DE2046350A1

DE2046350A1 - Verwendung von metallischen Werkstof fen zur Absorption kinetischer Energie

Info

Publication number: DE2046350A1
Application number: DE19702046350
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-09-19
Filing date: 1970-09-19
Publication date: 1972-03-23

Description

Verwendung von metallischen Werkstoffen zur Absorption kinetischer Energie ======================================= Die Erfindung betrifft die Verwendung von metalliscen Werkstoffen mit hohem Verformungsenergie-Aufnahmever mögen als wirksamer Bestandteil von Bauteilen die der Absorption von kinetischer Energie dienen.
Die gebräuchlichen metallischen Werkstoffe haben e5n sehr unterschiedliches Spannungs-Dehnungsverbalten. Insbesondere ist ihr Aufnahmevermögen für Verformungsenergle bis zum Bruch sehr unterschiedlich. Es gibt Werkstoffe, die praktisch nur eine elastische Verformung zulassen und bei Steigerung der Spannung ohne plastische Verformung zer stört werden Zu diesen spröden Werkstoffen gehören C;rauguß und Gußbronze.
Die sogenannten zähenWerkstoffe hingegen können zum Teil s.hr weit über den elastischen Bereich hinaus verformt werden, ohn. daß ein Bruch eintritt. Hierzu gehören zum Beispiel Kupfer, Messing und Aluminium mit stetigen Ubergang zwischen einer elastischen und einer plastischen Verformung sowie verschiedene Stähle, bei denen Jedoch beim Übergang "elastisch - plastische eine Fließgrenze beobachtet wird.
Diese Werkstoffeigenschaften sind durch Legieren und Warmbehandlungsverfahren in weiten Bereichen einstellbar, so daß dem Konstrukteur für die meisten Anwendungsfälle ein geeigneter Werkstoff zur VerfUgung steht.
Schwieriger wird es, wenn mei Eigenschaften gefordert werden, die üblicherweise nicht gleichzeitig bei einem Werkstoff realisiert werden können. So ist ii allgemeinen beispielsweise eine Steigerung der Zugfestigkeit mit einer Verringerung der plastischen Verformbarkeit bis zum Bruch verbunden.
Derartige Anforderungen werden Jedoch an den Werkstoff für Bauteile gestellt, die bei einer Verformung einen möglichst hohen Betrag an kinetischer Energie absorbieren sollen.
Der bekannteste Anwendungsfall sind Sicherheitsgurte für Kraftfahrzeuge. Hierfür wird gefordert, daß sie einerseits die nötige Festigkeit aufbringen, um bei eines Aufprall des Fahrzeugs die angeschnallte Person ihrerseits vor dem Aufschlagen auf Windschutzscheibe, Armaturenbrett etc. zu bewahren,und daß sie andererseits möglichst wenig elastisch sind, um das gefährliche Rückfedern auszuschließen. Das bedeutet bezüglich der Energie, daß der Sicherheitsgurt möglichst wenig kinetische Energie speichern darf (elastische Verformung) sondern möglichst viel absorbieren DUB (plastische Verformung).
Ähnliche Anforderungen ergeben sich auch fur die Werkstoffe, die zum Bau der sogenannten Knautschzonen verwendet werden.
Hier liegen die Probleme zwar vornehmlich im konstruktiven Bereich, ein Werkstoff der bei hoher Festigkeit ein hohss Verformungsenergie-Aufnahmevermögen hat, ist Jedoch von großem Vorteil.
Für Sicherheitsgurte sind inzwischen spezielle Kunststoffe entwickelt worden, die bei hoher Festigkeit nur eine geringe elastische Dehnung aufweisen. Deren Energieaufnahme vermögen wird Jedoch als nicht ausreichend erachtet. Es wurde deshalb schon vorgeschlagen. die Befestigungsvor richtungen der Gurte zur Absorption von kinetiscber Energie heranzuziehen. Dazu sind jedoch aufwendige Konstrüktionen erforderlich.
Bei den Knautsehzonen hat man bisher die üblichen Werkstoffe verwendet und Verbesseruzlgen auf konstruktivem Gebiet gesucht.
Die Erfindung geht nun davon aus, daß Werkstoffe bekannt geworden sind, die bei Raumtemperatur in einem thermisch instabilen Zustand sind und bei einer Verformung eine Phasenumwandlung erfahren und infolgedessen ein höheres Energie Aufnahmevermögen aufweisen.
Diese Möglichkeit, durch Verformung eine Phasenumwandlung einzuleiten, vurde sowohl bei abgeschrecktem ß1-Messing als auch bei Stählen gefunden. Dabei ist es wichtig, daß es inzwischen möglich ist, durch Legierungstechnik und Warbehandlung die fUr das Auslösen der Phasenumwandlung notwendigen Bedingungen wie Temperatur und erforderliche Spannung einzustellen. Damit stehen Werkstoffe mit eines bisher nicht genutzten Verformungsverhalten zur Verfügung.
EB wird vorgeschlagen, diese Kit einem infolge Phasenuowandlung gesteigerten Aufnahmevermögen für Verformungsenergie ausgestatteten metallischen Werkstoffe als wirksamen Bestandteil für solche Bauteile einzusetzen, die der Absorption kinetischer Energie dienen.
Eine Gruppe von Phasenumwandlungen wird martensitische" genannt, wobei es sich um eine verzögerungifreie Uswandlung von Austenit in Martensit handelt. Bei anderen Phasenumwandlungen wird nur ein austenitisches Ausgangsgefüge vorausgesetzt. Die Phasenumwandlung ist auch als ein Umklappen eines Ausgangsgefüges mit kubisch flächenzentrierter Struktur in ein solches mit raumzentrierter Struktur analysiert worden.
Für den vorgeschlagenen Zweck werden vorteilhafterweise austenitische Eisenlegierungen eingesetzt. Die erfindungsgemäß Verwendung eines metallischen Werkstoffs erfolgt zweckmäßig in Form von dünnen Drähten, Bändern oder Profilen, insbesondere auch in Form eines Geflechtes. Schließlich ist es möglich,die vorgeschlagene Verwendung des metallischen Werkstoffs in Verbindung mit anderen Werkstoffen, en insbesondere mit natürlichen und/oder künstlich organischen und/oder anorganischen Fasern, Fäden oder Bändern durchzuführen.
Die erzielten Vorteile ergeben sich aus den einleitenden Ausführungen über die Werkstoffeigenschaften. Die Werkstoffe mit einer durch Verformung einzuleitenden Phasenumwandlung besitzen ein hohes Energie-Aufnahievermögen im plastischen Verformungsbereich bei gleichzeitig hoher Festigkeit und sind daher für die erfindungsgemäßen Anwendungen den bisher eingesetzten Werkstoffen überlegen.
P A T E N T A N S P R Ü C H E

Claims

PATENTANS PRUC HE 1. Verwendung eines metallischen Werkstoffs, der infolge Phasenumwandlung ein gesteigertes Aufziabievermögen für Verformungsenergie aufweist, als wirksamer Bestandteil von Bauteilen, die der Absorption kinetischer Energie dienen.
2. Verwendung eines metallischen Werkstoffs nach Anspruch 1, bei dem die Phasenumwandlung martensitischer Art ist.
3, Verwendung eines metallischen Werkstoffs nach Anspruch 1, bei dem das Ausgangsgefüge austenitisch ist.
4. Verwendung eines metallischen Werkstoffs nach Anspruch 1, bei dem ein Ausgangsgefüge mit kubisch flächenzentrierter Struktur in ein solches mit raumzentrierter Struktur umgewandelt wird.
5. Verwendung einer austenitischen Eisenlegierung als Werkstoff gemäß Anspruch 1.
6. Verwendung eines metallischen Werkstoffs nach Anspruch 1 in Form von dünnen Drähten, Bändern oder Profilen, insbesondere in Form eines Geflechtes.
7. Verwendung eines metallischen Werkstoffs nach Anspruch 6 in Verbindung mit anderen Werkstoffen.
8. Verwendung eines metallischen Werkstoffs nach Anspruch 7 in Verbindung mit natürlichen und/oder künstlichen organischen und/oder anorganischen Fasern, Fäden oder Bändern.