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Verwendung von Platin-Eisen-Legierungen für Formstücke, die bei Temperaturerhöhung
eine Kontraktion erfordern Platin-Eisen-Legierungen, die 3 5 bis 50 Eisen, Rest
Platin enthalten, besitzen im allgemeinen Wärmeausdehnungskoeffizienten in der Nähe
von Null. Die Legierungen können deshalb überall da Verwendung finden, wo man bisher
Nickel-Eisen-Legierungen mit geringen Ausdehnungskoeffizienten, vorzugsweise Legierungen
mit einem Gehalt von 36,i % Nickel, benutzt hat. Sie besitzen gegenüber diesen bekannten
Legierungen den Vorteil, daß sie gegen chemische Einflüsse und ungünstige ,atmosphärische
Bedingungen weit widerstandsfähiger sind.
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Eine eingehende -und zeitraubende Untersuchung dieser Platin-Eisen-Legierungen
hat nun weiterhin ergeben, daß bei bestimmter Zusammensetzung und in begrenzten
Temperaturintervallen sogar noch überraschendere Wärmeausdehnungsanomalien eintreten,
Anomalien, die bisher einzig dastehen und für technische Anwendungen der verschiedensten
Art von größter Bedeutung sind.
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Es wurde gefunden, daß bei Legierungen mit einem Gehalt von ¢7 bis
40 0/0 Eisen und 53 bis 6o% Platin in Temperaturintervallen, die ungefähr bis zu
350° C liegen, negative Temperaturkoeffizienten auftreten.
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Wenn man die Wärmea:usdehnungskoeffizienten der Platin-Eisen-Legierungen
in Abhängigkeit .von der Temperatur graphisch
darstellt; so verlaufen
die Kurven in der Nähe der Nullinie. Innerhalb der genannten engen Grenzen für die
prozentuale @Zusammensetzung -und innerhalb kleiner TemperatLt gereiche unter 350'C
weichen :diese Kur-, eri fast sprunghaft von ihrem normalen Verb ab und zeigen starke
Minima, die sich, zuni Teil recht weit, ins Negative erstrecken.
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Dieses interessante Gebiet ist in der Zeichnung dargestellt. Es ist
die Abhängigkeit des Wärm.eausdehmungskoeffizienten von der Temperatur für verschiedene
Platin-Eisen-Legierungen wiedergegeben. Unter Ausdehnungskßeffizient bei -einer
bestimmten Temperatur ist hierbei in. üblicher Weise der Quotient Wärmeausdehnung
bei dieser Temperatur gegenüber o° C, dividiert durch die Angabe der Temperatur
in Graden C" verstanden. Die Kurve A zeigt den Verlauf des Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Legierung .aus 37010 Eisen und 63 % Platin; er ist bei 35o° praktisch
Null. Eine genaue Bestimmung ergibt den Wert - o; i X i o-6; größere Beträge im
Negativen werden für diese Legierungen auch bei keiner anderen Temperatur beobachtet.
Die Kurve B gibt den Verlauf des Wärmeausdehnungskoeffizlenten der Legierung aus
40% Fe und 6o% Pt wieder: Bei den in der Praxis interessierenden Temperaturen zeigt
auch diese Legierung nur geringe positive Werte des Wä.rmeausdehnungskoeffizienten:
Das Bild verändert sich aber, sobald der Eisengehalt der Legierung mehr als 40%
beträgt. So zeigt die Kurve C das Verhalten einer Legierung aus 42% Fe und 58% Pt.
Bei 3z5° wird ein Ausdehnungskoeffizient von genau Null ermittelt. Bei i25° wurde
ein Ausdehnungskoeffizient von - r r X r0-6 gefunden. Bei weiterer geringerer Erhöhung
des Eisengehaltes werden noch größere negative Beträge für den Ausdehnungskoeffizienten
festgestellt. So zeigt eine Legierung ,aus 44N Fe und 56% Pt (Kurve D in der Zeichnung)
bei 28o° einen Ausdehnungskoeffizienten vom genau Null: Eine eingehende Untersuchung
ergibt hier, .daß bei 70° ein Ausdehnungsköeffizient von - 20 X 10-s vorliegt. Die
größten Beträge für negative Ausdehnungskoeffizienten werden ungefähr bei der Zusammensetzung
450/0 Fe und 550/0 Pt (Kurve E in der Zeichnung) beobachtet. Hier wird ein Ausdehnungskoeffizient
von - 6o X 2o-6 bei 32° festgestellt. Dagegen wird bei 220' -ein Ausdehnungskoeffiziont
von genau Null ermittelt. Bei Platin-Eisen-Legierungen mit einem Gehalt von 47%
Fe und 53 % Pt (Kurve F in der Zeichnung) ist die beschriebene Erscheinung kaum
mehr festzustellen. Bei 50° wird hier der größte Betrag des negativen Ausdehnungskoeffizienten
bei - 0,7 X to-6 beobachtet. Bereits bei 3o5_° liegt der Ausdehnungskoeffizient
genau bei Null. Bei Platin-Eisen@Legierungen mit x-,;äherem Eisengehalt tritt die
beschriebene @°heinung nicht mehr ,auf. Es sei auf die ve G, die sieh auf die Legierung
mit ` ceo/o Fe und 5oö/o Pt bezieht, verwiesen. In der Zeichnung sind die Ausdehnungskoeffizienten
von reinem Platin und reinem Eisen durch die Kurven H und I wiedergegeben.
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Aus den Darlegungen geht hervor, daß bereits ,geringfügige Änderungen
in der Zusammensetzung der Legierungen das Bild weitgehend verschieben; in der Praxis
stimmt man die Legierungen mühelos an Hand des gewünschten Effektes ab.
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Es zeigt sich zusammenfassend, daß auf die in der Nähe der Nullinie
verlaufenden Kurven, die die Abhängigkeit der Ausdehnungskoeffizienten der Platin-Eisen-Legierungen
von der Temperatur darstellen, bei Legierungen bestimmter Zusammensetzung in einem
engen Temperaturbereich Spitzen angesetzt sind, die mehr oder weniger weit ins Negative
laufen. Dieses Gebiet ist in der Zeichnung durch die Fläche L M N O dargestellt.
Man wählt. also für den gewünschten Temperaturbereich diejenigen Legierungen aus
der genannten Legierungsgruppe aus, die den .erforderlichen negativen Ausdehnungskoeffizienten
nach An-,veisung der Kurven innerhalb der Fläche L M N O der Zeichnung besitzen.
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Oben war auseinandergesetzt, daß bei den vorliegenden Darlegungen
die Ausdehnungskoeffizienten auf o' C bezogen sind. Es ist selbstverständlich, daß
sich bei Wahl eines anderen Bezugspunktes als o° C die Verhältnisse verschieben.
Bei Arbeiten bei Zimmertemperatur haben die angegebenen Konzentrationen besondere
Bedeutung.
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Die Erfindung läßt sieh in der Praxis in der verschiedensten Weise
verwerten. So ist es möglich, die Wärmekontraktion: der Platin-Eisen-Legierungen
für die Herstellung von Relais und Meßvorrichtungen aller Art zu verwenden.
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So kann man in der bei Stabausdehnungsreglern an sich bekannten Weise
in einer Hülse .aus einem Material; das sich beim Erwärmen stark ausdehnt, einen
Stab aus einer Platin-Eisen-Legierung mit negativem Temperatürausdehnüngskoeffizienten
einführen, der durch eine Feder auf den Boden der Hülse gedrückt wird. Beim Erwärmen'
dehnt sich die Hülse aus, und der Stab. zieht sich zusammen; beide Bewegungen addieren
sich, indem beide ein weiteres Eindringen des Stabes in die Hülse bewirken.
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Die Vorrichtung; die üblicherweise mit einem elektrischen Relais verbunden
ist, dient
zur Erzielung einer außergewöhnlich empfindlichen Temperaturregulierung.
Durch Verbindung des Stabes aus der Platin-Eisen-Legierung mit einem den Bewegungsvorgang
"registrierenden Mechanismus -und einer Ska:l@-werden besonders empfindliche Temperaturmeßgeräte
geschaffen.
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Formstücke aus den beschriebenen Legierungen, die eine Wärmekontraktion
zeigen, lassen sich durch längsweise Anfügung an Formstücke ,aus Legierungen mit
positivem Wärmeausdehnungskoeffizienten dazu verwenden, Formstücke mit definierten
Enden zu erhalten, die bei einer vorgeschriehenen Temperatur genau den linearen
Ausdehnungskoeffizienten Null besitzen. Zu diesem Zweck wird ein Stab, der aus einer
der beschriebenen Platin-Eisen-Legierungen besteht, an seinem einen Ende, beispielsweise
durch Schweißen, mit dem einen Ende des Stabes verbunden, der aus einer Legierung
mit seinem positiven Wärmeausdehrnungskoeffizienten besteht. Die Längen der beiden
längsweise aneinandergefÜgten Stücke werden so aufeinander abgestimmt, daß bei der
gewünschten Temperatur die Wärmeausdehnung zwischen den beiden freien Enden des
zusammengesetzten Stabes den Wert Null zeigt, indem die Ausdehnung des einen Teils
des zusammengesetzten Stabes !die Kontraktion des anderen Teils genau kompensiert.