WO2011007023A2 - Dispositivo de sujeción de muestras en ensayos mecánicos en tejido blando - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a device for holding samples of soft materials, such as biological materials, in mechanical tests.
- the object of the invention consists of a device that retains the sample of soft material used as a test piece in tensile tests on biological materials in submerged environments.
- the sample between the teeth of the device object of the invention thus preventing its detachment at the time of its stretching during the mechanical test, for example a controlled tensile test.
- the mobile arm is articulated with the fixed arm by means of a joint located at the lower end of the second section of the fixed arm, which is the starting point thereof with respect to the first section of the fixed arm.
- the recovery action of the bending plate which is located facing the mobile arm and that keeps the mobile arm loaded to obtain the closure of the clamp in rest state, keeps the teeth in contact by means of a slight Pressure.
- the tightening screw in addition to applying pressure on the second tooth, also allows tightening the tightening of the sample by means of regulating the pressure exerted on said second tooth.
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Abstract
Dispositivo de sujeción, de tipo mordaza, de muestras en ensayos mecánicos en tejido blando que comprende: Un brazo fijo, con un primer y segundo tramo, adaptado para fijarse al eje de tracción de una máquina de ensayos. Un brazo móvil opuesto al brazo fijo, configurando una pinza articulada respecto al eje central del brazo fijo. Un primer diente, en el extremo del brazo fijo, y un segundo diente en el extremo del brazo móvil, adaptados para recibir una muestra del tejido a ensayar. Una chapa flectora, entre las partes inferiores del brazo fijo y del brazo móvil, destinada a mantener el dispositivo cerrado a baja presión, en estado de reposo. Un tornillo de apriete, que atraviesa el brazo fijo por su extremo superior y que permite fijar el tejido entre los dientes a una presión determinada El dispositivo permite la realización de ensayos sumergidos.
Description
DISPOSITIVO DE SUJECIÓN DE MUESTRAS EN ENSAYOS MECÁNICOS EN TEJIDO BLANDO
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
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 Ia invención consiste en un dispositivo que retiene Ia muestra de material blando utilizada como probeta en ensayos de tracción en materiales biológicos en entornos sumergidos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 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 Io que las condiciones de uso distan mucho de Io que se podrían considerar como condiciones óptimas, Io que hace aumentar mucho el tiempo de colocación de las muestras biológicas, ya que en Ia 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 2,5-3mm de sección. Existen varios modelos diferentes de mordazas (dependiendo del ensayo, Ia carga a soportar, condiciones de trabajo, tamaño, y demás variables que puedan ser relevantes para un estudio en particular), así como de casas comerciales (corno 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.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN 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 Ia 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 Ia 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 Ia 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 mm2 . 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 Ia 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 Ia 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 Ia 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 Ia 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 Ia 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 moil y ajustar así Ia probeta o Ia muestra de ensayo (una vez colocada). De esta manera queda sujeta
Ia muestra entre los dientes del dispositivo objeto de Ia 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, Ia acción recuperadora de Ia chapa flectora, que está ubicada enfrentada al brazo móvil y que mantiene el brazo móvil cargado para obtener el cierre de Ia 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 Ia muestra por medio de Ia regulación de Ia presión que se ejerce sobre dicho segundo diente. Finalmente, el dispositivo se completa con un alargador de empuje, acoplado a Ia parte inferior del brazo móvil, el cual es extraíble y permite mejorar las condiciones de colocación de una muestra cuando existe Ia 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 Ia apertura del dispositivo en este tipo de ensayos ya que se hace difícil Ia apertura del dispositivo en ausencia de! alargador. Una presión sobre dicha superficie produce un giro del brazo móvil respecto al brazo fijo en torno a Ia articulación que permite el movimiento del brazo móvil, Io cual permite Ia apertura del dispositivo y Ia consecuente separación de los dientes para alojar entre dichos dientes Ia muestra. Con todo Io anterior y teniendo en cuenta que el tejido biológico blando requiere probetas de dimensiones milimétricas para su ensayo y es viscoso y resbaladizo Io que dificulta, en gran medida, su colocación en las mordazas existentes en Ia actualidad, las ventajas que ofrece el dispositivo de sujeción objeto de Ia 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 Ia colocación de las probetas de ensayo.
- Posibilidad de ajuste preciso de Ia muestra mediante el uso del tornillo de apriete.
- Comodidad a Ia hora de colocar las muestras de tejido.
- Opción de poder ser utilizadas en ensayos sumergidos, en piscinas de bajo volumen de líquido, manteniendo así Ia 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.
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 Ia necesidad de ser realizados sumergidos en suero fisiológico para evitar Ia deshidratación de Ia muestra a Io largo del ensayo, Io que hace cambiar sus propiedades.
El dispositivo objeto de Ia 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 Ia 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 Ia no necesidad emerger completamente el dispositivo de sujeción, Io cual no es posible con los sistemas existentes en Ia actualidad. Esto es posible gracias a que Ia
muestra está sujeta a presión mediante un solo tornillo, con Io que el dispositivo de sujeción inferior puede permanecer sumergido casi por completo, manteniendo emergida, únicamente, Ia zona de los dientes y el tornillo de apriete de seguridad en el momento de Ia extracción y Ia colocación de Ia muestra. En este tipo de ensayos, los ensayos sumergidos, es donde se aprecia Ia finalidad del alargador de empuje, cuya función es Ia de tener Ia 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.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de Ia misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io 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.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A Ia 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 Ia muestra de tejido blando a ensayar quede dispuesta entre ellos y sujeta por sus extremos por cado uno de los dispositivos (1) respectivamente; para Io 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 Ia figura 2. Para Ia realización de ensayos sumergidos tanto Ia 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 Ia máquina de ensayos tal y como se observa en Ia figura 5.
Para Ia realización de los ensayos, Ia muestra se ha de colocar primeramente en uno de los dispositivos (1), en el dispositivo (1) superior,
Ia 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 Ia cual gira el brazo móvil (3), tal y como se observa en Ia figura 1. Para realizar Ia colocación de Ia muestra, primeramente se realiza Ia apertura del dispositivo (1) mediante el accionamiento del brazo móvil (3) presionando, o bien Ia superficie de accionamiento ubicada en Ia parte superior libre de un alargador (5), o bien el extremo libre inferior del brazo móvil (3); consiguiendo así vencer Ia fuerza ejercida por una placa flectora (6) ubicada en el lateral del brazo fijo (2), más exactamente en Ia 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 Io que Ia muestra queda fijada a baja presión quedando el dispositivo (1) cerrado a baja presión, tal y como se observa en Ia figura 3.
Una vez abierto el dispositivo (1) y colocada Ia muestra entre los dientes (7 y 10) se libera el brazo móvil (13) que, por acción de Ia placa flectora (6), realiza el movimiento de pinza sobre Ia articulación (11) empujando el segundo diente (10) hacia el primer diente (7) sujetando Ia muestra colocada entre ellos, tal y como se observa en Ia figura 7. Si es preciso, se puede aumentar Ia presión de apriete de Ia muestra colocada entre los dientes (7 y 10), para evitar que Ia muestra pueda deslizarse o desprenderse al ser forzada, Io 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 Ia figura 4, quedando Ia muestra dispuesta para Ia realización del ensayo.
Una vez realizada Ia colocación de Ia muestra en el dispositivo (1) superior Ia muestra se encuentra suspendida y solamente sujeta por el dispositivo (1) superior; al accionar un botón de descenso del eje Ia
maquina de ensayos (no mostrada) o subir el contenedor (13) se hace descender el dispositivo (1) superior por completo, con Io que Ia muestra cae exactamente en Ia vertical de dispositivo (1) inferior. En este momento se realiza Ia 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 Ia muestra hasta que se encuentre entre los dientes (7 y 10) del dispositivo (1) inferior; en este momento se suelta Ia el brazo móvil (3) del dispositivo (1) inferior, quedando Ia 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 Ia muestra colocada y sujeta a Ia presión deseada mediante el accionamiento de Ia máquina de ensayos.
Claims
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 Ia muestra de tejido blando a ensayar entre los dientes (7 y 10) a una presión variable determinada.
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 Ia 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 Ia manipulación del dispositivo (1) durante Ia 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 Ia 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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