DE881047C

DE881047C - Bimetall-Element

Info

Publication number: DE881047C
Application number: DEW4125A
Authority: DE
Inventors: Romaine George Waltenberg
Original assignee: HA Wilson Co
Current assignee: HA Wilson Co
Priority date: 1936-05-16
Filing date: 1937-04-27
Publication date: 1953-06-25
Also published as: CH204269A; US2146389A; FR821299A; GB484946A

Description

Bimetall-Element Die Erfindung betrifft thermostatische Elemente, die vielfach zum Steuern, zum Messen und für ähnlicht Zwecke Verwendung finden. Sie betrifft insbesondere die Zusammensetzung des thermostatischein Bimetalls, das sich durch starke Formveränderung auszeichnet und innerhalb eines weiten Temperaturbereiches ohne wesentliche Beeinträchtigung der MJirksamkeit benutzt werden kann.
In thermostatischen Bimetall-Elementen ist bereits das Metall von höherem Ausdehnungskoeffizienten aus Stahl angefertigt, der einen geringen Kohlenstoffgehalt von 0,470/0 besitzt, und in dem die Gesamtmenge von Nickel, Chrom und! Mangan 27,9 oder 30,8% des Stahls beträgt. Innerhalb dieser Grenzen können die Mengen der einzelnen Metalle innerhalb weiter Grenzen verschieden sein, sofern nur die Gesamtmenge aller Metalle hoch ist, nämlich 27,9 oder 30,8% des Stahls beträgt.
Die Erfindung gründet sich auf die Entdeckung, daß ein Metall von wesentlich höherem Ausdelrnungskoeffizienten dann erhalten wird, wenn in einem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,5 bis 1 °/o die Metalle Nickel, Chrom und Mangan in einer Gesamtmenge von etwa I7,5 bis 24,5% vorhanden sind. Ein solcher Stahl hat einen sehr hohen Ausdehnungskoeffizienten, und außerdem hat er andere wertvolle physikalische Eigenschaften; die sich selbst bei längerer Zeit und bei verschiedenen Temperaturen nicht ändern.
Beispielsweise enthält der Stahl etwa 15 bis 22% Nickel, etwa 2 bis 8% Chrom, etwa 0,5 bis 50/0 Mangan, 0,5.bis I% Kohlenstoff sowie zusätzlich geringe Mengen von Silicium und Kobalt, und zwar nicht mehr als 0,2 bzw. 0,1 0/o. Die Menge der einzelnen Metalle im Sta'hl kann verschieden sein. Ihre Gesamtmenge bleträgt aber immer etwa 17,5 bis 24,5% Mit diesem Metall von ho'hem Ausdehnungskoeffizienten wird wie üblich ein Metall von niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten beispielsweise durch Schweißen vereinigt. Das Metall von niedrigem Ausdehnungskoeffizienten kann die bei solchen Elementen übliche Zusammensetzung besitzen. So kann es beispielsweise aus Nickelstahl bestehen, -der etwa 35 bis 420/0 Nickel enthält, oder aus einer Chrom-Eisenlegierung, die etwa 12 bis 25 ovo Chrom enthält.
Die Auswahl der Mengen der einzelnen Bestand, teile der Legierung gründet sich auf verschiedene Erwägungen, je nach den gewünschten physikalischen Eigenschaften des fertigen Elements. So haben beispielsweise Nickel und Mangan die Eigenschaft, daß sie dem Eisen ein gleichförmiges Verhalten und Beständigkeit geben. Mangan ist in dieser Hinsicht besonders wirksam, wird es aber in zu großen Mengen verwendet, so gibt es dem Metall andere unerwünschte physikalisc'he Eigenschaften.
Chrom und Nickel machen das Eisen gleichfalls beständig. Außerdem aber erhöhen sie die Widers tands fähigkeit gegen Korrosion. Ein hoher Kohlenstoffgeshalt, der sich aber noch in den angegebenen Grenzen hält, gestattet eine Verminderung der Gesamtmenge von Nickel, Chrom und Mangan, ohne daß die B,eständìskeit leidet. Ferner hat sich ergeben, daß eine Steigerung des Gehalts an irgend einem der Zusätze Nickel, Chrom, Mangan oder Kohlenstoff innerhalb der angegebenen Grenzen eine Verminderung der übrigen B!estandteile innerhalb Idier für diese geltenden Grenzen gestattet.
Von diesen Überlegungen ausgehend empfiehlt es sich nicht, in dem neuen Werkstoff sämtliche Bestandteile in den den höchsten oder den niedrigsten naheliegenden Mengen zu verwenden. Vielmehr soll beispielsweise dann, wenn der Nickelgehalt der unteren Grenze naheliegt, der Gehalt an Chrom und Mangan den oberen Grenzen naheliegen. Wenn Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion erwünscht ist, so empfiehlt sich der Zusatz von mehr Chrom und weniger Mangan. Ist aber der Widerstand gegen Korrosion von untergeordneter Bedeutung, so kann der Gehalt an Chrom vermindert und derwenige an Mangan erhöht wenden. Der Widerstand gegen Korrosion, des Elementes von hohem Ausdehnungskoefflzienten ist aber nicht immer ausschlaggebend. Denn wenn das Element von niedrigem Ausdehnungskoeffizienten nur aus Eisen und Nickel besteht, dann ist seine Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion im allgemeinen niedriger als diejenige des Elementes von hohem Ausdehnungskoeffizienten. Daher wird das erstere die Widerstandsfähigl<eit des Bimetalles als Ganzes bestimmen.
Zie Zusammensetzung des Elementes von hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten kann beispielsweise annähernd den nachstehenden Beispielen entsprechen: Beispiel I 0,5 bis o,80/o Kohlenstoff, 2 bis 3 ovo Chrom, Ie bis 200/0 Nickel, 0,5 bis 3 0/o Mangan, Rest Eisen.
Beispiel 2 0,5 bis 0,6% Kohlenstoff, 2 bis 2,5 ovo Chrom, 19 bis I9,750/0 Nickel, o,go bis I,00°/o Mangan, Rest Eisen.
Beispiel 3 0,50/0 Kothllenstoff, 2,50/a Chrom, I9,50/o Nickel, I °/o Mangan, Rest Eisen.
Zu den in den Beispielen angegebenen Bestandteilen kommen noch kleine Mengen von Silicium und Kobalt, die aber zweckmäßig 0,2 bzw. o,IO/o nicht übersteigen.
In den angegebenen Legierungen können Nickel, Mangan und Chrom zum Teil durch Molybdän ersetzt werden. Ersetzt Molybdän z B. das Chrom ganz oder zum Teil, so ist mehr Nickel oder Mangan erforderlich, um eine gleichbleibende Legierung zu erzielen. Der Zusatz von Molybdän erhöht die Stärke des Elementes bei höheren Temperaturen von mehr als 4050 C.
Das Element von hohem Ausdehnungskoeffizienten zeichnet sich durch einen besonders hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten aus, und es kann benutzt werden innerhalb der Temperaturgrenzen von etwa -60 bis +7IoOC. So hat beispielsweise eine Legierung nach Beispiel 3 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 18,9 10-6 bei Zimmertemperatur. Dieser Koeffizient steigt bei einer Temperatur von etwa 3150 C bis auf 19,8 10-0.
Der bisher als Element hoher Ausdehnung verwendete Stahl, der etwa I2°/o Nickel, I80/o Chrom und geringe Mengen der sonstigen im Stahl üblichen Bestandteile enthält, hat einen AusdeEnungskoeffizienten von etwa 17,1 16-6 bei Zimmertemperatur, der bei etwa 3I50 C auf etwa 18 10-6 steigt.
Da die verwendete Legierung einen verhältnismäßig hohen Kohlenstoffgehalt hat, läßt sie sich weniger leicht bearbeiten und schweißen als Stahl von niedrigem Kohlenstoffgehalt. Indessen fällt diese Schwierigloeit nicht ins Gewicht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Ein Bimetall-Element, das aus zwei miteinander verbundenen Stoffen von sehr ver schiedenen Ausdehnungskoeffizienten besteht dessen Stoff von niedrigem Ausdehnungskoeffizienten als tGrundmetall Eisen enthält und dessen Stoff von hohem Ausdehnungskoeffizienten aus Stahl mit einem Zusatz von Nickel, Chrom und Mangan- besteht, dadurch gelkenn- zeichnet, daß bei dem Stoff von hohem Ausdehnungskoeffizienten der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,5 und I °/o und die Gesamtmenge von Nickel, Chrom und Mangan zwischen etwa 17,5 und 24,5 °/o liegt.
2. Ein Bimetall-Element nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stoff von hohem Ausdehnungskoeffizienten innerhalb der Gesamtmenge an Zusatzstoff von I7,5 bis 24,5% der Chromgehalt etwa 2 bis 8% beträgt.
3. Ein Bimetall-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff von hohem Ausdehnungskoeffizienten ein Stahl ist, der außer den in den Ansprücheln I und 2 genannten Gehalten an Nickel, Chrom und Mangan noch Molybdän enthält, wobei die Gesamtmenge etwa I7,5 bis 2,4,5 °/o beträgt.
4. Bimetall-Element nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Stoff von hohemAusdehnungstioeffizienten enthaltene Stahl kleine Mengen von Silicium und Kobalt von nicht mehr als etwa 0,2 bzw. 0,I% enthält.
5. Bimetall-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff von hohem Ausdehnungskoefflzienten Nickel in einer Menge von etwa I5 bis 220/0, Chrom und Mangan in einer Menge von 0,5 bis 50/0 enthält, wobei der Gesamtgehalt an Nickel, Chrom und Mangan zwischen 17,5 und 24,5 0/o liegt.
6. Bimetall-Element nach Anspruch zI, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff von hohem Ausdehnungskoeffizienten innerhalb der Gesamtmenge an Zusatzstoff von I7,5 bis 24,5 0/o Mangan in einer Menge von 0,5 bis etwa 50/0 enthält.
7. Ein Bimetall-Element nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff von hohem Aus dehnungskoeffizienten Nickel in einer Menge von etwa 18 bis 20 0/o, Chrom in einer Menge von etwa 2 bis 3 0/o, Mangan in einer Menge von etwa o,5 bis 3% und Kohlenstoff in einer Menge von 0,5 bis o,80/o enthält.
8. Ein Bimetall-Element nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff von hohem Ausdehnungskoeffizienten Nickel in einer Menge von etwa 19 bis 19,75 0/o, Chrom in einer Menge von etwa 2 bis 2,5 0/o, Mangan in einer Menge von etwa o,g bis I% und Kohlenstoff in einer Menge von 0,5 bis 0,6°/o enthält.
9. Ein Bimetall-Element nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff von hohem Ausdehnungskoeffizienten Nickel in einer Menge von I9,5 %, Chrom in einer Menge von 2,5 0/o, Kohlenstoff in einer Menge von 0,5 0/o und .Mangan in einer Menge von etwa I °/o enthält.