DE1151944B

DE1151944B - Verwendung einer Goldlegierung als Werkstoff fuer Spannbaender in Messinstrumenten

Info

Publication number: DE1151944B
Application number: DEH34710A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Alfred Durer; Dr Konrad Ruthardt; Dr Hermann Speidel
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1957-06-22
Filing date: 1957-06-22
Publication date: 1963-07-25

Description

Verwenduna einer Goldlegierung C als Werkstoff für Spannbänder in Meßinstrumenten Als Werkstoff für physikalische Präzisionsinstrumente 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 auf Grund ihrer chemischen und mechanischen Widerstandsfähigkeit für die verschiedensten Teile der physikalischen Präzisionsinstrumente eingesetzt. Für Meßinstrumente 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 Spannbänder bevorzugt Platin-Iridium-Legierungen mit einem Iridiumgehalt bis zu 30 1/o und Platin-Nickel-Legierungen mit einem Nickelgehalt von 8 bis 12,5% verwendet.
An Spannbänder werden sehr verschiedenartige Anforderungen gestellt. So ist für die Lebensdauer des Meßinstrumentes eine hohe Korrosionsbeständigkeit des Bandes unerläßlich. Die wirtschaftliche Verarbeitbarkeit beim Einbauen in das Meßinstrument setzt eine gute Lötbarkeit ohne zeitraubende Hilfsmittel und ohne ätzende Flußmittel voraus. Die elastische Nachwirkung der Bänder soll im Interesse einer guten Meßgenauigkeit möglichst gering sein. Daneben muß die Legierung gut verformbar sein, um die Herstellung von Bändern verhältnismäßig großer Breite und geringer Stärke zuzulassen.
Diese Bedingungen wurden durch die obengenannten Legierungen bereits weitgehend erfüllt. Eine Beschäftigung mit ihren Eigenschaften zeigte aber, daß sie der Konstruktion der Meßinstrumente mit drehbar.em Meßwerk Schranken setzen, die sich überraschenderweise mit einfachen technischen Mitteln beseitigen lassen.
Die heutigen Bestrebungen beim Meßinstrumentenbau gehen dahin, Meßwerke mit geringen Drehmomenten zu bauen, die unter starker Spannung des Spannbandes stehen, um sie unempfindlich gegen Neigung und Erschütterungen zu machen. Bei der Konstruktion von Meßinstrumenten mit den bisher benutzten Legierungen war aber hier dadurch eine verhältnismäßig enge Grenze gesetzt, daß bei einem gewissen Drehmoment, das zur Erzielung einer ausreichenden Meßempfindlichkeit nicht überschritten werden darf, die Spannung der Bänder nicht weiter gesteigert werden konnte. Es zeigte sich. nun aber, daß bestimmte Goldlegierungen hier einen sehr bedeutenden Fortschritt bringen. Zum Ziel führte dabei eine kritische Untersuchung bestimmter mechanischer Eigenschaften.
Für die Güte einer für Spannbänder verwendeten Legierung sind ihre hohe Streckgrenze und ihr niedriger Torsionsmodul maßgebend. Diese beiden Forderungen ergeben bei einem bestimmten zulässigen Drehmoment die größte Belastbarkeit eines Spannbandes. Da Spannbänder im allgemeinen in verfestigtem Zustand verwendet werden, kann bei der Betrachtung der Eignung eines Werkstoffes für Spannbänder an Stelle der Streckgrenze 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 (UB=Zerreißfestigkeit, G=Torsionsmodul) gibt tin relatives Maß dafür, wie stark ein Spannband eines gewissen Drehmomentes durch Spannung in seiner Hauptrichtung belastet werden kann.
Es wurde nun gefunden, daß eine Legierung, bestehend aus 1 bis 50%, vorzugsweise 1 bis 3011/o eines oder mehrerer Metalle aus der Gruppe der Platinmetalle und/oder 1 bis 50%, vorzugsweise 5 bis 401/o eines oder mehrerer der Metalle Eisen, Kobalt und Nickel, Rest mindestens 20% Ggld, als Werkstoff zur Herstellung von Spannbändem in Meßinstrumenten mit drehbarem Meßwerk verwendet werden kann und auf diesem Spezialgebiet überraschende technische Fortschritte bringt. Aus der Gruppe der Platinmetalle kommen neben Palladium und Iridium insbesondere Platin und Rhodium als Legierung ,sk omponenten in Frage.
Während die bisher als Werkstoff für Spannbänder verwendeten Platinlegierungen aus Zerreißfestigkeit und Torsionsmodul berechnete Z-Werte von 1,3 bis 1,4 aufwiesen, zeigen die nunmehr erfindungsgemäß verwendeten Legierungen Z-Werte, die oberhalb von 1,5, insbesondere oberhalb von 1,7 hegen, 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 niedrigen Torsionsmodul der erfindungsgemäß verwendeten Legierungen. Dabei weisen die Legierungen gleichermaßen auch die weiteren, für Spannbandwerkstoffe notwendigen Eigenschaften auf, wie hohe Korrosionsbeständigkeit, gute Lötbarkeit und Verformbarkeit und eine geringe elastische Nachwirkung.
Besonders bewährt haben sich Legierungen aus 40 bis 80 11/o Gold, Rest Eisen, Kobalt und/oder insbesondere Nickel; hierbei kann der über 40 1/o liegende Anteil des Goldes durch die genannten Platimnetalle ersetzt sein.
In der Praxis bringen dabei die Legierungen besondere Vorteile, die neben Gold bis zu 40%, vorzugsweise bis zu 30 1/G, eines oder mehrerer der genannten Platinmetalle enthalten, also beispielsweise Legierungen, die aus 10 bis 40% Platin, 10 bis 40% Nickel, Rest mindestens 40% Gold bestehen.
Gold-Platin-Legierungen, bestehend beispielsweise aus 30 bis 70% Gold, Rest Platin, eignen sich hervorragend zur Herstellung von Spannbändern. Durch Zusatz anderer Metalle der Platingruppe, insbesondere Rhodium, lassen sich die Eigenschaften noch verbessern, wobei diese Metalle auf Kosten des Platins in nur sehr geringen Mengen von 0,01 bis 3% zugesetzt werden können.
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 beispielsweise bei Gold-Platin- bzw. Gold-Platin-Rhodium-Legierungen.

Im folgenden sollen Beispiele für Legierungen gegeben werden, die sich für die Verwendung als Spannbandwerkstoffe in Meßinstrumenten mit drehbarem Meßwerk gemäß der Erfindung eignen.

Legierungs- Zerreiß- Torsions-

zusammensetzung festigkeit modul Z-Wert

0/0 (kg/rnm2)

(kg/mrr12)

1. 50 Au, 50 Ni ...... 141 5300 1,94

2. 65 Au, 35 Ni ...... 180 5070 2,52

3. 35 Au, 65 Ni ...... 168 7150 1,99

4. 60,15 Au, 39,7 Pt,

0>15 Rh (vergütet) 117 4200 1,80

Die in der Tabelle aufgeführten Legierungen haben sich bei der Verwendung als Werkstoffe für Spannbänder in Meßinstrumenten mit drehbarem Meßteil vorzüglich bewährt. Sie entsprechen allen mechanischen Anforderungen, wie sie oben als wünschenswert herausgestellt wurden, und besitzen daneben auch die anderen Eigenschaften, die, wie oben erläutert, von Spannbändern gefordert werden. Gegenüber den eingangs beschriebenen und für den Zweck bekannten Legierungen bringen sie einen entscheidenden technischen Fortschritt, der die Entwicklung neuartiger Meßinstrumente möglich macht.

Außer der Verwendung für Spannbänder für elektrische Meßinstrumente, wie z. B. Drehspulinstruinente und Weicheiseninstrumente, sind die genannten Legierungen auch hervorragend geeignet für die Verwendung als Spannbandwerkstoffe in Meßgeräten anderer Art mit drehbarem System, wie z. B. Torsionswaagen.
Ein Meßinstrument mit drehbarem Meßwerk unter Verwendung eines Spannbandes aus dem erfindungsgemäß zu verwendenden Werkstoff 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 Magnetkem. In Fig. 2 sind Magnet 6, Magnetkern 7 und Schleife 2 des Meßinstrumentes im Schnitt dargestellt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verwendung einer Legierung, bestehend aus 1 bis 501/o, vorzugsweise 1 bis 30% eines oder mehrerer Metalle aus der Gruppe der Platinmetalle, insbesondere Platin und Rhodium, und/oder 1 bis 50%, vorzugsweise 5 bis 40% eines oder mehrerer der Metalle Eisen, Kobalt und Nickel, Rest mindestens 20% Gold, als Werkstoff zur Herstellung von Spannbändern in Meßinstrumenten mit drehbarem Meßwerk.
2. Verwendung einer Legierung der in Ansprach 1 genannten Zusammensetzung, bestehend aus 40 bis 80 1/o Gold, Rest Eisen, Kobalt und/oder insbesondere Nickel, wobei der über 40 "/o liegende Anteil des Goldes durch Platinmetalle ersetzt sein kann, für den im Ansprach 1 genannten Zweck. 3. Verwendung einer Legierung der in Anspruch 2 genannten Zusammensetzung, bestehend aus 10 bis 40 0/& Platin, 10 bis 40%.
Nickel, Rest mindestens 40 % Gold, für den in Ansprach 1 genannten Zweck.
4. Verwendung einer Legierung der in Ansprach 1 genannten Zusammensetzung, bestehend aus 30 bis 70% Gold, Rest Platin, wobei auf Kosten des Platins 0,01 bis 304 durch andere Platiiimetalle, insbesondere Rhodium, ersetzt sein können, für den in Anspruch 1 genannten Zweck. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 373 725, 643 568.