DE2802571A1 - Gegenstand aus memory-metall - Google Patents
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Description
RAYCHEM Limited, Rolls House, 7 Rolls Building, Fetter Lane, London, Großbritannien
Die Erfindung betrifft Memory-Metalle und daraus hergestellte Gegenstände, insbesondere wärmerückstellfähige Gegenstände.
Bekanntlich können bestimmte Legierungen, gewöhnlich Memory-Legierungen
genannt, zur Herstellung von wärmerückstellfähigen Gegenständen verwendet werden, d.h. von Gegenständen, die aus
einer ursprünglichen Konfiguration deformiert worden sind und ihre deformierte Konfiguration bis zum Erhitzen beibehalten,
worauf sie sich in Richtung auf ihre ursprüngliche Konfiguration zurückstellen. Diese Legierungen weisen eine sogenannte
martensitische Umwandlung aus einer Tieftemperaturform zu einer Hochtemperaturform auf. Diese Umwandlung erzeugt den Memory-Effekt.
Unter solchen Legierungen sind beispielsweise verschiedene Titan- und Nickel-Legierungen zu nennen, die beispielsweise
in den US-PS 3 174 851, 3351 463, 3 753 700, 3 759 552, den GB-PS 1 327 441 und 1 327 442 sowie in der NASA Publikation
SP 110 " 55-Nitinol-The Alloy with a Memory, etc." (U.S. Government
Printing Office, Washington, D.C. 1972) beschrieben sind.
Die Eigenschaft der Wärmerückstellfähigkeit ist jedoch nicht ausschließlich auf solche Titan-Nickel-Legierungen beschränkt.
Daher konnte gezeigt werden, daß z.B. verschiedene Beta-Messing-Legierungen diese Eigenschaft haben (z.B. in Nakanishi et al,
Scripta Metallurgica 5, 433-440, Pergamon Press 1971). Solche Materialien können zur Erniedrigung ihrer Umwandlungs- bzw.
Ubergangstemperatur auf Tieftemperatursysteme mittels bekannter
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Techniken dotiert werden. Auf ähnliche Weise wurde gezeigt, daß 304 rostfreie Stähle solche Eigenschaften aufweisen. (E.Enami
et al, id, Seiten 663-68).
Wie oben erwähnt, weisen diese Legierungen einen Memory-Effekt
beim übergang von einer Tieftemperaturform (z.B. der Martensitform)
zu einer Hochtemperaturform (z.B. der Austenitform) auf.
Dieser Übergang, bzw. diese Umwandlung, tritt über einen kleinen
Temperaturbereich auf und wegen des Auftretens von Hysterese hängt die Lage des Temperaturbereichs gewöhnlich davon ab, ob
die Legierung erhitzt oder gekühlt worden ist.Daher tritt Umwandlung
beim Erhitzen über den Bereich A - Af auf, wobei A
und A.p jeweils die Temperatur ist, bei der die Bildung von
Austenit beginnt, bzw. abgeschlossen ist. Beim Abkühlen tritt Umwandlung über den Bereich von M_ - Mf, auf, wobei M3 und Mf
jeweils die Temperaturen sind, bei der die Bildung von Martensit beginnt bzw. vervollständigt ist. Die Umwandlung aus der einen
in die andere Form kann durch Messung einer oder mehrerer physikalischer Eigenschaften der Legierungen ebenso verfolgt werden
wie durch die Formänderung. z.B. kann der spezifische Widerstand einer solchen Legierung beim Stattfinden der Umwandlung
eine Anomalie zeigen. Ein typisches Widerstands/Temperaturdiagramm ist in Figur 1 gezeigt.
Für viele Legierungen liegen M und A bei annähernd der glei-
5 S
chen Temperatur, d.h. daß die Umwandlung etwa bei der gleichen Temperatur beginnt, unabhängig davon, ob die Legierung erhitzt
oder gekühlt worden ist.
Für bestimmte kommerzielle Anwendungen ist es jedoch erwünscht, daß A aus dem folgenden Grund wesentlich höher liegt als M :
S S
Zahlreiche aus solchen Legierungen hergestellte Gegenstände wer-0 den den Benutzern in der deformierten, d.h. wärmerücksteilfähigen
Gestalt zur Verfügung und sind daher in der martensitischen Tieftemperaturform· Beispielsweise werden die in der GB-PS
1 327 441 beschriebenen hydraulischen Kupplungen in radialexpandierter Form in den Handel gebracht; der Kunde bringt sie über
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die hydraulischen Rohre, die verbunden werden sollen, in Stellung und erhitzt sie dann auf oberhalb der Umwandlungstemperatur
, worauf sie schrumpfen und die gewünschte Verbindung bilden. Da es notwendig ist, daß die Kupplungsmuffen während des
Gebrauchs im Austenitzustand bleiben (um beispielsweise eine Reexpansion der Muffen und der Lockerung der Verbindungsstellen
zu vermeiden sowie wegen der überlegenen Festigkeitseigenschaften des Austenitzustands) muß die M des Materials niedriger
gewählt werden als die niedrigste Temperatur/der die Verbindungsmuffe
im Gebrauch begegnet. Da A annähernd gleich M ist, bedeutet dies gewöhnlich, daß die Kupplungsmuffen in
einem Kühlmittel, wie flüssigem Stickstoff,gelagert und angeliefert
werden müssen, um eine vorzeitige Umwandlung in den Austenitzustand vor dem Gebrauch zu vermeiden.
Dies ist unpraktisch, so daß aus diesem Grund versucht wurde,
A ohne entsprechenden Anstieg von M für wenigstens einen Erhitzungszyklus
zu erhöhen, so daß die Muffen bei Umgebungstemperatur gelagert und geliefert werden können und durch Erhitzen
rückgestellt werden können. Dieser Anstieg von A wurde erfolgreich bei bestimmten Legierungen, insbesondere Beta-Messing-Legierungen
mittels sogenannter"Vorkonditionierungs"-Methoden erreicht.
Beispielsweise werden solche Legierungen nach der DT-OS 2 603 878 thermisch mittels der folgenden Methode vorkonditioniert:
Die Legierung wird aus ihrem Austenitzustand auf eine Temperatur
niedriger als M- abgekühlt, dann sehr langsam auf eine Temperatur von angenommen A erhitzt, bei der sie normalerweise vollständig
im Austenitzustand vorliegt, d.h.oberhalb Af. Da das
Erhitzen jedoch sehr langsam verläuft, tritt keine Umwandlung aus dem Martensit- in den Austenitzustand auf. Wenn die Legierung
wieder auf unterhalb M- abgekühlt und dann rasch erhitzt wird, findet man, daß die Umwandlung zu Austenit bei etwa A
P beginnt, d.h. bei der Temperatur, auf die langsam erhitzt wurde.
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Eine weitere Methode einer wirksamen Anhebung von A für wenigstens
einen Erhitzungszyklus ist die mechanische Vorkonditionierung nach der DT-OS 2 603 911. Bei diesem Verfahren wird
die Legierung oberhalb von M während einer solchen Zeit in
einer deformierten Konfiguration gehalten, daß nach Entfernung der Deformierungsspannung wenigstens ein Teil der induzierten
Deformierung zurückbleibt. Wenn die Legierung dann erhitzt wird, zeigt sich, daß etwas von dieser zurückgebliebenen Deformierung
thermisch rückstellbar ist und, was noch wichtiger ist, die Um-Wandlung in Austenit bei einer Temperatur A beginnt, die wesentlich höher liegt als A . In diesem Fall ist A nicht die
gleiche Temperatur, bei der die Legierung im deformierten Zustand gehalten worden ist, steigt jedoch mit steigender Belegungszeit.
Ferner ist die Vorkonditionierung einer Legierung durch beide der oben beschriebenen Verfahren möglich, um der Legierung
zwei künstlich erhöhte Werte für A zu verleihen, wodurch eine zweistufige Rückstellung möglich ist.
Die obigen Verfahren haben sich als erfolgreich für die Vorkonditionierung
bestimmter Legierungen erwiesen und neue Anwendungen für Memory-Metalle eröffnet, jedoch sind die Effekte bei
anderen Legierungen nicht so groß und in jedem Fall bedeutet die Vorkonditionierung einen getrennten Schritt und ist verhältnismäßig
zeitaufwendig.
Es besteht daher noch immer ein Bedarf für eine einfache wirksame Methode, die es ermöglicht, Memory-Metallgegenstände bei
beispielsweise Raumtemperatur zu lagern, selbst wenn ihr M unterhalb einer jeden wahrscheinlichen Gebrauchstemperatur
bleibt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung
unter Verwendung einer Vorrichtung, die ein Bauteil aus einem wärmerückstellfahigen Memory-Metall enthält, wobei dieses
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Bauteil in seiner wärmerückstellfähigen Form einer Spannung
zur vorübergehenden Erhöhung der A des Memory-Metalls von T1
auf T- ausgesetzt wird und unter Beibehaltung der Spannung der Gegenstand bei einer Temperatur kleiner als T-, vorzugsweise
zwischen M2 und T-, z.B. zwischen T1 und T-, und unter einer
solchen Spannung gehalten wird, daß das Memory-Metall im wesentlichen in seinem Martensit-Zustand verbleibt, nach Wegnahme
der Spannung A im wesentlichen zu T1 zurückkehrt und wobei
unmittelbar vor Herstellung der Verbindung die Spannung bei einer Temperatur von größer als T1 entfernt wird, so daß sich
das Bauteil zwecks Herstellung der Verbindung rückstellt.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines wärmerückstellfähigen Bauteils aus einem Memory-Metall,
das aus der Beaufschlagung des Bauteils in seinem deformierten wärmerückstellfähigen Zustand mit einer Spannung besteht, so
daß vorübergehend der A -Wert von T1 auf T9 erhöht wird, sowie
Lagerung des Gegenstandes unter Beibehaltung der Spannung bei einer Temperatur von weniger als T-, vorzugsweise zwischen M
und T^, beispielsweise zwischen T1 und T-, und bei einer solchen
beaufschlagten Spannung, daß das Memory-Metall im wesentlichen in seinem Martensit-Zustand verbleibt.
Die aufgebrachte Spannung ist üblicherweise diejenige, die zur Deformierung des Memory-Metalls aus seiner ursprünglichen Konfiguration
auf seine deformierte wärmerückstellbare Konfiguration gebraucht wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
betrifft die Erfindung daher ein Verfahren zur Herstellung eines wärmerückstellfähigen Gegenstands, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß man einem Bauteil aus einem Memory-Metall eine durch Wärme rückstellbare Deformierung bei einer Temperatur unterhalb
der normalen ümwandlungstemperatur des Metalls verleiht, wobei
die angewandte Deformierungsspannung auch zur Erhöhung der Umwandlungstemperatur
des Memory-Metalls auf oberhalb der Lagertemperatur des Gegenstands ausreicht, die Spannungsbeaufschlagung
beibehält und den Gegenstand bei einer Temperatur unter-
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halb der erhöhten Umwandlungstemperatur, bevorzugt bei einer Temperatur zwischen der normalen Umwandlungstemperatur und der
angehobenen Umwandlungstemperatur lagert.
Die Erfindung sieht die Aufbringung einer Spannung auf einen vorgeformten wärmerückstellfähigen Gegenstand vor, und auch,
da3 die während der Lagerung aufgebrachte Spannung größer oder kleiner als die zur anfänglichen Deformation benötigte sein
kann, vorausgesetzt, daß in Übereinstimmung mit dem fundamentalen Konzept der Erfindung der erhöhte A -Wert während der Lagerung
zu jeder Zeit größer als die Lagertemperatur ist.
In zahlreichen vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung
ist das Bauteil aus Memory-Metall hohl und mit wenigstens einer Öffnung für die Aufnahme eines Substrats, mit dem es verbunden
werden soll, versehen; es kann beispielsweise ein kontinuierliches oder geschlitztes Band oder Rohr sein.
Der Einfachheit halber wird die Erfindung nachfolgend in Verbindung
mit wärmeschrumpffähigen hohlen Kupplungsvorrichtungen,
wie Bändern, Ringen und Rohren beschrieben, es ist jedoch klar, daß das Teil aus wärmerückstellfähigem Memory-Metall auch andere
Formen haben kann und beispielsweise auch ein Stell- bzw. Schaltelement in einer zusammengesetzten Verbindungsvorrichtung
aus einem oder mehreren anderen Teilen sein kann.
Das Aufbringen der Spannung auf ein solches Kupplungsteil zur
Erhöhung von A_ von T1 auf T0 kann einfachheithalber mittels
s ι ^
einer Halteeinrichtung erfolgen, die nachgiebig ist, innerhalb der Kupplung angeordnet ist und die Spannung beispielsweise
durch ihre eigene Elastizität und/oder durch die Elastizität der Kupplung selbst aufbringt. In einigen Fällen kann die
Kalteeinrichtung der Dorn sein, der herkömmlicherweise zur Deformierung der Kupplungsmuffe aus ihrem ursprünglichen
undeformierten Zustand in ihren deformierten wärmerückstellfähigen Zustand verwendet wird. Bei bevorzugten Ausführungs-
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formen ist die Halteeinrichtung jedoch ein separates Teil, das während oder unmittelbar nach der Aufweitung auf dem Dorn
angebracht wird und welche leicht austauschbar oder insbesondere zerstörbar oder deformierbar ist.
Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ist die Halteeinrichtung
beispielsweise innerhalb der Diskontinuität eines expandierten aufgespaltenen Rings oder Rohrs angeordnet und
wird im gewünschten Fall zur Ermöglichung der Rückstellung herausgeschlagen bzw. -geworfen. Bei anderen Ausführungsformen
kann die Halteeinrichtung aus einem schmelzbaren oder wärmeerweichbaren Material hergestellt sein, so daß die Rückstellung
durch Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb von T1
unter Erweichung der Halteeinrichtung bewirkt werden kann. Bei weiteren anderen Ausführungsformen kann die Halteeinrichtung
unzureichend fest sein, um die während der Umwandlung zu Austernit erzeugten Rückstellungskräfte auszuhalten, wobei
die Rückstellung in diesem Fall einfach durch Erhitzen auf T_ erreicht wird (oder welcher angehobener A -Wert auch immer
während der Beaufschlagung mit Spannung beibehalten wird) oder darüber. Andere Formen von Halteeinrichtungen wie beispielsweise
ein chenuich abbaubarer, zum Beispiel löslicher
Halter ergeben sich für den Fachmann von selbst. In einigen Fällen kann der Halter selbst einen nützlichen Teil der
Verbindungsvorrichtung bilden, zum Beispiel als schmelzbarer Lötmitteleinsatz, oder als substratverträglicher Einsatz
des Typs der in den DT-OS 2 448 160, DT-OS 2 615 572, DT-OS 2 615 723, DT-OS 2 615 683 und DT-OS 2 615 685
beschrieben ist.
Die Erfindung basiert auf der bekannten Tatsache, dass bei den meisten Legierungen A mit ansteigender Spannung steigt.
Beispielsweise steigt der A -Wert von Nickel-Titanlegierungen
O ~J
um etwa 1 C pro 70 kg/cm (1000 p.s.i.) beaufschlagter
Spannung. Da die Elastizitätsgrenze dieser Legierungen etwa
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bei 4.900 kg/cm (70.000 p.s.i.) liegt, bedeutet dies, dass der Ä -Wert ganz leicht um beispielsweise 50 C erhöht werden
kann. Wenn daher die "normale" M (und A ) einer solchen
ο ss
Legierung bei -20 liegt, ist es gemäß der Erfindung möglich,
einen wärmerückstellfähigen Gegenstand aus einer solchen
Legierung bei Raumtemperatur bei einer aufgebrachten Spannung
2
von .3.500 kg/cm (50.000 p.s.i.) zu lagern, so dass sein
von .3.500 kg/cm (50.000 p.s.i.) zu lagern, so dass sein
erhöhter A -Wert etwa +300C beträgt. Die Rückstellung kann,
wenn gewünscht, durch Entfernung der Spannung, das heißt durch Wegnahme oder Zerstörung des Halters bewirkt werden, worauf
die A auf -20 C zurückkehrt, oder durch Erhitzen auf ober-
halb von 30 C, so dass die Halteeinrichtung schmilzt, oder
durch die Rückstellung der Kupplungsmuffe zerstört oder zerdrückt wird.
Trotz der Tatsache, dass es,wie oben erwähnt, seit einiger
Zeit bekannt ist, dass A mit steigender Spannung steigt,
wurde die Anwendung dieser Tatsache bisher nie vorgeschlagen.
In der GB-PS 1.327.441 wurde zwar vorgeschlagen, eine Halteeinrichtung
(jedoch keine leicht verschiebbare oder wegwerfbare) innerhalb einer wärmerückstellfähigen Kupplung anzuordnen,
diese Halteeinrichtungen waren jedoch derart, dass
-" -■ - die Kupplungen in ihrer expandierten Form bei Temperaturen
oberhalb A- gelagert werden konnten und weiterhin derart, dass,
wenn die Gesamtheit aus Kupplung/Halteeinrichtung wieder in flüssigen Stickstoff eingetaucht wurde, die Kupplung sich
geringfügig ausdehnte, um die Entfernung des Halters zu erleichtern (es ist darauf hinzuweisen, dass die Arbeitsweise
nach GB-PS 1 327 441 es notwendig macht, die gesamte Anordnung wieder in flüssigen Stickstoff einzutauchen, um die Kupplung
wieder in ihre Martensitform vor der Aufbringung auf das
Substrat zu bringen).
Darüberhinaus ist festzustellen, dass bei der mechanischen Vorkonditionierung nach DT-OS 2 603 911, bei der ein Bauteil
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aus Memorymetall bei einer Temperatur oberhalb M unter Spannung gehalten wird, um seinen A -Wert für den ersten
Heizzyklus zu erhöhen, der A -Wert nach Entfernung der
Spannung nicht auf seinen ursprünglichen Wert zurückgeht.
Dies deswegen, weil das Verfahren bis zu einem gewissen Ausmaß von einer Umwandlung in Austenit abhängig ist,
um eine isothermische und lokale Umwandlung von Austenit in pseudoelalstischen Martensit zu ermöglichen, wenn das
Bauteil aus Memorymetall versucht, sich gegen die Zwangskraft zurückzustellen, wobei etwas von der hierdurch verliehenen
elastischen Deformierung nach Entfernung der deformierenden Kraft zurückbleibt. Diese zurückgebliebene
Deforiuierung ist teilweise rückstellbar, wenn das Memorymetall
auf A , seinen vorübergehend erhöhten A -Wert, erhitzt P s
wird. Auf ähnliche Weise ist festzustellen, dass bei dieser mechanischen Vorkonditionierungsmethode die Memorylegierung
für eine beachtliche Zeitdauer bei einer Temperatur oberhalb M erhalten wird, um die zurückgebliebene Deformierung zu erhalten,
die mit der erhöhten A verbunden ist, wobei der A -
S S
Wert mit der steigenden Behandlungsdauer ansteigt. An wenigstens
einer Stelle in dieser Periode wird das Memorymetall unter Spannung bei einer Temperatur größer als dem erhöhten A -Wert
bei dieser Zeit gehalten (selbst wenn in einigen Fällen diese Temperatur kleiner als der endgültige, durch die Vorkonditionierung
erhaltene A -Wert ist). Hierdurch wird eine wenig-
stens teilweise Umwandlung in Austenit aus den oben genannten Gründen sichergestellt. Um die vollständige dimensioneile
'Erinnerung" zu verwirklichen,kann es notwendig sein, vor dem
Wiedererhitzen auf unterhalb M^ abzukühlen.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird jedoch der A -Wert
sofort vorübergehend durch Anwendung von Spannung erhöht, und in keinem Stadium während der Lagerzeit ist die Temperatur
größer als der erhöhte A -Wert. Das Memorymetall bleibt daher in seinem Martensitzustand während der gesamten Lagerung.
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Es ist kein Kühlungsschritt notwendig, um die dimensioneile
Rückstellung zu verwirklichen. Sobald die aufgebrachte Spannung bei einer Temperatur oberhalb von T1, dem ursprünglichen
A -Wert, entfernt wird, tritt Rückstellung ein.
Während daher verschiedene Wärme- und Spannungsbehandlungen von Memorylegierungen vorgeschlagen worden sind, haben keine
dieser Behandlungen von dem neuen und fundamentalen Konzept
der Erfindung Gebrauch gemacht, nämlich die normale A durch Anwendung von Spannung zu erhöhen, während gleichzeitig die
Legierung im wesentlichen in ihrer Martensitform gehalten wird, wodurch sowohl ein permanenter als auch ein vorübergehender
Verlust an thermisch rückstellbarer Spannung vermieden und sichergestellt wird, dass die Legierung sich zurückstellt,
sobald die Spannung bei oder oberhalb der normalen A -Temperatur entfernt wird.
Daraus folgt, dass sich bisher noch niemand die leicht zerstörbaren
deformierbaren oder verschiebaren Halte^einrichtungen
vorgestellt hat, die vorteilhaft erfindungsgemäß verwendet werden. In ihrer breitesten Form betrifft die Erfindung
daher ein warmerückstellfähiges Teil aus Memorymetall, das
im vorwiegend martensitischen Zustand, das heißt unterhalb von Τ« mittels einer lösbaren Halteeinrichtung gehalten
wird. Unter " lösbarer Halteeinrichtung1' wird nachfolgend
eine Einrichtung verstanden, die unmittelbar vor oder beim Beginn der Rückstellung entfernt oder ausgewechselt werden
kann, um das Bauteil aus Memorymetall von der Deformierungsspannung zu befreien, ohne dass die Temperatur der Anordnung
aus Halteeinrichtung/Bauteil aus Memorymetall auf unterhalb T1 verringert werden muß, wobei T1 die A des Memorymetalls
' I . S
des warmerückstellfähigen Bauteils in Abwesenheit von beaufschlagter
Spannung ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist die entlast- bzw. lösbare Halteeinrichtungstark genug,
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um die angewandte Spannung während der Lagerung bereitzustellen,
jedoch nicht ausreichend stark, um den Rückstellkräften des Memorymetall-Bauteils zu widerstehen. Eine
solche Halteeinrichtung kann daher einfach durch Erhitzen des Gegenstandes auf die erhöhte Umwandlungstemperatur T„
deformiert werden. Beispielsweise kann ein solcher Gegenstand nach der GB-PS 1 488 393 in Form eines rohrförmigen Aluminiumeinsatzes
hergestellt werden, der als entlast- oder lösbarer Halter wirkt und der innerhalb eines radial rückstellfähigcn
1C Rings oder Rohrsaus einem Memorymetall,wie ß-Messing,angeordnet
ist. Dieser Gegenstand kann zur Verbindung von Substraten, wie Hydraulik-Rohrleitungen verwendet werden.
Ein solcher Gegenstand ist wirtschaftlich interessant, da die
>i_/A -Differenz bei bestimmten Messing-Legierungen ziemlich groß
ist und da diese verhältnismäßig billig sind. Bis heute war Gin Nachteil, daß trotz der verhältnismäßig großen Temperaturdifferenz
zwischen M und A es notwendig war, um M unterhalb der kleinsten zu erwartenden Betriebstemperatur zu halten, Legierungen
zu verwenden, bei denen A nur gerade oberhalb der
Umgebungstemperatur liegt. Dies hat manchmal zu einer vorzeitigen Rückstellung des Gegenstands während der Lagerung geführt,
was ihn nutzlos macht. Erfindungsgemäß ist es jedoch möglich, A ausreichend anzuheben und dieses Problem zu beseitigen, ohne
daß gleichzeitig M auf ein nicht akzeptables Niveau erhöht wird.
Eine bevorzugte Form des Gegenstands der Erfindung wird nachfolgend
in größeren Einzelheiten lediglich beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen
Figur 1 ein Widerstands/Temperatur-Diagramm einer Legierung
0 mit Memory-Effekt zeigt,
Figur 2 einen Verbinder und
Figur 3 die Verwendung des Verbinders zur Verbindung von 2 Rohren zeigen.
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Ein aus einem radial wärmeschrumpffähigen Rohr 1 bestehendes
Verbindungsstück, hergestellt aus einem Memory-Metall, ist um eine innere Muffe 2 herum in Stellung gebracht, die als eine
Halteeinrichtung dient, um die auf das Rohr 1 aufgebrachte Spannung aufrechtzuerhalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Rohr 1 aus einer Messing- Legierung und die
Eznsatzmuffe 2 aus einem Metall, wie Aluminium. Erfindungsgemäß ist die Einsatzmuffe 2 ausreichend fest, um
eine Spannung, mit der das Rohr 1 beaufschlagt ist, aufrechtzuerhalten,
so lange das Rohr 1 im Martensitzustand bleibt. Die Muffe ist jedoch andererseits nicht fest genug, die Rückstellkräfte
des Rohrs 1 auszuhalten, wenn die Temperatur auf oberhalb T- erhöht wird.
Wie in Figur 3 gezeigt, kann die Vorrichtung als zusammengesetzte
Verbindungseinrichtung gemäß GB-PS 1 488 393 verwendet werden. In der gezeigten Anordnung werden 2 Rohre zusammengebracht,
indem man sie um einen Abstandshalter 5 herum in Stellung
bringt, der mit einem ringförmigen Kragen 6 versehen ist, gegen den die Enden der Rohre 3 und 4 stoßen. Diese Baugruppe
wird innerhalb des Verbinders von Figur 1 angeordnet. Wenn die Temperatur auf T 2 oder darüber hinaus erhöht wird, schrumpft
das Rohr aus Memory-Metall 1 in radialer Richtung und zwingt die Einsatzmuffe 2 in feste Verbindung mit beiden Rohren.
Selbstverständlich kann gemäß GB-PS 1 488 393 die Einsatzmuffe aus einem zum Abrieb neigenden Material oder einem anderen mit
dem Material der Rohre 3 und 4 verträglichen Material hergestellt sein. Alternativ kann die Muffe auf ihrer inneren Oberfläche
mit Zähnen oder anderen Vorsprüngen versehen sein, die sich bei der Rückstellung in die Rohre 3 und 4 einhaken.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht das
Rohr aus Memory-Metall 1 aus einer vorkonditionierten Messing-Legierung
die einen M deutlich unterhalb von Raumtemperatur hat, beispielsweise derart niedrig wie -400C.
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3ei einer solchen Legierung liegt die normale vorkonditionierte A bei oder geringfügig oberhalb Umgebungstemperatur.
Wird nicht von der Lehre der Erfindung Gebrauch gemacht, bestünde die Gefahr, daß die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung ausreichend
warm wird, so daß Temperaturrückstellung während der Lagerung erfolgt. Wegen der Beaufschlagung mit Spannung, die
durch die Einsatzmuffe 2 aufrechterhalten wird, wird jedoch A_ auf ein Niveau angehoben, das ausreichend hoch ist, um diese
Gefahr zu verhindern.
Der Verbinder kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann das wärmerücksteilfähige Rohr 1 deformiert
werden, worauf eine Spannung gemäß der Erfindung mittels eines Dorns, der danach entfernt und durch die Kaltemuffe 2 ersetzt
wird, aufgebracht wird. Alternativ können wärmerücksteilfähiges
Rohr 1 und Einsatzmuffe 2 in einigen Fällen gleichzeitig unter Erzeugung des in Figur 1 gezeigten Verbinders deformiert
werden.
Die Erfindung stellt daher eine neue und wichtige Methode zur vorübergehenden Erhöhung der Rückstelltemperatur von wärmerückstellfähigen
Gegenständen aus Memory-Metall mittels einer Behandlung dar, in der zur Erhöhung des A -Wert des Memory-Metalls
eine Spannung aufgebracht und diese bei einer Temperatur unterhalb der erhöhten A aufrechterhalten wird, so daß der Gegen-
stand nicht versucht, sich gegen die beaufschlagte Spannung zurückzustellen. Wenn der wärmerückstellfähige Gegenstand verwendet
werden soll, wird die Spannung entfernt, worauf A im wesentlichen zu T.. zurückkehrt.
Obwohl die Erfindung besonders vorteilhaft auf Nickel - Titan-
und Messing-Legierungen angewendet wird, wie oben dargelegt 0 wurde, ist sie ebenso für viele andere Memory-Legierungen, insbesondere
solche, in denen A signifikant durch angelegte Spannungen erhöht werden kann, geeignet.
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Geeignete Spannungen und Temperaturen für solche Legierungen lassen sich durch Routineexperimente unter Verwendung beispielsweise
von elektrischen/kristallografischen und anderen den
Fachmann bekannten Methoden bestimmen.
Schließlich werden in den Figuren 4 und 5 typische Hysteresisschleifen
jeweils für eine Nickel-Titan-Legierung und eine vorkonditionierte Messing-Legierung gezeigt. Aus Figur 4 ist ersichtlich,
daß die Hysteresis-Schleife für eine Nickel-Titan-Legierung
ziemlich eng ist und die Gegenstände gemäß der Erfindung daher im allgemeinen bei einer Temperatur innerhalb des
schraffierten Bereichs zwischen T.. und T2 gelagert werden können.
Andererseits ist, wie in Figur 5 gezeigt, die ursprüngliche
Hysteresisschleife für eine vorkonditionierte Messing-Legierung,
wie beispielsweise eine quarternäre Kupfer/Alur.inium/
Zink/Mangan-Legierung des in der BE-PS 838 197 beschriebenen
Typs verhältnismäßig breit. Daher können die Gegenstände gemäß
der Erfindung gewünschtenfalls bei einer Temperatur innerhalb
des schraffierten Bereichs, d.h. einer Temperatur unterhalb von T1 gelagert werden.
Weitere Variationen und Modifikationen ergeben sich für den
Fachmann, z.B. kann die Halteeinrichtung darauf eingerichtet sein, mechanisch geschwächt oder deformiert zu werden.
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ZO Leerseite
Claims (1)
- -yf-PatentansprücheT) Verfahren zur Herstellung eines wärmerückstellfähigen Bauteils aus einem Memory-Metall, dadurch gekennzeichnet, daß man dieses Bauteil in seinem deformierten dimensionell gegen Wärmeeinwirkung instabilen Zustand zur vorübergehenden Erhöhung des A -Werts des Memory-Metalls von Ti auf T2 miteiner Spannung beaufschlagt und unter Aufrechterhaltung der beaufschlagten Spannung den Gegenstand bei einer Temperatur, die niedriger als T2 ist und bei einer solchen beaufschlagten Spannung lagert, daß das Memory-Metall im wesentlichen im Martensitzustand bleibt.2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung zur gleichen Zeit wie die Spannung zur Deformierung des Memory-Metallbauteils in seinem dimensioneil· gegen Wärme instabilen Zustand aufgebracht wird.3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung aufgebracht wird, nachdem das Bauteil aus Memory-Metall in seinem gegen Wärme dimensionell instabilen Zustand deformiert worden ist.4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung mittels eines lösbaren Halters aufgebracht wird.5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter zerstörbar oder verformbar ist.6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter aus einem schmelzbaren Material besteht.7) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der80985 07 0576280257]Halter aus einem chemisch abbaubaren Material besteht.3) Verfahren nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß der Halter den beim Erhitzen des Memory-Metallbauteils auf T9 erzeugten Rückstellkräften nicht widersteht.9) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil aus Memory-Metall ein radial expandierter Ring oder ein Rohr ist.10) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halter in Form eines Rings oder eines Rohrs innerhalb des Meinory-Metall-Bauteils angeordnet ist.11) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Memory-Metall-Bauteil ein Hohlkörper ist, der eine Diskontinuität in seinem Querschnitt in der Rückstellebene aufweist.12) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halter innerhalb dieser Diskontinuität angeordnet ist.13) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Memory-Metall-Bauteil bei einer Temperatur zwischen M und T0 gelagert wird.14) Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Memory-Metall-Bauteil bei einer Temperatur zwischen T1 und T2 gelagert wird.15) Verfahren zur Herstellung eines wärmerückstellfähigen Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß man einem Memory-Metall-Bauteil bei einer Temperatur unterhalb der normalen Umwandlungstemperatur des Metalls eine thermisch rückstellbare Deformierung verleiht, wobei die aufgebrachte Deformierungs-809850/057 6kraft auch zur Erhöhung der Umwandlungstemperatur des Memory-Metalls auf oberhalb der Lagertemperatur des Gegenstandes ausreicht, daß r?an die aufgebrachte Spannung aufrechterhält und den Gegenstand bei einer Temperatur unterhalb der erhöhten Umwandlungstemperatur lagert.16) Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Spannung unter Verwendung eines entlastbaren Halters aufrechterhalten wird.17) Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß"0 der Halter nicht ausreichend fest ist, um den beim Erhitzen des Gegenstands auf die erhöhte Spannungstemperatur erzeugten Rückstellkräften zu widerstehen.18) Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Xemory-Metall-Bauteil aus einem radial rückstellbaren Ring oder Band und der Halter aus einem darin angeordneten deformierbaren Ring oder Band besteht oder bestehen.19) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gefennzeichnet, daß das Memory-Metall eine Nickel-Titan-Legierung ist.20) Verfahren nach einerm der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Memory-Metall ein vorkonditioniertes Xessing ist.21) Wärmerückstellfahiger Gegenstand, gekennzeichnet durch ein dimensional wärmerückstellfähiges Bauteil aus Memory-Metall, welches unter Spannung in einem vorwiegend martensitischen Zustand mit erhöhter Umwandlungstemperatur durch einen lösbaren Halter gehalten wird.22) Wärmerückstellfahiger Gegenstand nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter nicht fest genug ist, um die8 09850/0576beim Erhitzen des Memory-Metall-Bauteils auf die erhöhte Umwandlungstemperatur erzeugten Rückstellkräfte auszuhalten.23) Wärmerückstellfähiger Gegenstand nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Memory-Metall-Bauteil ein radial rücksteilbarer Ring oder ein Rohr ist.24) Wärmerückstellfähiger Gegenstand nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Memory-Metall-Bauteil ein Ring oder Rohr aus Messing und der Halter ein Ring oder Rohr aus Aluminium ist, welches innerhalb des Bauteils angeordnet ist.25) Verfahren zur Herstellung einer Verbindung unter Verwendung einer Vorrichtung, die ein Memory-Metall-Bauteil enthält, wobei auf dieses Bauteil in sejnsr dimensioneil wärmerückstellfähigen Form eine Spannung zur vorübergehenden Erhöhung der A -Temperatur des Memory-Metalls von T1 auf T_ aufgebracht wird und unter Beibehaltung dieser Spannung der Gegenstand bei einer Temperatur von niedriger als T2 gelagert wirdwährend das Metall im wesentlich in seinem Martensitzustand während der Lagerung verbleibt, worauf unmittelbar vor der Verbindung die Spannung bei einer Temperatur von höher alsdas
T. entfernt wird, so daß Bauteil sich unter Herstellung derVerl 'ndung zurückstellt.26) Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung durch einen lösbaren Halter aufgebracht wird.27) Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung durch Erhitzen des Gegenstandes auf T- entfernt wird, so daß sich das Memory-Metall-Bauteil zurückstellt und den Halter deformiert.28) Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen zwei im wesentlichen rohrförmigen Substraten erfolgt, wobei das Memory-Metall die Form eines Rings809850/0576oder Rohrs einer Größe hat, die um die Substrate heruir passt.809850/0576
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