ES2379815A1 - Dispositivo de sujeción de muestras en ensayos mecánicos en tejido blando. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de sujeción de muestras en ensayos mecánicos en tejido blando.Se describe un dispositivo de tipo mordaza que permite la sujeción de muestras de tejido blando, como puede ser el tejido biológico, para la realización de ensayos de tracción sobre dichos tejidos; permitiendo a su vez la realización de ensayos sumergidos en este tipo de muestras.
Description
Dispositivo de sujeción de muestras en ensayos
mecánicos en tejido blando.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de sujeción de muestras de materiales blandos, tales
como materiales biológicos, en ensayos mecánicos.
El objeto de la invención consiste en un
dispositivo que retiene la muestra de material blando utilizada como
probeta en ensayos de tracción en materiales biológicos en entornos
sumergidos.
Actualmente no se tiene constancia de
dispositivos de sujeción especiales para ensayos de tracción sobre
muestras de tejido biológico. Generalmente, se utilizan modelos
preconcebidos para otro tipo de materiales (no biológicos), con lo
que las condiciones de uso distan mucho de lo que se podrían
considerar como condiciones óptimas, lo que hace aumentar mucho el
tiempo de colocación de las muestras biológicas, ya que en la etapa
de diseño de las mismas, no se tienen en cuenta las necesidades que
demandan este tipo de probetas. Algunos tipos de dispositivos que
podrían ser utilizados en caso de ensayar este tipo de tejidos,
pueden ser las mordazas o los sistemas mecánicos, como los
fabricadas por Instron, pero no permiten su uso en ensayos
sumergidos ni disponen de dispositivos específicos para este tipo de
muestras ni de un grosor de aproximadamente 2,5-3 mm
de sección. Existen varios modelos diferentes de mordazas
(dependiendo del ensayo, la carga a soportar, condiciones de
trabajo, tamaño, y demás variables que puedan ser relevantes para un
estudio en particular), así como de casas comerciales (como pueden
ser Instron, MTS, Zwick...).
Las características que poseen los modelos de
dispositivos de sujeción o mordazas actuales, limitan mucho de las
prestaciones que precisan este tipo de tejidos; siendo, además,
inexistentes los modelos disponibles que además sean adecuados para
realizar ensayos sumergidos.
Los ensayos de tracción que se pretenden llevar
a cabo con este dispositivo de sujeción, están destinados a probetas
de tejido biológico blando (tejido cardiovascular como arterias y
venas, capas de tejido ocular como podría ser la córnea, etc.),
excluyéndose así tejidos duros como podrían ser los óseos. Existen
varios problemas derivados de las características de tales tejidos,
no contemplados en los diseños actuales, tal y como se ha descrito
en el apartado anterior, para realizar tales ensayos, y que con este
dispositivo se ven sustancialmente resueltos.
El dispositivo objeto de la invención se hace
especialmente necesario en ensayos de tracción uniaxial sobre tejido
biológico blando, como el tejido cardiovascular, ligamentoso,
ocular, etc..., muy utilizados en el campo de la investigación
biomecánicos.
Dicho dispositivo de sujeción consiste en un
sistema mecánico de mordazas tipo "pinza", preferiblemente de
aluminio anodizado (proceso electroquímico de oxidación forzada),
para ensayos (tanto sumergidos como en condiciones ambientales) de
tracción sobre probetas de sección transversal inferior a 2.5
mm^{2}. El conjunto necesario para llevar a cabo los ensayos
consta de dos dispositivos de sujeción exactamente iguales,
colocados verticalmente y enfrentadas uno respecto del otro,
debiendo colocarse la muestra o probeta de ensayo entre ellas.
Las dos piezas principales del dispositivo de
sujeción son: un brazo fijo,el cual es inmóvil y anclado al eje de
la máquina de ensayos, y un brazo móvil, el cual es giratorio
respecto del eje transversal del brazo fijo.
Tal y como se ha descrito en el párrafo
anterior, el dispositivo comprende un brazo fijo y un brazo móvil,
que además de ser giratorio respecto del eje transversal del brazo
fijo también está relacionado con éste último por medio de una chapa
flectora. El brazo fijo consta de dos tramos, un primer tramo
preferentemente curvo y un segundo tramo que, de forma preferente
tiene forma de horquilla la cual es atravesada por el brazo
móvil.
El primer tramo del brazo fijo se encuentra
atornillado en un extremo inferior a un cabezal que une dicho primer
tramo con el eje de tracción de la máquina. En el extremo libre, el
extremo superior del primer tramo del brazo fijo, se encuentra
dispuesto un primer diente que será encargado de sujetar la muestra
por uno de sus lados durante el ensayo. El segundo tramo del brazo
fijo parte del extremo inferior del primer tramo del brazo fijo, y
en su extremo superior dispone de un taladro que es atravesado por
un tornillo de apriete destinado a empujar un segundo diente ubicado
en el extremo superior del brazo móvil y ajustar así la probeta o la
muestra de ensayo (una vez colocada). De esta manera queda sujeta la
muestra entre los dientes del dispositivo objeto de la invención
evitando así su desprendimiento en el momento de su estiramiento
durante el ensayo mecánico, por ejemplo un ensayo de tracción
controlada.
El brazo móvil está articulado con el brazo fijo
mediante una articulación ubicada en el extremo inferior del segundo
tramo del brazo fijo, que es el punto de partida del mismo respecto
del primer tramo del brazo fijo. En ausencia de muestra entre los
dientes, la acción recuperadora de la chapa flectora, que está
ubicada enfrentada al brazo móvil y que mantiene el brazo móvil
cargado para obtener el cierre de la pinza en estado de reposo,
conserva los dientes en contacto mediante una leve presión. El
tornillo de apriete, además de aplicar presión sobre el segundo
diente, también permite afinar el apriete de la muestra por medio de
la regulación de la presión que se ejerce sobre dicho segundo
diente. Finalmente, el dispositivo se completa con un alargador de
empuje, acoplado a la parte inferior del brazo móvil, el cual es
extraíble y permite mejorar las condiciones de colocación de una
muestra cuando existe la necesidad de realizar ensayos de tracción
sumergidos en líquido, generalmente suero fisiológico. En el extremo
libre del alargador se encuentra una superficie de accionamiento que
permite la apertura del dispositivo en este tipo de ensayos ya que
se hace difícil la apertura del dispositivo en ausencia del
alargador. Una presión sobre dicha superficie produce un giro del
brazo móvil respecto al brazo fijo en torno a la articulación que
permite el movimiento del brazo móvil, lo cual permite la apertura
del dispositivo y la consecuente separación de los dientes para
alojar entre dichos dientes la muestra.
Con todo lo anterior y teniendo en cuenta que el
tejido biológico blando requiere probetas de dimensiones
milimétricas para su ensayo y es viscoso y resbaladizo lo que
dificulta, en gran medida, su colocación en las mordazas existentes
en la actualidad, las ventajas que ofrece el dispositivo de sujeción
objeto de la invención con respecto a los ya existentes comentados
en apartado anterior, se podrían resumir brevemente en 3 puntos
clave:
- -
- Disminución considerable del tiempo necesario para la colocación de las probetas de ensayo.
- -
- Posibilidad de ajuste preciso de la muestra mediante el uso del tornillo de apriete.
- -
- Comodidad a la hora de colocar las muestras de tejido.
- -
- Opción de poder ser utilizadas en ensayos sumergidos, en piscinas de bajo volumen de líquido, manteniendo así la rapidez de colocación y de extracción de las muestras. Gracias tanto al mecanismo en sí y el material en el que está fabricado, como al alargador para apertura del brazo móvil.
\vskip1.000000\baselineskip
Este último punto relacionado con ensayos
sumergidos viene condicionado por el requisito que deben cumplir los
ensayos sobre tejido vivo, este requisito viene dado por la
necesidad de ser realizados sumergidos en suero fisiológico para
evitar la deshidratación de la muestra a lo largo del ensayo, lo que
hace cambiar sus propiedades.
El dispositivo objeto de la invención es
compatible con una piscina de metacrilato de bajo volumen de suero
necesario para los ensayos.
Para este tipo de ensayos se utiliza dos
dispositivos ubicados en el interior de un contenedor, el
dispositivo inferior es solidario al eje inferior de la máquina de
ensayos, el cual, puede ser completamente inmóvil. En este caso, el
contenedor será el que se deslice (arriba y abajo) manualmente (con
un cilindro neumático en nuestro caso) para sumergir o emerger las
muestra a ensayar.
Una cualidad importante de este dispositivo es
la no necesidad emerger completamente el dispositivo de sujeción, lo
cual no es posible con los sistemas existentes en la actualidad.
Esto es posible gracias a que la muestra está sujeta a presión
mediante un solo tornillo, con lo que el dispositivo de sujeción
inferior puede permanecer sumergido casi por completo, manteniendo
emergida, únicamente, la zona de los dientes y el tornillo de
apriete de seguridad en el momento de la extracción y la colocación
de la muestra. En este tipo de ensayos, los ensayos sumergidos, es
donde se aprecia la finalidad del alargador de empuje, cuya función
es la de tener la zona de pulsado manual para apertura fuera del
líquido, ya que el dispositivo estaría sumergido justo hasta ese
punto; tal y como se ha comentado anteriormente.
Cabe destacar que el alargador es extraíble para
los ensayos en los que no sea necesario que las muestras están
sumergidas.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como
parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde
con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva del
dispositivo.
Figura 2.- Muestra una vista en perspectiva de
dos dispositivos, uno de ellos con el alargador acoplado,
enfrentados y en las posiciones de abierto y cerrado.
Figura 3.- Muestra una vista en perspectiva de
de dos dispositivos donde se aprecian los detalles del mecanismo de
apertura y cierre del dispositivo.
Figura 4.- Muestra un detalle del mecanismo de
colocación y apriete de muestras en el dispositivo.
Figura 5.- Muestra una vista de dos dispositivos
montados para un ensayo sumergido.
A la vista de las figuras se describe a
continuación un modo de realización preferente del dispositivo
objeto de esta invención.
En ensayos mecánicos en los cuales se realiza un
ensayo de tracción uniaxial de una muestra de tejido blando se hace
necesario el uso de dos dispositivos (1), acoplado cada uno de ellos
a un eje de tracción de una máquina de ensayos mediante un cabezal
pasante (8). Dichos dispositivos (1) se disponen enfrentados entre
sí de forma que la muestra de tejido blando a ensayar quede
dispuesta entre ellos y sujeta por sus extremos por cada uno de los
dispositivos (1) respectivamente; para lo cual se hace uso de dos
dispositivos (1) de sujeción iguales quedando definidos como
dispositivo (1) superior y dispositivo (1) inferior respectivamente,
tal y como se observa en la figura 2. Para la realización de ensayos
sumergidos tanto la muestra como los dispositivos (1) se encuentran
situados en el interior de un contenedor (13) o piscina de suero
fisiológico y los dispositivos (1) anclados mediante un cabezal
pasante (8) a los ejes de la máquina de ensayos tal y como se
observa en la figura 5.
Para la realización de los ensayos, la muestra
se ha de colocar primeramente en uno de los dispositivos (1), en el
dispositivo (1) superior, la colocación se realiza en una zona
localizada entre un primer diente (7) y un segundo diente (10)
respectivamente ubicados en los extremos libres de un primer tramo
(9) de un brazo fijo (2) del dispositivo (1) y de un brazo móvil (3)
dispositivo (1), brazos (2 y 3) que conforman una estructura de
pinza articulada sobre una articulación (11) definida en el extremo
inferior de un segundo tramo (12) del brazo fijo (2) y sobre la cual
gira el brazo móvil (3), tal y como se observa en la figura 1. Para
realizar la colocación de la muestra, primeramente se realiza la
apertura del dispositivo (1) mediante el accionamiento del brazo
móvil (3) presionando, o bien la superficie de accionamiento ubicada
en la parte superior libre de un alargador (5), o bien el extremo
libre inferior del brazo móvil (3); consiguiendo así vencer la
fuerza ejercida por una placa flectora (6) ubicada en el lateral del
brazo fijo (2), más exactamente en la zona donde comienza el segundo
tramo (12) del brazo fijo (2). Dicha placa flectora (6), que se
encuentra enfrentada al brazo móvil (3), mantiene dicho brazo móvil
(3) cargado para obtener el cierre del dispositivo (1) en estado de
reposo, con lo que la muestra queda fijada a baja presión quedando
el dispositivo (1) cerrado a baja presión, tal y como se observa en
la figura 3.
Una vez abierto el dispositivo (1) y colocada la
muestra entre los dientes (7 y 10) se libera el brazo móvil (13)
que, por acción de la placa flectora (6), realiza el movimiento de
pinza sobre la articulación (11) empujando el segundo diente (10)
hacia el primer diente (7) sujetando la muestra colocada entre
ellos, tal y como se observa en la figura 7. Si es preciso, se puede
aumentar la presión de apriete de la muestra colocada entre los
dientes (7 y 10), para evitar que la muestra pueda deslizarse o
desprenderse al ser forzada, lo que invalidaría el ensayo, tal
proceso se lleva a cabo apretando un tornillo de apriete (4) que
atraviesa el extremo libre del brazo móvil (3) tal y como se observa
en la figura 4, quedando la muestra dispuesta para la realización
del ensayo.
Una vez realizada la colocación de la muestra en
el dispositivo (1) superior la muestra se encuentra suspendida y
solamente sujeta por el dispositivo (1) superior; al accionar un
botón de descenso del eje la máquina de ensayos (no mostrada) o
subir el contenedor (13) se hace descender el dispositivo (1)
superior por completo, con lo que la muestra cae exactamente en la
vertical de dispositivo (1) inferior. En este momento se realiza la
apertura manual del dispositivo (1) inferior (al igual que se ha
hecho con el dispositivo (1) superior al principio del proceso), y
se deja caer el otro extremo de la muestra hasta que se encuentre
entre los dientes (7 y 10) del dispositivo (1) inferior; en este
momento se suelta la el brazo móvil (3) del dispositivo (1)
inferior, quedando la muestra fijada a baja presión tanto por el
extremo superior, sujeta por el dispositivo (1) superior, como por
el inferior, sujeta por el dispositivo (1) inferior.
El ensayo puede realizarse una vez tenemos la
muestra colocada y sujeta a la presión deseada mediante el
accionamiento de la máquina de ensayos.
Claims (7)
1. Dispositivo (1) de sujeción de muestras en
ensayos mecánicos en tejido blando caracterizado porque
comprende:
- -
- un brazo fijo (2) que comprende un primer tramo (9) y un segundo tramo (12) adaptado para fijarse al eje de tracción de una máquina de ensayos,
- -
- un brazo móvil (3) opuesto al brazo fijo (2) y configurando una pinza articulada respecto al eje central del brazo fijo (2) mediante una articulación (11) que se encuentra definida en el extremo inferior del segundo tramo (12) del brazo fijo (2),
- -
- un primer diente (7) que se encuentra ubicado en el extremo superior del segundo tramo (9) del brazo fijo (2) y un segundo diente (10) que se encuentra ubicado en el extremo superior del brazo móvil (3) adaptados para recibir una muestra de tejido blando a ensayar, y
- -
- una chapa flectora (6) que se encuentra localizada entre las partes inferiores del brazo fijo (2) y del brazo móvil (3), destinada a mantener el dispositivo (1) cerrado a baja presión en estado de reposo, y
- -
- un tornillo de apriete (4) que atraviesa el segundo tramo (12) del brazo fijo (2) por su extremo superior que permite fijar la muestra de tejido blando a ensayar entre los dientes (7 y 10) a una presión variable determinada.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Dispositivo (1) según reivindicación 1
caracterizado porque comprende adicionalmente un cabezal
pasante (8) acoplado al brazo fijo (2), destinado a ensamblar el
dispositivo (1) con el eje de tracción de la máquina de ensayos.
3. Dispositivo (1) según reivindicación 1 de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende
adicionalmente un alargador (5) solidario al brazo móvil (3) que
permite la manipulación del dispositivo (1) durante la realización
de ensayos sumergidos en un contenedor (13).
4. Dispositivo (1) según reivindicación 1 de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque el segundo
tramo (12) del brazo fijo (2) tiene forma de horquilla que define
dos ramas entre las cuales realiza el movimiento de pinza el brazo
móvil (3).
5. Dispositivo (1) según reivindicación 4
caracterizado porque la articulación (11) queda definida
entre los extremos inferiores de las dos ramas del segundo tramo
(12) del brazo fijo (2) y atraviesa el brazo móvil (3) por su zona
central.
6. Dispositivo (1) según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque está
fabricado en un material resistente a corrosión.
7. Dispositivo (1) según reivindicación 6
caracterizado porque el material resistente a corrosión es
aluminio anodizado.
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