ES2251346T3 - Dispositivo para la medicion de la interaccion entre superficies y muestras de caucho. - Google Patents

Abstract

Aparato para probar compuestos de neumático, que comprende un tambor de carretera (3) y un espécimen (5) que gira alrededor de respectivos ejes (X, Y) paralelos y que están en contacto de rodadura entre sí, medios de accionamiento (4, 6) para la rotación del tambor de carretera y el espécimen, caracterizado por el hecho de que dichos medios comprenden un grupo de accionamiento del espécimen (6) en el que hay un husillo (62) accionado por un motor (60), en el que el husillo está alojado de manera giratoria en una carcasa (63) y el motor está fijado en un asiento de cesta (64) solidario con la carcasa para formar un cuerpo rígido con el mismo, estando soportado este cuerpo de una manera inactiva respecto al eje (Y) de rotación del espécimen.

Description

Dispositivo para la medición de la interacción entre superficies y muestras de caucho.

La invención se refiere a aquellos aparatos que en la industria de los neumáticos se usan para probar el comportamiento de los compuestos de caucho, en conexión con su rodadura sobre superficies con diferentes características morfológicas.

Los aparatos considerados en la presente descripción consisten esencialmente en un llamado "tambor de carretera", es decir, un tambor cilíndrico motorizado con un diámetro del orden de 70-100 cm, sobre el que un rodillos de dimensiones menores (generalmente con un diámetro no mayor de una quinta parte del tambor de carretera) que constituye el espécimen y que tiene una porción radialmente externa que, sobre un espesor preferiblemente no menor de 2 mm, está hecha con el compuesto vulcanizado que se ha de examinar.

El espécimen también se acciona y haciéndolo que ruede alrededor del tambor de carretera, es posible analizar el comportamiento del compuesto que se examina según diferentes situaciones operativas que se pueden simular con el aparato, por ejemplo con un deslizamiento relativo y/o con ángulos de deriva ajustados.

De esta manera se puede estudiar el comportamiento de un compuesto bajo condiciones de contacto de rodadura puro entre el tambor de carretera y el espécimen o cuando hay un deslizamiento relativo entre los mismos o cuando la inclinación del espécimen respecto al tambor de carretera es tal como para reproducir las condiciones a las cuales se somete el compuesto de la banda de rodadura del neumático durante las curvas.

Además, en algunas máquinas más complejas, las pruebas se pueden realizar pulverizando agua, polvo y/o otros elementos en la zona donde hay contacto entre el tambor y el espécimen, simulando así completamente aquellas situaciones que se pueden producir en la realidad.

La presente invención está basada en la concepción del solicitante de que, precisamente en un contexto de este tipo, los aparatos conocidos hasta ahora no son satisfactorios.

Incluso, se ha de tener en cuenta que el rodillo que forma el espécimen que se ha de probar está usualmente montado sobre el extremo de un husillo que gira alrededor de un eje paralelo al del tambor de carretera.

Este husillo se acciona de una manera conocida por sí misma, en el lado opuesto respecto al espécimen; sin embargo, para accionarlo en un ambiente que está expuesto a agua o los otros elementos mencionados anteriormente, se requieren algunas precauciones: incluyendo estas últimas el uso de cojinetes sellados.

Estos cojinetes, sin embargo, producen una fricción inevitable que es opuesta a la rotación del husillo, alterando así de manera significativa las mediciones realizadas; este es el caso en particular de la evaluación de las torsiones que actúan respecto al eje de rotación del husillo.

La patente US 5.481.907 y la solicitud de patente UK 2 104 010 describen aparatos de prueba para neumáticos en los que un neumático que gira loco que se ha de probar rueda sobre la superficie de un tambor de carretera: estos aparatos no proporcionan información sobre el comportamiento del compuesto de caucho del neumático.

El objetivo de la presente invención es, por lo tanto, proporcionar un aparato para probar especímenes de compuestos de caucho de neumáticos, que tienen unas características estructurales y operativas tales como para superar los inconvenientes citados.

Según un primer aspecto, la invención se refiere a un aparato para probar compuestos de neumáticos, que comprende un tambor de carretera y un espécimen que gira alrededor de respectivos ejes paralelos y en contacto de rodadura entre sí, medios de accionamiento para la rotación del tambor de carretera y el espécimen, caracterizado por el hecho de que estos medios comprende un grupo de accionamiento del espécimen en el que hay un husillo accionado por un motor, en el que el husillo está alojado de manera giratoria en una carcasa y el motor está fijo en un asiento de cesta solidario con la carcasa para formar un cuerpo rígido con la misma, estando soportado este cuerpo de una manera inactiva respecto al eje de rotación del espécimen.

Otras características de un aparato de este tipo se indican en las reivindicaciones adjuntas.

La invención se entenderá más claramente a la vista de la descripción que se proporciona a continuación, que se refiere a una realización preferida pero no limitativa representada en los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 muestra una vista lateral, con una parte retirada, de un aparato según la invención;

- la figura 2 muestra una vista en planta del aparato de la figura 1;

- la figura 3 muestra una vista seccionada a lo largo de la línea III-III en la figura 2; y

- la figura 4 muestra un detalle del aparato según las figuras anteriores.

Con referencia a estos dibujos, la referencia numérica 1 indica todo el aparato según la invención.

Dicho aparato comprende una estructura de soporte 2 formada por una serie de montantes y piezas transversales que soportan un tambor de carretera 3 con el grupo de accionamiento 4 activo alrededor de un eje de rotación X, y un espécimen 5 accionado mediante un grupo 6 activo respecto al eje de rotación
Y.

Según una realización preferida, la superficie externa del tambor de carretera 3 está dividida en bandas circunferenciales (en este caso tres, cuyas trayectorias están indicadas mediante líneas de trazos en la figura 2) que tienen diferentes grados de rugosidad por las razones que quedarán más claras posteriormente.

El grupo de accionamiento 4 del tambor de carretera 3 comprende un motor eléctrico 40 del tipo sin escobillas, un engranaje de reducción 41 y un dispositivo de frenado 42, que están todos alineados a lo largo del eje X.

El grupo de accionamiento 6 del espécimen 5 se muestra en detalle en las figuras 2, 3 y 4.

Este grupo también comprende un motor eléctrico 60 del tipo sin escobillas que está conectado a la salida mediante una unión 61 a un husillo 62, en cuyo extremo está montado el espécimen 5.

Tal como puede apreciarse a partir de la figura 4, la unión 61 y el husillo 62 están alojados en el interior de una carcasa cilíndrica cerrada 63 que, en su extremo opuesto al que está situado el espécimen 5, está unido a un asiento de cesta 64 donde está situado el motor eléctrico 60, formando un único cuerpo rígido con el mismo.

El motor 60 está fijado a las paredes internas del asiento de tipo cesta que, estando abierto en su parte superior, facilita su ventilación; el husillo 62 sobre el que el espécimen 5 está montado, sin embargo, está soportado en el interior de la carcasa 63 para girar libremente alrededor del eje Y, mediante dos cojinetes 65.

El cuerpo rígido formado por la carcasa 63 y el asiento de cesta 64 es libre de girar alrededor del eje Y gracias a dos cojinetes de baja fricción 66a, 66b, uno de los cuales está colocado en el extremo más alejado del espécimen 5 y el otro coaxialmente con uno de los cojinetes 65 que soportan el husillo 62 en el interior de la carcasa 63.

El asiento de cesta 64 también tiene, montado sobre el mismo, un brazo 67 que sobresale radialmente una longitud predefinida y soporta, sobre su extremo libre, una célula de carga 68 en forma de un medidor de tensión diseñado para detectar las fuerzas que actúan respecto al eje Y.

Básicamente, como la longitud del brazo 67 es conocida, las fuerzas medidas por la célula que siguen a las pequeñas rotaciones de la cesta 64 (y la carcasa 63) provocadas por el motor 60 fijado sobre la misma, se pueden convertir fácilmente en un valor de torsión multiplicándolo por la longitud conocida del brazo 67.

Por supuesto, esto será verdadero para rotaciones de una magnitud (del orden de 0,001 radianes) tal que la no linealidad de los desplazamientos en el extremo del brazo 67 sobre el que está montado la célula 68 no afecte al correcto funcionamiento de este último.

También debe indicarse que, según una realización preferida, la célula de carga 68 es del tipo pretensado para eliminar la imprecisión en las mediciones provocada por cualquier juego entre la propia célula y el brazo de soporte.

El grupo de accionamiento del espécimen 5 descrito anteriormente está soportado por la estructura 2 de una manera equilibrada gracias a un sistema de montaje que se describe posteriormente.

El cuerpo formado por la carcasa 63 y el asiento de cesta 64 está montado sobre un marco que comprende un elemento longitudinal 70 que se extiende paralelo al eje Y y dos placas 71a, 71b, que son transversales al elemento longitudinal y están fijadas a su extremo; los cojinetes 66a, 66b que soportan el cuerpo citado anteriormente están respectivamente montados en estas placas.

Para el montaje del cojinete 66a en la placa frontal 71a, es decir, la asociada con la carcasa 63 donde está alojado el husillo 62, está previsto un manguito 73, que está fijado sobre la parte frontal de dicha carcasa mediante tornillos (ver la figura 4).

Para proteger este manguito contra agua, polvo y los otros agentes usados durante las pruebas realizadas con el aparato 1, se prevé un sello 74 en este ejemplo. Dicho sello consiste en un casquillo que está hecho de caucho u otro material equivalente y está encajado alrededor de la carcasa 63 y la parte del manguito 73 adyacente a la misma.

El peso del grupo operativo 6 y el marco de soporte asociado está equilibrado mediante un contrapeso 75, cuya posición a lo largo de una varilla graduada 76 se varía manualmente mediante una rueda de mano 77 asociada con un tornillo de accionamiento 78.

Más específicamente, el elemento longitudinal 70 junto con las placas 71 que soportan el grupo de accionamiento 6 están soportadas mediante un puente 80 de la estructura de soporte 2 del aparato.

Para este propósito, el elemento longitudinal 70 está provisto longitudinalmente de una guía de espiga 81 acoplada de manera deslizante con dos abrazaderas de mordaza 82 que están fijadas al puente 80.

Este último también tiene, montado sobre el mismo, un motor 85 con un engranaje de reducción asociado para el accionamiento de un tornillo 86, con el que un cursor 87 rígidamente conectado al elemento longitudinal 70 está asociado (ver la figura 2); tres interruptores de proximidad para detener el cursor en las posiciones correspondientes indicadas mediante A, B y C en los dibujos están situados sobre el tornillo 86.

En el lado opuesto, el cursor 87 es solidario con la varilla graduada 76 sobre la que se mueve el contrapeso 75.

Como puede verse a partir de los dibujos, una abrazadera 90 también está atornillada sobre el elemento longitudinal 70 y sirve como elemento para conectar el sensor de carga 68 al marco que soporta el grupo operativo 6 del espécimen.

El aparato en este ejemplo está provisto de un dispositivo de amortiguación de las vibraciones que comprende una palanca 91 que está fijada en un extremo al puente 80 y que tiene, montado sobre su extremo opuesto, un dispositivo de amortiguación viscoso 93 que consiste en un disco 94 desplazable en el interior de una cámara cilíndrica 95.

Tal como puede apreciarse a partir de la figura 1, el tambor de carretera 3 y el espécimen 5 del aparato 1 están situados en el interior de una cámara 100 en la que están instaladas las diferentes boquillas 101 para suministrar agua y otros materiales usados durante las pruebas (en la figura 1 solamente una de dichas boquillas se ha mostrado por motivos de simplicidad).

Para completar la descripción proporcionada anteriormente se ha de añadir que, desde un punto de vista funcional, los dos motores eléctricos 40 y 60 se controlan para permitir la posibilidad de ajustar la relación deseada entre la velocidad de rotación del tambor de carretera 3 y del espécimen 5, dependiendo del tipo de pruebas que se han de realizar (rodadura pura, deslizamiento positivo o negativo, etc.).

Más específicamente, los motores citados anteriormente están vinculados de manera operativa entre sí; esto es posible por el hecho de haber usado motores eléctricos del tipo que se pueden controlar electrónicamente, tal como en particular, motores sin escobillas.

Ventajosamente, en este caso el motor 40 del tambor de carretera es el motor maestro, mientras que el motor del espécimen 5 es el esclavo, de manera que las respectivas velocidades de rotación tienen una relación relativa seleccionada dependiendo del tipo de control que se haya seleccionado.

Preferiblemente, esta relación puede variar entre 0 e infinito: en otras palabras, todas las condiciones de ajuste que varían entre una primera situación límite (tambor de carretera girando/espécimen en reposo) y la situación límite opuesta (tambor de carretera en reposo/espécimen girando) son posibles.

Preferiblemente, el tambor de carretera tiene solamente una dirección de rotación, es decir, en sentido horario o antihorario, mientras que el espécimen puede girar en ambas direcciones.

En combinación o como alternativa a la velocidad de rotación, también es posible vincular la posición (es decir, el ángulo correspondiente a la rotación realizada) del motor del espécimen con el motor del tambor de carretera.

Preferiblemente, los sensores usados en el aparato son codificadores absolutos o incrementales.

Básicamente, por lo tanto, la relación de transmisión de los dos husillos que acciona el tambor de carretera y el espécimen se determinará mediante el ajuste de los dos motores 40 y 60.

Obviamente, para esta operación, el aparato 1 está provisto de una unidad electrónica de control central (la figura 1 muestra parcialmente el cableado para la conexión a esta unidad) que realiza la función de ajustar los parámetros operativos (tensión, corriente, etc.) de los motores para realizar los ciclos de prueba deseados.

En esta conexión debe indicarse que con el aparato según la invención es posible realizar ciclos de prueba complejos tales como, por ejemplo, aquellos con inversión automática del movimiento de deslizamiento entre el espécimen y el tambor de carretera (de positivo a negativo y viceversa), aquellos con variación periódica de dicho movimiento de deslizamiento, o aquellos con aplicación de una torsión predefinida sobre el espécimen y similares.

Estos importantes resultados son posibles gracias al uso de motores que están enlazados operativamente entre sí y se pueden controlar electrónicamente, como en el caso de los motores eléctricos sin escobillas mencionados.

Hablando operativamente, el aparato descrito anteriormente, por lo tanto, está programado al inicio de cada ciclo de prueba para realizar las diferentes etapas operativas requeridas.

El tambor de carretera 3 y el espécimen 5 se han giran a continuación mediante los respectivos grupos 4 y 6 dependiendo de las señales de entrada procesadas por los medios de control electrónicos mencionados anteriormente.

De esta manera se realizan las diferentes pruebas (prueba de rodadura, prueba de deslizamiento, prueba con aplicación de la torsión ajustada, etc.) y se miden las variables experimentales tales como la fuerza existente entre el espécimen y el tambor de carretera, el aumento en la temperatura de superficie del caucho, la velocidad y similares.

Estas pruebas se pueden realizar en seco, mojado y condiciones mixtas, así como con diferentes rugosidades de la superficie gracias a la especial configuración del tambor de carretera, cuya superficie externa está dividida en diferentes bandas circunferenciales, y gracias a la posibilidad de mover el espécimen 5 tangencialmente respecto al mismo.

En relación con esto puede verse cómo el funcionamiento del motor 85 produce el desplazamiento del cursor 87 a lo largo del tornillo 86, en una de las posiciones predefinidas A, B y C; como el cursor está fijado de manera rígida al elemento longitudinal 70, se mueve de manera solidaria con el mismo con el grupo de accionamiento 6 del espécimen 5. Debe indicarse cómo, durante esta operación, el movimiento del elemento longitudinal está guiado por el acoplamiento entre su guía de espiga 81 y las abrazaderas de mordaza 82 colocadas sobre el puente 80.

Siguiendo el desplazamiento, el espécimen se mueve hacia delante y atrás a lo largo de la generatriz de contacto del tambor de carretera, tal como se indica mediante la flecha en la figura 2, interactuando así con las zonas de rugosidad variable situadas sobre el mismo.

A partir de la descripción proporcionada hasta ahora es posible, por lo tanto, apreciar cómo la presente invención consigue el objetivo indicado anteriormente.

Esto se ha de atribuir al sistema de soporte particular del motor 60 y el husillo 62, que están dispuestos en el interior del cuerpo formado por el asiento de cesta 64 junto con la carcasa 63, haciendo así posible evitar los cojinetes sellados asociados con el husillo que acciona el espécimen, que eran la fuente de fricción dañina en la técnica anterior.

De esta manera, por lo tanto, el husillo 62 está alojado en el interior de una carcasa cerrada y está así protegida del agua que se pulveriza hacia la zona del espécimen; en consecuencia, los cojinetes 65 sobre los que el husillo está montado de manera giratoria en esta carcasa pueden ser del tipo convencional, es decir, no sellados.

El cojinete 66a que soporta la carcasa 63 en la zona de la placa frontal 71a puede, por otro lado, estar protegido mediante el manguito 73 y el casquillo 74, porque la carcasa 63 no gira de la manera del husillo 62, ya que realiza solamente oscilaciones mínimas del orden de pocas milésimas de un radián (detectadas mediante el sensor de carga 68).

Por lo tanto, la protección de este cojinete se ve facilitada por este hecho.

En otras palabras, en el aparato según la presente invención, el hecho de tener colocado el husillo 62 en el interior de un alojamiento cerrado permite evitar partes externas desplazables que se podrían exponer a agua y a los otros agentes usados durante las pruebas: esto elimina, por lo tanto, la necesidad de tener cojinetes sellados para el husillo y facilita en su lugar la aplicación de sistemas para proteger los cojinetes de baja fricción que soportan la carcasa 63.

Obviamente, se pueden prever variaciones de la invención respecto al ejemplo de la misma aquí descrito.

En primer lugar, debe indicarse que las partes que soportan el grupo operativo 6 del espécimen 5 pueden ser diferentes del marco formado por el elemento longitudinal 70 y las placas 71; lo importante es, por supuesto, que este grupo se puede desplazar a lo largo del eje Y tal como se ha descrito anteriormente y es libre de girar respecto a este eje.

Además, los sistemas de accionamiento del espécimen y el tambor de carretera pueden ser del tipo más variado, previendo que puedan ofrecer las mismas características respecto a la posibilidad de realizar los ajustes necesarios para las pruebas mencionadas.

De una manera similar, los procedimientos de soporte y movimiento del grupo operativo 6 del espécimen, es decir, el marco formado por el elemento longitudinal 70 y las placas 71, así como el mecanismo con el motor 85, el tornillo 86 y el cursor 87, se pueden reemplazar mediante soluciones mecánicas equivalentes que estén dentro de los conocimientos de un técnico en la materia.

Estas y otras variaciones, sin embargo, estarán incluidas dentro del ámbito de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

1. Aparato para probar compuestos de neumático, que comprende un tambor de carretera (3) y un espécimen (5) que gira alrededor de respectivos ejes (X, Y) paralelos y que están en contacto de rodadura entre sí, medios de accionamiento (4, 6) para la rotación del tambor de carretera y el espécimen, caracterizado por el hecho de que dichos medios comprenden un grupo de accionamiento del espécimen (6) en el que hay un husillo (62) accionado por un motor (60), en el que el husillo está alojado de manera giratoria en una carcasa (63) y el motor está fijado en un asiento de cesta (64) solidario con la carcasa para formar un cuerpo rígido con el mismo, estando soportado este cuerpo de una manera inactiva respecto al eje (Y) de rotación del espécimen.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que el cuerpo formado por la carcasa (63) y mediante el asiento de cesta (64) está soportado para poder realizar un movimiento de traslación a lo largo del eje (Y) de rotación del espécimen (5).

3. Aparato según la reivindicación 2, en el que la superficie externa del tambor de carretera (3) está dividido en bandas circunferenciales de diferentes rugosidades.

4. Aparato según la reivindicación 1, en el que el cuerpo formado por la carcasa (63) y el asiento de cesta (64) está soportado sobre dos cojinetes (66a, 66b), es decir, un cojinete frontal (66a) colocado sobre la carcasa y un cojinete trasero (66b) colocado en el extremo del asiento de cesta opuesto al espécimen (5), donde por lo menos el cojinete frontal está asociado con un casquillo de protección de caucho (74).

5. Aparato según la reivindicación 1, en el que un brazo (67) que sobresale radialmente respecto al eje (Y) de rotación del espécimen (5) está presente sobre el cuerpo formado por la carcasa (63) y el asiento de cesta (64), teniendo dicho brazo una célula de carga (68) asociada con el mismo.

6. Aparato según la reivindicación 1, en el que el grupo operativo (6) del espécimen (5) está montado sobre un marco que comprende un elemento longitudinal (70) paralelo al eje (Y) de rotación del husillo (62) y dos placas (71a, 71b) transversales al mismo, que es deslizable a lo largo de este eje y está equilibrado mediante un contrapeso (75).

7. Aparato según la reivindicación 1, en el que el grupo de accionamiento (4) del tambor de carretera (3) y el grupo de accionamiento (6) del espécimen (5) comprenden un respectivo motor eléctrico (40, 60) del tipo sin escobillas.

8. Aparato según la reivindicación 7, en el que el motor (60) que acciona el espécimen (5) es operativamente dependiente, en ajustes de posición y/o velocidad, del motor que acciona el tambor de carretera (3).

9. Aparato según la reivindicación 1, que comprende un dispositivo (91, 93, 94, 95) para amortiguar las vibraciones del grupo de accionamiento (6) del espécimen (5).

10. Aparato según la reivindicación 9, en el que el dispositivo de amortiguación de las vibraciones comprende una palanca (91) que tiene un extremo conectado a un puente (80) de la estructura de soporte (2) del aparato sobre el que está montado el grupo operativo (6) del espécimen (5), y estando asociado el otro extremo con un disco (94) que oscila en una cámara de amortiguación viscosa (94).