ES2926515T3 - Dispositivo y procedimiento para determinar las propiedades mecánicas de una probeta - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo para determinar propiedades mecánicas, por ejemplo, la frecuencia natural o el modo de vibración de un cuerpo de prueba que contiene componentes de material ferromagnético, en particular una pastilla de freno para un vehículo automóvil. Un actuador electromagnético, en particular un electroimán, está diseñado para ejercer una fuerza de atracción magnética sobre el cuerpo de prueba de tal manera que el actuador ejerce un impacto de fuerza sobre el cuerpo de prueba, y el cuerpo de prueba vibra, el espectro de la vibración contiene al menos un vibración de frecuencia natural del cuerpo de prueba. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo y procedimiento para determinar las propiedades mecánicas de una probeta

La invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento para determinar las propiedades mecánicas, por ejemplo, la frecuencia natural de una probeta, en particular una pastilla de freno para vehículos de motor, según el preámbulo de la reivindicación 1 y de la reivindicación 11.

Las propiedades mecánicas tales como, por ejemplo, la frecuencia natural o la amortiguación modal de un componente se utilizan, por ejemplo, en el marco de un control de calidad en la fabricación de componentes, especialmente en el sector de la automoción.

Componentes tales como, por ejemplo, una pastilla de freno de un vehículo de motor u otras piezas en el desarrollo de vehículos de motor pueden presentar defectos durante la producción que provocan vibraciones indeseables, sobrecarga y el consiguiente desarrollo de ruido indeseable o un consumo de energía adicional durante el funcionamiento. Vibraciones de este tipo pueden ser causadas por cambios en las propiedades físicas, propiedades geométricas, desequilibrio en las piezas giratorias, fricción desigual, peso, humedad o tensión en los componentes.

En la industria de los frenos de automóviles, uno de los parámetros de calidad de las pastillas de freno es la compresibilidad. Sin embargo, el test para medir este parámetro es a menudo muy costoso y complejo, porque es muy difícil de implementar en una línea de producción grande donde se utiliza el análisis de compresión basado en muestras al azar.

En general, el comportamiento de vibración de una probeta excitada está determinado por la aparición de vibraciones naturales en sus frecuencias naturales. Las vibraciones naturales pueden presentar diferentes formas. Las frecuencias naturales son parámetros del sistema o bien del componente, es decir, frecuencias características de este componente. Para cada una de estas frecuencias naturales existe una forma natural asociada, que es aquella deformación que presentaría el componente a analizar al vibrar a dicha frecuencia. Mediante la frecuencia natural y la forma natural de un componente se obtiene una indicación de cómo se comporta un cuerpo o un sistema bajo cargas dinámicas. Con la ayuda de un análisis modal, el comportamiento de vibración que se produce en la probeta se puede examinar y cuantificar mediante la determinación de las frecuencias y las formas naturales. Los resultados del análisis modal, es decir, los valores propios, las frecuencias y los modos propios son parámetros importantes para el diseño de una estructura con respecto a las cargas dinámicas. El modelo modal se basa en una o más funciones de transferencia medidas.

En el análisis modal, se aplica una fuerza en un punto sobre la probeta a examinar, la señal de respuesta o bien la reacción de la probeta se mide en otro punto y la función de transferencia se calcula a partir de esto. Al determinar la función de transferencia en un gran número de puntos en la probeta, se determinan las llamadas formas de modo, es decir, las formas de vibración. Con la ayuda de esta información se puede determinar el comportamiento de vibración de la probeta. Los factores decisivos para el número y la distribución de las frecuencias naturales de la probeta son la geometría y las propiedades físicas del material, es decir, la masa y la rigidez o el amortiguamiento.

Para determinar los parámetros modales, la probeta que se va a examinar se excita, por norma general, mediante una fuente de excitación adecuada, por ejemplo, un martillo de impulso o un agitador electrodinámico o bien hidráulico. La fuerza de excitación se puede medir con un transductor de fuerza piezoeléctrico. Al mismo tiempo, se registran las respuestas estructurales, por ejemplo, con acelerómetros, micrófonos de medición o vibrómetros láser. Las respuestas de frecuencia o bien la función de transferencia entre la excitación y la respuesta se calculan luego mediante la transformación rápida de Fourier (FFT/FRF).

En el caso del método del martillo de impulso, la probeta se excita por medio de un impulso, preferiblemente usando un martillo modal, o de un impulso para determinar la función de transferencia. Un martillo de impulso es un martillo equipado para excitar la probeta mediante un impulso. El martillo de impulso puede equiparse con un sensor de fuerza.

Se pueden usar sensores adicionales conectados a la probeta para examinar la transmisión de este impulso en la probeta. Investigaciones de este tipo permiten sacar conclusiones, por ejemplo, sobre las propiedades estructurales o acústicas del objeto. Con este método se pueden detectar defectos de los materiales dentro de una probeta respectiva, por ejemplo, un material de construcción o material, y se puede evaluar su extensión. En la tecnología de medición acústica, los martillos de impulso se utilizan para excitar el ruido propagado por estructuras.

Para determinar el comportamiento de transmisión de ciertas probetas, la probeta es excitada con un martillo de impulso con una curva de fuerza que generalmente se conoce del sensor de fuerza. La vibración de la probeta se puede determinar con sensores de ruido transmitido por la estructura y con micrófonos el ruido transmitido por el aire irradiado. El comportamiento de transmisión de la probeta se puede calcular a partir de estas señales medidas.

Un impulso ideal es casi infinitamente corto en el tiempo con una amplitud infinita y, por lo tanto, da como resultado una densidad de potencia espectral constante en todas las frecuencias.

Para obtener resultados óptimos, la probeta debe almacenarse de tal manera que pueda vibrar libremente.

Generalmente se suspende elásticamente o se coloca sobre una estera de espuma.

Se utilizan procedimientos complejos para evitar ruidos molestos, por ejemplo, en los vehículos de motor, así, por ejemplo, en el caso de los frenos de fricción en los vehículos de motor que, como es sabido, tienden a producir ruidos de forma irregular cuando se ponen en marcha, lo que a las personas les resulta desagradable. En la medida en que la frecuencia de las vibraciones que se producen alcanza el intervalo de las frecuencias naturales de los componentes de frenos de gran superficie o bien de todo el sistema de frenos, estos se excitan a vibraciones con amplitudes de desplazamiento que se producen en una gran superficie, tal como ocurre con las vibraciones resonantes en el caso de un amortiguamiento relativamente pequeño. Las ondas de presión resultantes en la atmósfera circundante penetran en el oído humano en forma de ruidos perturbadores. Como contramedida, las propiedades físicas, así como la geometría de la pastilla de freno y su construcción se ajustan de tal manera que se suprime la aparición de vibraciones indeseables en la medida de lo posible. Sin embargo, esto también es difícil e incluso entonces solo imperfectamente realizable.

El documento DE 199 03 757 A1 propone, por ejemplo, que la energía de vibración, que se introduce en un componente de freno o bien embrague en al menos una frecuencia de excitación inducida por fricción del freno o embrague de fricción, se convierte excitando al menos un resonador conectado al componente, cuya primera frecuencia natural se ajusta a la frecuencia de excitación y cuya superficie no es suficiente para la transmisión atmosférica de ruidos. Por este motivo, uno de los componentes está conectado a al menos un resonador cuya primera frecuencia natural está ajustada a una frecuencia de excitación inducida por fricción del sistema de freno o embrague y cuya superficie no es suficiente para la transmisión atmosférica de ruidos.

Para poder detectar vibraciones de un componente antes de su instalación, por ejemplo, en un vehículo de motor, se utilizan generalmente sensores de vibraciones. Para analizar una probeta, generalmente ésta se retira de una línea de producción industrial y solo luego se somete a un análisis. Debido al complejo proceso de medición, solo se realiza una verificación aleatoria de los componentes individuales.

A partir del documento DE 248 438 A1 se conoce, por ejemplo, un procedimiento para el examen no destructivo de cuerpos en forma de disco. Una pieza de trabajo que se va a probar se hace vibrar golpeando su superficie. Con la ayuda de un sensor de vibración, las vibraciones mecánicas de la pieza de trabajo se registran y se convierten en señales de vibración eléctricas. Estas señales de vibración eléctricas se alimentan a un medidor del nivel de sonido de impulso de precisión. Después de múltiples amplificaciones y filtraciones, se generan una señal de voltaje alterno ponderada en frecuencia, así como un valor de voltaje continuo efectivo, que se alimentan a un circuito de evaluación y se evalúan electrónicamente. La pieza de trabajo que se va a probar se monta en las bombas del nodo de vibración que se producen durante la excitación de la vibración, sin amortiguación ni tensión. El excitador de vibración puede diseñarse como un cuerpo de péndulo con una bola de acero endurecido incrustada, que golpea la superficie de la pieza de trabajo, lo que hace que el cuerpo vibre libremente y al mismo tiempo produzca un sonido.

A partir del documento DE 10 2016 221 761 A1 se conoce un procedimiento y un dispositivo para manipular las propiedades dinámicas de un componente mecánico vibratorio. Un dispositivo de análisis vigila la vibración del componente mecánico en tiempo real. Cuando las propiedades dinámicas del componente mecánico están por debajo y cerca de un valor umbral, el dispositivo de análisis proporciona una indicación en tiempo real de que la vibración del componente mecánico está cerca del valor umbral. El dispositivo de análisis obtiene las propiedades dinámicas del componente mecánico en función de los datos de vibración que están por debajo y cerca del valor umbral. Un cambio en las propiedades dinámicas influye en qué tan cerca está la vibración de este valor umbral.

A partir del documento EP 0 906 560 B1 se conoce un procedimiento y un dispositivo para la determinación no destructiva de la rigidez, la resistencia y/o las propiedades estructurales de una probeta. Para ello, la probeta es transportada a un dispositivo de prueba con un brazo giratorio y un cuerpo de impacto. La probeta se pone en vibración libre con al menos una oscilación de resonancia natural por medio del cuerpo de impacto, de modo que las propiedades mecánicas de la probeta pueden determinarse determinando las vibraciones.

A partir del documento US 3850 031 A se conoce un procedimiento para determinar la distribución de tensiones de tracción a lo ancho de una banda laminada en frío con la ayuda de mediciones sin contacto realizadas en el área de las zonas longitudinales de la banda, y un dispositivo para llevar a cabo el método.

El documento US 4 860 572 A se refiere a un dispositivo para probar las micropropiedades de la superficie y compuestas de un material, en particular de discos duros con cabezales de lectura y escritura en sistemas informáticos que pueden dañarse, por ejemplo, por un fallo del cabezal.

Finalmente, a partir del documento DE 10 2014 116 034 A1 se conoce un dispositivo y un procedimiento para determinar las propiedades mecánicas de un objeto de medición flexible, que presenta un primer dispositivo de fijación con el que el objeto de medición puede fijarse de forma liberable en un primer punto, así como un segundo dispositivo de fijación con el que el objeto de medición puede fijarse de forma liberable en su lado opuesto al primer lado. El primer dispositivo de fijación está conectado a un primer actuador, a través del cual se pueden introducir excitaciones mecánicas en el objeto de medición. Además, el dispositivo presenta una unidad de control para controlar el actuador, así como un sistema de sensor óptico para escanear una superficie 3D del objeto de medición en el estado fijo. Las propiedades mecánicas del objeto de medición se determinan mediante un análisis modal mediante una primera y una segunda unidad de evaluación.

Un requisito previo para llevar a cabo un análisis modal y la derivación resultante de las frecuencias naturales de las probetas individuales es que la probeta se encuentre en el denominado "estado de vibración libre" durante la medición. Esto significa que la probeta se aísla dinámicamente del entorno físico y se elimina el contacto de la probeta con otras superficies. Idealmente, la probeta debe estar en lo que se conoce como "estado suspendido". Sin embargo, los procedimientos conocidos para determinar las frecuencias naturales prevén que la probeta se suspenda por medio de alambres o hilos flexibles o que la probeta se coloque sobre esteras de espuma generalmente blandas, de modo que no se alcance este "estado suspendido".

Una desventaja de los procedimientos y dispositivos del estado de la técnica es que, debido a los complejos procedimientos de medición, no puede tener lugar un examen de todos los componentes, por ejemplo, en una línea de producción. Solo tiene lugar un análisis de probetas individuales, que deben tomarse, por ejemplo, de una línea de producción para el examen. Por lo tanto, este procedimiento de examen es muy complejo y solo proporciona resultados aleatorios.

Igualmente desventajoso en el caso de los procedimientos y dispositivos del estado de la técnica es que los dispositivos de medición usados allí presentan componentes móviles que son particularmente susceptibles a fallos. En particular, los actuadores de impacto conocidos utilizan un sistema magnético con pistones móviles.

Partiendo de las desventajas descritas anteriormente, la invención se basa en la misión de indicar un dispositivo y un procedimiento para determinar propiedades mecánicas, por ejemplo, la frecuencia natural o la forma de vibración natural de una probeta que presenta componentes de material ferromagnético, que posibilita una determinación fiable y rápida de las propiedades mecánicas de la probeta.

Este problema se resuelve con un dispositivo para determinar las propiedades mecánicas de una probeta según la reivindicación 1 y con un procedimiento según la reivindicación 11.

La invención se refiere a un dispositivo para la determinación de propiedades mecánicas, por ejemplo, la frecuencia natural, la amortiguación modal o la forma de vibración natural de una probeta que presenta componentes de material ferromagnético y está diseñado como pastilla de freno para un vehículo de motor.

De acuerdo con la invención, está previsto un actuador electromagnético, en particular un electroimán, para ejercer una fuerza de atracción magnética sobre la probeta, de modo que el actuador ejerce un impulso de fuerza sobre la probeta y la probeta se hace vibrar, cuyo espectro contiene al menos una vibración de frecuencia natural de la probeta.

El actuador electromecánico ejerce una fuerza de atracción magnética sobre la probeta, de manera que es atraído en la dirección del actuador electromagnético cuando la fuerza de atracción magnética está suficientemente dimensionada. Esta fuerza de atracción está dimensionada de tal manera que la probeta choca contra el actuador, de modo que el impacto de la fuerza se ejerce sobre la probeta, por lo que las excitaciones mecánicas se introducen en la probeta.

La duración de la fuerza de atracción magnética está diseñada de tal manera que la probeta, que normalmente se encuentra tumbada o en movimiento sobre una mesa de trabajo o sobre una cinta transportadora de una línea de producción industrial, es atraída hacia arriba por el actuador situado encima de esta probeta, para que pueda tener lugar el impacto de la fuerza.

En el momento del impacto de la fuerza, la probeta se encuentra, por lo tanto, en el denominado "estado suspendido", es decir, está aislada dinámicamente del entorno físico. Por esta razón, no es necesario suspender o amortiguar la probeta por medio de esteras de espuma o similares, como se conoce por el estado de la técnica. Por este motivo, el dispositivo puede ser instalado en procesos industriales con líneas de producción, mesas de trabajo, etc., de manera que se mantengan los requisitos de un estado libre de vibraciones.

Dado que el dispositivo no tiene piezas móviles, a diferencia de los actuadores de impacto conocidos con pistones móviles, el dispositivo tiene una vida útil más larga en general y, además, tiene una construcción sencilla.

En virtud de la invención también es posible realizar una prueba de frecuencia natural que se basa en una prueba de análisis modular y que se puede implementar de manera rápida y económica y particularmente ventajosa en el cien por ciento de la producción de componentes a gran escala, en particular la producción de pastillas de freno. Por esta razón, la presente invención representa una contribución esencial a la automatización y estandarización de la prueba modal de probetas ferromagnéticas: Ya que la frecuencia natural o el amortiguamiento de las probetas se pueden utilizar en el cien por ciento de las piezas producidas en lugar de solo en muestras individuales.

Como se mencionó, puede estar previsto un electroimán para atraer la probeta. El uso de un electroimán para excitar las frecuencias naturales en la probeta es ventajoso, ya que tanto su fuerza de atracción magnética como la duración se pueden ajustar de tal manera que la probeta es atraída ciertamente contra el cabezal de accionamiento, pero se evita una adherencia al electroimán y es posible una excitación en el intervalo de frecuencias de hasta aproximadamente 10 kHz. El control del electroimán también puede evitar que la probeta golpee varias veces el cabezal de accionamiento.

La duración del impacto de la probeta en el cabezal de accionamiento es comparativamente breve y está en el intervalo de centésimas o bien milisegundos.

Según una primera ejecución ventajosa de la invención, el actuador está dispuesto suspendido en el estado inicial con respecto a la probeta, en particular por medio de un dispositivo de sujeción. Por el estado inicial se ha de entender que ninguna fuerza de atracción magnética del actuador actúa sobre la probeta, por lo que ésta descansa sin perturbaciones sobre una base. El dispositivo de sujeción con el actuador se puede utilizar de manera particularmente sencilla en una línea de producción existente para garantizar la calidad, por ejemplo, al colocarse en un dispositivo de transporte, en particular una cinta transportadora, de tal manera que el actuador, que está dispuesto colgando sobre las probetas durante el funcionamiento, en particular en el dispositivo de sujeción, posibilita una medición de todas las probetas que pasen por el actuador.

Dado que el actuador está dispuesto suspendido, la probeta está sujeta a condiciones de vibración libre cuando la probeta entra en contacto con el actuador durante el impacto de la fuerza. Debido a que la probeta se lleva al estado de flotación por la fuerza de atracción magnética en el momento del impacto de la fuerza, por lo que no se necesitan soportes, tales como cuerdas elásticas o esteras de espuma.

Según una variante ventajosa de la invención, el actuador se sujeta en el dispositivo de sujeción por medio de al menos un elemento amortiguador. Este elemento amortiguador se puede diseñar como una arandela para amortiguar las vibraciones generadas en el dispositivo, de modo que se asegure una alta estabilidad del dispositivo durante el funcionamiento.

En otra ejecución ventajosa de la invención está previsto un dispositivo de transporte para transportar a través del dispositivo una pluralidad de probetas dispuestas una detrás de otra. El actuador ejerce la fuerza de atracción magnética sobre la probeta en ciclos. Como se mencionó, el dispositivo de sujeción se puede integrar en una línea de producción industrial. Los componentes normalmente son transportados durante la producción en una línea de producción industrial, por ejemplo, dispuestos tendidos uno detrás de otro en una cinta transportadora, en particular para el transporte de una etapa de producción a la siguiente. Al final del proceso de producción o también para el análisis intermedio de los componentes, el dispositivo según la invención se puede utilizar en esta línea de producción para garantizar un análisis de todos los componentes allí transportados.

Cuando un componente pasa por el dispositivo, el actuador se activa de modo que la fuerza de atracción magnética es ejercida sobre el componente y es atraída contra el actuador para iniciar el impacto de la fuerza. Por regla general, los componentes restantes se mueven por medio del dispositivo de transporte durante este tiempo. Una vez analizada la probeta, se desconecta el actuador, de modo que la probeta vuelve a caer sobre el dispositivo de transporte y se sigue transportando.

Debido al ejercicio intermitente de la fuerza de atracción magnética sobre las probetas, éstas pueden moverse continuamente por medio del dispositivo de transporte. El requisito previo para esto es que la distancia entre probetas adyacentes se seleccione de tal manera que sea posible un análisis de todas las probetas y no se produzcan colisiones entre las distintas probetas, ya pasando la siguiente probeta el dispositivo cuando todavía se realiza un análisis de una probeta.

Para evitar errores de medición y perturbaciones durante el análisis, el dispositivo de transporte puede estar hecho de un material no ferromagnético. Esto impide, en particular, que partes del dispositivo de transporte, por ejemplo, la cinta transportadora, también sean atraídas o bien levantadas cuando la fuerza de atracción magnética actúa sobre la propia probeta.

De acuerdo con la invención, el actuador presenta un cabezal de accionamiento para iniciar el impacto de la fuerza sobre la probeta. El movimiento, la forma, la masa y la rigidez del cabezal de accionamiento se determinan de modo que se consigue una solicitación física adecuada de la probeta en términos de frecuencia y contenido de energía. En particular, el cabezal de accionamiento puede tener una sección sobresaliente para que el impacto de la fuerza pueda aplicarse casi de forma puntual, de modo que la probeta solicitada tenga un espectro de vibración claramente perceptible.

El cabezal de accionamiento ofrece un espectro plano y continuo debido a su impulso de impacto. El espectro se puede sintonizar al intervalo de frecuencias relevante mediante el uso de cabezales de accionamiento adecuados. El cabezal de accionamiento puede estar configurado esencialmente en forma de cúpula o en forma de pirámide. La duración o bien la forma del espectro de excitación resulta de la masa y de la rigidez del cabezal de accionamiento y de su estructura. En el caso de una estructura dura, que es excitada por un cabezal de accionamiento relativamente pequeño, la rigidez del cabezal de accionamiento influye principalmente en el espectro. Mediante el uso de cabezales de accionamiento de diferentes materiales, es posible adaptar el espectro de excitación al intervalo de frecuencias a examinar.

Por ejemplo, el cabezal de accionamiento puede estar hecho esencialmente de acero o plástico o caucho vulcanizado.

Esto asegura, por un lado, que la calidad del impacto de la fuerza sobre la probeta sea suficiente y, al mismo tiempo, se garantice una buena durabilidad del cabezal de accionamiento.

De acuerdo con otra forma de realización de la invención, para la detección óptica y/o acústica de las oscilaciones de frecuencia natural de la probeta excitada está prevista una unidad de sensor, en particular un micrófono o un vibrómetro láser.

Un vibrómetro láser es un dispositivo de medición para cuantificar vibraciones mecánicas. Se puede utilizar para medir la frecuencia de vibración y la amplitud de vibración. La luz láser se enfoca sobre la superficie a examinar. Debido al efecto Doppler, la frecuencia de la luz láser retrodispersada cambia cuando la superficie a medir se mueve, por ejemplo, cuando la probeta vibra. Este desplazamiento de la frecuencia se evalúa en el vibrómetro usando un interferómetro y se emite como señales de voltaje o como un flujo de datos digital. Vibrómetros de este tipo se utilizan, por ejemplo, en el sector de la automoción para medir los modos de vibración de componentes individuales o también de vehículos completos.

Un disparador de esta unidad de sensor se puede sincronizar con el inicio del impulso de fuerza. Por esta razón, según otra variante ventajosa, el dispositivo puede presentar una unidad de control para controlar el actuador y/o para sincronizar la unidad de sensor con la aplicación del impulso de fuerza que incide sobre la probeta.

Según otra ejecución ventajosa de la invención, la unidad de sensor presenta un sensor de fuerza para medir una función de fuerza. El actuador según la invención no puede estar previsto únicamente para la detección de frecuencias naturales de la probeta. Además, también puede estar previsto que un sensor de fuerza conectado en serie con el actuador detecte la función de fuerza durante el impacto de fuerza. El sensor de fuerza puede estar dispuesto en el lado de percusión del cabezal de accionamiento. La medición de la señal de fuerza proporciona información sobre la fuerza y el espectro del impacto de la fuerza. La señal del micrófono o bien del vibrómetro láser se puede calcular matemáticamente con la señal del sensor de fuerza, por ejemplo, para eliminar excitaciones desiguales.

En un perfeccionamiento de la invención está previsto un dispositivo de evaluación para comparar, calcular y/o comprobar datos que se miden y/o almacenan preferentemente mediante una unidad de sensor. Los datos se pueden guardar para garantizar la calidad, así como para evaluar el proceso de fabricación.

Se utiliza una medición en línea para evaluar cada componente en cuanto a si está libre de fallos o tiene un defecto. Los componentes defectuosos pueden eliminarse del proceso de producción posterior mediante un dispositivo de expulsión.

De acuerdo con una idea independiente de la invención, se proporciona un procedimiento para determinar las propiedades mecánicas, por ejemplo, la frecuencia natural, la amortiguación o el modo de vibración natural de una probeta que presenta componentes de material ferromagnético, en particular, una pastilla de freno para un vehículo de motor, con un dispositivo descrito anteriormente, ejerciendo una fuerza de atracción magnética sobre la probeta para iniciar un impacto de fuerza en la probeta, de modo que se haga oscilar, cuyo espectro contiene al menos una vibración de frecuencia natural de la probeta.

Debido a la fuerza de atracción magnética, la probeta se mueve en la dirección del actuador, en particular un cabezal de accionamiento del actuador, y entra en contacto con él, de modo que la solicitación de la probeta se ve afectada por un impacto de fuerza de la probeta contra el cabezal de accionamiento.

Según una primera ejecución ventajosa del procedimiento según la invención, en el momento en el que actúa el cabezal de accionamiento se dan condiciones de vibración esencialmente libres de la probeta.

De acuerdo con otra ejecución ventajosa de la invención, se miden frecuencias naturales que pertenecen a una oscilación natural de la probeta y se comparan las frecuencias naturales medidas con valores de referencia.

En otra variante de la invención, mediante la comparación de los valores medidos con los valores de referencia se lleva a cabo una coincidencia, que se usa como base para determinar los valores para una compresibilidad de la probeta.

Otros objetivos, ventajas, características y posibilidades de aplicación de la presente invención resultan de la siguiente descripción de un ejemplo de realización con ayuda del dibujo. Todas las características descritas y/o ilustradas forman en este caso el objeto de la presente invención, ya sea solas o en cualquier combinación conveniente, también independientemente de su resumen en las reivindicaciones o su referencia posterior.

En este caso, muestran esquemáticamente:

La Figura 1 el dispositivo para determinar propiedades mecánicas de una probeta en una primera posición a) en una vista en sección lateral y b) en una vista en sección desde arriba,

la Figura 2 el dispositivo según la Figura 1 a) en una segunda posición y

la Figura 3 un diagrama de circuito esquemático del dispositivo según la Figura 1.

Los componentes que son iguales o tienen el mismo efecto están provistos de símbolos de referencia en las siguientes figuras del dibujo basado en una realización para mejorar la legibilidad.

De la Figura 1 se desprende un dispositivo 10 para determinar propiedades mecánicas, por ejemplo, la frecuencia natural, la amortiguación o la forma natural de vibración de una probeta 1 que presenta componentes de material ferromagnético, en particular una pastilla de freno para un vehículo de motor. Está previsto un actuador electromagnético 2, en particular un electroimán 4, para ejercer una fuerza de atracción magnética sobre la probeta 1.

Esta fuerza de atracción magnética está dimensionada de tal manera que la probeta 1 es atraída en la dirección del actuador 2, de modo que el actuador 2 ejerce una fuerza de impacto sobre la probeta 1 debido a la fuerza de atracción magnética. La probeta 1 se hace oscilar por el impacto de la fuerza, cuyo espectro contiene al menos una oscilación de frecuencia natural de la probeta 1.

Como se desprende de las Figuras 1 y 2, el actuador 2 está dispuesto suspendido con respecto a la probeta 1 por medio de un dispositivo de sujeción 11. En el presente ejemplo de realización, el actuador 2 está fijado al dispositivo de sujeción 11 por medio de un tornillo 12, de modo que en la posición de funcionamiento el actuador 2 se encuentra suspendido por encima de los componentes o bien probetas 1 a ensayar.

El actuador 2 también se sujeta al dispositivo de sujeción 11 por medio de dos elementos amortiguadores 9. Estos elementos amortiguadores 9 se pueden realizar como arandelas para amortiguar las vibraciones generadas dentro del dispositivo 10 durante el impacto de la fuerza, de modo que se garantice un alto grado de estabilidad del dispositivo 10 durante el funcionamiento.

El actuador 2 presenta un cabezal de accionamiento 3 para iniciar el impacto de la fuerza en la probeta 1. Este cabezal de accionamiento 3 proporciona un espectro plano y continuo debido a su pulso de impacto. El cabezal de accionamiento 3 puede estar configurado esencialmente en forma de cúpula o en forma de pirámide. La duración o forma del espectro de excitación resulta de la masa y de la rigidez del cabezal de accionamiento 3 y de su estructura. Mediante el uso de cabezales de accionamiento 3 de diferentes materiales existe la posibilidad de adaptar el espectro de excitación al intervalo de frecuencias a examinar.

El cabezal de accionamiento 3 puede estar hecho, por ejemplo, esencialmente de acero, plástico o caucho vulcanizado.

El dispositivo de sujeción 11 con el actuador 2 se puede utilizar en una línea de producción industrial existente para el aseguramiento de la calidad de los componentes al estar dispuesto, por ejemplo, en un dispositivo de transporte, en particular en una cinta transportadora.

En el momento en que se activa el actuador 2, la fuerza de atracción magnética actúa sobre la probeta 1 de manera que ésta es atraída en la dirección del actuador 2 colgante, es decir, hacia arriba, como muestra la Figura 2.

Si la fuerza de atracción magnética está suficientemente dimensionada, golpea el cabezal de accionamiento 3 del actuador 2, de modo que el impacto de la fuerza se ejerce sobre la probeta 1 y se introducen excitaciones mecánicas en la probeta 1. La duración del impacto de la probeta 1 sobre el cabezal de accionamiento 3 es comparativamente corta y está en el intervalo de centésimas o bien milisegundos.

Dado que el actuador 2 está dispuesto de forma suspendida, se presentan condiciones de vibración libre de la probeta 1 cuando la probeta 1 entra en contacto con el actuador 2. Porque la probeta 1 se lleva al denominado estado suspendido en el momento del impacto de la fuerza. En este estado suspendido, la probeta 1 está aislada dinámicamente del entorno físico y no tiene contacto con otras superficies. Por esta razón, no es necesario suspender o montar elásticamente la probeta 1 por medio de esteras de espuma o similares.

El uso de un electroimán 4 para excitar las frecuencias naturales en la probeta 1 es ventajoso, ya que tanto la cantidad de fuerza de atracción magnética como la duración de la activación se pueden ajustar de tal manera que la probeta 1 sea atraída contra el cabezal de accionamiento 3, pero se evita que quede pegado al electroimán 4. El control del electroimán 4 también puede evitar que la probeta 1 golpee varias veces el cabezal de accionamiento 3.

En el caso de procedimientos de producción industriales, el dispositivo 10 también se puede integrar de forma especialmente sencilla y eficaz en líneas de producción existentes. En líneas de producción de este tipo está previsto habitualmente un dispositivo de transporte para transportar una pluralidad de componentes dispuestos uno tras otro.

El actuador 2 de un dispositivo integrado 10 de este tipo ejerce la fuerza de atracción magnética para un impacto de fuerza sobre la probeta 1 a analizar. Durante este tiempo, las probetas 1 restantes, que se encuentran en el dispositivo de transporte, se continúan moviendo por medio del dispositivo de transporte. Después de aplicar el impacto de fuerza a la probeta 1, el actuador 2 se desconecta de modo que la probeta 1 vuelve a caer sobre el dispositivo de transporte y es transportado más antes de que la siguiente probeta sea atraída magnéticamente.

Debido al ejercicio intermitente de la fuerza de atracción magnética sobre las probetas 1, éstas pueden moverse continuamente por medio del dispositivo de transporte. El requisito previo para esto es que la distancia entre probetas 1 adyacentes se seleccione de tal manera que no se produzcan colisiones entre las distintas probetas 1, por ejemplo, si la siguiente probeta 1 ya pasa por el dispositivo 10 cuando una probeta 1 todavía está siendo analizada.

Para evitar errores de medición y perturbaciones durante el análisis, el dispositivo de transporte puede estar hecho de un material no ferromagnético.

Como muestra la representación esquemática según la Figura 3, las frecuencias naturales de las oscilaciones de frecuencia natural de la probeta 1 excitada se detectan óptica y/o acústicamente por medio de una unidad de sensor 5. La medición de la vibración de la probeta 1 se puede realizar con una unidad de sensor 5 tal como, por ejemplo, un sensor de vibración, en particular un micrófono o un vibrómetro láser. El disparo de este sensor 5 puede sincronizarse con el comienzo del impacto de la fuerza. Por esta razón, el dispositivo 10 puede tener una unidad de control 6 para controlar el actuador 2 y/o para sincronizar la unidad de sensor 5 con el inicio del impacto de la fuerza sobre la probeta 1.

Adicionalmente, la unidad de sensor 5 puede proporcionar un sensor de fuerza 7 para medir una función de fuerza. Este sensor de fuerza 7 se puede conectar en serie con el actuador 2 y puede detectar la función de fuerza durante el impacto de fuerza. La medición de la señal de fuerza proporciona información sobre con qué fuerza y qué espectro tiene lugar el impulso de fuerza. Por ejemplo, la señal del micrófono/ vibrómetro láser se puede calcular matemáticamente con la señal del sensor de fuerza 7 para que se puedan eliminar excitaciones desiguales.

Para evaluar los datos medidos está previsto un dispositivo de evaluación 8, en el que tiene lugar una comparación de los datos medidos con, por ejemplo, datos de referencia previamente almacenados para determinar si una probeta 1 analizada presenta un defecto y posiblemente debería desecharse. Los datos medidos también se pueden convertir y/o comprobar en el dispositivo de evaluación 8.

En el caso de que la probeta 1 se trate de una pastilla de freno, que presenta una placa de soporte de pastilla de freno con un forro de fricción dispuesto en ella, éste es atraído magnéticamente con el lado de la placa de soporte contra el cabezal de accionamiento 3 del actuador 2, de modo que se inicia un impacto de fuerza en el lado de la placa de soporte de la pastilla de freno. Esto hace que la pastilla de freno vibre. Como ya se ha descrito, estas vibraciones se analizan. A partir de las frecuencias naturales de la pastilla de freno medidas de esta manera, se pueden sacar conclusiones sobre la compresibilidad de la pastilla de freno y el estado de la pastilla de freno. Con esta medición se realiza una evaluación de cada componente para determinar si está libre de fallos o presenta algún defecto. Los componentes defectuosos pueden retirarse del proceso de producción posterior mediante un dispositivo de expulsión. Los datos medidos o calculados se pueden utilizar para controlar un proceso de fabricación, desechar piezas que quedan fuera de un intervalo de dispersión definido o detectar errores.

No es necesario retirar los distintos forros para realizar un análisis de calidad, ya que el dispositivo comprueba todos los forros para determinar las propiedades mecánicas.

En base a la invención es posible así realizar una prueba de frecuencia natural que se puede implementar de forma rápida y económica y es especialmente ventajosa en el cien por ciento de la producción de componentes a gran escala, en particular la producción de pastillas de freno. Por esta razón, la presente invención representa una contribución esencial a la automatización y estandarización de la prueba modal de probetas 1 ferromagnéticas.

Lista de símbolos de referencia

1 probeta

2 actuador electromagnético

3 cabezal de accionamient

4 electroimán

5 unidad de sensor

6 unidad de control

7 sensor de fuerza

8 dispositivo de evaluación

9 elemento amortiguador

10 dispositivo

11 dispositivo de sujeción

12 tornillo

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo (10) para determinar propiedades mecánicas, por ejemplo, la frecuencia natural, la amortiguación o la forma de vibración natural, de una probeta (1) que presenta componentes de material ferromagnético que está configurada como una pastilla de freno para un vehículo de motor, caracterizado por que está previsto un actuador electromagnético (2), en particular un electroimán, para ejercer una fuerza de atracción magnética sobre la probeta (1), en donde, como resultado de la fuerza de atracción magnética, la probeta (1) es movida en la dirección de un cabezal de accionamiento (3) del actuador (2) y entra en contacto con él, de modo que el actuador (2) introduce un impacto de fuerza en la probeta (1) por medio del cabezal de accionamiento (3) y se hace que la probeta (1) experimente vibraciones, cuyo espectro contiene al menos una vibración de frecuencia natural de la probeta (1).

2. Dispositivo (10) según la reivindicación 1, caracterizado por que, en el estado inicial, el actuador (2) está dispuesto de manera suspendida con respecto a la probeta (1) por medio de un dispositivo de sujeción (11).

3. Dispositivo (10) según la reivindicación 2, caracterizado por que el actuador (2) está sujeto en el dispositivo de sujeción (11) por medio de al menos un elemento de amortiguación (9).

4. Dispositivo (10) según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que está previsto un dispositivo de transporte para transportar varias probetas (1) en una disposición una detrás de otra a través del dispositivo (10) y el actuador (2) ejerce en ciclos la fuerza magnética de atracción sobre la probeta (1).

5. Dispositivo (10) según la reivindicación 4, caracterizado por que el dispositivo de transporte está hecho de un material no ferromagnético.

6. Dispositivo (10) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que está prevista una unidad de sensor (5) para detectar óptica y/o acústicamente las vibraciones de frecuencia natural de la probeta (1) excitada, en particular un micrófono o un vibrómetro láser.

7. Dispositivo (10) según la reivindicación 6, caracterizado por que la unidad de sensor (5) presenta un sensor de fuerza (7) para medir una función fuerza-tiempo durante el impacto.

8. Dispositivo (10) según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que está prevista una unidad de control (6) para controlar el actuador (2) y/o para sincronizar la unidad de sensor (5) con la introducción de la fuerza de impacto en la probeta (1).

9. Dispositivo (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que está previsto un dispositivo de evaluación (8) para comparar, calcular y/o verificar datos preferiblemente medidos y/o almacenados por medio de la unidad de sensor (5).

10. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que el cabezal de accionamiento (3) está diseñado esencialmente en forma de cúpula o en forma de pirámide.

11. Procedimiento para determinar propiedades mecánicas, por ejemplo, la frecuencia natural, la amortiguación o la forma de vibración natural, de una probeta (1) que presenta componentes de material ferromagnético que se configura como una pastilla de freno para un vehículo de motor, con un dispositivo (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se ejerce una fuerza de atracción magnética sobre la probeta (1), donde, como resultado de la fuerza de atracción magnética, la probeta (1) es movida en la dirección de un cabezal de accionamiento (3) del actuador (2) y entra en contacto con él para introducir una fuerza de impacto en la probeta (1), de manera que esta última sufre vibraciones, cuyo espectro contiene al menos una frecuencia de vibración natural de la probeta (1).

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por que, en el momento en que se actúa sobre el cabezal de accionamiento (3), se presentan condiciones de vibración esencialmente libres en la probeta (1).

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado por que se miden frecuencias naturales, que pertenecen a una vibración natural de la probeta (1) y por que las frecuencias naturales medidas se comparan con valores de referencia.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado por que mediante la comparación de los valores medidos con los valores de referencia se lleva a cabo una comparación que se utiliza como base para determinar los valores de compresibilidad de la probeta (1).