CH661195A5

CH661195A5 - Kochbehaelter und verfahren zur herstellung desselben.

Info

Publication number: CH661195A5
Application number: CH4173/83A
Authority: CH
Inventors: Al S Rummelsburg
Original assignee: Kidde Consumer Durables
Priority date: 1982-07-30
Filing date: 1983-07-29
Publication date: 1987-07-15
Also published as: AU1054583A; ZW4483A1; NL8301958A; DK156941B; JPS5937913A; SE456895B; SE8304191L; GR79598B; NZ203053A; DK54683D0; FR2530982B1; IL67725A; AR231908A1; SE8304191D0; GB2124474A; CA1200705A; US4511077A; AT395521B; NO832681L; ES524584A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kochbehälter, der einen Behälter aus rostfreiem Stahl mit einem Behälterboden und mit einem über einen gekrümmten Abschnitt mit dem Behälterboden in Verbindung stehenden Wandteil und eine Rondelle aus Aluminium enthält, die mit dem Behälterboden verbunden ist. Mit Aluminium platierte Kochbehälter sind bekannt. Das US-Patent Nr. 2 171 040 beschreibt die Herstellung von mit Aluminium platierten Streifen aus rostfreiem Stahl, die dann geschnitten und tiefgezogen werden, um einen Kochbehälter herzustellen. Die Herstellung von beschichteten Kochbehältern entsprechend diesem Patent macht es erforderlich, dass die gesamte Aussenfläche des Kochbehälters mit einer Aluminiumschicht versehen ist. Das US-Patent Nr. 3 173 202 beschreibt einen Kochbehälter bei dem nur die Bodenfläche mit einer Aluminiumschicht pla-tiert ist. Das US-Patent Nr. 3 173 202 beschreibt das Aufbringen eines Aluminiumsprays auf die Bodenfläche des aus rostfreiem Stahl bestehenden Behälters und die nachfolgende Verbindung einer Aluminiumrondelle mit diesem Aluminiumspray.

Aluminiumspritzanlagen sind teuer und laut. Solche Anlagen benötigen daher Schalldämpfer. Durch die Anwendung des Aluminiumsprays wird ein separater Fertigungsschritt erforderlich, um Sprayreste zu entfernen.

Ziel der Erfindung ist es einen Kochbehälter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Behälterboden und die Rondelle direkt miteinander verbunden sind und der schneller und billiger herstellbar ist.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäss mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 erreicht.

Der durch die Erfindung erreichbare Vorteil ist im wesentlichen darin zu sehen, dass bedingt durch die enge Verbindung zwischen dem Behälterboden und der Rondelle eine bessere Wärmeleitfähigkeit erzielt wird und dadurch die Kochzeit verringert werden kann.

Ein Verfahren zur Herstellung des Kochtopfes ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 6 gekennzeichnet.

Dieses Verfahren hat im wesentlichen den Vorteil, dass die Herstellung vereinfacht wird.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema des Ablaufes des erfindungsge-mässen Verfahrens,

Fig. 2 ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines er-findungsgemässen Kochbehälters,

Fig. 3 einen Schnitt, der einen Behälter und eine Rondelle unmittelbar vor dem Aufbringen eines die Verbindung derselben bewirkenden Druckes zeigt,

Fig. 4 einen im Schnitt dargestellten Abschnitt des Kochbehälters, der die Verbindungsfläche zwischen Behälter und Rondelle zeigt,

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Fig. 5 eine Seitenansicht einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die in Fig. 5 dargestellte Anlage

Fig. 7 eine Ansicht der Rückseite der in Fig. 5 dargestellten Anlage,

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie 8—8 in Fig. 5,

Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie 9—9 in Fig. 5, und

Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie 10 —10 in Fig. 5.

Figur 1 zeigt ein Blockschema, aus der der Ablauf der Herstellung eines Kochgefässes ersichtlich ist. Das Kochge-fäss 10 enthält einen Behälter 12 aus rostfreiem Stahl und eine Rondelle 14 aus Aluminium, die mit dem Behälterboden verbunden ist. Das Kochgefäss kann eine beliebige Ausführungsform haben und kann z.B. eine Bratpfanne sein. Die Aluminiumrondelle 14 bedeckt den Bodenabschnitt der Pfanne 12 und den angrenzend gekrümmten Abschnitt 16. Die Aluminiumrondelle 14 ist mit einer gereifelten Berührungsfläche 18, die am Bodenabschnitt der Pfanne 12 ausgebildet und in Fig. 4 dargestellt ist, direkt verbunden. Die Riffelungen haben einen Abstand von ca. 5bis 15 Mikron und eine Tiefe von 1 Mikron und wegen ihrer Form hält die Aluminiumrondelle an der Pfanne. Die Rondelle und der Bodenabschnitt der Pfanne sind im Zentrium leicht konisch ausgebildet.

Die Rondelle 14 besteht mit Vorteil aus einer Aluminiumlegierung Typ 1100-0. Die Pfanne 12 besteht aus rostfreiem Stahl aus der 200er- oder 300er-Reihe und mit Vorteil aus rostfreiem Stahl des Typs 201. Es wird angenommen, dass die chemische Behandlung des rostfreien Stahles der wichtigste Faktor zur Bestimmung der Tiefe der Riffelung bildet, während die thermische und mechanische Behandlung die Abmessungen und das Muster der Riffelung bestimmen. Der Riffelungsabstand entspricht der Korngrösse und wird durch eine Korngrenzenätzung erhalten. Die geätzte Stahloberfläche ist in dreierlei Hinsicht wirksam. Sie erzeugt eine gerillte Oberfläche, in welche das Aluminium eingedrückt werden kann, wodurch die beiden Metalle aneinander haften. Sie erzeugt eine Verbindungsfläche, die relativ frei von Oxiden ist und sie schafft eine Oberfläche mit einem hohen Reibungskoeffizienten, welche den Querfluss des Aluminiums während der Verbindung einschränkt.

Mit Vorteil wird der rostfreie Stahl während ca. 35bis 40 Minuten pro 24,5 mm Dicke einer Luftvergütung unterzogen, um eine Korngrösse von ca. 5bis 15 Mikron zu erhalten, dann in kalter 12%iger Schwefelsäure H2SO4 elektrolytisch gebeizt und dann in kalter lObis 12%iger Salpetersäure HNO3,1 %iger Fluorwasserstoffsäure HF an den Korngrenzen geätzt.

Die Dicke des Aluminiums variiert mit dem Durchmesser des Behälters. Bei einem rostfreien Behälter mit einem Durchmesser kleiner als etwa 20 cm, hat die Aluminiumrondelle eine Dicke von ca. 2,3 mm. Hat der Behälter einen Durchmesser grösser als ca. 20 cm, hat die Aluminiumrondelle eine Dicke von ca. 5,0 mm. Unabhängig vom Durchmesser des Behälters hat der Wandteil eine Dicke von ca. 6 mm. Es wurde festgestellt, dass das Haftvermögen zwischen dem Behälter und der Rondelle beim erfindungsgemässen Kochbehälter etwa das Doppelte gegenüber dem in der US-Patentschrift Nr. 3 173 202 beschriebenen Kochbehälter beträgt.

In den Figuren 5bis 10 ist ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Erzeugung des erfindungsgemässen Kochbehälters dargestellt. Am Rahmen 20 ist eine Steuereinheit montiert, die Schalter, Anzeiger, Messgeräte, usw. aufweist. Am Rahmen 20 ist eine Plattform vorgesehen, in der ein Tisch 24 um eine vertikale Achse drehbar montiert ist. Im Tisch 24 sind zwei Wellen 26,28 angeordnet, die von diesem abstehen.

Die Wellen 26,28 sind diametral gegenüberliegend angeordnet (Fig. 8, 10). Jede Welle ist mittels einer Feder nach unten vorgespannt und ist an seinem oberen Ende mit einem Pfannenhalter 30,32 versehen. In der in Fig. 10 dargestellten Stellung befindet sich der Pfannenhalter 30 unterhalb einer Induktionsheizung 34, die einen Temperaturbereich von 538bis 650 °C hat und mit Vorteil auf 588 CC eingestellt ist.

Direkt unterhalb der Welle 28 ist ein Druckzylinder 36 angeordnet, wenn sich die Welle 28 in der in Fig. 10 dargestellten Position befindet. Der Druckzylinder weist eine Kolbenstange auf, die nach oben verschiebbar ist, um den Pfan-nenhalkter 30 aus der mit ausgezogenen Linien dargestellten Position in die durch gestrichelte Linien dargestellte Position zu verschieben (Fig. 10). Befindet sich der Pfannenhalter 30 in der durch gestrichelte Linien dargestellten Stellung, so befindet sich der darauf gehaltene Behälter im Wirkungsbereich der Induktionsheizung 34. Bevor der Behälter erwärmt wird, wird dieser gereinigt, um Fett und andere Rückstände zu beseitigen.

Am Tisch 24 ist ein Elektromotor 38 befestigt. Die Abtriebswelle des Elektromotors 38 ist über eine kerb verzahnte Welle 39 mit einem Zahnrad 41 auf der Welle 28 im Eingriff. Wird der Druckzylinder 36 betätigt, um den Pfannenhalter 30 anzuheben, wird der Motor 38 eingeschaltet, um den Pfannenhalter zu drehen. Durch die Drehung der auf dem Pfannenhalter 30 gehaltenen Pfanne während der Erwärmung durch die Induktionsheizung, werden heisse Stellen vermieden. Der Tisch 24 ist am Umfang als Zahnrad 44 ausgebildet, der mit einem Ritzel 42 kämmt. Das Ritzel 42 wird durch einen Elektromotor 40 angetrieben, der am Tisch 24 befestigt ist. Der Motor 40 wird intermittierend betrieben, um den Tisch 24 und die Pfannenhalter 30,32 zu drehen, wenn der Druckzylinder 36 nicht betätigt ist und die Pfanne 30 in die durch ausgezogene Linien dargestellte Stellung zurückgezogen wurde (Fig. 10).

Wie Figur 5 zeigt, weist die Anlage eine Rondellenzu-führvorrichtung 46 auf. Die Zuführvorrichtung 46 enthält eine Mehrzahl von aufrechtstehenden zylindrischen Stangen 48, die einen Halter für einen Stapel von Aluminiumrondellen 50 darstellen. Die Aluminiumrondellen 50 wurden gereinigt, um Fett und andere Rückstände zu beseitigen. Ein nicht dargestellter Support hält die oberste Rondelle 50 auf einem konstanten Niveau. Ein Saugnapf 50 ist über eine Rohrleitung an eine nicht dargestellte Unterdruckquelle angeschlossen und an einem horizontal angeordneten Hebel, der von einer Kolbenstange 54 absteht, angeordnet. Die Kolbenstange 54 ist mit einem Kolben innerhalb eines Druckzylinders 56 verbunden. Der Druckzylinder 56 kann durch einen Druckzylinder 58, der über einen Gabelkopf 60 mit diesem verbunden ist, entlang seiner Längsachse hin-und herbewegt werden. Diese durch den Druckzylinder 56 bewirkte Hin- und Herbewegung erleichtert die Verschwen-kung des Hebels 49, aus der durch ausgezogenen Linien dargestellten Stellung, in die durch gestrichelte Linien dargestellte Stellung (Fig. 6).

Befindet sich der Hebel 49 in der durch gestrichelte Linien dargestellten Stellung, wie in Fig. 6 gezeigt ist, liegt der Saugnapf 52 direkt über einer geneigten Rinne 62. Eine durch den Saugnapf 52 gehaltene Rondelle 50 kann direkt auf die Rinne 62 fallengelassen werden, auf der diese bis zu einem ersten Anschlag 63 herabrutscht. Wird der Anschlag 63 entfernt, wird die Rondelle durch einen zweiten Anschlag 65 angehalten, wodurch die Rondelle 50 direkt unterhalb der Induktionsheizung 64 angeordnet wird (Fig. 6).

Die Rondellenzuführvorrichtung 46 und die Anschläge sind mit der Drehung des Tisches 24 synchronisiert. Ein Behälter, der auf dem Halter 30 induktiv erwärmt wurde, wird in eine Stellung hin- und herbewegt, die direkt unterhalb der

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Sobald die Rondelle 50 auf der Oberseite der Bodenfläche des Behälters 12 aufliegt, steigt die Temperatur der Rondelle 50 auf ca. 426,5 °C an. Der damit erreichbare Vorteil liegt darin, dass die Rondelle durch den Behälter getragen wird, bevor diese eine Temperatur von ca. 426,5 °C erreicht hat, weil bei dieser Temperatur die Rondelle bereits zu plastisch wäre um diese zu halten. Die Rondelle und der Behälter werden durch eine Bedienungsperson sofort herausgenommen und auf einem Amboss 70 der Presse 68 aufgelegt, die um weniges entfernt angeordnet ist. Danach wird eine Druckplatte 72 abgesenkt, die die Rondelle 50 verformt und gleichzeitig unter Anwendung eines Druckes von 35 MPa während 0,5 bis 2 Sekunden mit dem Behälter verbindet, um den in Fig. 2 dargestellten Kochbehälter zu erzeugen. Die metallurgische Verbindung ist gekennzeichnet durch Inter-diffusion mit einer dünnen Legierungsschicht an den gegenüberliegenden Kontaktflächen mit ungleicher Riffelung.

Danach wird der Kochbehälter in an sich bekannter Weise mit Luft gekühlt. Weitere Massnahmen zur Fertigstellung des Kochbehälters sind weitgehend nicht erforderlich oder auf ein Minimum beschränkt. Falls erwünscht, kann die Aluminiumoberfläche behandelt oder bearbeitet werden, um das Aussehen zu verbessern. Der Arbeitszyklus der vorstehend beschriebenen Anlage führt zu einer höheren Produktion. Die bei den bekannten Anlagen verwendete Gasheizung führt dazu, dass die Erwärmungszeit bei ca. 20 Minuten liegt, während bei der Induktionsheizung hierfür nur ca. 15 Sekunden benötigt werden.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung eine kontrollierte Korngrenzenätzung des Stahles angewendet, um ein willkürliches Muster von eng beieinanderliegenden Riffeln oder Kanäle zu erzeugen, in die das weichere Aluminium während des Verbindungsvorganges eingepresst wird. Die lokalisierte Bewegung des Aluminiums reicht aus, um den absorbierten Sauerstoff oder den Oxydfilm zu zerstören, wodurch eine feste Verbindung erreicht wird, die durchgehend und nicht porös ist. Ein Trennversuch führte zu einer duktilen Fraktur des Aluminiums anstelle einer Trennung an der Berührungsfläche. Es wird eine stärkere Metall zu Metall-Verbindung erreicht, ohne eine bedeutende Verringerung in der Dicke oder des Querflusses der Aluminiumrondelle.

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4 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Kochbehälter der einen Behälter aus rostfreiem Stahl mit einem Behälterboden und mit einem über einen gekrümmten Abschnitt mit dem Behälterboden in Verbindung stehenden Wandteil und eine Rondelle aus Aluminium enthält, die mit dem Behälterboden verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rondelle mit dem Behälterboden und dem gekrümmten Abschnitt mit einer gereifelten, unterlagartigen Grenzfläche metallurgisch direkt verbunden ist.
2. Kochbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Seiten der Grenzfläche eine Legierung aus Aluminium und rostfreiem Stahl vorhanden ist.
3. Kochbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die freiliegende Hauptfläche der Rondelle in ihrem Zentrum konkav ist.
4. Kochbehälter nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, dass die gereifelte Grenzfläche durch Riffelung im Behälterboden gebildet ist.
5. Kochbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Riffelung durch geätzte Korngrenzen mit einer Korngrösse von 5bis 15 Mikron über die gesamte Berührungsfläche des Behälters und der Rondelle bestimmt sind.
6. Verfahren zur Herstellung eines Kochbehälters nach Anspruch 1, umfassend die Schritte Reinigung der Fläche eines Behälters aus rostfreiem Stahl und einer Rondelle, die weicher als Stahl ist, Erwärmung des Behälters und der Rondelle und Verbinden der Rondelle mit dem Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter und die Rondelle so erwärmt werden, dass heisse Stellen vermieden werden, bis der Behälter eine Temperatur zwischen 426,5° bis 650 °C und die Rondelle eine Temperatur zwischen 260° bis 399 °C erreicht hat, dass die erwärmte Rondelle mit der gereinigten Oberfläche auf die gereinigte Oberfläche des Behälters positioniert wird, um dadurch die Temperatur der zum Verbinden vorgesehenen Oberfläche des Behälters und der Rondelle auf einen Wert von ca. 426,5° zu bringen, und dass ein Druck auf den erwärmten Behälter und die erwärmte Rondelle ausgeübt wird, um den Verbindungsbereich des Behälters und der Rondelle auf eine Temperatur von ca. 426,5 °C zu bringen und die Oberfläche derselben direkt miteinander zu verbinden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung des Behälters die Wärme nur auf den Behälterboden aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 mit einer mechanischen Zufuhr der Rondellen zu einer Erwärmungsstation, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionieren das Auflegen der erwärmten Rondelle auf den erwärmten Behälterboden des Behälters einschliesst.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterboden auf eine Temperatur von ca. 588 °C und die Rondelle auf eine Temperatur von 316bis 371 °C unter Verwendung getrennter Induktionsheizungen für die Rondelle und den Behälter erwärmt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter während der Erwärmung rotiert.
11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung durch einmaliges Ausüben eines Druckes während weniger als zwei Sekunden erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 6 unter Verwendung einer Rondelle aus Aluminium, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ausübung eines Druckes das Aluminium in die Riffelung im Behälterboden eingepresst wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6—12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rondelle durch die Auflage auf dem Behälter vor der Herstellung der Verbindung auf ca. 426,5 °C erwärmt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6—11, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Stahl vor der Formung des Behälters geätzt wird um die Korngrenzentiefe zu steuern, und dass b) die aus Aluminium hergestellte Rondelle im direkten Flächenkontakt mit dem Stahlbehälter und bei einer Temperatur von mindestens 371 =C in einer Presse gehalten wird, währenddem ein Stoss mit einem beweglichen Werkzeug aufgebracht wird, das das Aluminium berührt und das Aluminium in die gekörnte Fläche hineinpresst.