BE1009480A3

BE1009480A3 - Werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee elementen, in het bijzonder schakels van een metalen polshorlogeband.

Info

Publication number: BE1009480A3
Application number: BE9500614A
Authority: BE
Original assignee: Advanced Materials Tech; Gay Freres Vente Export
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 1997-04-01
Also published as: JPH11509295A; KR19990028581A; US6019860A; CN1075718C; WO1997003294A1; TR199800024T1; DE69604826T2; HK1015018A1; DE69604826D1; EP0870117B1; JP3789477B2; EP0870117A1; ES2140109T3; AU6410196A; ATE185882T1; CA2223487A1; CN1191010A

Abstract

Werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee elementen, in het bijzonder schakels (1) van een metalen polshorlogeband, volgens dewelke men een metalen pin (2) uit een vormgeheugenlegering met grote hysteresis - die zo geprogrammerd is dat ze overgaat van de martensietische struktuur naar de austenietische struktuur is een eerste temperatuursgebied dat boven de gebruikstemperatuur van de elementen is gelegen en daarbij in dikte toeneemt en ze teruggaat van de austenietische struktuur naar de martensietische struktuur in een tweede temperatuursgebied dat onder voornoemde gebruikstemperatuur is gelegen- in martensietische struktuur klemt in tenminste één al dan niet blind gat (3) in tenminste een van de te verbinden elementen; men de pin (2) vervolgens opwarmt tot voorbij het eerste temperatuursgebied zodat een vergroting van de dikte van de pin (2) wordt verkregen waarbij de pin (2) in het gat (3) een hoge klemkracht bereikt; en men tenslotte de pin (2) laat afkoelen tot de gebruikstemperatuur, daardoor gekenmerkt dat men een pin (2) met martensietische struktuur in tenminste één gat (3) brengt die een dikte vertoont die iets groter is dan de breedte van ...

Description

Werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee elementen, in het bijzonder schakels van een metalen polshorlogeband.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee elementen, in het bijzonder schakels van een metalen polshorlogeband, volgens dewelke men een metalen pin uit een vormgeheugenlegering met grote hysteresis-die zo geprogrammeerd is dat ze overgaat van de martensietische struktuur naar de austenietische struktuur in een eerste temperatuursgebied dat boven de gebruikstemperatuur van de elementen is gelegen en daarbij in dikte toeneemt, en ze teruggaat van de austenietische struktuur naar de martensietische struktuur in een tweede temperatuursgebied dat onder voornoemde gebruikstemperatuur is gelegen en in martensietische struktuur klemt in tenminste een al dan niet blind gat in tenminste een van de te verbinden elementen ;

men de pin vervolgens opwarmt tot voorbij het eerste temperatuursgebied zodat een vergroting van de dikte van de pin wordt verkregen waarbij de klemkracht tussen pen en gat zeer hoog wordt ; en men tenslotte de pin laat afkoelen tot de gebruikstemperatuur".

Door het gebruik van vormgeheugenlegeringen kan het zuiver mechanisch klemmen van de pennen in de gaten verbeterd worden, aangezien veel hogere klemkrachten kunnen bereikt worden.

De werking van vormgeheugenlegeringen is gebaseerd op een verandering in metaalstruktuur, namelijk een martensietische struktuur verandert bij een welbepaalde temperatuur in een austenietische struktuur bij het verwarmen en keert terug naar de martensietische struktuur wanneer de temperatuur opnieuw daalt. Het is mogelijk een

specifieke vorm of diameter van een pin van dergelijk materiaal te associëren met elk van de metaalstrukturen.

Dit betekent dat bij een overgang van lage tot hoge temperatuur of omgekeerd een wijziging in vorm of diameter van de pin plaats zal vinden of, indien deze wijziging bij opwarming belet wordt, een kracht zal ontstaan.

Wanneer een dergelijke geheugenlegering opgewarmd wordt, start de overgang naar austenietische struktuur en dus de vervorming, bij een temperatuur A. Deze overgang duurt tot de voornoemde hogere temperatuur Af bereikt is. Bij het terug afkoelen start het terug naar de martensietische struktuur gaan niet bij de laatstgenoemde temperatuur, maar bij een lagere terugkeertemperatuur, genoemd martensietische starttemperatuur Ms, welk fenomeen men de hysteresis noemt. De terugkeer naar de martensietische struktuur is beëindigd bij een nog lagere temperatuur Mf.

Voorbeelden van dergelijke legeringen zijn Cu-Zn, Cu-Zn-Al, Cu-Zn-Si, Cu-Au-Zn, Cu-Al, Cu-Al-Ni, Ni-Ti,
EMI2.1
Ni-Ti-Cu, Ni-Ti-Fe, Ni-Ti-Nb, Ni-Ti-Zr, Ni-Ti-Hf, Fe-Ni-Al, Fe-Ni-Al-Ti, Fe-Ni-Co-Ti, Fe-Mn-Si, Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Au-Zn, Cu-Zn-Be, Cu-Zr, Ni-Al, Fe-Mn-Si-Cr-Ni zowel éénkristal als polykristal.

Een werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van schakels die gebruik maken van pinnen uit dergelijke vormgeheugenlegeringen is beschreven in WO-A-94/23214.

Bij deze bekende werkwijze worden pinnen gebruikt waarvan de dikte bij martensietische struktuur kleiner is dan de breedte van de gaten zodat de pinnen zonder enige kracht los in de gaten kunnen worden gestoken. Wanneer de pinnen de austenietische struktuur bezitten klemmen ze in de gaten.

Deze klemming is evenwel beperkt aangezien een niet onbelangrijk gedeelte van de toename in dikte van een pin nodig is om de pin het gat te doen vullen en slechts een gedeelte van de toename die, wanneer het gat gevuld is belet wordt, gebruikt wordt om de spankracht in het gat te veroorzaken.

De uitvinding heeft tot doel een werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee elementen, in het bijzonder schakels van een polshorlogeband, met het gebruik van een pin uit een vormgeheugenlegering te verschaffen waarmee een betere klemming wordt verkregen.

Dit doel wordt overeenkomstig de uitvinding bereikt, doordat men een pin met martensietische struktuur in tenminste een gat brengt die een dikte vertoont die iets groter is dan de breedte van het gat.

Dit betekent dat dit inbrengen van de pin in de gaten met een zekere kracht moet geschieden. De volledige neiging tot vergroten van dikte tengevolge van de overgang van martensietische naar austenietische stuktuur wordt omgezet in klemkracht zodat een uitstekende klemming wordt verkregen, die niet bereikt kan worden als een pin alleen mechanisch in de gaten geperst zou worden".

Men kan een vormgeheugenlegering gebruiken die bij terugkeer van austenietische naar martensietische struktuur bij het terug afkoelen vermindert van dikte vanaf een terugkeertemperatuur, dit is de martensietische starttemperatuur, die lager is dan de gebruikstemperatuur van de elementen.

Bij voorkeur zijn de pin en het gat rond en zijn de voornoemde dikte van de pin en breedte van het gat diameters.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding maakt men gebruik van een pin van een geheugenlegering met een austenietische
EMI4.1
starttemperatuur die hoger is dan 40 C en een martensietische starttemperatuur die lager is dan Bij voorkeur is voornoemde austenietische starttemperatuur tussen 60 en 80 C gelegen en is de martensietische starttemperatuur lager dan Doelmatig gebruikt men een pin van een geheugenlegering met een austenietische eindtemperatuur die hoger is dan 80. C en bijvoorbeeld tussen 90 C en 200 C.

Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hier volgende beschrijving van een werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee elementen, in het bijzonder schakels van een metalen polshorlogeband, volgens de uitvinding. Deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet.

De verwijzingscijfcxs betreffen de hieraan toegevoegde tekeningen, waarin : figuur 1 een zijaanzicht met gedeeltelijke wegsnijding weergeeft van een gedeelte van twee schakels van een polsbandhorloge die verbonden zijn met een pin aangebracht met de werkwijze volgens de uitvinding ; figuur 2 een zijaanzicht weergeeft van een gedeelte van een schakel en de pin tijdens het toepassen van de werkwijze volgens de uitvinding ; figuur 3 een diagram weergeeft met het verloop van de diameter van de pin in funktie van de temperatuur ;

figuur 4 een diagram weergeeft analoog aan dit van figuur, maar met betrekking op een ander metaal voor de pin.

In de figuur 1 is zijn gedeelten van twee schakels 1 van een polsbandhorloge weergegeven die met een ronde metalen pin 2 verbonden zijn. Deze pin 2 is geklemd in ronde gaten 3 die dwars door twee uitsteeksels 4 van een van de schakels zijn aangebracht. De andere schakel 1 is met een lip 5 rond de pin 2 geplooid.

Een goede klemming is verwezenlijkt indien de kracht nodig om een pin 2 uit het gat 3 te trekken groter is dan 175 Newton. Dit zou normaal ook de kracht zijn die nodig is om de pin in het gat te duwen. Volgens de uitvinding kan een dergelijke goede klemming verkregen worden zonder deze grote kracht op de pin 2 te moeten uitoefenen om ze in het gat 3 te steken of zelfs beter dan mogelijk is op alleen een mechanische manier".

Volgens de uitvinding wordt dit verwezenlijkt door een pin 2 te gebruiken die vervaardigd is van een vormgeheugenlegering die speciaal tot dit doel geprogrammeerd werd.

Men kan uitgaan van een bekende vormgeheugenlegering zoals een legering uit de volgende reeks : Cu-Zn, Cu-Zn-Al, Cu-Zn-Si, Cu-Au-Zn, Cu-Al, Cu-Al-Ni, Ni-Ti, Ni-Ti-Cu, Ni-Ti-Fe, Ni-Ti-Nb, Ni-Ti-Zr, Ni-Ti-Hf, Fe-Ni-Al, Fe-Ni-Al-Ti, Fe-Ni-Co-Ti, Fe-Mn-Si, Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Au-Zn, Cu-Zn-Be, Cu-Zr, Ni-Al, Fe-Mn-Si-Cr-Ni zowel éénkristal als polykristal.

Losse pinnen, of een draad, bijvoorbeeld op een rol gewikkelde draad, die men juist voor het gebruik in stukken

van de gewenste lengte als pinnen snijdt, wordt volgens de gebruikelijke technieken geprogrammeerd, dit is aan een thermomechanische behandeling onderworpen, om een andere vorm te herinneren wanneer de legering van martensietische struktuur op een lagere temperatuur naar austenietische struktuur op een hogere temperatuur gebracht wordt. Deze vormverandering betekent in het geval van een pin of draad een verandering in lengte en diameter en met name een krimpen van de lengte van de draad en een toename in diameter als de draad in de martensietische struktuur werd uitgerokken.

Met de verandering in lengte wordt rekening gehouden bij het bepalen van de nodige lengte van de pinnen 2, terwijl van de verandering in diameter gebruik gemaakt wordt om de klemkracht van de pin 2 in een gat 3 te verkrijgen.

Men zorgt ervoor dat de diameter Dl van de pin 2 of van de draad van de geprogrammeerde geheugenlegering iets groter is dan de diameter D2 van het gat 3 wanneer de pin een martensietische struktuur bezit. Uiteraard is de diameter van de pin 2 nog groter wanneer ze een austenietische struktuur bezit.

Verder zorgt men ervoor dat de temperatuur A waarop de overgang. naar austenietische struktuur aanvangt en die dus het einde vormt van het temperatuursgebied waarin de legering de martensietische struktuur bezit, zo hoog mogelijk is en in elk geval hoger is dan de maximale gebruikstemperatuur van de pin, dit is voor een pin in een polshorlogeband de maximale omgevingstemperatuur.

In de praktijk kiest men deze A temperatuur zeker hoger
EMI6.1
dan 40 C en bij voorkeur tussen 60 C en 80 C of zelfs hoger dan 80 C. De volledige austenietische struktuur wordt bereikt bij de austenietische eindtemperatuur Af die bij

voorkeur hoger is dan 80. C, bij voorbeeld tussen 90*C en 200 C. Bij terug afkoelen vindt de terugkeer naar de martensietische struktuur niet bij deze eindtemperatuur Af plaats maar bij een lagere terugkeertemperatuur Ms die zo laag mogelijk moet zijn en in elk geval onder de normale gebruikstemperatuur moet liggen. Dit betekent dus dat de hysteresis van de legering zo groot mogelijk moet zijn. Bij voorkeur is de temperatuur M merkelijk onder 0.

C, bij voorbeeld onder-10 C en zelfs onder-40 C gelegen. De terugkeer naar de martensietische struktuur is beëindigd bij de nog lagere temperatuur Mf.

Men bewaart de pinnen 2 of de draad waarvan de pinnen 2 gesneden worden bij een temperatuur lager dan de austenietische starttemperatuur A. Indien men draad gebruikt snijdt men pinnen 2 af.

Men perst een pin 2, die dus een diameter D1 bezit die iets groter is dan de diameter D2 van de gaten 3, en die een martensietische struktuur bezit, met een zekere kracht, die evenwel merkelijk kleiner is dan de gewenste klemkracht, doorheen een van de twee gaten 3 van een schakel 1 tot in het andere gat 3.

Hiertoe kan men gebruik maken van de gebruikelijke persinrichtingen, bijvoorbeeld van een hydraulisch werkend zuigermechanisme.

Daarna warmt men de pin 2 op tot een temperatuur die hoger is dan de austenietische starttemperatuur A. Hierdoor gaat de pin 2 over van de oorspronkelijke martensietische struktuur naar de austenietische struktuur en zou daarbij in diameter toenemen indien ze vrij zou kunnen uitzetten.

De toename van diameter van het gedeelte van de pin 2 dat in het gat 3 steekt wordt door het uitsteeksel 4 van de

schakel 1 evenwel belet waardoor een grote spanning van dit einde in het gat 3 ontstaat en dit einde zeer stevig geklemd is in het gat 3.

Deze klemming blijft behouden voor het gehele temperatuursgebied tussen de opwarmtemperatuur en de eindtemperatuur Mf van de terugkeer naar de martensietische struktuur, dit is dus voor alle normale gebruikstemperaturen waaraan de polshorlogeband onderworpen wordt. Trekkrachten van meer dan 175 Newton zijn nodig om in dit temperatuursgebied de pin 2 uit het gat 3 te trekken.

Voor Fe-Mn-Si basis legeringen blijft voornoemde klemming behouden voor het gehele temperatuursgebied onder de opwarmtemperatuur.

Aangezien bij de overgang van martensietische naar austenietische struktuur niet alleen de diameter toeneemt maar ook de lengte afneemt, moet bij het bepalen van de lengte van de pinnen 2 voor het aanbrengen daarmee rekening gehouden worden en deze lengte bijvoorbeeld een 5% groter genomen worden.

De meest kritische temperatuur is uit., J : aard de
EMI8.1
starttemperatuur van de overgang naar de s austenietische struktuur terwijl ook de terugkeertemperatuur M belangrijk is. Deze temperaturen hangen af van de keuze van de legering en vooral van de thermomechanische behandeling en dus de programmering waaraan de legering onderworpen werd.

In figuren 3 en 4 zijn twee voorbeelden gegeven van het verloop van de diameter in funktie van de temperatuur van een pin 2 die bestemd is om in een gat van 1, 37 mm geklemd te worden. De pin 2 werd vervaardigd van een draad van een

geheugenlegering met een oorspronkelijke diameter van 1,72 mm die na vervorming en uitgloeien een diameter van 1,44 mm vertoonde. In martensietische toestand werd de draad vervormd tot een diameter van 1, 38 mm respektievelijk 1, 39 mm, waarna men een pin van de draad afsnijdt.

De pin 2 waarop figuur 3 betrekking heeft, brengt men bij kamertemperatuur en dus met en diameter van 1,38 mm in het gat 3 aan, waarna men de pin verwarmt tot 52*C. Vanaf 43'C begint de overgang van struktuur. De oorspronkelijke vervorming, die 8, 2% bedroeg, vermindert als men de pin vrij opwarmt tot 2, 8% en de diameter neemt toe tot 1,42 mm. In het gat 3 is de vervorming beperkt tot 5, 5% hetgeen een grote spanning van 200 N met zieh meebrengt. Deze spanning werd behouden over een temperatuursgebied tussen 52 en -85*C.

De laatstgenoemde As temperatuur van 43'C is nog vrij laag en door een gepaste thermomechanische behandeling, bestaande uit een grotere vervorming van het martensiet of door stabilisatie van deze fase, werd deze A temperatuur verhoogd tot 80 C voor de pin volgens figuur 4. Men moet deze pin 2 na het aanbrengen in het gat 3 wel opwarmen tot 160'C. De diameter van de pin 2 nam toe van 1,39 mm tot 1, 43 mm daar waar de uitzetting vrij kon plaatsvinden. In het gat 3 ontstond in de pin 2 een spanning van 240 N die behouden bleef tussen 160'C en -40'C.

Op de hiervoor beschreven manieren is het aanbrengen van de pinnen zeer gemakkelijk en eenvoudig terwijl een uitstekende klemming van de pinnen in de gaten voor een ruim temperatuursgebied verkregen wordt. Er is enkel een kleine kracht en een verwarming nodig. Bij industriële vervaardiging van de pinnen kan hun kostprijs relatief laag zijn.

De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven uitvoeringsvormen, en binnen het raam van de oktrooiaanvrage kunnen aan de beschreven uitvoeringsvormen vele veranderingen worden aangebracht, onder meer wat betreft de vorm en de afmetingen van de onderdelen die voor het verwezenlijken van de uitvinding worden gebruikt.

In het bijzonder moeten de pin en het gat niet noodzakelijk rond zijn.

Claims

Konklusies.

1. - Werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee elementen, in het bijzonder schakels (1) van een metalen polshorlogeband, volgens dewelke men een metalen pin (2) uit een vormgeheugenlegering met grote hysteresis-die zo geprogrammeerd is dat ze overgaat van de martensietische struktuur naar de austenietische struktuur in een eerste temperatuursgebied dat boven de gebruikstemperatuur van de elementen is gelegen en daarbij in dikte toeneemt en ze teruggaat van de austenietische struktuur naar de martensietische struktuur in een tweede temperatuursgebied dat onder voornoemde gebruikstemperatuur is gelegen- in martensietische struktuur klemt in tenminste een al dan niet blind gat (3) in tenminste een van de te verbinden elementen ;

men de pin (2) vervolgens opwarmt tot voorbij het eerste temperatuursgebied zodat een vergroting van de dikte van de pin (2) wordt verkregen waarbij de pin (2) in het gat (3) een hoge klemkracht bereikt ; en men tenslotte de pin (2) laat afkoelen tot de gebruikstemperatuur, daardoor gekenmerkt dat men een pin (2) met martensietische struktuur in tenminste een gat (3) brengt die een dikte vertoont die iets groter is dan de breedte van het gat (3).

2.-Werkwijze volgens konklusie 1, daardoor gekenmerkt dat men een vormgeheugenlegering gebruikt die bij terugkeer van austenietische naar martensietische struktuur bij het terug afkoelen, vermindert van dikte vanaf een terugkeertemperatuur, dit is de martensietische starttemperatuur (Ms), die lacer is dan de gebruikstemperatuur van de pin (2). <Desc/Clms Page number 12>

3.-Werkwijze volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat de pin (2) en het gat (3) rond zijn en de voornoemde dikte van de pin (2) en breedte van het gat (3) diameters (Dl en D2) zijn.

4.-Werkwijze volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat men gebruik maakt van een pin (2) van een geheugenlegering met een austenietische starttemperatuur (As) die hoger is dan 40. C.

5.-Werkwijze volgens vorige konklusie, daardoor gekenmerkt dat de austenietische starttemperatuur (As) tussen 60 en 80 C is gelegen.

6.- Werkwijze volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat men een pin (2) gebruikt van een EMI12.1 geheugenlegering met een austenietische eindtemperatuur (Af) die hoger is dan 80.

7.-Werkwijze volgens konklusie 6, daardoor gekenmerkt dat men een pin (1) gebruikt van een geheugenlegering met een austenietische eindtemperatuur (Af) die tussen 90 C en 200 C is gelegen.

8.- Werkwijze volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat men een pin (2) gebruikt van een geheugenlegering met een martensietische starttemperatuur (Ms) die lager is dan -10. C.

9.-Werkwijze volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat men een pin (2) gebruikt van een geheugenlegering met een martensietische starttemperatuur EMI12.2 (Ms) die lager is dan S