冲击吸收装置的制造方法_3

文档序号:9756584阅读:来源:国知局
采用线状结构件 时的直径或细长金属结构件在使用层状或片状结构件时的厚度,并且更优选地大于等于该 直径或厚度的五倍。一般地,制造保持元件或多个保持元件的材料越硬,保持元件的厚度越 小。应当理解的是结合有细长金属结构件的织物不遵从这些准则。
[0063] 根据本发明的冲击吸收装置的保持元件可以由相同或不同的材料制成并且可以 具有相同或不同的几何形状。
[0064] 特别适合用于细长金属结构件的金属材料是钢--优选为调和钢(harmon i c steel)一一、铝以及铝合金、铜以及铜合金、钛以及钛合金、镁以及镁合金、镍以及镍合金。
[0065] 对制造本发明的冲击吸收装置的直的和/或平的细长金属结构件特别有用的是使 用智慧金属(smart metal)。智慧金属包括超弹性合金和形状记忆金属,形状记忆金属在本 领域中是公知的,其首字母缩写为"SMA"。这些材料在本领域中广为公知并且例如在涉及超 弹性和形状记忆Ni-Ti合金的欧洲专利EP0226826中描述。
[0066]尽管已知智慧金属(SMS和超弹性)的各种合成物,然而本领域中常用的智慧金属 是基于Ni-Ti合金的智慧金属,其中,镍和钛形成合金的至少70wt% (重量百分比)。最常见 的合金包括按重量计54 %至55.5 %的镍,其余为钛(也可以有其他组分,通常,其它组分的 总含量小于lwt% )。
[0067] 通常,这些合金的特点不仅通过其组成而且通过其承受热处理(通常借助为这些 合金供以受控制的电流)时的特性完全地体现出,热处理使得他们在两个稳定的相(奥氏 体、马氏体)之间转变。具体地,As和Af为奥氏体相变开始的起始温度和结束温度,而Ms和Mf 为表征马氏体相变的起始温度和结束温度;例如,可在各种公开文献中如美国专利4,067, 752中找到关于经历可逆奥氏体-马氏体转变的合金如镍钛合金的特性的更多细节和信息。
[0068] 其他有用的合金同样设想添加大量的一种或更多种其他的元素。在这一点上,本 领域常用的其他合金是Ni-Ti-Cu合金,比如美国专利4144057中描述的合金,或如国际专利 申请WO 2011/053737中描述的含有达至10%的其它元素的镍钛三元合金,在这一点上,特 别优选的是Ni-Ti-Co合金和Ni-Ti-Cr合金。SMA材料的有用性能在于SMA材料在受到热处理 时恢复到其初始形状,因此在根据本发明的冲击吸收装置中,发现了两种主要的使用方式; SMA材料可以在受到多次撞击或承受过度负载之后恢复冲击吸收装置的性能,或者SM材料 可以在与其他材料结合使用时用作智能材料(witness ),从而呈现更高的弹性如超弹性。
[0069] 鉴于以上所述,对于根据本发明的冲击吸收装置,存在一些优选的构型。
[0070] 第一优选构型设想的是使金属细长结构件的至少30%并且更优选地至少90%由 超弹性金属材料制成。这些冲击吸收装置是呈现最高抵抗能力的冲击吸收装置。
[0071] 根据本发明的冲击吸收装置的另一优选构型设想存在至少一个形状记忆细长金 属结构件。这在冲击吸收装置包括大量超弹性细长结构件的情况下是特别有利的,因为形 状记忆元件可以是系统承受冲击的唯一智能材料。冲击吸收装置的加热可以恢复形状记忆 丝的形状,因而将其功能重置为系统内的冲击传感器。
[0072] 同样有利的是使用由不同智慧材料制成的直的和/或平的细长结构件的混合物的 冲击吸收装置,特别是包括至少30 %的超弹性细长结构件和30 %的形状记忆细长结构件的 冲击吸收装置,或下述冲击吸收装置:在所述冲击吸收装置中,大多数细长金属结构件由形 状记忆材料制成。
[0073] 可以以两种不同的方式使用由形状记忆金属制成的细长金属结构件的形状重置 性能。一方面,冲击吸收装置的功能可以通过受控的加热(例如,通过向金属细长元件提供 电流)从而使得变形的形状记忆元件回到其初始形状而恢复。另一方面,能够通过控制冲击 吸收装置的温度调节冲击吸收装置的性能,例如基于特定情形、用途、或应用选择细长金属 结构件呈现形状记忆特性而非超弹特性。
[0074] 如早已概述的,控制形状记忆细长结构件的性能的优选方法为通过供给电流进行 加热。冲击吸收装置的电流供给可以有利地设置有反馈控制,通常设置在SMA金属丝电阻 上。
[0075] 根据本发明的冲击吸收装置也可以不仅用于保护安装有冲击吸收装置的装置而 且保护与其相互作用的元件。更具体地,冲击吸收装置可以是城市元素如交通灯、高速公路 护栏、跑道安全系统的一部分,以在发生事故的情况下提供增强的安全条件。
[0076] 在图11的俯视图中示意性地示出了使用包括受控形状记忆细长结构件的冲击吸 收装置的这样的结构和构思的示例。在这种情况下,系统110包括冲击吸收装置111,该冲击 吸收装置111包括用作基部的保持元件1111,多个金属细长结构件固定在基部上。在图11中 所示的具体示例中,冲击吸收装置包括两种不同类型的细长金属结构件,分别以附图标记 1112、1112'、··· 1112"和1113、1113'、1113n标示。细长金属结构件 1113、1113'、1113n由形状 记忆金属制成。应当注意,图11是简化示意图,并且元件111可以更复杂或为更大装置的最 相关部分(用于本发明的目的)。冲击吸收装置111连接至能够供给电流I的控制器112(未示 出)。电流强度可以作为可以为不同类型和特性的一个或更多个外部输入的函数进行调节。 在图11中示出的具体示例中,存在三种不同类型的传感器:再现情景传感器 (reconstructing scenario) (即,网络摄像头)113、压力/冲击传感器114、以及手动操作式 输入端115。可以存在或多或少的元件并且元件的特性也可以不同,如已经说明的,图11的 方案仅为示例性方案。
[0077] 在其他有用的应用中,存在用于受伤人员的担架、安全服、安全带、用于家用和工 业用设备的冲击吸收器、用于骑行者的附件、防撞装置、用于闭合系统的停止防撞装置、用 于易碎物品或设备的包装用物的部分。
[0078] 安全带并非车辆和运输系统内唯一可行的布置/应用,根据本发明的冲击吸收装 置在车辆和运输系统中提供进一步的优点,例如,根据本发明的冲击吸收装置可以结合到 诸如侧门、座椅之类的元件中以增加发生事故时的安全性。
[0079]此外,根据本发明的冲击吸收装置可以装入诸如轴承的支承系统或装置中。
[0080]根据本发明的冲击吸收装置可以是其他系统的一部分并且因此可以具有与其他 系统的保持元件或多个保持元件接触的附加元件或层。此外,在最终的系统中可以存在超 过一个的根据本发明的冲击吸收装置,例如作为叠置的系统的叠置顺序,一个系统的第一 保持结构件为下一个系统的第二保持结构件。在这种情况中,特别有利的是将系统与不同 的抗冲击件联接,从而提供一种具有分层的/增强的保护的复合冲击吸收装置。
[0081 ]本发明将通过以下非限制性示例进一步描述。
[0082] 示例 1
[0083] 准备了一系列根据本发明的冲击吸收装置。所有这些系统具有如图8中所示的共 同的几何特征。他们由两个平行的金属保持元件构成,金属保持元件为由错制成的厚IOmm 的70X 18mm形式的板,这些板通过以三个平行的排设置的39个细长金属结构件间隔开。这 些元件大致彼此平行并且最小间距为5mm。
[0084] 细长金属结构件呈圆形丝的形式,其直径为0.5mm、长度为30mm,细长元件嵌入上 保持元件和下保持元件的长度为5mm,因此上保持元件和下保持元件间隔20mm。保持元件具 有直径为0.6mm的孔以接纳细长金属结构件;使用氰基丙烯酸酯粘合剂将细长金属丝固定 和保持在带孔的保持结构件中。
[0085] 使用用于细长结构件的不同的金属制得冲击吸收装置的四个不同的示例,具体 地:
[0086] 示例I(Sl):镀锌钢丝
[0087] 示例2(S2):调和钢丝 [0088] 示例3(S3):形状记忆镍钛合金丝(As:90°C)
[0089] 示例4(S4):超弹性镍钛合金丝(As:-25°C)
[0090] 已经使用Ams Ier摆(pendulum)对冲击吸收装置进行了冲击试验,Ams Ier摆允许检 验冲击吸收装置的抵抗能力以及碰撞中吸收的能量。示例1、2、4受到处于相同能量(5冲程 量)的多次撞击并且接着能量从〇. 325J以0.325J的梯级增加至2.925J。仅示例4还以11.7焦 耳进行了试验。
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