ES2259384T3 - Aparato de pesado. - Google Patents

Abstract

Aparato de pesada que comprende un plato rígido (10, 100) destinado a recibir el peso que hay que medir, una zona de apoyo fija (20, 200) y al menos un captador de peso (30, 300) empotrado por encolado en uno de sus extremos (60, 600) en el plato (10, 100) y en el extremo opuesto (70, 700) en la zona de apoyo fija (20, 200), teniendo dicho captador de peso (30, 300) una barra deformable principalmente por flexión (40, 400) por el efecto del peso aplicado sobre dicho plato y que tiene indicadores de extensiometría (R1, Ri), caracterizado porque el captador (30, 300) está realizado con su barra deformable en una sola pieza, estando plegado o plano, y porque al menos uno de los extremos de empotramiento (60, 600) de dicho captador de peso (30, 300) presenta una superficie (S) destinada a estar fijada directamente por encolado al plato rígido (10, 100) o a la zona de apoyo fija (20, 200).

Description

Aparato de pesado.

El presente invento se refiere a un aparato de pesado del tipo para pesar personas o balanza casera que tiene indicadores de extensiometría asociados a un circuito electrónico de medida que generan una señal que es función del peso que hay que medir y se refiere más particularmente a la estructura de tal aparato.

Tal aparato de pesado comprende en principio un plato susceptible de recibir el peso que hay que medir, al menos un cuerpo de prueba que tiene en una de sus caras indicadores de extensiometría, estando uno de los extremos de este cuerpo unido al plato y el otro a un zócalo o a un pie destinado a reposar sobre una superficie plana. Los dos extremos de este cuerpo están empotrados en el plato y en el zócalo y delimitan una barra de un material elástico que soporta los indicadores de tensión y que es deformable esencialmente por flexión debido al efecto del peso que se pesa. Los indicadores están unidos a un circuito electrónico para convertir las deformaciones experimentadas por los indicadores en señales eléctricas y para transformar estas últimas en valores numéricos correspondientes al peso medido.

En tal aparato los extremos del cuerpo de prueba que lleva la barra de flexión deben estar sólidamente empotrados con respecto al plato y al zócalo de forma que la carga aplicada sobre el plato genere una fuerza que sea bien apreciada por la barra de flexión.

Aparatos de pesado del tipo descrito en el documento FR 2.554.229 a nombre de la parte solicitante tienen un cuerpo de prueba en forma de una barra metálica de sección cuadrada, cuyos extremos están rígidamente fijados al plato y al zócalo, de forma que la barra pueda flectar por el efecto de la carga aplicada en el plato. Para resistir las tensiones elevadas el plato y el zócalo deben suministrar un empotramiento sólido y, por tanto, voluminoso de materia. La barra está fijada en las piezas de empotramiento en el zócalo, y el plato por medio de bridas y de tornillos de fijación. Tal estructura mecánica es voluminosa y complicada, pues requiere un volumen importante de materia y una multitud de piezas de fijación.

Otro aparato de pesado está descrito en el documento EP 0.505.493. Este aparato tiene un zócalo y un plato que descansa sobre cuatro células de pesado de forma plana. Cada célula de pesado comprende una barra de flexión que dispone de indicadores de extensiometría, experimentando la barra de flexión una deformación por el efecto del peso que hay que medir, que está aplicado por medio de un elemento en U en uno de los extremos de la barra de flexión, mientras que el otro extremo está fijado por tornillos o por bulones al zócalo del aparato. Tal tipo de fijación da lugar a fuertes solicitaciones de los puntos de fijación de la célula de pesado y altera las características metrológicas del aparato.

Por otra parte, se conoce el documento US-A-4.886.133 que describe un peso para personas que tiene una barra de sección cuadrada en el que en su parte central se han realizado dos recortes que forman una sección en I y delimitan una pared en la que se han colocado los indicadores de tensión y en la que se desarrollan tensiones de cizallamiento que producen una señal de medida. La barra está montada por atornillado o por encolado en los soportes dispuestos entre un plato de recepción de peso y una placa de base y que permiten una flecha de deformación. Tal disposición, en la que el captador no es directamente solidario del plato o de la zona de apoyo presenta una estructura compleja, con muchas uniones susceptibles de alterarse con el paso del tiempo.

El documento EP-A-1043573, en el que se basa el preámbulo de la reivindicación principal, describe un aparato de pesado que tiene un plato rígido destinado a recibir el peso que hay que medir, una zona de apoyo fija y al menos un captador de peso empotrado por encolado en uno de sus extremos en el plato y en el extremo opuesto en la zona de apoyo fija, teniendo dicho captador una barra deformable principalmente por flexión debido al efecto del peso aplicado sobre dicho plato y que lleva indicadores de extensometría. En este captador, la barra deformable está unida por encolado a medios de fijación al plato, realizados en forma de dos piezas de separación. Tal disposición de captador en varias piezas aumenta el coste y las dimensiones del aparato y es menos fiable con el paso del tiempo.

El objeto del presente invento es remediar los inconvenientes anteriormente mencionados y suministrar un aparato de pesado que tenga buenas características metrológicas y con una duración de vida importante.

Otro objeto del invento es realizar un aparato de pesado de perfil estrecho, que sea de funcionamiento fiable, que pueda ser realizado por una unión de piezas de materiales diferentes y utilizando un método de fabricación sencillo.

Un objeto suplementario del invento es un aparato de pesado de estructura simple, fácil de industrializar para obtener un coste de fabricación bajo.

Estos objetos se consiguen con un aparato de pesado que comprende un plato rígido destinado a recibir el peso que hay que medir, una zona de apoyo fija y al menos un captador de peso empotrado por encolado en uno de sus extremos en el plato y en el extremo opuesto en la zona de apoyo fija, teniendo dicho captador de peso una barra deformable principalmente por flexión por el efecto del peso aplicado sobre dicho plato y sobre el que están los indicadores de extensiometría, caracterizado porque el captador está realizado con su barra deformable en una sola pieza, estando plegado o plano, y porque al menos uno de los extremos de empotramiento de dicho captador de peso presenta una superficie destinada a estar directamente fijada por encolado al plato rígido o a la zona de apoyo fija.

Por plato rígido se entiende una pieza que tiene generalmente forma de placa, hecha de un material con dimensiones y características mecánicas que hacen que resista las deformaciones producidas por el peso que se ha aplicado en su cara superior. Por captador se entiende un cuerpo de prueba cuyos dos extremos están empotrados en la placa y en el zócalo y delimitan una barra de un material elástico, sobre la que van los indicadores de tensión, y deformable esencialmente por flexión debido al efecto del peso que se pesa. Por barra deformable, principalmente por flexión, se entiende una barra deformable principalmente por flexión, pudiéndose añadir una componente menor de deformación por torsión según el modo de fijación del captador y por la dirección de aplicación de la carga.

Tal aparato de pesado se realiza utilizando una unión por encolado entre el captador de peso y su soporte, por ejemplo entre este último y el plato rígido que recibe el peso que hay que medir y/o entre el captador y el apoyo fijo, especialmente el zócalo o el pie del aparato. Para esto, al menos uno de los extremos del captador presenta una superficie destinada al encolado, superficie que puede ser una superficie sensiblemente plana, o igualmente una superficie alabeada, siendo la forma de esta superficie función de la forma de la superficie sobre la cual viene en correspondencia en el momento del encolado.

El encolado consiste en realizar un contacto íntimo químico entre dos sólidos con la ayuda de un adhesivo. El encolado implica pues la utilización de un material de aporte en forma de un adhesivo aplicado en forma líquida o pastosa o susceptible de llegar a serlo, por ejemplo por calentamiento, en la superficie de al menos una de las piezas que hay que montar y de provocar la solidificación del adhesivo con el fin de asegurar una unión fuerte y estable entre las piezas montadas. La capa de cola se realiza en forma de una capa continua, llamada junta, que asegura una buena transmisión de los esfuerzos mecánicos entre los componentes. El adhesivo reparte la carga en toda la superficie de la junta, lo que asegura una distribución más uniforme de las tensiones estáticas y dinámicas en lugar de concentrarlas en los puntos de fuerte solicitación, como, por ejemplo, en el caso de una fijación mecánica con tornillos o con roblones.

Así, el encolado está perfectamente adaptado a la unión de los distintos materiales, de los materiales frágiles y de los materiales delgados, siendo apto para transmitir los esfuerzos mecánicos a través de la junta de cola. El encolado permite además aumentar la cadencia de fabricación al necesitar, por una parte, una menor necesidad de piezas que montar y, permitiendo, por otra parte, automatizar el proceso de fabricación.

Ventajosamente, dicho extremo de empotramiento está directamente fijado al plato.

Al estar el captador encolado en uno de sus extremos al plato rígido que soporta el peso que hay que medir, el esfuerzo se transmite directa y uniformemente al captador, especialmente a la parte deformable de este último, lo que hace que la deformación de este último siga de una manera fiel el valor de la carga aplicada. Se ha comprobado así, durante los ensayos metrológicos efectuados en laboratorio, que se ha mejorado netamente la linealidad de un aparato de pesado que utiliza un captador unido por encolado a un plato rígido, permaneciendo entre los límites metrológicos impuestos por las normas en vigor, con respecto al mismo aparato que utiliza un captador unido al plato por atornillado.

Además, un aparato de pesado que tiene un captador directamente encolado al plato presenta un perfil muy delgado, pues la unión carece de cualquier pieza intermedia de enlace.

Útilmente, dicha superficie plana define una zona de encolado por captador inversamente proporcional al número de captadores de peso del aparato.

Las dimensiones de la zona de encolado están calculadas en función de los valores de las tensiones aplicadas al captador y de forma que se optimice la unión por encolado de este último con su soporte.

Las dimensiones y las características mecánicas del captador dependen de los alcances máximos deseados, especialmente 160 kg en el caso de un peso para personas. Las fuertes tensiones existentes en los empotramientos del captador en el zócalo o zona de apoyo y en el plato de pesado deben ser repartidas en superficies de contacto suficientemente importantes. Además, las superficies de reparto de tensiones deben ser calculadas con el fin de asegurar una buena resistencia de la junta de cola.

Debido a su unión en voladizo entre un plato y un zócalo o una zona de apoyo, un captador de peso montado por encolado somete la zona de encolado principalmente a solicitaciones de compresión y de arranque, sobre todo en los extremos de la unión encolada. La mejora de la unión encolada consiste en calcular una superficie mínima de la zona de encolado apta para resistir las cargas aplicadas y para repartir mejor las tensiones a través de la junta de cola. Una buena concepción de la unión encolada tiende a crear una superficie de encolado y de transmisión de los esfuerzos mecánicos lo mayor posible, pero teniendo en cuenta consideraciones de coste de fabricación.

Así, después de numerosos ensayos y pruebas efectuados en taller, se ha visto finalmente que, en el caso de un peso para personas que tiene un solo captador de peso dispuesto entre un plato y un zócalo, captador que experimenta una carga máxima y está así sometido a solicitaciones de flexión y de torsión, la superficie de la zona de encolado debe ser igual o superior a 30 cm^{2} para soportar una carga situada en un lugar cualquiera del plato. De la misma forma, un peso para personas que tiene un plato que se apoya sobre al menos tres captadores de peso, la superficie de la zona de encolado debe ser superior a 9 cm^{2} para soportar una carga máxima situada en un lugar cualquiera del plato.

Preferentemente, la unión por encolado es en forma de una junta de recubrimiento.

Por junta de recubrimiento se entiende una superposición de dos superficies separadas por una junta de cola. Este tipo de junta asegura un buen compromiso entre el comportamiento mecánico de la unión por encolado y la facilidad de fabricación. Además, el comportamiento de tal tipo de junta depende del espesor de la junta de cola, pues puede adaptarse fácilmente a materiales diferentes y a tensiones variadas.

Ventajosamente, dicho adhesivo se elige entre los adhesivos epoxi o poliacrílicos que se polimerizan por los rayos ultravioleta o por calor.

La elección del adhesivo depende de la naturaleza de los sustratos y de la resistencia que debe conferirse a la unión. Los adhesivos epoxi o poliacrílicos que se polimerizan por los rayos ultravioleta o el calor permiten unir entre sí materiales diferentes, por ejemplo metal con: cerámica, plexiglás®, piedra, o metal con metal, conservando las características de los tratamientos térmicos realizados y asegurando una resistencia suficiente a las solicitaciones estáticas y dinámicas, así como una buena duración de vida a la junta de cola.

Tal adhesivo es, por ejemplo, la cola acrílica reticulante por los rayos ultravioleta referencia 6128N de la sociedad DELO cuando uno de los planos que hay que pegar es de vidrio transparente a los rayos ultravioleta.

Útilmente, el espesor del adhesivo utilizado para realizar el encolado se elige en función de la naturaleza de los materiales que hay que encolar y está preferentemente comprendido entre 0,05 y 0,5 mm.

El espesor de la junta encolada determina su resistencia a las tensiones de cizallamiento y se escoge en función del par de materiales que hay que encolar. El espesor de la junta de cola debe al mismo tiempo ser lo más fino posible con el fin de transmitir íntegramente, sin amortiguación, el valor de la tensión a través de la junta de cola. Así, para un captador de acero encolado en un plato de acero utilizando una cola epoxi de polimerización por calor, el espesor de la junta de cola está comprendido entre 0,05 y 0,25 mm. Por el contrario, utilizando la misma cola para un par aluminio/acero se debe prever un espesor de junta de cola comprendida entre 0,2 y 0,4 mm con el fin de soportar las tensiones de cizallamiento en la junta debidas a los diferentes coeficientes de dilatación entre los dos sustratos. Lo mismo sucede para un plato de vidrio templado encolado a un captador de acero utilizando una cola epoxi o poliacrílicos de reticulación por rayos ultravioleta, en cuyo caso el espesor de la junta de cola debe estar comprendido entre 0,25 y 0,5 mm.

Preferentemente, dicho plato está realizado en vidrio templado o en metal.

Se puede realizar el plato rígido de un aparato de pesado con diversos materiales, tales como por ejemplo: el metal, la cerámica, el plexiglás®, la piedra u otros que presenten propiedades similares. No obstante, se prefiere un plato de vidrio templado pues posee buenas propiedades de rigidez para las pequeñas dimensiones de su espesor, a la vez que tiene una buena resistencia a la rotura por flexión, o un plato de metal, al tener los dos materiales un buen comportamiento mecánico ante las cargas aplicadas en tal tipo de aparato.

Ventajosamente, el aparato de pesado del invento comprende al menos tres captadores de peso fijados con uno de sus extremos de empotramiento en la periferia del plato, estando el extremo opuesto desplazado con respecto al plato y fijado a un apoyo que forma pie del aparato.

Tal aparato de varios captadores es fácil de hacer, permitiendo efectuar medidas muy precisas, pues los errores debidos a los momentos parásitos están minimizados. Además, las flechas experimentadas por los captadores son menores y el perfil del aparato es muy delgado.

Otras características y ventajas del invento aparecerán más claramente a la luz de la descripción y de los dibujos que siguen, que ilustran, a título de ejemplos no limitativos, modos de aplicación del invento.

Por tanto, se hace referencia a las figuras, en las que:

- la figura 1a es una vista en sección axial de un aparato de pesado según un primer modo de realización del invento cuya figura 1b ilustra una vista en perspectiva;

- las figuras 2a a 2c ilustran diferentes vistas en perspectiva de un aparato de pesado según un segundo modo de realización del invento.

El aparato de pesado del invento comprende un plato rígido 10, 100 susceptible de recibir el peso que se mide, al menos un captador de peso, 30, 300 que tiene en una de sus caras al menos dos indicadores de extensiometría R1, Ri, estando uno de los extremos 60, 600 del captador empotrado en el plato rígido 10, 100 y el otro 70, 700 en un zócalo o zona de apoyo 20, 200 destinado a descansar sobre una superficie plana. Los dos extremos 60, 600 y 70, 700 del captador de peso delimitan una barra de flexión 40, 400 que es de un material elástico y que es deformable principalmente por flexión debido al efecto del peso que se pesa. Por barra de flexión 40, 400 se designa una barra deformable principalmente por flexión, pero que también soporta un esfuerzo de torsión menor que aparece según el modo de fijación del captador y la dirección de aplicación de la carga. A título de ejemplo, las deformaciones experimentadas por la barra de flexión 40, 400 pueden ser debidas en una proporción del 70% al 99% a esfuerzos de flexión, actuando para el resto la componente de torsión.

Los indicadores de extensiometría R1, Ri están serigrafiados en una placa delgada 50, 500 de cerámica, por ejemplo de aluminio, que está encolada en la barra de flexión 40, 400 en el sentido de su longitud. Se pueden utilizar dos indicadores de extensiometría R1, Ri montados en una de las caras de la barra de flexión, o varios indicadores montados en una de las caras de la barra de flexión o, para más precisión, los indicadores podrían estar montados en una parte y en otra de esta última en su zona de deformación. Los indicadores están unidos por una unión del tipo en puente de Wheatstone a un circuito electrónico para convertir en señales eléctricas las deformaciones experimentadas por los indicadores, y transformar estas últimas en valores numéricos correspondientes al peso medido y mostrarlos.

En los ejemplos ilustrados en las figuras, el captador de peso 30, 300 presenta una superficie de encolado S que es sensiblemente plana, destinada al contacto con el de un plato 10, 100 sensiblemente plano. Aunque la superficie (S) puede ser una superficie alabeada, por ejemplo, por un plato que tiene una forma contorneada, lo importante es que las superficies destinadas al encolado, sobre todo la superficie del extremo del captador y la superficie del plato estén bien puestas en correspondencia con el fin de realizar una junta de cola de espesor uniforme.

Las figuras 1a y 1b ilustran un primer modo de realización del invento en el que el aparato de pesado tiene un captador de peso 30 en forma de barra de acero templado de sección cuadrada. La barra está montada en voladizo entre un plato horizontal rígido de aplicación del peso 10 y un zócalo fijo 20 paralelo al primero. El captador 30 está realizado en una sola pieza con las partes extremas 60, 70.

El captador 30 tiene una zona central que forma la barra de flexión 40 que forma un cierto ángulo \alpha con sus extremos planos 60, 70. El ángulo de inclinación \alpha debe permitir el desplazamiento del plato 10 por el peso aplicado y debe ser pequeño para no introducir momentos parásitos demasiado importantes. El captador 30 puede realizarse por corte y plegado de una chapa de acero. En la parte central o barra de flexión 40 está encolada una placa de aluminio en la que están los indicadores de tensión R1, Ri dispuestos simétricamente con respecto al centro de la barra 50.

Las partes planas de los extremos 60, 70 cada una presenta una superficie plana S destinada a la fijación por encolado con el plato 10, respectivamente el zócalo 20. La superficie S está calculada con el fin de asegurar, por una parte, un buen reparto de las tensiones en los puntos de las uniones entre el captador y el plato, respectivamente el zócalo y, por otra parte, asegurar la fiabilidad y la resistencia mecánica de la unión encolada.

Las figuras 2a a 2c ilustran un segundo modo de realización del invento en el que el plato rígido 100 descansa sobre cuatro captadores planos 300. Cada captador 300 está realizado en forma de una sola pieza plana con forma inicial rectangular en la que se han dejado libres hendiduras para definir una barra de flexión central 400 que tiene en uno de sus extremos una superficie rectangular 600 y en el extremo opuesto una pieza en U 700. El captador 300 está fijado por encolado con su extremo 600 al plato rígido 100, mientras que el extremo opuesto se apoya en un pie 200 hueco. En la barra de flexión 400 está encolada una plaqueta de aluminio 500 sobre la que hay dos indicadores de extensiometría R1, Ri en su cara enfrente del pie. La barra 400 flexiona por efecto del peso aplicado en el plato 100 y las deformaciones de los indicadores son convertidas por el circuito electrónico en valores del peso que son mostrados por el aparato.

La superficie de encolado S del extremo 600 del captador 300 está dimensionada, como en los modos de realización precedentes, con el fin de soportar una carga máxima aplicada al plato y de realizar una unión por encolado resistente, apta para transmitir uniformemente las tensiones del plato 100 a la parte deformable 400 del captador 300.

El captador 30, 300 del invento está realizado en acero templado. El plato 10, 100 puede ser realizado en diferentes materiales, sobre todo: en vidrio, acero, aluminio, plexiglás®, cerámica, piedra. El zócalo o zona de apoyo 20, 200 puede ser realizado en el mismo material que el plato o en un material diferente.

De acuerdo con el invento, se monta por encolado un extremo 60, 600 del captador 30, 300 al plato 10, 100 y/o igualmente el extremo opuesto 70, 700 al zócalo o zona de apoyo 20, 200. Para esto, la totalidad de la superficie de encolado definida anteriormente por la superficie S del captador es recubierta por un adhesivo colocado en una cierta cantidad con el fin de obtener, por polimerización, una junta de un espesor predeterminado. El espesor de la junta está determinado con precisión para asegurar un buen comportamiento mecánico del captador con respecto a la base de aplicación de las tensiones.

La elección del adhesivo se hace en función de la naturaleza de los materiales que hay que encolar y en función de las tensiones que se ejercen en la unión encolada. Los adhesivos utilizados en el marco del invento son adhesivos epoxi o poliacrílicos de polimerización por los rayos ultravioleta o por calor.

Las figuras 2a y 2b muestran un ejemplo de realización de la unión en la que los captadores 300 están aplicados en el plato 100 en el sentido de las flechas, estando su extremo 600 recubierto de adhesivo en toda la superficie S. Los captadores 300 y el plato 100 son mantenidos en contacto un cierto tiempo a una temperatura predeterminada, con o sin aporte de radiación ultravioleta, con el fin de realizar la polimerización de la capa de adhesivo. Una vez realizado el encolado, el otro extremo 700 se fija en una zona de apoyo o pie 200 por cualquier método de unión mecánico, o también por encolado.

Otras variantes y modos de realización del invento pueden ser imaginados sin apartarse del marco de sus reivindicaciones. Así, se puede imaginar la utilización de cualquier otro tipo de material para el plato y/o el zócalo y cualquier otra forma para el captador, con la condición de respetar las condiciones relacionadas con el cálculo de la superficie de cola óptima y de respetar escrupulosamente el espesor de la junta de cola en función de la naturaleza del adhesivo y de los sustratos.

Claims (7)

1. Aparato de pesado que comprende un plato rígido (10, 100) destinado a recibir el peso que hay que medir, una zona de apoyo fija (20, 200) y al menos un captador de peso (30, 300) empotrado por encolado en uno de sus extremos (60, 600) en el plato (10, 100) y en el extremo opuesto (70, 700) en la zona de apoyo fija (20, 200), teniendo dicho captador de peso (30, 300) una barra deformable principalmente por flexión (40, 400) por el efecto del peso aplicado sobre dicho plato y que tiene indicadores de extensiometría (R1, Ri), caracterizado porque el captador (30, 300) está realizado con su barra deformable en una sola pieza, estando plegado o plano, y porque al menos uno de los extremos de empotramiento (60, 600) de dicho captador de peso (30, 300) presenta una superficie (S) destinada a estar fijada directamente por encolado al plato rígido (10, 100) o a la zona de apoyo fija (20, 200).

2. Aparato de pesado según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha superficie plana (S) define una zona de encolado por captador de superficie inversamente proporcional al número de captadores de peso (30, 300) del aparato.

3. Aparato de pesado según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la unión por encolado es en forma de una junta de recubrimiento.

4. Aparato de pesado según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho adhesivo se ha escogido entre los adhesivos epoxi o poliacrílicos que se polimerizan por los rayos ultravioleta o por calor.

5. Aparato de pesado según la reivindicación 4, caracterizado porque el espesor del adhesivo utilizado para realizar el encolado se ha elegido en función de la naturaleza de los materiales que hay que encolar y preferentemente está comprendido entre 0,05 y 0,5 mm.

6. Aparato de pesado según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho plato (10, 100) está realizado en vidrio templado o en metal.

7. Aparato de pesado según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende al menos tres captadores de peso (300) fijados con uno de sus extremos de empotramiento (600) en la periferia de un plato (100), estando el extremo opuesto desplazado con respecto al plato y fijado a un apoyo (200) que forma pie del aparato.