DE2136171B2 - Formkörper mit Thermobimetall-Eigenschatten - Google Patents
Formkörper mit Thermobimetall-EigenschattenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Formkörper mit Thermobimeiall-Eigenschaften,
bei dem in eine Schicht aus Matrixmaterial Fasern eines anderen Werkstoffes eingelegt
sind.
Zur Temperaturanzeige und zur temperaturabhängigen Auslösung von Steuervorgängen sind Thermobimetall
Formkörper in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Das Thermobimetal! besteht dabei aus
mindestens zwei untrennbar miteinander verbundenen Schichten aus metallischen oder nichtmetallischen
Wc'kstoffen von unterschiedlichen thermischen Ausdehnuingskoeffizienten.
Da sich bei der Erwärmung des Formkörpers die eine Schicht stärker ausdehnt als die
andere, krümmen sich derartige Thermobimetall-Formkörper
bei der Temperaturänderung, wobei die Auslenkung vom Unterschied der thermischen Ausdehnungsköeffiitienten
in den einzelnen Schichten abhängt.
Bei der Anwendung werden die thermobimetallischen Formkörper entweder in der Weise benutzt, daß
ihre freie nicht behinderte, temperaturabhängige Auslenkung verwendet wird (z. B. Thermobimetall-Spiralthermometer)
oder dadurch, daß bei einer mehr oder Weniger vollständigen Unterdrückung der Auslenkbeweguiig
mechanische Kräfte erzeugt werden, welche 171
beispielsweise Regelorgane verstellen (z. B. thermobiinetaUisehe
Zündsicherung in Gasgeräten).
Die bekannten Ausführungsformen von Fonnkörpern mit ThermobimetaSl-Eigenschaften entstehen im
wesentlichen dorch flächenhafte Verbindung von Werkstoffen unterschiedlicher thermischer Ausdehnung,
wobei diese Verbindung durch Schweißen. Löten, Kleben od. dgL erfolgen kann.
Zum Stande der Technik gehören nach der deutschen Auslegeschrift 10 98 740 temperaturempfindliche
Ausienkelemente, welche aus zwei oder mehreren Kunststoffschichten bestehen, wobei der thermische
Ausdehnungskoeffizient einer dieser Kunststoffschichten durch regellos eingelagerte, verschiedenartige
Fremdstoffe, unter anderem auch Glasfasern, bestimmt
Die bisher bekannten Formkörper mit Thermobimetall-Eigenschaften
können wesentliche Anforderungen der Praxis nicht erfüllen. Ein besonderer Nachteil besteht
darin, daß bei relativ breiten thermobimetalhschen Streifen durch die Isotropie der thermischen
Ausdehnung außer der gewünschten Längskriimmung eine sehr unerwünschte Querwölbung eintritt, welche
eine mechanische Versteifung des Streifens herbeiführt Dadurch wird die gewünschte Auslenkung teilweise unterdrückt
Bei den bekannten Ausführungsformen von thermobimetallischen Formkörpern, die hauptsächlich
auf Werkstoffkombinationen von Eisen-Nickel-Legierungen beruhen, ist die Werkstoffauswahl in erster Linie
durch die gewünschten thermischen Eigenschaften der zu verbindenden Schichten bestimmt. Hierbei müssen
zwangsläufig nachteilige Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit der
Korrosionsbeständigkeit u. dgl. hingenommen werden.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus. einen Formkörper mit Thermobimetall-Eigenschaften
zu schaffen, welcher die Nachteile der vorbekannten Ausführungen vermeidet und große Auslenkungen
bzw. Verstellkräfte mit hoher Ansprechempfindlichkeit verbindet.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die in parallelen Lagen orientierten
Fasern in ein metallisches Matrixmaterial eingebettet sind.
Bei der bevorzugten Verwendung von metallischen Fasern ergibt sich ein Formkörper aus Faserverbundwerkstoff,
welcher nach bekannten metallurgischen Verfahren, beispielsweise ausgehend von der Pulvermetallurgie,
aber auch besonders zweckmäßig durch gemeinsame Kaltverformung von Matrix- und Fasermaterial
hergestellt werden kann. Obwohl in das metallische Matrixmaterial bevorzugt metallische Fasern
eingelagert sind, lassen sich für bestimmte Anwendungszwecke auch günstige Werkstoffkombinationen
des metallischen Matrixmaterials mit nichtmetallischen Fasern, beispielsweise aus Kunststoffen, vorsehen.
Zur Erreichung der Thermobimetall Eigenschaften ist es entweder vorteilhaft daß der thermische Ausdehnungskoeffizient
von mindestens zwei im Matrixmaterial eingelagerten Fasergruppen unterschiedlich ist
oder daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Matrixmaterials und mindestens einer eingelagerten
Fasergruppe unterschiedlich gewählt wird. Beide Möglichkeiten können auch miteinander kombiniert sein.
Die Einlagerung von mindestens zwei Fasergruppen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
bietet jedoch in vielen Fällen Vorteile.
thermobimetallische Effekt auf den unterschiedlichen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten der eingelagerten Fasergruppen beruht, völlig entsprechend den gegebenen
zusätzlichen Bedingungen erfolgen. Diese sind: Korrosionsbeständigkeit, speHßsches Gewicht
elektrische und Wärmeleitfähigkeit, gute mechanische Formbarkeit usw. Ebenso läßt sich die Auswahl der Fasern
nicht nur in bezug auf den gewünschten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, sondern ferner unter
Berücksichtigung mechanischer Eigenschaften, des elektrischen Widerstandes, magnetischer Eigenschaften
u.dgl. treffen. Hierbei können auch Werkstoffkombinationen
verwendet werden, wie sie bei den bereits bekannten Thermobimetallen gebräuchlich sind. Ein wesentlicher
Vorteil des neuartigen Formkörpers ist darin zu sehen, daß die Wahl des Matrixmaterials weitgehend unabhängig
von der Wahl der die thermische Auslenkung bestimmenden Fasern erfolgen kann. Die aus
Faserverbundwerkstoff bestehenden Formkörper zeigen wegen der Orientierung der Fasergruppen keine
durch Isotropie der thermischen Ausdehnung bedingte Querversteifung, wie die bekannten Streifenformen. Sie
ergeben hohe Auslenkungen bzw. große Verstellkräfte.
Beim Vorhandensein von Fasergruppen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
kann es zweckmäßig sein, die gesamte Querschnittsfläche der Fasergruppe mit dem niedrigeren thermischen
Ausdehnungskoeffizienten größer zu wählen als die gesamte Querschnittsfläche der Fasergruppen mi" dem
höheren Ausdehnungskoeffizienten. Eine solche Bemessung erscheint zweckmäßig, wenn das gewählte
Matrixmaterial, wie im allgemeinen gegeben, die Ausdehnung der Fasergruppe mit dem höheren thermischen
Ausdehnungskoeffizienten unterstützt
Die Verteilung der Fasergruppen innerhalb des Matrixmaterials kann in verschiedener Weise und nach der
gewünschten Auslenkbewegung erfolgen. Dabei bietet sich die neuartige Möglichkeit die Fasergruppen zur
Schaffung eines Torsions-Bimetallelementes nm Querschnitt
des Matrixmaterials anzuordnen. Hierbei ist bei einer streifenförmigen Ausbildung eine unsymmetrische
Verteilung der Fasergruppen zweckmäßig, so daß entsprechende temperaturabhängige Torsionsmomente
erzeugt werden.
Eine weitere wichtige Verbesserung kann gegebenenfalls dadurch erzielt werden, daß in den Formkörper
isolierte, elektrisch leitfähige Fasern eingelagert sind. Bei entsprechender Werkstoffauswahl des Fasermaterials
können die elektrisch leitfähigen Fasern Widerstandsheizelemente bilden, so daß pich ein besonders
einfaches thermo-elektrisches, direkt beheizbares Regelglied aufbauen läßt Die Einbettung leitfähiger
Fasern kann jedoch auch für andere Anwendungszwekke, beispielsweise zur Ausnutzung des Peltier-Effektes
S zur Temperaturmessung oder Beheizung zweckmäßig sein.
Die Formkörper lassen sich in den verschiedensten Querschnittsformen mit eckigen und kreisförmigen
Konturen herstellen. Ebenso ist eine Anpassung der
ίο Größenabmessungen nach der gegebenen Aufgabenstellung
in weiten Grenzen möglich.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von Formkörpern mit Thermobimetall-Eigenschaften gemäß der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigt:
is F i g. 1 eine isometrische Schnittansicht eines Formkörpers,
F i g. 2 einen Formkörper mit Torsionseigenschaften, Fig.3 einen Formkörper mit unterschiedlicher
Querschnittsbemessung der Fasergruppen.
In F i g. 1 ist ein streifenförmiger Formkörper aus Matrixmaterial 1 dargestellt, in den eine Fasergruppe 2
mit höherem thermischem Ausdehnungskoeffizienten und eine Fasergruppe 3 mit niederem thermischem
Ausdehnungskoeffizienten eingelagert sind. Bei der Er-
wärmung des Formkörpers krümmt sich der Streifen nach unten.
Das Ausführungsbeispiel der F i g. 2 zeigt eine solche Verteilung, bei der die Fasergruppe 2 mit höherem
thermischem Ausdehnungskoeffizienten gegenüber der Fasergruppe 3 mit niederem thermischem Ausdehnungskoeffizienten
zur Erzeugung eines Torsionsmomentes unsymmetrisch angeordnet ist Bei entsprechender
Erwärmung verdreht sich der Streifen des Matrixmaterials 1 um seine Längsachse, wodurch in besonders
vorteilhafter Weise unmittelbare Drehbewegungen ausgelöst werden können.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 3, bei der das Matrixmaterial 1 so gewählt ist daß es die Ausdehnung
der Fasergruppe 2 mit höherem thermischem Ausdeh-
nungskoeffizienten unterstützt, ist die unterschiedliche Querschnittsverteilung zwischen den beiden Fasergruppen
erkennbar, bei der die gesamte Querschnittsfläche der Fasergruppe 3 mit dem niedrigeren thermischen
Ausdehnungskoeffizienten größer ist als die gesamte Querschnittsfläche der Fasergruppe 2 mit dem
höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Zwischen den Fasergruppen sind isolierte Widerstandsheizdrähte
4 eingelagert, so daß eine unmittelbare Beheizung des streifenförmigen Formkörpers erfolgen
kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Formkörper roh TheiroobiawtaU-Egenschaften,
bei dem in eine Schicht aus Matrixmaterial Fasern eines anderen Werkstoffes eingelegt sind, d a durch
gekennzeichnet, daß die in parallelen !Lagen orientierten Fasern {2. 3) in ein metallisches
Matrixmaterial (1) eingebettet sind.
2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das Matrixmaterial (1) mindestens
zwei Fasefgruppen ß, 3) eingelagert sind und daß
das Faseranateaal «leser beiden Gruppen unterschiedliche
thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweist. 1S
3. Formkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Verwendung eines Matrixmaterial welches die Ausdehnung der Fasergruppe (2)
mit höherem thermischem Ausdehnungskoeffizienten unterstützt die gesamte Querschnittsfläche der
Fasergruppe (3) mit dem niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten größer ist als die gesamte
Querschnittsfläche der Fasergruppe (2) mit dem höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten.
4. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 2s
zeichnet daß die Fasergruppen (2,3) zur Schaffung eines Torsions-Bimetallelementes im Querschnitt
des Matrixmaterials derart angeordnet sind, daß ein temperaturabhängiges Torsionsmoment hervorgerufen
wird.
5. Formkörper nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß im Matrixmaterial
(1) isolierte, elektrisch leitfähige Fasern (4) eingelagert sind.
6. Formkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die elektrisch leitfähigen Fasern
Widerstandsheizelemente bilden.
7. Formkörper nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet daß das Fasermaterial aus metallischem
Werkstoff besteht
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Publications (3)
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| DE2136171B2 true DE2136171B2 (de) | 1975-09-18 |
| DE2136171C3 DE2136171C3 (de) | 1976-04-29 |
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Also Published As
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| US3796100A (en) | 1974-03-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |