DE1152826B

DE1152826B - Use of a platinum metal alloy as a material for tension bands in measuring instruments

Info

Publication number: DE1152826B
Application number: DEH30445A
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: 1963-08-14

Description

Verwendung einer Platinmetallegierung 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'% und Platin-Nickel-Legierungen mit einem Nickelgehalt von 8 bis 12,5 9/o verwendet.Use of a platinum metal alloy as a material for tensioning straps in measuring instruments As the material for precision physical instruments are numerous Precious metal alloys, especially alloys of platinum and alloys of gold with the addition of various other precious metals and also base metals known. These alloys were recognized for their chemical and mechanical resistance used for various parts of physical precision instruments. For measuring instruments with a rotatable measuring mechanism, in which this measuring mechanism is not only due to the point bearing is now mainly fixed in its position by tightening straps, but has so far been the case platinum-iridium alloys with a preferred material for these straps Iridium content up to 30% and platinum-nickel alloys with a nickel content of 8 to 12.5 9 / o used.

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.Very different demands are made on tensioning straps. For the service life of the measuring instrument, for example, a high level of corrosion resistance is essential of the tape indispensable. The economic processability when installing in the Measuring instrument assumes good solderability without time-consuming tools and without caustic flux beforehand. The elastic aftereffect of the ligaments is said to be in the interest a good measurement accuracy should be as low as possible. In addition, the alloy must be good be deformable to the production of ribbons of relatively large width and allow low strength.

Diese Bedingungen wurden durch die obengenannten Legierungen bereits weitgehend erfüllt. Eine Beschäftigung mit ihren Eigenschaften zeigte aber, daß sie der Konstruktion der Meßinstrumente mit drehbarem Meßwerk Schranken setzen, die sich überraschenderweise mit einfachen technischen Mitteln beseitigen lassen.These conditions were already met by the above alloys largely fulfilled. However, a study of their properties showed that they set limits to the construction of measuring instruments with a rotating measuring mechanism, which, surprisingly, can be eliminated with simple technical means.

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 sich solche Platinmetallegierungen auswählen lassen, die 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 niederer 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 (aß = Zerreißfestigkeit, G = Torsionsmodul) gibt ein relatives Maß dafür, wie stark ein Spannband eines gewissen Drehmomentes durch Spannung in seiner Hauptrichtung belastet werden kann.Today's efforts in the construction of measuring instruments are aimed at building measuring mechanisms with low torques, which are under strong tension of the tension band, in order to make them insensitive to inclination and vibrations. In the construction of measuring instruments with the alloys previously used, 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, however, that such platinum metal alloys can be selected which bring very significant progress here. A critical investigation of certain mechanical properties led to the goal: the quality of an alloy used for tensioning straps is determined by its high yield point and its low torsional modulus. 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, since this is close to the yield point in the case of solidified materials. It was then determined that for the suitability of a material as. Tension band the tensile strength of the material divided by the root of the torsion module is decisive. This value can be determined from easily measurable quantities (aß = tensile strength, G = torsion modulus) gives a relative measure of how much a tensioning band of a certain torque can be loaded by tension in its main direction.

Es wurde nun gefunden, daß eine Platinmetalllegierung, bestehend aus 1 bis 509/o, vorzugsweise 5 bis 409/e eines oder mehrerer der Metalle Eisen, Kobalt, Nickel, Wolfram, Molybdän, Kupfer und Silber, Rest Platin, Palladium und/oder Rhodium, mit der Maßgabe, daß im Falle der Zweistoff-Legierungen des Platins die untere Grenze für den Eisenmetallzusatz mehr als 151/o beträgt, als Werkstoff für Spannbänder in Meßinstrumenten mit drehbarem Meßwerk verwendet werden kann und auf diesem Spezialgebiet überraschende technische Fortschritte bringt.It has now been found that a platinum metal alloy consisting of 1 to 509 / o, preferably 5 to 409 / e of one or more of the metals iron, cobalt, Nickel, tungsten, molybdenum, copper and silver, the remainder platinum, palladium and / or rhodium, with the proviso that in the case of the two-component alloys of platinum the lower limit for the ferrous metal addition is more than 151 / o as the material for tensioning straps in measuring instruments with rotatable measuring mechanism can be used and brings surprising technical advances in this special field.

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 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 Spannbandwerkstoffe notwendigen Eigenschaften auf, wie hohe Korrosionsbeständigkeit, gute Lötbarkeit und Verformbarkeit und eine geringe elastische Nachwirkung.While the platinum alloys previously used as the material for tensioning straps had Z-values calculated from the tensile strength and the torsional modulus of 1.3 to 1.4, the alloys now used according to the invention show Z values which are above from 1.5, in particular above 1.7, for example even increase to 2.5. These high values result from the essential and im Case of the present alloys extremely favorable properties, namely a high tensile strength and a low torsional modulus according to the invention alloys used. The alloys also have the other, properties required for tension band materials, such as high corrosion resistance, good solderability and deformability and a low elastic aftereffect.

Es wurde weiterhin gefunden, daß die vorzüglichen Eigenschaften der Legierungen nicht beeinfiußt werden, wenn die als Hauptbestandteile genannten Metalle Platin, Palladium und Rhodium durch andere Metalle der Platingruppe, insbesondere Iridium, in Mengen von 1 bis 30 % ersetzt sind. Ebenso kann in den Legierungen auf Kosten der Platinmetalle bis zu weniger als 20 % Gold zugegen sein.It has also been found that the excellent properties of Alloys are not influenced if the metals mentioned as main components Platinum, palladium and rhodium by other metals of the platinum group, in particular Iridium, in amounts of 1 to 30% are replaced. Likewise, in the alloys The platinum metals cost up to less than 20% gold.

Besonders bewährt haben sich Legierungen des Platins mit Eisen, Kobalt und vor allem Nickel, wobei der Gehalt an diesen Unedelmetallen 15 bis 500/0; vorzugsweise 20 bis 4011/o beträgt. Hierbei läßt sich das Platin bis zu 30 % durch andere Platinmetalle ersetzen; an Stelle der Platinmetalle kann bis zu 20% Gold treten. Gegenüber den bisher verwendeten Legierungen des Platins mit einem Nickelgehalt von 8 bis 12,5°/o zeichnen sich die Legierungen mit einem höheren Nickelgehalt durch erheblich verbesserte Eigenschaften aus.Alloys of platinum with iron and cobalt have proven particularly useful and above all nickel, the content of these base metals from 15 to 500/0; preferably 20 to 4011 / o. Up to 30% of the platinum can be replaced by other platinum metals substitute; The platinum metals can be replaced by up to 20% gold. Compared to the Alloys of platinum previously used with a nickel content of 8 to 12.5% the alloys with a higher nickel content are characterized by significantly improved Properties.

Es wurden Legierungen mit 5, 8,5, 12, 15, 20 und 30% Nickel, Rest Platin, untersucht. Dabei wurde ihr Torsions-Modul G in mehreren Messungen und daraus jeweils der Mittelwert bestimmt. Außerdem wurde die Zerreißfestigkeit a$ der Legierungen im verformten und verfestigten Zustand gemessen und anschließend aus beiden Werten der Wert für die jeweilige Gütezahl berechnet, also die durch die Wurzel aus dem Torsionsmodul 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.Alloys with 5, 8.5, 12, 15, 20 and 30% nickel, the remainder platinum, were investigated. Their torsional modulus G was determined in several measurements and the mean value was determined from them. In addition, the tensile strength a $ of the alloys in the deformed and solidified state was measured and then the value for the respective figure of merit was measured from both values calculated, i.e. the tensile strength of the material divided by the square root of the torsional modulus. 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.

Die ermittelten Werte sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. Torsionsmodul G Zerreiß- u$ Pt-Ni in °% (Mittelwert) Festigkeit Z C$ yG 95 bis 5 7105 90 1,07 91,5 bis 8,5 7414 117 1,36 88 bis 12 7434 136 1,58 85 bis 15 7605 147 1,68 80 bis 20 7472 160 1,86 70 bis 30 7492 165 1,91 Diese- Tabelle läßt eindeutig erkennen, daß mit zunehmendem Nickelgehalt die Zerreißfestigkeit der Legierungen, wie dies nicht anders zu erwarten war, ansteigt. Auch der Torsionsmodul steigt zunächst an, jedoch nur bis zu einem Nickelgehalt von 1511/o, um dann bei höheren Nickelgehalten wieder abzusinken. Das Absinken des Torsionsmoduls bei gleichzeitigem weiteren Ansteigen der Zerreißfestigkeit bei Platin-Nickel-Legierungen mit mehr als 1511/o Nickel hat die außerordentlich günstigen Werte für die Gütezahl dieser Legierungen zur Folge, die deutlich über Z= 1,5 liegen.The values determined are listed in the following table. Torsional modulus G Zerreiß- u $ Pt-Ni in °% (mean value) strength Z C $ yG 95 to 5 7 105 90 1.07 91.5 to 8.5 7,414 117 1.36 88 to 12 7434 136 1.58 85 to 15 7605 147 1.68 8 0 to 20 7472 160 1.86 70 to 30 7492 165 1.91 This table clearly shows that as the nickel content increases, the tensile strength of the alloys increases, as was to be expected. The torsional modulus also increases initially, but only up to a nickel content of 1511 / o, and then drops 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 1511 / o nickel results in the extremely favorable values for the figure of merit of these alloys, which are well above Z = 1.5.

Von den Legierungen anderer Platinmetalle als dem Platin selbst haben sich in der Praxis beispielsweise die Legierungen des Rhodiums bewährt, vor allem Legierungen, bestehend aus 5 bis 50% der Metalle Eisen, Kobalt und insbesondere Nickel, Rest Rhodium; hierbei läßt sich das Rhodium bis zu 20% durch andere Platinmetalle und/oder bis zu weniger als 201/9 Gold ersetzen.Have from the alloys of platinum metals other than the platinum itself In practice, for example, the rhodium alloys have proven themselves, above all Alloys, consisting of 5 to 50% of the metals iron, cobalt and in particular Nickel, the remainder rhodium; up to 20% of the rhodium can be replaced by other platinum metals and / or replace up to less than 201/9 gold.

Besondere Fortschritte bringen auch Legierungen der Platinmetalle, bei denen zwei oder mehrere Unedelmetalle zugegen sind, beispielsweise Legierungen der Platinmetalle mit 1 bis 2011/o, vorzugsweise 3 bis 10% Wolfram und 1 bis 2011/o, vorzugsweise 3 bis 10'% Kupfer, Rest mindestens 7011/o der Metalle der Platingruppe, insbesondere Platin oder auch Palladium.Alloys of platinum metals are also making particular progress, in which two or more base metals are present, for example alloys of the platinum metals with 1 to 2011 / o, preferably 3 to 10% tungsten and 1 to 2011 / o, preferably 3 to 10% copper, the remainder at least 7011 / o of the metals of the platinum group, especially platinum or palladium.

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 Platin-Wolfram-Kupfer-Legierungen.Some of the alloys mentioned can be improved their properties, especially the tensile strength and thus the increase in Achieve values for Z through thermal tempering, such as with platinum-tungsten-copper alloys.

Im folgenden sollen Beispiele für Legierungen gegeben werden, die sich für die Verwendung als Spannbandwerkstoffe in Meßinstrumenten mit drehbarem Meßwerk gemäß der Erfindung eignen. Legierungszusammensetzung Zerreiß- Torsions- festigkeit modul Wert Z °/o kg/mm2 kg/mmE 1. 70 Pt, 30 Ni ........ 166 7500 1,92 2. 70 Rh, 30 Ni ....... 201 10500 1,92 3. 90 Pt, 5 W, 5 Cu .... 141 7800 1,60 4. wie 3, jedoch vergütet 178 8100 1,98 Die in der Tabelle aufgeführten Legierungsbeispiele 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 bekannter Legierungen bringen sie einen entscheidenden technischen Fortschritt, der die Entwicklung neuartiger Meßinstrumente möglich macht.In the following, examples are given of alloys which are suitable for use as tension band materials in measuring instruments with a rotatable measuring mechanism according to the invention. Alloy composition tensile torsional strength modulus value Z ° / o kg / mm2 kg / mmE 1. 70 Pt, 30 Ni ........ 166 7500 1.92 2. 70 Rh, 30 Ni ....... 201 10500 1.92 3. 90 Pt, 5 W, 5 Cu .... 141 7800 1.60 4. As 3, but remunerated 178 8100 1.98 The alloy examples listed in the table have proven to be excellent when used as materials for tensioning straps in measuring instruments with a rotating measuring part. They meet all the mechanical requirements that have been pointed out above as being desirable, and also have the other properties that, as explained above, are required of tensioning straps. Compared to the alloys described above and known for the purpose, they bring a decisive technical advance which makes the development of new types of measuring instruments possible.

Außer der Verwendung für Spannbänder für elektrische Meßinstrumente, wie z. B. Drehspulinstrumente 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.In addition to being used for tensioning straps for electrical measuring instruments, such as B. Moving coil instruments and soft iron instruments are the alloys mentioned also excellently suited for use as tension band materials in measuring devices another type with a rotating system, such as B. Torsion balances.

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 Magnetkern. In Fig. 2 sind Magnet 6, Magnetkern 7 und Schleife 2 des Meßinstrurnentes im Schnitt dargestellt.A measuring instrument with a rotatable measuring mechanism using a tensioning strap from the invention the material to be used is shown in the drawing shown as an example. 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.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Use of a platinum metal alloy, consisting of 1 to 50%, preferably 5 to 40% of one or more of the metals iron, cobalt, nickel, tungsten, molybdenum, copper and silver, the remainder being platinum, palladium and / or rhodium, with the Stipulation. that in the case of the two-material alloys of platinum, the lower limit for the ferrous metal addition is more than 15%, as a material for tensioning straps in measuring instruments with a rotating measuring mechanism.

2. Use of an alloy of the claim i specified composition, in the 1 to 3019 / 'o of the platinum metals mentioned are replaced by other metals of the platinum group, in particular iridium, for the in claim 1 stated purpose.

3. Use of an alloy in claim 1 or 2 specified composition, in which at the expense of the platinum metals up to less than 20% gold are present for the purpose mentioned in claim 1.

4. Use an alloy of the composition specified in claim 1, consisting of more than 15 to 50%, preferably 20 to 40% nickel, the remainder being platinum, with the platinum up to 30% replaced by other platinum metals and / or up to less than 20% gold can be for the purpose mentioned in claim 1.

5. Use of an alloy the composition specified in claim 1, consisting of 5 to 50% iron, cobalt and / or nickel, remainder rhodium, the rhodium up to 20% by other platinum metals and / or up to less than 20% gold can be replaced for the one mentioned in claim 1 Purpose.

6. Use of an alloy of the composition specified in claim 1, consisting of 1 to 20%, preferably 3 to 10% tungsten, 1 to 201/9, preferably 3 to 10% copper, the remainder at least 701) h platinum metals, in particular platinum or palladium , for the purpose mentioned in claim 1. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 44 473, 373 725, 643 56 8 , 670 897, 681233.