DE1152826B

DE1152826B - Verwendung einer Platinmetallegierung als Werkstoff fuer Spannbaender in Messinstrumenten

Info

Publication number: DE1152826B
Application number: DEH30445A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Alfred Durer; Dr Konrad Ruthardt; Dr Hermann Speidel
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1957-06-22
Filing date: 1957-06-22
Publication date: 1963-08-14

Description

Verwendung einer Platinmetallegierung als Werkstoff für Spannbänder in Meßinstrumenten Als Werkstoff für physikalische Präzisionsinstrumente sind zahlreiche Edelmetallegierungen, vor allem Legierungen des Platins und Legierungen des Goldes mit Zusätzen der verschiedensten weiteren Edelmetalle und auch Unedelmetalle bekannt. Diese Legierungen wurden auf Grund ihrer chemischen und mechanischen Widerstandsfähigkeit für die verschiedensten Teile der physikalischen Präzisionsinstrumente eingesetzt. Für Meßinstrumente mit drehbarem Meßwerk, bei denen dieses Meßwerk außer durch Spitzenlagerung heute vor allem durch Spannbänder in seiner Lage fixiert wird, hat man jedoch bisher als Werkstoff für diese Spannbänder bevorzugt Platin-Iridium-Legierungen mit einem Iridiumgehalt bis zu 30'% und Platin-Nickel-Legierungen mit einem Nickelgehalt von 8 bis 12,5 9/o verwendet.
An Spannbänder werden sehr verschiedenartige Anforderungen gestellt. So ist für die Lebensdauer des Meßinstrumentes eine hohe Korrosionsbeständigkeit des Bandes unerläßlich. Die wirtschaftliche Verarbeitbarkeit beim Einbauen in das Meßinstrument setzt eine gute Lötbarkeit ohne zeitraubende Hilfsmittel und ohne ätzende Flußmittel voraus. Die elastische Nachwirkung der Bänder soll im Interesse einer guten Meßgenauigkeit möglichst gering sein. Daneben muß die Legierung gut verformbar sein, um die Herstellung von Bändern verhältnismäßig großer Breite und geringer Stärke zuzulassen.
Diese Bedingungen wurden durch die obengenannten Legierungen bereits weitgehend erfüllt. Eine Beschäftigung mit ihren Eigenschaften zeigte aber, daß sie der Konstruktion der Meßinstrumente mit drehbarem Meßwerk Schranken setzen, die sich überraschenderweise mit einfachen technischen Mitteln beseitigen lassen.
Die heutigen Bestrebungen beim Meßinstrumentenbau gehen dahin, Meßwerke mit geringen Drehmomenten zu bauen, die unter starker Spannung des Spannbandes stehen, um sie unempfindlich gegen Neigung und Erschütterungen zu machen. Bei der Konstruktion von Meßinstrumenten mit den bisher benutzten Legierungen war aber hier dadurch eine verhältnismäßig enge Grenze gesetzt, daß bei einem gewissen Drehmoment, das zur Erzielung einer ausreichenden Meßempfindlichkeit nicht überschritten werden darf, die Spannung der Bänder nicht weiter gesteigert werden konnte. Es zeigte sich nun aber, daß sich solche Platinmetallegierungen auswählen lassen, die hier einen sehr bedeutenden Fortschritt bringen. Zum Ziel führte dabei eine kritische Untersuchung bestimmter mechanischer Eigenschaften: Für die Güte einer für Spannbänder verwendeten Legierung sind ihre hohe Streckgrenze und ihr niederer Torsionsmodul maßgebend. Diese beiden Forderungen ergeben bei einem bestimmten zulässigen Drehmoment die größte Belastbarkeit eines Spannbandes. Da Spannbänder im allgemeinen in verfestigtem Zustand verwendet werden, kann bei der Betrachtung der Eignung eines Werkstoffes für Spannbänder an Stelle der Streckgrenze auch seine Zerreißfestigkeit in Betracht gezogen werden, da diese bei verfestigten Werkstoffen nahe der Streckgrenze liegt. Es wurde alsdann festgestellt, daß für die Eignung eines Werkstoffes als. Spannband die durch die Wurzel aus dem Torsionsmodul dividierte Zerreißfestigkeit des Werkstoffes maßgebend ist. Dieser aus leicht meßbaren Größen zu ermittelnde Wert (aß = Zerreißfestigkeit, G = Torsionsmodul) gibt ein relatives Maß dafür, wie stark ein Spannband eines gewissen Drehmomentes durch Spannung in seiner Hauptrichtung belastet werden kann.
Es wurde nun gefunden, daß eine Platinmetalllegierung, bestehend aus 1 bis 509/o, vorzugsweise 5 bis 409/e eines oder mehrerer der Metalle Eisen, Kobalt, Nickel, Wolfram, Molybdän, Kupfer und Silber, Rest Platin, Palladium und/oder Rhodium, mit der Maßgabe, daß im Falle der Zweistoff-Legierungen des Platins die untere Grenze für den Eisenmetallzusatz mehr als 151/o beträgt, als Werkstoff für Spannbänder in Meßinstrumenten mit drehbarem Meßwerk verwendet werden kann und auf diesem Spezialgebiet überraschende technische Fortschritte bringt.
Während die bisher als Werkstoff für Spannbänder verwendeten Platinlegierungen aus Zerreißfestigkeit und Torsionsmodul berechnete Z-Werte von 1,3 bis 1,4 aufwiesen, zeigen die nunmehr erfindungsgemäß verwendeten Legierungen Z-Werte, die oberhalb von 1,5, insbesondere oberhalb von 1,7 liegen, beispielsweise sogar bis 2,5 ansteigen. Diese hohen Werte resultieren aus den für Spannbandwerkstoffe wesentlichen und im Falle der vorliegenden Legierungen außerordentlich günstigen Eigenschaften, nämlich einer hohen Zerreißfestigkeit und einem niederen Torsionsmodul der erfindungsgemäß verwendeten Legierungen. Dabei weisen die Legierungen gleichermaßen auch die weiteren, für Spannbandwerkstoffe notwendigen Eigenschaften auf, wie hohe Korrosionsbeständigkeit, gute Lötbarkeit und Verformbarkeit und eine geringe elastische Nachwirkung.
Es wurde weiterhin gefunden, daß die vorzüglichen Eigenschaften der Legierungen nicht beeinfiußt werden, wenn die als Hauptbestandteile genannten Metalle Platin, Palladium und Rhodium durch andere Metalle der Platingruppe, insbesondere Iridium, in Mengen von 1 bis 30 % ersetzt sind. Ebenso kann in den Legierungen auf Kosten der Platinmetalle bis zu weniger als 20 % Gold zugegen sein.
Besonders bewährt haben sich Legierungen des Platins mit Eisen, Kobalt und vor allem Nickel, wobei der Gehalt an diesen Unedelmetallen 15 bis 500/0; vorzugsweise 20 bis 4011/o beträgt. Hierbei läßt sich das Platin bis zu 30 % durch andere Platinmetalle ersetzen; an Stelle der Platinmetalle kann bis zu 20% Gold treten. Gegenüber den bisher verwendeten Legierungen des Platins mit einem Nickelgehalt von 8 bis 12,5°/o zeichnen sich die Legierungen mit einem höheren Nickelgehalt durch erheblich verbesserte Eigenschaften aus.
Es wurden Legierungen mit 5, 8,5, 12, 15, 20 und 30% Nickel, Rest Platin, untersucht. Dabei wurde ihr Torsions-Modul G in mehreren Messungen und daraus jeweils der Mittelwert bestimmt. Außerdem wurde die Zerreißfestigkeit a$ der Legierungen im verformten und verfestigten Zustand gemessen und anschließend aus beiden Werten der Wert für die jeweilige Gütezahl berechnet, also die durch die Wurzel aus dem Torsionsmodul dividierte Zerreißfestigkeit des. Werkstoffes. Diese Gütezahl Z gibt, wie bereits offenbart, ein relatives Maß dafür, wie stark ein Spannband eines gewissen Drehmomentes durch Spannung in seiner Hauptrichtung belastet werden kann.

Die ermittelten Werte sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Torsionsmodul G Zerreiß- u$

Pt-Ni in °% (Mittelwert) Festigkeit Z

C$ yG

95 bis 5 7105 90 1,07

91,5 bis 8,5 7414 117 1,36

88 bis 12 7434 136 1,58

85 bis 15 7605 147 1,68

80 bis 20 7472 160 1,86

70 bis 30 7492 165 1,91

Diese- Tabelle läßt eindeutig erkennen, daß mit zunehmendem Nickelgehalt die Zerreißfestigkeit der Legierungen, wie dies nicht anders zu erwarten war, ansteigt. Auch der Torsionsmodul steigt zunächst an, jedoch nur bis zu einem Nickelgehalt von 1511/o, um dann bei höheren Nickelgehalten wieder abzusinken. Das Absinken des Torsionsmoduls bei gleichzeitigem weiteren Ansteigen der Zerreißfestigkeit bei Platin-Nickel-Legierungen mit mehr als 1511/o Nickel hat die außerordentlich günstigen Werte für die Gütezahl dieser Legierungen zur Folge, die deutlich über Z= 1,5 liegen.

Von den Legierungen anderer Platinmetalle als dem Platin selbst haben sich in der Praxis beispielsweise die Legierungen des Rhodiums bewährt, vor allem Legierungen, bestehend aus 5 bis 50% der Metalle Eisen, Kobalt und insbesondere Nickel, Rest Rhodium; hierbei läßt sich das Rhodium bis zu 20% durch andere Platinmetalle und/oder bis zu weniger als 201/9 Gold ersetzen.
Besondere Fortschritte bringen auch Legierungen der Platinmetalle, bei denen zwei oder mehrere Unedelmetalle zugegen sind, beispielsweise Legierungen der Platinmetalle mit 1 bis 2011/o, vorzugsweise 3 bis 10% Wolfram und 1 bis 2011/o, vorzugsweise 3 bis 10'% Kupfer, Rest mindestens 7011/o der Metalle der Platingruppe, insbesondere Platin oder auch Palladium.
Bei manchen der genannten Legierungen läßt sich eine Verbesserung ihrer Eigenschaften, vor allem der Zerreißfestigkeit und damit die Steigerung der Werte für Z, durch thermische Vergütung erreichen, wie beispielsweise bei Platin-Wolfram-Kupfer-Legierungen.

Im folgenden sollen Beispiele für Legierungen gegeben werden, die sich für die Verwendung als Spannbandwerkstoffe in Meßinstrumenten mit drehbarem Meßwerk gemäß der Erfindung eignen.

Legierungszusammensetzung Zerreiß- Torsions-

festigkeit modul Wert Z

°/o kg/mm2 kg/mmE

1. 70 Pt, 30 Ni ........ 166 7500 1,92

2. 70 Rh, 30 Ni ....... 201 10500 1,92

3. 90 Pt, 5 W, 5 Cu .... 141 7800 1,60

4. wie 3, jedoch vergütet 178 8100 1,98

Die in der Tabelle aufgeführten Legierungsbeispiele haben sich bei der Verwendung als Werkstoffe für Spannbänder in Meßinstrumenten mit drehbarem Meßteil vorzüglich bewährt. Sie entsprechen allen mechanischen Anforderungen, wie sie oben als wünschenswert herausgestellt wurden, und besitzen daneben auch die anderen Eigenschaften, die, wie oben erläutert, von Spannbändern gefordert werden. Gegenüber den eingangs beschriebenen und für den Zweck bekannter Legierungen bringen sie einen entscheidenden technischen Fortschritt, der die Entwicklung neuartiger Meßinstrumente möglich macht.

Außer der Verwendung für Spannbänder für elektrische Meßinstrumente, wie z. B. Drehspulinstrumente und Weicheiseninstrumente, sind die genannten Legierungen auch hervorragend geeignet für die Verwendung als Spannbandwerkstoffe in Meßgeräten anderer Art mit drehbarem System, wie z. B. Torsionswaagen.
Ein Meßinstrument mit drehbarem Meßwerk unter Verwendung eines Spannbandes aus dem erfindungsgemäß zu verwendenden Werkstoff ist in der Zeichnung als Beispiel dargestellt. In Fig. 1 bedeutet 1 das Spannband. 2 die Schleife des drehbaren Meßteiles, 3 eine Spannfeder, 4 die obere Auflage und 5 die untere Auflage für das Spannband, 6 den Magneten des Instrumentes und 7 den Magnetkern. In Fig. 2 sind Magnet 6, Magnetkern 7 und Schleife 2 des Meßinstrurnentes im Schnitt dargestellt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verwendung einer Platinmetallegierung, bestehend aus 1 bis 50%, vorzugsweise 5 bis 40% eines oder mehrerer der Metalle Eisen, Kobalt, Nickel, Wolfram, Molybdän, Kupfer und Silber, Rest Platin, Palladium und/oder Rhodium, mit der Maßgabe. daß im Falle der ZweistofF-Legierungen des Platins die untere Grenze für den Eisenmetallzusatz mehr als 15% beträgt, als Werkstoff für Spannbänder in Meßinstrumenten mit drehbarem Meßwerk.
2. Verwendung einer Legierung der im Anspruch i angegebenen Zusammensetzung, in der 1 bis 3019/'o der genannten Platinmetalle durch andere Metalle der Platingruppe, insbesondere Iridium, ersetzt sind, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.
3. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zusammensetzung, in der auf Kosten der Platinmetalle bis zu weniger als 20% Gold zugegen sind, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.
4. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung, bestehend aus mehr als 15 bis 50%, vorzugsweise 20 bis 40% Nickel, Rest Platin, wobei das Platin bis zu 30 % durch andere Platinmetalle und/oder bis zu weniger als 20% Gold ersetzt sein kann, für den im Anspruch 1. genannten Zweck.
5. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung, bestehend aus 5 bis 50% Eisen, Kobalt und/oder Nickel, Rest Rhodium, wobei das Rhodium bis zu 20°/o durch andere Platinmetalle und/oder bis zu weniger als 20% Gold ersetzt sein kann, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.
6. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung, bestehend aus 1 bis 20%, vorzugsweise 3 bis 10% Wolfram, 1 bis 201/9, vorzugsweise 3 bis 10% Kupfer, Rest mindestens 701)h Platinmetalle, insbesondere Platin oder Palladium, für den im Anspruch 1 genannten Zweck. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 44 473, 373 725, 643 568, 670 897, 681233.