DE102011001783A1

DE102011001783A1 - Feder für ein mechanisches Uhrwerk, mechanisches Uhrwerk, Uhr mit einem mechanischen Uhrwerk und Verfahren zur Herstellung einer Feder

Info

Publication number: DE102011001783A1
Application number: DE102011001783A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hartmann; Dr. Nützel Dieter; Dr. Bracchi Alberto
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2031-04-05
Also published as: DE102011001783B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Feder für ein mechanisches Uhrwerk, wobei die Feder eine amorphe Legierung mit einer Zusammensetzung aufweist, die im Wesentlichen aus NiaCobFecCrdBeSifCgPhMoiNbkVlTamWn, mit 0 Atom-% ≤ c ≤ 25,0 Atom-%, 2,0 Atom-% ≤ d ≤ 21,0 Atom-%, 1,0 Atom-% ≤ e ≤ 20,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ f ≤ 20,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ g ≤ 20,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ h ≤ 20,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ i ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ k ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ l ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ m ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ n ≤ 5,0 Atom-%; beiläufigen Verunreinigungen ≤ 1,0 Gewichtsprozent; Rest Ni und/oder Co besteht, wobei 15,0 Atom-% < e + f + g + h < (0,033·x2 – 1,2·x + 32) Atom-%, wobei x der Gehalt an Cr in Atom-% ist.

Description

Die Erfindung betrifft Federn für ein mechanisches Uhrwerk, insbesondere Aufzugs- bzw. Triebfedern, ein mechanisches Uhrwerk mit einer Feder, eine Uhr mit einem mechanischen Uhrwerk, ein Verfahren zur Herstellung einer Feder und die Verwendung einer amorphen Legierung in einer Feder.
Aufzugs- oder Triebfedern fungieren als Energiespeicher und nutzen dafür die Möglichkeit jedes Werkstoffes aus, Energie in Form von elastischer Energie zu speichern. Beispielsweise weisen mechanische Uhren Zug-, Aufzugs- und Triebfedern auf, die als Energiespeicher verwendeten werden und ein Drehmoment erzeugen können.
Eingebracht wird diese Energie durch eine elastische, mechanische Beanspruchung des Federwerkstoffes, typischerweise durch das Aufziehen, das von Hand oder automatisch, beispielsweise durch Schwingbewegungen und/oder Schwerkrafteinfluss, erfolgen kann. Ein hohes Energiespeichervermögen stellt der Uhr bzw. dem Instrument einen hohen Gang einschließlich einer Gangreserve bereit. Dies wird werkstoffseitig zunächst durch eine hohe Elastizitätsgrenze bzw. hohe mechanische Festigkeit des eingesetzten Werkstoffes erreicht.
Aus der nachfolgenden Formel der Federenergie W bzw. des Energiespeichervermögens einer Aufzugs- und Triebfeder wird erkennbar, dass sowohl die Elastizitätsgrenze als auch der Elastizitätsmodul des verwendeten Werkstoffes für das Energiespeichervermögen von Bedeutung sind:
wobei V das Volumen der Feder, σ_max die Elastizitätsgrenze und E der Elastizitätsmodul des Federwerkstoffes ist.
Neben der Elastizitätsgrenze beeinflusst auch der Elastizitätsmodul die Federenergie und damit das Energiespeichervermögen. Im Gegensatz zur Elastizitätsgrenze ist für ein maximales Energiespeichervermögen der Triebfeder allerdings ein kleiner Elastizitätsmodul bei vergleichbarer Elastizitätsgrenze erforderlich.
Die Formel des Energiespeichervermögens einer Spiralfeder kann mittels der Gleichung σ_max = E·ε_max in die folgende Formel umgewandelt werden:
wobei ε_max die maximale elastische Dehnung des Federwerkstoffes ist.
Unter der Annahme, dass jede Windung einer Aufzugs- und Triebfeder der Dicke d durch einen einfachen Kreis mit Radius R (Krümmungsradius) beschrieben werden kann, ergibt sich eine maximale Dehnung (Dehnungsgrenze) der äußersten Faser der Feder zu
Damit kann eine Maximierung des Energiespeichervermögens einer Aufzugs- und Triebfeder durch einen kleineren Krümmungsradius der Spirale erzielt werden. Dies bedeutet eine höhere Beanspruchung des Federwerkstoffes bis zu seiner Dehnungsgrenze, was oft zu einer verkürzten Lebensdauer des Federelementes führt.
Eine weitere Möglichkeit neben der Elastizitätsgrenze, dem Elastizitätsmodul und der Dehnungsgrenze als Werkstoffkennwerte zur Beeinflussung des Energiespeichervermögens ist durch das Federvolumen V bzw. die Federgeometrie, d. h. Breite bzw. Dicke, möglich. Bei vielen Anwendungen steht der Aufzugs- und Triebfeder allerdings nur ein begrenzter Bauraum zur Verfügung, so dass die Möglichkeit, das Energiespeichervermögen über das Federvolumen zu erhöhen, oft eingeschränkt bzw. nicht vorhanden ist.
Damit zeichnet sich ein geeigneter Federwerkstoff für Aufzugs- und Triebfedern durch eine hohe Elastizitätsgrenze und einen kleinen Elastizitätsmodul aus. Bei bekannten kristallinen Werkstoffen können jedoch die Elastizitätsgrenze und der Elastizitätsmodul nicht unabhängig voneinander eingestellt werden. In der Regel geht eine Erhöhung der Elastizitätsgrenze mit einer Erhöhung des Elastizitätsmoduls einher.
Neben den mechanischen Kennwerten Elastizitätsgrenze, Elastizitätsmodul und Dehnungsgrenze sind zudem eine gute Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit sowie auch, bei typischen Einsatztemperaturen der Feder, unmagnetische, d. h. nicht-ferromagnetische Eigenschaften wichtige Kennzeichen von in Trieb-, Aufzugs- und Zugfedern verwendeten Werkstoffen.
Für den Einsatz in Zug-, Aufzugs- und Triebfedern werden beispielsweise Stähle, z. B. martensitische und/oder kaltverformte Kohlenstoffstähle sowie aushärtbare Cr-Ni-Stähle, sowie insbesondere ausscheidungsgehärtete Co-Ni-Cr-Legierungen eingesetzt, die sich durch ihre geringe Dauerverformung und reduzierte Bruchgefahr auszeichnen. Federn aus Kohlenstoffstählen haben zwar eine hohe Elastizitätsgrenze und eine hohe plastische Dehnung, sind allerdings unter ungünstigen klimatischen Bedingungen nicht ausreichend korrosionsbeständig.
Federn stellen elastische Elemente bereit, die nach einem Ziehen, Drücken oder Biegen ihre ursprüngliche Lage wieder einnehmen. Durch diese elastischen Beanspruchungen wird Energie in den Werkstoff gespeichert bzw. vom Material wieder abgegeben. Typischerweise können somit gespeicherte Kräfte bzw. Drehmomente zeitverzögert und in einer kontrollierten Weise angewendet werden.
Amorphe Werkstoffe stellen besonders geeignete Materialien für Aufzugs- oder Triebfedern zur Energiespeicherung dar. Sie zeichnen sich allgemein durch eine sehr hohe Festigkeit aus, die aufgrund der fehlenden Versetzungen nahe der theoretisch möglichen Festigkeit liegt. Mit Elastizitätsgrenzen im Bereich von typischerweise 4000 MPa erreichen sie Festigkeiten, die von kristallinen Werkstoffen nicht realisiert werden können. Zudem weisen sie dank der geringeren Schmelzpunkte, die typischerweise 500°C–1100°C betragen, einen relativ geringen Elastizitätsmodul auf. Dies ist von besonderem Interesse bezüglich der Möglichkeit, elastische Energie bei geringer Dämpfung zu speichern. Dabei ist der Elastizitätsmodul in amorphen Legierungen typischerweise um 25–30% niedriger als in vergleichbaren kristallinen Werkstoffen.
Rein elastische Be- und Entladungsvorgänge (Schwingungen) eines Werkstoffes sind zeitunabhängig. Dadurch liegen Spannung σ und Dehnung ε zeitlich in ”Phase” unabhängig von der Beanspruchungsgeschwindigkeit. Typische mechanische Beanspruchungen können jedoch üblicherweise nicht als elastisch betrachtet werden, da zusätzliche zeitabhängige anelastische Mechanismen hinzukommen. So tritt bei Schwingungen beispielsweise zwischen Spannung und Dehnung eine zeitliche Verzögerung ein, die durch einen Phasenwinkel δ dargestellt werden kann. Diese anelastischen Mechanismen sind mit Energieverlusten durch Energiedissipation in Wärme verbunden, wodurch die im Material elastisch gespeicherte Energie und damit das Energiespeichervermögen verringert werden.
Die Spannung σ kann dabei zu einer verlustbehafteten Dehnung ε* durch eine komplexe Größe E* verknüpft werden, die aus einem Energie speichernden Anteil E' und einem Energie dissipierenden Anteil E'' besteht. Der mechanische Verlust wird durch den Faktor D (Dämpfung) dargestellt und analytisch als Tangens des Phasenwinkels δ berechnet: D = tanδ = E'' / E'.
D stellt ein Maß für die mechanische Dämpfung bei Schwingungen dar. Je kleiner der Elastizitätsmodul des Materials ist, desto geringer fallen die Dämpfung und die Verluste aus.
Amorphe Werkstoffe mit ihrem relativ geringeren Elastizitätsmodul zeigen einen kleineren Verlustfaktor und zeichnen sich dadurch als besonders geeignete Federwerkstoffe aus, um elastische Energie zu speichern.
Bekannte Verfahren verwenden zur Herstellung einer amorphen Aufzugs- und Triebfeder Laminierungs- und Klebeprozesse. Dabei werden einzelne amorphe Bänder in einer typischen Dicke von 20–50 μm verklebt, um die für Aufzugsfedern typischerweise benötigte Federdicke von 50–200 μm zu erreichen. Die Feder enthält jedoch damit auch organische Komponenten oder kristalline Laminierungspartner, wodurch die Feder nicht in vollem Umfang die Vorteile der amorphen Werkstoffe für Triebfedern ausnützen kann. Derartige Verfahren zur Herstellung amorpher Triebfedern sind aus der US 6 843 594 B1 bekannt.
Weiterhin ist aus der US 2009/0303842 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Triebfedern aus einer amorphen Ni₅₃Nb₂₀Zr₈Ti₁₀Co₆Cu₃-Legierung bekannt, bei dem aus der erschmolzenen Legierung mittels eines PFC-Verfahrens (PFC, planar flow casting) Bänder mit einer Dicke zwischen 50 und 150 μm hergestellt werden. Die Bänder werden mittels Drahterodieren auf die typischen Längen und Breiten der Triebfeder gebracht. Eine Formgebung erfolgt mittels Aufwickeln der Bänder auf eine Halterung mit anschließender Wärmebehandlung.
Der hohe Gehalt an Nb führt dabei jedoch zu gesteigerten Produktionskosten. Zudem enthält die genannte Legierungszusammensetzung für die bessere Glasbildung Zr und Ti, die eine sehr hohe Sauerstoff- bzw. Stickstoffaffinität besitzen und daher nur unter Vakuum oder Schutzgas hergestellt bzw. verarbeitet, d. h. wärmebehandelt, werden können. Die Herstellung nur unter Vakuum und/oder teilweise unter Schutzgas ist insbesondere in kommerziellen Mengen extrem aufwendig und teuer. Zudem ist die Oberflächenqualität derartiger unter Vakuum oder Schutzgas hergestellten Legierungen oftmals nicht ausreichend für den Einsatz als Federelement oder Aufzugsfeder.
Aufgabe der Erfindung ist es, Federn für ein mechanisches Uhrwerk anzugeben, die eine hohe Festigkeit und einen niedrigen Elastizitätsmodul besitzen und dabei für die großtechnische Herstellung an Luft geeignet sind. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, entsprechende Verfahren zur Herstellung einer Feder anzugeben.
Diese Aufgaben werden mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Feder für ein mechanisches Uhrwerk bereitgestellt, wobei die Feder eine amorphe Legierung mit einer Zusammensetzung aufweist, die im Wesentlichen aus Ni_aCo_bFe_cCr_dB_eSi_fC_gP_hMo_iNb_kV_lTa_mW_n, mit
0 Atom-% ≤ c ≤ 25,0 Atom-%,
2,0 Atom-% ≤ d ≤ 21,0 Atom-%,
1,0 Atom-% ≤ e ≤ 20,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ f ≤ 20,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ g ≤ 20,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ h ≤ 20,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ i ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ k ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ l ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ m ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ n ≤ 5,0 Atom-%;
beiläufigen Verunreinigungen ≤ 1,0 Gewichtsprozent; Rest Ni und/oder Co besteht, wobei 15,0 Atom-% < e + f + g + h < (0,033·x² – 1,2·x + 32) Atom-%, wobei x der Gehalt an Cr in Atom-% ist. Der Zahlenwert von x ist somit gleich dem Zahlenwert von d. Dabei gilt für das Verhältnis an Co zu Ni die Beziehung 0 ≤ b/(a + b) ≤ 1.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Feder aus amorphen Legierungen zur Verfügung, deren Zusammensetzung in vorteilhafter Weise eine großtechnische Herstellung und/oder Verarbeitung an Luft, d. h. insbesondere unter normalen atmosphärischen Bedingungen, ermöglicht. Im Vergleich zu der aus der US 2009/0303842 A1 bekannten Legierung ist mit der genannten Legierung damit eine Herstellung und/oder eine Verarbeitung, insbesondere eine Wärmebehandlung, unter Vakuum oder Schutzgas nicht erforderlich.
Weiterhin wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkannt, dass der oben genannte Zusammenhang zwischen dem Gehalt an Cr und dem Gesamtmetalloidgehalt, d. h. dem Gehalt an Si + B + C + P, in vorteilhafter Weise eine Herstellung der Feder in hinreichen großen Dicken, typischerweise in einer Foliendicke von mindestens 50 μm ermöglicht. Die genannten Elemente bzw. Elementgruppen könnten sich bei zu hohen Gehalten ansonsten nachteilig auf die maximal mögliche Herstelldicke auswirken. Der genannte Gehalt an Cr bewirkt dabei in vorteilhafter Weise eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit der Feder. Die Untergrenze für den Gesamtmetalloidgehalt ist geeignet, gute Glasbildungseigenschaften für die Herstellung der Feder zu gewährleisten.
Die erfindungsgemäße, den amorphen Werkstoff aufweisende Feder zeichnet sich zudem durch eine sehr hohe Festigkeit und einen niedrigen Elastizitätsmodul aus. Dadurch kann bei gleichem Volumen bzw. Größe der Feder deutlich mehr Energie gespeichert werden als bei bekannten kristallinen Legierungen.
Die Legierung kann beiläufige Verunreinigungen von bis zu 1 Gewichtsprozent aufweisen. Verunreinigungen werden in der Praxis in Gewichtsprozent gemessen und folglich wird hierbei diese Einheit für die Verunreinigungen verwendet. Als Verunreinigung kann im Prinzip jedes Element bezeichnet werden, das nicht in der oben genannten Zusammensetzung explizit genannt ist. Elemente, die als Verunreinigungen häufig gemessen werden, sind Al, Ti, Zr, Cd, Se und S.
Bevorzugt ist die Legierung im Wesentlichen frei von reaktiven Elementen, insbesondere von Zirkon, Titan und Aluminium. Dabei wird unter ”im Wesentlichen frei von” ein Anteil von unter 0,1 Gewichtsprozent verstanden.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Zusammensetzung im Wesentlichen aus Ni_aFe_cCr_dB_eSi_fMo_iNb_k, mit
0 Atom-% ≤ c ≤ 5,0 Atom-%,
4,0 Atom-% ≤ d ≤ 12,0 Atom-%,
5,0 Atom-% ≤ e ≤ 18,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ f ≤ 10,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ i ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ k ≤ 5,0 Atom-%;
beiläufigen Verunreinigungen ≤ 1,0 Gewichtsprozent; Rest Ni. In dieser Ausführungsform sind somit b = g = h = l = m = n = 0 Atom-%.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gilt:
2,0 Atom-% ≤ c ≤ 3,0 Atom-%,
6,0 Atom-% ≤ d ≤ 10,0 Atom-%,
7,0 Atom-% ≤ e ≤ 16,0 Atom-%,
2,0 Atom-% ≤ f ≤ 8,0 Atom-%,
2,0 Atom-% ≤ i ≤ 3,0 Atom-%,
2,0 Atom-% ≤ k ≤ 3,0 Atom-%.
Die amorphe Legierung kann insbesondere eine Zusammensetzung aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni₆₇Cr_6,5Fe_2,5Si₈B₁₆, Ni_71,1Cr_6,6Si_7,8B_14,5, Ni₇₀Cr₈Si₈B₁₄ und Ni₇₀Cr₈Si₇B₁₄Mo₁.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Feder für ein mechanisches Uhrwerk, wobei die Feder eine amorphe Legierung mit einer Zusammensetzung aufweist, die im Wesentlichen aus Ni_aCr_bSi_cP_dB_eFe_fMo_gNb_h, mit
4,0 Atom-% ≤ b ≤ 21,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ c ≤ 10,0 Atom-%,
5,0 Atom-% ≤ d ≤ 18,0 Atom-%,
1,0 Atom-% ≤ e ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ f ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ g ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ h ≤ 5,0 Atom-%;
beiläufigen Verunreinigungen ≤ 1,0 Gewichtsprozent; Rest Ni besteht.
Die genannte Feder weist ebenfalls eine amorphe Legierung auf, deren Zusammensetzung in vorteilhafter Weise eine Herstellung und/oder Verarbeitung an Luft ermöglicht.
Dabei gilt bevorzugt 15,0 Atom-% < c + d + e < (0,033·x² – 1,2·x + 32) Atom-%, wobei x der Gehalt an Cr in Atom-% ist. Der Zahlenwert von x ist somit gleich dem Zahlenwert von b.
Die Legierung kann ebenfalls beiläufige Verunreinigungen von bis zu 1 Gewichtsprozent aufweisen. Als Verunreinigung kann wiederum jedes Element bezeichnet werden, das nicht in der oben genannten Zusammensetzung explizit genannt ist.
Bevorzugt ist die Legierung im Wesentlichen frei von reaktiven Elementen, insbesondere von Zirkon, Titan und Aluminium. Dabei wird unter ”im Wesentlichen frei von” ein Anteil von unter 0,1 Gewichtsprozent verstanden.
In einer bevorzugten Ausführungsform gilt:
6,0 Atom-% ≤ b ≤ 20,0 Atom-%,
1,0 Atom-% ≤ c ≤ 8,0 Atom-%,
7,0 Atom-% ≤ d ≤ 16,0 Atom-%,
2,0 Atom-% ≤ e ≤ 4,0 Atom-%,
2,0 Atom-% ≤ f ≤ 3,0 Atom-%,
2,0 Atom-% ≤ g ≤ 3,0 Atom-% und
2,0 Atom-% ≤ h ≤ 3,0 Atom-%.
Die amorphe Legierung kann insbesondere eine Zusammensetzung aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni₆₁Cr₁₈Si₄P₁₃B₄, Ni₆₅Cr₁₇Si_6,5P₉B_2,5, Ni₆₃Cr₁₈Si₂P₁₃B₄ und Ni_62,5Cr₂₀Si₁P₁₄B_2,5.
Bevorzugt weist die Feder eine Dicke d auf, wobei 50 μm ≤ d ≤ 200 μm. Dieser Bereich ist besonders für Aufzugsfedern bzw. Federbändchen geeignet. Die Feder weist dabei bevorzugt eine rechteckige Querschnittsgeometrie bzw. einen rechteckförmigen Querschnitt auf.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Feder im entspannten Zustand S-förmig und/oder spiralförmig.
Die amorphe Legierung weist bevorzugt eine Kristallisationstemperatur T_x auf, wobei T_x > 400°C. Besonders bevorzugt gilt T_x > 450°C. Dadurch ist eine temperaturinduzierte Formgebung der Feder bzw. des Federbändchens, beispielsweise zur S- oder Spiralform, in besonders vorteilhafter Weise möglich, ohne dass unerwünschte Kristallisation und/oder Sprödigkeit des amorphen Materials auftritt.
Die amorphe Legierung weist bevorzugt eine Vickershärte HV 0,5 von 775 bis 990 auf. Die Grenzwerte sind dabei in dem genannten Intervall eingeschlossen.
Die Feder ist bevorzugt als Triebfeder, insbesondere als Aufzugsfeder, ausgebildet.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein mechanisches Uhrwerk, das eine Feder gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen aufweist, sowie eine Uhr mit einem derartigen mechanischen Uhrwerk. Das mechanische Uhrwerk und die Uhr gemäß der Erfindung weisen die bereits im Zusammenhang mit den Federn gemäß der Erfindung genannten Vorteil auf, welche an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen nicht nochmals aufgeführt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Feder gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist. Es erfolgt ein Erschmelzen der Legierung, wobei die Legierung eine der vorgenannten Zusammensetzungen aufweist. Weiterhin erfolgt ein Formen eines amorphen Bandes aus der erschmolzenen Legierung. Zudem erfolgt ein Aufwickeln des amorphen Bandes auf einer ersten Halterung in einer ersten Wickelrichtung. Ferner erfolgt ein Wärmebehandeln des aufgewickelten Bandes.
Für die Formgebung wird das amorphe Bandmaterial somit aufgewickelt und wärmebehandelt, wodurch beispielsweise die S- oder Spiralform der Feder eingetempert wird. Bei dem erfindungsgemäße Verfahren ist dabei durch den Einsatz einer Legierung mit einer Zusammensetzung gemäß einer der vorgenannten Ausführungsformen eine Herstellung und/oder eine Verarbeitung, insbesondere eine Wärmebehandlung, unter Vakuum oder Schutzgas nicht mehr erforderlich.
Die Wärmebehandlung des aufgewickelten Bandes erfolgt damit bevorzugt an Luft. Weiterhin erfolgt das Erschmelzen der Legierung und/oder das Formen des amorphen Bandes aus der erschmolzenen Legierung bevorzugt an Luft.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Warmverformen des aufgewickelten Bandes bei einer Temperatur T, wobei 0,3·T_x ≤ T ≤ 0,7 T_x, wobei T_x die Kristallisationstemperatur der amorphen Legierung ist. Dieser Temperaturbereich gewährleistet eine ausreichende Diffusion für die für die Formgebung erforderliche Relaxation, welche für das Einprägen der entsprechenden Aufzugsfederform benötigt wird.
Weiterhin kann das Warmverformen des aufgewickelten Bandes bevorzugt bei einer Temperatur T erfolgen, wobei 150°C ≤ T ≤ 350°C. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass bei Temperaturen kleiner 150°C die Temperatur typischerweise nicht ausreicht, um die Diffusion zu aktivieren und damit beispielsweise eine Spiralform einzustellen. Bei Temperaturen größer 350°C beginnt typischerweise bereits die Kristallisation einzelner Oberflächenkristallite, wodurch das Band spröde werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform wird das amorphe Band zudem auf eine zweite Halterung in einer zweiten Wickelrichtung aufgewickelt, wobei die zweite Wickelrichtung entgegengesetzt zu der ersten Wickelrichtung ist. Bevorzugt wird das amorphe Band dabei auf einen Zwillingsdorn aufgewickelt. Diese Ausführungsform ermöglicht in einfacher Weise die Einprägung einer S-Form der Feder.
Die erste Halterung und/oder die zweite Halterung können als Dorn ausgebildet sein. In Ausführungsformen mit erster und zweiter Halterung können diese dabei als Zwillingsdorn ausgebildet sein.
Das Formen des amorphen Bandes aus der erschmolzenen Legierung erfolgt in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform mittels eines Rascherstarrungs-Verfahrens. Bevorzugt erfolgt das Formen des amorphen Bandes aus der erschmolzenen Legierung dabei mittels eines Meltspinning-Verfahrens, das auch als Schmelzspinnen bzw. Schmelzschleudern bezeichnet wird.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Formen des amorphen Bandes aus der erschmolzenen Legierung in ein amorphes Band mit einer Dicke d, wobei 50 μm ≤ d ≤ 200 μm. Dadurch entfällt in vorteilhafter Weise das bei dem aus der US 6 843 594 B1 bekannten Verfahren erforderliche Umformen der amorphen Legierungen, da die Geometrie des Ausgangsmaterials bereits der Federbändchengeometrie entspricht. Damit entfallen die insbesondere bei sogenannten Bulk-amorphen Legierungen schwierigen und aufwendigen sowie technisch kritischen Umformschritte zur Erreichung der genannten Dicke. Auch die aus der US 6 843 594 B1 bekannten Laminierungs- oder Klebetechniken, bei welchen einzelne amorphe Bänder zusammengefügt werden, um die für das Federbändchen benötigte Dicke zu erreichen, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dieser Ausführungsform entfallen.
Nach dem Formen des amorphen Bandes aus der erschmolzenen Legierung kann eine Breite des Bandes verringert werden. Dies ermöglicht eine einfache Realisierung eines Bandmaterials mit den insbesondere für Aufzugsfedern benötigten engen Breitentoleranzen.
Das Verringern der Breite des amorphen Bandes erfolgt in einer Ausführungsform durch Schneiden mittels einer Zirkularschere. Weiterhin kann das Verringern der Breite des amorphen Bandes mittels Drahterodieren erfolgen.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus die Verwendung einer amorphen Legierung in einer Feder für ein mechanisches Uhrwerk mit einer Zusammensetzung, die im Wesentlichen aus Ni_aCo_bFe_cCr_dB_eSi_fC_gP_hMo_iNb_kV_lTa_mW_n, mit
0 Atom-% ≤ c ≤ 25,0 Atom-%,
2,0 Atom-% ≤ d ≤ 21,0 Atom-%,
1,0 Atom-% ≤ e ≤ 20,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ f ≤ 20,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ g ≤ 20,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ h ≤ 20,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ i ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ k ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ l ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ m ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ n ≤ 5,0 Atom-%;
beiläufigen Verunreinigungen ≤ 1,0 Gewichtsprozent; Rest Ni und/oder Co besteht, wobei 15,0 Atom-% < e + f + g + h < (0,033·x² – 1,2·x + 32) Atom-%, wobei x der Gehalt an Cr in Atom-% ist.
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer amorphen Legierung in einer Feder für ein mechanisches Uhrwerk mit einer Zusammensetzung, die im Wesentlichen aus Ni_aCr_bSi_cP_dB_eFe_fMo_gNb_h, mit
4,0 Atom-% ≤ b ≤ 21,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ c ≤ 10,0 Atom-%,
5,0 Atom-% ≤ d ≤ 18,0 Atom-%,
1,0 Atom-% ≤ e ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ f ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ g ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ h ≤ 5,0 Atom-%;
beiläufigen Verunreinigungen ≤ 1,0 Gewichtsprozent; Rest Ni besteht.
Die Feder ist dabei bevorzugt als Triebfeder, insbesondere als Aufzugsfeder, ausgebildet.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1A zeigt eine Aufzugsfeder gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
1B zeigt eine Aufzugsfeder gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
1C zeigt eine Aufzugsfeder gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
1D zeigt eine Aufzugsfeder gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine Kraftmomentkennlinie einer Spiralfederq;
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Aufzugsfeder gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt eine DSC-Analyse eines amorphen Bandmaterials mit der Zusammensetzung Ni₆₇Cr_6,5Fe_2,5Si₈B₁₆ (in Atom%);
5 zeigt eine DSC-Analyse eines amorphen Bandmaterials mit der Zusammensetzung Ni₆₁Cr₁₈Si₄P₁₃B₄ (in Atom-%).
1A zeigt eine Aufzugsfeder 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Die Aufzugsfeder 1 weist dabei im entspannten Zustand eine S-Form auf bzw. ist im entspannten Zustand S-förmig. Die Aufzugsfeder 1 ist typischerweise in einem nicht näher dargestellten zylindrischen Gehäuse, dem sogenannten Federhaus, eingeschlossen und mit einem Ende an der Wand dieses Gehäuses und mit dem anderen Ende an dessen Achse, dem sogenannten Federkern, befestigt.
1B zeigt eine Aufzugsfeder 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die Aufzugsfeder 2 weist dabei im entspannten Zustand eine Spiralform auf bzw. ist im entspannten Zustand spiralförmig.
Auch Kombinationen der beiden Ausführungsformen sind möglich.
Dazu zeigt 1C eine Aufzugsfeder 3 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Die Aufzugsfeder 3 weist im entspannten Zustand eine sogenannte halb umgekehrte Form auf.
Weiterhin zeigt 1D eine Aufzugsfeder 4 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Die Aufzugsfeder 4 weist im entspannten Zustand eine sogenannte umgekehrte Form auf.
Die Aufzugsfedern gemäß den in den 1A bis 1D gezeigten Ausführungsformen weisen dabei eine Legierung mit einer der genannten Zusammensetzungen gemäß der Erfindung auf, wie im Folgenden weiter ausgeführt wird.
Wie bereits erläutert, sind für die eingesetzten Werkstoffe für Aufzugs- oder Triebfedern, wie sie in Geräten und Instrumenten aller Art, insbesondere für mechanische Uhren als Energiespeicher eingesetzt werden, verschiedene Eigenschaften gleichzeitig von besonderer Bedeutung. Diese Kriterien sind dabei sowohl für amorphe und als auch für kristalline Legierungen gegeben durch maximale mechanische Festigkeit bei ausreichender Duktilität, Bruchsicherheit sowie Knick- und Biegefestigkeit, Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit sowie unmagnetische Eigenschaften. Die einzelnen Kriterien werden im Folgenden näher erläutert.
Die Festigkeit amorpher Legierungen nimmt typischerweise mit dem Gehalt an Metalloiden, welche durch ihr Glasbildungsvermögen auch für die Herstellung als amorphe Legierungen von Bedeutung sind, zu. Für maximale Festigkeiten ist dabei insbesondere der Einsatz des Metalloids Bor (B) und daneben in geringerem Maße auch Silizium (Si) und Kohlenstoff (C) von Bedeutung. Diese glasbildenden Elemente sind insbesondere Phosphor (P), welches ebenfalls zur Glasbildung in amorphen Werkstoffen geeignet ist, vorzuziehen, da insbesondere B aber auch Si und C bei vergleichbaren Gehalten deutlich größere Festigkeiten des Amorphmaterials bewirken.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die Erhöhung des Gesamtmetalloidgehaltes über einen die oben genannten Werte zu einer deutlichen Abnahme der maximal möglichen Banddicke führt, wenn die Legierung zunächst als amorphes Band mittels Rascherstarrungstechnologie hergestellt wird. Dadurch kommt bei amorphen Werkstoffen für Aufzugs- bzw. Triebfedern der Wahl des Metalloidgehaltes und deren Zusammensetzung eine besondere Bedeutung zu.
Für die Festigkeit sind zudem weitere Legierungselemente von Bedeutung. Zusätze an Cr, Mo, Nb können legiert werden, um die Festigkeit des amorphen Bandmaterials weiter anzuheben. Da diese jedoch auch mit einer Reduzierung der maximal möglichen Banddicke mit vollständig amorpher Mikrostruktur einhergehen, kommt auch dieser Gruppe an Legierungselementen eine besondere Bedeutung zu. Hier ist insbesondere der Chromgehalt von Bedeutung, da er neben der Steigerung der Festigkeit auch für den Korrosionsschutz sowie auch für die magnetischen Eigenschaften, d. h. für unmagnetische Aufzugsfedern, von besonderer Relevanz ist.
Als Basismetall für amorphes Bandmaterial hergestellt mittels Rascherstarrungstechnologie sind insbesondere die Elemente Fe, Ni und Co von Bedeutung.
Innerhalb der amorphen Fe-, Co- und Ni-Basislegierungen weisen die Fe-Basis-Werkstoffe bei vergleichbarem Metalloidgehalt sowie Gehalt weiterer Legierungselemente die höchsten Festigkeitswerte auf, wodurch sie grundsätzlich für Federanwendungen in Betracht zu ziehen sind.
Amorphe Werkstoffe weisen typischerweise elastische Eigenschaften auf, die für Federanwendungen in hohem Maße geeignet sind. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass das Amorphmaterial bevorzugt mindestens einen Amorphitätsgrad von 80% aufweist, da der amorphe Zustand diese günstigen elastischen Eigenschaften ermöglicht. Weist das Amorphmaterial herstellungsbedingt ausgeprägte kristalline Bereiche oder ausgeprägte Oberflächenkristallite auf, sind diese amorphen Legierungen sehr spröde und bruchempfindlich und erfüllen somit typischerweise nicht die Anforderungen an einen Werkstoff für Triebfedern.
Derartige kristalline Anteile können durch eine ungenügende Abkühlung während der Herstellung als amorphes Ausgangsmaterial oder Überschreiten der maximal herstellbaren Dicke, bei welcher eine vollständig amorpher Mikrostruktur sichergestellt ist, entstehen.
Des Weiteren wird die Auswahl der amorphen Legierungen, welche zur Herstellung einer amorphen Aufzugs- bzw. Triebfeder gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist, durch die Kristallisationstemperatur bestimmt. Temperaturen oberhalb der Kristallisationstemperatur des Amorphmaterials sind zu vermeiden, da durch die dann einsetzende Kristallisation wiederum spröde Materialeigenschaften entstehen.
Der Verfahrensschritt zur Einstellung beispielsweise der Spiralform der amorphen Triebfeder erfordert eine bestimmte Temperatur, um diese Spiralform einzutempern. Die Einstellung der Spiralform erfolgt dabei bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen 150–350°C, so dass die verwendeten amorphen Legierungen bevorzugt eine Kristallisationstemperatur größer 400°C aufweisen.
Zur Einstellung der erforderlichen Korrosions- bzw. Oxidationsbeständigkeit des amorphen Federmaterials wird typischerweise das Element Cr verwendet. Die Korrosionsbeständigkeit von amorphen Legierungen ist typischerweise günstiger als bei vergleichbaren kristallinen Legierungen, da die für den Korrosionsangriff häufig verantwortlichen Korngrenzen der kristallinen Werkstoffe in amorphen Materialien nicht vorhanden sind. Eine weitere entscheidende Rolle für das Korrosionsverhalten glasartiger Metalle ist der Einfluss der in amorphen Legierungen vorhandenen Metalloiden sowie auch bei einer dichten und homogenen Oberfläche die passivierende Wirkung der Deckschichten, die sich während des Korrosionsangriffes bilden.
Für einen ausreichenden Korrosionsschutz ist beispielsweise ein Chromgehalt größer 5% geeignet. Fe-Basis amorphe Legierungen zeigen beispielsweise ab einem Cr-Gehalten von ca. 5 at.% bereits eine hohe Korrosionsbeständigkeit.
Mit zunehmendem Cr-Gehalt nimmt zwar die Korrosionsbeständigkeit zu, dies führt jedoch zu einer Reduzierung der maximal möglichen Banddicken, so dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung der oben genannte Zusammenhang zwischen dem Gehalt an Cr und dem Gesamtmetalloidgehalt, d. h. dem Gehalt an Si + B + C + P, erkannt wurde.
Des Weiteren sollen die typischerweise für Triebfedern in mechanischen Uhren eingesetzten Werkstoffe unmagnetisch sein, da sonst die Ganggenauigkeit oder die generelle Funktion der Uhr oder des Instrumentes durch äußere Magnetfelder bzw. magnetische Dämpfungseffekte beeinflusst wird.
Als Basismaterial für amorphe Legierungen sind, wie bereits erläutert, grundlegend die Elemente Fe, Co und Ni von Bedeutung. Diese Elemente sowie Legierungen davon sind bei Raumtemperatur ferromagnetisch, so dass durch die Wahl und den Gehalt der Legierungszusätze die Curietemperatur typischerweise in den Bereich von –20°C bis –50°C verschoben wird. Damit sind unmagnetische Eigenschaften des Federelementes in dem für Aufzugsfedern typischen Temperaturanwendungsbereich von 0°C bis +50°C sichergestellt.
Hier sind wiederum die erfindungsgemäßen Ni-Cr-Si-B-Legierungen besonders vorteilhaft, da das Chrom schon mit einem Gehalt von wenigen at.% effektiv die Curietemperatur absenkt.
Für amorphe Legierungen, wie sie für die vorliegende Erfindung verwendet werden, kommen zusätzlich noch weitere Kriterien hinzu. Die Legierungen werden bevorzugt mit einem Schmelzspinverfahren in einer Dicke von 50–200 μm als Band oder Folie hergestellt. Weiterhin weisen die Legierungen bevorzugt eine ausreichend hohe Kristallisationstemperatur auf, um eine temperaturinduzierte Formgebung in beispielsweise eine Spiralform durchführen zu können, ohne dass eine Kristallisation des amorphen Bandmaterials auftritt.
Für die vorliegende Erfindung ist es daher besonders vorteilhaft, dass Legierungszusammensetzungen gewählt werden, deren Herstellbarkeit mittels Rascherstarrungstechnologie in einer Dicke von bevorzugt 50–200 μm zuverlässig möglich ist.
Zudem wurde im Rahmen der Erfindung erkannt, dass die Oberflächenqualität von unter Vakuum oder Schutzgas hergestellten Legierungen, wie sie aus der US 2009/0303842 A1 bekannt sind, oftmals nicht ausreichend für den Einsatz als Federelement oder Aufzugsfeder ist. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Legierungszusammensetzungen besitzen hingegen den Vorteil, dass sie an Luft als amorphes Band hergestellt werden können.
Ein weiteres Kennzeichen der erfindungsgemäßen amorphen Aufzugs- bzw. Triebfedern und deren Herstellung ist die temperaturinduzierte Einstellung der für Aufzugsfedern typischen S- und/oder Spiralform. Dieser Formgebungsschritt erfolgt typischerweise bei Temperaturen von 150–350°C. Die Temperatur dieses Formgebungsschrittes muss dabei ausreichend hoch sein, um die S- und/oder Spiralform einzustellen. Damit sind insbesondere amorphe Legierungen geeignet, welche eine Kristallisationstemperatur von größer 400°C, vorzugsweise größer 450°C aufweisen.
Neben den genannten Kriterien ist zudem aus Gründen der Umweltverträglichkeit in zunehmend verstärktem Maße darauf zu achten, dass keine giftigen oder für die Umwelt kritischen Legierungselemente verwendet werden. Dies betrifft im Bereich der amorphen Werkstoffe insbesondere das Element Beryllium (Be), welches als glasbildender Zusatz zum Einsatz kommen kann.
Unter Berücksichtigung der oben ausgeführten Eigenschaften und Eigenschaftszusammenhänge wurden im Rahmen der vorliegenden Erfindung die vorgenannten Legierungszusammensetzungen bereitgestellt, da diese das für amorphe Aufzugsfedern gemäß der Erfindung angegebene Eigenschaftsprofil aufweisen.
Um die für amorphe Federn und deren Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung angegebenen Eigenschaften zu erreichen, sind insbesondere Legierungen mit einer Zusammensetzung, die im Wesentlichen aus Ni_aCo_bFe_cCr_dB_eSi_fC_gP_hMo_iNb_kV_lTa_mW_n, mit
0 Atom-% ≤ c ≤ 25,0 Atom-%,
2,0 Atom-% ≤ d ≤ 21,0 Atom-%,
1,0 Atom-% ≤ e ≤ 20,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ f ≤ 20,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ g ≤ 20,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ h ≤ 20,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ i ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ k ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ l ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ m ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ n ≤ 5,0 Atom-%;
beiläufigen Verunreinigungen ≤ 1,0 Gewichtsprozent; Rest Ni und/oder Co besteht, wobei 15,0 Atom-% < e + f + g + h < (0,033·x² – 1,2·x + 32) Atom-%, wobei x der Gehalt an Cr in Atom-% ist, von Bedeutung.
Weitere Legierungen, welche die für die erfindungsgemäße amorphe Aufzugsfeder angegebene Eigenschaftskombination aufweisen, sind Legierungen mit einer Zusammensetzung, die im Wesentlichen aus Ni_aCr_bSi_cP_dB_eFe_fMo_gNb_h, mit
4,0 Atom-% ≤ b ≤ 21,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ c ≤ 10,0 Atom-%,
5,0 Atom-% ≤ d ≤ 18,0 Atom-%,
1,0 Atom-% ≤ e ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ f ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ g ≤ 5,0 Atom-%,
0 Atom-% ≤ h ≤ 5,0 Atom-%;
beiläufigen Verunreinigungen ≤ 1,0 Gewichtsprozent; Rest Ni besteht.
Neben den Werkstoffeigenschaften können diese ebenfalls in einer Banddicke von 50–200 μm als vollamorphes Band hergestellt werden und eine Kristallisationstemperatur größer 400°C aufweisen. Dabei erreichen die erstgenannten Legierungen typischerweise ein höheres Festigkeitsniveau als letztgenannte.
2 zeigt eine Kraftmomentkennlinie einer Spiralfeder.
Die sogenannte Kraftmomentkennlinie stellt die Abhängigkeit des Kraftmomentes M einer Spiralfeder von der Windungszahl N dar und kann durch die folgende Gleichung berechnet werden: M = k·E·N wo k eine Konstante abhängig von der Geometrie der Feder, d. h. Dicke, Breite und Länge, und E der Elastizitätsmodul des Federwerkstoffes ist.
Werden Aufzugs- und Triebfedern in die in den 1C und 1D dargestellte halb umgekehrte oder umgekehrte Form umgeformt, wird die Windungszahl mit zu niedrigem, nicht relevantem Kraftmoment auf ein Minimum reduziert. Die Steigung der Kraftmomentkennlinie in dem Bereich, in dem das Kraftmoment relevant ist, kann dabei ebenfalls durch die vorherige Gleichung berechnet werden und ist proportional zum Elastizitätsmodul E. Je kleiner der Elastizitätsmodul des Werkstoffes ist, desto flacher wird die Kraftmomentkennlinie. Die flachere Kraftmomentkennlinie stellt ein gleichmäßigeres Drehmoment zur Verfügung und erlaubt gleichzeitig, angenommen das verwendbare Drehmoment liegt zwischen 50% und 90% des maximalen Drehmoments M_max, eine höhere Windungszahl N(M_90%) – N(M_50%) zu benutzen und somit eine größere Gangdauer, d. h. ein höheres Energiespeichervermögen, zu erreichen.
Dadurch erfüllen die erfindungsgemäßen amorphen Werkstoffe mit sehr hohen Festigkeiten und geringem Elastizitätsmodul die Anforderungen an einen Werkstoff für Aufzugsfedern bezüglich maximal speicherbarer Federenergie in besonders hohem Maße.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Aufzugsfeder gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Für das im Folgenden beschriebene Verfahren zur Herstellung der beispielsweise S- und/oder spiralförmigen Feder kommen dabei die bereits erläuterten Legierungszusammensetzungen gemäß der Erfindung zum Einsatz.
In einem Schritt 10 erfolgt ein Erschmelzen der Legierung, wobei die Legierung eine Zusammensetzung gemäß einer der vorgenannten Ausführungsformen aufweist.
Weiterhin erfolgt in einem Schritt 20 ein Urformen der erschmolzenen Legierung in ein amorphes Band bzw. in eine amorphe Folie. In der gezeigten Ausführungsform erfolgt das Urformen mittels Meltspin-Technologie, bei welcher die Metallschmelze auf ein rotierendes Kupferrad gespritzt wird. Dabei wird das amorphe Band bzw. die Folie in einer Dicke zwischen 50–200 μm hergestellt. Um diese für amorphes Bandmaterial relativ hohen Banddicken zu erreichen, werden neben der erfindungsgemäßen Legierungsauswahl insbesondere die Herstellparameter Gießradgeschwindigkeit und Düsenschlitzdicke angepasst.
Um die besonders günstigen Eigenschaften des amorphen Werkstoffzustandes zu nutzen, ist darauf zu achten, dass das Material zumindest einen Amorphitätsgrad größer 80% aufweist. Bevorzugt ist das Material vollständig amorph. Typische Breiten für mittels Meltspinnverfahren hergestelltem amorphem Bandmaterial liegen dabei im Bereich zwischen 20–100 mm. Das Bandmaterial wird typischerweise mit entsprechenden Wickelanlagen direkt an den Meltspinanlagen zu Rollen bzw. ”Coils” aufgewickelt.
Das amorphe Band wird in der gezeigten Ausführungsform in einem weiteren Schritt 30 auf die gewünschte Breite der Feder aufgeschnitten, aus welchem in weiteren Prozessschritten dann die beispielsweise spiralförmige Feder geformt wird. Das Schneiden ermöglicht eine einfache Realisierung eines Bandmaterials mit den für Aufzugsfedern benötigten engen Breitentoleranzen. Des Weiteren kann die Naturkante des amorphen Bandmaterials Defekte wie Kerben oder Riefen oder andere strukturellen Defekte aufweisen. Für höchstbelastete Spiralfedern wie sie mechanische Uhren erfordern ist zudem eine exakte Kantenqualität notwendig, da jegliche strukturellen Defekte – insbesondere an den Kanten des Federbändchens – beim späteren Einsatz der amorphen Feder zu einem Versagen durch Federbruch oder zu unzureichenden Federeigenschaften führen können. Die typischen Breiten für Federbändchen liegen dabei typischerweise zwischen 0,5–3,0 mm. Für das Schneiden von amorphem Bandmaterial sind insbesondere Zirkularscheren vorteilhaft.
In einem Schritt 40 wird das amorphe Bandmaterial auf eine Länge zwischen 200–1000 mm abgelängt.
Nach dem Ablängen wird das Federbändchen in einem Schritt 50 auf eine erste Halterung, beispielsweise auf einen Dorn, aufgewickelt und in einem Schritt 60 wärmebehandelt, um die für Aufzugsfedern typische, gegebenenfalls halb umgekehrte oder umgekehrte Spiralform einzuprägen. Für eine S-Form der Feder wird das amorphe Bandmaterial auf eine erste Halterung und eine zweite Halterung, bevorzugt auf einen Zwillingsdorn, aufgewickelt, wobei die Wickelrichtung auf den einzelnen Halterungen bzw. Dornen unterschiedlich ist.
Die Wärmebehandlung, welche vorzugsweise in Luft erfolgt, wird dabei bei einer Temperatur durchgeführt, welche auf der einen Seite hoch genug ist, damit die diffusionsgesteuerten Relaxationsprozesse ablaufen können und dadurch eine bleibende Einprägung der Spiral- oder S-Form einstellen zu können. Auf der anderen Seite ist darauf zu achten, dass diese Temperatur nicht zu hoch ist, um eine Kristallisation des metastabilen amorphen Zustandes zu vermeiden. Die Kristallisation beginnt dabei typischerweise auf der Oberfläche des amorphen Bandes, insbesondere an herstellungsbedingten Oberflächendefekten. Diese Kristallisation führt zu einer Versprödung des Federbändchens, wodurch es für den Einsatz als Spiralfeder ungeeignet ist.
Die geeignete Temperatur dieser Wärmebehandlung wird dabei maßgeblich durch die Kristallisationstemperatur des amorphen Ausgangsmaterials bestimmt. Es wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden, dass insbesondere der Temperaturbereich von 150–350°C für das Eintempern der S- oder Spiralform günstig ist. Damit sind insbesondere die genannten Legierungen vorteilhaft, da diese eine Kristallisationstemperatur größer 400°C, vorzugweise größer 450°C aufweisen können.
Weiterhin wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden, dass bei amorphen Legierungen, welche eine Kristallisationstemperatur größer 400°C aufweisen, die formgebende Wärmebehandlung bevorzugt zwischen 0,3–0,7 T_x durchgeführt wird, wobei T_x die Kristallisationstemperatur darstellt. Dieser Temperaturbereich gewährleistet eine ausreichende Diffusion für die für die Formgebung erforderliche Relaxation, welche für das Einprägen der entsprechenden Aufzugsfederform benötigt wird. In diesem Temperaturbereich tritt noch keine Kristallisation des amorphen Materials auf, welche mit unerwünschter Sprödigkeit des Bandmaterials einhergeht.
Die Dauer der Wärmebehandlung beträgt in der gezeigten Ausführungsform, abhängig von der Temperatur der Wärmebehandlung, zwischen einer Minute und vier Stunden.
Im Gegensatz zu dem aus der US 2009/0303842 A1 bekannten Herstellungsverfahren von amorphen Federn setzt die vorliegende Erfindung spezielle Legierungszusammensetzungen bzw. chemische Zusammensetzungen der amorphen Legierung ein, welche eine sehr hohe Festigkeit besitzen, eine Kristallisationstemperatur größer 400°C aufweisen und dabei mit dem Schmelzspinnverfahren als Bänder oder Folien in einer Dicke von 50–200 μm mit bevorzugt vollständig amorpher Mikrostruktur in Luft oder im reduzierten Schutzgasanteil hergestellt werden können.
Im Folgenden werden Versuche und Versuchsergebnisse beschrieben, in denen Werkstoffeigenschaften von Beispiellegierungen mit Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung und mit nicht erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ermittelt und miteinander verglichen werden.
Beispiel 1
Eine erfindungsgemäße Legierung der Zusammensetzung Ni₆₇Cr_6,5Fe_2,5Si₈B₁₆ (in at.%) wird zunächst in einer Banddicke von 80 μm und einer Gießbreite von 25 mm mittels Meltspinverfahren als amorphes Bandmaterial hergestellt. Die Banddicke wird dabei insbesondere durch die Gießradgeschwindigkeit variiert und eingestellt. Ein Knicktest nach der Herstellung, in welchem das Bandmaterial vollständig geknickt werden kann, ohne zu brechen, belegt, dass das Band vollständig amorph bzw. einen Amorphitätsgrad von mindestens 80% aufweist. Dieses Band wird im Weiteren mittels Zircularscheren auf eine Bandbreite von 3,0 mm geschnitten.
Eine in 4 dargestellte DSC-Analyse dieses Materials zeigt die Gefüge- und Phasenumwandlungen. Die Kristallisationstemperatur liegt bei 500°C (Peaktemperatur) bzw. 498°C–509°C (Onset-Temperaturen des Kristallisationspeaks), das Schmelzintervall bei 975°C–1035°C.
Somit weist dieses Material die für die weitere Verarbeitung zu einer Spiralfeder notwendige hohe Kristallisationstemperatur auf. Damit kann eine formgebende Wärmebehandlung bei 150–350°C durchgeführt werden, ohne dass unerwünschte Kristallisation des Materials auftritt.
Beispiel 2
Eine erfindungsgemäße Legierung der Zusammensetzung Ni₆₁Cr₁₈Si₄P₁₃B₄ (in at.%) wird zunächst in einer Banddicke von 80 μm und einer Gießbreite von 25 mm mittels Meltspinverfahren als amorphes Bandmaterial hergestellt. Die Banddicke wird dabei insbesondere durch die Gießradgeschwindigkeit variiert und eingestellt. Ein Knicktest nach der Herstellung, in welchem das Bandmaterial vollständig geknickt werden kann ohne zu brechen, belegt, dass das Band vollständig amorph bzw. einen Amorphitätsgrad von mindestens 80% aufweist.
Eine in 5 dargestellte DSC-Analyse dieses Materials zeigt die Gefüge- und Phasenumwandlungen. Die Kristallisationstemperatur liegt bei 461°C–470°C (Onset-Temperaturen des Kristallisationspeaks).
Neben den günstigen Herstelleigenschaften, welche Banddicken von 50–200 μm ermöglichen, weist diese Legierung die für weitere Verarbeitung zu einer Spiralfeder notwendige hohe Kristallisationstemperatur auf. Damit kann eine formgebende Wärmebehandlung bei 150–350°C durchgeführt werden, ohne dass unerwünschte Kristallisation des Materials auftritt.
Beispiel 3
Verschiedene erfindungsgemäße und nicht erfindungsgemäße Legierungen werden in einer Gießbreite von 25 mm mittels Meltspinverfahren als amorphes Bandmaterial hergestellt. Anschließend werden die mechanischen Eigenschaften mittels Härtemessung bestimmt. Da die Messung der mechanischen Eigenschaften von amorphem Bandmaterial sehr sensibel auf Scherkräfte reagiert und diese das Messergebnis signifikant beeinflussen können, wird neben dem Zugversuch auch die Härtemessung als einfaches und reproduzierbares Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von amorphem Bandmaterial eingesetzt.

In Tabelle 1 sind neben der chemischen Zusammensetzung die mechanische Festigkeit (HV 0,5) sowie Angaben, ob die Legierung in der für Aufzugsfedern relevanten Dicke größer 50 μm hergestellt werden können, zusammengefasst.

Beispiellegierungen in at.%	Ni	Fe	Cr	Si	B	P
Beispiel 1	Rest		6,6	7,8	14,5
Beispiel 2	Rest		8	8	14
Beispiel 3	Rest		8	7	14
Beispiel 4	Rest		14	8	13
Beispiel 5	Rest		17	6,5	2,5	9
Beispiel 6	Rest		18	2	4	13
Beispiel 7	Rest		20	1	2,5	14
Beispiel 8		Rest		15,5	6,8
Beispiel 9		Rest		11	8

Beispiellegierungen in at.%	Mo	Nb	Härte HV 0,5	Herstellbar in Banddicken größer 50 μm
Beispiel 1			965	Ja
Beispiel 2			980	Ja
Beispiel 3	1		990	Ja
Beispiel 4			990	Nein
Beispiel 5			780	Ja
Beispiel 6			800	Ja
Beispiel 7			775	Ja
Beispiel 8		3	1020	Nein
Beispiel 9		3	1040	Nein

Tabelle 1: Mechanische Eigenschaften und Herstelleigenschaften von verschiedenen amorphen Legierungen hergestellt mittels Schmelzspinnverfahren; für das erfindungsgemäße Verfahren sind insbesondere Legierungen mit einer hohen Festigkeit und herstellbaren Banddicken größer 50 μm geeignet

Aus Tabelle 1 wird erkennbar, dass insbesondere die erfindungsgemäßen amorphen Beispiellegierungen 1 bis 3 eine sehr hohe Härte und somit mechanische Festigkeit aufweisen, wie sie für Werkstoff, welche in Aufzugsfedern zum Einsatz kommen, gefordert wird. Außerdem erfüllen diese Legierungen mit möglichen Banddicken von größer 50 μm auch das gewünschte Herstellungskriterium. Die erfindungsgemäßen Beispiellegierungen 5 bis 7 können ebenfalls in diesen Dicken hergestellt werden, erreichen dabei jedoch nicht das Festigkeitsniveau der Beispiellegierungen 1 bis 3. Die Beispiellegierungen 8 und 9 zeichnen sich zwar durch die höchsten Festigkeiten aus, deren Herstellung in einer Banddicke größer 50 μm ist jedoch nicht möglich.
Beispiel 4

Verschiedene Legierungen, welche sich als besonders geeignet für die vorliegende Erfindung erwiesen haben, werden in einer Gießbreite von 25 mm mittels Meltspinverfahren als amorphes Bandmaterial hergestellt. Insbesondere durch Variation der Gießradgeschwindigkeit wird die Banddicke variiert. Durch einen Knicktest nach der Herstellung wird die maximale mögliche Banddicke mit vollständig amorpher Struktur ermittelt. Die aufgeführten Legierungen können in dem besonders vorteilhaften Dickenbereich von 50–200 μm mit weitestgehend amorpher Mikrostruktur hergestellt werden.

Beispiellegierungen in at.%	Ni	Cr	Si	B	P	Mo	Maximale Banddicke mit (weitestgehend) amorpher Mikrostruktur [μm]
Beispiel 1	Rest	6,6	7,8	14,5			120
Beispiel 2	Rest	8	8	14			100
Beispiel 3	Rest	8	7	14		1	90
Beispiel 4	Rest	14	8	13			60
Beispiel 5	Rest	17	6,5	2,5	9		90
Beispiel 6	Rest	18	2	4	13		90
Beispiel 7	Rest	20	1	2,5	14		100

Tabelle 2: Maximal mögliche Banddicken von verschiedenen amorphen Legierungen, welche sich als besonders geeignet für die vorliegende Erfindung erwiesen haben

Beispiel 5
Eine erfindungsgemäße Legierung der Zusammensetzung Ni₆₇Cr_6,5Fe_2,5Si₈B₁₆ (in at.%), welche eine Kristallisationstemperatur von 500°C aufweist, wird zunächst in einer Banddicke von 100 μm als amorphes Bandmaterial hergestellt. Dieses Bandmaterial wird durch Zircularscheren auf eine Breite von 3,0 mm aufgeschnitten. Nach dem Ablängen des amorphen Bandes auf 25 cm wird das Bandmaterial auf einen Edelstahldorn mit einem Durchmesser von 15 mm aufgewickelt und bei verschiedenen Temperaturen an Luft für eine Stunde wärmebehandelt. Nach dem Wärmebehandeln wird der durch Relaxation des Bandmaterials eingetemperte Durchmesser des Federmaterials gemessen und durch einen Knicktest die vollständige Amorphizität überprüft. In Tabelle 3 sind die Ergebnisse dargestellt.
Es wird erkennbar, dass insbesondere Temperaturen im Bereich von 150–350°C geeignet sind, um eine Spiralform in das Federbändchen mittels temperaturinduzierter Relaxationsprozesse einzuprägen. Bei Temperaturen kleiner 150°C reicht die Temperatur nicht aus, um die Diffusion zu aktivieren und damit eine Spiralform einzustellen. Bei Temperaturen größer 350°C beginnt bereits die Kristallisation einzelner Oberflächenkristallite, wodurch das Band im Knicktest bereits spröde bricht.

Wärmebehandlungstemperatur [°C] Ausgangsdurchmesser (= Dorndurchmesser) [mm]

100 15

150 15

200 15

250 15

300 15

350 15

400 15

500 15

Durchmesser nach der Wärmebehandlung (entspannter Zustand) [mm] Knicktest (+ = elastisch, – = spröde)

Nicht messbar +

35 +

28 +

20 +

18 +

17 +

17 –

17 –

Tabelle 3: Wärmebehandlungstemperatur eines amorphen Bandmaterials der Zusammensetzung Ni₆₇Cr_6,5Fe_2,5Si₈B₁₆ (in at.%) zur Einstellung der für Federanwendungen typischen Spiralform
Die vorliegende Erfindung stellt somit Aufzugsfedern aus einer amorphen Metalllegierung sowie ein entsprechendes Verfahren zu deren Herstellung bereit.
Ausgangsbasis für Aufzugsfedern gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein amorphes Bandmaterial, welches zunächst bevorzugt mit einem Schmelzspinnverfahren als kontinuierliches Band oder Folie in einer Dicke von typischerweise 50–200 μm hergestellt wird.
Nach dem bevorzugt erfolgenden Schneiden des amorphen Breitbandes auf die gewünschte Breite des Federelementes oder dem Kantenschleifen wird das Bandmaterial durch Wickeln beispielsweise auf einen Dorn fixiert und bei einer Temperatur unterhalb der Kristallisationstemperatur des amorphen Ausgangsmaterials zwischen 150–400°C wärmebehandelt, um die für Triebfedern erforderliche Form (Spiral-, halb umgekehrte Spiral-, umgekehrte Spiral- oder S-Form) einzutempern.
Als Material für amorphe Aufzugsfedern gemäß der Erfindung kommen die oben genannten Legierungszusammensetzungen zum Einsatz, da sie eine hohe mechanische Festigkeit und einen relativ niedrigen Elastizitätsmodul besitzen und damit ein hohes Energiespeichervermögen der Aufzugsfeder ermöglichen. Zudem sind die genannten Legierungen oxidations- und korrosionsbeständig sowie auch bei den typischen Einsatztemperaturen der Aufzugsfeder unmagnetisch, d. h. nicht-ferromagnetisch.
Des Weiteren können sie in einer Banddicke zwischen 50–200 μm beispielsweise mittels Schmelzspinnverfahren als amorphes Bandmaterial hergestellt werden, was ebenfalls von besonderer Bedeutung für die vorliegende Erfindung ist. Diese amorphen Legierungen weisen zudem eine ausreichend hohe Kristallisationstemperatur T_x im Bereich von 400–600°C auf, wodurch die erfindungsgemäße Formgebung der amorphen Federn bei eine Temperatur zwischen bevorzugt 150°C und weniger als 400°C möglich ist, ohne dass für die mechanischen Eigenschaften des amorphen Bandmaterials unerwünschte Kristallisation auftritt.
Die Aufzugsfeder weist dabei eine amorphe Legierung auf, deren Zusammensetzung in vorteilhafter Weise eine großtechnische Herstellung und/oder Verarbeitung an Luft, d. h. insbesondere unter normalen atmosphärischen Bedingungen, ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Aufzugsfeder
2: Aufzugsfeder
3: Aufzugsfeder
4: Aufzugsfeder
10: Schritt
20: Schritt
30: Schritt
40: Schritt
50: Schritt
60: Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6843594 B1 [0019, 0054]
US 2009/0303842 A1 [0020, 0025, 0097, 0120]

Claims

Feder für ein mechanisches Uhrwerk, wobei die Feder eine amorphe Legierung mit einer Zusammensetzung aufweist, die im Wesentlichen aus Ni_aCo_bFe_cCr_dB_eSi_fC_gP_hMo_iNb_kV_lTa_mW_n, mit 0 Atom-% ≤ c ≤ 25,0 Atom-%, 2,0 Atom-% ≤ d ≤ 21,0 Atom-%, 1,0 Atom-% ≤ e ≤ 20,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ f ≤ 20,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ g ≤ 20,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ h ≤ 20,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ i ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ k ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ l ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ m ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ n ≤ 5,0 Atom-%; beiläufigen Verunreinigungen ≤ 1,0 Gewichtsprozent; Rest Ni und/oder Co besteht, wobei 15,0 Atom-% < e + f + g + h < (0,033·x² – 1,2·x + 32) Atom-%, wobei x der Gehalt an Cr in Atom-% ist.
Feder nach Anspruch 1, wobei 0 Atom-% ≤ c ≤ 5,0 Atom-%, 4,0 Atom-% ≤ d ≤ 12,0 Atom-%, 5,0 Atom-% ≤ e ≤ 18,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ f ≤ 10,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ i ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ k ≤ 5,0 Atom-%; b = g = h = l = m = n = 0 Atom-%.
Feder nach Anspruch 2, wobei 2,0 Atom-% ≤ c ≤ 3,0 Atom-%, 6,0 Atom-% ≤ d ≤ 10,0 Atom-%, 7,0 Atom-% ≤ e ≤ 16,0 Atom-%, 2,0 Atom-% ≤ f ≤ 8,0 Atom-%, 2,0 Atom-% ≤ i ≤ 3,0 Atom-%, 2,0 Atom-% ≤ k ≤ 3,0 Atom-%.
Feder nach Anspruch 2, wobei die amorphe Legierung eine Zusammensetzung aufweist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni₆₇Cr_6,5Fe_2,5Si₈B₁₆, Ni_71,1Cr_6,6Si_7,8B_14,5, Ni₇₀Cr₈Si₈B₁₄ und Ni₇₀Cr₈Si₇B₁₄Mo₁.
Feder für ein mechanisches Uhrwerk, wobei die Feder eine amorphe Legierung mit einer Zusammensetzung aufweist, die im Wesentlichen aus Ni_aCr_bSi_cP_dB_eFe_fMo_gNb_h, mit 4,0 Atom-% ≤ b ≤ 21,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ c ≤ 10,0 Atom-%, 5,0 Atom-% ≤ d ≤ 18,0 Atom-%, 1,0 Atom-% ≤ e ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ f ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ g ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ h ≤ 5,0 Atom-%; beiläufigen Verunreinigungen ≤ 1,0 Gewichtsprozent; Rest Ni besteht.
Feder nach Anspruch 5, wobei 6,0 Atom-% ≤ b ≤ 20,0 Atom-%, 1,0 Atom-% ≤ c ≤ 8,0 Atom-%, 7,0 Atom-% ≤ d ≤ 16,0 Atom-%, 2,0 Atom-% ≤ e ≤ 4,0 Atom-%, 2,0 Atom-% ≤ f ≤ 3,0 Atom-%, 2,0 Atom-% ≤ g ≤ 3,0 Atom-% und 2,0 Atom-% ≤ h ≤ 3,0 Atom-%.
Feder nach Anspruch 5, wobei die amorphe Legierung eine Zusammensetzung aufweist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni₆₁Cr₁₈Si₄P₁₃B₄, Ni₆₅Cr₁₇Si_6,5P₉B_2,5, Ni₆₃Cr₁₈Si₂P₁₃B₄ und Ni_62,5Cr₂₀Si₁P₁₄B_2,5.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Feder eine Dicke d aufweist, wobei 50 μm ≤ d ≤ 200 μm.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Feder im entspannten Zustand S-förmig und/oder spiralförmig ist.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die amorphe Legierung eine Kristallisationstemperatur T_x aufweist, wobei T_x > 400°C.
Feder nach Anspruch 10, wobei T_x > 450°C.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die amorphe Legierung eine Vickershärte HV 0,5 von 775 bis 990 aufweist.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Feder als Triebfeder ausgebildet ist.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Feder als Aufzugsfeder ausgebildet ist.
Mechanisches Uhrwerk aufweisend eine Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Uhr aufweisend ein mechanisches Uhrwerk nach Anspruch 15.
Verfahren zur Herstellung einer Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Erschmelzen der Legierung, – Formen eines amorphen Bandes aus der erschmolzenen Legierung, – Aufwickeln des amorphen Bandes auf einer ersten Halterung in einer ersten Wickelrichtung, – Wärmebehandeln des aufgewickelten Bandes.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Wärmebehandeln des aufgewickelten Bandes an Luft erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, wobei das Erschmelzen der Legierung an Luft erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das Formen des amorphen Bandes aus der erschmolzenen Legierung an Luft erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei das Wärmebehandeln des aufgewickelten Bandes bei einer Temperatur T erfolgt, wobei 0,3·T_x ≤ T ≤ 0,7·T_x, wobei T_x die Kristallisationstemperatur der amorphen Legierung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei das Wärmebehandeln des aufgewickelten Bandes bei einer Temperatur T erfolgt, wobei 150°C ≤ T ≤ 350°C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei das amorphe Band zudem auf einer zweiten Halterung in einer zweiten Wickelrichtung aufgewickelt wird, wobei die zweite Wickelrichtung entgegengesetzt zu der ersten Wickelrichtung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei das Formen des amorphen Bandes aus der erschmolzenen Legierung mittels eines Rascherstarrungs-Verfahrens erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Formen des amorphen Bandes aus der erschmolzenen Legierung mittels eines Meltspinning-Verfahrens erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, wobei das Formen des amorphen Bandes aus der erschmolzenen Legierung in ein amorphes Band mit einer Dicke d erfolgt, wobei 50 μm ≤ d ≤ 200 μm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, wobei nach dem Formen des amorphen Bandes aus der erschmolzenen Legierung eine Breite des Bandes verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Verringern der Breite des amorphen Bandes durch Schneiden mittels einer Zirkularschere erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 27 oder Anspruch 28, wobei das Verringern der Breite des amorphen Bandes mittels Drahterodieren erfolgt.
Verwendung einer amorphen Legierung in einer Feder für ein mechanisches Uhrwerk mit einer Zusammensetzung, die im Wesentlichen aus Ni_aCo_bFe_cCr_dB_eSi_fC_gP_hMo_iNb_kV_lTa_mW_n, mit 0 Atom-% ≤ c ≤ 25,0 Atom-%, 2,0 Atom-% ≤ d ≤ 21,0 Atom-%, 1,0 Atom-% ≤ e ≤ 20,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ f ≤ 20,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ g ≤ 20,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ h ≤ 20,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ i ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ k ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ l ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ m ≤ 5,0 Atom-%, 0 Atom-% ≤ n ≤ 5,0 Atom-%; beiläufigen Verunreinigungen ≤ 1,0 Gewichtsprozent; Rest Ni und/oder Co besteht, wobei 15,0 Atom-% < e + f + g + h < (0,033·x² – 1,2·x + 32) Atom-%, wobei x der Gehalt an Cr in Atom-% ist.
Verwendung einer amorphen Legierung in einer Feder für ein mechanisches Uhrwerk mit einer Zusammensetzung, die im Wesentlichen aus Ni_aCr_bSi_cP_dB_eFe_fMo_gNb_h, mit 4,0 ≤ b ≤ 21,0, 0 ≤ c ≤ 10,0, 5,0 ≤ d ≤ 18,0, 1,0 ≤ e ≤ 5,0, 0 ≤ f ≤ 5,0, 0 ≤ g ≤ 5,0, 0 ≤ h ≤ 5,0; beiläufigen Verunreinigungen ≤ 1,0 Gewichtsprozent; Rest Ni besteht.