CH285511A - Organe destiné à se déformer sous l'influence d'une variation de température et comportant deux parties en métaux différents. - Google Patents

Description

  



  Organe destiné à se déformer sous l'influence d'une variation de température
 et comportant deux parties en métaux différents.



   Les rubans ou lames   bi-métalliques    qui sont utilisés dans de nombreux appareils à effet thermique, tels que les thermostats, ré  gulateurs, disjoncteurs, etc.,    sont essentiellement constitués par l'assemblage de deux métaux, l'un très dilatable, l'autre peu dilatable.



  Lorsque les rubans ainsi constitués sont portés à une certaine température, la différence de dilatation des métaux utilisés produit une incurvation du ruban d'où résulte l'effet recherche. Cette incurvation peut tre exprimée par la valeur d'une   déflexion spécifique, soit le déplacement de l'extrémité   d'une    bilame droite encastrée à une extrémité ayant une longueur utile de 100 mm et une épaisseur de 1 mm pour une élévation de température de 1  C.



   Les éléments très dilatables des bilames connues sont des plus variés.   C'est    ainsi que l'on a successivement utilisé du fer, dont le coefficient de dilatation aux températures ordinaires est environ 12.10-" ; du cuivre, dont le coefficient de dilatation est d'environ 18 à 20.10 6 ; du nickel dont le coefficient de dilatation est d'environ 16.10- ; un alliage ter-nickel-chrome à basse teneur de chrome titrant environ 23  /o de nickel et   Z,      5  /o    de chrome et dont le coefficient de dilatation est d'environ 20 à 22.10-6 ;

   un autre alliage fer-nickel, titrant   15    à   20  /o    de nickel et 5 à   9  /o de manganèse,    dont le coefficient de dilatation atteint   22    à   23.      10-6.    On a mme récemment utilisé des alliages spéciaux titrant plus de   70  /o    de manganèse, le reste étant du nickel et du cuivre en proportions variables, ces alliages ayant l'avantage d'avoir des   coef-    ficients de dilatation pouvant atteindre 27.10-6. Mais dans tous les cas, l'élément peu dilatable a été recherché dans les alliages binaires fer-nickel. L'alliage le plus souvent utilisé est évidemment celui dont le coeffi  eient    de dilatation est le plus faible.

   C'est un fer-nickel à   36 1/o    de nickel, connu généralement sous la marque   Invar  , propriété de la société demanderesse. Cet alliage présente toutefois une anomalie de dilatation correspondant à un relèvement extrmement rapide du coefficient de dilatation à partir de   175".   



  Comme les éléments dilatables cités plus haut, ou connus actuellement, et que l'on peut assoeier à   l'Invar,    ne possèdent pas d'anomalie semblable ni au point de vue température, ni au point de vue intensité, il en résulte que les bilames jusqu'à présent réalisées avec de   l'In-    var perdent beaucoup de leur sensibilité audelà de   175 .   



   Ce fait est illustré par les courbes   1', 2'. : 3'    de la fig. 1 du dessin annexé, sur laquelle on a porté en abscisses les températures en degrés centigrades et en ordonnées les déflexions spécifiques en millimètres des bilames. Les trois bilames correspondant à ces courbes   1'*    2', 3'comportent comme élément peu dilatable un   ter-nickel    à   36  /o    de nickel et comme élément dilatable soit un   fer-niekel-elrome    à   23"/o    de nickel   et 2, 5"/o    de chrome (courbe   1'),    soit un   nickel-manganèse-euivre    à   74 1/o    de manganèse,

     10  /o    de nickel et   15  /o    de cuivre (courbe   ¯'),    soit du nickel pur (courbe   3').    On voit que la meilleure de ces trois bilames (celle correspondant à la courbe 2') présente encore une diminution de sensibilité, c'est-à-dire de la pente de la courbe au-delà de   200 .   



   Ces observations de la société demanderesse l'ont incitée à rechercher les moyens d'améliorer les bilames, en conservant leur sensibilité à des températures aussi grandes que possible, ce qui est fort important pour de nombreuses applications pratiques et en particulier pour les disjoncteurs électriques.



   Les alliages binaires fer-nickel autres que l'Invar possèdent tous une anomalie semblable conduisant à un défaut similaire des bilames. L'anomalie est rejetée versles hautes températures au fur et à mesure de l'élévation de la teneur en nickel, mais parallèlement le coefficient de dilatation du fer-nickel s'élève très rapidement, ce qui conduit à une diminution de la sensibilité du ruban   bimétalli-    que dans des proportions considérables. C'est ainsi qu'il existe dans la pratique des bilames dont la sensibilité en fonction de la température est sensiblement constante jusqu'à des températures dépassant   400     ; mais cette sen  sibilité    se trouve diminuée dans des proportions considérables atteignant 50  /o par rapport aux bilames à base d'Invar.



   Pour ces diverses raisons, la demanderesse est arrivée à cette conclusion, assez imprévue en l'état actuel de la technique, que l'on devait rejeter l'Invar et les autres alliages binaires fer-nickel connus pour la constitution de l'élément peu dilatable des bilames ou organes analogues et rechercher un métal différent.



   L'invention concerne donc un organe destiné à se déformer sous l'influence d'une variation de température et comportant deux parties en métaux différents, l'un peu dilatable, l'autre très dilatable. Selon l'invention, cet organe est caractérisé en ce que le métal peu dilatable est un alliage a base de cobaltnickel-fer, titrant   15 à 25"/o    de cobalt et   20    à   35  /o    de nickel, le reste se composant essentiellement de fer. Ce reste peut comporter, en outre,   d'une    part, des impuretés habituelles dans les métaux de ce genre, tels que C, Si,
Mn,   S,    P,   ete.,    et, d'autre part, des petites additions intentionnelles on non   d'autres élé-    ments.

   En effet, la demanderesse a constaté que des   alliages cobalt-nickel-fer contenus    dans les limites indiquées   possèdent un coeffi-    cient de dilatation qui, bien que plus élevé que celui de l'Invar est encore très faible et cela dans un domaine de température plus élevé ; en particulier, lorsque ces alliages possèdent une anomalie   dilatométrique,    elle se trouve rejetée à une température beaucoup plus élevée que celle de l'anomalie qui existerait dans un fer-nickel de mme coefficient de dilatation.



   La demanderesse   a    trouvé que, de mme que celle de la plupart des alliages les plus dilatables (dont on peut faire élément dilatable   d'une    bilame), la courbe de dilatation des alliages peu dilatables fer-nickel-cobalt   susindiqués    a jusque vers   400O    C une allure linéaire et que la différence de dilatation entre ces deux catégories d'alliages est   sufti-    samment proche de la proportionnelle pour qu'on puisse réaliser, à partir de ces éléments, des bilames possédant jusqu'au-delà de   400     C une   déflexion variant linéairement    en fonction de la température et qui n'étaient pas connues jusqu'ici.



   Des exemples de réalisation de l organe selon l'invention seront décrits en référence des figures annexées, représentant des diagrammes.



      E, xelîbple 1 :   
 On associe une lame dilatable constituée par un   fer-niekel-manganèse,    titrant   15  /o    de nickel et   7  /o    de manganèse, avec une lame peu dilatable en un alliage fer-niekel-eobalt à   18 /o    de eobalt et   27"/o    de niekel.

   Le rapport des épaisseurs des deux lames est égal à la racine carrée de l'inverse du rapport de leurs modules d'élasticité, car alors-comme on le sait-la sensibilité de la bilame est   maximum.    La sensibilité de la bilame est ri  goureusement constante jusqu'au-delà    de   400",    avec une déflexion spécifique de 0,115 min par degré   centrigrade, comme    le montre la courbe 1 du diagramme annexé. La résistivité de la bilame est de 50 microhms/    em/em2.



   Exemple 2 :   
 On associe une lame fortement dilatable titrant   74 0/o    de manganèse, 1.   0  /o    de nickel et   15  /o    de cuivre à une lame peu dilatable en fernickel-cobalt, titrant   18 1/o    de cobalt et   27 0/o    de nickel. Comme le montre la courbe 2 du diagramme, la sensibilité de la bilame obtenue est également constante jusqu'à environ 400  C, avec une déflexion spécifique de 0,170 mm par degré centigrade, ce qui   eor-    respond environ à la sensibilité des meilleures bilames connues. La résistivité de la bilame est de 70   mierohms/emlem2.   



   La comparaison des courbes 1 et 2 de la fig. 1 correspondant à ces deux exemples de réalisation de l'invention avec les courbes 1', 2', 3'relatives à des bilames connues, dont l'élément peu dilatable est en   ferro-nickel    à 36  /o de   Ni,    montre l'amélioration de sensibilité vers les hautes températures que l'invention permet d'obtenir.



   Ce fait peut s'expliquer comme suit : Si l'on porte en abscisses les températures et en ordonnées les dilatations linéaires   (fig.      2    du dessin annexé), on obtient pour divers métaux utilisables comme éléments dilatables des courbes sensiblement linéaires telles que   la,      iota,    3a, 4a, la courbe   la    correspondant à l'alliage fer-nickel-manganèse de l'exemple 1 ci-dessus, la courbe 2a à l'alliage manganèsenickel-cuivre de   l'exemple 2,    la courbe 3a au nickel pur et la courbe 4a à un fer-nickelchrome à   23  /o    de nickel et 2,5 /o de chrome.



   Si l'on compare ces courbes avec la courbe de dilatation de l'Invar (Fe-Ni à   36"/o    de Ni) tracée en 1'b sur la fig. 2, on voit qu'en raison du coude que présente cette courbe l'b vers   175 ,    lorsque la température de la bilame   aug-    mente, la différence de dilatation des éléments d'une bilame ayant de l'Invar comme élément peu dilatable change d'allure à partir de 1 75  environ et la sensibilité de la bilame   cleero    rapidement.



   Au contraire, la courbe   lb    de la fig. 2. tracée pour l'alliage fer-nickel-eobalt, présente une pente sensiblement constante jusqu'à des températures de l'ordre de   400O    C, de sorte que la différence de dilatation avec l'élément dilatable ne cesse de croître jusqu'à ces tem  pératures,    et la sensibilité reste constante.



   Il est bien entendu possible de faire varier la résistivité des bilames décrites soit en intercalant entre les deux éléments de base une feuille d'alliage conducteur, suivant les procédés connus (feuille de nickel, de fer, de laiton brasure,   etc.),    soit en utilisant comme élément dilatable un corps très conducteur, comme par exemple le cuivre ou le nickel ou en combinant ces deux sortes de moyens.



   Dans cet ordre d'idées, la demanderesse a pu réaliser en prenant pour l'élément dilatable du nickel pur, des bilames ayant des résistivités de 25 et   m. me 15 mierohmslem/    em2 (courbe 3 du diagramme) et il a été trouvé que l'amélioration apportée par   l'in-    vention dans ce cas particulier est peut-tre encore plus marquée qu'avec les autres éléments dilatables, puisque les bilames connues à Invar et Ni perdaient toute sensibilité audessus de   200     (comparer les courbes 3 et 3').

Claims (1)

1. REVENDICATION : Organe destiné à se déformer sous l'in- fluence d'une variation de température et comportant deux parties en métaux différents, l'un peu dilatable, l'autre très dilatable, caractérisé en ce que le métal peu dilatable est un alliage à base de cobalt-nickel-fer, titrant 1. a à'v5 /o de cobalt et 20 à 35 , o de niekel, le reste se composant essentiellement de fer.

   SOUS-REVENDICATIONS : 1. Organe selon la revendication, caractérisé en ce que le métal peu dilatable titre 18 0/o de cobalt et ? 7 Io de nickel.

   2. Organe selon la revendication, caracté- risé en ce que le métal très dilatable a une courbe de dilatation thermique qui présente jusqu'à des températures voisines de-100') C la mme allure que la courbe de dilatation de l'alliage nickel-cobalt-fer constituant la partie peu dilatable.

   3. Organe selon la sous-revendication 2, caractérisé en ce que le métal très dilatable est un alliage.

   4. Organe selon la sous-revendication 3, caractérisé en ce que l'alliage très dilatable est un alliage fer-nickel-manganèse.

   5. Organe selon la sous-revendication 4, caractérisé en ce que la teneur en nickel de l'alliage très dilatable est d'au moins 10 /o.

   6. Organe selon la sous-revendication 3, caractérisé en ce que l'alliage très dilatable est un alliage manganèse-nickel-cuivre.

   7. Organe selon la sous-revendication 6, caractérisé en ce que la teneur en cuivre de l'alliage très dilatable est d'au moins 15'/o.

   8. Organe selon la sous-revendication 2. caractérisé en ce que le métal très dilatable est le nickel.

   9. Organe selon la sous-revendication 2, caractérisé en ce que le métal très dilatable est le cuivre.