Introduzione
La parola "reologia" è composta dai due termini greci "rheos" (fluire) e "-logia" (scienza). Si riferisce allo studio del comportamento di flusso e deformazione dei materiali in determinate condizioni (temperatura, velocità di taglio, ecc.). Per la maggior parte dei materiali, queste proprietà dipendono fortemente dalla velocità del processo. Ad esempio, in generale, i polimeri sono shear-thinning, cioè la loro viscosità di taglio, o resistenza al flusso, diminuisce con l'aumentare della velocità di taglio. Al contrario, alcuni materiali presentano un comportamento di addensamento al taglio. Un esempio da classic è una sospensione di acqua e amido. Con un movimento lento, può essere mescolata; un battito più rapido porta a un forte aumento della viscosità di taglio e la dispersione diventa dura.
A causa di questa forte dipendenza della velocità di taglio dalle proprietà reologiche, la caratterizzazione deve essere effettuata in condizioni orientate al processo per essere decisiva. Sono disponibili due metodi di misurazione. Mentre il reometro capillare Rosand cattura le condizioni di processi veloci come lo stampaggio a iniezione, il reometro rotazionale Kinexus è adatto ad applicazioni con una velocità di taglio più lenta, come il flusso del ketchup dalla bottiglia e la sua costituzione strutturale sul piatto.
Per queste misure, il reometro rotazionale Kinexus dispone anche di un sensibile sensore di forza normale ad alta risoluzione, con il quale è possibile misurare la forza in direzione verticale. Questo, combinato con un'alta risoluzione di spostamento e un'elevata velocità di trasmissione dei dati, consente di quantificare la percezione sensoriale in aggiunta alle classiche indagini reologiche. Ad esempio, il Kinexus può essere utilizzato per simulare i movimenti della lingua contro il palato quando il cioccolato si scioglie in bocca (per maggiori informazioni, vedere qui ).
Di seguito, la regolazione della forza normale del Kinexus verrà utilizzata per quantificare il comportamento aptico di una tastiera in fogli di plastica.
Compito e obiettivo
Per un progetto di sviluppo di un nuovo prodotto, si intende utilizzare una nuova tastiera in lamina di plastica. Il suo interruttore a pulsante deve avere lo stesso feedback tattile degli interruttori della tastiera seriale in lamina plastica dei prodotti precedenti. A tal fine, la forza di azionamento della tastiera seriale in lamina di plastica viene determinata con il reometro rotazionale Kinexus e viene specificata come metrica per la nuova tastiera in lamina di plastica.
Campioni e metodi di misurazione
Le misure sono state eseguite sui quattro interruttori della tastiera in lamina di plastica illustrata nella figura 1. I nomi degli interruttori sono riportati nella tabella 1 in base ai loro simboli. Gli interruttori sono denominati nella tabella 1 in base ai loro simboli.
Tabella 1: Designazione dei quattro interruttori
| Designazione | Simbolo |
|---|---|
| Interruttore 1 | Freccia |
| Interruttore 2 | Sole |
| Interruttore 3 | Linee |
| Interruttore 4 | Standby |
Per il test, la tastiera in foglio di plastica è stata segata in due parti, per evitare il ribaltamento durante l'indagine. Inoltre, è stato rimosso il cavo flessibile. La tastiera in foglio di plastica preparata è stata posata sulla piastra di misura inferiore del reometro rotazionale Kinexus (vedi figura 2).
Nel reparto di prototipazione in loco per la fabbricazione meccanica, la geometria di una piastra monouso da 8 mm in alluminio è stata ruotata di 5,4 mm (vedi figura 3). In questo modo si è voluto garantire che venisse misurato esclusivamente l'interruttore.
La geometria di misura superiore è stata spinta fino alla tastiera. Successivamente, la tastiera è stata orientata in modo tale che la geometria di misura fosse posizionata sopra un interruttore a pulsante (vedi figura 4).
Sono state effettuate tre misurazioni per ogni interruttore. A tal fine, è stata applicata una forza preliminare (compressione). A questo punto, il valore dello spostamento viene impostato a zero. Successivamente, viene definito un valore di forza massima al quale il software di misurazione e valutazione rSpace pone fine alla prova. Dopo aver raggiunto la forza preliminare, il sistema di misura si muove con una velocità di 0,01 mm/s verso la tastiera del foglio di plastica fino a raggiungere la forza massima.
Nella figura 5, a titolo di esempio, è rappresentato il diagramma carico-spostamento risultante. La forza d'innesco si manifesta come un massimo locale. Dopo aver superato la forza d'intervento, è necessaria una forza minore per premere il pulsante, fino a quando questo non viene spinto attraverso l'impatto; la forza aumenta quindi in modo lineare fino al raggiungimento del valore di arresto della forza.
Risultati della misurazione
La Figura 6 mostra il diagramma carico-spostamento per i tre interruttori a pulsante. Sull'asse y è indicata la forza e sull'asse x lo spostamento. Le tre curve di colore diverso per ogni grafico rappresentano i tre test per ogni interruttore.
La Figura 7 mostra i risultati della prova di laboratorio. Sull'asse y è indicata la forza di intervento. L'asse x mostra i rispettivi interruttori a pulsante. Nella figura 6 è presentata la valutazione dei massimi locali.
È stata eseguita un'ulteriore prova con un aumento della velocità di prova per garantire che non esistano deviazioni large dovute alla velocità di prova (vedere figura 8). In questo caso, tuttavia, non sono state riscontrate differenze nella forza d'inciampo. Le differenze nella progressione della forza rientrano nell'intervallo di riproducibilità (vedere anche la figura 6).
Inoltre, sono state testate tastiere alternative. Si notano deviazioni nella progressione della forza e nelle forze di inciampo, come mostrato nella figura 9 con un esempio alternativo.
Sintesi
Grazie alla sensibilità della regolazione della forza normale e all'elevata velocità di trasmissione dei dati, il reometro rotazionale Kinexus è stato utilizzato per determinare il comportamento aptico di quattro interruttori a pulsante di una tastiera in lamina di plastica. I risultati mostrano che la forza d'intervento può essere misurata in modo riproducibile. Ciò consente di determinare uno standard per il feedback tattile e di confrontarlo con altre alternative.
Precisione, innovazione, fiducia: la tecnologia di misura WIKA
Da oltre 75 anni, WIKA è sinonimo di precisione e innovazione nella tecnologia di misura. In qualità di partner leader a livello mondiale, WIKA offre soluzioni per la misura di pressione, temperatura, forza, livello e portata, oltre alla calibrazione e alla gestione del gas SF6.
Con circa 11.200 dipendenti in tutto il mondo, WIKA sviluppa soluzioni specifiche per le applicazioni in collaborazione con università e aziende industriali. I suoi prodotti e sistemi combinano affidabilità e tecnologia all'avanguardia, per il progresso dei suoi clienti e partner.
Oltre al reometro rotazionale Kinexus, WIKA collabora con l'Istituto di ricerca e sviluppo Kinexus DMA 303 Eplexor®® e il TMA 402 F3 Hyperion®®. Entrambi i metodi sono utilizzati per determinare le temperature di esercizio di polimeri e materiali e per integrare le schede tecniche per la simulazione.