DE2807854A1

DE2807854A1 - Bimetallelement und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2807854A1
Application number: DE19782807854
Authority: DE
Inventors: Tatsuyoshi Aisaka; Mitsuo Kawai; Fumio Mori; Shinzo Sugai
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-02-23
Filing date: 1978-02-23
Publication date: 1978-08-24
Also published as: US4290828A; DE2807854B2; DE2807854C3; US4207381A

Description

Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. D^oÄnchenSO

Kawasaki-shi, Japan

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

Bimetallelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf Bimetalle und betrifft insbesondere ein Bimetallelement, das sich bei einer wahlfrei festgelegten hohen Temperatur schnell durchbiegt bzw. auslenkt und das ein zufriedenstellend reversibles Verhalten bzw. Rückformverhalten in Abhängigkeit von Temperaturänderung zeigt.

Die Auslenkung bzw. der Ausschlag der bisherigen Bimetallelemente erfolgt im wesentlichen mit fester Geschwindigkeit entsprechend der jeweiligen Temperaturänderung. Wenn daher ein bisheriges Bimetallelement für einen Zweck eingesetzt wird, bei dem sich das Element in einem vorgeschriebenen Temperaturbereich schnell durchbiegen soll, beispielsweise bei unmittelbarer Verwendung des Bimetallelements in einem Kontaktsteuermechanismus, muß ein zusätzlicher schnell an= sprechender Treiber- bzw. Ansteuermechanismus vorgesehen werden, beispielsweise in Form einer Rückstoßplatte, eines Magneten oder einer Feder₀ Durch eine Kombination aus einem Bimetallelement und einem solchen schnell ansprechenden An=-

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Steuermechanismus kann die ursprüngliche langsame Auslenkung des Bimetallelements selbst beschleunigt werden. Eine mit einem solchen Mechanismus ausgestattete Bimetallvorrichtung ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß diese Vorrichtung insgesamt sperrig ist und einen komplizierten Aufbau besitzt.

Das bisherige Bimetallelement, das einen schnellen Ausschlag in einem bestimmten Temperaturbereich besitzt, umfaßt eine Martensitumbildung, z.B. einer Ni-Ti-Legierung, unter Ausnutzung einer Rückformwirkung. Eine solche Legierung muß unter vorbestimmten Temperaturbedingungen verformt werden, bevor sie als Bimetallelement verwendet werden kann. Außerdem besitzt eine solche Legierung bei häufigerem Einsatz keine gleichbleibende Auslenk- oder Ausschlagsgröße, so daß sie in der Praxis nicht zufriedenstellend ist. Darüber hinaus ist das beschriebene Bimetallelement mit dem Mangel behaftet, daß es bei vergleichsweise niedriger Temperatur einen schnellen Ausschlag zeigt, dabei aber unzureichende Verarbeitbarkeit und Verbindbarkeit besitzt, so daß sich Schwierigkeiten bei der Fertigung ergeben.

Ein bei einer vorbestimmten Temperatur schnell auslenkendes Bimetallelement wird allgemein für die Temperaturregelung bei Haushaltsgeräten und als Sicherheitsvorrichtung für verschiedene industrielle Vorrichtungen verwendet. Aus diesem Grund sollte dieses Bimetallelement eine möglichst hohe Korrosionsbeständigkeit besitzen.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten Bimetallelements, das ohne Unterstützung durch den vorstehend erwähnten, schnell ansprechenden Treiber- oder Ansteuermechanismus eine schnelle Auslenkung innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs gewährleistet, nämlich eines Bimetallelements, dessen sich stark ausdehnende Schicht aus der an sich bekannten manganhaltigen Eisen-Mangan-Legierung

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"besteht, welche dem hergestellten Bimetallelement einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten verleiht, wobei dieses Bimetallelement eine hervorragende Verarbeitbarkeit und Verbindbarkeit sowie ein zufriedenstellendes Rucksteilverhalten bei Temperaturänderung besitzen soll.

Die Erfindung bezweckt dabei auch die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Bimetallelements, das zudem auch korrosionsbeständig sein soll.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale und Maßnahmen gelöst.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch ein Bimetallelement mit Merkmalen nach der Erfindung und

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Auslenkung des freien Endes des erfindungsgemäßen Bimetallelements in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung im Vergleich zum Bimetallelement gemäß dem Stand der Technik.

Das erfindungsgemäße Bimetallelement besteht aus einer ersten Legierungskomponente, die bei einer wahlfrei bestimmten hohen Temperatur eine schnelle Auslenkung von mehr als 50 χ 10" /⁰C besitzt, und einer zweiten, mit der ersten Komponente verbundenen Legierungskomponente, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient relativ zur Temperaturänderung praktisch gleich bleibt. Die zweite Legierungskomponente besitzt im wesentlichen denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die erste Legierungskomponente bei einer niedrigeren Temperatur

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als derjenigen, bei welcher sich der thermische Ausdehnungskoeffizient der ersten Komponente schnell vergrößert.

Die erste Legierungskomponente besteht aus 15-30 Gew.-% Mangan und im Rest praktisch aus Eisen. Wahlweise kann sie 15-30 Gew.-% Mangan sowie 2-15 Gew.-96 Chrom, 2-15 Gew.-% Kobalt oder 2-20 Gew.-% eines Gemisches aus Chrom und Kobalt enthalten und im Rest im wesentlichen aus Eisen bestehen.

Die als sich stark ausdehnende Komponente des erfindungsgemäßen Bimetallelements verwendete erste Legierungskomponente ist bezüglich ihrer Zusammensetzung aus den folgenden Gründen strengen Anforderungen unterworfen.

Mangan stellt ein wesentliches Element zur Erhöhung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Bimetallelements sowie zur Ermöglichung einer schnellen Änderung dieses Koeffizienten in Abhängigkeit von Temperaturänderungen dar. Der geeignete Mangangehalt, bei dem sich der thermische Ausdehnungskoeffizient bei einer wahlfrei bestimmten Temperatur schnell ändert, liegt bei 15-30 Gew.-% und vorzugsweise 15-25 Gew.-%. Der thermische Ausdehnungskoeffizient eines Bimetallelements besitzt eine Größe von etwa 50 χ 10" bis 400 χ 10" /⁰C in der Nähe des Punkts im angegebenen Bereich des Mangangehalts, bei dem eine schnelle Änderung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten auftritt.

Chrom ist für ein Bimetallelement wesentlich, um ihm eine hohe Korrosionsbeständigkeit zu verleihen. Der für die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit erforderliche Chromgehalt liegt bei mehr als 2 Gew.-%. Im Hinblick darauf, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Bimetallelements im oben angegebenen Bereich liegen soll, wird der Chromgehalt auf weniger als 15 Gew.-% festgelegt und somit bestimmungsgemäß auf 2-15 Gev.-% eingestellt.

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Kobalt gewährleistet dieselbe Wirkung wie Chrom, wobei der Kobaltgehalt aus den angegebenen Gründen vorzugsweise im Bereich von 2-15 Gew.-% liegen sollte.

Erfindungsgemäß können sowohl Chrom als auch Kobalt zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit des Bimetallelements verwendet werden. Hierbei empfiehlt es sich, beide Legierungselemente in einer Gesamtmenge von mehr als 2 Gew.-?<! zu mischen, um die Korrosionsbeständigkeit des Bimetallelements zu verbessern. Andererseits sollte der Gesamtgehalt an Chrom und Kobalt bei weniger als 20 Gew.-% liegen bzw. vorzugsweise 15 Gew.-% betragen.

Die unvermeidlich in den Ausgangsmaterialien für das erfindungsgemäße Bimetallelement vorhandenen Verunreinigungen, wie Kohlens-foff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor sowie Aluminium oder Silizium, beabsichtigt als DesOxydationsmittel beim Lösen bzw. Schmelzen der Ausgangsstoffe zugesetzt, beeinträchtigen die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Bimetallelements nicht, sofern die Gesamtmenge aller dieser Elemente kleiner ist als 1 Gew.-%,Nickel, das als die Korrosionsbeständigkeit eines Bimetallelements verbesserndes Element bekannt ist, hat keinen ungünstigen Einfluß auf die Wirksamkeit dieses Bimetallelements, sofern der Nickelgehalt kleiner ist als 3 Gew.-%.

Die zweite Legierung, welche die Komponente mit dem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten des erfindungsgemäßen Bimetallelements bildet, besteht aus Invar, d.h einem Eisen-Nickel-System (mit einem Nickelanteil im Bereich von 36 - 50 Gew.-%). Die zweite Legierung ist bevorzugt von einer Art, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient bei der Temperatur, bei welcher der thermische Ausdehnungskoeffizient der ersten, die Komponente mit großer Ausdehnung des Bimetallelements bilden·= den Legierung schnell anzusteigen beginnt;, praktisch fest bzw_o konstant bleibt und außerdem kleiner ist als der erhöhte thermische Ausdehnungskoeffizient der ersten Legierung,,

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Die zweite Legierung mit kleinerer thermischer Ausdehnung sollte vorzugsweise aus einer Legierung bestehen, die praktisch denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, wie ihn die erste, sich stärker ausdehnende Legierung bei einer niedrigeren Temperatur als derjenigen zeigt, bei welcher ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient schnell anzusteigen beginnt. Beispielsweise kann diese zweite Legierung aus einem austenitischen rostfreien Stahl bestehen, etwa der Sorte SUS3O4 oder SUS 310. Durch Verwendung einer zweiten Legierung der angegebenen Art wird die erfindungsgemäß erreichte Wirkung erheblich verbessert.

Im folgenden ist die Erfindung in Beispielen näher erläutert. Beispiel 1

Zunächst wurden Versuche bezüglich der Durchbiegung oder Auslenkung eines Bimetallelements in Abhängigkeit von Temperaturänderungen zur Bestimmung seiner Verhaltenseigenschaften durchgeführt. Zu diesem Zweck wurden die in der folgenden Tabelle aufgeführten Legierungen gewählt. Die Herstellung von Proben erfolgte durch Schmelzen der Legierungen in einem Hochfrequenz-Induktionsofen mit anschließendem Glühen bzw. Anlassen zur weitgehenden Spannungsbeseitigung. Sodann wurden Messungen der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Legierungsproben sowie der Temperaturen durchgeführt, bei denen diese Ausdehnungskoeffizienten eine schnelle Änderung zeigten; die Ergebnisse finden sich ebenfalls in der folgenden Tabelle 1. Weiterhin wurden die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Legierungsproben vor und nach dem Erreichen der Temperatur einer schnellen Verformung sowie die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Legierungsproben im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 200⁰C ermittelt.

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	1 2	Chemische Zusammen setzung	Mn Ni Cu Cr	15,8 -	Tabelle 1	Aus dehnungs ko- effizient vor der schnellen	Aus de hnungs ko- effizient nach der schnellen	-	Aus dehnungs ko- effizient im Bereich von Raumtemperatur
Probe	3	Pe	Rest 6,3- Rest 1o,o - -	18,o - -	Temperatur der schnellen Änderung des Aus dehnungs ko- effizienten	Änderung	Änderung	-	bis 200OC
Nr.	4	It	2o,3 -	(OC)	-	-	-	12,8x1o~⁶/°C 15,5x1o~⁶/°C
5	Il	25,o -	keine schnelle Verformung	17,5x1o""⁶/°C	52,ox1o~⁶/°C	-	-
6	I)	28,9 -	228	18,7	2o1	-	-
7	Il	3o,o - - -	217	21,5	233	_	-
8	11	4o,8 -	2o9	2o,5	175		-
9	ti	Rest 11,ο 18,3	161	18,2	94,2	-
1o	■1	1,o5 9,11 - 17,9	15o	17,6	53,4	-
11	-	1,22 2o,3 - 24,7	121	-	11,5x1o~⁶/°C
12	Rest	o,4 36,7 -	keine schnelle Ver formung	-	28,6x1o~⁶/°C
13	Il	o,55 42,o -	Il	-	17,8x1o"⁶/°C
14	Il	Il	-	16,9x1o~⁶/°C
	■ !	Il	-	2,57x1o~⁶/°C
	Il	_	5,4ox1o"⁶/°C^
Il

Aus der obigen Tabelle geht hervor, daß die Proben Nr. 3 bis 8 der Proben Nr. 1 bis 10 von Legierungen mit hoher Wärmeausdehnung, die beim beschriebenen Versuch angewandt wurden, diejenigen Proben darstellen, deren thermische Ausdehnungskoeffizienten sich bei den betreffenden, bestimmten Temperaturpegeln schnell änderten. Die Proben Nr. 11 bis 14 stehen für Legierungen mit geringer Wärmeausdehnung. Die zweite, erfindungsgemäß verwendete Fe-Mn-Legierung mit geringer Wärmeausdehnung besitzt im wesentlichen denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die Legierungsproben Nr. 11 und 12 gemäß Tabelle 1. Bei den Legierungsproben Nr. 11 und 12 handelte es sich um austenitischen rostfreien Stahl der Sorten SUS304 und SUS310.

Die Proben 2 mit hohem thermischen Ausdehnungskoeffizienten sowie die Proben 3 mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten gemäß Tabelle 1 wurden auf die in Tabelle 2 angegebene Weise zur Bildung von Bimetallproben (Fig. 1) miteinander kombiniert.

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- 13 Tabelle

Probe Proben-Nr. nach Tabelle 1 Legierung mit

hohem thermi- niedrigem sehen Ausdeh- thermischen nungskoeffi- Ausdehnungszienten koeffizienten Längselastizitätsmodul

(kg/mra )

15	10
16	1
17	3
18	5
19	7
20	9
21	1
22	3
23	5
24	7
25	9
26	1
27	3
28	5
29	7
30	9

• 13	12500	Vergleich
" 13	147 00	If
13	15700	Beispiel
13	15400	t Il
13	15100	Il
13	13400	Vergleich
11	15800	Il
11	17500	Beispiel
11	17600	It
11	17600	It
11	14100	Vergleich
12	16200	Il
12	17800	Beispiel
12	18300	Il
12	18100	It
12	14700	Vergleich

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Die Birnetallproben wurden wie folgt hergestellt: Zunächst wurden die Proben der Legierungen mit hohem und niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu dicken Platten bzw. Blechen geschmiedet. Die Oberseite jeder Schmiedeplatte wurde geschliffen, während ihre Unterseite gebürstet wurde. Die beiden Legierungsplatten wurden sodann in einem Dickenverhältnis von 1:1 durch Walzen bei einer Temperatur von 900 950⁰C miteinander verbunden. Danach wurden beide Platten weiterhin kaltgewalzt. Das Glühen bzw. Anlassen wurde bei 105O⁰C wiederholt, wobei bei jedem Durchgang die Dicke des Laminats aus den Platten durch Auswalzen um 35% reduziert wurde, um angehäufte Bearbeitungsspannungen auszuschalten. Aus der auf diese Weise hergestellten Probe wurde ein Bimetallchip bzw. -plättchen mit einer Größe von 1x10x100 mm ausgestanzt. Die Wiederholung des Glühens bzw. Anlassens zur gründlichen Beseitigung von Bearbeitungsspannungen ist unerläßlich, um das Auftreten einer schädlichen Phase (oO-Phase) zu unterdrücken, welche die schnelle Änderung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines Bimetallelements bei einer vorbestimmten Temperatur (gemäß Fig. 1) behindern würde. Das Glühen bzw. Anlassen kann dabei vor oder nach dem Verbinden der beiden Legierungsschichten erfolgen.

An den Proben Nr. 15 bis 30 wurde der Längselastizitätsmodul gemessen; die Ergebnisse finden sich ebenfalls in Tabelle Wie aus letzterer hervorgeht, besaßen die erfindungsgemäßen Bimetallproben (Nr. 17 bis 19, 22 bis 24, 27 bis 29) gegenüber den Vergleichsproben einen wesentlich verbesserten Längselastizitätsmodul .

Die Bimetallproben nach Tabelle 2 (Nr. 15 bis 30) wurden weiterhin zur Bestimmung ihrer Verhaltenseigenschaften bezüglich ihrer Auslenk- oder Durchbiegbarkeit in Abhängigkeit von Temperaturänderungen untersucht. Die Bestimmung dieser Durchbiegung erfolgte durch Messung des Ausschlags des über-

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stehenden freien Endabschnitts jeder 100 mm langen Probe; die Ergebnisse sind in Fig. 2 veranschaulicht, in welcher die Pfeile die Richtung angeben, in welcher die Auslenkung der einzelnen Proben infolge der Erwärmung und des Abkühlens erfolgte. Kurve (a) von Fig. 2 bezieht sich auf die Auslenkbzw. Durchbiegbarkeit eines typischen bisherigen Birnetallelements (Probe Nr. 15)_? während Kurve (b), die entsprechende Eigenschaft eines Bimetallelements (Probe Nr. 17) gemäß der Erfindung angibt, dessen Komponente mit großer Ausdehnung aus einer Fe-Mn-Legierung und dessen Komponente mit niedriger Ausdehnung aus einer Fe-Ni-Legierung und dessen Komponente mit niedriger Ausdehnung aus einer Fe-Ni-Legierung bestand. Kurven (c) bis (e) zeigen die Auslenkbarkeit von erfindungsgemäßen Bimetallelementen (Proben Nr₀ 27 bis 29), deren Komponente großer Ausdehnung aus einer Fe-Mn-Legierung und deren Komponente geringer Ausdehnung aus einem austenitischen rostfreien Stahl (SUS310) bestand.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, verläuft die Auslenkung bzw. Biegung der Probe Nr. 15, d.h. eines typischen bisherigen Bimetallelements (Kurve (a)), in Abhängigkeit von der Temperaturänderung nahezu linear. Dagegen zeigte es sich, daß die erfindungsgemäßen Bimetallelemente (Kurven (b) bis (e)) ein sehr differenziertes bzw. feinstufiges Verhalten des thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei einer schnellen Temperaturänderung und Hysterese bei Erwärmung und Abkühlung besitzen* Außerdem geht aus Fig, 2 hervor, daß die Temperatur, bei welcher die schnelle Auslenkung erfolgt, durch Steuerung des Mangangehalts ohne weiteres auf jeden beliebigen Wert einge= stellt werden kann, wobei die Temperatur, bsi welcher eine schnelle Auslenkung auftritt, im wesenü ichen in ©inem hohen

Bereich von 100 - 250 C liegt. Dia Kurven (c) bis (©) seigsn daß sich der thermische Ausdehnungskoeffizient das ©rfindungs* gemäßen Bimetallelements ₉ dessen Komponente mit g©ping@r dehnung aus einem austonitisehen rost£r@±on Stahl (SUS310)

k / 0 8 9 8

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besteht, vor Erreichen der Temperatur der schnellen Auslenkung bzw. Durchbiegung nicht schnell ändert, weil beide Komponenten (bis zu diesem Punkt) praktisch denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Bei Erreichen der Temperatur der schnellen Auslenkung bzw. Durchbiegung verhält sich das Bimetallelement dagegen sehr differenziert bzw. feinstufig, d.h. es erfährt- sine schnelle Auslenkung oder Durchbiegung.

Das erfindungsgemäße Bimetallelement, das bei einer bestimmten Temperatur eine schnelle Auslenkung bzw. Durchbiegung erfährt, vermag sich nicht schnell mit einem Kontaktsteuermechanismus zu verschmelzen, wenn es unmittelbar mit diesem eingesetzt wird, wodurch eine sehr vorteilhafte Wirkung gewährleistet wird. Das erfindungsgemäße Bimetallelement zeigt eine schnelle Auslenkung bzw. Durchbiegung bei einer höheren Temperatur als beim bisherigen Bimetallelement unter Ausnutzung des Rückformvermögens wie bei einer Ni-Ti-Legierung. Darüber hinaus kann durch entsprechende Einstellung des Gehalts an Mangan, Chrom oder Kobalt ein schneller Ausschlag in einem breiteren Temperaturbereich erreicht werden, als dies bisher möglich war.

Beispiel 2

Es wurde ein Bimetallelement nach demselben Fertigungsverfahren hergestellt, wie es für die Herstellung der erwähnten Fe-Mn-Legierung angewandt wurde, wobei der die große Ausdehnung besitzenden Legierungskomponente Chrom und/oder Kobalt zugesetzt wurde, um dem hergestellten Bimetallelement Korrosionsbeständigkeit zu verleihen. Mit diesem Bimetallelement wurden Versuche zur Bestimmung nicht nur seiner Auslenkeigenschaften wie im vorher beschriebenen Fall, sondern auch seiner Korrosionsbeständigkeit durchgeführt. Der erwähnten Fe-Mn-Legie-

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rung wurden 1-20 Gew.-% Chrom und ebenso 1-20 Gew.-% Kobalt in solcher Menge zugesetzt, daß die Gesamtmenge des Gemisches aus Chrom und Kobalt 2-20 Gew„-?£ betrüge Die Gesamtmasse wurde dann für die Herstellung von Proben in einem Hochfrequenz-Induktionsofen geschmolzen<, Die Proben wurden dabei auch auf ihre Auslenk- oder Durchbiegungseigenschaften untersucht. Die Proben der Legierung mit großer Ausdehnung wurden mit Proben der Legierung geringer Ausdehnung verbunden, um Bimetallproben herzustellen, welche die entsprechende Korrosionsbeständigkeit besitzen sollten« Versuche ergaben,, daß die derart angefertigten Bimetallproben genau dieselben Auslenk- bzw. Durchbiegungseigenschaften besaßen wie das Fe-Mn-Bime tallelement.

Versuche zur Ermittlung der Korrosionsbeständigkeit wurden mit Proben durchgeführt, welche die chemische Zusammensetzung gemäß der nachstehenden Tabelle 3 besaßen,.

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- 18 Tabelle 3

Probe Nr.	Chemische Zusammen setzung	Mn (Gew.-^?	Cr )	1	•	-	, Temperatur schneller Ände rung des therm. Ausdehnungsko pf fi 7Λ pnt-ρη ( C)
101	Fe'	20	2	Co	-	175
102	Rest	20	5	-	170
103	Il	20	10	-	160
104	Il	20	15	-	140
105..	Il	20	20	-	120
106	It	20	-	1	-
107	Il	20	-	3	176
108	Fest	20	-	5	164
109	Il	20		10	169
110	Il	20	-	15	158
111	Il	20	-	20	154
112	Il	20	1	1	-
113	Fest	20	2	1	168
114	Sesfc	20	2	5	160
115	Il	20	5	1	161
116	Il	20	5	5	157
117	Il	20	10	3	151
118	Il	20	10	5	171
119	Il	20	3	15	152
120	Il	20	5	20	143
121	Il	20	-
Il

^usdehnungsko-IÄusaehnungsko-

2ffizient vor !er schnellen	effizient nach der schnellen Änderung 1x1 ο °/ C)
21, 4	230
21, 5	230
20< 9	374
19, 8	357
20, 2	223
-	16,6*
19,5	268
21,1	283
18,6	267
20,7	251
20,3	173
-	18 ,3*
21,0	211
20,3	205
19,2	272
18,7	272
19,8	232 j
20,1	12S
19,9	102
18 „2	68,0
_	17,2*

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'Thermischer Ausdehnungskoeffizient bei einer Änderung von Raumtemperatur auf 20O⁰C.

Beim größten Teil der Versuche war der Mangangehalt, wie in Tabelle 3 angegeben,auf 20 Gew_e-% festgelegt. Die Legierungskomponenten mit geringer thermischer Ausdehnung wurden aus dem Material der vorher beschriebenen Proben Nr. 11 und 14 hergestellt. Es wurden Bimetallproben durch Verbindung von Komponenten mit starker und geringer thermischer Ausdehnung auf die in Tabelle 4 angegebene Weise hergestellt.

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	- 20 -	2807854	11	0,572	Beispiel
	Tabelle 4		14	0/580	»
Probe Nr.		Proben-Nummern Legierung mit großer Aus- geringer Gewichtsverlust durch dehnung Ausdehnung Korrosion (mg/cm²)	11	0,872	Vergleich
122		103	14	0,902	-
123	103	11	0,441	Beispiel
124	101	14	0,408	Il
125	101	11	0,911	Vergleich
126	110	14	0^964	Il
127	110	11	0,245	Beispiel
128	107	14	0,251	Il
129	107	11	0,621	Vergleich
130	118	14	0,630	Il
131	118	11	1,046	Il
132	113
133	113
134	5

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Der Korrosionsversuch wurde in der ¥eise durchgeführt, daß die Bimetallproben 100 h lang "bei Raumtemperatur in 5%-iges Salzwasser eingetaucht wurden und der entstehende Gewichtsverlust an den Proben gemessen wurde; die Ergebnisse finden sich in obiger Tabelle 4, aus welcher hervorgeht, daß die erfindungsgemäßen Bimetallelemente einen geringeren Gewichtsverlust durch Korrosion erlitten, d_sh_e eine bessere Korrosionsbeständigkeit besaßen als die Vergleichsproben,,

Die nach dem Verfahren gemäß Beispiel 2 hergestellten Bimetallelemente gemäß der Erfindung zeigten nicht nur eine schnelle Auslenkung bzw. Durchbiegung bei einer vorbestimmten Temperatur, sondern auch eine her»vorragende Korrosionsbeständigkeit.

Die erfindungsgemäßen Bimetallelemente werden, wie in den vorstehenden Beispielen beschrieben, aus einem kostensparenden Werkstoff mit zufriedenstellendem Rückstell·= oder Rückformvermögen hergestellte Sie eignen sich mit großem wirtschaftlichen Vorteil zur Verwendung als Sicherheitsvorrichtungen, etwa als Schutzschalter für elektrische Haushaltsgeräte oder als Wärmeschutzschalter für verschiedene industrielle Vorrichtungen.,

Weben dem vorstehend beschriebenen Verwendungszweck als Bi= metallelement unter Ausnutzung seiner eigentlichen Wirkung läßt sich das erfindungsgemäße Bimetallelement ohne weiteres als Zwischenschicht zwischen zwei laminierten Nickel- oder Kupferblechen oder als Deckschicht für ein Nickel·= oder KupferblechArerwenden, um die Eigenschaften elektrischer Geräte zu verbesserns beispielsweise ihren elektrischen Widerstand herabzusetzen_Θ

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Leerseife

Claims

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel 28 07 3 54 Möhlstraße 37 Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd.. D-8000München80 Kawasaki-shi, Japan Tel· 089/982085-87 Telex: 05 29 802 hnkl d Telegramme: ellipsoid 2 3. fet, Patentansprüche

1.^Bimetallelement, gekennzeichnet durch eine erste Legierungskomponente, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient bei einem wahlfrei festgelegten hohen Temperaturpegel eine schnelle Änderung von mehr als 50 χ 10" /⁰C zeigt, und durch eine zweite, mit der ersten Legierungskomponente verbundene bzw. vereinigte Legierungskomponente, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient bei Temperatüränderung im wesentlichen konstant bleibt.

2. Bi-metallelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturbereich, in welchem sich der thermische Ausdehnungskoeffizient der ersten Legierungskomponente schnell ändert, zwischen 100° und 250⁰C liegt.

3. Bimetallelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierungskomponente aus 15-30 Gew.-% Mangan, Rest im wesentlichen Eisen, besteht.

4. Bimetallelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierungskomponente aus 15 - 30 Gew_e~% Mangan und einem Zusatz, wie 2-15 Gew_o~% Chrom, 2-15 Gew. -% Kobalt und 2-20 Gew„-?£ eines Gemisches aus Chrom und Kobalt, und im Rest im wesentlichen aus Eisen bestehto

609834/089 β ^^ inspected

Ke/Bl/ro

5. Bimetallelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierungskomponente aus 15-25 Gew.-% Mangan und einem Zusatz, wie 2-15 Gew.-% Chrom, 2-15 Gew.-% Kobalt und 2-20 Gew.-% eines Gemisches aus Chrom und Kobalt, und im Rest im wesentlichen aus Eisen besteht.

6. Bimetallelement nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierungskomponente aus 15-25 Gew.-% Mangan und 2-15 Gew.-% Chrom und Kobalt, Rest im wesentlichen Eisen, besteht,

7. Bimetallelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Legierungskomponente denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt wie die erste Legierungskomponente bei einer niedrigeren Temperatur als derjenigen, bei welcher sich der thermische Ausdehnungskoeffizient der ersten Legierungskomponente schnell erhöht.

8. Bimetallelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Legierungskomponente aus einem austenitischen rostfreien Stahl besteht.

9. Verfahren zur Herstellung eines Bimetallelements, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Legierungskomponente, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient eine schnelle Änderung von mehr als 50 χ 10" /⁰C (bei einem bestimmten Temperaturpegel) zeigt, und eine zweite Legierungskomponente, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient bei Temperaturänderung im wesentlichen konstant bleibt, unter Erwärmung geschmiedet werden, daß die beiden Legierungskomponenten miteinander verbunden bzw. vereinigt werden und daß anschließend eine wiederholte Glüh- bzw. Anlaßbehandlung zur Beseitigung von in der ersten Legierungskomponente verbliebenen Bearbeitungsspannungen durchgeführt wird.

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10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Heißschmieden bei einer Temperatur von 1050 - 1100⁰C durchgeführt und das Glühen bzw. Anlassen bei einer Temperatur von 105O⁰C eingeleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient der ersten Legierungskomponente eine schnelle Änderung bei einer Temperatur im Bereich von 100° bis 250⁰C zeigt.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierungskomponente aus 15 - 30 Gew.-^ Mangan, Rest im wesentlichen Eisen, hergestellt wird_e

13. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierungskomponente aus 15 ~ 30 Gew.-% Mangan und einem Zusatz, wie 2-15 Gew.-% Chrom, 2-15 Gew.-% Kobalt und 2-20 Gew.-96 eines Gemisches aus Chrom und Kobalt, und im Rest im wesentlichen aus Eisen hergestellt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierungskomponente aus 15-25 Gew.-% Mangan und einem Zusatz, wie 2-15 Gew.-% Chrom, 2-15 Gew.-% Kobalt und 2-20 Gew.-% eines Gemisches aus Chrom und Kobalt, und im Rest im wesentlichen aus Eisen hergestellt wird,

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierungskomponente aus 15 - 25 Gew.-96 Mangan und 2-15 Gew.-% des Gemisches aus Chrom und Kobalt, Rest im wesentlichen Eisen, hergestellt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Legierungskomponente denselben thermischen Aus-

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dehnungskoeffizienten besitzt wie die erste Legierungskomponente bei einer niedrigeren Temperatur als derjenigen, bei v/elcher sich der thermische Ausdehnungskoeffizient der ersten Legierungskomponente schnell erhöht.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Legierungskomponente aus einem austenitischen rostfreien Stahl hergestellt wird.

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