DE2807854C3 - Bimetallelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Bimetallelement und Verfahren zu seiner Herstellung

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DE2807854C3 DE2807854A DE2807854A DE2807854C3 DE 2807854 C3 DE2807854 C3 DE 2807854C3 DE 2807854 A DE2807854 A DE 2807854A DE 2807854 A DE2807854 A DE 2807854A DE 2807854 C3 DE2807854 C3 DE 2807854C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein Bimetallelement, bestehend aus zwei Bimetall-Legierungskomponenten, von denen die erste im Vergleich zur zweiten einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizient aufweist, und die zweite einen im wesentlichen konstanten thermischen Ausdehnungskoeffizienten ohne Rücksicht auf eine Temperaturänderung aufweist sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bimetallelements.
Ein solches Bimetallelement ist bekannt (DE-PS 25 28 457). Dieses für den Einsatz bei Temperaturen über 500° C dienende bekannte Bimetallelement (DE-OS 25 28 457; S. 3 Abs. 3} weist «nen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der einen Komponente auf, der im Vergleich zu dem im wesentlichen konstanten thermischen Ausdehnungskoeffizienten der anderen Legierungskomponente hoch ist. Als Legierungsbestandteil kommen im wesentlichen Eisen und unter anderem Mangan bis zu ca. 7% (DE-OS 25 28 457, Beispiel S. 3) zum Einsatz.
Von Nachteil bei diesem bekannten Bimetallelement ist die Tatsache, daß es im Bereich unter 500° C praktisch nicht funktionsfähig, d. h. zu langsam ist und hierbei zu kleine Stellkräfte aufweist.
Wenn daher das bekannte Bimetallelement für einen Zweck eingesetzt wird, bei dem sich das Element in einem Temperaturbereich unter 5000C schnell und mit vergleichsweise großen Stellkräften durchbiegen soll, beispielsweise bei unmittelbarer Verwendung des Bimetallelements in einem Kontaktsteuermechanismus, muß ein zusätzlicher schnell ansprechender Treiberbzw. Ansteuermechanismus vorgesehen werden, beispielsweise in Form einer RUckstoßplatte, eines Magneten oder einer Feder, Durch eine Kombination aus einem Bimetallelement und einem solchen schnell ansprechenden Ansteuermechanismus kann die ursprüngliche langsame und schwache Auslenkung des Bimetallelements selbst beschleunigt und verstärkt 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.
3 4
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein 15-25 Gew.-%. Der thermische Ausdehnungskoeffi-
Bimetallelement der eingangs genannten Art vorzu- zient eines Bimetallelements besitzt eine Größe νου
schlagen, das eine schnelle Auslenkung innerhalb eines etwa 50 χ 10-6 bis 400 χ 10-6/°Cin der Nähe des Punks
vorbestimmten Temperaturbereichs unter 5000C mit im angegebenen Bereich des Mangangehalts, bei dem
vergleichsweise großen Stellkräften gewährleistet, 5 eine schnelle Änderung des thermischen Ausdehnungs-
sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen koeffizienten auftritt
Bimetallelements. Chrom ist für ein Bimetallelement wesentlich, um ihm
Diese Aufgabe wird eriindungsgemäß durch die eine hohe Korrosionsbeständigkeit zu verleihen. Der für
kennzeichnenden Merkmale des Vorrichtungsanspru- die Verbesserung der Korrosionsbeständigkei' erfor-
ches 1 und Verfahrensanspruches 5 gelöst. ι ο derliche Chromgehalt liegt bsi mehr als 2 Gew.-%. Im
Durch das erfindungsgemäß ausgebildete Bimetall- Hinblick darauf, daß der thermische Ausdehnungskoef-
element wird also eine erste Legierungskomponente mit fizient des Bimetallelements im oben angegebenen
einem sehr hohen thermischen Ausdehnungskoeffizien- Bereich üegen soll, wird der Chromgehalt auf weniger
ten im Temperaturbereich von 100"C — 25O0C erhalten, als 15 Gew.-% festgelegt und somit bestimmungsgemäß
womit dieses Bimetallelement beispielsweise im Haus- 15 auf 2—15 Gew.-°/o eingestellt.
halt als Sicherheitsvorrichtung für verschiedene Geräte Kobalt gewährleistet dieselbe Wirkung wie Chrom,
verwendet werden kann. Ferner weist das Bimetallele- wobei der Kobaltgehalt aus den angegebenen Gründen
ment gemäß der Erfindung eine hervorragende vorzugsweise im Bereich von 2 — 15 Gew.-% üegen
Verarbeitbarkeit und eine Verbindbarkeit sowie ein sollte.
zufriedenstellendes Rückstellverhalten bei Temperatur- 20 Erfindungsgemäß können sowohl Chrom als auch
änderungen auf. Kobalt zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit
Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Bimetallelements verwendet werden. Hierbei
der Erfindung sind in den Vorrichtungs- und Verfah- empfiehlt es sich, beide Legierungselemente in einer
rensunteransprüchen beschrieben. Gesamtmenge von mehr als 2 Gew.-% zu mischen, um
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele 25 die Korrosionsbeständigkeit des Bimetallelements zu
der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert verbessern. Andererseits sollte der Gesamtgehalt an
Es zeigt Chrom und Kobalt bei weniger als 20 Gew.-°/o liegen
Fig. 1 ein Bimetallelement gemäß der Erfindung im bzw.vorzugsweise 15Gew.-%betragen.
Querschnitt und Die unvermeidlich in den Ausgangsaiaterialien für
F i g. 2 eine grafische Darstellung der Auslenkung des 30 das erfindungsgemäße Bimetallelement vorhandenen
freien Endes des erfindungsgemäß ausgebildeten Verunreinigungen, wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Stick-
Bimetallelements in Abhängigkeit von einer Tempera- stoff, Schwefel, Phosphor sowie Aluminium oder
turänderung im Vergleich zu einem Bimetallelement Silizium, beabsichtigt als Desoxydationsmittel beim
gemäß dem Stand der Technik. Lösen bzw. Schmelzen der Ausgangsstoffe zugesetzt.
Das erfindungsgemäß ausgebildete Bimetallelement 35 beeinträchtigen die Wirksamkeit des erfindungsgemä-
besteht aus einer ersten Legierungskomponente, die bei Ben Bimetallelements nicht, sofern die Gesamtmenge
einer wahlfrei bestimmten Temperatur zwischen 1000C aller dieser Elemente kleiner ist. als 1 Gew.-% Nickel,
und 2500C einen thermischen Ausdehnungskoeffizien- das als die Korrosionsbeständigkeit eines Simetollele-
ten von mehr als 50 χ 10-VC besitzt und einer zweiten, ments verbesserndes Element bekannt ist, hat keinen mit der ersten Komponente verbundenen Legierungs- 40 ungünstigen Einfluß auf die Wirksamkeit dieses
komponente, deren thermischer Ausdehnungskoeffi- Birriitallelements, sofern der Nickelgehalt kleiner ist als
zient relativ zur Temperaturänderung praktisch gleich 3 Gew.-%.
bleibt Die zweite Legierungskomponente besitzt im Die zweite Legierung, welche die Komponente mit
wesentlichen denselben thermischen Ausdehnungskoef- dem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten des erfinfizienten wie die erste Legierungskomponente bei einer 45 dungsgemäßen Bimetallelements bildet, besteht aus
niedrigeren Temperatur als derjenigen, bei welcher sich Invar, d. h. einem Eisen-Nickel-System (mit einem
der thermische Ausdehnungskoeffizient der ersten Nickelanteil im Bereich von 36 — 50 Gew.-%). Die
Komponente schnell vergrößert. zweite Legierung ist bevorzugt von einer Art, deren
Die erste Legierungskomponente besteht aus 15 — 30 thermischer Ausdehnungskoeffizient bei der Tempera-
Gew.-% Mangan und im Rest praktisch aus Eisen. 50 tür, bei welcher der thermische Ausdehnungskoeffizient
Wahlweise kann sie 15 — 30 Gew.-% Mangan sowie der ersten, die Komponente mit großer Ausdehnung des
2-15 Gew.-% Chrom, 2-15 Gew.-°/o Kobalt oder Bimetallelements bildenden Legierung schnell anzustei-
2 - 20 Gew.-% eines Gemisches aus Chrom und Kobalt gen beginnt, praktisch fest bzw. konstant bleibt und
enthalten und im Rest im wesentlichen aus Eisen außerdem kleiner ist als der erhöhte thermische
bestehen. 55 Ausdehnungskoeffizient der ersten Legierung.
Die als sich stark ausdehnende Komponente des Die zweite Legierung mit kleinerer thermischer erfindungsgemäßen Bimetallelements verwendete erste Ausdehnung sollte vorzugsweise aus einer Legierung Legierungskomponente ist bezüglich ihrer Zusammen- bestehen, die praktisch denselben thermischen Ausdehsetzung aus den folgenden Gründen strengen Anforde- nungskoeffizienten besitzt, wie ihn die erste, sich stärker rungen unterworfen. ω ausdehnends Legierung bei einer niedrigeren Tempera-Mangan stellt ein wesentliches Element zur Erhöhung tür als derjenigen zeigt, bei welcher ihr thermischer des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Birne- Ausdehnungskoeffizient schnell anzusteigen beginnt, tallelements sowie zur Ermöglichung einer schnellen Beispielsweise kann diese zweite Legierung aus einem Änderung dieses Koeffizienten in Abhängigkeit von austenitischen rostfreien Stahl bestehen, etwa der Sorte Temperaturänderungen dar. Der geeignete Mangange- 65 SUS 304 oder SUüjIO. Durch Verwendung einer halt, bei dem sich der thermische Ausdehnungskoeffi- zweiten Legierung der angegebenen Art wird die zient bei einer wahlfrei 'umstimmten Temperatur schnell erfindungsgemäß erreichte Wirkung erheblich verbesändert, liegt bei 15 — 30 Gew.-% und vorzugsweise sert.
Im folgenden ist die Erfindung in Beispielen nühcr erläutert.
Beispiel I
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 1 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 Legierungs- > proben 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 Legierungs-ι» proben vor und nach dem Erreichen der Temperatur einer schnellen Verformung sowie die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Legierungsproben im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 20(TC ermittelt.
Tabelle 1 Mn Ni Cu Cr Temperatur der Ausdehnungs Ausdehnungs Ausdehnungs
Prohe schnellen Ände koeffizient vor koeffizient nach koeffizient im
Nr. rung des Aus der schnellen der schnellen Bereich von
dehnungskoeffi Änderung Änderung Raumtem
Chemische Zusammensetzung 6,3 zienten peratur bis
( Ο 200 C
Fe 10,0 - - - keine schnelle _ 12,8 X 10"V C
1 Verformung
15,8 - - - keine schnelle _ - 15,5 X 10"V C
2 18,0 - - - Verformung
Rest 20,3 - - - 228 17,5 X 10"V C 52,OX 10 V C -
3 25,0 - - - 217 18,7 201 -
4 Rest 28,9 - - - 209 21,5 233 -
5 30,0 - - - 161 20,5 175 -
6 Rest 40,8 - - - 150 18,2 94,2 -
7 Rest 121 17,6 53,4 -
8 Rest Rest 11.0 18.3 - keine schnelle - - 11,5 XlO"6/ C
9 Rest Verformung
Rest 1,05 9,11 - 17,9 keine schnelle - - 28,6 X 10V C
10 Rest Verformung
Rest 1,22 20,3 - 24,7 keine schnelle - - 17,8 X 10"V C
11 Verformung
- 0,4 36,7 - - keine schnelle — - 16,9 X 10 V C
12 Verformung
Rest 0,55 42,0 - - keine schnelle - - 2,57 X ir*6/ C
13 Verformung
Rest keine schnelle - - 5,40 X 10"V C
14 Verformung
Rest
Rest
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 Ausdehnungskoef
fizienten 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 SUS 304 und SUS 310.
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 Bimetaüproben (Fig. i) miteinander kombiniert
7 28 07 854 Legierung mit mischen Aus 8 Vergleich
hohem thermischen niedrigem ther- dehnungskoeffi Vergleich
Tabelle 2 Ausdehnungsko- zienten Liingsclastizitätsmodul Beispiel
Probe Nr. Proben-Nr. nach Tabelle 1 effizienten 13 Beispiel
Legierung mit 13 Beispiel
IO 13 Vergleich
I 13 Vergleich
3 13 (kg/nmr) Beispiel
5 13 12 500 Beispiel
15 7 1 1
1 I 		14 700 Beispiel
16 9 11 15 700 Vergleich
17 1 11 15 400 Vergleich
18 3 11 15 100 Beispiel
19 5 11 13400 Beispiel
20 7 12 1 C ΟΛΑ Beispiel
T 1
L· I 		9 12 17 500 Vergleich
22 I 12 17 600
23 3 12 17600
24 5 12 14 100
25 7 16200
26 9 17800
27 18 300
28 18 100
29 14 700
30
Die Bimetallproben wurden wie folgt hergestellt: Zunächst wurden die Proben der Legierung 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 genschaften bezüglich ihrer Auslenk- oder Durchbiegbarkeit in Abhängigkeit von Temperaturänderungen untersucht. Die Bestimmung dieser Durchbiegung erfolgte durch Messung des Ausschlags des überstehenden freien Endabschnitts jeder 100 mm langen Probe; die Ergebnisse sind in F i g. 2 veranschaulicht, in welcher die Pfeile die Richtung angeben, in welcher die Auslenkung der einzelnen Proben infolge der Erwär-
beide Platten weiterhin kaltgewalzt. Das Glühen bzw. Anlassen wurde bei 1050cC 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 «nit einer Größe von Ix 1Ox 100 mm ausgestanzt. Die Wiederholung des Glühens bzw. Anlassens zur gründlichen Beseitigung von Bearbeitungsspannungen ist unerläßlich, um das Auftreten einer schädlichen Phase {«'-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 2. 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 Verhaltensei-
ι j„_ α ui..".ui - „,.r_i_.., is ι~\ r : ~
Hg, UIlVl V1V.J I I VTVUI 1IV-IIO «.ItUlglt. .-VUl »V. \U/ »Viii I I £. 4.
bezieht sich auf die Auslenk- bzw. Durchbiegbarkeit eines typischen bisherigen Bimetallelements (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
so Fe-Ni-Legierung und dessen Komponente mit niedriger \usdehnung aus einer Fe-Ni-Legierung bestand. Kurven (c) bis (e) zeigen die Auslenkbarkeit von erfindungsgemäßen Bimetallelementen (Proben Nr. 27 bis 29), deren Komponente großer Ausdehnung aus einer Fe-Mn-Legierung und deren Komponente geringer Ausdehnung aus einem austenitischen rostfreien Stahl (SUS 310) bestand.
Wie aus F i g. 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 thermi-
f>5 sehen 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 eingestellt werden kann, wobei die Temperatur, bei welcher eine schnelle Auslenkung auftritt, im wesentlichen in einem hohen Bereich von IOO-25O°C liegt. Die Kurven (c) bis (e) zeigen, daß sich der thermische Ausdehnungskoeffizient des erfindungsgemäßen Bimetallelements, dessen Komponente mit geringer Ausdehnung aus einem austenitischen rostfreien Stahl (SUS 310) 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 eine schnelle Auslenkung oder Durchbiegung.
D?.s erfinduntjsciernäßp Bimetallelement d£s 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.
10
Beispiel 2
Es wurde ein Bimetallelement nach demselben Fertigungsverfaitren 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
in Bimetallelement wurden Versuche zur Bestimmung nicht nur seiner Auslenkeigenschaften wie im vorher beschriebenen Fall, sondern auch seiner Korrosionsbeständigkeit durchgeführt.Oer erwähnte Fe-Mn-Legierung wurden I -20 Gew.-% Chrom und ebenso 1 -20 Gew.-% Kobalt in solcher Menge zugesetzt, daß die Gesamtmenge des Gemisches aus Chrom und Kobal' 2-20 Gew.-% betrug. Die Gesamtmasse wurde dann für die Herstellung von Proben in einem Hochfrequenz- !nHiilitinn<;nfen geschmolzen. Die Proben wurden dnbei
2i) 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
2) besitzen sollten. Versuche ergaben, daß die derart angefertigten Bimetallproben genau dieselben Auslenkbzw. Durchbiegungseigenschaften besaßen wie das Fe- Mn-Bimetallelement.
Versuche zur Ermittlung der Korrosionsbeständigkeil wurden mit Proben durchgeführt, welche die chemische Zusammensetzung gemäß der nachstehenden Tabelle 3 besaßen.
Tabelle 3 Chemische
Fe		 Zusammensetzung
Mn Cr		 1 Co Temperatur
schneller Änderung
des therm. Ausdeh-		 Ausdehnungs
koeffizient vor der
schnellen Änderung		 Ausdehnungs
koeffizient nach der
schnelle!. Änderung
Probe Nr. (Gew.-%) 2 ( C) (X 10'6/ C) (X I0"6/ C)
Rest 20 5 175 21,4 230
101 Rest 20 10 - 170 21,5 239
102 Rest 20 15 - 160 20,9 374
103 Rest 20 20 - 140 19,8 357
104 Rest 20 - - 120 20,2 223
105 Rest 20 - - - - 16,6*)
106 Rest 20 - 1 176 19,5 268
107 Rest 20 - 3 164 21,1 283
108 Rest 20 - 5 169 18,6 267
109 Rest 20 - 10 158 20,7 251
110 Rest 20 1 15 154 20,3 173
111 Rest 20 2 20 — - 18,3*)
112 Rest 20 2 1 168 21,0 211
113 Rest 20 5 1 160 20,3 205
114 Rest 20 5 5 161 19,2 272
115 Rest 20 10 1 157 18,7 272
116 Rest 20 t 151 19,8 232
117 Rest 20 3 171 20,1 128
118
Fortsetzung
Probe Nr. Chemische Zusammensetzung
Fe Mn Cr
(Gew.-%)
Temperatur schneller Änderung Co des therm. Ausdeh
nungskoeffizienten
( C) Ausdehnungskoeffizient vor der
schnellen Änderung
(X 10~6/ C)
Ausdehnungskoeffizient nach der schnellen Änderung
(X IO~6/ C)
119 Rest 20 10 5 152 19,9 102
120 Rest 20 3 15 143 18,2 68,0
121 Rest 20 5 20 - - 17,2*) *) Thermischer Ausdehnungskoeffizient bei einer Änderung von Raumtemperatur auf 200 C.
Beim größten Teil der Versuche war der Mangangelialt, wie in Tabelle 3 angegeben, auf 20 Gew.-% festgelegt. Die Legierungskomponenten mit geringer thermischer Ausdehnung wurden aus Hem Material der vorher beschiiebenen 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.
Tabelle 4 Proben-Nummern Legierung mit Gewichtsverlust durch Beispiel
Probe Nr. Legierung mit geringer Korrosion Beispiel
großer Ausdehnung Vergleich
Ausdehnung 11 (mg/cm2) Vergleich
103 14 0,572 Beispiel
122 103 11 0,580 Beispiel
123 101 14 0,872 Vergleich
124 101 11 0,902 Vergleich
125 110 14 0,441 Beispiel
126 110 11 0,408 Beispiel
127 107 14 0,911 Vergleich
128 107 11 0,964 Vergleich
129 118 14 0,245 Vergleich
130 118 11 0,251
131 113 14 0,621
132 113 11 0,630
133 5 1,046
134
Der Korrosionsversuch wurde in der Weise 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 Bimetallelemcnte einen geringeren Gewichtsverlust durch Korrosion erlitten, d.h. 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 hervorragende Korrosionsbeständigkeit.
Die erfindungsgemäßen Bimetallelemente werden, wie in den vorstehenden Beispielen beschrieben, aus einem kostensparenden Werkstoff mit zufriedenstellendem Rückstell- oder Rückformvermögen hergestellt.
Sie eignen sich mit großem wirtschaftlichen Vorteil zur Verwendung als Sicherheitsvorrichtungen, etwa als Schutzschalter für elektrische Haushaltsgeräte oder als Wärmeschutzschalter für verschiedene industrielle Vorrichtungen.
Neben dem vorstehend beschriebenen Verwendungszweck als Bimetallelement 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 Kupferblech verwenden, um die Eigenschaften elektrischer Geräte zu verbessern, beispielsweise ihren elektrischen Widerstand herabzusetzen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:
1. Bimetallelement, bestehend aus zwei Bimetall-Legierungskomponenten, von denen die erste im Vergleich zur zweiten einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, und die zweite einen im wesentlichen konstanten thermischen Ausdehnungskoeffizienten ohne Rücksicht auf eine Temperaturänderung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierungskomponente beginnend bei einer Temperatur von 100° C, einen thermischen Ausdehnungskoeffizient von 50 χ 10-6/°C oder mehr zwischen 100°C und 250°C aufweist, aus 15—30 Gew.-% Mangan und im Rest im wesentlichen aus Eisen besteht und keine Bearbeitungsspannungen aufweist
2. Bimetallelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierungskomponente aus 15—30 Gew.-% Mangan und einem Zusatz, wie 2-15 Gew.-% Chrom, 2-15 Gew.-ö/o Kobalt und 2—20 Gew.-% eines Gemisches aus Chrom und Kobalt, und im Rest im wesentlichen aus Eisen besteht
3. 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
4. Bimetallelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, da3 die erste Legierungskomponente aus 15 — 25 Gew.-% X'ingan und 2 — 15 Gew.-% Chrom und Kobalt, Rest im wesentlichen Eisen, besteht.
5. Verfahren zur Herstellung eines Bimetallelemerts, nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, daß
a) die erste Legierungskomponente, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient 5OxIO-V0C oder mehr zwischen 1000C und 2500C beträgt, und die zweite Legierungskomponente, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient bei Temperaturänderung im wesentlichen konstant bleibt, unter Erwärmung geschmiedet werden,
b) die beiden Legierungskomponenten miteinander verbunden bzw. vereinigt werden, und daß
c) anschließend eine wiederholte Glüh- bzw. Anlaßbehandlung zur Beseitigung von in der ersten Legierungskomponente verbleibenden Bearbeitungsspannungen durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißschmieden bei einer Temperatur von 1050-1100° C durchgeführt und das Glühen bzw. Anlassen bei einer Temperatur von 1050°C eingeleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierungskomponente aus 15 = 30 Gew.-% Mangan, Rest im wesentlichen Eisen, hergestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierungskomponente aus 15-30 Gew.-°/o 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.
9. Verfahren nach Anspruch 5, 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.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierungskomponente aus 15-25 Gew.-% Mangan und 2-15 Gew.-% des Gemisches aus ChrBrn und Kobalt, Rest im wesentlichen Eisen, hergestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 5, 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
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Legierungskomponente aus einem austentischen rostfreien Stahl hergestellt wird.
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