DE2159823B2 - Thermostatisches Dreischichtmaterial - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Dreischichtmaterial für die Zwischenschicht ein billiges Material zu wählen und damit

g e Mterialien der drei Schichten

(12, 14, 16) und ihre Dicken so gewählt sind, daß der spezifische Widerstand

0,50 bis 0,54

Qmm²

und die Flexibilität 111 · ΙΟ"⁷ bis 122 ·
C beträgt.

den Anteil der teureren Außenschichten entsprechend herabzusetzen, wobei das Material der Zwi-

2. Dreischichtmaterial nach Anspruch 1, da- 25 schenschicht so zu wählen ist, daß die Eigenschaften durch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht der Außenschichten in bezug auf Flexibilität, Korro-(16) aus maximal 0,08% Kohlenstoff, 0,25 bis sionswiderstand und Festigkeit erhalten bleiben. 0,40% Mangan, maximal 0,040% Phosphor, Diese Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten maximal 0,05^Λ% Schwefel, Rest Eisen besteht. thermostatischen Dreischichtmaterial dadurch gelöst,

3. Drfcischichtmaterial nach Anspruch 1 oder 2, 30 daß die Zwischenschicht aus kohlenstoffarmem Stahl dadurch gekennzeichnet, daß Ce Dicke der Zwi- besteht, ihre Dicke 10 bis 30% der Gesamtdicke schenschicht (16) 14,5%, die Oicke der ersten

Außenschicht (12) 45,5% una die Dicke der zweiten Außenschicht (14) 40,0% der Gesamtdicke beträgt. 3

4. Dreischichtmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Außenschicht (12) aus 71 bis 76% Mangan, 9 bis 19% Kupfer und 9 bis 17¹Vi

beträgt und die Materialien der drei Schichten und ihre Dicken so gewählt sind, daß der spezifische Widerstand

0,50 bis 0,54 -

Qmm²

m.

10-' cm/

und die Flexibilität 111 · 10-" bis 122

Nickel, die zweite Außenschicht (14) aus 33,5 40 cm · ° C beträgt.

bis 36,5% Nickel, Rest Eisen besteht. Wie sich aus der erfindungsgemäßen Lösung er

gibt, ist der spezifische Widerstand des Dreischichtmaterials auf einen niedrigeren Bereich herabgesetzt.

Uberaschend ist in diesem Zusammenhang, daß die

45 Wirkungsweise dieses Dreischichtmaterials in keiner Weise verschlechtert wird. Im übrigen ist in vielen

Die Erfindung betrifft ein thermostatisches Drei- Anwendungsfällen ein geringerer spezifischer Widerschichtmaterial mit einer ersten einen hohen Aus- stand günstig.

dehnungskoeffizienten aufweisenden Außenschicht Tn der nachfolgenden Beschreibung ist im Zu-

aus einer überwiegend Mangan enthaltenden Legie- 50 sammenhang mit der Zeichnung ein Ausführungsrung und ferner mit einer zweiten einen niedrigen beispiel der Erfindung erläutert. Die Zeichnung zeigt Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden Außen- eine perspektivische Ansicht einer thermostatischen schicht aus einer Nickel-Eisen-Legierung, zwischen Mehrschichtmaterials nach der Erfindung, denen eine metallische Zwischenschicht mit einem In der Zeichnung ist das Streifenstück eines ther-

überwiegenden Eisenanteil vorgesehen ist. 55 mostatischen Mehrschichtmaterials als Ganzes mit

Es ist bereits ein thermostatisches Dreischicht- 10 bezeichnet. Das Mehrschichtmaterial 10 hat eine material bekanntgeworden, das eine erste Außen- erste Außenschicht 12 einer vorbestimmten metalschicht mit hohem und eine zweite Außenschicht mit lischen Legierung mit einem verhältnismäßig hohen niedrigem Ausdehnungskoeffizienten hat. Zwischen Wärmeausdehnungskoeffizienten, ferner eine zweite diesen Außenschichten befindet sich eine Zwischen- 60 Außenschicht 14 einer anderen metallischen Legieschicht, die so gewählt wird, daß die Ausbiegung rung mit einem relativ niedrigen Wärmeausdehdieses Dreischichtmaterials bei Verwendung als ther- nungskoeffizienten und eine Zwischenschicht 16 einer mischer Unterbrecher bei einer bestimmten Tempe- vorbestimmten Eisenlegierung. Die beiden Außenratur ganz aufhört oder von dieser Temperatur ab schichten 12 und 14 sind metallurgisch, vorzugsweise erheblich herabgesetzt wird. Damit soll ein Anschla- 65 in fester Phase, mit den gegenüberliegenden Flächen gen des sich ausbiegenden Materialstückes an einen der Zwischenschicht 16 verbunden, wobei der Verstationären Teil vermieden werden, wodurch die ein- bund zwischen den verschiedenen Metallschichten gestellten Schaltwerte verändert werden könnten. In sich im wesentlichen über die ganzen zusammen-

hängenden Flächen der Materialschichten erstreckt. Vorzugsweise sind die metallischen Schichten in !'ester Phase in der Weise miteinander verbunden, wie es beispielsweise in den USA.-Patemsäirifiüii 2 691 815 und 2 753 623 beschrieben ist. Gegebenenfalls können jedoch auch andere Verbundverfahren für den metallurgischen Verbund der Schichten verwendet werden. Das dargestellte Mehrschicht-Thermostat-Material 10 kann als ein integrales, einstückiges Bauteil betrachtet werden, das sich bei Temperaturänderungen entsprechend abbiegt, wie dies allgemein bekannt ist.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Außenschicht des Mehrschichtmaterials vorzugsweise aus einer vorbestimmten und wie erwähnt bekannten metallischen Legierung, die nach Gewicht ungefähr 71 bis 76% Mangan, 9 bis 19°, ο Kupfer und 9 bis 17" ο Nickel enthält. Die zweite Außcnschicht 14 ist vorzugsweise aus einer zweiten vorbestimmten metallischen Legierung mit einem wesentlich niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die erste Außenschicht A2 und besteht Vorzugs·., eise aus einer Nickellegierung, die unter der Bezeichnung Ni 36. Werkstoff-Nr. 13 912, bekannt ist, die nach Gewicht ungefähr 35,5 bis 36,5" ο Nickel, Rest Eisen enthält.

Gemäß der Erfindung ist, um Kosten zu sparen und die Verwendung von relativ teueren Materialien herabzusetzen, die Zwischenschicht 16 vorgesehen, die damit einen Teil des Volumens des MehrscLichtmaterials 10 ersetzt, das sonst durch die ersten und zweiten Außenschichten 12 und 14 eingenommen würde, wobei diese Zwischenschicht vorzugsweise aus einer ohne weiteres verfügbaren, billigen Eisenlegierung ist. Die Verwendung von relativ teueren, schwieriger erhältlichen Materialien kann damit erheblich reduziert werden. Dabei kann eine große Zahl von Ferrolegierungen Verwendung finden, um diese Zwischenschicht 16 zu bilden, und in ähnlicher Weise kann auch die Dicke der Zwischenschicht relativ zur Dicke des gesamten Mehrschichtmaterials sich erheblich ändern, im wesentlichen im Zusammenhang mit den gewünschten Eigenschaften, nämlich dem spezifischen Widerstand, der Flexibilität usw. des Mehrschichtmaterials, das seinerseits so gebildet wird, wie dies eine bestimmte Anwendung erfordert. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, daß verschiedene kohle.istoffarme Stähle, rostfreie Stähle usw. für die Zwischenschicht 16 geeignet sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Zwischenschicht aus einem als SAB Nr. 1006 bekannten, kohlenstoffarmen Stahl (Machinerys Handbook, the Industrial Press, New York, 1927, S. 1307 bis 1310). Dieser Stahl hat nach Gewicht ungefähr maximal 0,08% Kohlenstoff, maximal 0,25 bis 0,45% Mangan, maximal 0,04% Phosphor und maximal 0,05% Schwefel. Es wurde festgestellt, daß durch Verwendung eines solchen Materials die Zwischenschicht 16 in ihrer Dicke innerhalb eines Bereiches zwischen ungefähr 10 und 30% der gesamten Dicke des Mehrschichtmaterials geändert werden kann, wobei die ersten und zweiten Außenschichten 12 und 14 aus den ersten und zweiten metallischen Legierungen, wie oben beschrieben, bestehen. Diese sind relativ zueinander im wesentlichen von gleicher Dicke und ergeben die übrige Dicke des Mehrsci'ichtmaterials. Diese Ausführungsform des thermostatischen Mehrschichtmaterials kann einen spezitischen Widerstand in dem Bereich zwischen ungefähr

0,50 und 0,54 -"-^
m

haben, während die Flexibilität des Mehrschichtmaterials zwischen ungefähr 111 -10 ⁷ und 122·10~⁷ cm/cm · ^G C schwanken kann. Das sich so ergebende

ίο Mehrschichtmaterial gemäß der Erfindung ist damit wesentlich wirtschaftlicher und ergibt eine ähnliche Flexibilität, wie die üblichen Bimetallmaterialien einschließlich Materialien, deren Bestandteile verhältnismäßig selten und teuer sind. Obgleich die üblichen

Bimetall-Thermostat-Materialien einen spezifischen Widerstand haben, der ungefähr zweimal so groß wie der Widerstand des Mehrscliicht-Thermostat-Materials gemäß der Erfindung ist, so ist doch in vielen Fällen der verhältnismäßig höhere spezifische WiJerstand nicht erforderlich. D?.. iit ist ein wesentlicher Vorteil durch beträchtliche Konten- und Materialersparnis vorhanden, die sich dadurch ergeben, daß die Verwendung der teueren Materialien auf ein Minimum herabgesetzt wird, d. h. Materialien für die ersten und zweiten Außenschichten 12 und 14, die durch ein Volumteil ersetzt sind, das sonst durch diese Materialien eingenommen wird und das nun von einer weniger teueren Eisenlegierung, beispielsweise dem oben definierten kohbnstoffarmen Stahl SAE Nr. 1006, eingenommen wird. Wie bereits erwähnt, kann die Zwischenschicht 16 durch eine große Anzahl von Eisenlegierungen gebildet sein, die im Vergleich zu den ersten und zweiten Außenschichten sehr billig sind und die den spezifischen Widerstand und die Flexibilitätsmerkmale des Mehrschichtmaterials nicht so beeinflussen, daß das so gebildete Mehrschichtmateria! nun für den gewünschten Endverbrauch nicht geeignet wäre.

Gemäß einem bereits erprobten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die ersten und zweiten Außenschichten 12 und 14 und ferner auch die Zwischenschicht 16 aus den obenerwähnten Legierungen, wobei die Dicke der Zwischenschicht ungefähr 14,5% der gesamten Dicke des Mehrschichtmaterials betrug. Die erste Außenschicht 12 hat eine Dicke von ungefähr 45,5% der gesamten Dicke des Mehrschichtmaterials, und die zweite Außenschicht 14 hat eine Dicke von ungefähr 40% der gesamten Stärke des Mehrschichtmaterials. In diesem Beispiel war der spezifische Widerstand ungefähr

0,50

Qrnrn²

und die Flexibilität ungefähr 118 · 10~⁷ cm/cm · ° C in einem Temperaturbereich zwischen ungefähr 10 und 93° C. Ein solches Material war äußerst billig im Vergleich zu den vorerwähnten üblichen Bimetallmaterialien und hatte trotzdem geeignete Merkmale für die praktische Anwendung. ¹Zs wurde ferner festgestellt, daß ein solches Material mit Erfolg in Dicken hergestellt werden kann, die zwischen ungefähr 0,076 und 3,175 mm schwanken, wobei die erforderliche Flexibilität und die spezifischen Widerstandsmerkmale wie oben beschrieben beibehalten wurden. In diesem Beispiel war der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Materials für die erste Außenschicht 12 wie oben beschrieben relativ hoch, vor-

zugsweise ungefähr 83 · 10~^T cm/cm · ⁰C, während der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Material., für die zweite Außenschicht 14 relativ niedrig war, vorzugsweise 3,9 · 10~⁷ cm/cm · ° C. Damit war zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der ersten und zweiten Schichten 12 und 14 ein Unterschied von ungefähr einer Größenordnung vorhanden, und es ergab sich ein Thermostatmaterial, das die Temperaturansprecheigenschaften hat, wie sie für eine wirkungsvolle Ablenkung und Biegung über einen verhältnismäßig großen Temperaturbereich erwünscht sind. Diese Materialien könner ferner ohne weiteres miteinander durch entsprechende Walzverfahren od. dgl. fest verbunden werden, wodurch zugleich eine genaue Steuerung dei gesamten Schichtdicke des sich ergebenden Mehrschichtmaterials erfolgen kann. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß zwar das Mehrschichtmaterial in Gesamtdicken zwischen 0,076 und 3,175 mm als geeigneter Bereich für die meisten ίο Thermostatanwendungen verfügbar ist, doch könner auch andere Dicken ohne weiteres vorgesehen sein,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

einem typischen Beispiel besteht die Zwischenschicht Patentansprüche: aus 17% Cr, 4% Al und im übrigen Eisen (USA.- Patentschrift 2 470 753).

1. Thermostatisches Dreischichtmaterial mit Bei einem anderen bekannten thermostatischen

einer ersten einen hohen Ausdehnungskoeffi- 5 Mehrschichtmateria! sind die beiden Außenschichten zienten aufweisenden Außenschicht aus einer aus üblichen Materialien, zwischen denen eine gut überwiegend Mangan enthaltenen Legierung und leitende Zwischenschicht mit einem hohen Anteil an ferner mit einer zweiten einen niedrigen Ausdeh- Kupfer angeordnet ist. Um nun eine Diffui ion von nungskoeffizienten aufweisenden Außenschicht dieser Zwischenschicht zu der Außenschicht mit aus einer Nickel-Eisen-Legierung, zwischen ία hohem Ausdehnungskoeffizienten und damit eine denen eine metallische Zwischenschicht mit einem nachteilige Beeinflussung dieser Außenschicht zu verüberwiegenden Eisenanteil vorgesehen ist, da- meiden, ist bei dieserr bekannten Mehrschichtmatedurch gekennzeichnet, daß die Zwi- rial zwischen diesen beiden vorgenannten Schichten schenschicht (16) aus kohlenstoffarmem Stahl eine Sperrschicht angeordnet, durch die eine Diffubesteht, ihre Dicke 10 bis 30% der Gesamtdicke 13 sion verhindert wird. Diese verhältnismäßig dünne beträgt und die Materialien der drei Schichten Sperrschicht, die ungefähr 3% der Gesamtdicke einnimmt, hat auf das Verhalten des Mehrschichtmaterials nur einen vernachlässigbaren Einfluß (USA.-Patentschrift3 219 423).