DE102007028122A1

DE102007028122A1 - Kochgeschirr und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE102007028122A1
Application number: DE200710028122
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Stecher
Original assignee: STE Gesellschaft fur Dichtungstechnik mbH
Current assignee: ACS Coating Systems GmbH
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2008-12-24

Abstract

Es wird ein Kochgeschirr und insbesondere eine Pfanne vorgeschlagen, die aus einem relativ dünnen Blech gefertigt ist und einen innen und außen geprägten Boden (B) aufweist. Insbesondere ist der Boden durchgeprägt und weist vorzugsweise ein radial wellenförmiges Profil mit Erhebungen (E) und Vertiefungen auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein kostengünstig herstellbares Kochgeschirr, insbesondere eine Pfanne und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Hochwertiges Kochgeschirr muss die Eigenschaft aufweisen, eine gleichmäßige Wärmeverteilung sowohl in der Aufheizphase als auch bei verschiedenen Endtemperaturen zu gewährleisten. Dabei liegt das einsetzbare Temperaturspektrum während der Benutzung bei ca. 80°C–300°C. Beim Erhitzen erfährt der Boden naturgemäß eine thermische Ausdehnung, die je nach Materialpaarung und Bauart des Kochgeschirrs zu einer Veränderung der Bodenkontur führt. Der Boden beult sich beim Erhitzen aus, entweder in Richtung zur Kochplatte oder von dieser weg. Dabei verändert sich die tragende Fläche und damit auch die Wärme aufnehmende Fläche.
Dies kann zum Beispiel dazu führen, dass der Boden sich so ausbeult, dass er nur noch über die Mitte des Bodens Wärme von der Kochplatte aufnehmen kann. Diese Mitte wird dann sehr heiß (je nach Kochplatte bis 500°C), wobei aber außen die Pfanne kalt bzw. kühler bleibt. Daher beult die Pfanne durch den zunehmenden Temperaturgradienten weiter aus. Dieser Effekt führt dann einerseits dazu, dass die Pfanne nicht mehr stabil steht. Andererseits ist die sachgerechte Benutzung nicht mehr möglich, weil die Kochfläche in der Mitte zu heiß und außen zu kalt ist.
Nach dem heutigen Stand der Technik wird das Problem dadurch gelöst, dass Aluminium als Werkstoff gewählt wird. Durch die gute Wärmeleitung ergibt sich automatisch eine gleichmäßige Wärmeverteilung.
Um gleichzeitig die nötige und gegen ein Verbiegen beim Aufheizen ausreichende Festigkeit zu erzielen, muss der Boden entsprechend schwer ausgeführt werden, bei Gusspfannen bis zu 10 mm dick.
Bei Edelstahlpfannen wird in einer Sandwichkonstruktion ein Aluminiumkern in den Boden eingebaut.
Der Nachteil der Aluminiumpfannen ist, dass diese nicht zur Induktionsheizung geeignet sind und sich relativ träge in der Aufheizung verhalten wegen der hohen Wärmekapazität des Werkstoffs im Verhältnis zu Stahl. Darüber hinaus verteuert ein relativ dicker Boden aus Aluminium oder die Edelstahl-Sandwichkonstruktion der Pfanne oder des sonstigen Kochgeschirrs.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kochgeschirr anzugeben, das eine möglichst einfache Konstruktion besitzt und dabei doch die genannten benötigten Eigenschaften wie insbesondere eine Eignung für den Einsatz auf einem Induktionsherd und gleichzeitig gutes thermisches Verhalten beim Erhitzen aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kochgeschirr mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Kochgeschirrs sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Es wird ein aus einem Metallblech gefertigtes Kochgeschirr angegeben, welches einen innen und außen geprägten Boden umfasst.
Damit lässt sich das Kochgeschirr kostengünstig aus relativ dünnen Metallblechen herstellen. Die Bodenprägung ermöglicht ein spezielles Bodenprofil (Querschnittsprofil durch die Bodenmitte), welches einer ungünstigen Verformung des Bodens und damit einer schlechten Wärmeübertragung beim Erhitzen entgegenwirken kann. Ein solches Kochgeschirr lässt sich schneller als bekannte Kochgeschirre mit dickeren Materialstärken aufheizen.
Boden und Wandung des Kochgeschirrs bestehen aus einem ein Metallblech, welches ein Stahlblech sein oder ein Stahlblech umfassen kann. Der Boden kann durchgeprägt sein, so dass so dass einer Erhebung auf der Unterseite in der Regel eine entsprechende Vertiefung auf der Innenseite des Bodens entspricht. Das Durchprägen von relativ dünnen Metallblechen ist besonders einfach durchführbar.
Die Prägung erfolgt vorzugsweise so, dass der Boden ein radial wellenförmiges Profil mit Erhebungen und Vertiefungen aufweist. Dies kann in einfacher Weise hergestellt werden, indem beim Prägevorgang Prägewerkzeuge in radialer Richtung gesehen abwechselnd von oben und unten auf das Metallblech im Bereich des Bodens einwirken. Ein solches wellenförmiges Profil kann die thermische Materialausdehnung des Metallblechs besonders gut kompensieren, ohne dass es zu einem übermäßigen Verziehen des Bodens kommt. Dadurch kann auch bei Überhitzung des Kochgeschirrs ein bleibende Verformung insbesondere des Bodens vermieden werden.
Das erzeugte Bodenprofil ist insbesondere so, dass der Boden zumindest eine konzentrisch zur Mitte des Bodens angeordnete äußere Auflagezone aufweist, die nahe dem äußeren Bodenrand angeordnet ist und eine oder mehrere gegenüber dem übrigen Boden erhabene Erhebungen umfasst.
Durch dieses Profil des Bodens mit der äußeren Auflagezone wird gezielt ein definierter, z. B. auf einer Kochplatte aufliegender und damit das Kochgeschirr tragender Bereich erzeugt. Dadurch kann gewährleistet werden, dass durch die äußere Auflagezone eine definierte Auflagefläche gegeben ist, die auch z. B. beim Aufheizen über einen gewissen Temperaturbereich konstant bleibt.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Boden von der Unterseite her gesehen insgesamt konkav ausgebildet. Auf diese Weise wird erreicht, dass ein kaltes Kochgeschirr und damit ein kalter Boden nur mit der äußeren Auflagezone auf einer Unterlage und insbesondere auf einer Kochplatte aufliegen kann. Beim Aufheizen setzt nun eine Verformung des Bodens ein, die die Konkavität reduziert. Durch "Ausbeulen" des Bodens reduziert sich der Abstand der weiter innen gelegenen Bodenfläche zur Unterlage/Kochplatte, bis der Boden schließlich mit einem der Bodenmitte näher gelegenen Bereich auf der Unterlage/Kochplatte aufliegt. Dieser Bereich kann definiert eine weitere innere Auflagezone ausbilden. Bei weiterer Verformung hebt sich die äußere Auflagezone vom Boden ab, so dass der Boden definiert nur noch mit der nächsten inneren Auflagezone Kontakt mit der Unterlage/Kochplatte hat. Durch den geringeren Radius der inneren Auflagezone steht nun nur noch eine reduzierte Fläche zur Wärmeübertragung von der Kochplatte auf das Kochgeschirr beziehungsweise dessen Boden zur Verfügung. Dadurch reduziert sich die Aufheizgeschwindigkeit, bis schließlich eine Maximaltemperatur erreicht ist, die sich durch die von der inneren Auflagezone umschlossene zur Wärmeübertragung nutzbare Bodenfläche einstellen lässt.
Damit kann eine Überhitzung des Kochgeschirrs vermieden werden, was auch für das Kochergebnis einer im Kochgeschirr zubereiteten Speise von Vorteil ist. Die innere Auflagezone kann aber auch so gewählt sein, dass bei einer dadurch definierten Auflagefläche keine weitere Aufheizung des Kochgeschirrs mehr erfolgt.
Das Kochgeschirr kann aber auch einen Boden aufweisen, dessen durch Prägung erzeugtes Profil auch bei Maximaltemperatur nur mit der äußeren Auflagezone aufliegt, da ein übermäßiges Ausbeulen der Bodenmitte durch das Profil wirksam vermieden werden kann.
Dies zeigt sich insbesondere bei Aufheizung mittels eines Induktionsherds. Während herkömmliche, aus vergleichbar dünnem Stahlblech hergestellte Kochgeschirre bei Aufheizung mittels Induktion eine starke und bei dünnem Blech auch irreversible Verformung vor allem des Bodens des Kochgeschirrs erzeugen, führt das vorgeschlagene, geprägte, mit dem angegebenen insbesondere wellenförmigen Profil versehene Kochgeschirr nur zu einer wesentlich geringeren Verformung, die zudem reversibel ist. Damit ist das Kochgeschirr insbesondere auch inversionstauglich und gegen Überhitzung und bleibende Verformung stabil.
In einer Variante wird eine dritte und gegebenenfalls weitere Auflagezonen vorgesehen. Dann können bei weiterem Aufheizen weiter innen gelegene Auflagezonen zum Tragen kommen, die die zur Wärmeübertragung genutzte, von der Auflagezone eingeschlossene Fläche weiter reduzieren. Damit kann die Aufheizgeschwindigkeit des Bodens und damit des Kochguts weiter vermindert werden.
Bei geeigneter Bemessung der inneren Auflagezonen kann so für jede von der Kochplatte zur Verfügung gestellte Heizleistung eine definierte zur Wärmeübertragung nutzbare Auflagefläche eingestellt werden, die schließlich zu einer Höchsttemperatur führt, über die hinaus der Boden und damit das Kochgut nicht aufgewärmt werden kann. Diese Höchsttemperatur entspricht der Gleichgewichtstemperatur, bei der die vom Kochgeschirr wieder an die Umgebung abgegebene Wärmemenge gleich der im gleichen Zeitraum aufgenommenen Wärmemenge ist. Die Höchsttemperatur ist ebenfalls über die Bemessung der Auflagezonen beziehungsweise durch Auswahl eines geeigneten Radius der inneren Auflagezone einstellbar. Eine solche einstellbare Höchsttemperatur vermeidet Überhitzung eines insbesondere als Pfanne ausgebildeten Kochgeschirrs und des darin zu erhitzenden Kochguts und wirkt sich insbesondere vorteilhaft auf die Lebensdauer des Kochgeschirrs aus, da Überhitzungen irreversible Verformungen des Kochgeschirrs zur Folge haben können.
Über die definierte Auflagezone und die damit verbundene, zum Aufheizen nutzbare Auflagefläche wird darüber hinaus das Aufheizverhalten insbesondere die Aufheizgeschwindigkeit eingestellt, wobei über die Anzahl der unterschiedlich von der Bodenmitte entfernten Auflagezonen die Anzahl der Stufen im Aufheizprofil eingestellt werden kann.
Das von unten gesehen konkave Bodenprofil kann durch einen entsprechend gewölbten bzw. radial wellenförmig geprägten Boden realisiert sein. Möglich ist es jedoch auch, das konkave Bodenprofil durch unterschiedlich hohe Erhebungen einzustellen, wobei die Höhen von Erhebungen in weiter innen gelegenen Auflagezonen geringer ist als die Höhe von Erhebungen in weiter außen gelegenen Auflagezonen. Möglich ist es jedoch auch, das konkave Profil durch eine Kombination von Bodenwölbung und unterschiedlich hohen Erhebungen einzustellen.
Jede Auflagezone kann aus nur einer ringförmigen Erhebung bestehen, die dann die ringförmige konzentrisch zur Bodenmitte angeordnete Auflagezone ausbildet. Die Erhebung braucht dabei nicht ringförmig geschlossen zu sein, sondern kann eine beliebige Anzahl von Unterbrechungen aufweisen.
Die Profilierung des Bodens kann daher rotationssymmetrisch zur Bodenmitte ausgebildet sein, ein n-zählige Drehachse als Symmetrieelement aufweisen, punktsymmetrisch zur Bodenmitte ausgebildet oder einfach unsymmetrisch sein. Die Erhebungen können einem Kreisumfang folgend kontinuierlich oder unterbrochen sein. Dem Umfang folgend können die Erhebungen wellenförmig, zum Beispiel sinusförmig profiliert sein. Sie können in der Bodenebene in radialer Richtung wellenförmig aber ringförmig um die Bodenmitte angeordnet verlaufen. Dementsprechend kann die Prägung ein oder mehrere unterschiedliche radiale Profile aufweisen in Abhängigkeit vom gewählten Drehwinkel der betrachteten Schnittebene.
Eine Auflagezone kann aus zwei oder mehr solcher konzentrischer Erhebungen bestehen, die wiederum ringförmig geschlossene oder unterbrochene Bogenstücke aufweisen können.
Eine Auflagezone kann jedoch auch ein Muster an Erhebungen aufweisen, welches die ringförmige Auflagezone weitgehend auffüllt. Vorteilhaft wird dabei der Abstand der Erhebungen relativ zu deren Abmessungen klein eingestellt, um die durch die Auflagezone definierte Auflage- und Aufheizfläche möglichst gut nach außen abzuschließen. Vorteilhaft sind Muster, bei denen innerhalb einer Auflagezone die Erhebungen in kon zentrischen Ringen so angeordnet sind, dass weiter innen liegende Erhebungen genau im Bereich der Abstände zwischen zwei Erhebungen in einem äußeren Ring angeordnet sind. Möglich sind jedoch auch alle anderen Muster, die einen ausreichenden Abschluss der Auflage-/Aufheizfläche ermöglichen. Ein solches Muster kann dann auch mit einer tatsächlich aufliegenden Fläche ausgebildet sein, die insgesamt klein ist gegen die Gesamtfläche der Auflagezone. Vorteilhaft sind die Muster rotationssymmetrisch zur Bodenmitte ausgebildet.
Das für das Kochgeschirr eingesetzte Metallblech kann ein Stahlblech umfassen. Da mit dem vorgeschlagenen konkaven Profil und den definierten konzentrischen Auflagezonen eine thermische Verformung des Bodens des Kochgeschirrs in Kauf genommen werden kann beziehungsweise zum Erzielen des definierten Aufheizprofils und der gewünschten Endtemperatur sogar erwünscht sein kann, kann das verwendete Metallblech auch dünner als bei bekannten Kochgeschirren ausgeführt werden.
Auch im Bodenbereich ist eine Materialstärke des Metallblechs von ca. 0,5 bis 3,0 mm ausreichend. Es können natürlich trotzdem höhere Materialstärken gewählt werden, die jedoch für die genannten vorteilhaften Eigenschaften des vorgeschlagenen Kochgeschirrs nicht erforderlich sind.
Wird für das Metallblech z. B. ein rostfreier Stahl gewählt, so sind für das Kochgeschirr keine weiteren Schichten im Bodenbereich erforderlich, die bei bekannten Kochgeschirren notwendig sind.
Wird ein nicht korrosionsfestes Stahlblech eingesetzt, so kann das Metallblech eine Auflage aus einem korrosionsfesten Material und insbesondere eine vorzugsweise relativ dünne, metallische Auflage umfassen. Diese kann beispielsweise Aluminium, Chrom, Nickel oder eine dünne Schicht korrosionsfreien Stahls umfassen. Die Auflage kann durch Plattieren und z. B. galvanisch aufgebracht sein. Das Stahlblech kann z. B. auch feueraluminiert sein. Möglich ist es jedoch auch, die Auflage in Form eines dünnen weiteren Metallblechs aufzubringen, beispielsweise durch Kleben oder Schweißen. Für eine solche Auflage sind geringe Materialstärken von beispielsweise nur 0,2 mm ausreichend.
Das Metallblech kann auch Aluminiumblech umfassen. Dies hat den Vorteil, dass aufgrund der gegenüber Stahl höheren thermischen Leitfähigkeit des Aluminiums ein schnelleres Aufheizen des Kochgeschirrs möglich wird. Dies begünstigt auch eine gleichmäßigere Wärmeverteilung beim Aufheizen.
Vorteilhaft ist es, ein Aluminiumblech zu verwenden, welches mit einer Auflage aus einem magnetischen Material versehen ist, um eine Induktionsaufheizung in einem Induktionsherd zu ermöglichen. Dazu ist beispielsweise eine Auflage aus rostfreiem Stahl möglich.
Alternativ oder zusätzlich zum Prägen des Bodens ist es jedoch auch möglich, die Erhebungen durch Aufdicken des Metallblechs auf der Unterseite des Bodens im Bereich der Auflagezonen vorzunehmen. Zur Aufdickung kann dann beispielsweise eine der Anzahl der Auflagezonen entsprechende Anzahl von entsprechend strukturierten Blechen aufgebracht werden, beispielsweise durch Kleben oder Schweißen. Vorzugsweise sind die aufgebrachte Erhebungen vom gleichen Material wie das Metallblech, können jedoch auch unterschiedliches Material umfassen.
Vorteilhaft ist es, wenn jede der konzentrischen Auflagezonen in radialer Richtung gesehen ein Oberflächenprofil aufweist, welches einer sinusartigen Funktion mit einem Maximum in der Mitte der Auflagezone angenähert ist. Dieses Profil wird jedoch nur mit einer im Vergleich zur Gesamthöhe der Erhebungen geringen Amplitude erzeugt. Weist die Auflagezone im radialen Querschnitt mehrere Erhebungen beziehungsweise mehrere Maxima auf, so kann das sinusartige Querschnittsprofil dadurch erreicht werden, dass die Oberseiten der Erhebungen beziehungsweise die nach unten weisenden Maxima auf einer sinusartigen Hüllkurve zu liegen kommen.
Das Kochgeschirr kann zumindest auf der Innenseite von Wand und Boden eine Kunststoffbeschichtung aufweisen, die entweder die Korrosion des Metallblechs verhindert oder die gegebenenfalls zusätzlich eine für das Kochgeschirr vorteilhafte Antihaftfunktion aufweist. Dazu sind beispielsweise Kunststoffbeschichtungen geeignet, die einen perfluorierten Thermoplasten und/oder einen Hochleistungsthermoplasten umfassen.
Solche Hochleistungspolymere, die sich durch eine hohe Dauer-Temperaturbelastbarkeit von 260°C und mehr auszeichnen, können bei Temperaturen von über 300°C eingebrannt werden und dementsprechend diesen Temperaturen auch für kurze Zeit widerstehen. Die Hochleistungspolymere können ausgewählt sein aus flüssigkristallinen Polymeren (LCP), Polysulfon (PSU), Polyphenylensulfid (PPA), Polyphenylethersulfon (PPSU), Polyethersulfon (PES), Polyaryletherketon (PAEK), Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon (PEEK) und Mischungen davon. Vorteilhaft ist es, wenn die Konzentration des Hochleistungspolymeren direkt am Metallblech am größten, die Konzentration des perfluorierten Thermoplasten dagegen dort am geringsten ist. Dies kann erreicht werden, indem zumindest zwei unterschiedlich zusammengesetzte Schichten die Beschichtung bilden. Möglich ist es auch, in der Beschichtung- einen kontinuierlichen Gradienten bezüglich dieser beiden Komponenten einzustellen.
Die Kunststoffbeschichtung kann zumindest eine Unterschicht und eine Deckschicht umfassen, wobei der Anteil des perfluorierten Thermoplasten in der Deckschicht vorteilhaft weniger als 40 Gewichtsprozent oder sogar 30 Gewichtsprozent und weniger beträgt.
Insbesondere in der Unterschicht sind vorteilhaft partikelförmige anorganische Füllstoffe enthalten, die ausgewählt sein können aus Metallpartikeln, Silikat, Quarz, Kieselerde, Glas und mineralischen und keramischen Partikeln. In der Unterschicht, die mehr Füllstoffanteil aufweisen kann, sind anorganische Füllstoffe bis zu einem maximalen Volumenfüllgrad von 50% enthalten.
Die Deckschicht mit dem höheren Anteil des perfluorierten Thermoplasten erreicht eine für das Kochgeschirr ausreichende Schichtdicke bereits bei ca. 30 μm.
Ein Kochgeschirr aus einem Metallblech, das einen nicht-rostfreien Stahl umfasst, kann mit Hilfe einer solchen Beschichtung gegen Korrosion geschützt werden. Die Beschichtung ist dann zumindest auf der Innenseite des Kochgeschirrs, vorteilhaft aber auch auf der Außenseite mit Ausnahme der Unterseite des Bodens aufgebracht. Eine derartige Kunststoffbeschichtung ist vorteilhaft mit dem vorgeschlagenen Bodenprofil kombinierbar. Über eine geschickte Ausgestaltung der Auflagezonen lässt sich eine Maximaltemperatur einstellen, die automatisch beim Aufheizen erreicht und eingehalten wird, um eine Beschä digung oder Ablösung der Kunststoffbeschichtung von dem Metallblech zu vermeiden.
Zur Herstellung des vorgeschlagenen Kochgeschirrs wird vorgeschlagen, in ein Metallblech in dem für den Boden vorgesehenen Bereich auf der für die Unterseite des Bodens vorgesehenen Seite gegenüber dem Boden erhabene Erhebungen einzuprägen, die zumindest zwei ringförmige, konzentrische und voneinander beabstandete Auflagezonen ausbilden.
Das Einprägen erfolgt dabei vorzugsweise so, dass die Höhe der Erhebungen größer ist als die Materialstärke des Metallblechs. Es ist jedoch ausreichend und vorteilhaft, wenn die Erhebungen ca. 0,2 bis 2 mm über dem Boden überstehen. Dabei wird der Boden mit einem konkaven Profil versehen, das im Bereich der Bodenmitte mit ca. 0,3 bis 2 mm Freiraum über einer ebenen Unterlage übersteht.
Anschließend kann das Kochgeschirr in die gewünschte Form gezogen werden, wobei sich zumindest Wandung und Boden ausbilden. Das Metallblech kann aus einheitlichem Material, insbesondere aus Stahl bestehen, kann aber auch zum Erzielen zusätzlicher Eigenschaften eine Auflage einer Stärke von beispielsweise 0,2 mm eines anderen Metalls aufweisen.
Wird eine Kunststoff-Beschichtung gewünscht, so wird diese zum Beispiel nach dem Ziehen in die endgültige Form aufgebracht.
Als Beschichtungsverfahren sind insbesondere Pulverbeschichtungsverfahren oder ein Aufbringen als Dispersion geeignet. In jedem Fall werden die thermoplastischen Bestandteile und die Füllstoffe in möglichst feinteiliger Form homogen mitei nander vermischt und als Pulver oder Dispersion auf die gewünschten Oberflächen des Kochgeschirrs aufgebracht. Nach dem Aufbringen wird der Kunststoff eingebrannt, wozu Temperaturen von zumindest 300°C erforderlich sein können. Es können dabei mehrere Schichten übereinander aufgebracht werden, die sich in der Zusammensetzung unterscheiden können. Auf diese Weise ist es möglich, den genannten Gradienten bezüglich der Bestandteile ein- und herzustellen. Jede Teilschicht kann dabei aufgebracht und zunächst gesintert werden, bevor die nächste Teilschicht aufgebracht wird. Möglich ist es jedoch auch, eine beispielsweise mittels Dispersion aufgebrachte Teilschicht abtrocknen zu lassen und danach die nächste Pulverschicht mittels Dispersionsverfahren aufzubringen, bevor die verschiedenen Teilschichten dann gemeinsam gebrannt werden. Das Aufbringen in mehreren Teilschichten ist auch dann vorteilhaft, wenn eine bestimmte Mindestgesamtdicke erhalten werden soll, eine einzelne Teilschicht aber in Abhängigkeit vom Aufbringverfahren nur in dünner Schichtdicke optimal aufgebracht werden kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Letztere dienen nur zur Veranschaulichung und sind daher nicht maßstabsgetreu.
1 zeigt ein Kochgeschirr im Querschnitt und in der Draufsicht auf den Boden.
2 zeigt ein mögliches Profil einer Auflagezone.
3 zeigt in schematischer Draufsicht auf den Boden zwei Möglichkeiten, die Erhebungen einer Auflagezone zu gestalten.
4 zeigt ein Kochgeschirr im schematischen Querschnitt zu Beginn und zum Ende eines Aufheizprozesses.
5 zeigt ein beschichtetes Kochgeschirr im Querschnitt.
6 zeigt ein Kochgeschirr mit Wellenprofil im schematischen Querschnitt.
Aus einem Metallblech, beispielsweise einem 0,5 bis 3,0 mm starken Blech aus Stahl oder Aluminium ist ein Kochgeschirr und insbesondere eine Pfanne geformt, so dass sie zumindest eine Wandung W und einen Boden B umfasst.
Auf der Unterseite des Bodens sind Erhebungen E vorgesehen, die gegenüber dem restlichen Boden erhaben sind. Die Erhebungen E bilden in der Summe zumindest eine ringförmige, konzentrisch um den Mittelpunkt M des Bodens angeordnete Auflagezone AZ aus.
In der 1A sind zwei Auflagezonen AZ dargestellt, wobei ein äußerer Ring vorteilhaft mit dem Außenrand des Bodens abschließt. Eine innere Auflagezone bildet einen konzentrischen Ring, der einen Bereich um den Mittelpunkt M des Bodens ausspart.
1B zeigt den Boden in der Draufsicht von unten, bei dem die Auflagezonen schraffiert dargestellt sind. In der Figur ist eine äußere Auflagezone AZa und eine innere Auflagezone AZi dargestellt. Möglich ist es jedoch auch, mehr als die zwei dargestellten Auflagezonen vorzusehen. Obwohl die Auflagezonen AZ hier als Zonen definierter Breite dargestellt sind, können sie auch in der Breite gegen Null gehen, so dass die entsprechende Auflagezone in eine Auflagelinie übergeht.
Unterhalb des in 1A dargestellten Kochgeschirrs ist eine mögliche Hüllkurve PB für die Erhebungen E der Auflagezonen AZ mit übertrieben starker Amplitude dargestellt. In der 1A wird das Bodenprofil dadurch erreicht, dass die Erhebungen E unterschiedlichen Höhen aufweisen, so dass die Erhebungen in der äußeren Auflagezone AZa höher sind als die Erhebungen E in der inneren Auflagezone AZi. Davon ungeachtet kann der Boden zwischen den Erhebungen ein von der Hüllkurve PB abweichendes Profil aufweisen und insbesondere z. B. wellenförmig sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Profil durch eine entsprechende Krümmung des Bodens realisiert sein. Sofern innerhalb einer Auflagezone AZ unterschiedlich hohe Erhebungen angeordnet sind, so folgen nur die jeweils höchsten Erhebungen mit ihren Maxima der Hüllkurve PB.
Eine mögliche Auflagezone, die in einem Querschnitt durch die Bodenmitte normal zum Boden eine Vielzahl von Erhebungen aufweist, ist beispielsweise in 2 dargestellt. Dargestellt ist die Unterseite US des Bodens, die im Bereich der Auflagezone AZ eine Vielzahl von z. B. hier fünf Erhebungen E aufweist, die jeweils wiederum im Querschnitt wellen- oder sinusförmig ausgebildet sein können. Die genaue Querschnittsform der Erhebungen kann jedoch auch abhängig vom Herstellverfahren sein, so dass sowohl Erhebungen als auch Vertiefungen jeweils rechteckförmige oder trapezförmige Querschnitte aufweisen können. Auch ein Sägenzahnprofil ist geeignet.
Auch die Auflagezone AZ kann in radialer Richtung eine Hüllkurve PAZ für die Maxima der Erhebungen aufweisen. Dieses Profil ist insbesondere wie hier dargestellt, sinusförmig, jedoch mit gegenüber den Erhebungen nur geringer Amplitude.
Mit diesem Profil wird gewährleistet, dass bei zunehmender "Ausbeulung" des Bodens nach unten ein „Abrollen" des Bodens über dieses Profil der Auflagezone möglich ist.
3 zeigt beispielhaft verschiedene Ausgestaltungen der Erhebungen in einer Draufsicht von unten auf den Boden. In 3A besteht die Auflagezone aus mehreren konzentrisch angeordneten ringförmigen Erhebungen, die jeweils Unterbrechungen aufweisen. Vorzugsweise sind die Unterbrechungen benachbarter Ringe gegeneinander versetzt, so dass die Gesamtheit der Erhebungen E einer Auflagezone AZ in ihrem Inneren ein Luftpolster ausreichend dicht einschließen kann, wenn der Boden des Kochgeschirrs mit dieser Auflagezone auf einer Unterlage und insbesondere auf einer Heizplatte aufliegt. Es kann eine Vielzahl von beispielsweise zwei bis zehn konzentrischen ringartigen Erhöhungen vorgesehen sein. Die Auflagezone kann jedoch auch nur von einem einzigen Ring gebildet sein.
3B zeigt eine weitere Möglichkeit, eine Auflagezone AZ in Form von diesmal geschlossener konzentrischer Ringe auszugestalten. Im Querschnitt können diese Erhebungen wieder das in 2 dargestellte oder die im Zusammenhang mit 2 diskutierten Querschnittsprofile aufweisen.
In 4 ist die Funktion des neu gestalteten Bodenprofils eines Kochgeschirrs anhand zweier Momentaufnahmen beim Aufheizen erläutert. 4A zeigt ein Kochgeschirr in kaltem Zustand beziehungsweise zu Beginn eines Aufheizprozesses, während 4B das selbe Kochgeschirr im heißen Zustand bei oder nahe der erreichbaren Maximaltemperatur zeigt.
Aus 4A ist klar ersichtlich, dass im kalten Zustand das konkave Profil, dem die Erhebungen folgen, dazu führt, dass der Boden nur im Bereich der äußeren Auflagezone AZa auf der Unterlage HP beispielsweise einer Heizplatte aufliegt. Die äußere Auflagezone AZa schließt eine Fläche HZa zwischen sich ein, die zur Wärmeübertragung von der Heizplatte HP auf den Boden des Kochgeschirrs genutzt werden kann. Zur Wärmeübertragung ist kein direkter mechanischer Kontakt von Heizplatte und Boden B erforderlich, da das im Inneren der äußeren Auflagezone AZa zwischen Boden und Heizplatte eingeschlossene Luftvolumen sich aufheizt und die Wärmeübertragung gewährleisten kann. In diesem Zustand heizt sich der Boden B mit einer maximalen Aufheizgeschwindigkeit auf. Dabei entstehen jedoch thermische Verspannungen, die zu einer Verformung des Bodens B dergestalt führen, dass er sich insbesondere im Bereich der Bodenmitte M nach außen bzw. unten "ausbeult". Bei einem gewissen Grad der Verformung bekommen die Erhebungen der inneren Auflagezone AZi Kontakt mit Heizplatte HP, so dass das Kochgeschirr nun mit äußerer und innerer Auflagezone auf der Heizplatte HP aufliegt.
Im Zuge der weiteren Erhitzung verstärkt sich die Ausbeulung, wobei sich die äußere Auflagezone von der Heizplatte HP abhebt, so dass das Kochgeschirr nur noch über seine innere Auflagezone AZi auf der Heizplatte HP aufliegt. Zur Wärmeübertragung steht nun nur noch die von dieser inneren Auflagezone eingeschlossene Fläche HZi zur Verfügung. Da diese geringer ist als die ursprüngliche Heizzone, kann die Aufheizung nun nur noch mit einer geringeren Aufheizgeschwindigkeit erfolgen, bis ein thermisches Gleichgewicht erreicht ist.
Im thermischen Gleichgewicht erreicht das Kochgeschirr seine maximale Temperatur, da die über der Aufheizzone AZi zuge führte Wärme nun genau der Wärmemenge entspricht, die das Kochgeschirr wieder nach außen abgibt, beispielsweise durch Konvektion oder Abstrahlung. Die genaue Höhe dieser Maximaltemperatur ist in Abhängig von den Materialparametern des Kochgeschirrs und insbesondere von dem Durchmesser der inneren Auflagezone AZi (bzw. von der äußersten bei dieser Temperatur noch aufliegenden Auflagezone) abhängig. Durch Variation dieses Durchmessers ist es möglich, eine gewünschte Maximaltemperatur des Kochgeschirrs und insbesondere der Pfanne einzustellen. Reihenversuche haben gezeigt, dass ohne aufwändige Strukturierung Maximaltemperaturen von beispielsweise 300 bis 330°C eingestellt werden können, die auf einer z. B. 450°C heißen Wärmekochplatte aufgrund der neuartigen Bodenstruktur des Kochgeschirrs nicht überschritten werden. Da die äußere Auflagezone bei dieser Maximaltemperatur von der Heizplatte abgehoben ist, kann der Boden im äußeren Bereich keine Wärme mehr aufnehmen. Der Boden und damit das Kochgeschirr kühlt daher über diesen Bereich mit ab.
5 zeigt im schematischen Querschnitt ein Kochgeschirr, welches aus einem Metallblech MB besteht, welches auf der Innenseite eine Beschichtung BS aufweist. Mit den weiter oben vorgeschlagenen Beschichtungen aus Hochleistungsthermoplasten und perfluoriertem Thermoplasten gegebenenfalls unter Zusatz von Füllstoffen können Beschichtungsdicken ab 15 μm für die Funktion des Kochgeschirrs als Pfanne ausreichend sein. Möglich ist es jedoch, die Beschichtungen auch dicker auszuführen.
6 zeigt ein beispielhaftes, in der vertikalen Achse überdehnt dargestelltes, durch Prägen erzeugtes Bodenprofil, welches radial gesehen wellenförmig ausgebildet ist. Dabei folgt einer Erhebung stets eine Vertiefung. Das gesamte Profil ist abgerundet und lässt sich durch radial alternierend von oben und unten einwirkende Prägewerkzeuge herstellen. Im kalten Zustand liegt das Kochgeschirr nur mit der äußeren Auflagezone AZ auf der Kochplatte auf, während im Bereich der Bodenmitte M ein lichter Abstand zur Kochplatte verbleibt, der zwar minimiert sein kann, aber dennoch definiert ist. Das Profil ist hier symmetrisch ausgebildet mit der Bodenmitte M als Spiegelachse.
Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Ausführungen dienen nur der Erläuterung der Erfindung, so dass die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Im Rahmen der Erfindung liegt es, weitere Variationen bezüglich Anzahl und Ausgestaltung der Auflagezonen des Bodenprofils oder des Profils der Auflagezonen zu realisieren. So ist es beispielsweise möglich, den gesamten Boden mit einer Vielzahl konzentrischer Auflagezonen auszufüllen, wobei jede Auflagezone aus nur einer ringförmigen, z. B. wulstartig ausgebildeten Erhebung besteht. Ein solcher Boden weist dann ein konzentrisches, gleichmäßig über den Boden verteiltes Rillenprofil oder positiv gesehen, ein Profil von konzentrisch angeordneten ringförmig geschlossenen wulstartigen Erhebungen auf. Die nach innen weisende Oberseite des Bodens kann ein entsprechendes negatives Profil aufweisen oder davon unabhängig ein eigenes Muster von Vertiefungen aufweisen. In allen Fällen zeichnet sich das Kochgeschirr durch die guten thermischen Eigenschaften aus, die bereits mit geringer Materialstärke des Metallblechs erreicht werden können. Damit ist das Kochgeschirr einfach herstellbar und kostengünstig.

Claims

Kochgeschirr, mit einem innen und außen geprägten Boden (B), der ein Stahlblech umfasst.
Kochgeschirr nach Anspruch 1, bei dem Boden (B) und Wandung (W) aus einem ein Stahlblech umfassenden Metallblech bestehen, bei dem der Boden durchgeprägt ist, so dass so dass einer Erhebung (E) auf der Unterseite eine entsprechende Vertiefung auf der Innenseite des Bodens entspricht.
Kochgeschirr nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Boden (B) durch die Prägung ein radial wellenförmiges Profil mit Erhebungen (E) und Vertiefungen aufweist.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 1–3, bei dem der Boden zumindest eine konzentrisch zur Mitte (M) des Bodens (B) angeordnete äußere Auflagezone (AZa) aufweist, die nahe dem äußeren Bodenrand angeordnet ist und eine oder mehrere gegenüber dem übrigen Boden erhabene Erhebungen (E) umfasst.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 1–4, bei dem das Profil rotationssymmetrisch zur Bodenmitte (M) ausgebildet ist.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 1–4, bei dem die Prägung zumindest zwei unterschiedliche radiale Profile aufweist und daher nicht rotationssymmetrisch zur Bodenmitte (M) ausgebildet ist.
Kochgeschirr nach Anspruch 6, bei dem die Prägung diskontinuierlich ausgebildet ist.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 1–7, bei dem die Prägung punktsymmetrisch zur Bodenmitte (M) ausgebildet ist.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 1–8, umfassend zumindest eine weitere ringförmige, konzentrisch zur Bodenmitte (M) angeordnete und von der äußeren Auflagezone (AZa) beabstandete innere Auflagezone (AZi) aufweist.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 1–9, bei dem jede Auflagezone (AZ) wiederum ein Muster an Erhebungen (E) aufweist.
Kochgeschirr nach Anspruch 10, bei dem das Muster 2–10 konzentrisch verlaufende, kreisförmig geschlossene oder unterbrochene Wülste umfasst.
Kochgeschirr nach Anspruch 10, bei dem eine Auflagezone (AZ) ein Muster von Erhebungen (E) umfasst, so dass die tatsächliche Auflagefläche klein ist relativ zur Fläche der Auflagezone.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 1–12, bei dem das Metallblech ein Stahlblech mit einer Auflage aus Al, Cr oder Ni ist.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 1–13, bei dem das Metallblech eine zwischen zwei Stahlschichten eingebettete Aluminiumschicht umfasst.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 1–12, bei dem das Metallblech ein Stahlblech ist.
Kochgeschirr nach Anspruch 10, bei dem die Erhebungen (E) ein auf die Unterseite (US) des Bodens (B) aufgebrachtes, gleichartiges oder unterschiedliches Material umfassen.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 9–16, bei dem die Unterseite (US) so ausgebildet ist, dass das Kochgeschirr bei Raumtemperatur auf einer äußeren Auflagezone (AZa), bei einer angestrebten Maximaltemperatur dagegen bedingt durch die thermische Verformung des Pfannenbodens nur auf einer inneren Auflagezone (AZi) aufliegt.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 1–17, bei dem das Metallblech eine Materialdicke von 0,5–3,0 mm aufweist.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 1–17, bei dem zumindest die Innenseite von Wand (W) und Boden (B) eine hochtemperaturbeständige Kunststoffbeschichtung (BS) aufweist.
Kochgeschirr nach Anspruch 19, bei dem die Kunststoffbeschichtung (BS) ein thermoplastisches Hochleistungspolymer und/oder einen perfluorierten Thermoplasten umfasst.
Kochgeschirr nach Anspruch 20, bei dem das thermoplastisches Hochleistungspolymer ausgewählt ist aus flüssigkristallinen Polymeren (LCP), Polysulfon (PSU), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylethersulfon (PPSU), Polyethersulfon (PES), Polyaryletherketon (PAEK), Polyetherketon (PEK), oder Polyetheretherketon (PEEK) und insbesondere aus gefülltem oder ungefülltem PPS, PEK und PEEK oder deren Mischungen.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 19–21, bei dem die Konzentration des Hochleistungspolymers direkt am Metallblech am größten, die Konzentration des perfluorierten Thermoplasten dagegen am geringsten ist.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 19–22, bei dem Kunststoffbeschichtung (BS) zumindest eine Unterschicht und eine Deckschicht umfasst, wobei der Anteil des perfluorierten Thermoplasten in der Deckschicht weniger als 40 Gewichtsprozent beträgt.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 19–23, bei dem in der Unterschicht (US) partikelförmige anorganische Füllstoffe enthalten sind, die ausgewählt sind aus Metallpartikeln, Silikat, Quarz, Kieselerde, Glas und mineralischen und keramischen Partikeln.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 19–24, bei dem die anorganischen Füllstoffe in der Unterschicht (US) bis zu einem Volumenfüllgrad von maximal 50% enthalten sind.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 19–24, bei dem die Unterschicht (US) zum überwiegenden Anteil aus anorganischen Füllstoffe besteht.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 19–26, bei dem die Dicke der Deckschicht (DS) der Beschichtung 5–30 μm beträgt.
Kochgeschirr nach einem der Ansprüche 1–18, bei dem das Metallblech einen nicht rostfreien Kohlenstoffstahl umfasst, bei dem das Metallblech zumindest auf der Innenseite des Kochgeschirrs mit einer korrosionshemmenden Beschichtung aus einem entsprechenden Metall oder Kunststoff versehen ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kochgeschirrs, bei dem in ein Metallblech in einem für den Boden des Kochgeschirrs vorgesehenen Bereich gegenüber der übrigen Unterseite des Bodens erhabene Erhebungen eingeprägt werden, die mindestens eine äußere, ringförmige, konzentrisch zur Bodenmitte ausgebildete Auflagezonen ausbilden, bei dem das Kochgeschirr in eine Wandung und Boden umfassende Form gezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem als Metallblech ein nicht rostfreier Kohlenstoffstahl verwendet wird, bei dem nach dem Ziehen zumindest die Innenseite von Wandung und Boden mit einer korrosionshemmenden Beschichtung beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem als korrosionshemmende Beschichtung eine Kunststoffbeschichtung mit einem Pulverbeschichtungsverfahren oder einem Dispersionsverfahren aufgebracht und eingebrannt wird.