DE1033423B - Verwendung von Draehten bzw. Baendern aus Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen als elektrisches Widerstandsmaterial - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft die Verwendung von, Drähten bzw. Bändern, aus Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen als elektrisches Widerstandsmaterial.

Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen bzw. Kupfer-Mangan-Aluminium-Legierungen, sind, als Materialien für Widerstände bekannt. Seit langen Jahren sind solche Legierungen in verschiedenen Zusammensetzungen, für verschiedene Zwecke vorgeschlagen und verwendet. Für den jeweils verwendeten Zweck hat die jeweils verwendete Legierung ausgezeichnete Eignung, jedoch konnte die gleiche Legierung für einen anderen Verwendungszweck weniger oder gar nicht geeignet sein.

So eignen sich z. B. die Kupfer-Mangan-Aluminium-Legierungen wegen ihrer guten Zunderbeständigkeit gut für Belastungswiderstände. Da sie sich jedoch nicht weich löten lassen, sind sie für Schwachstromwiderstände weniger geeignet; ebenso auch für Präzisionswiderstände, da sie bei Verunreinigung durch Eisen,, die nie ganz zu vermeiden ist, zu Aushärtungserscheinungen neigen, wodurch der Widerstand mit der Zeit abfällt und sich die Geschmeidigkeit vermindert.

Kupfer-Nickel-Mangan-Legierungen auf der anderen Seite sind bei hohen Nickelgehalten für Schwachstromwiderstände gut geeignet, ebenso auch für Belastungswiderstände; für Präzisionswiderstände scheiden sie jedoch wegen ihrer hohen, Thermokraft gegen Kupfer, zum Teil auch wegen ungenügender zeitlicher Konstanz aus. Für den letzteren Zweck sind wiederum die Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen mit niedrigen Nickelgehalten besonders gut geeignet, da ihre Thermokraft gegen Kupfer sowie der Temperaturkoeffizient ihres elektrischen Widerstandes gering und ihre zeitliche Konstanz gut ist; sie sind aber für technische Widerstände nicht zu brauchen, da sie nicht zunderbeständig sind.

Kupfer-Nickel-Mangan-Legierungen mit mittleren Nickel- und Mangangehalten sind dagegen als Widerstandswerkstoffe jeder Art ungeeignet, da im DreistofFsystem Kupfer-Nickel-Mangan ein weiter Bereich auftritt, in dem die Legierungen aushärtbar sind. Abgesehen von einer gewissen Versprödung ist die Aushärtung mit einer starken Widerstandsabnahme verbunden.

Die Kurventafel zeigt schraffiert den Aushärtungsbereich der Kupfer-Nickeil-Mangan-Legieirungen, der eine recht beträchtliche Ausdehnung besitzt, und zwar gerade bei den mittleren Gehalten an Nickel und Mangan.

Durch Versuche wurde nun festgestellt, daß sich die Abnahme des elektrischen Widerstandes beträchtlich außerhalb des eigentlichen Aushärtungsbereiches zeigt, wobei das Maß der Widerstandsabnahme mit Verwendung von Drähten bzw. Bändern aus Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen als elektrisches Widerstandsmaterial

Anmelder:

Isabellen-Hütte Heusler Kom.-Ges., Dillenburg (Hess.)

Dr. Konrad Thielmann, Wissenbach (Dillkr.), ist als Erfinder genannt worden

so dem Abstand von den Grenzen des Aushärtungsbereiches geringer wird.

Eine vielseitig oder gar allseitig verwendbare Widerstandslegierung fehlt bisher. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine derartige Legierung zu finden und hat die Lösung dieser Aufgabe in Magnesium enthaltenden Kupfer-Mangan-Nickel-Legieirungen gefunden, und zwar in Legierungen mit 1 bis 35% Mangan, 1 bis 9% Nickel, 0,01 bis 0,3% Magnesium, Rest 57 bis 97% Kupfer.

Die geringe Magnesiummengen enthaltenden erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen, deren Kupfer-Mangan-Nickel-Gehalt in dem gestrichelt umgrenzten Bereich der Kurventafel Hegt, also ein wesentliches FaId solcher Zusammensetzungen aufweisen, die bisher überhaupt nicht brauchbar waren und die mit ihren Mangan- und Nickel-Gehalten nahe an die Grenze des Gebietes der Aushärtung heranreichen, zeigen diese Nachteile nicht. Sie vertragen Dauerbelastungen bei 250 bis 400° C ohne Verminderung (wenn man von einer gewissen geringeren Verzunderung absieht) ihres elektrischen Widerstandes.

Mit Vorteil enthalten die Legierungen außer Kupfer, Mangan, Nickel und Magnesium noch Aluminium .

in einer Menge von 0,5 bis 5 %, wodurch die Zundarbeständigkeit wesentlich verbessert wird.

Nach einer l>evorzugten Ausfuhrungsform ist der Nickelgehalt der Legierungen mindestens zweimal so groß wie ihr Gehalt an Aluminium, vorzugsweise mindestens dreimal so hoch. Bei diesen Legierungen leidet die Lötbarkeit mit Zinnlot nicht oder nicht wesentlich. Auch ist der Ziehsteinverschleiß beim Drahtziehen sehr gering und die Ziehbarkeit besser als bei den entsprechenden bekannten Kupfer-Man-

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gan-Aluminium-Legierungen, die kein Nickel enthalten.

Ein wesentlicher Vorzug der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen, liegt darin, daß sie die Vorzüge der Kupfer-Mangan-Aluminium-Legierungen mit den Vorzügen der Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen vereinigen, deren Nachteile aber nicht besitzen.

Die in der Kurventafel eingezeichnete Linie α = 0 kennzeichnet die Zusammensetzung von Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen, bei welchen der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes gleich Null wird. Es wurde gefunden, daß diese Linie durch Zusatz von Aluminium nur unwesentlich verschoben wird, und zwar in Richtung zu höheren Nickelgehalten. Da die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von der Temperatur nicht durch eine Gerade, sondern durch eine schwach gekrümmte Kurve dargestellt wird, so gilt die Angabe α = O¹ eigentlich nur für das Maximum oder Minimum dieser Kurve. Man ist dahin übereingekommen, von α = 0 dann zu sprechen, wenn dieses Maximum oder Minimum ungefähr bei Zimmertemperatur liegt. Im vorliegenden Fall liegen die Kurvenmaxima bei Zimmertemperatur ungefähr längs der Linie α = 0. Nach der Kupferecke des Diagramms verschieben sie sich zu. höheren, jenseits zu niedrigeren Temperaturen. Die Kurventafel läßt erkennen, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen alle bzw. zu einem wesentlichen Teil im nächsten Bereich der Linie α = O¹ liegen. Damit ist für sie eine sehr wesentliche Bedingung erfüllt, die man für die Verwendung zu Präzisionswiderständen fordern muß.

In dem erfindungsgemäßen. Bereich von Zusammensetzungen variiert der spezifische Widerstand der Legierungen zwischen etwa 0,1 bis über 1,0 Ohm/ m/mm². Der meist gebräuchliche spezifische Widerstand von 0,5 Ohm/m/mm² findet sich beispielsweise bei einer Legierung von 12°/o Mangan., 5°/» Nickel, 1,5"/»Aluminium und 0,1 %> Magnesium, Rest Kupfer.

Diese Legierung weist ausgezeichnete Eigenschaften auf. Ihre Zerreißfestigkeit beträgt 48 kg/mm² bei 36 °/o Dehnung. Sie läßt sich einwandfrei weich, und hart löten und ist ausreichend zunderbeständig. Der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes beträgt bei Zimmertemperatur —0,0002 und verringert sich mit steigender Temperatur, so daß er oberhalb etwa 400° C schwach positiv wird. Die Thermokraft gegen Kupfer beträgt nur —2 Mikrovolt pro Grad. Die zeitliche Konstanz des Widerstandes ist einwandfrei.

Der spezifische Widerstand von 1,0 Ohm/m/mm², den man in der Technik ebenfalls wünscht, findet sich beispielsweise bei einer Legierung mit 28 °/o Mangan, % Nickel, 1 % Aluminium, 0,02 % Magnesium, Rest Kupfer. Auch diese Legierung vereinigt bemerkenswert gute Eigenschaften in sich.

Ihre Zerreißfestigkeit beträgt 50'kg/mm² bei 35 °/o Dehnung. Trotz ihres hohen Mangangehaltes läßt sie sich ohne Anstände bis zu den: allerfeinsten Haardrahten ziehen. Sie läßt sich einwandfrei weich und K hart löten und ist zunderbeständig. Der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes ist unterhalb '" < 35° C schwach positiv, oberhalb schwach negativ. Die ; auftretenden Temperaturfehler des Widerstandes sind ,^; daher außerordentlich klein. Die Thermokraft gegen Kupfer beträgt —3 Mikrovolt pro Grad. Die zeitliche Konstanz des Widerstandes ist einwandfrei. '

Die Verarbeitbarkeit der erfindungsgemäß zu ver- ;'?■> wendenden Legierungen ist gut. Sie lassen sich nach ; dem bekannten Verfahren warm oder kalt zu Draht | oder Band verarbeiten. "■'<

An Verunreinigungen kann Eisen bis zu 0,5 °/o vor- ■ handen sein; höhere Eisengehalte setzen die Geschmeidigkeit herab und vergrößern die Härte unangenehm, auch wird die zeitliche Konstanz des ■ jf elektrischen Widerstandes durch Eisengehalte-■*§&: ^!>?i 0,5 °/o ungünstig beeinflußt. *■'

Silizium kann in den Legierungen bis zu 0,2 ⁰Zo ^ enthalten sein, doch ist ein noch geringerer Gehalt |ji! vorzuziehen, da diese Beimengung AushärtungsefFekte v; hervorruft. ,·£

Geringe Gehalte an Chrom beeinflussen die zeitliche 2. Konstanz des Widerstandes sehr ungünstig, da sie ^: ■ den in der Abbildung schraffiert gezeichneten Bereich "; der Aushärtbarkeit vergrößern. Chrom sollte daher *■ in den. Legierungen gemäß der Erfindung möglichst .■ überhaupt nicht vorhanden sein. -^

Zinn, Phosphor und Zink können bis zu 0,1 ^fl/o -' anwesend, sein, ohne die. Güte der Legierungen zu mindern. Kobalt verschlechtert selbst in Mengen von ,, 0,01 % die Warmwalzbarkeit schon merklich; daher >-■'?■ sollte sein Gehalt unterhalb dieser Grenze, liegen. ^::

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verwendung vom Drähten bzw. Bändern aus :;;: Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen mit einem ■■■■<. Gehalt an Mangan von 1 bis 35 °/o, einem Gehalt ;ν·_; an Nickel von 1 bis 9 % und einem Gehalt an -.ft. Magnesium von 0,01 bis 0,3 °/o, Rest Kupfer, als · «l> elektrisches Widerstandsmaterial. „ ; |_s,

2. Verwendung von Drähten bzw. Bändern a^jis, |j« Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen der im Ab-'""''■■ Spruch 1 angegebenen Zusammensetzung, die unter ϊ,;, entsprechender Verringerung des Kupfergehalts i zusätzlich noch 0,5 bis 5 °/o Aluminium enthalten;_; ;: für den im Anspruch 1 genannten Zweck. _:, \\i.

3. Verwendung von Drähten bzw. Bändern, aus · Kupfer - Mangan - Nickel - Magnesium-Aluminium- '< Legierungen der im Anspruch 2 angegebenem Zu- £ ■ sammensetzung, bei denen der Gehalt an Nickel .\g zu dem an Aluminium mindestens 2 : 1, Vorzugs- u> weise mindestens 3 : 1 beträgt, für den in An- \. Spruch 1 genannten Zweck. p

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 831 453; schweizerische Patentschriften Nr. 262027, 265 897: USA.-Patentschrift Nr. 2 310094.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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