Bevezetés
A "reológia" szó a görög "rheos" (folyni) és "-logy" (tudomány) szavakból áll. Az anyagok áramlási és deformációs viselkedésének tanulmányozására utal bizonyos körülmények között (hőmérséklet, nyírási sebesség stb.). A legtöbb anyag esetében ezek a tulajdonságok nagymértékben függnek a folyamat sebességétől. A polimerek például általában nyíróvékonyak, azaz nyírási viszkozitásuk, azaz áramlási ellenállásuk a nyírási sebesség növekedésével csökken. Ezzel szemben egyes anyagok nyírófolyósító viselkedést mutatnak. Egy classic példa a konyhából a keményítő-víz szuszpenzió. Lassú mozgatással keverhető; a gyorsabb ütés a nyírási viszkozitás erőteljes növekedéséhez vezet, és a diszperzió megkeményedik.
A nyírási sebességnek a reológiai tulajdonságokra gyakorolt ilyen erős függése miatt a jellemzést folyamatorientált körülmények között kell elvégezni, hogy döntő legyen. Két mérési módszer áll rendelkezésre. Míg a Rosand kapilláris reométer a gyors folyamatok, például a fröccsöntés körülményeit ragadja meg, addig a Kinexus rotációs reométer lassabb nyírási sebességű alkalmazásokhoz, például a ketchup üvegből történő kiáramlásához és a tányéron történő szerkezeti felépítéséhez alkalmas.
A Kinexus rotációs reométer ezekhez a mérésekhez egy érzékeny, nagy erőfelbontású normálerő-érzékelővel is rendelkezik, amellyel az erő függőleges irányban is mérhető. Ez, a nagy elmozdulási felbontással és a nagy adatátviteli sebességgel együtt, a klasszikus reológiai vizsgálatok mellett lehetővé teszi az érzékszervi érzékelés számszerűsítését is. A Kinexus például használható a nyelv szájpadláshoz viszonyított mozgásának szimulálására, amikor a csokoládé megolvad a szájban (további információért lásd itt ).
A következőkben a Kinexus normál erőszabályozását egy műanyag fóliás billentyűzet haptikus viselkedésének számszerűsítésére használjuk.
Feladat és célkitűzés
Egy új termékfejlesztési projekthez egy új műanyag fóliabillentyűzetet kívánnak használni. A nyomógombos kapcsolónak ugyanolyan tapintású visszajelzéssel kell rendelkeznie, mint a korábbi termékek sorozatgyártású műanyag fóliabillentyűzetének kapcsolói. Ennek elérése érdekében a Kinexus forgási reométerrel meghatározzák a sorozatos műanyag fóliabillentyűzet kioldási erejét, és ezt határozzák meg az új műanyag fóliabillentyűzet mérőszámaként.
Minták és mérési módszerek
A méréseket az 1. ábrán látható műanyag fóliás billentyűzet négy kapcsolóján végeztük. A kapcsolók elnevezése az 1. táblázatban található, a szimbólumukkal összhangban.
1. táblázat: A négy kapcsoló megnevezése
| Megnevezés | Szimbólum |
|---|---|
| Kapcsoló 1 | Nyíl |
| Kapcsoló 2 | Nap |
| Kapcsoló 3 | Vonalak |
| Kapcsoló 4 | Készenléti állapot |
A műanyag fóliás billentyűzetet a vizsgálathoz két részre fűrészelték, hogy a vizsgálat során ne boruljon fel. Ezenkívül eltávolították a hajlékony vezetéket. Az előkészített műanyag fóliabillentyűzetet a Kinexus rotációs reométer alsó mérőlemezére fektettük (lásd a 2. ábrát).
A mechanikai gyártás helyszíni prototípusgyártó osztályán egy 8 mm-es, alumíniumból készült, egyszer használatos lemezgeometriát 5,4 mm-rel esztergáltak (lásd a 3. ábrát). Ennek célja az volt, hogy kizárólag a kapcsolót mérjék.
A felső mérési geometriát a billentyűzetig vezették. Ezután a billentyűzetet úgy tájolták, hogy a mérési geometria egy nyomógombos kapcsoló fölé kerüljön (lásd a 4. ábrát).
Kapcsolónként három mérést végeztünk. Ehhez előzetes erőt (összenyomást) alkalmaztak. Ekkor az elmozdulás értékét nullára állították. Ezt követően egy maximális erőértéket határoztak meg, amelynél a mérő- és kiértékelő szoftver, a rSpace befejezi a vizsgálatot. Az előzetes erő elérése után a mérőrendszer 0,01 mm/s sebességgel halad a műanyag fólia billentyűzete felé a maximális erő eléréséig.
Az 5. ábrán példaként az így kapott terhelés-elmozdulás diagram látható. A kioldó erő helyi maximumként jelenik meg. A kioldóerő túllépése után a gomb megnyomásához kisebb erőre van szükség, amíg az ütéskor át nem nyomódik; az erő ezt követően lineárisan növekszik, amíg el nem éri az erő kikapcsolási értékét.
Mérési eredmények
A 6. ábra a három nyomógombos kapcsoló terhelés-eltolódás diagramját mutatja. Az y-tengelyen az erő, az x-tengelyen pedig az elmozdulás látható. Az egyes ábrákon más színnel feltüntetett három görbe kapcsolónként három vizsgálatot ábrázol.
A 7. ábra a laboratóriumi vizsgálat mérési eredményeit mutatja. Az y-tengelyen a kioldóerő látható. Az x-tengelyen a megfelelő nyomógombos kapcsolók láthatók. A 6. ábrán a helyi maximumok kiértékelése látható.
Egy további vizsgálatot végeztek megnövelt vizsgálati sebességgel, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy a vizsgálati sebesség miatt nincs large eltérés (lásd a 8. ábrát). Itt azonban nem volt különbség a kioldóerőben. Az erő előrehaladásában mutatkozó különbségek a reprodukálhatósági tartományon belül vannak (lásd még a 6. ábrát).
Ezenkívül alternatív billentyűzeteket is teszteltek. Az eltérések az erőfejlődésben és a kioldódási erőkben láthatók, amint azt a 9. ábra egy alternatív példával szemlélteti.
Összefoglaló
Az érzékeny normálerő-szabályozásnak és a nagy adatátviteli sebességnek köszönhetően a Kinexus forgásmérővel egy műanyag fóliás billentyűzet négy nyomógombos kapcsolójának haptikus viselkedését határozták meg. Az eredmények azt mutatják, hogy a kioldóerő reprodukálhatóan mérhető. Ez lehetővé teszi a taktilis visszajelzés szabványának meghatározását és az alternatívákkal való összehasonlítást.
Precizitás, innováció, bizalom - méréstechnika a WIKA-tól
A WIKA több mint 75 éve áll a méréstechnika precizitása és innovációja mellett. Vezető globális partnerként a WIKA megoldásokat kínál a nyomás-, hőmérséklet-, erő-, szint- és áramlásméréshez, valamint kalibráláshoz és SF6 gázkezeléshez.
A WIKA világszerte mintegy 11.200 alkalmazottal, egyetemekkel és ipari vállalatokkal együttműködve fejleszt alkalmazásspecifikus megoldásokat. Termékei és rendszerei a megbízhatóságot ötvözik a legmodernebb technológiával - ügyfelei és partnerei fejlődésének érdekében.
A Kinexus rotációs reométeren kívül a WIKA együttműködik a DMA 303 Eplexor®® és a TMA 402 F3 Hyperion®®. Mindkét módszer a polimerek és anyagok üzemi hőmérsékletének meghatározására, valamint a szimulációs műszaki adatlapok kiegészítésére szolgál.