-
Thermobimetall Wenn ein zusammengesetzter Bimetallstreifen von gleichbleibender
Breite und Dicke, wie bekannt, spiralförmig aufgewunden wird, stellt man fest, daß
die Windungen, die dem Mittelpunkt der Spule e am nächsten liegen, sehr steif und
schwierig zu formen sind. Je größer der Durchmesser der Windungen wird, desto leichter
sind sie zu formen und desto weniger steif sind sie.
-
Es ist offenbar, daß die Steifigkeit und Festigkeit von der Krümmung
der Spulenwindungen abhängt. Je geringer die Krümmung, um so geringer ist die Steifigkeit
einer Windung. Daraus ist zu schließen, daß die Steifigkeit der Spirale um so größer
ist, je geringer der Gesamtdurchmesser der Spule ist.
-
Unter Steifigkeit ist hier die Fähigkeit verstanden, mechanischen
verdrehenden Kräften zu widerstehen, z. B. einer Kraft, die die Tendenz hat, die
verschiedenen Spulenwindungen an verschiedenen Teilen zusammenzadrängen, oder Kräfte,
die die Tendenz haben, die Spule in Schwingungen zu versetzen oder zum Zittern zu
bringen.
-
In Thermometern, die mit einem Zifferblatt versehen sind, ist üblich
ein spiralförmig aufgewundenes Bimetall fest an seinem äußeren Ende auf einem es
stützenden Glied angebracht, während das innere Ende mit der Zeigerachse verbunden
und frei ist, um den Zeiger in Abhängigkeit von einerTemperaturänderung über einen
Winkel zu bewegen.
-
Die am meisten gewünschten Eigenschaften bei einem spiralförmig gewundenen
Bimetall zum Gebrauch. mit einem mit Zifferblatt ausgerüsteten Thermometer sind:
a) Steifigkeit, um den Kräften zu widerstehen, die Schwingungen verursachen und
die Windungen in einzelnen Teilen aufeinanderdrängen,
b) eine sehr
starke Abhängigkeit oder große Empfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen c) die
Fähigkeit, den Zeiger über gleich Bereiche des Zifferblattes für gleiche Temp+-raturänderungen
zu bewegen (dies wird nachstehend als Genauigkeit bezeichnet), d) niedrige Herstellungskosten.
e) gedrängte Anordnung, um in den in neuzeitlichen Geräten verfügbaren Raum zu passen.
-
Für den obenerwähnten besonderen Gebrauch ist die Festigkeit des
Bimetalls nicht von großer Bedeutung, weil die von ihm getragene Last leicht ist.
-
Bisher sind diese spiralförmig gewundenen Bimetalle für solche Geräte,
wie Thermometer mit Zifferblatt, sehr empfindl ich gewesen und außerordentlich empfindlich
gegen Schwingungen und allgemein gegen verdrehende Iräfte.
-
Da der Grad des Ansprechens auf Temperaturänderungen von gleiche
Bimetallstreifen innerhalb gewisser Grenzen umgekehrt proportional zu der Dicke
und unabhängig von der Breite ist, ging die Neigung dahin, das Bimetall recht dünn
zu machen und seine Steifigkeit durch Nergrößerung der Breite zu erhöhen.
-
Unangenebmerwei se verursacht die Erhöhung der Breite eines dünnen
Bimetalls, insbesondere eines aufgewickelten Bimetall, eine Biegung des Streifens
in rechten winkeln zu der üblich in Abhängigkeit votl Temperaturänderungen erfolgenden
Biegungsrichtung.
-
Dieses kreuzweise Biegen beeinträchtigt die normale Ausbiegung des
freien Endes, und der Zeiger gibt keille genauen Temperaturablesungen.
-
Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein schmales Bimetall von
gleichhleiiender Breite und Dicke zu verwenden und dann die Dicke ZU vergrößern,
um die Steifigkeit zu erhöhen.
-
Es wurde jedoch gefunden, daß, wenn die äußeren Spulenwindungeii genügend
dicke gemacht werden, um die gewünschte Steifigkeit zu geben, dann die inneren Windungen
eine erheblich höhere Steifigkeit aufweisen als erforderlicll wäre, und auf diese
Weise bei den inneren Windungen teueres Metall unnötigerweise verbraucht wird. Wichtiger
jedoch noch als die Vergeudung kostspieligen Nverkstoffes ist die verminderte Empfindlichkeit
des Ansprechens auf Temperaturschwankungen bei einem solchen Bimetall und die Schwierigkeit,
Windungen dicht bis al den Spulenmittelpunkt heran zu wickeln.
-
Um über einige der Mängel hinwegzukommen. die breite und dünne oder
schmale und dicke zusammengesetzte Bimetalle für Thermometer mit Zifferblatt aufweisen,
ist vorgeschlagen worden, dünne Bimetalle zu verwenden, die sich gleichmäßig in
der Breite ;er verjüngen. Diese sind an dem befestigten « gnde verhältnismäßig breit
und verjüngen sich nach dem freien Ende hin in der Breite.
-
Dieser Vorschlag ist ein Schritt in der richtigen Richtung. Br ermöglicht
Sparsamkeit beim Gebrauch von teurem Bimetall und gestattet, die Windungen bis dicht
an den Spulenmittelpunkt heranzuführen. Jedoch wird hierdurch nur in geringem Maße
das lästige kreuzweise Biegen beseitigt und die Genauigkeit oder die gedrängte Anordnung
in spiralförmig gewundenen Elementen nicht begünstigt.
-
Die Erfindung besteht darin, daß sich jede einzelne Bimetallkomponente
eines aus mehreren Metallstreifen zusammengesetzten Thermobimetalls über ihre Länge
in der Dicke verjüngt und von beiden Komponenten die Enden mit der größeren Dicke
an dem einen Ende des Thermobimetalls und die Enden mit der geringeren Dicke an
seinem anderen Ende liegen. Weitere Ausgestaltungen dieses erfindungsgemäßen Thermobimetalls
bilden den Inhalt der Ansprüche 2 bis 8, während die Ansprüche g bis 1 1 Verfahren
zur Herstellung solcher Bimetalle betreffen.
-
Durch die Erfindung wird ein verbessertes Thermobimetall gesehaffen,
in dem die Verteilung des Werkstoffes, aus dem das Bimetall hergestellt ist, in
solcher Weise erfolgt, daß dadurch befriedigende Steifigkeit, Festigkeit, hohe Empfindlichkeit
beim Ansprechen auf Temperaturschwankungen, Genauigkeit und gedrängte Raumanordnung
bei sparsamem Verbrauch des Bimetallwerkstoffes erreicht werden.
-
Ein Bimetall gemäß der Erfindung kann wirtschaftlich in verschiedenen
Stärken durch Anwendung eines üblichen Walzwerkes hergestellt werden.
-
Man hat festgestellt, daß ein Thermo bimetall, das sich in der Dicke
verjüngt und von gleichbleibender Breite ist und das als wirkliche Freiträger mit
gleichmäßiger Festigkeit gestaltet ist, bei gegebener Festigkeit, Empfindlichkeit
für Temperaturschwankungen und Genauigkeit besonders wirtschaftlich im Werkstoffverbrauch
ist. Die Empfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen ist annähernd doppelt so groß
als bei einem gleich langenBimetallstreifen mit den gleichen Abmessungen am eingespannten
Ende, der jedoch ron gleichbleibender Breite und Dicke ist.
-
Ein Freiträger von gleichmäßiger Festigkeit ist ein solcher, bei
dem die Spannung je Querschnittseinheit für alle Querschnitte über die ganze Länge
hin konstant ist; diese Bezeichnung soll auf solche Freiträger beschränkt
sein,
die dazu bestimmt sind, am freien Ende eine konzentrierte Last zu tragen.
-
Das oben Ausgeführte bezieht sich auch auf spiralförmig gewundene
Elemente, bei denen das dicke Ende dem Spulenmittelpunkt am nächsten liegt. Abb.
2 zeigt ein derartiges Thermobimetall.
-
Der gerade zusammengesetzte Streifen. ist vor dem Aufwinden als eine
Art Freiträger mit gleichmäßiger Festigkeit gestaltet und hat an den beiden Enden
ein Dickenverhältnis von 3 Zu I.
-
Die Vorrichtung nach Abb. 2 besteht aus einem spiralförmig gewundenen,
hartgewalzten, zusammengesetzten Bimetallstreifen 5, der sich in der Dicke gleichmäßig
verjüngt und mit seinem dickeren bzw. inneren Ende durch die Schraube 27 an der
feststehenden Achse 28 befestigt ist, die sich im Spulenmittelpunkt befindet. Das
dünnere, in diesem Falle äußere Ende 29 ist frei und bewegt sich bei Temperaturänderungen.
-
Das Bimetall gemäß Abb. 2 wird hauptsächlich für temperaturempfindliche
Instrumente benutzt, wo das Bimetall am freien Ende eine Last tragen soll, so z.
B., wenn der Bimetallstreifen eine Klinke herabdrücken soll, und weiterhin für Wassertemperaturkontrollapparate
an Automobilmotoren. Er findet ferner Anwendung bei selbsttätigen elektrischen Schaltern,
wo infolge seiner verminderten Oberfläche nur ein kleiner Teil des freien Endes
des Bimetalls durch den Widerstand eines das Bimetall durchfließenden elektrischen
Stromes erhitzt wird. Die Wärme wird vom freien Ende durch Leitung auf die übrigen
Teile des Gerätes übertragen. Der Zeitraum, der erforderlich ist, um das ganze Gerät
in der oben beschriebenen Weise zu erhitzen, macht diese Art von Geräten ganz besonders
geeignet fürUmschalter, die verzögert auf Überlastung ansprechen sollen.
-
Es wurde weiterbin gefunden, daß bei Elementen, bei denen die Festigkeit
keine erhebliche Rolle spielt, ein sich in der Dicke verjüngendes Element, das ursprünglich
für einen Freiträger von gleichmäßiger Festigkeit vorgesehen war, eine beträchtliche
Steifigkeit aufweist, wenn es mit dem dünneren Ende dem Spulenmittelpunkt zunächst
ge4ckelt wird und das dickere Ende am äußeren Spulenende befestigt wird (Abb. I).
-
Ein so gewickeltes Element ist weiterhin annähernd doppelt so empfindlich
gegen Temperaturschwankungen und hat ein geringeres Gewicht als eine andere Spule
gleicher Länge und von denselben Abmessungen am eingespannten Ende, jedoch von gleichbleibender
Breite und Dicke.
-
Das Bimetall in Abb. I ist hauptsächlich für Anwendungszwecke bestimmt,
wo die zu leistende Arbeit verhältnismäßig gering ist, enva wie bei Thermometern
mit Slçalen. Es kann vorteilhaft auch Anwendung finden bei selbsttätig kontrollierten
Verschlüssen und bietet vielfache Verwendungsmöglichkeiten als Temperaturregler
bei Automobilmotoren Die Vorrichtung nach Abb. I besteht aus einem spiralförmig
gewundenen, hartgewal zten, zusammengesetzten Bimetallstreifen 5, der sich in der
Dicke über die. Länge hin verjünigt und an leinem Punkte in der Nähe seines äußeren
dickeren Endes 20 mit einer Niete 21 starr an einer feststehenden Stützvorrichtung
19 befestigt ist. Das innere bzw. dünnere Ende 22 ist durch die Schraube 24 mit
der Achse 23 verbunden. Der Zeiger 25 ist starr mit dem Ende der Achse verbunden
und bewegt sich über die feststehende Skala 26.
-
Bei Temperaturänderungen bewegen sich das innere Ende des gewundenen
Bimetalles, die Achse und der Zeiger zusammen als eine Einheit um den Spuienmittelpunkt
und rufen dadurch ein Bewegen des Zeigers über die Skala hervor.
-
Das Bimetall nach Abb. I verjüngt sich in der Dicke gleichmäßig über
die ganze Länge hin und ist mit dem dünneren Ende dem Spulenmittelpunkt zunächst
gewickelt, um dadurch allen Spulenwindungen im wesentlichen die gleiche Steifigkeit
zu geben, so daß sie Schwingungen und anderen mechanischenverdrehenden Kräften widerstehen
können, die das Bestreben haben, den Zeiger zum Zittern zu bringen und die verschiedenen
Windungen an gewissen Stellen zusammenzudrücken.
-
Bei dieser Anordnung bleiben die Windungen des Bimetalls bei jeder
Last und unter allen Temperaturbedingungen im wesentlichen konzentrisch um den Spulenmittelpunkt,
wenn das richtige Dickenverhältnis zwischen den beiden Streifenenden besteht.
-
Die ideale Anordnung des Materials in einem Element, die höchste
Temperaturempfindlichkeit, Genauigkeit und gedrängte Raumanordnung, zugleich mit
Wirtschaftlichkeit im Verbrauch des kostspieligen Materials bei gegebener Steifigkeit
erzielt, liegt dann vor, wenn das Bimetall aus. einem zusammengesetzten Streifen
hergestellt ist, der einem Freiträger mit gleichmäßiger Festigkeit. so ähnlich als
möglich gestaltet ist.
-
Weiterhin wird es bei obiger Anordnung infolge der Möglichkeit, die
Windungen ganz dicht um den Spulenmittelpunkt zu führen, unnötig, ein Lager für
die Konzentrischerhaltung derZeigerachse im Gestell oder der Skala des Instrurnentes
anzubringen, und man schaltet so die Reibung aus und vermeidet damit Ablesefehler,
die aus dieser Quelle kommen könnten.
-
Es wurde gefunden, daß der Streifen eine
Abart eines
Freiträgers von gleichmäßiger Festigkeit und somit gut geeignet für Thermometer
mit Zifferblatt ist, wenn das Dickenverhältnis zwischen den beiden Enden des sich
gleichmäßig verjüngenden Elementes etwa 3 zu I ist. Während jedoch das Bimetall
aus einem ursprünglich gleichmäßig sich verj üngenden geraden Streifen von im wesentlichen
Freiträgerform gebildet worden ist, ist dieser sich verjüngende Streifen, nachdem
er aufgewunden und in dieser besonderen Art montiert ist, nicht länger mehr eine
Abart eines Freiträgers von gleichmäßiger Festigkeit.
-
Leider ist es nicht möglich, unter Verwendung gewöhnlicher Wal zwerkseinrichtungen
wirtschaftlich solche sich verjüngenden Elemente von gleichmäßiger Festigkeit herzustellen.
wie aus dem Folgenden hervorgeht.
-
Ein sich verjüngender Freiträger von gleichmäßiger Festigkeit und
Breite mit einer konzentrierten Last am freien Ende kann wie folgt dargestellt werden:
Hierin ist: die -die Dicke des Freiträgers am eingespannten Ende, (L') - die Länge
des Freiträgers, (x) - die Dicke an einem beliebigen Punkt (x), gemessen vom freien
Ende des Freiträgers nach dem feststehenden Ende hin.
-
Wenn man die Größen (X1t) und (L) kennt, ist es leicht, die Dicke
(dx) in irgendeinem beliebigen Punkt (.r) zu finden.
-
Der obige Ausdruck ist die Gleichung einer Parabel und wird graphisch
dargestellt durch die gekrümmte Grundlinie I und die Schweißlinie 7 an Bimetall
3 in Abb. I6.
-
I)ie Herstellung von Bimetallen gemäß der Erfindung sei nachstehend
an Hand der Abbildungen 3 bis IS erläutert.
-
Abb. 3 ist die Ansicht einer Metallbramme und eines Paares sich ergänzender
Schichten, die davon abgeschnitten sind.
-
Abb. 4 ist ein Schnitt durch eine hitzebeständige Gußform, die einen
in zwei Teile zerlegbaren zusammengesetzten Block enthält, der durch Gießen geschmolzenen
Metalles um die beiden in Abb. 3 gezeigten Schichten hergestellt ist.
-
Abb. 5 ist eine Längsansicht, teils im Schnitt, von diesem zweiteiligen
Block, der durch Walzen verformt ist.
-
Abb. 6 zeigt die Längsansicht eines sich ergänzenden Paares Bimetallstreifen,
die durch Herunterwalzen des Teiles A des Blockes in Abb. 5 hergestellt ist.
-
Abb. 7 zeigt in Längsansicht ein sich ergänzendes Paar von Bimetallstreifen,
die durch Herunterwalzen des Teiles B des Blockes in Abb. 5 hergestellt sind.
-
Abb. 8 ist die Längsseitenansicht eines sich gleichmäßig verjüngenden
Bimetalls, das wie ein Freiträger befestigt ist.
-
Abb. g ist ein zweiteiliger Block, aus dem durch Herunterwalzen mehrere
Bimetallstreifen hergestellt werden können, die gleich und ähnlich denen in Abb.
8 sind.
-
Abb. IO ist die Längsseitenansicht eines Bimetalls, bei dem eine
Seite durch einen Teil einer Sinuskurve dargestellt wird.
-
Abb. 1 1 ist die Seitenansicht eines zwei teiligen Blockes, der zur
Herstellung einer Anzahl von Bimetallstreifen dient, die alle gleich und ähnlich
denen der Abb. IO sind.
-
Abb. 12 und l 4 sind Ansichten von Bimetallen, die Abarten des in
Abb. Io gezeigten Bimetalls sind, und Abb. I3 und 15 sind die entsprechenden Blöcke,
aus denen durch Herunterwalzen mehrere Bimetallstreifen hergestellt werden können,
die alle gleich und ähnlich den Bimetallen in Abb. 12 bzw. Abb. 14 sind.
-
Abb. I6 ist eine Längsseitenansicht eines zusammengesetzten, als
ein wirklicher Freiträger gestalteten Bimetalls mit gleichmaßiger Festigkeit, dessen
eine Seite durch einen Teil einer Parabel dargestellt wird.
-
Abb. I7 ist eine Längsseitenansicht eines zweiteiligen Blockes, der
zur Herstellung des Bimetalls in Abb. I6 verwendet wird.
-
Abb. r8 ist der Grundriß eines beliebigen der Bimetalle nach Abb.
8, IO, 12, 14 und I6, aus dem ersichtlich ist, daß die Breite in jedem Falle über
die ganze Länge hin gleichmäßig bleibt.
-
Für die Herstellung von Thermobimetallen, die sich gemäß der Erfindung
über die Dicke verjüngen, wie das Bimetall 5 in Abb. 6 oder 30 und 3I in Abb. 7,
wird zuerst ein zweiteiliger Block 44, Abb. 5, hergestellt. Dieser Block ist längs
der Linie 43 deutlich in zwei übereinanderliegende Blöcke getrennt oder geteilt.
-
Für die Herstellung des zweigeteilten Blokkes wird vorteilhaft eine
Bramme 32 eines Metalls mit geringem Ausdehnungskoeffizienten, etwa 36°lOiges Xickeleisen,
Abb. 3, genommen, darauf Leitlinien gezogen und dann mit einer feinen Bandsäge die
sich ergänzenden Teile oder Schichten 33 und 34 abgeschnitten.
-
Die sich berührenden Oberflächen der beiden aus 360/0igem Nickeleisen
bestehenden Schichten werden dann mit einem feuerfesten Werkstoff überzogen, etwa
pulverisiertem Magnesiumoxyd gemischt mit Natriumsilicat, um bei dem späteren Walzvorgang
ein Zusammenkleben dieser Oberflächen zu verhindern.
-
Die beiden Nickeleisenschichten werden dann in genauer Übereinstimmung
aneinandergelegt und die sich berührenden Oberflächen mit dem dazwischen befindlichen
feuerfesten Werkstoff dann entlang ihren äußeren Kanten im Lichtbogenschweißverfahren
mit einem Metallüberzug nach außen hin abgeschlossen.
-
Teile dieses Schweißmetalls sieht man bei 35, in Abb. 4. Eine kleine
Öffnung wird in dem Schweißmetall erst noch offen gelassen und die Nickeleisenschichten
auf ungefähr 2600 C erhitzt, um die Gase herauszutreiben, und danach wird die Öffnung
geschlossen. Am oberen Ende der Teile wird dann der mit Gewinde versehene Stahlstab
36 angeschweißt.
-
Danach werden sämtliche äußeren Nickeleisenoberflächen sorgfältig
gereinigt und elektrolytisch in starker Salzsäure gebeizt.
-
Die Oberflächen werden dann vorteilhaft mit einem leicht schmelzbaren
Flußmittel, etwa 60 bis 80 % KH F2, Rest Borsäure, überzogen.
-
Über das Flußmittel wird dann eine Faserstoffhülle, etwa aus Segelstoff,
gewickelt. Um diese Hülle herum sind verschiedene Schichten dünnen Kupferbleches
gewickelt, die später, wenn in der Gußform um die Nickeleisenblöcke herum geschmolzene
Bronze gegossen wird, zum Schmelzen kommen und; sich mit dieser vermischen.
-
Schließlich werden die so geschützten Nickeleisenblöcke in die Mitte
einer hitzebeständigen Gußform 38, Abb. 4, gesetzt und durch eine grobe Schicht
poröser Holzkohle vor Berührung mit dem Boden und den Seiten der Gußform geschützt.
Die Blöcke werden dann mit dem Stahldraht 36 und der Schraubenmutter 39 an der Gußformwand
37 befestigt.
-
Danach wird durch die Öffnung 41 in der Formwand ein bis auf etwa
12000 C erhitztes Metall 40 mit großen Ausdehnungskoeffizienten, z. B. Bronze, schnell
um die Niclçeleisenblöcke herum gegossen.
-
Das Flußmittel entfernt, wenn es geschmolzen ist, das hoch feuerfeste
Oxyd vom Nickeleisen. Die äußere Kupferhülle schmilzt in die Bronze hinein, und
das Segeltuch zersetzt sich und bildet Kohlenstoff in Form von Holzkohle und ein
reduzierendes Gas, das die Bildung neuer Oxyde auf der Nickeleisenoberfläche verhindert
und auch Oxyde in der geschmolzenen Bronze reduziert.
-
Die Gußform und ihr Inhalt werden dann nochmals bis zu etwa II500
C oder etwas unter dem Schmelzpunkt der Bronze erhitzt.
-
Dieses nochmalige Erhitzen bewirkt eine Reduktion aller noch vorhandenen
Oxyde durch den Kohlenstoff, und die Bronze wird dann gut flüssig und verbindet
sich mit den sauberen Oberflächen des Nickeleisens.
-
Der so hergestellte zweiteilige zusamtnengesetzte Block wird nun
rasch auf etwa 7600 C abgekühlt; bei dieser Temperatur wird er aus der Gußform herausgenommen
und erst heiß und dann kalt gewalzt, wie in Abb. 5 dargestellt.
-
Nach dem Heißwalzen gestattet man dem Block eine Abkühlung auf Zimmertemperatur.
-
Die durch die gestrichelten Linien 42 in Abb.4 bezeichnete überschüssige
Bronze wird maschinell entfernt, und die, Bramme wird dann kalt bis zu der gewünschten
Endstärke der Deiden sich verjüngenden Streifen heruntergewalzt oder gezogen. Das
Hartwalzen oder Ziehen härtet den Streifen, wodurch die Festigkeit, Zähigkeit und
Elastizität des fertigen sich verjüngenden Bimetallstreifens erhöht wird.
-
Die Bimetalle 5 in Abb. 6 entsprechen dem Abschnitt (A) des Blockes
in Abb. 5 nach dem Walzen, und ebenso entsprechen die Bimetalle 30 und 3I in Abb.
7 dem heruntergewaizten Abschnitt (B) in Abb. 5.
-
Das Bimetall 5 in Abb.6 gibt inDiagrammform das sich verjüngende
Bimetall 5 entsprechend Abb. I und 2 wieder.
-
Bei der Herstellung der sich verjüngenden Thermobimetalle können
an Stelle der Bronze-Nickeleisen-Zusammenstellung auch andere Legierungen mit verschieden
hoher oder geringer Ausdehnung verwendet werden. Beispielsweise wird für hohe Temperaturen
vorteilhaft als Metall geringer Ausdehnung an Stelle des 36%igen Nickeleisens 42%iger
Nickelstahl und als Metall mit hoher Ausdehnung eine Eisenlegierung, enthaltend
12 Wo Nickel, 5 Wo Mangan 3,5 °í° Chrom, o,6 Wo Kohlenstoff, Rest Eisen, genommen.
-
Um ein korrosionsbeständiges Bimetall zu erhalten, wählt man vorteilhaft
für die Seite mit geringerer Ausdehnung eine Legierung, bestehend aus 16% Chrom,
1% Mangan, 0,5% Kupfer, 0,1% Kohlenstoff, Rest Eisen.
-
Für die Seite mit hoher Ausdehnung nimmt man eine Legierung, bestehend
aus iS Wo Chrom, 4 bis 6 Q,o Mangan, 2 bis 3 Wo Kupfer, 0,1% Kohlenstoff, 2 bis
4% Nickel, Rest Eisen.
-
Wenn das herumzugießende Metall eine eisenhaltige Legierung ist,
verwendet man vorteithaft an Stelle des Kupferbleches als Schutzhülle des Blocks
Eisen und an Stelle der Segeltuchhülle Eisenoxalat. Der Block wird dann vor dem
Walzen auf die Schweißtemperatur von etwa 12000 C erhitzt.
-
Weiterhin, wenn man diese Zusammenstellung, Bronze-Nideleisen, benutzt,
können die festen Blöcke 33 und 3ß, Abb. 4, Bronze und das geschmolzene und darum
herumgegossene Metall Nickeleisen sein. In diesem Falle dient ein sorgfältig gestalteter,
dünner
Streifen aus austenitischem Stahl als Trennschicht zwischen
den beiden Bronzeblöcken.
-
Die Bronzeschichten werden mit dem Stahlband dazwischen zusammengefügt,
indem man die Außenkanten ringsherum mit einem Bronzeüberzug verschweißt. Die äußeren
Bronzeoberflächen werden erst durch das Flußmittel, dann darüber durch eine Schicht
von Eisenoxalat und schließlich durch verschiedene Schichten von Eisen geschützt,
das in das Nickeleisen hitleinschmilzt, wenn dieses um die Blöcke gegossen wird.
-
Bei dieser oben geschilderten Anordnung ist kein nochmaliges Erhitzen
des zusammengesetzten Blockes vor dem Walzen erforderlich, da das geschmolzene Nickeleisen
bewirkt, daß eine ganz dünne Schicht der Bronze schmilzt, so daß das eisenhaltige
Metall sich mit der Bronzeoberfläche verbinden kann, ohne daß man das Ganze noch
einmal zu erhitzen braucht. Die erste Walztemperatur liegt bei etwa ,60° C, danach
wird dann kalt bis zu der gewünschten Endstärke gewalzt.
-
Schließlich besteht noch eine weitere Möglichkeit für die Herstellung
der zweiteiligen Blöcke, und zwar werden die Nickeleisen blöcke 33 und 34 mit einer
feuerfesten Schicht dazwischen an den Aul3enkanten entlang zusammengeschweißt.
-
Diese Nickeleisenschichten werden dann zwischen ein Paar genau zugeschnittene
Teile gelegt, die dem Metall 40 in Abb. 4 entsprechen, die aber von einer festen
Bramme einer Eisen legierung mit hohem Ansdehnungskoeffizienten abgeschnitten sind.
-
Zwischen jede Nickeleisenschicht und Metall schicht mit hoher ,Xusdehnung
wird eine dicke Zwischenlage pulverisierten Eisenosalates gebracht.
-
Dann werden drei oder vier dünne Schicht ten Flußeisen um das Ganze
herumgewickelt.
-
Der Längssaum und die beiden Enden werden dann durch Schweißen geschlossen.
-
Das so entstandene Paket wird nun auf etwa 12000 C erhitzt und bei
dieser Temperatur gewalzt.
-
Das Oxalat zerfällt, bildet eine reduzierende Atmosphäre und hinterläßt
eine Schicht aufgekohlten Eisens zwischen dem Nickeleisenteil und dem Metallteil
mit hoher Aus dehnung. Dieses Eisen wirkt als Flußmittel und schweißt die Oberflächen
der beiden Metalle beim Heißwalzen zusammen. Nach dem Walzen ist der Arbeitsgang
der gleiche wie bei den vorher aufgeführten Verfahren.
-
Wie oben erwähnt, ist die ideale Begrenzungslinie fiir die eine Seite
des fertigen Bimetalls und für die Trennlinie zwischen den beiden Bimetallwerkstoffen
eine Parabel, wie dies in Abb. I6 dargestellt ist.
-
In Abb. 17 wird bei 4 die Seitenansicht von einem zweiteiligen Block
gegeben, der längs der Linie I geteilt ist. Wenn dieser Block heruntergewalzt wird,
so wird der Teil 3, der im Schnitt dargestellt ist, zu dem Bimetall in Abb. I6.
Da die Trennungslinie I aus einer Gruppe von Parabeln besteht, ist es nicht möglich,
aus diesem Block mehrere Elemente herzustellen, die alle gleich und ähnlich denen
in Abb. I6 sind, da die beiden Teile dieses Blockes ungleich sind. Darum ist es
nicht möglich, durch Herunterwalzen eines zweiteiligen Blockes echte Freiträger
von gleichmäl'>iger Festigkeit auf wirtschaftliche Weise herzustellen.
-
Immerhin lassen sich weitgehende Annäherungen und Abarten von echten
Freiträgern mit gleichmäßiger Festigkeit ganz gut durch Herunterwalzen eines zweiteiligen
Blockes mit einer üblichen Walzwerkseinrichtung herstellen. Ein derartiges Bimetall
ist wiedergegeben in dem sich gleichmäßig verjüngenden Bimetall 5 in Abb. 8. Dies
kann hergestellt werden, indem man den zweiteiligen Block 6 in Abb.g, der eine Trennungslinie
7 hat, herunterwalzt. Das Stärkenverhältnis zwischen den beiden verschiedenen Metallen
8 und 9, die längs der Linie I0 vereinigt sind, ist im wesentlichen für alle Punkte
längs der Oberfläche des Bimetalls gleichbleibend, und um beste Ergebnisse zu erzielen,
sollten die beiden verschiedenen Metalle an allen entsprechenden Querschnitten die
gleiche Stärke haben. Wenn das Dickenverhältnis an den beiden Enden etwa 3 zu I
ist, so wird das Bimetall eine Abart von Freiträgern mit gleichmäßiger Festigkeit.
-
Wenn der obenerwähnte Block, Abb. 9, heruntergewalzt wird, so wird
aus dem Teil 5, der im Schnitt dargestellt ist, das Bimetall in Abb. 8, und es läßt
sich durch Herunterwalzen dieses zweiteiligen Blockes eine ganze Anzahl solcher
Bimetallstreifen herstellen, die alle gleich und ähnlich sind.
-
Abb. Io zeigt die Seitenansicht eines Bimetalls I I, das durch die
gerade Linie 12 und den Teil einer Sinuskurve I3 begrenzt wird, die vom Mittelpunkt
eines Wellenberges 14 bis zum Mittelpunkt des nächsten Wellentales I5 reicht.
-
Die Linie I6, die auch eine Sinuskurve ist, gibt die Schweißverbindung
zwischen den beiden verschiedenen zusammengesetzten Metallen I7 und I8 wieder. Das
Dickenverhältuis der beiden Metalle ist an allen Punkten längs der Oberfläche annähernd
gleichbleibend und gleich.
-
Abb. II ist die Seitenansicht eines zweiteiligen zusammengesetzten
Blockes, aus dem das Bimetall nach Abb. 10 durch Herunterwalzen hergestellt wurde.
Der Teil des Block kes II, der im Schnitt dargestellt ist, wird
zum
Bimetall II in Abb. I0, und die Trennungslinie I3, die ebenfalls eine Sinuskurve
ist, teilt den Block in zwei trennbare Teile.
-
Es ist zu beachten, daß durch Herunterwalzen dieses Blockes und sorgfältiges
Ausein an derschnei den der gewalzten Streifen eine Mehrzahl vonl Bimetallstreifen
hergestellt werden kann, die alle gleich und ähnlich sind.
-
Die Bimetalle in Abb. 8, 12 und 14 sind alle Abwandlungen desjenigen
in Abb. I0, und die entsprechenden zweiteiligen Blöcke in Abb. 9, I3 und 15, aus
denen die obenerwähnten Bimetalle hergestellt wurden, sind Abwandlungen des Blockes
in Abb. II. Eine Mehrzahl von sich verjüngenden Bimetallstreifen, die alle gleich
und ähnlich sind, kann durch Herunterwalzen aus irgendeinem der obengenannten Blöcke
hergestellt werden.
-
Ganz allgemein soll noch einmal festgestellt werden, daß sich eine
Mehrzahl von untereinander gleichen und ähnlichen Bimetallstreifen durch Herunterwalzen
eines sorgfältig vorbereiteten zweiteiligen zusammengesetzten Blockes mit einem
üblichen Walzwerk erzielen läßt, wenn in der Seitenansicht die Fläche eines Bimetalls
durch eine gerade Linie und einen Teil einer Sinuskurve oder einer Abwandlung einer
solchen begrenzt ist, die sich von einem Wellenbergrnittelpunkt bis zum nächstfolgenden
Wellentalmittelpunkt erstreckt.
-
Wenn dagegen die Oberfläche eines sichverjüngenden Bimetalls in der
Seitenansicht durch einen Teil einer Parabel, eines Kreises oder einer Ellipse dargestellt
wird, dann ist es nicht möglich, eine Mehrzahl von gleichen und ähnlichen Bimetallen
durch Herunterwalzen eines zweiteiligen Blockes herzustellen.
-
Das Bimetall 3 in Abb. I6 gehört in diese Gruppe.
-
Es können durch Herunterwalzen eines zweiteiligen Blockes mitRvorher
sorgfältig berechneten Abmessungen Bimetalle von annähernd jeder gewünschten Länge
oder Verjüngung oder mit gewünschtem Dickenverhältnis der Metallkomponenten hergestellt
werden.
-
Wenn der Block längs gewalzt wird, so wächst die Länge ini direkten
Verhältnis zu der Dickenabnahme, und die Breite bleibt im wesentlichen unverändert.
Das Verhältnis zwischen der Dicke der beiden Metalle an den Enden bleibt konstant,
und das Verhältnis der Dicken der Metallkomponenten bleibt bei jedem Querschnitt
im Element konstant, wenn es bereits im Block konstant war.
-
Es ist bemerkenswert, daß die Länge aller sich verjüngenden Bimetalle
bereits in dem zweiteiligen Block bestimmt und festgelegt ist. Der Block muß nach
dem Walzen kreuzweise in Teile einer ganz bestimmten Länge geschnitten werden, um
eine Mehrzahl von untereinander gleichen und ähnlichen Bimetallstreifen zu ergeben.
Der Teil der Sinuskurve oder ihrer Abwandlung, der in der Seitenansicht die Trennungslinie
zwischen einem Paar sich ergänzender, sich verjüngender Bimetallstreifen darstellt,
muß so beschaffen sein, daß er eine rechteckige Fläche in zwei gleiche und ähnliche
Teile teilt.
-
Der. einzige Teil einer Sinuskurve oder einer abgewandelten Sinuskurve,
der diese Be dingungen erfüllt, ist der Teil, der sich vom Mittelpunkt eines Wellenberges
bis zum Mittelpunkt des benachbarten Wellentales erstreckt.