Introducción
La palabra "reología" se compone de las dos raíces griegas "rheos" (fluir) y "-logy" (ciencia). Se refiere al estudio del comportamiento de flujo y deformación de los materiales en determinadas condiciones (temperatura, velocidad de cizallamiento, etc.). En la mayoría de los materiales, estas propiedades dependen en gran medida de la velocidad del proceso. Por ejemplo, en general, los polímeros se diluyen por cizallamiento; es decir, su viscosidad de cizallamiento, o resistencia al flujo, disminuye al aumentar la velocidad de cizallamiento. Por el contrario, algunos materiales presentan un comportamiento de Espesamiento por cizallamientoSi bien la mayoría de las suspensiones y materiales poliméricos estructurados presentan un adelgazamiento por cizallamiento, algunos materiales también pueden mostrar un comportamiento de espesamiento por cizallamiento en el que la viscosidad aumenta con el incremento de la velocidad de cizallamiento o el esfuerzo de cizallamiento.espesamiento por cizallamiento. Un ejemplo de la cocina classic es una suspensión de almidón y agua. Con un movimiento lento, se puede mezclar; un batido más rápido provoca un fuerte aumento de la viscosidad de cizallamiento, y la dispersión se endurece.
Debido a esta fuerte dependencia de la velocidad de cizallamiento en las propiedades reológicas, la caracterización debe llevarse a cabo en condiciones orientadas al proceso para ser decisiva. Existen dos métodos de medición. Mientras que el reómetro capilar Rosand capta las condiciones de procesos rápidos como el moldeo por inyección, el reómetro rotacional Kinexus es adecuado para aplicaciones con una velocidad de cizallamiento más lenta, como el flujo del ketchup desde la botella y su constitución estructural en el plato.
El reómetro rotacional Kinexus también dispone, para estas mediciones, de un sensor de fuerza normal sensible con alta resolución de fuerza, con el que se puede medir la fuerza en dirección vertical. Esto, combinado con una alta resolución de desplazamiento y una elevada velocidad de transmisión de datos, permite cuantificar la percepción sensorial además de las investigaciones reológicas clásicas. Por ejemplo, el Kinexus puede utilizarse para simular los movimientos de la lengua contra el paladar cuando se derrite chocolate en la boca (para más información, véase aquí ).
A continuación, se utilizará la regulación de la fuerza normal del Kinexus para cuantificar el comportamiento háptico de un teclado de lámina de plástico.
Tarea y objetivo
Para un proyecto de desarrollo de un nuevo producto, se pretende utilizar un nuevo teclado de lámina de plástico. Su pulsador debe tener la misma respuesta táctil que los pulsadores del teclado de láminas de plástico de serie de los productos anteriores. Para conseguirlo, se determina la fuerza de activación del teclado de láminas de plástico de serie utilizando el reómetro rotacional Kinexus, y se especifica como métrica para el nuevo teclado de láminas de plástico.
Muestras y métodos de medición
Las mediciones se realizaron en los cuatro interruptores del teclado de lámina de plástico representado en la figura 1. Los interruptores se nombran en la tabla 1 de acuerdo con sus símbolos.
Tabla 1. Designación de los cuatro interruptores Designación de los cuatro interruptores
| Designación | Símbolo |
|---|---|
| Interruptor 1 | Flecha |
| Interruptor 2 | Sol |
| Interruptor 3 | Líneas |
| Interruptor 4 | En espera |
El teclado de lámina de plástico se serró en dos partes para la prueba, a fin de evitar que se volcara durante la investigación. Además, se retiró el cable flexible. El teclado de lámina de plástico preparado se colocó sobre la placa de medición inferior del reómetro rotacional Kinexus (véase la figura 2).
En el Departamento de Prototipos in situ para fabricación mecánica, se giró 5,4 mm una geometría de placa de 8 mm de un solo uso fabricada en aluminio (véase la figura 3). Con ello se pretendía garantizar que se midiera exclusivamente el interruptor.
La geometría de medición superior se condujo hasta el teclado. A continuación, el teclado se orientó de forma que la geometría de medición se situara sobre un pulsador (véase la figura 4).
Se realizaron tres mediciones por interruptor. Para ello, se aplicó una fuerza preliminar (compresión). En este punto, el valor del desplazamiento se fija en cero. A continuación, se define un valor máximo de fuerza a partir del cual el software de medición y evaluación, rSpace, pone fin a la prueba. Una vez alcanzada la fuerza preliminar, el sistema de medición se desplaza con una velocidad de 0,01 mm/s hacia el teclado de lámina de plástico hasta alcanzar la fuerza máxima.
En la figura 5, a modo de ejemplo, se representa el diagrama carga-desplazamiento resultante. La fuerza de disparo aparece como un máximo local. Una vez superada la fuerza de disparo, se necesita menos fuerza para pulsar el botón, hasta que éste es empujado al golpear; a partir de entonces, la fuerza aumenta linealmente hasta que se alcanza el valor de desconexión de la fuerza.
Resultados de las mediciones
La figura 6 muestra el diagrama carga-desplazamiento de los tres pulsadores. En el eje y se muestra la fuerza y en el eje x el desplazamiento. Las tres curvas mostradas en otros colores para cada diagrama representan las tres pruebas por interruptor.
La figura 7 muestra los resultados de la prueba de laboratorio. En el eje y se muestra la fuerza de disparo. En el eje x se muestran los respectivos pulsadores. En la figura 6 se presenta la evaluación de los máximos locales.
Se realizó otra prueba con una velocidad de ensayo mayor para comprobar que no existía ninguna desviación large debida a la velocidad de ensayo (véase la figura 8). En este caso, sin embargo, no se observaron diferencias en la fuerza de tropiezo. Las diferencias en la progresión de la fuerza están dentro del margen de reproducibilidad (véase también la figura 6).
Además, se probaron teclados alternativos. Pueden observarse desviaciones en la progresión de la fuerza y las fuerzas de tropiezo, como se muestra en la figura 9 con un ejemplo alternativo.
Resumen
Gracias a su sensible regulación de la fuerza normal y a su elevada velocidad de transmisión de datos, el reómetro rotacional Kinexus se utilizó para determinar el comportamiento háptico de cuatro pulsadores de un teclado de lámina de plástico. Los resultados muestran que la fuerza de disparo puede medirse de forma reproducible. Esto permite determinar una norma para la respuesta táctil y compararla con otras alternativas.
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Desde hace más de 75 años, WIKA es sinónimo de precisión e innovación en la tecnología de medición. Como socio líder mundial, WIKA ofrece soluciones para la medición de presión, temperatura, fuerza, nivel y caudal, así como calibración y gestión de gas SF6.
Con unos 11.200 empleados en todo el mundo, WIKA desarrolla soluciones para aplicaciones específicas en colaboración con universidades y empresas industriales. Sus productos y sistemas combinan fiabilidad con tecnología punta, para el progreso de sus clientes y socios.
Además del reómetro rotacional Kinexus, WIKA trabaja con la DMA 303 Eplexor®® y el TMA 402 F3 Hyperion®®. Ambos métodos se utilizan para determinar las temperaturas de funcionamiento de polímeros y materiales, y para complementar las hojas de datos técnicos para simulación.