Thermokompensierende Feder Es sind bereits eine Reihe von Legierungen be kanntgeworden, aus denen thermokompensierende Federn hergestellt werden können. Als thermo- kompensieren & wird dabei eine Feder bezeichnet, deren Elastizitätsmodul über einen gewissen Tempe raturbereich nicht oder nur wenig von der Tempe ratur abhängt. Dies hat zur Folge, dass bei statischen Federn, wie sie z. B. für Federwaagen verwendet wer den, die Federkonstante, und bei Schwingfedern, wie z. B. in Uhren, die Frequenz des Schwingsystems über einen gewissen Temperaturbereich konstant oder annähernd konstant ist. So werden z.
B. in den schweizerischen Patentschriften Nrn. <B>160798, 166535</B> und<B>196408</B> aushärtbare Ni-Fe-Legierungen mit Be- Zusatz angegeben, aus denen sich Spiralfedern für Uhren herstellen lassen, welche einen fast beliebig kleinen thermoelastischen Koeffizienten aufweisen. Der thermoelastische Koeffizient ist dabei durch den Ausdruck
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definiert, wobei E, den Elastizitätmodul bei der Tem peratur T, und<B>E2</B> den Elastizitätsmodul bei der Temperatur T., bedeutet.
Die Messtemperaturen T, und T2 sind b'ei Messungen in Uhren üblicherweise +4 und +360C.
Fig. <B>1</B> zeigt den Gang<B>G</B> einer Uhr, die mit einer Spiralftder aus bisher üblichem Material versehen ist, in Abhängigkeit von der Temperatur T über den erwähnten Temperaturbereich. Diese Uhr geht bei <B>+</B> 411 <B>C</B> um<B>7</B> Sekunden pro Tag nach, bei 2011 <B>C</B> um 4 Sekunden pro Tag vor und bei<B>360 C</B> um<B>3</B> Sekun den pro Tag nach. Der mittlere thermoelastische Koeffizient beträgt also nur 1,4<B>-10-6</B> Grad-', wäh rend der thermoelastische Koeffizient von Stahl etwa 200<B>- 10-6</B> Grad-' beträgt.
Der Sekundärfehler<B>f</B> jedoch, das heisst die Abweichung des Ganges bei der mittleren Temperatur 200<B>C</B> von dem Wert, der sich ergeben würde, wenn sich der Gang zwischen <B>+</B> 411 und<B>+ 360</B> linear ändern würde, beträgt<B>10</B> Se kunden pro Tag. Eine solche Spiralfeder galt bisher bei den Uhrenherstellern als gut, obwohl stets eine Feder mit kleinerem oder möglichst ohne, Sekundär fehler gewünscht wurde.
Die vorliegende, Erfindung setzt sich nun zum Ziel, eine Legierung anzugeben, aus welcher ebenfalls Federn mit kleinem positiven oder negativen thermo- elastischen Koeffizienten hergestellt werden können, die jedoch einen wesentlich kleineren Sekundärfehler aufweisen, als die bisher bekannten Federn, wobei der Sekundärfehler höchstens<B>5</B> Sekunden pro Tag, vorzugsweise höchstens<B>3</B> Sekunden pro Tag in dem Temperaturbereich von<B>+</B> 40<B>C</B> bis<B>+</B> 3211 <B>C</B> betragen <B>soll.</B>
Der Elastizitätsmodul einer bisher bekannten Le gierung hat bei<B>+ 3</B> 20<B>C</B> einen Wert, der nur<B>0,</B> 10/00 höher liegt als bei<B>+</B> 4,1 <B>C,</B> bei 2011 <B>C</B> jedoch einen Wert, welcher nur<B>0,3 0/"</B> höher liegt als bei<B>+</B> 411 <B>C.</B> Für Federn für empfindliche Federwaagen oder Präzi sionsinstrumente sind jedoch Abweichungen er wünscht, die auch bei 200<B>C</B> nicht mehr als<B>0,<I>15</I></B> 0/00, vorzugsweise nicht mehr als 0,10/00 betragen.
Selbstverständlich muss eine solche Feder, um allen Anforderungen gerecht zu werden, aushärtbar sein, eine kleine Dämpfung besitzen und darf höch stens schwach magnetisch sein.
Ausgedehnte Versuche zeigten nun, dass eine Ni- Fe-Mo-Legierung mit Be-Zusatz diese Bedingungen erfüllt, wenn sie die folgende, die Erfindung kenn zeichnende Zusammensetzung aufweist: 35-45% Ni 7-1211/o, Mo <B>0,1-</B> 111/o Be Rest Fe Diese Legierung kann noch bis zu<B>3</B> II/o Cr und/ oder bis zu<B>3</B> O/o, Mn<B>+</B> Si enthalten.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Legierung folgender Zusammensetzung erwiesen.
38-400/9 Ni 9-10%, Mo 0,5-0,8% Be 0-3%, Cr 0-3% Mn + Si Rest Fe <I>Beispiel I</I> Aus einer Legierung die Ci 40"/o Ni 9,00/0 Mo 0,5010 Be 0,870/9 Mn 0,
21% Si Rest Fe enthält, wurde ein Draht von<B>0,6</B> mm Durchmesser hergestellt. Dieser Draht wurde<B>10</B> min. bei<B>1<I>1501 C</I></B> geglüht, in Wasser abgeschreckt und ohne Zwischen- glühung auf einen Durchmesser von<B>0,33</B> mm her untergezogen. Aus diesem Material wurden schrau benförmige Federn gewickelt und<B>1</B> Stunde lang bei 50011 <B>C</B> wärmebehandelt. Die Federn wurden zu Eigenschwingungen angeregt und die Schwingungs zahl mit einer Normaluhr, die mit einem Quarz schwinger gesteuert war, verglichen. Die Tabelle<B>1</B> und die Fig. 2 der Zeichnung geben den Gang eines mit diesen Federn ausgerüsteten Schwingsystems in Funktion der Temperatur an.
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<I>Tabelle <SEP> <B>1</B></I>
<tb> <U>Temperatur</U> <SEP> <B>-30 <SEP> -13 <SEP> +7 <SEP> +28 <SEP> <I>+50</I> <SEP> +67 <SEP> c</B>
<tb> Gang <SEP> <B>-6 <SEP> -1 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> -6 <SEP> -16</B> <SEP> s/Tag Man sieht, dass die Feder im Temperaturbereich von<B>+</B> 40 bis<B>+ 320 C</B> nicht nur einen niedrigen Sekun därfehler von etwa<B>0,5</B> s/Tag aufweist, sondern dass sie einen gegenüber den bekannten Legierungen be deutend erweiterten Kompensationsbereich besitzt.
<I>Beispiel</I> II Aus einer Legierung, die <B>C</B> <B>3 9</B> 'I/o Ni <B>90/0 Mo</B> 0,61/o Be 0,62% Mn 0,40/0 Si Rest Fe enthält, wurde ein Draht von<B>0,5</B> mm Durchmesser hergestellt, dieser Draht im Durchlaufofen bei 11201 geglüht und in Wasser abgeschreckt. Durch Kalt ziehen und nachfolgendes Kaltwalzen wurde ein Band von 0,2 mm Breite und 0,02 mm Dicke hergestellt, dieses zu Spiralfedern gewunden und die Federn bei <B>6500 C 30</B> Minuten lang geglüht.
Eine Uhr, die mit einer derartigen Spiralfeder ausgerüstet worden war, zeigte bei Messung unter verschiedenen Temperaturen den in Tabelle 2 ange gebenen und in Fig. <B>3</B> dargestellten Gang.
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<I>Tabelle <SEP> 2</I>
<tb> <U>Temperatur</U> <SEP> <B>0</B> <SEP> 20 <SEP> <B>30</B> <SEP> 40 <SEP> <B>70 <SEP> 80 <SEP> C</B>
<tb> Gang <SEP> <B>+8 <SEP> +3</B> <SEP> +2 <SEP> +2 <SEP> <B>+6 <SEP> +8</B> <SEP> s/Tag Auch dieser Versuch zeigt deutlich die überlegen- heit der Legierung, bei der bei einem kleinen Sekun- C därfehler noch ein erweiterter Kompensationsbereich in Erscheinung tritt.
<I>Beispiel</I> III Aus einer Legierung. die 40:"/o Ni 9,5% Mo 0,411/0' Be 0,50le Mn <B>0,3 04</B> si 2% Cr Rest Fe enthält, wurde wiederum ein Draht hergestellt, dieser bei<B>3</B> mm Durchmesser bei 115011 <B><I>C</I></B> geglüht, abge schreckt und auf<B>1,5</B> mm Durchmesser kalt herunter gezogen. Aus diesem Draht wurde eine Schrauben- feder gewickelt und diese bei<B><I>5500 C</I> 1</B> Stunde lang geglüht.
Von dieser Feder wurde bei den Tempera turen + 40<B>C, +</B> 20,<B>C</B> und<B>+ 32 C</B> die Federkonstante bestimmt, die bekanntlich dem Elastizitätsmodul pro portional ist. Die Abweichungen in 0/,), des Wertes der Federkonstante von dem Wert bei 201<B>C</B> sind in Tabelle<B>3</B> wiedergegeben.
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<I>Tabelle <SEP> <B>3</B></I>
<tb> <U>Temperatur</U> <SEP> <B>0 <SEP> <I>C</I></B> <SEP> +4 <SEP> +20 <SEP> <B>+32</B>
<tb> Abweichung <SEP> der <SEP> Feder konstante <SEP> in <SEP> <B>0/,() <SEP> <I>-0,15</I> <SEP> 0 <SEP> -0,1</B> Auch dieses Beispiel einer statischen Feder zeigt den Vorteil der Legierung, wobei als weiterer Vorteil einer solchen chromhaltigen Legierung hinzukommt, dass diese noch weniger magnetempfindlich ist als die bisher für Spiralfedern verwendeten Legierungen, während gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit ver bessert ist.