DE2329751C3 - Verfahren zur Herstellung eines maßstabsgetreuen Modells zum Ermitteln von Versuchswerten über das Verhalten von Metallkonstruktionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines maßstabsgetreuen Modells zum Ermitteln von Versuchswerien über das Verhauen von Metallkonstruktionen, insbesondere von Kraftfahrzeugen und Kraftfahrzeugbauelementen aus Karosseriestahl, beim Aufprall auf ein Hindernis.

Bekannt ist bereits, das Modell eines Kollisionsschutzbauteils Ciies Schiffes an einem Biegeträger ortsfest zu hallern. Über eine schüfe Ebene läßt man einen Wagen laufen, an dessen Stirnseite ein ßugmodell eines Schiffes befestigt ist, das gege-> das Schulzbauteil prallt (DE-AS 12 48 333).

Bekannt ist weiterhin, das Modell eines Kraftfahrzeugs längs einer geraden Bahn zu führen und gegen eine ortsfeste Wand prallen zu lassen (DE-OS 2143 540). Aus den erhaltenen Auffahrergebnissen werden dann Rückschlüsse auf die Gestaltung des Originalfahrzeugs gezogen.

Zum Stand der Technik gehört außerdem, bei der Neuentwicklung von Fahrzeugen Näherungsmethoden zu verwenden, die auf Erfahrungswerten beruhen, welche aus Kollisionen zwischen maßstabsgetreuen Personenkraftwagenmodellen und wegbrechenden Hindernissen erhalten werden (Experimental Mechanics, Februar 1973, Seite 64 und 69).

In anderem Zusammenhang ist bekannt. Gegenstände durch Verformung von superplastischen metallischen Materialien herzustellen, wobei diese Materialien für die Verformung in den superplastischen Zustand gebracht werden (A. Backofen, Superplasticily Enhances Metallurgy, Steel, Dezember 1969, Seiten 25 bis 28).

Durch den Stand der Technik ist es somit bekannt, aus Aufprallversuchen von gleich großen oder verkleinerten Modellen Werte zu ermitteln, die für die weitere konstruktive Verbesserung verwendet werden. Dabei werden jedoch die Modelle aus dem gleichen Werkstoff wie die zu verbessernde Originalkonstruktion hergestellt. Bei der Untersuchung des Aufprallverhaltens von Karosserieteilen, Kraftfahrzeugbauelementen und ganzen Kraftfahrzeugen hat es sich jedoch gezeigt, daß der dafür erforderliche Aufwand sehr hoch ist, da bei Neukonstruktion aufgrund der ermittelten Werte neue Formen hergestellt werden müssen. Die Verwendung von Kunststoff zur Herstellung von maßstabsgetreuen Modellen und die Vornahme von AufDrallversuchen an solchen Kunststoffmodellen hat sich als nicht sehr vorteilhaft erwiesen, da aus dem Verhalten der Kunststoffteile das spätere Verhalten gleicher Teile aus Autostahl nicht schlüssig hergeleitet werden kann. Somit ist die ohne großen Aufwand ausführbare Formung der Karosserieteile in Zusammenhang mit Kunststoff ohne Wert.

Die der Erfindung zugrunde liegende A'tfgabe besteht nun darin, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit den bei den Aufprallversuchen eingesetzten Modellen bei einfachen Formungskosten brauchbare Rückschlüsse auf das Verhalten des Originals hergeleitet werden können.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Modell aus einem superplastischen metallischen Material geformt wird, das durch Erhitzen in den superplastischen Zustand gebracht worden ist und das nach dem Formen abgekühlt wird, bis es ein Spannungs-Dehnungs-Verhalten hat, das zu dem der Meiaükonstruklion in Beziehung seubar ist.

Als superplastisches metallisches Material wird zweckmäßigerweise eine Legierung aus im wesentlichen 78% Zink und 22% Aluminium verwendet

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß mit einem Aufwand für die Formung der Konstruktionsteile, der in etwa dem von Kunststoff entspricht, Ergebnisse bei den Aufprallversuchen mit den hergestellten Modellen erreicht werden, die sich eindeutig zu den aus Karosseriestahl hergestellten Konstruktionen in Beziehung setzen lassen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein maßstäblich verkleinertes Modell der zu untersuchenden Metallkonstruktion hergestellt. Bis zum superplastischen Zustand aufgeheiztes superplasiisches Material, also beispielsweise eine Zink-Aluminium-Legierung mit 78% Zink und 22% Aluminium, die auf 260 bis 27O°C erhitzt worden ist, wird mit Hilfe von Formwerkzeuger. in der gewünschten Weise verformt und anschließend abgekühlt. Das Spannungs-Dehnungs- Verhalten, der Elastizitätsmodul, die Elastizitätsgrenze und die Dichte, die Energieabsorption und die baulichen Fehlereigenschaften des superplastischen Materials stehen in bekannter Beziehung zu der zu untersuchenden Metallkonstruktion. Mit dem auf diese Weise hergestellten Modell wird dann der Kollisions- oder Aufprallversuch unternommen. Die Versuchsergebnisse lassen sich dann in entsprechende Werte überführen, die bei der Kollision oder bei einem Aufprall einer Konstruktion aus Metall im Originalmaßstab auftreten würden.

Um beispielsweise die gleiche Steifigkeit zu erzielen, muß eine Tafel aus superplastischem Material etwa um 40% stärker als ein entsprechendes Stahlblech sein. Die Stärke der superplastischen Legierung beträgt jedoch etwa 70% der von Stahl, so daß das Stärke/Steifigkeits-Verhältnis etwa das gleiche ist wie bei Stahl.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt ·'■ Fig. I perspektivisch eine Metallkonstruktion eines Kraftfahrzeugs,

Fig.2 das im Maßstab verkleinerte Modell des Kraftfahrzeugs von Fig. 1, hergestellt aus superplastischem Material, beim Aufpralltest,

F i g. 3 bis 5 verschiedene Prüfstücke vor einem Aufpralllest,

F i g. 3A bis 5A die Prüfstücke der F i g. 3 bis 5 nach dem Aufpralltest und

F i g. 6 die Spannungs-Dehnungs-Charakteristik eines superplastischen Materials.

Fig. 1 zeigt ein Personenkraftfahrzeug 10, nach welchem das in Fig.2 erkennbare Modell 12 aus superplastischem Metall hergestellt wird. Der vordere Teil dieses Modells 12 ragt aus einem Block 14, der auf einem Schlitten 16 sitzt, welcher mit Rädern 18 und 20 auf Schienen 22 bzw. 24 gelagert ist Der Schlitten 16 mit dem Block 14 und dem Modell 12 wird mitteis eines nicht gezeigten Antriebs mit einstellbarer Geschwindigkeit gegen eine betonwand 26 getrieben. Aus der Verformung des Vorderteils des Modells 12, wenn dies gegen die Betonwand 26 geprallt ist, können unter Einbeziehung verschiedenster Meßeinrichtungen, wie Dehnungsmeßstreifen und Signal erzeugender Einrichtungen, die erforderlichen Rückschlüsse auf die Folgen eines Auspralls eines Original-Personenkraftfahrzeugs 10 gegen eine Betonwand gezogen werden.

Die in den Fig.3 bis 5 gezeigten Prüfstücke sind Modelle, die im Maßstab von 3:8 bezüglich des Originals verkleinert sind. Die Prüfstücke bestehen aus superplastischem Material. Sie werden bei verhältnismäßig niedrigem Druck und hohen Temperaturen geformt. Nach ihrer Formung haben sie Eigenschaften eines Metalls, die mit den Eigenschaften von Autostahl in eine vergleichbare Beziehung setzbar sind. Das heißt, daß aus dem Verformungsergebnis, das beispielsweise durch Einsetzen zwischen zwei Werkzeuge und durch Aufbringen eines festgelegten Drucks erreicht wird, ohne weiteres auf das Verformungsergebnis entsprechend größerer Stahlteile ähnlicher Form geschlossen werden kann.

Das in F i g. 3 gezeigte kegelstumpfförmige Prüfstück 30, das aus den längs Flanschen 36 durch Punktschweißen verbundenen Hälften 32 und 34 besteht, verformt sich bei einem Aufprallversuch, wie dies in Fig.3A gezeigt ist.

Das kegelstumpfförmige Prüfstück 38 von F i g. 4, das durch Verschweißen des Mantels längs der Naht 40 erreicht wird, verformt sich, wie es in Fig.4A gezeigt ist.

Das pyramidenstumpfförmige Prüfstück 42 von Fig.5, das aus den längs der Flansche 48 punktverschweißten Hälften 44 und 46 besteht, verformt sich, wie aus Fig.5A zu ersehen ist. Aus den Verformungen der Prüfstücke aus superplastischem Metall ist ohne weiteres die Verformung entspreche, J größerer ähnlicher Prüfstücke aus Autostahi herleitbor.

Fig.6 zeigt in einer Kurve die Dehnung, die sich ergibt, wenn das superplastische Material unter zunehmenden Zugbelastungen gedehnt wird. Diese Kurve ist der entsprechenden Kurve von Stahl oder anderer vergleichbarer Metalle ähnlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines maßstabgetreuen Modells zum Ermitteln von Versuchswerten über das Verhalten von Metallkonstruktionen, insbesondere von Kraftfahrzeugen und Kraftfahrzeugbauelementen aus Karosseriestahl, beim Aufprall auf ein Hindernis, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell aus einem superplastischen metallischen Material geformt wird, das durch Erhitzen in den superplastischen Zustand gebracht worden ist und nach dem Formen abgekühlt wird, bis es ein Spannungs-Dehnungs-Verhalten hat, das zu dem der Metallkonstruktion in Beziehung setzbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als superplastisches metallisches Material eine Legierung aus im wesentlichen 78% Zink und 22% Aluminium verwendet wird.