DE834911C

DE834911C - Thermoelemente mit hoher Thermokraft und hoher Hitzebestaendigkeit

Info

Publication number: DE834911C
Application number: DEH969A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Hessenbruch
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1938-08-02
Filing date: 1938-08-02
Publication date: 1952-03-24

Description

Thermoelemente mit hoher Thermokraft und hoher Hitzebeständigkeit Zum Messen von Temperaturen dienen in der Technik im weitesten Maße Thermoelemente aus unedlen Metallen. Man sucht dabei die beiden Schenkel der Thermoelemente so aus, daß eine möglichst hohe Thermokraft entsteht, weil dadurch die Ablesegenauigkeit größer wird. Die Auswahl der 1?lementpaare wird jedoch dadurch beschränkt, daß die Metalle und Legierungen gleichzeitig bei den hohen Temperaturen beständig sein müssen gegenüber den Ofengasen, z. B. der erhitzten Luft. Man kann zwar durch Legieren eine größere Hitzebeständigkeit erzielen, z. B. indem man dem Nickel Chrom oder in Mengen bis zu einigen Prozent Aluminium zusetzt, jedoch wird dadurch die Thermokraft wieder wesentlich beeinflußt. Zusätze der seltenen 1?rdmetalle oder der Zirkongruppe zu Kupfer, 1?isen und Silber verändern die Potentialdifferenz des Reinmetalls gegen den zweiten h,lementschenkel I)eliebiger Zusammensetzung wesentlich und simd zu diesem Zweck als Zusätze zu den genannten Metallen bekannt. Bekannt ist ferner ein Zusatz von Zirkon zu Legierungen aus Eisen, Kobalt, Nickel, Silber, Gold, Beryllium, Zink, Zinn, Aluminium für Federn, Lagerschalen u. dgl. Der Zirkonzusatz soll die mechanischen Eigenschatten der Legierungen insbesondere hinsichtlich der elastischen Dauerbeanspruchung und der Reibungsbeanspruchung bei erhöhten Temperaturen verbessern. Um die Sprödigkeit von Nickel, die nach längerem Glühen bei höheren Temperaturen auftritt, zu beseitigen, sind Zusätze von Aluminium und Silicium verwendet worden. Ferner ist die Verwendung von Berylliumzusätzen zur Erhöhung von Härte und Festigkeit bekannt, doch beruht diese auf Ausscheidungsvorgängen, und der ßerylliumzusatz ist daher nur bis zu Temperaturen von etwa 5oo°, also unterhalb der Hauptgebrauchstemperatur von Thermoelementen; wirksam. Der Zusatz von Calcium, Strontium, :Magnesium, Barium zur Erhöhung der Elektronenemission zu Legierungen, die insbesondere für Zündkerzen Verwendung finden sollen, ist bekannt. Da aber die Zusammenhänge zwischen der -Elektronenemission einer Legierung zu der thermoelektrischen Kraft unbekannt sind, kann aus dieser Verwendung der genannten Zusätze kein Schluß auf deren Einfl,uß auf die Thermokraft einer Legierung gezogen werden.
Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Hitzebeständigkeit der üblichen Thernnolegierungen bei nur unwesentlicher Beeinflussung der Thermokraft ganz erheblich gesteigert werden kann, wenn dem Grundbestandteil kleine Zusätze von Elementen der Erdalkaligruppe einschließlich des Magnesiums und Berylliums sowie der seltenen Erdmetalle beigefügt werden. Sie besteht demzufolge darin, daß diese Stoffe 'I'liermoelementen aus unedlen Metallen mit Ausnahme von Schenkeln aus reinem Kupfer, Silber oder Eisen einzeln oder gemischt zugesetzt sind. Zusätze dieser Elemente wirken in der Regel sowohl im positiven als auch im negativen Schenkel bereits in kleinen Mengen wesentlich verbessernd auf die Hitzebeständigkeit, während die Thermokräfte durch diese kleinen Zusätze kaum verändert werden. Die Erdalkalielemente einschließlich Magnesium und Beryllium sowie die seltenen Erdmetalle sollen gemäß weiterer Ausgestaltung Gier Erfindung in Mengen von 0,02 bis 2010 zugesetzt werden. Alle Zusätze sollen dabei einzeln oder gemischt beigefügt werden, in ihrer Gesamtheit jedoch io% nicht übersteigen. Ein in der Technik viel gebräuchliches Thermoelement ist z. 13. das Chromnickel-Konstantan-Element, welches bei 60o° eine Thermokraft von etwa 43,3 mV hat. Verwendet man an Stelle des normalen Konstantanschenkels eine siliciumhaltige Legierung des Konstantans mit etwa i bis 2% Silicium, welcher man gemäß der Erfindung 0,2010 Calcium und/oder 0,2010 Cer@zusetzt, so erhält man bei 60o° eine Thermokraft von etwa 36,4 bis 38,8 rnV. Die .Hitzebeständigkeit wird durch diese Zusätze wesentlich gesteigert, so daß man bei etwa goo° diese Elemente an erhitzter gebrauchen kann, ohne daß eine wesentliche Oxydation eintritt. N\'ä hrend ein Konstantandraht normaler Zusammensetzung, 2 mm Durchmesser, nach 2oostündigeni Glühen bei äoo° fast völlig durchoxydiert, tritt bei einer Legierung von Konstantan, der außer 2% Silicium noch 0,2% Calcium und 0,2% Cer zugesetzt wurden, bei derselben Behandlung eine kaum merkliche Änderung des Querschnittes ein. Man kann bei Konstantanschenkeln von Thermoelementen eine wesentliche Verbesserung- der Hitzebeständigkeit erzielen, wenn man dem Konstantan erfindungsgemäß Beryllium in Mengen von 1,2% zusetzt, allerdings soll man dabei unter demjenigen Betrag bleiben, bei dem eine Vergütung der Legierung durch Ausscheidung von Beryllium eintritt, weil sonst die Thermokraft nac'hteiligbeeinflußt wird.
Bei dem Minusschenkel des internationalen Nickel-Nickelclirom-Thermoelements läßt sich eine außerordentliche Verbesserung der Hitzebeständigkeit durch Zusätze voll 0,3 bis i % Beryllium und 0,02 bis 2010 Calcium und/oder 0,02 bis 0,2010 Cer erreichen. Die Änderung der Thermokraft, die durch die Zusätze eintritt, ist wie vorweg erwähnt wurde, gering. Da, wo sie einmal ins Gewicht fallen soll, kann inan aber durch Änderung der Zusatninensetzung des anderen Schenkels, z. B. durch Änderung der Zusammensetzung des Plusschenkels eines N ickel-Nickelchrom-Elements die Therinokraftkurve wieder in die gewünschte Lage bringen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Ichalt der Ansprüche 3 bis B.

Claims

PATEN TANSPRf'CFIE: 1. Thermoeleinente aus unedlen Metallen, mit Ausnalinie von Schenkeln aus reinem Kupfer, Silber, Eisen, dadurch gekennzeichnet, (laß den üblichen Grundbestandteilen geringe :Mengen von Elementen der Erdalkaligruppe einschließlich -'\-lagciesitini und Beryllium, der Gruppe der seltenen Erdmetalle einzeln oder gemischt zur Erhöhung der Hitzebeständigkeit zugesetzt sind.
2. Thermoeleinente nach :\iispruch i, dadurch gekennzeichnet, da ß denn einen oder dem anderen Schenkel oder beiden die Barium, Strontium, Calcium, N-lagnesiucn, Beryllium und die seltenen Erdmetalle wie Cer, Lantlian, Thoritun je iti \lengeil voll 0,02 bis 2% einzeln oder gennischt zugesetzt werden, mit der Maßgabe, (laß die Zusätze in ihrer Gesamtheit io% nicht übersteigen.
3. Chromciickel-Kotistacitaci-l@lemecite nach !liispriichen i und 2, dadurch gekennzeichnet, (laß dem Clironi-.\ickel-Scliecikel o,i bis o,30/0 Calciuni und dem Konstantanschenkel o,i bis 2% Beryllium zugesetzt sind.
4. Clironinickel-Konstantan-Elemecite nach _lnsprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Clirom-Nickel-Schenkel o,i bis o,3010 Cer und dem Konstantanschenkel o,i lins 20/0 Beryllium zugesetzt sind.
5. Cliromnickel-Konstatitan-Eleniecite nach Ansprüchen i ucld 2, dadurch gekeccnzeichnet, (laß dem Chrom-Nickel-Schenkel o, i lins o,3 % Calcium und Cer und dem Konstatitanschenkel 0,1 bis 2% Beryllium zugesetzt sind.
6. Nickel-N ickelchrom-Thernioelemente nach Ansprüchen i ucld 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Nickelschenkel o,i lins 2% Beryllium und o,i bis 0,3% Calciuni zugesetzt sind.
7. Nickel-N ickelchroni-Therrnoeleinente nach Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dein Nickelschenkel o,i bis 2% Beryllium und o,i bis 3% Cer zugesetzt sind. Nickel-Nickelcliroin-Tlierinoelemente nach Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dein Nickelschenkel o.i bis 201o Beryllium. 0,1 bis o.3('11) Calcitini und Cer zugesetzt sind.