1. Tribómetro modular perfeccionado, caracterizado porque está constituido a partir un bastidor o bancada sobre el que se dispone un brazo,

desplazable horizontalmente a través de una guía lineal asociada a un micrómetro, a través de la que dicho brazo puede acercarse/alejarse en sentido radial a un disco giratorio sobre el que se fija la probeta a ensayar, disco giratorio que es accionado a través de un motor eléctrico, controlado a su vez a través de un equipo informático, de manera que, integrado en el mismo brazo se establece una célula de carga encargada de medir la fuerza de fricción, para lo cual la misma se remata por su extremidad libre en un soporte porta-pines o porta-bolas, perpendicular a la probeta, para recepción del pin o la bola comentados, asistido por los correspondientes pesos, de manera que la medición de fuerza se lleva a cabo de forma tangencial al giro, habiéndose previsto que las medidas tomadas sean analizadas mediante el equipo informático asociado al sistema de control del dispositivo.

2. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª, caracterizado porque en correspondencia con el extremo trasero del brazo se establece un par de contrapesos para balancear el brazo al comienzo del ensayo, contando con un nivel de burbuja antes del ensayo.

3. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el bastidor está asistido por una pantalla de seguridad.

4. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª, caracterizado porque en el seno del bastidor se establece un sistema actuador electromecánico, el panel eléctrico con el tablero de interface y el sistema neumático de refrigeración.

5. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el bastidor incorpora cuatro patas niveladoras situadas en cada una de las esquinas de la parte de debajo de la base.

6. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª, caracterizado porque sobre los paneles del bastidor, se sitúan el interruptor principal de potencia, la parada de emergencia, un indicador luminoso de encendido, un enchufe rápido de entrada de aire, una válvula de regulación de flujo de aire, una toma para el sistema de lubricación, un enchufe rápido de salida de aire, una toma de potencia auxiliar, una conexión para el cable principal de potencia de entrada, así como diferentes conectores de control.

7. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª caracterizado porque sobre el bastidor se dispone un plato o placa base soporte del tribómetro propiamente dicho, dotada de orificios para fijación en distintas posiciones de los elementos de medida.

8. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el eje de giro del disco rotatorio incluye orificios de salida de aire refrigerante.

9. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el disco rotatorio incluye un conjunto de agujeros roscados en la cara superior, en los que son alojables tornillos que sujetan las "cuñas" de fijación de la probeta al disco.

10. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el bastidor incorpora un soporte porta-pesas ubicado en la perfilería de aluminio frontal de su marco.

11. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª, caracterizado porque incorpora un codificador óptico para medida de ángulo.

12. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª, caracterizado porque incorpora un sistema de lubricación mediante un módulo de pulverización de baja presión, aire comprimido y filtrado, dirigible sobre la zona de prueba adecuada.

13. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª caracterizado porque incorpora un sistema de lubricación de tipo gota a gota, con control de flujo.

14. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª, caracterizado porque incorpora un sistema de lubricación en el que participa una copa especializada receptora del líquido lubricante, que rodea el portamuestras del disco giratorio.

15. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª caracterizado porque incluye de un sensor de desplazamiento (LVDT), para medida de desgaste por medición directa del ángulo del brazo.

16. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª, caracterizado porque incorpora medios de medida de la resistencia eléctrica por contacto.

17. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª caracterizado porque incorpora un sistema de flujo de aire para refrigeración de la base.

18. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª, caracterizado porque en sustitución del disco porta probetas, es susceptible de acoplarse un mecanismo biela-manivela, en orden a transformar el movimiento circular de su eje en un movimiento oscilante de vaivén lineal para la placa de sujeción de la muestra, desplazable a lo largo de una pareja de guías.

19. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1ª, caracterizado porque incorpora medios de calefacción dispuestos en la zona que rodea el disco giratorio o en el mismo disco giratorio.

20. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 19ª, caracterizado porque cuando el dispositivo está destinado a trabajar a altas temperaturas, del orden de 800ºC, los medios de calefacción se materializan en un horno, que se dispone en torno a la zona de ensayo del disco giratorio.

21. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 19ª caracterizado porque cuando el dispositivo está destinado a trabajar a altas temperaturas, del orden de 200°C, los medios de calefacción se materializan en un conjunto de cartuchos calefactores o bien lámparas de cuarzo, mientras que cuando trabaja a temperaturas más bajas, de hasta unos 80°C, los medios de calefacción se materializan en un sistema con lámparas de radiación infrarroja.

22. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 19ª, caracterizado porque los medios de calefacción están asistidos por un termopar tipo k, con aislamiento mineral.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un tribómetro, es decir a un dispositivo diseñado para llevar a cabo ensayos y medidas de fricción y desgaste entre piezas móviles en contacto pertenecientes a máquinas, en los que dos materiales deslizan uno sobre otro.

El objeto de la invención es proporcionar un tribómetro con carácter modular, de estructuración sencilla, y consecuentemente con un coste de fabricación menor, con una alta rigidez y durabilidad, en el que la medida de la fuerza de fricción se lleve a cabo de forma directa, no siendo necesario llevar a cabo cálculos diferenciales de compensación en la medida.

Es así pues objeto de la invención que el dispositivo permita una mejora sustancial en la adquisición de datos tribológicos, mediante la incorporación de un codificador óptico para medida de ángulo, la inclusión de una señal índice para sincronización de la señal de datos, la inclusión de un sistema de adquisición de alta velocidad así como de una cámara termográfica para medición directa de la temperatura de fricción en la zona de contacto, la incorporación de un módulo de control de humedad en método de ensayo, así como otras características que se detallarán a lo largo de la presente memoria.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Como es sabido, los tribómetros se utilizan para estudiar el desgaste que aparece cuando dos superficies sólidas deslizan una sobre la otra.

En la mayoría de los casos las superficies se encuentran lubricadas de alguna manera, produciéndose un desgaste húmedo, si bien en algunas aplicaciones de ingeniería, las superficies deslizan al aire sin lubricante alguno.

Para estos ensayos se emplea normalmente un pin o una bola encargada de presionar contra la superficie de un disco plano.

Los tribómetros de este estilo, tienen una amplia importancia en la investigación y simulación de procesos de desgaste bajo condiciones de deslizamiento, pudiendo funcionar en condiciones de fricción seca, es decir, sin lubricante, o en condiciones de fricción límite, con una capa de lubricante líquida o ensayos en baño con otros líquidos.

De esta manera permiten ejecutar ensayos tanto para caracterizar materiales como lubricantes.

Así pues, mediante una probeta estacionaria, se ejerce una fuerza normal conocida, que presiona a ésta contra la superficie del elemento a ensayar ubicada en un disco rotatorio.

El problema que presentan los tribómetros existentes, es que tienen una estructuración compleja, con una gran volumetría, y con unos costes de adquisición elevados.

Esta complejidad estructural se traduce igualmente en una durabilidad o vida útil del dispositivo limitada, que sería deseable incrementar.

Asimismo, éste tipo de dispositivos no permite llevar a cabo una medida directa de la fuerza de fricción, siendo necesaria la aplicación de fórmulas matemáticas (cálculo diferencial) , para llevar a cabo la compensación por ángulos.

Finalmente, la estructuración de éste tipo de dispositivos presenta una serie de limitaciones en la adquisición de datos tribológicos que sería deseable mejorar.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El tribómetro modular perfeccionado que se preconiza ha sido concebido para resolver la problemática anteriormente expuesta, en todos y cada uno de los aspectos comentados.

Para ello, el tribómetro de la invención presenta la especial particularidad de que el transductor o sensor encargado de la fuerza de fricción se encuentra integrado en el brazo de carga, llevándose a cabo la medición de forma tangencial, en contra de cómo se realizaba hasta la fecha, todo ello con un carácter modular.

De forma más concreta, el dispositivo de la invención está constituido a partir de un bastidor o bancada sobre el que se dispone un brazo porta-muestras, desplazable horizontalmente a través de una guía lineal asociada a un micrómetro o de manera motorizada, a través de la que dicho brazo puede acercarse/alejarse en sentido radial a un disco giratorio sobre el que se fija la probeta a ensayar, para definir el radio de giro durante el ensayo. El disco giratorio que es accionado a través de un motor eléctrico, controlado a su vez a través de un ordenador, para controlar la velocidad de giro, aceleración y deceleración, recorrido o número de vueltas.

Integrado en el brazo se encuentra el transductor de fuerza o célula de carga encargada de medir la fuerza de fricción, para lo cual la misma se remata por su extremidad libre en un soporte porta-pin o portabolas, perpendicular a la probeta, para recepción del pin o la bola comentados, asistido por los correspondientes pesos.

De esta forma, el pin o bola presiona contra la probeta de forma perpendicular a la misma, si bien, la célula de carga que se integra en el propio brazo portador al disponerse de forma paralela a la probeta, permite obtener mediciones perfectamente tangenciales, no siendo necesario aplicar el cálculo diferencial para la compensación de medidas.

El dispositivo se complementa con un sistema de control que mide y registra automáticamente mediante un ordenador y su correspondiente software de programación los parámetros analizados.

A partir de esta disposición se puede obtener una medida directa de la fuerza de fricción, con una estructuración mucho más sencilla, evitando la inclusión de elementos de transmisión en las medidas de fuerzas.

Esta estructuración sencilla y compacta redunda en una alta rigidez y durabilidad para el dispositivo.

De acuerdo con otra de las características de la invención, se ha previsto que el dispositivo presente un carácter modular, pudiendo incluir diferentes tipos de módulos opcionales asociados al transductor o sensor a partir de los cuales se permite obtener una mejora sustancial en la adquisición de datos tribológicos.

De forma más concreta, el sensor podrá incorporar un codificador óptico para medida de ángulo.

Otro elemento opcional consiste en un sistema de lubricación completa, que ofrece tres modos de lubricación, mediante un módulo de pulverización de baja presión, aire comprimido y filtrado, creando un aerosol uniforme que puede dirigirse a la zona de prueba adecuada, o bien de tipo gota a gota, con control de flujo, materializándose el tercer modo de lubricación en un ensayo con líquido en una copa especializada que rodea el portamuestras del disco giratorio y permite una inmersión total de la muestra en el líquido lubricante.

Otro elemento opcional consiste en la inclusión de un sensor de desplazamiento de desgaste (L VDT) , que permite una medición directa de desviación del brazo que se corresponde con el desgaste de la bola y el desgaste de la superficie, con una gama de hasta al menos 2mm y resolución de 1 micra o menos.

Paralelamente, se ha previsto que el dispositivo pueda incorporar medios de medida de la resistencia eléctrica por contacto.

Igualmente, cabe destacar el hecho de que, el dispositivo de la invención podrá estar diseñado para operar a medias o altas temperaturas, del orden de 200°C u 800°C, de manera que en ambos casos incorporará un elemento de calefacción, en el primer caso por resistencias eléctricas tipo cartucho y en el segundo con un horno circular cubriendo la zona de ensayo del disco giratorio. Un termopar tipo K con aislamiento mineral en la zona de ensayo permite la medida y el control de la temperatura deseada.

De acuerdo con otra de las características de la invención, el dispositivo podrá incorporar un sistema de flujo de aire para refrigeración de la base, ideal para proteger partes del equipo cuando se trabaja con los elementos de calefacción anteriormente descritos.

En cuanto al control del radio a través del software, éste permite pruebas de espiral único con una distancia máxima de 40mm o más y velocidad de O a 20 mm/ruin o mayor. Esta técnica permite a la bola al pasar sobre una superficie no ensayada, sin interactuar con el surco ya creado o restos de material erosionado y desprendidos en pasadas anteriores.

Finalmente, cabe destacar el hecho, de que opcionalmente, el disco sobre el que se colocan las probetas puede ser sustituido por un mecanismo biela-manivela, de manera que de forma análoga al movimiento de los pistones de un motor de combustión, el movimiento de giro que...

1a._ Tribómetro modular perfeccionado, caracterizado porque está constituido a partir un bastidor o bancada sobre el que se dispone un brazo, desplazable horizontalmente a través de una guía lineal asociada a un micrómetro, a través de la que dicho brazo puede acercarse/alejarse en sentido radial a un disco giratorio sobre el que se fija la probeta a ensayar, disco giratorio que es accionado a través de un motor eléctrico, controlado a su vez a través de un equipo informático, de manera que, integrado en el mismo brazo se establece una célula de carga encargada de medir la fuerza de fricción, para lo cual la misma se remata por su extremidad libre en un soporte porta-pines o porta-bolas, perpendicular a la probeta, para recepción del pin o la bola comentados, asistido por los correspondientes pesos, de manera que la medición de fuerza se lleva a cabo de forma tangencial al giro, habiéndose previsto que las medidas tomadas sean analizadas mediante el equipo informático asociado al sistema de control del dispositivo.

2a . -Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1a, caracterizado porque en correspondencia con el extremo trasero del brazo se establece un par de contrapesos para balancear el brazo al comienzo del ensayo, contando con un nivel de burbuja antes del ensayo.

3a ._ Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1a, caracterizado porque el bastidor está asistido por una pantalla de seguridad.

4a ._ Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1a, caracterizado porque en el seno del bastidor se establece un sistema actuador electromecánico, el panel eléctrico con el tablero de interface y el sistema neumático de refrigeración.

8 ._ Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1a, caracterizado porque el bastidor incorpora cuatro patas niveladoras situadas en cada una de las esquinas de la parte de debajo de la base.

68._ Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1a, caracterizado porque sobre los paneles del bastidor, se sitúan el interruptor principal de potencia, la parada de emergencia, un indicador luminoso de encendido, un enchufe rápido de entrada de aire, una válvula de regulación de flujo de aire, una toma para el sistema de lubricación, un enchufe rápido de salida de aire, una toma de potencia auxiliar, una conexión para el cable principal de potencia de entrada, así como diferentes conectores de control.

8 ._ Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1a, caracterizado porque sobre el bastidor se dispone un plato o placa base soporte del tribómetro propiamente dicho, dotada de orificios para fijación en distintas posiciones de los elementos de medida.

8 ._ Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1a, caracterizado porque el eje de giro del disco rotatorio incluye orificios de salida de aire refrigerante.

8 ._ Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 8 , caracterizado porque el disco rotatorio incluye un conjunto de agujeros roscados en la cara superior, en los que son alojables tornillos que sujetan las "cuñas" de fijación de la probeta al disco.

Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1 a, caracterizado porque el bastidor incorpora un soporte porta-pesas ubicado en la perfilería de aluminio frontal de su marco.

8 . Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1a, caracterizado porque incorpora un codificador óptico para medida de ángulo.

12a . Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1a, caracterizado porque incorpora un sistema de lubricación mediante un módulo de pulverización de baja presión, alre comprimido y filtrado, dirigible sobre la zona de prueba adecuada.

Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1a , caracterizado porque incorpora un sistema de lubricación de tipo gota a gota, con control de flujo.

Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1a , caracterizado porque incorpora un sistema de lubricación en el que participa una copa especializada receptora del líquido lubricante, que rodea el portamuestras del disco giratorio.

Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1a, caracterizado porque incluye de un sensor de desplazamiento (L VDT) , para medida de desgaste por medición directa del ángulo del brazo.

Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1 a, caracterizado porque incorpora medios de medida de la resistencia eléctrica por contacto.

Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1 a, caracterizado porque incorpora un sistema de flujo de aire para refrigeración de la base.

18 a . Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1a, caracterizado porque en sustitución del disco porta probetas, es susceptible de acoplarse un mecanismo biela-manivela, en orden a transformar el movimiento circular de su eje en un movimiento oscilante de vaivén lineal para la placa de sujeción de la muestra, desplazable a lo largo de una pareja de guías.

Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 1 a, caracterizado porque incorpora medios de calefacción dispuestos en la zona que rodea el disco giratorio o en el mismo disco giratorio.

Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 19a , caracterizado porque cuando el dispositivo está destinado a trabajar a altas temperaturas, del orden de 800ºe, los medios de calefacción se materializan en un horno, que se dispone en tomo a la zona de ensayo del disco giratorio.

21 a . -Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 19a , caracterizado porque cuando el dispositivo está destinado a trabajar a altas temperaturas, del orden de 200ºe, los medios de calefacción se materializan en un conjunto de cartuchos calefactores o bien lámparas de cuarzo, mientras que cuando trabaja a temperaturas más bajas, de hasta unos 80De, los medios de calefacción se materializan en un sistema con lámparas de radiación infrarroja.

22a. Tribómetro modular perfeccionado, según reivindicación 19a, caracterizado porque los medios de calefacción están asistidos por un termopar tipo k, con aislamiento mineral.

31 2 27 29 26

FIG. 1

FIG.2

FIG.3

FIG.4

FIG.5

33~

FIG.6

'1 ) ;~-1};jeJi -----=.a

iJ

34 FIG. 7