DE707445C - Thermobimetall - Google Patents

Thermobimetall

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DE707445C
DE707445C DEH154883D DEH0154883D DE707445C DE 707445 C DE707445 C DE 707445C DE H154883 D DEH154883 D DE H154883D DE H0154883 D DEH0154883 D DE H0154883D DE 707445 C DE707445 C DE 707445C
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Germany
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bimetal
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metal
thermal
slabs
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DEH154883D
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English (en)
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Norman L Derby
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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Heraeus Vacuumschmelze AG
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01K5/48Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid
    • G01K5/56Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid constrained so that expansion or contraction causes a deformation of the solid
    • G01K5/62Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid constrained so that expansion or contraction causes a deformation of the solid the solid body being formed of compounded strips or plates, e.g. bimetallic strip
    • G01K5/64Details of the compounds system
    • G01K5/68Shape of the system
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    • G01K5/64Details of the compounds system
    • G01K5/66Selection of composition of the components of the system

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Description

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

Claims (8)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Ein aus mehreren Metallstreifen zusammengesetztes Thermobimetall, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede einzelne Bimetallkomponente über ihre Länge in der Dicke verjüngt und von beiden Komponenten die Enden mit der größeren Dicke an dem einen Ende des Thermobimetalls und die Enden mit der geringeren Dicke an seinem anderen Ende liegen.
  2. 2. Thermobimetall nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens eine Komponente des Bimetalls in der Längsrichtung des Bimetalls gleichmäßig und fortschreitend in der Dicke verjüngt.
  3. 3. Thermobimetall nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es an einem Ende etwa zwei- bis viermal, vorzugsweise etwa dreimal so dick ist wie am anderen Ende.
  4. 4. Thermobimetall nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Seitenansicht das Bimetall durch eine gerade Linie und eine Linie begrenzt wird, die eine solche Gestalt hat, daß sie eine rechteckige Fläche in zwei gleiche und ähnliche Teile zu zerlegen vermag.
  5. 5. Thermobimetall nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Seitenansicht das Bimetall durch eine gerade Linie und einen Teil einer Sinuskurve begrenzt wird.
  6. 6. Spiralförmig aufgewundenes Thermobimetall nach Ansprüchen I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es derart aufgewunden ist, daß sein dickeres Ende im Mittelpunkt der Spirale liegt und daß der Streifen an seinem dickeren Ende befestigt ist.
  7. 7. Spiralförmig aufgewundenesThermobimetall nach Ansprüchen I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es so aufgewunden ist, daß sein dünneres Ende in der Nähe des Mittelpunktes der Spirale liegt und der Streifen an seinem dickeren Ende befestigt ist.
  8. 8. Thermob metall nach Ansprüchen I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Abschnitten verschiedener Dicke ein sich in der Längsrichtung über die Stärke verjüngender Abschnitt liegt und daß der ganze Streifen in der Nähe eines der zuerst erwähnten beiden Abschnitte befestigt ist. g. Verfahren zur Herstellung von sich verjüngenden Metallstreifen für Thermobimetalle nach Ansprüchen I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das die eine Bimetallkomponente bildende Metall um zwei profilierte Brammen aus dem die zweite Komponente bildenden Metall gegossen wird, wobei das Profil der Brammen so gestaltet ist, daß sich jede der Brammen über Teile ihrer Längsrichtung in ihrer Dicke ändert und daß der so gebildete Verbundkörper dann ausgewalzt oder gezogen wird.
    Io. Verfahren nach Anspruch g, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den sich berührenden Flächen der Brammen eine Schicht aus einem Werkstoff angebracht wird, der ein Zusammenkleben der Bram men miteinander verhindert.
    II. Verfahren nach Ansprüchen g und I0, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Oberflächen der Brammen vor dem Aufgießen des anderen Metalls mit einer oder mehreren Schichten umgeben werden, die nach dem Aufgießen des anderen Metalls als Schweißmittel zwischen den Brammen und dem aufgegossenen Metall wirken bzw. sich zu Stoffen zersetzen, die das Verschweißen der beiden verschiedenen Metalle miteinander erleichtern.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE974450C (de) * 1950-12-24 1960-12-29 Siemens Ag Bi-Metallstreifen oder aehnlicher aus zwei Schichten verschiedener Waermedehnung aufgebauter Koerper

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DE974450C (de) * 1950-12-24 1960-12-29 Siemens Ag Bi-Metallstreifen oder aehnlicher aus zwei Schichten verschiedener Waermedehnung aufgebauter Koerper

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