ES2928930T3 - Dispositivo de botón a presión para la caracterización no destructiva de materiales - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para la caracterización viscoelástica no destructiva de materiales, que comprende: una cubierta tubular (1), que tiene en su interior un rebaje pasante provisto de al menos una primera (19) y una segunda contracción (5); una primera varilla (2), provista de una base de material ferromagnético (8), deslizándose en el interior de dicha carcasa (1) entre una primera posición, en la que dicho casquillo (11) no sobresale hacia la base inferior (12) de dicha carcasa (1), y una segunda posición, en la que dicho casquillo (11) sobresale hacia dicha base inferior (12); un primer resorte (20) configurado para empujar dicha virola (11) hacia el exterior; un sensor de desplazamiento (10) configurado para leer el desplazamiento de dicha primera varilla (2); un botón (3), deslizante entre un recorrido superior al de dicha primera varilla (2), y solidario a una segunda varilla (21) provista de un imán y coaxial a dicha primera varilla (2); un segundo resorte (6), configurado para empujar dicho botón (3) hacia la parte superior de dicha carcasa tubular (1), estando configurado dicho dispositivo para que luego de presionar el botón (3) dicho imán (7) entre en contacto con dicho base de material ferromagnético (8), fijándola así por atracción magnética, y para que después de soltar el botón, dicha base de material ferromagnético se separe de dicho imán (7) cuando el tope (9) impide otro movimiento de dicha varilla (2).), permitiendo así que dicha primera varilla (2) quede libre siempre a la misma altura. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de botón a presión para la caracterización no destructiva de materiales
Campo técnico
La presente invención se refiere al campo técnico que comprende los dispositivos de medición utilizados para la caracterización viscoelástica de materiales, y en particular de neumáticos para vehículos.
La presente invención tiene como objetivo desarrollar un dispositivo de medición que proporcione valores de parámetros denominados módulo de almacenamiento, módulo de pérdida y factor de pérdida de un neumático que definen sus características viscoelásticas.
El módulo de almacenamiento mide la energía almacenada y está relacionado con el comportamiento elástico.
El módulo de pérdida mide la energía disipada y está relacionado con el comportamiento viscoelástico.
La relación entre el módulo de pérdida y el módulo de almacenamiento proporciona la tangente del ángulo de fase entre los dos módulos.
Dicho objetivo se alcanza mediante un dispositivo que comprende las características descritas en la reivindicación principal. Las realizaciones ventajosas de la invención se describen en las reivindicaciones dependientes.
Estado de la técnica
En el estado de la técnica, existen dispositivos de medición conocidos y de uso común que proporcionan un índice que permite proporcionar información sobre la similitud entre diversos tipos de neumáticos. Un ejemplo se describe en la Patente FR2846094A1, donde las características del neumático se definen mediante la utilización de una carga y un muelle para proporcionar impacto a una temperatura de ensayo T. Después del impacto, el neumático se deforma y así se obtiene el módulo elástico del material del que está hecho. Como consecuencia, se conoce la pérdida de energía y mediante la utilización de un ordenador es posible proporcionar la curva característica del material del neumático. La curva de rugosidad del suelo se obtiene con un espectrómetro y se compara con la curva del neumático. Otro dispositivo para la caracterización de materiales se describe en el documento GB 1485218 A.
Sin embargo, de manera desventajosa, el operador libera la carga manualmente. De esta manera, no es seguro que la energía potencial sea siempre la misma, de hecho, el operador podría frenar la caída de la carga utilizando los dedos. Como consecuencia, el cálculo del índice de material no es exacto ya que la velocidad de impacto no siempre es la misma, sino que está sujeta a un posible error del operador, por lo que se puede decir que dicho sistema depende del operador. Existen también otros sistemas de medida cuya arquitectura es más compleja y requiere de bancos de pruebas lo que hace que estos sistemas sean incómodos y muy caros.
Problema técnico
Por lo tanto, queda sin resolver el problema de proporcionar un dispositivo para la caracterización viscoelástica de materiales, y en particular de neumáticos, que supere los límites de los dispositivos conocidos en el estado de la técnica, y que sea en particular barato, portátil y que permita obtener resultados del ensayo independientes de la habilidad manual del operador.
Objeto de la invención
De acuerdo con un primer objetivo, la presente invención proporciona un dispositivo portátil que permite la caracterización viscoelástica de un material proporcionando valores de módulo de almacenamiento, módulo de pérdida y factor de pérdida.
De acuerdo con otro objetivo, la presente invención proporciona un dispositivo para la caracterización viscoelástica de materiales que permite aplicar una energía potencial constante al material durante las diversas repeticiones de una medición, sin que dicho valor esté influenciado por el operador que está utilizando el dispositivo.
De acuerdo con otro objetivo, la presente invención proporciona un dispositivo para la caracterización viscoelástica de materiales que permite variar la energía potencial aplicada al material de ensayo simplemente reemplazando un muelle por otro con diferente rigidez.
Sin embargo, de acuerdo con otro objetivo, la presente invención proporciona un dispositivo para la caracterización viscoelástica de materiales que permite variar la frecuencia de movimiento libre pero no la frecuencia de movimiento forzado con el fin de proporcionar un dispositivo con la menor cantidad de elementos posible y, por lo tanto, económico, funcional y portátil. De acuerdo con otro objetivo más, la presente invención proporciona un dispositivo para la caracterización viscoelástica de materiales que permite variar la temperatura del material sometido a caracterización, para aumentar los puntos discretos que definen la curva característica viscoelástica del material. De acuerdo con otro objetivo más, la presente invención proporciona un dispositivo portátil para la caracterización viscoelástica de
materiales que permite controlar que el dispositivo esté situado perfectamente perpendicular al neumático o que permite, mientras procesa los datos detectados, considerar el ángulo entre la trayectoria de la carrera de la masa que golpea el neumático y la dirección de la fuerza de carga para obtener una fuerza de caída definida.
Breve descripción de la invención
La presente invención alcanza los objetivos antes señalados ya que se trata de un dispositivo para la caracterización viscoelástica no destructiva de materiales, que comprende: una carcasa tubular (1), de forma casi cilíndrica y de dimensiones tales que se puede agarrar con la mano, que tiene en su interior un rebaje pasante provisto de al menos un primer estrechamiento (19) dispuesto dentro del desarrollo axial de dicho rebaje interior y un segundo estrechamiento (5) dispuesto en la base superior de dicha carcasa (1); una primera varilla (2), dispuesta en un extremo de una tapa (18) y una punta (11) que sobresale de la misma, y en el otro extremo con una base de material ferromagnético (8), fijada de forma que se pueda deslizar en el interior de dicha carcasa (1) entre una primera posición, en la que dicha punta (11) no sobresale de la base inferior (12) de dicha carcasa (1), y una segunda posición, en la que dicha punta (11) sobresale de dicha base inferior (12); un primer muelle (20) configurado para empujar dicha punta (11) de dicha varilla (2) hacia el exterior, desde el lado de dicha base inferior (12); un sensor de desplazamiento (10) configurado para medir el desplazamiento de dicha primera varilla (2) mientras se desliza a lo largo de la carcasa tubular (1); un botón (3), que se desliza entre una primera y una segunda posición dentro de dicha carcasa (1) con una carrera mayor que la de dicha primera varilla (2), y solidario con una segunda varilla (21) coaxial a dicha primera varilla (2), estando dicha segunda varilla (21) dispuesta en el extremo vuelto hacia dicha primera varilla (2), de un imán (7); un segundo muelle de empuje (6), con rigidez elástica mayor que dicho primer muelle (20) configurado para empujar dicho botón (3) hacia la parte superior de dicha carcasa tubular (1), estando configurado dicho dispositivo para que después de presionar el botón (3) dicho imán (7) entre en contacto con dicha base de material ferromagnético (8), fijándola así por atracción magnética, y de manera que después de soltar el botón dicha base de material ferromagnético se separa de dicho imán (7) cuando dicho tope (9) impide otro movimiento de dicha primera varilla (2), permitiendo así que dicha primera varilla (2) caiga libremente siempre a la misma altura.
Descripción detallada de la invención
A continuación se describirá la invención haciendo referencia a las Figuras 1 a 3 adjuntas. En la Figura 1 se muestra una vista en sección de una realización preferida de la invención con todos sus elementos esenciales, en la que el botón (3) está posicionado donde el imán (7) se separa de la base de material ferromagnético (8); en la Figura 2 se muestra una vista de un uso de la invención mostrando la medida colocando la carcasa tubular (1) sobre un neumático (14); en la Figura 3 se muestra una vista de otro uso de la invención mostrando cómo se obtienen las características viscoelásticas de un neumático (14) mediante datos de posición y temperatura procesados por un ordenador (22). En la figura se representa el imán (7) desprendido de la base de material ferromagnético (8) y un esquema de cómo son procesados los datos por el ordenador (22).
Tal y como se muestra en la Figura 1 anexa, el dispositivo de caracterización viscoelástica no destructiva de materiales según la invención comprende:
• una carcasa tubular (1), con forma casi cilíndrica y de dimensiones tales que se puede agarrar con la mano, que tiene en su interior un rebaje pasante provisto de al menos un primer estrechamiento (19), también denominado escalón, dispuesto en el interior del desarrollo axial de dicho rebaje interior y un segundo estrechamiento (5) dispuesto en la base superior de dicha carcasa (1);
• una primera varilla (2), dispuesta en un extremo de una tapa (18) y una punta (11) que sobresale de la misma, y en el otro extremo con una base de material ferromagnético (8). La varilla (2) está fijada de forma que se puede deslizar en el interior de dicha carcasa (1) entre una primera posición, en la que dicha punta (11) no sobresale a la base inferior (12) de dicha carcasa (1), y una segunda posición, en la que dicha punta (11) sobresale a dicha base inferior (12). Para tal fin, la varilla (2) está provista de un tope (9) configurado para apoyarse en dicho estrechamiento (19), limitando este la carrera de dicha varilla hacia la parte superior de dicha carcasa;
• un primer muelle (20) comprimido entre dicha tapa (18) y dicho estrechamiento (19) y configurado para empujar dicha punta (11) de dicha varilla (2) hacia el exterior, desde el lado de dicha base inferior (12); siendo dicho primer muelle (20) integral con dicha tapa (18) de modo que la carrera de dicha punta hacia la parte inferior de dicho caparazón está limitada;
• un sensor de desplazamiento (10) configurado para leer el desplazamiento de dicha primera varilla (2) mientras se desliza a lo largo de la carcasa tubular (1). Convenientemente, dicho sensor (10) está ubicado dentro de dicha carcasa tubular (1);
• un botón (3), que se puede accionarse desde el exterior, desde el extremo superior de dicha carcasa (1) y que se desliza en el interior de dicha carcasa (1) con una carrera mayor que la de la primera varilla (2). El botón (3) es solidario con una segunda varilla (21) coaxial a dicha primera varilla (2) y provista, en su extremo vuelto a dicha primera varilla (2), de un imán (7). Convenientemente, dicho botón (3) es parte integral de una segunda tapa (4) configurada para hacer tope con dicho segundo estrechamiento (5) para limitar la carrera de dicho botón,
evitando así que el mismo se salga completamente de dicha carcasa (1);
• un segundo muelle de empuje (6), con rigidez elástica mayor que el primer muelle (20), dispuesto dentro de dicha carcasa tubular (1) y comprimido entre dicho estrechamiento (19) y dicha segunda tapa (4), para presionar dicho botón (3) hacia la parte superior de dicha carcasa tubular (1), manteniendo así la parte superior en el exterior.
Después de describir los diversos elementos, ahora es posible describir el funcionamiento del dispositivo. De acuerdo a lo descrito, el dispositivo está configurado para que al presionar el botón (3), el imán (7) entre en contacto con la base de material ferromagnético (8), la cual queda sujeta al imán (7) por atracción magnética. La fuerza del imán (7) y la rigidez del primer muelle (20) están configuradas para que dicho imán (7) tenga una fuerza magnética mayor que la fuerza de compresión ejercida por el muelle (20). Por tanto, aunque se libere el botón (3), dicho segundo muelle (21) empuja todo el sistema hacia la parte superior, hasta que dicho tope (9) impide otro movimiento de dicha primera varilla (2). Dado que la carrera permitida al botón (3) es mayor que la carrera permitida a la primera varilla (2), ésta continuará en su recorrido hacia arriba empujada por el segundo muelle (21), provocando así el desprendimiento mecánico del imán (7) de la base de material ferromagnético (8) siempre en el mismo punto.
Por tanto, la primera varilla (2) puede caer libremente, siempre a la misma altura. Tal evento garantiza que, en todas las medidas, la energía potencial de la primera varilla (2) sea siempre la misma, ya que la separación es mecánica y no depende del operador.
Convenientemente, el dispositivo comprende también un ordenador (22) conectado a dicho sensor de desplazamiento (10) por medio de un conector adecuado (17). El ordenador (22) procesa datos después de adquirir el desarrollo en el tiempo de la posición de la punta (11), como señales de entrada. Mediante un algoritmo de análisis, conocido en el estado de la técnica, calcula la energía disipada y proporciona los valores de los parámetros módulo de almacenamiento, módulo de pérdida y factor de pérdida de un neumático, que definen sus características viscoelásticas.
Preferiblemente pero no de forma limitativa, el dispositivo comprende además un sensor de temperatura (13), integral con la carcasa tubular (1), configurado para que la temperatura del área del neumático sea detectada y comunicada a dicho ordenador en el escalón de ensayo, es decir, el área del neumático donde se produce el impacto de la punta (11). Preferiblemente dicho sensor de temperatura es de tipo infrarrojo y está configurado para detectar dicha temperatura sin entrar en contacto con dicho neumático;
Además, según otra forma de realización el dispositivo comprende, solidario con la carcasa tubular (1), un canal (16) dispuesto en la zona de contacto entre la punta (11) y el neumático (14) para la entrada de aire caliente o aire frío, lo que permite variar la temperatura de ensayo para aumentar los puntos concretos que definen la curva característica viscoelástica del material.
Además, preferentemente, para garantizar que la fuerza de caída de la primera varilla (2) sea siempre constante, el dispositivo puede comprender, solidario con dicha carcasa tubular (1), un inclinómetro (15) configurado para medir el ángulo entre la vertical (dirección de la fuerza de carga) y el eje de la primera varilla (2), de manera que se pueda realizar el ensayo manteniendo siempre el mismo ángulo o considerándolo en el cálculo.
Variando la frecuencia del sistema masa-muelle así como la temperatura de ensayo se pueden obtener más puntos que definen la curva viscoelástica del material del que está hecho el neumático. Para variar la frecuencia del sistema masa/muelle dicho primer muelle (20) puede ser convenientemente reemplazado.
Claims (5)
1. Dispositivo para la caracterización viscoelástica no destructiva de materiales, que comprende:
- una carcasa tubular (1), con forma casi cilíndrica y dimensionada de manera que se puede agarrar con la mano, que tiene en su interior un rebaje pasante provisto de al menos un primer estrechamiento (19) dispuesto en el interior del desarrollo axial de dicho rebaje interior y un segundo estrechamiento (5) dispuesto en la base superior de dicha carcasa (1);
- una primera varilla (2), dispuesta en un extremo de una tapa (18) y una punta (11) que sobresale a través de la tapa y en el otro extremo con una base de material ferromagnético (8), fijada de forma que se puede deslizar en el interior de dicha carcasa (1) entre una primera posición, en la que dicha punta (11) no sobresale a través de la base inferior (12) de dicha carcasa (1), y una segunda posición, en la que dicha punta (11) sobresale a través de dicha base inferior (12), estando dicha varilla (2) provista de un tope (9) configurado para hacer tope con respecto a dicho primer estrechamiento (19),
- un primer muelle (20) configurado para empujar dicha punta (11) de dicha varilla (2) hacia el exterior, desde el lado de dicha base inferior (12);
- un sensor de desplazamiento (10) configurado para medir el desplazamiento de dicha primera varilla (2) mientras se desliza a lo largo de la carcasa tubular (1);
- un botón (3), deslizante entre una primera y una segunda posición dentro de dicha carcasa (1) con una carrera mayor que la de dicha primera varilla (2), y solidario con una segunda varilla (21) coaxial a dicha primera varilla (2), estando dicha segunda varilla (21) provista de un imán (7), en el extremo vuelto hacia dicha primera varilla (2);
- un segundo muelle de empuje (6), con rigidez elástica mayor que dicho primer muelle (20) configurado para empujar dicho botón (3) hacia la parte superior de dicha carcasa tubular (1),
estando configurado dicho dispositivo para que después de presionar el botón (3), dicho imán (7) entre en contacto con dicha base de material ferromagnético (8), fijándola así por atracción magnética,
y de manera que
después de soltar el botón, dicha base de material ferromagnético se separa de dicho imán (7) cuando dicho tope (9) impide otro movimiento de dicha primera varilla (2), permitiendo así que dicha primera varilla (2) caiga libremente siempre de la misma altura.
2. Dispositivo para la caracterización viscoelástica no destructiva de materiales de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un ordenador (22) conectado a dicho sensor de desplazamiento (10) por medio de un conector adecuado (17), y configurado para procesar los datos detectados por dicho sensor calculando al menos un parámetro referido a la caracterización viscoelástica del material.
3. Dispositivo para la caracterización viscoelástica no destructiva de materiales de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, que comprende además un sensor de temperatura (13), integral con la carcasa tubular (1), y configurado para que la temperatura de la zona del neumático sea detectada y comunicada a dicho ordenador en el escalón de ensayo, es decir, en la zona donde se produce el impacto de dicha punta (11).
4. Dispositivo para la caracterización viscoelástica no destructiva de materiales de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además, solidario con la carcasa tubular (1), un canal (16) dispuesto en la zona de contacto entre la punta (11) y el neumático (14) para la entrada de aire caliente o aire frío, lo que permite variar la temperatura de ensayo para aumentar los puntos concretos que definen la curva característica viscoelástica del material.
5. Dispositivo para la caracterización viscoelástica no destructiva de materiales de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además, solidario con dicha carcasa tubular (1), un inclinómetro (15) configurado para medir el ángulo entre la vertical y el eje de deslizamiento de dicha primera varilla (2).
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