Inledning
Ordet "reologi" är sammansatt av de två grekiska stammarna "rheos" (att flyta) och "-logy" (vetenskap). Det avser studier av flödes- och deformationsbeteendet hos material under vissa förhållanden (temperatur, skjuvhastighet etc.). För de flesta material är dessa egenskaper starkt beroende av processens hastighet. Exempelvis är polymerer i allmänhet skjuvtunna, dvs. deras skjuvviskositet, eller flödesmotstånd, minskar med ökande skjuvhastighet. Vissa material uppvisar däremot ett skjuvtjocknande beteende. Ett classic exempel från köket är en stärkelsevattensuspension. Med långsam rörelse kan den blandas; ett snabbare slag leder till en kraftig ökning av skjuvviskositeten och dispersionen blir hård.
På grund av detta starka beroende av skjuvhastigheten på de reologiska egenskaperna måste karakteriseringen utföras under processorienterade förhållanden för att vara avgörande. Två mätmetoder finns tillgängliga. Medan Rosands kapillärreometer fångar upp förhållandena i snabba processer som formsprutning, är Kinexus rotationsreometer lämplig för applikationer med långsammare skjuvhastighet, t.ex. ketchupens flöde från flaskan och dess strukturella uppbyggnad på plattan.
För dessa mätningar har Kinexus rotationsreometer också en känslig normalkraftsgivare med hög kraftupplösning, med vilken kraften kan mätas i vertikal riktning. Detta, i kombination med hög förskjutningsupplösning och hög datahastighet, möjliggör kvantifiering av sensorisk perception utöver de klassiska reologiska undersökningarna. Kinexus kan t.ex. användas för att simulera tungans rörelser mot gommen när choklad smälter i munnen (se här för mer information).
I det följande kommer Kinexus normalkraftsreglering att användas för att kvantifiera det haptiska beteendet hos ett tangentbord av plastfolie.
Uppgift och mål
I ett nytt produktutvecklingsprojekt ska ett nytt tangentbord i plastfolie användas. Dess tryckknappsbrytare ska ha samma taktila återkoppling som brytarna på det seriella plastfolietangentbordet på tidigare produkter. För att uppnå detta bestäms utlösningskraften för det seriella plastfolietangentbordet med hjälp av Kinexus rotationsreometer, och detta anges som mätvärde för det nya plastfolietangentbordet.
Prover och mätmetoder
Mätningarna utfördes på de fyra brytarna på det plastfolietangentbord som visas i figur 1. Brytarna är namngivna i tabell 1 i enlighet med deras symboler.
Tabell 1: Beteckningar för de fyra omkopplarna
| Beteckning | Symbol |
|---|---|
| Omkopplare 1 | Pil |
| Strömbrytare 2 | Sol |
| Brytare 3 | Linjer |
| Omkopplare 4 | Standby |
Tangentbordet av plastfolie sågades i två delar för testet, för att undvika att det tippade under undersökningen. Dessutom togs flexkabeln bort. Det förberedda tangentbordet av plastfolie lades på den nedre mätplattan på Kinexus rotationsreometer (se figur 2).
I prototypavdelningen för mekanisk tillverkning på plats vreds en 8 mm plattgeometri för engångsbruk av aluminium 5,4 mm (se figur 3). Detta för att säkerställa att det endast var omkopplaren som mättes.
Den övre mätgeometrin kördes upp till tangentbordet. Därefter orienterades tangentbordet på ett sådant sätt att mätgeometrin placerades över en tryckknappsbrytare (se figur 4).
Tre mätningar utfördes per brytare. För detta applicerades en preliminär kraft (kompression). Vid denna tidpunkt sätts värdet för förskjutningen till noll. Därefter definieras ett maximalt kraftvärde vid vilket testet avslutas av mät- och utvärderingsprogrammet, rSpace. Efter att ha uppnått den preliminära kraften körs mätsystemet med en hastighet på 0,01 mm/s mot plastfolietangentbordet tills den maximala kraften uppnås.
I figur 5 visas ett exempel på det resulterande lastförskjutningsdiagrammet. Snubbelkraften visas som ett lokalt maximum. Efter att ha överskridit utlösningskraften krävs mindre kraft för att trycka på knappen tills den trycks igenom vid anslaget; därefter ökar kraften linjärt tills kraftavstängningsvärdet nås.
Resultat av mätning
Figur 6 visar last-förskjutningsdiagrammet för de tre tryckknapparna. På y-axeln visas kraften och på x-axeln visas förskjutningen. De tre kurvorna som visas i andra färger för varje diagram visar de tre testerna per brytare.
Figur 7 visar mätresultaten från laboratorietestet. På y-axeln visas utlösningskraften. X-axeln visar respektive tryckknappsbrytare. I figur 6 visas utvärderingen av de lokala maxvärdena.
Ytterligare ett test med ökad testhastighet utfördes för att säkerställa att ingen large avvikelse finns på grund av testhastigheten (se figur 8). Här fanns det dock inga skillnader i snubbelkraften. Skillnaderna i kraftutveckling ligger inom reproducerbarhetsintervallet (se även figur 6).
Dessutom testades alternativa tangentbord. Avvikelser kan ses i kraftutvecklingen och snubbelkrafterna, vilket visas i figur 9 med ett alternativt exempel.
Sammanfattning
Tack vare sin känsliga normalkraftsreglering och höga datahastighet användes Kinexus rotationsreometer för att bestämma det haptiska beteendet hos fyra tryckknappar på ett tangentbord av plastfolie. Resultaten visar att utlösningskraften kan mätas på ett reproducerbart sätt. Detta gör det möjligt att fastställa en standard för taktil återkoppling och jämföra med alternativ.
Precision, innovation, förtroende - Mätteknik från WIKA
I mer än 75 år har WIKA stått för precision och innovation inom mätteknik. Som en ledande global partner erbjuder WIKA lösningar för tryck-, temperatur-, kraft-, nivå- och flödesmätning samt kalibrering och SF6-gashantering.
Med cirka 11.200 anställda över hela världen utvecklar WIKA applikationsspecifika lösningar i samarbete med universitet och industriföretag. Produkterna och systemen kombinerar tillförlitlighet med toppmodern teknik - till nytta för kunder och partners.
Förutom rotationsreometern Kinexus arbetar WIKA med DMA 303 Eplexor®® och TMA 402 F3 Hyperion®®. Båda metoderna används för att bestämma driftstemperaturer för polymerer och material och för att komplettera tekniska datablad för simulering.