Máquina de ensayo de material de amortiguamiento de embalajes que mejora el método de ensayo,

y realiza una caracterización más precisa de los amortiguamientos para embalajes, que está formada por un brazo de carga (1), un motor de elevación (2) en su parte superior, una variedad de guías que unen una plataforma rígida (6) para posicionamiento de la muestra a ensayar, sustituible por una célula de carga (6'); y una plataforma de impacto con sensores (7) para controlar su posición y medir la aceleración durante el impacto; un husillo (4) para el desplazamiento del brazo de carga, y en su parte inferior, una masa sísmica (5) para reducir la transmisión del impacto.

Máquina de ensayo de material de amortiguamiento de embalajes.

El objeto principal de la presente invención es una máquina de ensayo de material de amortiguamiento de embalajes, que automatiza el proceso de carga y posicionamiento de la plataforma y que comprende, al menos, una célula de carga que mide la fuerza transmitida durante el impacto y un sensor para medir la posición de la plataforma en todo momento, con el fin de mejorar el método de ensayo, y realizar una caracterización más precisa de los amortiguamientos para embalajes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La metodología para obtener las curvas de amortiguamiento de los materiales de embalaje utilizados para proteger los productos, consiste en dejar caer desde una altura definida una plataforma plana con una masa determinada sobre el amortiguamiento a ensayar. Un acelerómetro en la parte superior de la plataforma permite medir el valor del pico de aceleración producido en el ensayo. Repitiendo el ensayo con distintas masas y alturas, se obtienen las curvas características del material de amortiguamiento ensayado.

Las máquinas de ensayo actuales consisten en un plato guiado con un sistema de anclaje que le permite subir o bajar la carga para posicionarla a la altura deseada de caída, disponiendo de un sistema que libera la plataforma y un acelerómetro que mide el pico de aceleración. Además disponen de un accionamiento de frenado que evita que la plataforma golpee una segunda vez sobre el material de amortiguamiento, una vez que ha rebotado. Las desventajas que presentan dichas máquinas, entre otras son:

(a) Aunque disponen de la posibilidad de utilizar tanto una plataforma pesada como ligera para llegar a cargas estáticas menores en el ensayo, la plataforma pesada se tiene que desmontar para montar la plataforma ligera, con el tiempo que esto supone.

(b) Cuando se utiliza la plataforma ligera, el mecanismo de liberación y frenado no actúa, y se tiene que realizar toda la operación de forma manual, con la consiguiente pérdida de precisión en la definición de la altura de caída y la posibilidad de que impacte una segunda vez y no se pueda detener con la mano.

(c) La altura de caída, cuando se utiliza una u otra plataforma, se establece mediante una regla milimetrada. Debido a que no está controlada por un PLC (Controlador lógico programable) , sino que es el operario el que detiene la plataforma a la altura determinada por la regla milimetrada, la poca precisión, unida al posible error humano, hacen que los ensayos sean poco reproducibles.

Ejemplo de esto, es la patente estadounidense de referencia US20090031783, que describe un aparato de test de resistencia de paquetes u otros objetos que consiste en dejar caer o lanzar verticalmente hacia abajo dicho objeto y comprobar los daños producidos. Durante el lanzamiento se adquieren diversos datos, como por ejemplo la velocidad y aceleración.

Otro aparato también conocido es aquel comercializado por la firma Lansmont en el que se deja caer un paquete donde se determinan los daños. La estructura de este aparato consta de un plato capaz de deslizar verticalmente por una guía. Sin embargo, en este caso el paquete se dispone a una altura determinada sobre el plato, haciéndose descender posteriormente el plato a una aceleración mayor que la gravedad, cayendo así el paquete en caída libre.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La máquina de ensayo objeto de la presente memoria, soluciona las principales carencias descritas anteriormente, además de automatizar el proceso de carga y posicionamiento de la plataforma una célula de carga que mide la fuerza transmitida en el impacto y un sensor para medir la posición de la plataforma en todo momento, con el fin de mejorar el método de ensayo, y realizar una caracterización más precisa de los amortiguamientos para embalajes. A su vez, para instalar la plataforma ligera no es necesario desmontar la plataforma pesada. Otra novedad es que la plataforma ligera dispone también de un mecanismo para la liberación automática y frenado para evitar un segundo impacto sobre la muestra a ensayar.

La máquina de ensayo que se ha desarrollado dispone de un sistema de control electrónico centralizado que permite conocer la posición de la plataforma durante el ensayo con una precisión de 0, 025cm. (gracias a un encoder) definir la altura de ensayo, posicionar la plataforma con gran precisión y repetir el proceso tantas veces como sea necesario. De esta manera se controlan los parámetros mecánicos de realización del ensayo y además se controla el número de repeticiones del ensayo. La máquina incluye un segundo encoder con una precisión de 0.01 cm que proporciona continuamente la posición de la plataforma desde el instante que la plataforma de impacto golpea el material de amortiguamiento a ensayar, obteniendo una mayor precisión en la medida.

Dicha máquina incluye un acelerómetro para conocer la respuesta de las muestras ante el impacto que le transmite la plataforma de caída y poder realizar ensayos según la norma tradicional ASTMD1956. Esta respuesta se monitoriza mediante un sistema de adquisición digital con frecuencia de muestreo regulable entre 1 kHz y 51, 7 kHz.

Una de sus principales novedades, es que dicha máquina puede medir la posición de la plataforma de caída durante todo el ensayo en periodos de tiempo de hasta 19, 5 μs y además puede medir la fuerza transmitida a través del amortiguamiento. Mediante el nuevo conjunto de sensores que se le ha proporcionado se puede conocer de forma simultánea la posición de la plataforma, la aceleración que sufre y la fuerza que transmite.

Debido a que se puede intercambiar la base rígida de impacto donde está colocada la muestra a ensayar, por una célula de carga, y debido a que se ha diseñado un brazo de compresión articulado que se coloca sobre la muestra a ensayar, el conjunto es capaz de realizar un ensayo de compresión a velocidad constante para obtener la curva fuerza-deformación.

Una vez obtenida esta curva, se retira el brazo articulado y se deja el camino libre para realizar varios impactos desde alturas diferentes y/o cargas estáticas diferentes para poder obtener las curvas de amortiguamiento mediante la aplicación del método desarrollado por Michael Sek. Con este dispositivo articulado se obtiene una máquina capaz de obtener las curvas de amortiguamiento mediante la aplicación del método tradicional ASTMD1596 y el método de Michael Sek (Sek et al., 2000 Michael A. Sek, Merv Minett, Vincent Rouillard y Ben Bruscella, 2000. Un nuevo método para determinar las curvas Cushion. Packag. Technol. Sci. 2000; 13: 249 - 255.) .

Con el método tradicional ASTM D1596, para obtener una curva de amortiguamiento para un material determinado se necesita realizar un mínimo de 10 impactos, cada uno de ellos variando las masas calibradas en la plataforma de impacto, por cada altura y espesor del material que se quiera obtener su curva de amortiguamiento.

Con el método de Michael Sek, para obtener una curva de amortiguamiento para un material determinado se necesita obtener la curva fuerza-deformación del material mediante un ensayo de compresión a velocidad constante y un mínimo de 2 impactos, cada uno de ellos variando las masas calibradas o la altura de la plataforma de impacto, por cada espesor del material que se quiera obtener su curva de amortiguamiento. Por ejemplo, si se quisiera obtener las curvas de amortiguamiento de un material con un espesor determinado para 7 alturas de caída, con el método de Michael Sek se necesitaría una décima parte del tiempo que con el tradicional:

1) Método Tradicional ASTM D1596:

a) 10 impactos por cada altura (se necesita cambiar 10 veces las masas calibradas de la plataforma de impacto, y cambiar la plataforma pesada por la ligera para al menos 2 puntos de esos 10 impactos)

b) TOTAL: 70 impactos, 10 cambios de masas calibradas, 7 cambios de altura de la plataforma de caída y 1 cambio de plataforma ligera.

c) Suponiendo que cada cambio de masas calibradas cuesta 2 minutos, que cada cambio de altura cuesta 1 minuto, que cada cambio de plataforma cuesta 10 minutos, que cada impacto cuesta 1 minuto; el obtener los datos necesarios para dibujar las curvas de amortiguamiento de ese material para las 7 alturas de caída, se tardan 107 minutos.

2) Método de Michael Sek:

a) 1 ensayo de compresión a velocidad constante para obtener la curva fuerza-deformación del material.

1. Máquina de ensayo de material de amortiguamiento de embalajes, que emplea un brazo de carga (1) configurado para ser desplazado por un husillo (4) caracterizado porque comprende un motor de elevación (2) en su parte superior, sobre una plataforma prevista a tal efecto, además de una pluralidad de guías (3) que une una plataforma de soporte de la muestra (6) y una plataforma de impacto (7) , la cual comprende una plataforma ligera de impacto (7A) , una plataforma pesada de impacto (7B) y sensores para controlar su posición y medir la aceleración durante el impacto; mientras que en su parte inferior, comprende una masa sísmica (5) que reduce la transmisión del impacto.

2. Máquina de ensayo de material de amortiguamiento de embalajes, según reivindicación 1, caracterizado porque la plataforma para el soporte de la muestra (6) , comprende, unas células de carga intercambiables (6') , configuradas para el posicionamiento de la muestra a ensayar y medir la fuerza que se produce durante el ensayo, así como realizar el ensayo de caracterización de materiales de amortiguamiento con el método desarrollado por Michael Sek.

3. Máquina de ensayo de material de amortiguamiento de embalajes, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la plataforma de impacto (7) presenta medios de liberación (7C) de la plataforma de impacto y un mecanismo de freno y deslizamiento de dicha plataforma.

4. Máquina de acuerdo con la reivindicación 3 que se caracteriza porque la plataforma ligera de impacto (7A) comprende un sensor magnético (9) para medir la posición de la plataforma y poder establecer la altura de impacto; una pluralidad de casquillos de baja fricción (10) para guiar la plataforma de impacto ligera durante su caída libre; una pluralidad de orificios roscados (11) para introducir varillas de colocación de las pesas calibradas necesarias para llegar a la carga estática que se desee en cada ensayo; un acelerómetro (12) para medir la aceleración durante el impacto; una plataforma ligera (13) propiamente dicha y un segundo sensor magnético (14) .

5. Máquina de ensayo de material de amortiguamiento de embalajes, según reivindicación 3, caracterizado porque la plataforma pesada de impacto (7B) comprende un sensor magnético (15) para medir la posición de la plataforma y poder establecer la altura de impacto; una pluralidad de casquillos de baja fricción (16) para guiar la plataforma de impacto durante su caída libre; una variedad de varillas roscadas (17) de colocación de las pesas calibradas necesarias para llegar a la carga estática que se desee en cada ensayo; un acelerómetro (18) para medir la aceleración durante el impacto; una plataforma pesada (19) propiamente dicha y un segundo sensor magnético de posición (20) .

6. Máquina de ensayo de material de amortiguamiento de embalajes, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el mecanismo de liberación de las plataforma de impacto (7) , está formado por un actuador del tipo neumático, eléctrico o hidráulico (21) para la liberación de las plataformas de impacto ligera y pesada, una pieza de liberación común (22) a las dos plataformas de impacto ligera y pesada, de tal forma que cuando está puesta la plataforma de impacto pesada, sólo se pueda liberar la plataforma ligera; y unas pesas calibradas (23) que se pueden poner tanto en la plataforma ligera como en la pesada.

7. Máquina de ensayo de material de amortiguamiento de embalajes, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el mecanismo de freno y deslizamiento de la plataforma de impacto (7) comprende un disco de presión (24) cuyo accionamiento de frenado es generado por un aumento de la presión neumática proporcionada mediante el orificio de entrada (25) ; y una pluralidad de casquillos de baja fricción (26) para que la caída de las plataformas se asemejen a una caída libre; y donde el movimiento de liberación es generado por el vacío neumático generado por unas válvulas de vacío a través del mismo orificio de entrada o salida (25) , que genera la fuerza de frenado y el vacío de liberación de las plataformas.

8. Máquina de ensayo de material de amortiguamiento de embalajes, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un brazo articulado (27) accionado manualmente para acercar la unidad de compresión a su posición de ensayo, disponiendo además de un brazo fijo de apoyo (28) para descanso del brazo articulado (27) cuando no se está utilizando la unidad de compresión; y donde la barra (29) evita el giro de la plataforma de compresión (33) , que ejerce la presión sobre la muestra a ensayar, cuando el elemento de unión (30) es accionado por el motor (31) ; dicho elemento de unión (30) se desplaza arriba o abajo según sea accionado por el motor (31) , para ejercer la fuerza sobre la muestra a ensayar; y donde el casquillo de guía (32) de la barra (29) antigiro comprende un sensor de posición que mide el desplazamiento de la plataforma (33) durante el ensayo de compresión, y unas células de carga intercambiables (6') para posicionamiento de la muestra a ensayar, para medir la fuerza que se produce durante el ensayo y realizar el ensayo de caracterización de materiales de amortiguamiento y poder obtener la curva presión - deformación además de un ensayo de compresión con el método desarrollado por Michael Sek.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

Nº solicitud: 201130309

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 08.03.2011

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : G01N3/303 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 201130309

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) G01N Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, INTERNET, NPL

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OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201130309

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 04.08.2011

Declaración

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

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OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201130309

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

Reivindicación 1:

Se considera como estado de la técnica más cercano el documento D01. Dicho documento divulga una máquina de ensayo de material de amortiguamiento que comprende, una pluralidad de guías (12; D01) que unen una plataforma de soporte de la muestra (10; D01) y una plataforma de impacto (11; D01) , y una masa sísmica (figuras 1 y 2; D1) , sensores para medir aceleración y posición (15; D01) ; asimismo dispone de medios para subir y bajar la plataforma de impacto. Se diferencia de la primera reivindicación en que no parece disponer de un brazo de carga. Sin embargo, se trata de un elemento conocido en el estado de la técnica, ya que la mayoría de los sistemas de levantamiento de elementos pesados se realizan con un brazo de carga y dependiendo del uso, este se desplazará por una guía o husillo. El efecto técnico que se consigue es levantar la plataforma de impacto con más estabilidad. A modo de ejemplo se cita el documento D06. Por lo tanto, la reivindicación 1 no presenta actividad inventiva según el artículo 8.1 de la ley de patentes 11/1986.

Reivindicaciones dependientes:

La reivindicación 2 se encuentra contenida en dicho documento D01, ya que en el mismo se dispone de una plataforma rígida para el posicionamiento de la muestra a ensayar. Por lo tanto, dicha reivindicación carece de actividad inventiva según el artículo 8.1 de la ley de patentes 11/1986.

En ninguno de los documentos citados, que reflejan el estado de la técnica anterior más próximo al objeto de la solicitud, se han encontrado presentes todas las características técnicas que se definen en las reivindicaciones 3-8 de la solicitud. Asimismo, se considera que las características diferenciales no parecen derivarse de una manera evidente de ninguno de los documentos citados, ni de manera individual ni mediante una combinación evidente entre ellos. Por todo lo anterior, se concluye que las reivindicaciones dependientes 3-8 satisfarían los requisitos de novedad y actividad inventiva según los artículos 6.1 y 8.1 de la ley de patentes 11/1986. Sin embargo, algunos de los elementos citados en dichas reivindicaciones dependientes, se encuentran en los documentos citados (D01-D04) , tales como sensores para medir la posición de la plataforma, acelerómetro, mecanismos de liberación de la plataforma de impacto mecanismos de freno.

Otros documentos:

El documento D02 divulga una máquina de ensayo de material de amortiguamiento de embalajes que comprende, un motor de elevación, una pluralidad de guías, una plataforma de soporte de la muestra y una plataforma de impacto, un husillo y una masa sísmica (figura 14, página.

2. 28; D02) . Por lo tanto, dicha reivindicación carece de actividad inventiva según el artículo 8.1 de la ley de patentes 11/1986.

El documento D03 describe una máquina de ensayo de caída de materiales que consta de un brazo de carga (40; D04) , un motor de elevación (párrafo [0005]; D04) , una pluralidad de guías (15; D04) que une una plataforma de impacto de la muestra (11; D04) y una plataforma de soporte (30; D04) , sensores de posición y medición de la aceleración (25, 26, 80; D03) . Se diferencia de la primera reivindicación en que la plataforma de soporte es la que se eleva e impacta sobre la plataforma que recibe el impacto.

El documento D04 presenta varias máquinas de ensayo de material de amortiguamiento en las que se aprecia los siguientes elementos: un motor de elevación, una pluralidad de guías, una plataforma de soporte de la muestra y una plataforma de impacto, y una masa sísmica (páginas 14-16, figuras 16 y 18; D03) .

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