DE10139961A1 - Brillenfassungen und/oder Teile derselben - Google Patents

Abstract

Eine Brillenfassung mit einem oder mehreren aus einer Formspeicher-Legierung auf NiTi-Basis hergestellten Bestandteilen oder Abschnitten ist dadurch gekennzeichnet, dass der Nickelgehalt der Legierung 49 bis 52 At-% beträgt und weiterhin dadurch, dass sich diese Bestandteile und/oder Abschnitte ausgehend von einer einer durch Ziehen verfestigten Legierung mit nicht weniger als 30% Restverfestigung herstellen lassen. Diese Legierung wird dann durch Walzen, Drehhammerschmieden oder Biegen bis zu einem Wert von wenigstens 40% weiter verfestigt, wobei den Bestandteilen und/oder Abschnitten durch weitere plastische Verformung die endgültige Form gegeben wird und diese Teile schließlich dadurch gekennzeichnet sind, dass sie superelastisch und durch plastische Verformung dem Gesicht anpassbar sind, da ihre Elastizität in einem zwischen -40 DEG C und 50 DEG C liegenden Temperaturbereich mehr als 2% beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft Brillenfassungen und/oder Teile derselben. Insbesondere sind diese Brillenfassungen und/oder Teile derselben aus entsprechend verarbeiteten Formspeicher-NiTi-Legierungen hergestellt.

Mit der Fertigung von Brillenfassungen aus geeigneten elastischen Werkstoffen hat man sich bereits zum Stand der Technik befasst und es wurden dabei zahlreiche unterschiedliche Lösungen vorgeschlagen.

In der Regel weisen nämlich die von den Optikern verkauften Fassungen eine Standardform auf, die der Optiker später den Gesichtszügen des Benutzers anpassen kann, wobei er versuchen wird, durch entsprechendes Hin- und Herbiegen der Fassung ein Erzeugnis zu schaffen, dass sich diesen Gesichtszügen einwandfrei anpasst.

Bei der Fertigung von Brillenfassungen kommen zum Beispiel NIRO- Stahllegierungen oder Kupfer- oder Nickel-Kupfer- oder Nickel-Silber- Legierungen zur Anwendung. Diese Wahl ist auf die Einfachheit der Formgebung und der Verarbeitung solcher Legierungen zurückzuführen. Eine Grenze dieser Legierungen besteht jedoch bekanntlich in ihrer mangelnden Elastizität. Während des normalen Gebrauches können sie sich nämlich dauerhaft verbiegen und dabei zu einer Verzerrung der Geometrie der Fassung führen. Diese bleibenden Verformungen bereiten ausserdem dem Benutzer ein allgemeines Unbehagen, weil das Brillengewicht nicht mehr gleichmässig auf das Gesicht verteilt ist und der Abstand zwischen Gläsern und Augen nicht mehr der richtige ist.

Angesichts dieser Nachteile wurde in zahlreichen schriftlichen Beiträgen und Patentschriften die Anwendung von Formspeicher-Legierungen zur Fertigung von Fassungen mit grösserer Elastizität vorgeschlagen. Formspeicher-Legierungen weisen nämlich die Eigenschaft auf, dass sie beträchtliche Verformungen aushalten, ohne dass bleibende plastische Verformungen entstehen. Orientierungshalber wird darauf aufmerksam gemacht, dass die grösste von einem Formspeicher-Metall oder einer Formspeicher-Legierung aushaltbare Verformung etwa das Zehnfache derjenigen eines gewöhnlichen Metalls beträgt. Obwohl sich diese Eigenschaft je nach den Werkstoffen und der thermomechanischen Verarbeitung ändert, rechtfertigt sie jedenfalls durchaus das Interesse für diese Werkstoffe.

Die erste Anmeldung über die Anwendung von Formspeicher-Legierungen für Brillenfassungen geht auf das Jahr 1979 zurück und seitdem wurden zahlreiche diesbezügliche Patentanmeldungen eingereicht. Der Grund für diese grosse Anzahl Anmeldungen ist im ziemlich komplexen Wesen des Mechanismus zu suchen, mit dem sich die Wirkung des Formspeichers und die Pseudoelastizität der Formspeicher-Legierungen erklären lassen.

In der Tat sind die Formspeicher-Legierungen Metallstoffe in welchen eine Phasenumwandlung in festem Zustand stattfindet. Diese Umwandlung heisst "thermoelastische martensitische Umwandlung" (TMU) und ist, in festem Zustand, eine thermodynamische Umwandlung der ersten Ordnung, die durch Temperaturänderungen oder durch einen mechanischen Belastungs- und Entlastungszustand hervorgerufen werden kann (daher der Name "thermoelastische" Umwandlung). Bei einer TMU verwandelt sich eine in der Regel regelmässige (allgemein Austenit genannte) kubisch­ flächenzentrierte Kristallform in ein allgemein Martensit genanntes Gefüge mit weniger symmetrischer Kristallform. Es ist ziemlich schwierig, den Mechanismus ausführlich zu beschreiben, durch den die Formspeicher- Legierungen ihre ausserordentlichen mechanischen Eigenschaften erhalten; er wird daher einfach erwähnt und in Fig. 1 dargestellt. Wenn sich in einem Formspeicher-Metall der thermoelastische Martensit bildet, geht die Kristallanordnung der Atome von einer kubisch-flächenzentrierten Kristallform auf eine komplexere (allgemein aus Zwillingsgefügen bestehende, siehe Fig. 1(b)) Form mit vielen Innenflächen über, die die typische Eigenschaft besitzt, sich sehr leicht zu bewegen. Erfährt nun dieses martensitische Gefüge eine Verformung, so neigen die Grenzflächen der Zwillingsebenen dazu, sich auszudehnen und so anzuordnen, dass die Verformung auf mikroskopischen Wert minimiert wird (Fig. 1(c)). Es findet eine Änderung des makroskopischen Gefüges statt, die zu keinem bleibenden Schaden des inneren Gefüges führt. Vom Gesichtspunkt des Materials aus, ändert sich also im mikroskopischen Bereich überhaupt nichts und sobald das Metall wieder auf die austenititische Phase erwärmt wird, ist es in der Lage die ursprüngliche makroskopische Form ziemlich leicht wiederherzustellen (Fig. 1(d)). Dieses Beispiel schildert das, was allgemein "Einweg-Formspeicher-Wirkung" genannt wird.

Oben wurde erwähnt, dass sowohl die Temperatur als auch eine äussere Belastung die TMU auslösen können. Wird nun auf ein Formspeicher-Metall eine äussere Kraft ausgeübt (zum Beispiel eine Zugkraft), so fängt in einem geeigneten Temperaturbereich die Martensit-Bildung an. Der Mechanismus der mikrostrukturellen Anpassung dieser durch die Beanspruchung ausgelösten Martensit-Verformung entspricht voll und ganz dem oben beschriebenen Mechanismus, so dass sich nach der Entlastung die ursprüngliche Form des Formspeicher-Metalls wieder einstellen wird. Offensichtlich ist dieser Fall ein Beispiel für die "pseudoelastische" Wirkung.

Aufgrund von mit der Energie zusammenhängenden Erscheinungen und wegen während der TMU wirkender mikrostruktureller Mechanismen zeigen sowohl die von der Temperatur ausgelösten Umwandlungen als auch die von der Spannung ausgelöste Umwandlung eine Hysterese. In Fig. 2 ist ein Vergleich zwischen zwei Beispielen eines vollständigen thermodynamischen Kreisprozesses in der Verformung-Temperatur-Ebene () (Fig. 2(a)) und in der Kraft-Verformung-Ebene () (Fig. 2(b)) dargestellt. Es handelt sich um einen Versuch über einen von der Temperatur () ausgelösten Kreisprozess und einen von der Kraft () ausgelösten Umwandlungskreisprozess. Die beiden Diagramme stellen Beispiele der Formspeicher-Wirkung und der pseudoelastischen Wirkung dar. In Fig. 2(a) wird ein Formspeicher-Metall abgekühlt und dadurch die TMU ausgelöst. Die Umwandlung von Austenit in Martensit erfolgt zwischen der Anfangstemperatur des Martensits Ms und der Endtemperatur des Martensits Mf. Während der Phasenumwandlung findet spontan keine makroskopische Verformung statt, das sich in der Martensitphase befin­ dende Material ist jedoch in der Lage, beträchtliche Verformungen ohne mikrostrukturelle Schäden auszuhalten. Die während der Martensitphase stattfindende Verformung führt zu einer scheinbar bleibenden Verformung. Bei Erwärmung des Musters erfolgt die Umwandlung von Martensit in Austenit zwischen der Anfangstemperatur des Austenits As und der Endtemperatur des Austenits Af. In diesem Temperaturbereich nimmt das Muster ihre ursprüngliche Form wieder auf.

In Fig. 2(b) wird ein Formspeicher-Metall bei gleichbleibender Tem­ peratur gezogen. Diese Temperatur muss im Bereich Af-Md liegen, wobei Af die vorgegebene Endtemperatur des Austenits und Md die Höchsttemperatur ist, bei der der Martensit durch Aufbringen einer Kraft entstehen kann. In der Regel kann der Af-Md-Temperatur-bereich allgeimen zwischen 10 und 50°C je nach der gewühlten Legierung und der Verarbeitung des Materials liegen. Wird das Spannungsniveau erhöht (was in einem gewissen Sinn einer Abnahme der Temperatur im vorhergehenden Fall entspricht), so fängt im Muster die Bildung von Martensit an. Der Nachweis, dass im Material eine Phasenumwandlung in Gang ist, ist durch den Kurvenabschnitt gegeben, in dem die Verformung bei gleichbleibdender Kraft vor sich geht (pseudoelastische Erhebung) L (Kenngrösse der Belastung). Am Ende der Erhebung hat sich das ganze Material in die Martensitphase verwandelt und ist nur auf einem bestimmten Kraftniveau stabil. Lässt die Kraft nach (Entlastung), so erfolgt die TMU von Martensit in Austenit auf einem niedrigeren Kraftniveau U (Kenngrösse der Entlastung), was wiederum durch die Anwesenheit einer Erhebung in der Kraft-Verformung-Kurve nachgewiesen ist.

Es wurde vorgeschlagen, sowohl die Formspeicher-Wirkung als auch die pseudoelastische Wirkung zur Fertigung von Brillenfassungen auszunutzen. Im ersten Fall wird sich die Fassung folgendermassen verhalten. Sollte sich die Fassung zufällig verbiegen, kann ihre ursprüngliche Form im Temperaturbereich wiederhergestellt werden, in dem der Austenit stabil ist. Im zweiten Fall wird sich die Fassung wie eine elastische Fassung verhalten. Wenn sie verbogen wird, wird das Formspeicher-Metall die Verformung durch Bildung von Martensit aufnehmen und die ursprüngliche Form wird sich wieder einstellen, sobald die die Verformung verursachende Spannung nachlässt.

Aus thermodynamischen Gründen ist der Temperaturbereich, in dem das Formspeicher-Metall in der Lage ist, die pseudoelastische Eigenschaft zu zeigen, ziemlich eng und man nahm allgemein an, dass er zu eng sei, um bei der Fertigung von Fassungen benutzt werden zu können. Einige Patentschriften haben Lösungen zur Überwindung dieser Grenze vorgeschlagen.

Superelastizität und Pseudoelastizität

In der vorhergehenden Beschreibung wurde das Wiederherstellen der Form im Fall der durch die Kraft ausgelösten TMU "Pseudoelastizität" gennant. Es muss jedoch erwähnt werden, dass dieser Ausdruck in der Literatur sehr oft abwechselnd zum Ausdruck "Superelastizität" benutzt wird, um den ausserordentlichen Elastizitätsgrad dieser Werkstoffe zu betonen. Der Ausdruck "Pseudoelastizität" dürfte vom wissenschaftlichen Gesichtspunkt aus genauer sein, da dadurch die Tatsache unterstrichen wird, dass der Mechanismus, der das makroskopische elastische Verhalten erklärt, nicht der elastische Standardmechanismus ist (Hooksches Gesetz). Es handelt sich nämlich um einen unterschiedlichen, mit der Anwesenheit der TMU zusammenhängenden Mechanismus und das makroskopische Verhalten sollte daher richtig "Pseudoelastizität genannt werden, weil es etwas anderes als die gewöhnliche Elastizität ist.

Um die Bedeutung der Erfindung einwandfrei verständlich zu machen, wird noch ein weiterer Punkt zu geklärt. Es ist beim Stand der Technik (G. R. Zadno, T. W. Duerig "Engineering Aspects of Shape Memory Alloys" - Butterworth-Heinemann, 414-419, 1990) bekannt, dass sich durch Ziehen einer Ni-Ti-Legierung verbesserte elastische Eigenschaften erzielen lassen, ohne dass jegliche martensitischen Umwandlungen eintreten. In diesem Fall entspricht die Kraft-Verformung-Eigenschaft derjenigen, die in Fig. 3(a) dargestellt ist. Es zeigt sich keine gleichbleibende pseudoelastische Spannungserhebung und die Verformung hat einen praktisch linearen Verlauf. Dieses Verhalten hängt ausserdem nur in geringem Mass von der Temperatur ab und steht in keinem Zusammenhang mit dem Ver­ festigungsgrad. In diesem Fall wird eine solche Wirkung Superelastizität oder lineare Superelastizität genannt. Hier scheint die Wahl des Ausdruckes angemessener zu sein, da sich das Material wie ein verbessertes elastisches Material verhält und keine Spur einer TMU ersichtlich ist.

Bei aus Formspeicher-Legierungen hergestellten Brillenfassungen kann der Optiker jedoch nicht sämtliche zur Anpassung der Fassung an die Gesichtszüge des Benutzers erforderlichen Änderungen vornehmen, und zwar gerade wegen der Beschaffenheit dieser Legierungen. Wegen ihres Formspeichers können solche Fassungen nur eine bestimmte Form und eine bestimmte Lage aufweisen, und zwar diejenigen, die eingetragen und gespeichert sind.

Ein weiteres System zur Verbesserung der elastischen Eigenschaften von Formspeicher-Legierungen und insbesondere von NiTi-Legierungen besteht in der Verarbeitung des Materials mit einer geeigneten Kombination von Verfestigung und Wärmebehandlung, um den Temperaturbereich zu vergrössern [Af, Md]. Dieses Ergebnis wurde durch Erhöhung der Härte der austenitischen Phase erreicht, so dass die austenitische Phase vermag, ein höheres Spannungsniveau auszuhalten, bevor die Mechanismen einer bleibenden Verformung wirksam werden. Von diesem Gesichtspunkt aus ist die Verarbeitung derartiger Formspeicher-Legierungen keine leichte und selbstverständliche Aufgabe und Patentschriften sowie schriftliche Beiträge haben bereits zahlreiche unterschiedliche Ansätze zur Kontrolle der pseudo­ elastischen Eigenschafen vorgeschlagen.

Die Lehre der Patentschrift EP-A-0310628 betrifft die Optimierung der gewünschten Eigenschaften in einem ziemlich weiten Temperaturbereich zwischen -20°C und 40°C, der als optimal betrachtet wird. In diesem Fall wird die Anwendung einer Kombination von pseudoelastischen und superelastischen Eigenschaften empfohlen. Durch sorgfältige Verarbeitung der Formspeicher-Legierungen mit einem inneren pseudoelastischen Temperaturbereich von etwa 10°C bis 40°C, ist es möglich, in einem niedrigeren Temperaturbereich (d. h. zwischen -20°C und 10°C) einen niedrigen Superelastizitätsgrad einzuführen. Die Temperaturänderung wird daher den Mechanismus der Formwiederherstellung mit einem allgemeinen makroskopischen Verhalten verändern, das die Fertigung von elastischen Brillenfassungen ermöglicht. Sollte die Fassung im unteren Temperatur­ bereich eine scheinbar bleibende Verformung erfahren, so könnte ihre Form durch Erwärmung prompt wiederhergestellt werden. Die bei der Umwandlung von der Legierung gewonnenen Eigenschaften würden nämlich von der vorherigen Verarbeitung nicht verloren gehen und daher die Wiederhestellung der normalen Form gestatten. Das ist durch die Anwesenheit einer deutlichen pseudoelastischen Erhebung der mechanischen Kurven der nach den Angaben der EP-A-0310628 verarbeiteten Legierungen nachgewiesen.

Die Verarbeitung der Formspeicher-Legierungen nach EP-A-0310628 ist selbstverständlich ziemlich aufwendig, weil man in diesem Fall eine bestimmte Kombination zwischen Pseudoelastizität und Superelastizität erhalten will. Für den Fachmann der Branche ist die Tatsache naheliegend, dass zur Fertigung einer Brillenfassung mehrere plastische Verformungsstufen erforderlich sind, um die endgültige Form zu erhalten. Dadurch wird die Anwendung dieses Standes der Technik unpraktisch und schwierig zu kontrollieren. Jede Verarbeitungsstufe sollte nämlich zum Beispiel angesichts des endgültigen im Bestandteil der Fassung zurückbleibenden Verfestigungsgrades vorgenommen werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine zweckmässig verarbeitete Formspeicher-Legierung, mit der sich die Nachteile beim Stand der Technik beseitigen lassen und insbesondere Formspeicher-Legierungen und eine Verarbeitung derselben vorzuschlagen, die die Fertigung von Bestandteilen für Brillenfassungen einfacher gestalten, wobei sich die so hergestellten Bestandteile durch plastische Verformung einwandfrei dem Gesicht des Benutzers anpassen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Brillenfassung mit einem oder mehreren aus einer Formspeicher-Legierung auf NiTi-Basis hergestellten Bestandteilen oder Abschnitten, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Nickelgehalt der Legierung 49 bis 52 At-% beträgt und weiterhin dadurch, dass diese Bestandteile und/oder Abschnitte ausgehend von einer durch Ziehen verfestigten Legierung mit nicht weniger als 30% Restverfestigung gefertigt werden können, wobei diese Legierung dann durch Walzen, Drehhammerschmieden oder Biegen bis zu einem Wert von wenigstens 40% weiter verfestigt wird, und den Bestandteilen und/oder deren Abschnitten die endgültige Form durch weitere plastische Verformung gegeben wird und diese Teile dadurch gekennzeichnet sind, dass sie superelastisch und durch plastische Verformung dem Gesicht anpassbar sind, da in einem zwischen -40°C und 50°C liegenden Temperaturbereich ihre Elastizität mehr als 2% beträgt.

Der hauptsächliche Vorteil der erfindungsgemässen Brillenfassung und/oder ihrer Teile besteht darin, dass sie einen hohen Elastizitätsgrad aufweist und vorteilhafterweise in einem weiten Temperaturbereich zur Anwendung kommen kann. Gleichzeitig bewahren erfindungsgemäss solche Brillenfassungen und/oder Teile derselben die Möglichkeit, sich plastisch zu verformen, um den besonderen Zügen des Gesichts des jeweiligen Benutzers angepasst zu werden, was für eine Brillenfassung ein wesentliches Merkmal ist.

Mit dem erfindungsgemässen Formgebungsverfahren kann ein Material hergestellt werden, dessen elastische Eigenschaften für eine wirtschaftliche Fertigung von Brillenfassungen als ideal betrachtet werden können. Ausserdem werden dann diese Fassungen weitere vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, wie etwa die bequeme Benutzung, die Plastizität nach der Fertigung sowie ausreichende Steifigkeit und Festigkeit gegen zufällige Verbiegungen.

Es ist weiterhin möglich, während der Fertigung der Fassung oder von Teilen derselben beträchtliche plastische Verformungen aufzubringen.

Der Temperaturbereich zwischen -40°C und 50°C ist der gewöhnliche Anwendungsbereich der Brillenfassungen.

Insbesondere kann der Titangehalt der NiTi-Legierung 48 bis 51 At-% betragen.

Die Legierung auf NiTi-Basis kann eine ternäre Modifikation des NiTi sein, wie etwa NiTiX, wo X Cu, Fe, Nb, V, Mo, Co, Ta, Cr und Mn ist. Vorzugsweise ist X Cu, Nb und Fe.

Der Gewichtsanteil von X kann 1 bis 25 At-% betragen.

Die Bestandteile der erfindungsgemässen Fassung können Stege, Nasenteile und/oder Bügel sein.

Die Behandlung der besonderen erfindungsgemäss gewählten Legierungen ist gegenüber den normalerweise zur Anwendung kommenden Behandlungen etwas geändert. Unterschiedliche Verfahren zur Vorbereitung der Legierung führen nämlich zu Produkten, insbesondere zu NiTi-Drähten, die sich in den Endeigenschaften beträchtlich voneinander unterscheiden, wobei diese Eigenschaften in Hinblick auf den Einsatz der NiTi-Elemente zur Fertigung von Brillenfassungen optimiert werden können.

Kein vorheriger Beitrag hatte Angaben über die Art und Weise geliefert, in der den Formspeicher-NiTi-Legierungen Superelastizität verliehen werden kann. Man wusste nur, dass die gezogenen NiTi-Drähte eine wesentlich erhöhte Elastizität aufweisen.

Anderseits ist es dem Fachmann der Branche bekannt, dass das NiTi, als intermetallische Verbindung, nicht in der Lage ist, während des beträchtlichen Verfestigungssprozesses sehr starke Verformungen auszuhalten, so dass es allgemein schwierig ist, eine Höchstgrenze von ca. 45-50% zu überschreiten. Sollte diese Grenze überschritten werden, so würde sich das Material mit einem für intermetallische Verbindungen typischen Sprödbruchprozess brechen.

Es liegt daher auf der Hand, dass die erfindungsgemässe Verarbeitung unter Berücksichtigung der Notwendigkeit vorgenommen werden sollte, ein Überschreiten der höchsten Plastizitätsgrenze der Legierung zu vermeiden. Gleichzeitig muss ein solches Verfestigungsniveau gewährt werden, das die vollständige Beseitigung der thermoelastischen martensitischen Umwandlung der Legierung ermöglicht.

BEISPIELE

Nach einem Beispiel eines Verfahren zur Fertigung der erfindungsgemässen Materials geht man von einem herkömmlich gezogenen NiTi-Draht mit einer Verfestigung von nicht weniger als ca. 30% aus. Bei diesem Material ist der Verfestigungsgrad von der Oberfläche bis zum Kern unregelmässig verteilt, und zwar wegen des dem Zieh-prozess innewohnenden Mangels an Homogenität.

In seinem Kern weist der Draht einen etwas niedrigeren Verfestigungsgrad auf. Es ist wichtig, darauf aufmerksam zu machen, dass der Verfestigungsgrad allgemein aufgrund der prozentualen Quer­ schnittsverminderung des Musters geschätzt wird und daher nur eine durchschnittliche Schätzung der wirklich im Material ausgelöste Modifikation möglich ist.

Dann wird der Draht einem Verformungsprozess unterzogen, bei dem die Verfestigung mit einer entsprechenden mechanischen Verarbeitung wieder gleichmässiger verteilt wird, wobei zum Beispiel schwere und wiederholte Materialverformungen mit nur geringen Querschnittsänderungen verursacht werden. In einem bevorzugten System wird der Draht bis zu einem der Bruchgrenze nahem Wert hin- und hergebogen und dieser Vorgang wird mehrmals wiederholt, wobei der Draht jedes Mal gegenüber der Hauptachse verdreht wird.

Wahlweise kann dasselbe Ergebnis dadurch erzielt werden, dass das gesamte Verfestigungsniveau etwas erhöht wird, wobei der Draht mit dem Drehhammer geschmiedet und die Gesamtverformung bis zu einem Wert von wenigstens 35-40% gebracht wird. In einem anderen, gleichwertigen, jedoch etwas weniger wirksamen System wird der Draht mit rundem Querschnitt so lange kaltgewalzt, bis der Querschnitt in demselben Bereich quadratisch wird.

Der Grund dieser Gleichwertigkeit konnte noch nicht ganz erklärt werden, und zwar weil es schwierig ist, die Zusammenhänge zwischen den mikrostrukturellen Verformungen und den makroskopischen Eigenschaften der NiTi-Legierungen vollständig auszuwerten. Man nimmt jedenfalls an, dass die spezifische, während des Ziehprozesses entwickelte Textur von der anschliessenden, durch Hämmern oder Walzen erzielten Verminderung abhängig gemacht werden könnte, die die Elastizität und die Dehnbarkeit der Drähte erhöht.

Am Ende der erfindungsgemässen Verarbeitung ist der Verfestigungsgrad im Draht regelmässiger verteilt. Das Ergebnis dieses Verfahrens ist ein Metall, das einen hohen Verfestigungsgrad bewahrt und gleichzeitig einen niedrigeren E-Modul sowie eine grössere Bruchdehnung aufweist.

Fig. 3 stellt einen Vergleich der mechanischen Eigenschaften eines gezogenen NiTi-Drahtes und eines erfindungsgemäss verarbeiteten NiTi- Drahtes dar. Die Kurven der Zeichnung stellen einen Mittelwert unterschiedlicher Muster dar. Der E-Modul des Materials beträgt ca. 50 bis 55 Gpa und ca. 45 bis 50 Gpa und die Legierung kann leicht bis zu einer 5%igen Verformung gelangen. Aus Fig. 3 ist deutlich zu entnehmen, dass die Rückfederung bis zu 5% des gezogenen Drahtes unvollständig ist. Mit anschliessenden Spannung-Verformung-Versuchen und Erhöhung der maximalen Verformung erzielt man das in Fig. 4 dargestellte Ergebnis.

Offensichtlich ist es dank der Erfindung möglich, eine einwandfreie Rückfederung der Grössenordnung von etwa 2-2,5% zu erzielen, aber die bleibende Verformung beträgt weniger als 0,8%, und zwar auch bei einer maximalen Verformung von 5%.

In Fig. 4(b) wird die Spannung-Verformung-Kurve eines erfin­ dungsgemäss verarbeiteten NiTi-Drahtes mit derjenigen einer pseudoelastischen Standard-NiTi-Legierung verglichen. Offensichtlich weist das superelastische NiTi, trotz der Abnahme des E-Moduls, jedenfalls eine höhere Steifigikeit auf. Ausserdem ist der Draht nach dieser Verarbeitung in der Lage, weitere sich bei der Fertigung der Brillenfassungen ergebende starke plastische Verformungen auszuhalten.

Die wesentlichen Eigenschaften der mit dem erfindungsgemässen Verfahren behandelten NiTi-Drähte wurden geprüft und die Prüfergebnisse werden nachstehend kurz geschildert.

Zunächst hat man sich vergewissert, dass keine TMU stattgefunden hat. Das ist äussert wichtig, da eine Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften von der Temperatur, d. h. jegliche pseudoelastische Eigenschaft, wermieden werden soll. Gemäss der Standard-Kennzeichnung der Formspeicher-Legierungen, wurde dieser Versuch mittels DSC (Differential-Abtast-Kalorimetrie) durchgeführt. Mit dieser Technik ist es möglich, die während eines vollständigen thermischen Kreisprozesses von einem Muster mit der Umgebung ausgetauschte Wärme zu messen. Fig. 5 (a) stellt die kalorimetrische Kurve eines einem erfindungsgemäss verarbeiteten NiTi-Drahtes entnommenen Musters dar. Offensichtlich findet keine martensitische Umwandlung statt, weil weder in dem der Abkühlungsstufe entsprechenden Kurvenabschnitt noch in dem der Erwärmungsstufe entsprechenden Kurvenabschnitt Umwandlungsspitzen vorhanden sind. Zum Vergleich, siehe Fig. 5(b), wird die kalorimetrische Kurve eines demselben Material entnommenen, vollständig geglühten Musters dargestellt. In diesem Fall - wie es übrigens zu erwarten war - sind deutliche Umwandlungsspitzen vorhanden und die Temperaturen Ms, Mf, As und Af können leicht ausgemacht werden.

Anschliessend wurden einige lineare Muster aus erfindungsgemäss verarbeiteten Ni-Ti-Drähten in einer elektromechanischen, mit einem Wärmeschrank ausgerüsteten Prüfmaschine unter Zugspannung gesetzt, um die mechanischen Eigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen zu untersuchen. Es wurden Versuche bei -40°C, -20°C, 0°C, 30°C und 50°C durchgeführt. In Fig. 6 sind die Ergebnisse zusammenfassend dargestellt. Das superelastische Verhalten des Ni-Ti-Drahtes zeigt sich deutlich bei allen Versuchstemperaturen. Es ist keine gleichbleibende pseudoelastische Erhebung zu verzeichnen und jedenfalls ist die Wiederherstellung der ursprünglichen Form fast vollständig.

Damit ist also nachgewiesen, dass die erfindungsgemäss verarbeitete Legierung den wesentlichen Anforderungen enspricht. Es hat sich ein Verfahren ergeben, das die ziemlich einfache und kostengünstige Fertigung von Brillenfassungen und/oder Teilen derselben ermöglicht. Mit dieser Verarbeitung lässt sich das Gefüge der im Material bei einem herkömmlichen Verarbeitungsprozess ausgelösten mikrostrukturellen Fehler wieder zurechtmachen.

Mit dem erfindungsgemässen Verarbeitungsprozess können eine Erhöhung des Bruchdehnungswertes der NiTi-Drähte und eine Verminderung des E- Moduls erzielt werden, was bei der Fertigung von Brillenfassungen und/oder Teilen derselben sehr nützlich ist.

Wie bereits erwähnt, bieten die mit dem betreffenden Material her­ gestellten Brillenfassungen und/oder Teile derselben weitere Vorteile, wie etwa Benutzerkomfort, Plastizität nach der Fertigung, und ausreichende Steifigkeit sowie gute Festigkeit gegen zufällige Verbiegungen. Der Benutzerkomfort dieser Fassungen ist höher, weil dank der grösseren Steifigkeit (siehe Fig. 4(b)) gegenüber einem pseudoelastischen Standard-Material dünnere und daher leichtere Fassungen gefertigt werden können. Nach der Fertigung ist die Plastizität ausgezeichnet, weil im Bedarfsfall der Bügel an den Schläfen sanft gebogen werden kann, um die superelastische Grenze zu überschreiten und die weitere plastische Verformung aufrechtzuerhalten. Dadurch lässt sich die Fassung dem Gesicht anpassen und nachdem sie geändert worden ist, behält sie noch ihre früheren elastischen Eigenschaften.

Fig. 7 zeigt Teile der Brillenfassung, die mit erfindungsgemäss verarbeitem Material gefertigt werden können. Die Brillenfassung besteht aus der Gläserfassung 4, dem Steg 1, den Scharnieren 3 und den Bügeln 2.

Selbstverständlich gibt es Richtlinien zur Verarbeitung von Teilen der Brillenfassung, wie etwa des Steges oder der Bügel, mit Anwedung des erfindungsgemässen Materials. Nachstehend wird ein typisches Beispiel geschildert.

Nachdem ein Draht bis zum gewünschten Durchmesser gestreckt wurde, wobei darauf aufgepasst werden muss, dass dieser Vorgang bei Erreichen einer etwa 30%igen Gesamtverfestigung unterbrochen wird, wird der Draht in einer besonderen Maschine mehrmals hin- und hergebogen. Sobald der Draht einwandfrei gerade ist, kann man ihm die endgültige Form in kaltem Zustand geben, indem man ihn zum Beispiel in ein Werkzeug einpresst. Die mittels DSC geprüften Muster dürfen keine Umwandlungsspitzen zeigen. Das Mass der Zugverformung des verarbeiten Drahtes oder des Bestandteils muss von den mechanischen Eigenshaften sowie von der Temperatur unabhängig sein und es darf keine pseudoelastische Erhebung vorhanden sein.

Claims (6)

1. Brillenfassung mit einem oder mehreren aus einer Formspeicher- Legierung auf NiTi-Basis hergestellten Bestandteilen oder Abschnitten derselben, dadurch gekennzeichnet, dass der Nickelgehalt der Legierung 49 bis 52 At-% beträgt und weiterhin dadurch, dass diese Bestandteile und/oder Abschnitte ausgehend von einer durch Ziehen verfestigten Legierung mit nicht weniger als 30% Restverfestigung gefertigt werden können, wobei diese Legierung dann durch Walzen, Drehhammerschmieden oder Biegen bis zu einem Wert von wenigstens 40% weiter verfestigt wird, den Bestandteilen und/oder deren Abschnitten die endgültige Form durch weitere plastische Verformung gegeben wird und diese Teile schliesslich dadurch gekennzeichnet sind, dass sie superelastisch und durch plastische Verformung dem Gesicht anpassbar sind, da in einem zwischen -40°C und 50°C liegenden Temperaturbereich ihre Elastizität mehr als 2% beträgt.

2. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Titangehalt 48 bis 51 At-% betragen kann.

3. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung auf NiTi-Basis eine ternäre Ni-Ti-Modifikation wie etwa NiTiX ist, wobei X Cu, Fe, Nb, V, Mo, Co, Ta, Cr und Mn ist.

4. Fassung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass X Cu, Fe und Nb ist.

5. Fassung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass X zwischen 1 bis 25 At-% betrageren kann.

6. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile Stege, Nasenteile und/oder Bügel sind.