Verwendung einer Platinmetallegierung als Werkstoff für Spannbänder in Messinstrumenten Als Werkstoff für physikalische Präzisionsinstru- mente sind zahlreiche Edelmetallegierungen, vor allem Legierungen des Platins und Legierungen des Goldes mit, Zusätzen der verschiedensten weiteren Edelmetalle und auch Unedelmetalle, bekannt.
Diese Legierungen wurden aufgrund ihrer chemischen und mechanischen Widerstandsfähigkeit für die verschiedensten Teile der physikalischen Präzisionsinstrumente eingesetzt.
Für Messinsitrumente mit drehbarem Messwerk, bei denen dieses Messwerk ausser durch Spitzenlagerung heute vor allem durch Spannbänder in seiner Lage fixiert wird, hat man jedoch bisher als Werkstoff für diese Spann bänder bevorzugt Platin-Jridmum-Legierungen mit einem Iridiumgehalt bis zu 30 % und Platin-Nickel-Legierungen mit einem Nickelgehalt von 8 bis 12,5 % verwendet.
An Spannbänder in. Messinstrumenten werden sehr verschiedenartige Anforderungen gestellt. So ist für die Lebensdauer des Messdnstrumentes eine hohe Korro sionsbeständigkeit des Bandes unerlässlich. Die wirt schaftliche Verarbeibbarkeit beim Einbauen in das Mess- instrument setzt eine gute Löbbarkeit ohne zeitraubende Hilfsmittel und ohne <RTI
ID="0001.0048"> ätzende Flussmittel voraus. Die elastische Nachwirkung der Bänder soll im Interesse einer bguten Messgenauigkeit möglichst gering sein. Da neben muss die Legierung gut verformbar sein, um die Herstellung von Bändern verhältnismässig grosser Breite und geringer Stärke zuzulassen.
Diese Bedingungen wurden durch die obenb n@anlten Legierungen bereits weitgehend erfüllt. Eine Beschäfti gung mit -ihren Eigenschaften zeigte aber, dass sie der Konstruktion der Messinstrumente mit drehbarem Mess- werk Schranken setzen, die sich überraschenderweise mit einfachentechnischen Mitteln beseitigen lassen.
Die heutigen Bestrebungen beim Messinstmamenten- bau gehen dahin, Messwerke mit geringen Drehmomen ten zu bauen, die unter starker Spannung dies Spann bandes stehen, um sie unempfindlich gegen Neigung und Erschütterungen zu machen.
Bei der Konstruktion von Messinstrumenten mit den bisher benutzten Legie rungen war aber dadurch eine verhältnismässig enge Grenze gesetzt, dass bei einem gewissen Drehmoment, das zur Erzielung einer ausreichenden Messempfindlich- keit nicht überschritten werden darf, die Spannung der Bänder nicht weiter gesteigert werden konnte. Es zeigte sich nun, dass sich solche Platinmetallegierungen auswählen lassen,
die einen sehr bedeutenden Fortschritt bringen. Zum Ziel führte dabei eine kritische Unter suchung bestimmter mechanischer Eigenschaften: Für die Güte einer für Spannbänder verwendeten Legierung ist ihre hohe Streckgrenze und ihr niederer Torsionsmodul massgebend. Diese beiden Forderungen ergeben bei einem bestimmten zulässigen Drehmoment die grösste Belastbarkeit eines Spannbandes.
Da Spann- bänger im allgemeinen in verfestigtem Zustand ver wendet werden, kann bei der Betrachtung der Eignung eines Werkstoffes für Spannbänder anstelle der Streck grenze auch seine Zerreissfestigkeit in Betracht gezogen werden, da diese bei verfestigten Werkstoffen nahe der Streckgrenze liegt. Es wurde alsdann festgestellt, dass für die Eignung eines Werkstoffes als Spannband die durch die Wurzel aus dem Torsionsmodul dividierte Zerreissfestigkeit des Werkstoffes massgebend ist.
Dieser aus leicht messbaren Grössen zu ermittelnde Wert
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(6B = Zerreissfestigkeit, G - Torsionsmodul) gibt ein relatives Mass dafür, wie stark ein Spannband eines gewissen Drehmomentes durch Spannung in seiner Hauptrichtung belastet werden kann.
Die Erfindung betrifft nun die Verwendung einer Legierung mit 50 bis 99 % eines oder mehrerer der Pla tinmetalle Platin, Palladium und Rhodium sowie 1 bis 50 % mindestens eines Nicht-Platinmetalls, welches die Gütezahl der Platinmetallegierung
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auf über 1,5 steigert, wobei im Falle einer Zweistoff legierung der Gehalt an Nicht-Platinmetall jedoch nicht unter 15 liegt, als Werkstoff für Spannbänder in.
Mess- instrumenten mit drehbarem Messwerk. Siebring t auf diesem Spezialgebiet überraschende technische Fort schritte mit sich.
Während die bisher als Werkstoff für Spannbänder verwendeten Platinlegierungen aus Zerreissfestigkeit und Torsionsmodul berechneten Z-Werte von 1,3 bis 1,4 auf wiesen; zeigen die nunmehr erfindungsgemäss verwende- ten Legierungen Z-Werte, die oberhalb von 1,5, ins besondere oberhalb von 1,7, liegen, beispielsweise sogar bis 2,5 ansteigen.
Diese hohen Werte resultieren aus den für Spannbandwerkstoffe wesentlichen und im Falle der vorliegenden Legierungen ausserordentlich günstigen Eigenschaften, nämlich einer hohen Zerreissfestigkeit und einem niederen Torsionsmodul der erfindungsgemäss verwendeten Legierungen.
Dabei weisen die Legierungen gleichermassen auch die weiteren, für Spa:nnbandwerk- stoffe notwendigen Eigenschaften auf, wie hohe Korro sionsbeständigkeit, gute Lötbarke:it und Verformbarkeit und eine geringe elas.tisch@e Nachwirkung. Die vorzüg lichen Eigenschaften der Legierungen sind auch dann gegeben, wenn sie in der Gruppe der Platinmetalle 1 bis 30 Ö Iridium bzw.
wenn sie bis zu 20% Gold als Nicht-Platinmetall enthalten. Besonders bewährt haben sich Legierungen des Platins mit Eisen, Kobalt und vor allem Nickel, wobei der Gehalt .an fliesen Unedelmetallen 15 bis 50 %, vor zugsweise 20 bis 40 %, betragen kann. Hierbei kann die Legierung als zusätzliches Platinmetall bis zu 30 % Iridium enthalten; sie kann aber auch als zusätzliches Nicht-Platinmetall bis zu 20 % Gold enthalten.
Gegen über den bisher verwendeten Legierungen des Platins mit einem Nickelgehalt von 8 :bis 12,5 % zeichnen sich die Legierungen mit einem höheren Nickelgehalt durch erheblich verbesserte Eigenschaften aus.
Es wurden Legierungen mit 5, 8,5, 12, 15, 20 und 30 % Nickel, Rest Platin, untersucht. Dabei wurde ihr Torsionsmodul G in mehreren Messungen und daraus jeweils der Mittelwert bestimmt. Ausserdem wurde die Zerreissfestigkeit 6B der Legierungen im verformten und verfestigten. Zustand gemessen und anschliessend aus beiden Werten der Wert für die jeweilige Gütezahl
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berechnet, also die durch die Wurzel aus dem Torsions- mod@ul dividierte Zerreissfestigkeit des Werkstoffes.
Diese Gütezahl Z gibt, wie bereits offenbart, ein relatives Mass .dafür, wie stark ein Spannband eines gewissen Drehmomentes durch Spannung in seiner Hauptrichtung belastet werden kann.
Die ermittelten Werte sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:
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Pt-Ni <SEP> Torsionsmodul <SEP> G
<tb> o <SEP> Zerreissfestigkeit <SEP> ag <SEP> Z <SEP> - <SEP> aE;
<tb> in <SEP> /o <SEP> (Mittelwert)
<tb> <U>V</U>G
<tb> 91,5 <SEP> - <SEP> 8,5* <SEP> 7105 <SEP> 90 <SEP> 1,07
<tb> 95 <SEP> - <SEP> 5* <SEP> 7414 <SEP> <B>1</B>17 <SEP> 1,36
<tb> 88 <SEP> - <SEP> 12" <SEP> 7434 <SEP> 136 <SEP> 1,58
<tb> 85 <SEP> - <SEP> 15 <SEP> 7605 <SEP> 147 <SEP> 1,68
<tb> 80 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 7472 <SEP> 160 <SEP> 1,86
<tb> 70 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 7492 <SEP> 165 <SEP> 1,91
<tb> * <SEP> nicht <SEP> erfindungsgemäss <SEP> (Vergleichsversuch) Diese Tabelle lässt eindeutig erkennen, dass mit zu nehmendem Nickelgehalt die Zerreissfestigkeit der Le gierungen,
wie dies nicht anders zu ,erwarten war, an steigt. Auch der Torsionsmodiul steigt zunächst an, jedoch nur bis zu einem Nickelgehalt von<B>15%,</B> um dann bei höheren Nickelgehalten wieder abzusinken. Das Absinken des Torsionsmoduls bei gleichzeitigem weiteren Ansteigen der Zerreissfestigkeit bei Platin- Nickel-Legierungen mit mehr als 15 % Nickel hat die ausserordentlich günstigen Werte für die Gütezahl dieser Legierungen zur Folge, die deutlich über Z = 1,5 liegen.
Von den Legierungen anderer Platinmetalle als dem Platin selbst haben sich in der Praxis beispielsweise die Legierungen des Rhod@iums bewährt, vor allem Legie rungen der Zusammensetzung 5 bis 50 % der Metalle Eisen, Kobalt und insbesondere Nickel und Rest Rhodium; hierbei kann die Legierung als zusätzliches Platinmetall bis zu 20 % Platin, Pai:ladium oder Iridium und als zusätzliches Nicht-Platinmetall bis zu 20 ö Gold enthalten.
Besondere Fortschritte bringen auch Legierungen der Platinmetalle, bei denen zwei oder mehrere Nicht Platinmetalle zugegen sind, beispielsweise Legierungen der Platinmetalle mit 1 bis 20 %, vorzugsweise 3 bis 10 %, Wolfräm und 1 bis 20 %, vorzugsweise 3 bis 10 %, Kupfer und Rest, aber mindestens 70 % Metalle der genannten Platinmetalle, insbesondere Platin oder auch Paladium.
Bei manchen der genannten Legierungen lässt sich eine Verbesserung ihrer Eigenschaften, vor allem der Zerreissfestigkeit und damit die Steigerung der Werte für Z, durch thermische Vergütung erreichen, wie bei- spielsweise bei Platin-Wolfram-Kupfer-Legierungen.
Im folgenden sollen Beispiele für Legierungen ge geben werden, die sich für die Verwendung als Spann bandwerkstoffe in Messinstrumenten mit drehbarem Messwerk gemäss der Erfindung eignen.
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Legierungszusammensetzung <SEP> Zerreissfestigkeit <SEP> Torsionsmodul <SEP> Wert <SEP> Z
<tb> kgjmm2 <SEP> kg/mm2
<tb> 1. <SEP> 70 <SEP> Pt <SEP> 30 <SEP> Ni <SEP> 166 <SEP> <B>7500</B> <SEP> 1,92
<tb> 2. <SEP> 70 <SEP> Rh <SEP> 30 <SEP> Ni <SEP> 201 <SEP> <B><I>10500</I></B> <SEP> 1,92
<tb> 3. <SEP> 90 <SEP> Pt <SEP> 5 <SEP> W <SEP> 5 <SEP> Cu <SEP> 141 <SEP> <B>7800</B> <SEP> 1,60
<tb> 4.
<SEP> wie <SEP> 3, <SEP> jedoch <SEP> vergütet <SEP> 178 <SEP> 8100 <SEP> 1,98 Die in der Tabelle aufgeführten Legierungsbeispiele haben sich bei der Verwendung als Werkstoffe für Spannbänder in Messinstrumenten mit drehbarem Mess- teil vorzüglich bewährt.
Sie entsprechen allen mechani schen Anforderungen, wie sie oben als wünschenswert herausgestellt wurden, und besitzen daneben auch die anderen Eigenschaften, die, wie obererläutert, von Spannbändern gefordert werden.
Gegenüber dien ein gangs beschriebenen und für den Zweck bekannten Legierungen bringen sie einen entscheidenden techni- schen Fortschritt, der die Entwicklung neuartiger Mess- instrumente möglich macht.
Ausser der Verwendung für Spannbänder für elek trische Messinstrumente, wie z. B. Drehspulmstrumente und Weicheiseninstrumente, sind die genannten 1-egie- rungen auch hervorragend geeignet für die Verwendung als Spannbandwerkstoffe in Messgeräten anderer Art mit drehbarem System, wie z. B. Torsionswaagern.
Ein Messinistrument mit drehbarem Messwerk unter Verwendung eines Spannbandes aus dem Werkstoff gemäss der Erfindung ist in der Zeichnung als Beispiel dargestellt. In Fig. 1 bedeutet 1 das Spannband, 2 die Schleife .des drehbaren Messteiles, 3 eine Spannfeder, 4 die obere Auflage und 5 die untere Auflage für das Spannband, 6 den Magneten des Instrumentes und 7 den Magnetkern.
In Fig. 2 sind Magnet 6 Magnetkern 7 und Schleife 2 des Messinstrumentes im Schnitt dar- gestellt.
Use of a platinum metal alloy as a material for tensioning straps in measuring instruments Numerous precious metal alloys are known as materials for physical precision instruments, above all alloys of platinum and alloys of gold with additions of various other precious metals and base metals.
Due to their chemical and mechanical resistance, these alloys were used for a wide variety of parts of physical precision instruments.
For measuring instruments with a rotatable measuring mechanism, in which this measuring mechanism is now mainly fixed in its position by tensioning straps in addition to the point bearing, the preferred material for these tensioning straps has been platinum-iridmum alloys with an iridium content of up to 30% and platinum Nickel alloys with a nickel content of 8 to 12.5% are used.
Very different demands are made on tensioning straps in measuring instruments. A high corrosion resistance of the tape is essential for the service life of the measuring instrument. The economic processability when installing in the measuring instrument means that it can be praised without time-consuming aids and without <RTI
ID = "0001.0048"> caustic flux ahead. The elastic aftereffect of the bands should be as low as possible in the interests of good measurement accuracy. In addition, the alloy must be easily deformable in order to allow the production of strips with a relatively large width and small thickness.
These conditions have already been largely met by the above alloys. An occupation with their properties showed, however, that they set limits to the construction of the measuring instruments with a rotating measuring mechanism which, surprisingly, can be eliminated with simple technical means.
Today's endeavors in the construction of measuring instruments are aimed at building measuring mechanisms with low torques that are under strong tension on the tension band in order to make them insensitive to inclination and vibrations.
In the construction of measuring instruments with the alloys used up to now, however, a relatively narrow limit was set in that at a certain torque, which must not be exceeded in order to achieve sufficient measuring sensitivity, the tension of the bands could not be increased any further. It has now been shown that such platinum metal alloys can be selected
which bring very significant progress. A critical examination of certain mechanical properties led to this goal: the quality of an alloy used for tensioning straps is determined by its high yield point and its low modulus of torsion. These two requirements result in the greatest load capacity of a tensioning band at a certain permissible torque.
Since tensioning straps are generally used in the solidified state, when considering the suitability of a material for tensioning straps, instead of the yield point, its tensile strength can also be taken into account, as this is close to the yield point in the case of solidified materials. It was then determined that the tensile strength of the material divided by the root of the torsional modulus is decisive for the suitability of a material as a tensioning strap.
This value can be determined from easily measurable quantities
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(6B = tensile strength, G - torsion modulus) gives a relative measure of how much a tensioning strap of a certain torque can be stressed in its main direction.
The invention now relates to the use of an alloy with 50 to 99% of one or more of the platinum metals platinum, palladium and rhodium and 1 to 50% of at least one non-platinum metal, which has the quality index of the platinum metal alloy
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increases to over 1.5, although in the case of a two-component alloy the content of non-platinum metal is not less than 15, as a material for tensioning straps in.
Measuring instruments with rotatable measuring mechanism. It brings surprising technical advances in this special field.
While the platinum alloys previously used as a material for tensioning straps had Z values calculated from tensile strength and torsional modulus of 1.3 to 1.4; the alloys now used according to the invention show Z values which are above 1.5, in particular above 1.7, for example even increase to 2.5.
These high values result from the properties that are essential for tension band materials and, in the case of the present alloys, extremely favorable, namely a high tensile strength and a low torsional modulus of the alloys used according to the invention.
At the same time, the alloys also have the other properties necessary for non-woven strip materials, such as high corrosion resistance, good solderability and deformability and a low elasticity. The excellent properties of the alloys are also given if they belong to the group of platinum metals 1 to 30 Ö iridium or
if they contain up to 20% gold as non-platinum metal. Alloys of platinum with iron, cobalt and, above all, nickel have proven particularly useful, the content of tiles being 15 to 50%, preferably 20 to 40%, of base metals. The alloy can contain up to 30% iridium as an additional platinum metal; however, it can also contain up to 20% gold as an additional non-platinum metal.
Compared to the previously used platinum alloys with a nickel content of 8: to 12.5%, the alloys with a higher nickel content are characterized by significantly improved properties.
Alloys with 5, 8.5, 12, 15, 20 and 30% nickel, the remainder platinum, were examined. Their torsional modulus G was determined in several measurements and the mean value was determined from them. In addition, the tensile strength 6B of the alloys in the deformed and solidified. Condition measured and then the value for the respective figure of merit from both values
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calculated, i.e. the tensile strength of the material divided by the root of the torsion mod @ ul.
As already disclosed, this figure of merit Z gives a relative measure of how much a tension band of a certain torque can be loaded by tension in its main direction.
The values determined are listed in the following table:
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Pt-Ni <SEP> torsion module <SEP> G
<tb> o <SEP> tensile strength <SEP> ag <SEP> Z <SEP> - <SEP> aE;
<tb> in <SEP> / o <SEP> (mean value)
<tb> <U> V </U> G
<tb> 91.5 <SEP> - <SEP> 8.5 * <SEP> 7105 <SEP> 90 <SEP> 1.07
<tb> 95 <SEP> - <SEP> 5 * <SEP> 7414 <SEP> <B> 1 </B> 17 <SEP> 1.36
<tb> 88 <SEP> - <SEP> 12 "<SEP> 7434 <SEP> 136 <SEP> 1.58
<tb> 85 <SEP> - <SEP> 15 <SEP> 7605 <SEP> 147 <SEP> 1.68
<tb> 80 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 7472 <SEP> 160 <SEP> 1.86
<tb> 70 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 7492 <SEP> 165 <SEP> 1.91
<tb> * <SEP> not <SEP> according to the invention <SEP> (comparative test) This table clearly shows that with increasing nickel content, the tensile strength of the alloys,
as this could not be expected otherwise, increases. The torsional modulus also increases initially, but only up to a nickel content of <B> 15%, </B> and then decreases again at higher nickel contents. The decrease in the torsional modulus with a simultaneous further increase in the tensile strength in platinum-nickel alloys with more than 15% nickel results in the extremely favorable values for the figure of merit of these alloys, which are well above Z = 1.5.
Of the alloys of platinum metals other than platinum itself, the alloys of rhodium, for example, have proven themselves in practice, especially alloys with a composition of 5 to 50% of the metals iron, cobalt and especially nickel and the remainder rhodium; The alloy can contain up to 20% platinum, palladium or iridium as additional platinum metal and up to 20% gold as additional non-platinum metal.
Alloys of platinum metals, in which two or more non-platinum metals are present, for example alloys of platinum metals with 1 to 20%, preferably 3 to 10%, tungsten and 1 to 20%, preferably 3 to 10%, copper and the rest also bring particular progress , but at least 70% metals of the platinum metals mentioned, in particular platinum or also palladium.
In the case of some of the alloys mentioned, an improvement in their properties, above all the tensile strength and thus an increase in the values for Z, can be achieved through thermal tempering, such as, for example, in the case of platinum-tungsten-copper alloys.
In the following, examples of alloys are to be given which are suitable for use as tension band materials in measuring instruments with a rotatable measuring mechanism according to the invention.
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Alloy composition <SEP> tensile strength <SEP> torsional modulus <SEP> value <SEP> Z
<tb> kgjmm2 <SEP> kg / mm2
<tb> 1. <SEP> 70 <SEP> Pt <SEP> 30 <SEP> Ni <SEP> 166 <SEP> <B> 7500 </B> <SEP> 1.92
<tb> 2. <SEP> 70 <SEP> Rh <SEP> 30 <SEP> Ni <SEP> 201 <SEP> <B><I>10500</I> </B> <SEP> 1.92
<tb> 3. <SEP> 90 <SEP> Pt <SEP> 5 <SEP> W <SEP> 5 <SEP> Cu <SEP> 141 <SEP> <B> 7800 </B> <SEP> 1.60
<tb> 4.
<SEP> like <SEP> 3, <SEP> but <SEP> tempered <SEP> 178 <SEP> 8100 <SEP> 1.98 The alloy examples listed in the table have proven themselves when used as materials for tensioning straps in measuring instruments with rotatable Measuring part has proven its worth.
They meet all mechanical requirements, as they have been pointed out above as desirable, and also have the other properties that, as explained above, are required of tensioning straps.
Compared to the alloys described at the beginning and known for their purpose, they represent a decisive technical advance which enables the development of new types of measuring instruments.
Except for the use of straps for elec trical measuring instruments such. B. moving coil instruments and soft iron instruments, the mentioned 1-egie- rungen are also excellently suited for use as tension band materials in measuring devices of other types with a rotatable system, such as. B. torsion balances.
A measuring instrument with a rotatable measuring mechanism using a tensioning strap made of the material according to the invention is shown as an example in the drawing. In Fig. 1, 1 denotes the tension band, 2 the loop of the rotatable measuring part, 3 a tension spring, 4 the upper support and 5 the lower support for the tension band, 6 the magnet of the instrument and 7 the magnetic core.
In FIG. 2, magnet 6, magnet core 7 and loop 2 of the measuring instrument are shown in section.