra de teste é atraída magneticamente com a placa portadora de pastilha de freio na direção da cabeça de atuação 3 do atuador 2, de modo que o impulso de força seja introduzido no lado da placa portadora da pastilha de freio. Isso faz com que a pastilha de freio vibre. Essas vibrações são então analisadas, como já descrito acima. Com base nas frequências naturais da pastilha de freio assim medidas, poder ser tiradas conclusões sobre a compressibilidade da pastilha de freio e sobre o estado dela. Essa medida permite uma avaliação de cada componente de se é isenta de falhas ou se apresenta um defeito. Os componentes defeituosos podem ser removidos do processo de produção adicional por meio de um aparelho de ejeção.

[0077] Os dados medidos ou calculados podem ser utilizados para monitorar um processo de fabricação, para segregar componentes que ficam fora de uma banda de dispersão definida ou ainda para detectar falhas.

[0078] Não é necessário remover as pastilhas individuais para conduzir uma análise de qualidade, uma vez que todas as pastilhas são checadas pelo dispositivo para determinar suas propriedades mecânicas.

[0079] Portanto, com base na invenção, é possível conduzir um teste em frequência natural, que pode ser implementado rapidamente e eficiente em custo e, especialmente, vantajosamente, em cem por cento dos componentes durante produção em grande escala, particularmente, na produção de pastilhas de freio. Por essa razão, a presente invenção promove uma contribuição à automação e à padronização do teste modal de amostras de teste ferromagnéticas 1. LISTA DOS NÚMEROS DE REFERÊNCIA 1 - amostra de teste 2 - atuador eletromagnético 3 - cabeça de atuação 4 - eletroímã 5 - unidade de sensor 6 - unidade de controle 7 - sensor de força 8 - unidade de avaliação 9 - elemento de amortecimento 10 - dispositivo 11 - dispositivo de retenção 12 - parafuso

Claims

1. Dispositivo (10) para determinar propriedades mecânicas, por exemplo, a frequência natural, o amortecimento ou o modo de vibração natural de uma amostra de teste (1), contendo componentes de materiais ferromagnéticos, que é configurado como uma pastilha de freio para um veículo motorizado, caracterizado pelo fato de que um atuador eletromagnético (2), especialmente, um eletroímã, é proporcionado para exercer uma força de atração magnética na amostra de teste (1), em que devido à força de atração magnética, a amostra de teste (1) é movimentada na direção da cabeça de atuação (3) do atuador (2) e entrando em contato com ela de modo que o atuador (2) por meio da cabeça de atuação (3) inicia um impulso de força na amostra de teste (1) e que confere vibrações à amostra de teste (1), cujo espectro contém pelo menos uma vibração de frequência natural da amostra de teste (1).

2. Dispositivo (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o atuador (2) é disposto a ficar suspenso oposto à amostra de teste (1) no estado inicial por meio de um dispositivo de retenção (11).

3. Dispositivo (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o atuador (2) fica retido no dispositivo de retenção (11) por meio de pelo menos um elemento de amortecimento (9).

4. Dispositivo (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que um mecanismo de transporte é proporcionado para transportar várias amostras de teste (1), dispostas umas depois das outras pelo dispositivo (10), e o atuador (2) exerce ciclicamente a força de atração magnética na amostra de teste (1).

5. Dispositivo (10), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de transporte é feito de um material não ferromagnético.

6. Dispositivo (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que uma unidade de sensor (5), especialmente, um microfone ou um vibrômetro a laser, é proporcionada para detectar óptica e/ou acusticamente as vibrações de frequências naturais da amostra de teste (1) excitada.

7. Dispositivo (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a unidade de sensor (5) tem um sensor de força (7) para medir uma função de força com o tempo, durante o impulso.

8. Dispositivo (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que uma unidade de controle (6) é proporcionada para controlar o atuador (2) e/ou sincronizar a unidade de sensor (5) com a introdução do impulso de força na amostra de teste (1).

9. Dispositivo (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um meio de avaliação (8) é proporcionado para comparar, calcular e/ou checar dados, que tenham sido, de preferência, medidos por meio da unidade de sensor (5) e/ou armazenados.

10. Dispositivo (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a cabeça de atuação (3) é configurada de modo a ser essencialmente em forma abobadada ou em forma de pirâmide.

11. Método para determinar propriedades mecânicas, por exemplo, a frequência natural, o amortecimento ou o modo de vibração natural de uma amostra de teste (1), contendo componentes de materiais ferromagnéticos, que é configurado como uma pastilha de freio para um veículo motorizado, tendo um dispositivo (10), como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que uma força de atração magnética é exercida na amostra de teste (1), em que devido à força de atração magnética, a amostra de teste (1) é movimentada na direção da cabeça de atuação (3) do atuador (2) e entrando em contato com ela, para introduzir um impulso de força na amostra de teste (1), de modo a conferir a ela vibrações, cujo espectro contém pelo menos uma vibração de frequência natural da amostra de teste (1).

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que condições de vibração essencialmente livres estão presentes na amostra de teste (1), no momento da ação da cabeça de atuação (3).

13. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que as frequências naturais, que pertencem a uma vibração natural da amostra de teste (1), são medidas e as frequências naturais medidas são comparadas com valores de referência.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma comparação dos valores medidos com os valores de referência checa se são iguais, o que é depois usado como uma base para determinar os valores para a compressibilidade da amostra de teste (1).