ES2874256T3

ES2874256T3 - Material de fricción unidireccional

Info

Publication number: ES2874256T3
Application number: ES17184621T
Authority: ES
Inventors: Thomas Bechtold; Alicia Bernhard; Barnaby Caven; Tom Wright; Josep Castellet; Jordi Millastre
Original assignee: Of Innsbruck, University of; Pomoca S A; Universitaet Innsbruck
Current assignee: Of Innsbruck, University of; Pomoca S A; Universitaet Innsbruck
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2021-11-04
Anticipated expiration: 2037-08-03
Also published as: HRP20210821T1; CY1124352T1; HUE054728T2; LT3437701T; SI3437701T1; EP3437701B1; PT3437701T; DK3437701T3; EP3437701A1; PL3437701T3; RS61878B1

Abstract

Material (10) para proporcionar fricción unidireccional, en particular, para una piel de foca, que comprende: un sustrato de tejido (12); y estructuras (18) en forma de placa unidas al sustrato de tejido (12); en donde las estructuras (18) en forma de placa están dispuestas sobre el tejido (12) de modo que quedan sustancialmente planas contra una superficie operativa (16) del tejido (12) cuando se aplica una fuerza de fricción a las estructuras (18) en una dirección de deslizamiento (A) sustancialmente paralela a la superficie operativa (16) del tejido (12) y se elevan desde la superficie operativa (16) del tejido (12) por un lado cuando se aplica una fuerza de fricción a las estructuras (18) en una dirección de agarre (B) sustancialmente opuesta a la dirección de deslizamiento (A), caracterizado por que las estructuras (18) en forma de placa se unen al sustrato de tejido (12) a través de costuras (22).

Description

DESCRIPCIÓN

Material de fricción unidireccional

La presente invención se refiere a un material para proporcionar fricción unidireccional, en particular, para una piel de foca, que comprende un sustrato de tejido y estructuras en forma de placa unidas al sustrato de tejido.

Los documentos FR 676067 A, CH 223797 A y FR 1170272 A desvelan un material de acuerdo con la parte de preámbulo de la reivindicación 1 y el uso de una pluralidad de estructuras en forma de placa de acuerdo con la parte de preámbulo de la reivindicación 14.

Los materiales de fricción unidireccionales existen en diversas formas y se utilizan para diversas aplicaciones, la más relevante de las cuales para la presente invención es el terciopelo. El material de terciopelo consiste en un producto textil tejido densamente que atrapa, a través del entretejido y el corte, fibras en sentido vertical. Estas fibras en sentido vertical se cepillan para extenderlas en la misma dirección, lo que significa que el tacto es suave en una dirección, pero áspero en la dirección contraria. Sin embargo, el problema de tales materiales de terciopelo es que la diferencia en el comportamiento de fricción entre un movimiento hacia delante y hacia atrás no es suficientemente alta para algunas aplicaciones.

Otros materiales que crean fricción direccional de manera similar están en forma de cerdas, en donde varias aplicaciones utilizan cerdas poliméricas o metálicas incrustadas en un sustrato sólido. Estas se pueden incrustar en diferentes ángulos para dar direccionalidad. Algunos ejemplos son los cabezales de los cepillos de dientes y los peines machete.

Adicionalmente, los sistemas transportadores pueden beneficiarse de la fricción direccional para ayudar en las capacidades de movimiento, por ejemplo, cuñas de polímero o placas superpuestas que mueven el material a posiciones elevadas, o en la dirección contraria para ralentizar el movimiento y permitir el deslizamiento en caso de obstrucciones.

Por otra parte, en el campo de la robótica, se están realizando esfuerzos para emular el movimiento de las serpientes. Estos esfuerzos se centran principalmente en los movimientos y la sincronización de segmentos; sin embargo, algunas investigaciones se han centrado en el desarrollo de la superficie de la piel. El objetivo es proporcionar fricción baja en la dirección del movimiento y agarre en la dirección contraria, así como proporcionar protección contra las superficies abrasivas.

Asimismo, a menor escala, se están modificando las superficies de los materiales mediante texturizado láser para afectar a la fricción direccional.

En el campo del esquí, las estructuras en forma de placa para ascender esquiando con los esquís de fondo se conocen desde hace muchos años en el deporte, y tienen una superficie inferior estriada. Sin embargo, estos esquís no proporcionan el rendimiento deseado en el descenso como, por ejemplo, los esquís alpinos o los esquís de travesía con piel de foca desmontable.

En vista del problema identificado anteriormente, es un objeto de la presente invención proporcionar un material, en particular, para una piel de foca, adecuado para proporcionar la mayor fricción posible en una dirección y la menor fricción posible en la otra dirección.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, este objeto se consigue mediante un material de acuerdo con la reivindicación 1.

En comparación con las estructuras de terciopelo, por ejemplo, esta disposición aumenta la diferencia entre las fases de deslizamiento y agarre del material. En otras palabras, se puede aumentar la diferencia en el comportamiento de fricción entre los movimientos hacia delante y hacia atrás del material. En particular, la resistencia a la fricción del material, específicamente, de las estructuras en forma de placa, será menor en la dirección de deslizamiento y mayor en la dirección de agarre en comparación con las soluciones actuales. Por lo tanto, una disminución de la fricción durante el deslizamiento del material (movimiento hacia delante) en la dirección de deslizamiento permite un movimiento hacia delante más eficaz, y un aumento de la fricción durante el agarre del material en la dirección de agarre proporciona un mejor agarre para el material, de modo que se puede proporcionar la denominada fricción unidireccional, que significa una fricción lo mayor posible en una dirección (dirección de agarre) y lo menor posible en la otra dirección (dirección de deslizamiento). Tal material se puede utilizar en el campo del deporte, en particular, del deporte al aire libre, de la robótica, así como de la fabricación, y, de aquí en adelante, se denomina material de fricción unidireccional. Asimismo, de acuerdo con el aspecto anterior, se pueden controlar varios aspectos del material de fricción unidireccional, p. ej., el diseño de las estructuras en forma de placa (es decir, el tamaño, la forma, el espesor, el material), el material de soporte (sustrato de tejido) y/o la disposición de las estructuras en forma de placa.

La unión de las estructuras al tejido se implementa uniendo las estructuras en forma de placa al sustrato de tejido a través de costuras, ya que las costuras permiten una unión de las estructuras al tejido ofreciendo una alta estabilidad, que implican poco peso y, además, generan un bajo coste.

Preferentemente, las estructuras en forma de placa pueden ser inclinables por un lado, de modo que las estructuras sean adecuadas para permitir que el material se deslice sobre una superficie en una dirección y para proporcionar agarre con respecto a la superficie en la dirección opuesta. Si las estructuras en forma de placa son inclinables solo por un lado, es posible que solo exista una fricción significativa en una dirección (la dirección de agarre) entre el material de fricción unidireccional y una superficie de subsuelo, p. ej. nieve o similar, concretamente, en la dirección desde un lado inclinable de las estructuras en forma de placa hacia un lado no inclinable de las estructuras en forma de placa que corresponde a la dirección de agarre. En este contexto, cabe señalar que las estructuras en forma de placa se pueden proporcionar de manera que los lados de cada una de las estructuras en forma de placa orientadas en la misma dirección se diseñen inclinables o no inclinables. Por consiguiente, un lado de las estructuras en forma de placa corriente abajo de la respectiva estructura con respecto a la dirección de deslizamiento puede quedar sustancialmente plano contra la superficie operativa del tejido, y un lado opuesto de las estructuras en forma de placa corriente arriba de la estructura respectiva con respecto a la dirección de deslizamiento puede elevarse de la superficie operativa del tejido.

Ventajosamente, las estructuras en forma de placa pueden disponerse para superponerse al menos parcialmente entre sí. Una disposición superpuesta de las estructuras en forma de placa aumenta el número posible de estructuras en forma de placa que se pueden unir al sustrato de tejido y, por lo tanto, aumenta el número de puntos de contacto con la superficie a la que se debe agarrar, lo que proporciona un mejor agarre del material de fricción unidireccional en la dirección de agarre.

Por un lado, se pueden lograr propiedades de deslizamiento óptimas del material de fricción unidireccional, si el ángulo entre la superficie operativa del tejido y las estructuras en forma de placa está entre 0° y 20°, preferentemente, entre 0° y 10°, cuando se aplica una fuerza de fricción a las estructuras en la dirección de deslizamiento. Tal ángulo entre la superficie operativa del tejido y las estructuras en forma de placa permite que el material se deslice sobre una superficie de un subsuelo, por ejemplo, la nieve, o viceversa, permite que la superficie de un objeto se deslice sobre el material con un mínimo de resistencia a la fricción.

Por otro lado, se pueden lograr propiedades de agarre óptimas del material de fricción unidireccional, si el ángulo entre la superficie operativa del tejido y las estructuras en forma de placa está entre 5° y 60°, preferentemente, entre 30° y 45°, cuando se aplica una fuerza de fricción a las estructuras en la dirección de agarre. Tal ángulo entre la superficie operativa del tejido y las estructuras en forma de placa proporciona un máximo de resistencia a la fricción entre el material y una superficie de un subsuelo a la que se debe agarrar, por ejemplo, nieve o una superficie de un objeto que se debe transportar, si el material de fricción unidireccional se utiliza como cinta transportadora o similar, por ejemplo.

En una realización apropiada, las estructuras en forma de placa pueden ser discos que tengan un diámetro de entre 3 mm y 100 mm, preferentemente, de entre 3 mm y 15 mm. Los diámetros de este tamaño resultaron tener el mejor equilibrio entre estabilidad y propiedades de agarre, dado que los discos de un diámetro demasiado pequeño no se engranan a la superficie a la que se deben agarrar con la suficiente profundidad, mientras que los discos de un diámetro demasiado grande tienden a romperse fácilmente, cuando tienen un espesor pequeño adecuado para una construcción ligera, como, por ejemplo, adecuado para una piel de foca y, por lo tanto, no ofrecen suficiente estabilidad. En el caso de una piel de foca, las estructuras en forma de placa pueden tener una anchura máxima igual o inferior a la anchura de la piel de foca.

En una realización adicional, las estructuras en forma de placa pueden estar provistas de un orificio de modo que, por ejemplo, un hilo, una cuerda, un alambre u otros medios de unión se pueda pasar a través de tal orificio para unir las estructuras al tejido.

En una realización preferida, las estructuras en forma de placa pueden estar hechas de un material rígido, en particular, de polímeros, metales o laminados de combinaciones de polímeros. De este modo, p. ej. para el esquí de travesía, el polietileno, en particular, el polietileno de alta densidad es de interés específico. Sin embargo, pueden concebirse otros materiales que proporcionen una rigidez suficientemente alta.

Preferentemente, el sustrato de tejido puede ser un elemento alargado de modo que el material de fricción unidireccional sea adecuado para muchas aplicaciones diferentes, p. ej. en la industria del deporte o del aire libre, así como en el transporte de materiales.

Del mismo modo, el sustrato de tejido puede estar hecho de un material flexible, en particular, de productos textiles tejidos, de punto o no tejidos. Estos materiales pueden estar compuestos de materiales fibras naturales, regeneradas o sintéticas y/o de polímeros flexibles tales como cauchos o una combinación de los mismos.

En una realización preferida adicional, el sustrato de tejido puede ser adecuado para unirse a una parte de soporte, en particular, a la superficie de deslizamiento de un esquí. De esta manera, el sustrato de tejido puede proporcionar agarre solo en una dirección a cualquier parte deseada, en particular, a la superficie de deslizamiento de un esquí. Se puede obtener una conexión ventajosa a tal pieza de soporte o esquí, si el sustrato de tejido comprende una superficie de conexión adhesiva opuesta a la superficie operativa por medio de la cual el sustrato de tejido es adecuado para fijarse a una pieza de soporte, en particular, a un esquí.

Además, es posible que el material sea una piel de foca, ya que el uso del material de fricción unidireccional como piel de foca conlleva muchas ventajas deseadas en el campo del esquí de travesía, donde una fricción lo más grande posible en una dirección y lo más baja posible en la otra dirección facilita caminar con esquís de travesía y sirve de soporte para un esquiador de travesía en cualquier pendiente.

De acuerdo con aspecto adicional de la presente invención, el objeto mencionado anteriormente se logra utilizando una pluralidad de estructuras en forma de placa de acuerdo con la reivindicación 14.

En comparación con el uso de estructuras de terciopelo, por ejemplo, el uso de una disposición de una pluralidad de estructuras en forma de placa unidas a un sustrato de tejido aumenta la diferencia entre las fases de deslizamiento y de agarre del material. En otras palabras, se puede aumentar la diferencia en el comportamiento de fricción entre los movimientos hacia delante y hacia atrás del material. En particular, la resistencia a la fricción que actúa sobre el material, específicamente, en las estructuras en forma de placa, será menor en la dirección de deslizamiento y mayor en la dirección de agarre en comparación con las soluciones actuales. Por lo tanto, una disminución de la fricción durante el deslizamiento del material (movimiento hacia delante) en la dirección de deslizamiento permite un movimiento hacia delante más eficaz, y un aumento de la fricción durante el agarre del material en la dirección de agarre proporciona un mejor agarre para el material, de modo que se puede proporcionar la denominada fricción unidireccional, que significa una fricción lo mayor posible en una dirección (dirección de agarre) y lo menor posible en la otra dirección (dirección de deslizamiento).

A continuación, se describirá una realización preferida de la presente invención a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que

la Figura 1 es una vista lateral parcial de un material para proporcionar fricción unidireccional de acuerdo con una realización de la presente invención fijado a la superficie de un esquí;

la Figura 2 muestra una pluralidad de estructuras en forma de placa del material vistas desde abajo en dos configuraciones diferentes; y

la Figura 3 muestra una de la pluralidad de estructuras en forma de placa del material visto desde abajo en dos configuraciones diferentes.

La Figura 1 muestra una parte de un material de fricción unidireccional 10 de acuerdo con una realización de la presente invención unido a una superficie deslizante 2 de un esquí 1. Por ejemplo, el material 10 se puede unir a través de medios adhesivos a la superficie deslizante 2 del esquí 1.

El material 10 comprende un sustrato de tejido 12 con una superficie de conexión 14 a través de la cual el material se une a la superficie deslizante 2 del esquí 1 y una superficie operativa 16 opuesta a la superficie de conexión 14, así como estructuras 18 en forma de placa (discos 18 en la realización descrita) unidas al sustrato de tejido 12. El sustrato de tejido 12 puede consistir en cualquier material tejido, de punto o no tejido. Como se ha mencionado anteriormente, en la realización preferida descrita en el presente documento, las estructuras 18 en forma de placa son discos rígidos 18 que tienen un diámetro de 3 mm a 15 mm y que están provistos de orificios 20 (véanse las Figuras 2 y 3) provistos sustancialmente en el medio de cada disco 18. Los discos 18 están dispuestos sobre el tejido 12 de modo que quedan sustancialmente planos contra la superficie operativa 16 del tejido 12 cuando se aplica una fuerza de fricción a los discos 18 en una dirección de deslizamiento A sustancialmente paralela a la superficie operativa 16 del tejido 12 y se elevan desde la superficie operativa 16 del tejido 12 por un lado cuando se aplica una fuerza de fricción a los discos 18 en una dirección de agarre B sustancialmente opuesta a la dirección de deslizamiento A.

El estado del material 10 mostrado en la Figura 1 es un estado durante una fase de agarre donde se aplica una fuerza de fricción a los discos 18 en la dirección de agarre B, en donde el ángulo entre la superficie operativa 16 del tejido 12 y los discos 18 es de aproximadamente 45°. En la realización ilustrada, los discos 18 se unen a la superficie operativa 16 del tejido 12 mediante un hilo 22 a través de una técnica de costura.

Las Figuras 2 y 3 muestran una pluralidad de estructuras 18 en forma de placa o discos 18 del material 10 y una de las estructuras en forma de placa o discos 18 del material 10, respectivamente, vistas desde abajo en diferentes configuraciones.

Como se ilustra en la Figura 2, la pluralidad de discos 18 se unen al tejido 12 mediante una técnica de costura en un diseño superpuesto de modo que la estructura se agarra a una superficie en una dirección, pero se desliza sobre ella en la otra. La costura 22 se puede aplicar manualmente o con una máquina de bordar, y el ángulo del hilo de coser 22 y la tensión de la puntada controlan la medida en que cada disco 18 se elevará durante una fase de agarre del material de fricción unidireccional 10 (fricción aplicada en la dirección de agarre B). De este modo, un ángulo de costura preferible puede ser superior a 20° e inferior a 180°.

Además, las Figuras 2 y 3 muestran cómo diferentes aspectos del diseño pueden alterar las propiedades de fricción del material de fricción unidireccional 10.

En particular, la Figura 3 destaca el aspecto de diseño de diferentes ángulos del hilo de coser 22 a través de los cuales los discos 18 se cosen al tejido 12. El hilo 22 puede pasar a través de los orificios 20 de cada uno de los discos 18 y a cada lado de los orificios 20 cosidos al tejido 12, formando así un ángulo entre los dos extremos del hilo 22 en los lados opuestos de los orificios 20 de cada disco 18. Un ángulo más amplio del hilo de coser 22 provoca un ángulo menor entre la superficie operativa 16 del tejido 12 y las estructuras en forma de placa o discos 18, restringiendo así la elevación en un extremo de las estructuras en forma de placa o discos 18. Si el ángulo del hilo de coser 22 es menor, un ángulo entre la superficie operativa 16 del tejido 12 y las estructuras en forma de placa o discos 18 es más ancho, por lo tanto, el extremo de elevación de cada disco 18 puede elevarse más de la superficie operativa 16 del tejido 12.

Esto se puede controlar además mediante el diseño superpuesto de la pluralidad de discos 18 ilustrado en la Figura 2, así como el propio diseño de la placa o del disco, de modo que una placa o un disco 18 puede impedir el movimiento de sus placas o discos 18 contiguos o, por el contrario, iniciar su movimiento.

Por consiguiente, como se ha descrito anteriormente, se pueden controlar varios aspectos del material de fricción unidireccional 10, p. ej., el diseño de las placas o de los discos 18 (es decir, el tamaño, la forma, el espesor, el material), la costura 22 (es decir, el material, la tensión, el ángulo de entrada y de salida de la placa o del disco 18, la tosquedad), el material de soporte (tejido 12) y la disposición de las placas o de los discos 18.

Cabe señalar que la presente invención no se limita a las realizaciones ilustrativas mencionadas anteriormente. En particular, las estructuras 18 en forma de placa pueden tener cualquier forma adecuada para quedar sustancialmente planas contra la superficie operativa 16 del tejido 12 cuando se aplica una fuerza de fricción en la dirección de deslizamiento A y elevarse desde la superficie operativa 16 del tejido 12 por una lado cuando se aplica una fuerza de fricción en la dirección de agarre B sustancialmente opuesta a la dirección de deslizamiento A, y para proporcionar una baja fricción en la dirección de movimiento (dirección de deslizamiento A) y agarre en la dirección contraria (dirección de agarre B). Además, la unión de las estructuras 18 en forma de placa al tejido 12 no se restringe a técnicas de costura o similares, y el uso del material 10 no se restringe a una aplicación como piel de foca, ya que también se conciben aplicaciones en los campos de la robótica y/o la fabricación, por ejemplo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Material (10) para proporcionar fricción unidireccional, en particular, para una piel de foca, que comprende: un sustrato de tejido (12); y

estructuras (18) en forma de placa unidas al sustrato de tejido (12);

en donde las estructuras (18) en forma de placa están dispuestas sobre el tejido (12) de modo que quedan sustancialmente planas contra una superficie operativa (16) del tejido (12) cuando se aplica una fuerza de fricción a las estructuras (18) en una dirección de deslizamiento (A) sustancialmente paralela a la superficie operativa (16) del tejido (12) y se elevan desde la superficie operativa (16) del tejido (12) por un lado cuando se aplica una fuerza de fricción a las estructuras (18) en una dirección de agarre (B) sustancialmente opuesta a la dirección de deslizamiento (A),

caracterizado por que

las estructuras (18) en forma de placa se unen al sustrato de tejido (12) a través de costuras (22).

2. Material (10) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que las estructuras (18) en forma de placa son inclinables por un lado, de modo que las estructuras (18) son adecuadas para permitir que el material (10) se deslice sobre una superficie en una dirección y para proporcionar agarre con respecto a la superficie en la dirección opuesta.

3. Material (10) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que las estructuras (18) en forma de placa están dispuestas para superponerse al menos parcialmente entre sí.

4. Material (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que, cuando se aplica una fuerza de fricción a las estructuras (18) en la dirección de deslizamiento (A), un ángulo entre la superficie operativa (16) del tejido (12) y las estructuras (18) en forma de placa está entre 0° y 20°, preferentemente, entre 0° y 10°.

5. Material (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que, cuando se aplica una fuerza de fricción a las estructuras (18) en la dirección de agarre (B), un ángulo entre la superficie operativa (16) del tejido (12) y las estructuras (18) en forma de placa está entre 5° y 60°, preferentemente, entre 30° y 45°.

6. Material (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las estructuras (18) en forma de placa son discos (18) que tienen un diámetro de entre 3 mm y 100 mm, preferentemente, de entre 3 mm y 15 mm.

7. Material (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las estructuras (18) en forma de placa están provistas de un orificio (20).

8. Material (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las estructuras (18) en forma de placa están hechas de un material rígido, en particular, de polímeros, metales o laminados de combinaciones de polímeros.

9. Material (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sustrato de tejido (12) es un elemento alargado.

10. Material (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sustrato de tejido (12) está hecho de un material flexible, en particular, de productos textiles tejidos, de punto o no tejidos.

11. Material (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sustrato de tejido (12) es apto para fijarse a una pieza de soporte (1), en particular, a una superficie de deslizamiento (2) de un esquí (1).

12. Material (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sustrato de tejido (12) comprende una superficie de conexión adhesiva (14) opuesta a la superficie operativa (16) por medio de la cual el sustrato de tejido (12) es apto para fijarse a una pieza de soporte (1), en particular, a un esquí (1).

13. Material (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que el material (10) es una piel de foca.

14. Uso de una pluralidad de estructuras (18) en forma de placa unidas a un sustrato de tejido (12) para proporcionar fricción unidireccional, en particular, para una piel de foca,

caracterizado por que