TRIBOMETRO LINEAL.

Tribómetro lineal, del tipo de los utilizados para realizar ensayos y medidas de fricción y desgaste por rozamiento entre dos materiales con superficies sometidas a un movimiento lineal entre sí,

caracterizado porque consta de un cabezal móvil y de una bancada fija de soporte, estando dotado el cabezal móvil de medios de movimiento y guiado vertical de un sensor de fuerza asociado a una probeta de uno de los materiales, y estando dotada la bancada de medios de movimiento y guiado horizontal del cabezal móvil, además de un soporte de fijación, paralelo al sentido de movimiento del cabezal móvil, para el otro material.La invención que se presenta aporta la principal ventaja de permitir ensayos y medidas de fricción y desgaste con un desplazamiento lineal sensiblemente superior al logrado con dispositivos habituales, siendo fácilmente ampliable a cualquier longitud, disponiendo de total flexibilidad en las posibilidades de condiciones de ensayo

Tribómetro lineal.

La presente memoria descriptiva se refiere, como su título indica, a un tribómetro lineal, del tipo de los utilizados para realizar ensayos y medidas de fricción y desgaste por rozamiento entre dos materiales con superficies sometidas a un movimiento lineal entre sí, caracterizado porque consta de un cabezal móvil y de una bancada fija de soporte, estando dotado el cabezal móvil de medios de movimiento y guiado vertical de un sensor de fuerza asociado a una probeta de uno de los materiales, y estando dotada la bancada en su superficie superior de medios de movimiento y guiado horizontal del cabezal móvil, además de un soporte de fijación, paralelo al sentido de movimiento del cabezal móvil, para el otro material, permitiendo de este modo ensayos con grandes longitudes de desplazamiento.

En la actualidad son conocidos múltiples y variados tipos de tribómetros para ensayos y medidas de fricción. Los más comunes son de tipo circular, tal y como podemos encontrar en las Patentes ES2286803 "Tribómetro", ES2168002 "Aparato de ensayo para materiales de fricción" y ES2273379 "Máquina y procedimiento de prueba de fricción", pero todos estos dispositivos presentan el inconveniente de que únicamente pueden realizar el movimiento giratorio de un material contra otro, cuyos resultados en mucho casos no pueden extrapolarse a un desplazamiento lineal, además del inconveniente de que las medidas de fricción en los distintos ejes están limitadas por las dimensiones del dispositivo giratorio.

Son asimismo comúnmente conocidos algunos tipos de tribómetros con desplazamiento lineal, tal y como por ejemplo podemos encontrar descritos en las Patentes EP0959340 "Tribómetro", W02006055994 "Proceso y dispositivo para examinar las propiedades materiales de al menos una de dos muestras que se mueven la una contra la otra", JP4106456 "Comprobador de fricción" y JP4106455 "Comprobador de fricción". Sin embargo estos dispositivos presentan una serie de problemas e inconvenientes inherentes a su constitución en base a unos ejes de desplazamiento elevados o en voladizo de una muestra con respecto a la otra, entre los cuales podemos destacar la falta de rigidez estructural de este tipo de desplazamientos guiados en ejes, que origina que únicamente sean utilizables para ensayos de desgaste con desplazamientos de unos pocos centímetros, siendo inútiles para ensayos del orden de varios metros, ya que no pueden mantener la necesaria rigidez, al aumentar la flexión de los ejes de manera acorde con su longitud, imposibilitando el mantener la fuerza constante de un material con respecto al otro necesaria para los ensayos. Además estos dispositivos emplean elementos de medida de la fricción por desplazamiento horizontal de un material contra el otro, lo cual no permite medidas de cargas transversales a la carga normal y a la fuerza de fricción ni medida de otros efectos debido a un incorrecto desgaste.

Los tribómetros de tipo circular únicamente permiten realizar ensayos a velocidad constante sin poder configurar la aceleración y habitualmente en una dirección. Los de tipo desplazamiento lineal únicamente permiten realizar ensayos a velocidad no constante, con una evolución de velocidad aproximadamente sinusoidal. Además todos estos tribómetros comparten el inconveniente de que la fuerza de aplicación de carga no es variable en el ciclo del ensayo, limitando enormemente el espectro de ensayos realizables al no poder controlar la aceleración, la velocidad, la deceleración del movimiento horizontal ni la fuerza de aplicación de carga.

Para solventar la problemática existente en la actualidad en la realización de ensayos de desgaste y medidas de fricción con desplazamientos lineales de gran longitud, del orden de varios metros, se ha ideado el tribómetro lineal objeto de la presente invención, el cual consta de un cabezal móvil y de una bancada fija de soporte, estando dotado el cabezal móvil de medios de movimiento y guiado vertical de un sensor de fuerza y momentos asociado a una probeta de uno de los materiales, y estando dotada la bancada en su superficie superior de medios de movimiento y guiado horizontal del cabezal móvil, además de un soporte de fijación, paralelo al sentido de movimiento del cabezal móvil, para el contramaterial, permitiendo de este modo ensayos con grandes longitudes de desplazamiento.

El desplazamiento horizontal del cabezal móvil es el que genera el movimiento necesario para generar el desgaste. El desplazamiento vertical, realizado en el cabezal móvil, se aplica sobre el sensor de fuerza y momentos ubicado directamente sobre la probeta de material, lo cual permite aplicar una fuerza constante y configurable en el ciclo del ensayo del material sobre el contramaterial.

Esta configuración permite configurar y controlar la aceleración, velocidad y deceleración del movimiento horizontal, así como la fuerza de aplicación de carga. La medida de la fuerza normal se realiza con el sensor de fuerza y momentos, con el que también se mide la fuerza de fricción, con el objeto de obtener el coeficiente de rozamiento del material sobre el contramaterial.

El dispositivo contempla, tanto en el cabezal móvil como en el soporte de fijación, la fijación de diversos sensores de medida y control, entre los que podemos destacar: sensores para la medida de temperatura, sensor de desplazamiento para la medida del desgaste, sensores de vibraciones, sensor de ruido, cámara de alta velocidad, cámara de termografía, etc... que permiten realizar una pluralidad de medidas complementarias a las fuerzas.

Este tribómetro lineal que se presenta aporta múltiples ventajas sobre los sistemas disponibles en la actualidad siendo la más importante que permite realizar ensayos y medidas de fricción y desgaste con un desplazamiento lineal sensiblemente superior al logrado con los dispositivos habituales, pudiendo adaptarse con total flexibilidad en la definición del movimiento de la muestra y en la aplicación de la carga.

Es interesante destacar que este dispositivo, al permitir configurar y controlar la aceleración, velocidad y deceleración del movimiento horizontal, la fuerza de aplicación de carga, la lubricación o ensayos en baño, así como el control de la temperatura de las muestras o el baño, propicia la realización de ensayos y medidas en múltiples configuraciones de los parámetros de ensayo.

Otra importante ventaja es que el dispositivo de medida es fácilmente ampliable y adaptable a nuevas necesidades de carrera de ensayo o requerimientos de planitud, bastando colocar la nueva bancada requerida y prolongar los medios de desplazamiento y guiado horizontal lo necesario para alcanzar las nuevas dimensiones o requerimientos.

Destacar también que, usando un sensor de fuerza triaxial ubicado directamente sobre la probeta de material, entre esta y la fuerza aplicada, es posible medir tanto la fricción como las fuerzas y momentos en las tres direcciones, consiguiendo identificar situaciones de desgaste no uniforme debido a la incorrecta colocación de la muestra o inherentes a los propios materiales ensayados.

Por último no debemos dejar de resaltar que el dispositivo presentado tiene una total flexibilidad en las dimensiones de los materiales a ensayar, en la realización de ensayos con lubricación controlada o en baño y en la configuración y control de las condiciones de ensayo como son carga, desplazamiento, aceleración, velocidad, deceleración y temperaturas de ensayo.

Para comprender mejor el objeto de la presente invención, en el plano anexo se ha representado un ejemplo de realización práctica preferencial de un tribómetro lineal. En dicho plano la figura -1- muestra una vista en perspectiva del tribómetro.

La figura -2- muestra unas vistas en alzado, planta y perfil del tribómetro.

La figura -3- muestra una vista en perspectiva de la bancada fija de soporte.

La figura -4- muestra una vista en perspectiva del cabezal móvil.

La figura -5- muestra unas vistas laterales del conjunto del sensor y los medios de guiado vertical del cabezal móvil.

El tribómetro lineal objeto de la presente invención, esta formado básicamente, como puede apreciarse en el plano anexo, por un cabezal móvil (1) y una bancada fija de soporte (2), estando dotado el cabezal móvil (1) de medios de movimiento (3) y guiado vertical (4) de un sensor de fuerza y momentos (5) asociada...

1. Tribómetro lineal, del tipo de los utilizados para realizar ensayos y medidas de fricción y desgaste por rozamiento entre dos materiales con superficies sometidas a un movimiento lineal entre sí, caracterizado porque comprende un cabezal móvil (1) y una bancada fija de soporte (2), estando dotado el cabezal móvil (1) de medios de movimiento (3) y guiado vertical (4) un sensor de fuerza y momentos (5) asociado a una probeta (6) de uno de los materiales, y estando dotada la bancada (2) en su superficie superior, y el cabezal móvil en su parte inferior, de medios de movimiento (7) y guiado horizontal (8) del cabezal móvil (1), además de un soporte de fijación (9) para el contramaterial (10), paralelo al sentido de movimiento del cabezal móvil (1).

2. Tribómetro lineal, según la anterior reivindicación, caracterizado porque el desplazamiento producido por los medios de movimiento vertical (3) se transmite a través de una palanca (11) o conjunto de palancas al sensor de fuerza y momentos (5) y a la probeta (6) de material situada bajo el sensor de fuerza y momentos (5).

3. Tribómetro lineal, según la primera reivindicación, caracterizado porque el desplazamiento producido por los medios de movimiento vertical (3) se transmite directamente al sensor de fuerza y momentos (5) y a la probeta (6) de material situada bajo el sensor de fuerza y momentos (5).

4. Tribómetro lineal, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los medios de guiado horizontal (8) son uno cualquiera del grupo formado por: guiado con recirculación de bolas, guiado neumático con levitación por aire, guiado electromagnético con levitación por campo magnético, guiado hidrostático con levitación por fluido, guiado con casquillos y guiado con rodamientos.

5. Tribómetro lineal, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los medios de movimiento horizontal (7) son uno o varios de cualquiera del grupo formado por: motor lineal de imanes, actuador hidráulico, accionamiento de husillo, accionamiento de correa y accionamiento de piñón cremallera.

6. Tribómetro lineal, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los medios de guiado vertical (4) son uno cualquiera del grupo formado por: guiado con recirculación de bolas, guiado neumático con levitación por aire, guiado electromagnético con levitación por campo magnético, guiado hidrostático con levitación por fluido, guiado con casquillos y guiado con rodamientos.

7. Tribómetro lineal, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los medios de movimiento vertical (3) son un uno cualquiera del grupo formado por: actuador lineal "Voice Coil", actuador hidráulico, motor lineal de imanes, actuador piezoeléctrico, accionamiento de husillo, accionamiento de correa y accionamiento de piñón cremallera.

8. Tribómetro lineal, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el sensor de fuerza y momentos (5) está situado entre el sistema de guiado vertical (4) y la probeta o su soporte (6) y es uno cualquiera del grupo formado por: sensor triaxial, sensor biaxial, dos sensores independientes.

9. Tribómetro lineal, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque incluye, tanto en el cabezal móvil (1) como en el soporte de fijación (9), uno o varios sensores de medidas complementarias elegidos de entre el grupo: sensores para la medida de temperatura, sensor de desplazamiento para la medida del desgaste, sensores de vibraciones, sensores de ruido, cámara de alta velocidad, y cámara de termografía.

10. Tribómetro lineal, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque tanto la probeta (6) de material como el soporte de fijación (9) para el contramaterial incorporan medios de refrigeración por aire, para compensar el calentamiento producido por el rozamiento y medios de soplado o aspiración para la eliminación de las partículas del material desgastado.

11. Tribómetro lineal, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el soporte de fijación (9) incorpora medios de calentamiento para medir fricción a temperaturas constantes o variables.

12. Tribómetro lineal, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el cabezal móvil (1) incorpora medios de suministro dosificado de lubrificante a la unión entre el material (6) y el contramaterial (10) para realizar ensayos de lubricación controlada.

13. Tribómetro lineal, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el soporte de fijación (9) incorpora una bañera (12) la cual alberga un fluido para realizar ensayos lubricados en baño y con control de temperatura del fluido.