DE102009039872A1 - Handle with surface coating and process for its preparation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Griff, insbesondere für ein Türblatt oder Fensterblatt, mit einer Oberflächenbeschichtung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Oberflächenbeschichtung eine glasartige Schicht enthält. Diese wird bevorzugt durch einen Sol-Gel-Prozess erzeugt.The invention relates to a handle, in particular for a door leaf or window leaf, with a surface coating. According to the invention, it is provided that the surface coating contains a glass-like layer. This is preferably produced by a sol-gel process.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein manuell bedienbares Element, insbesondere für ein Türblatt oder ein Fensterblatt, mit einer Oberflächenbeschichtung.The present invention relates to a manually operable element, in particular for a door leaf or a window leaf, with a surface coating.
Die Flügelelemente von Türen oder Fenstern besitzen Beschläge, die zur Bedienung der Flügelelemente manuell bedienbare Elemente aufweisen. Die manuell bedienbaren Elemente können beispielsweise Türdrücker, Türknäufe, Griffelemente, wie Fenstergriffe, oder flächenförmige Bedienelemente sein. Diese bedienbaren Elemente können vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, wie Stahl, Aluminium oder Messing, bestehen. Im Folgenden wird ein manuell bedienbares Element nur kurz „Griff” genannt, soll aber nicht auf die Bedeutung eines Griffes im engeren Sinn beschränkt sein, sondern umfasst alle denkbaren Elemente, an die manuell zum Öffnen angegriffen werden kann, wie beispielsweise auch eine einfache mit Metall verkleidete Fläche, gegen die zum Öffnen ohne weitere komplexere Bedienschritte lediglich gedrückt werden muss.The wing elements of doors or windows have fittings that have to operate the wing elements manually operable elements. The manually operable elements can be, for example, door handles, door knobs, gripping elements, such as window handles, or planar control elements. These operable elements may preferably be made of a metallic material such as steel, aluminum or brass. In the following, a manually operable element is only briefly called "handle", but should not be limited to the meaning of a handle in the narrower sense, but includes all conceivable elements that can be attacked manually to open, such as a simple with metal clad surface, against which you only have to press to open without further complex steps.
Derartige Griffe sind häufig aus optischen Gründen, wie zur Anpassung an eine Farbe eines Türblatts, lackiert. Eine Lackierung dient des Weiteren einem Schutz des Griffs beispielsweise gegen eine Oxidation oder ein Korrodieren eines Metallgriffs.Such handles are often painted for visual reasons, such as to adapt to a color of a door panel. A paint also serves to protect the handle, for example, against oxidation or corrosion of a metal handle.
Herkömmliche Beschichtungen, wie Lackierungen, besitzen den Nachteil, dass ihre mechanischen Eigenschaften, wie Abriebfestigkeit und Kratzfestigkeit, zu gering für einen Langzeiteinsatz sind. Daher können sie ihre Aufgabe des Korrosionsschutzes nur solange erfüllen, wie es nicht zu Beschädigungen der Lackierung gekommen ist, die so tief sind, dass lokal die Schicht nicht mehr vorhanden ist. Insbesondere Gegenstände, wie Ringe und Schlüssel, die von den Griff betätigenden Personen gegen den Griff gebracht werden, beschädigen die Lackierungsschicht stark.Conventional coatings, such as coatings, have the disadvantage that their mechanical properties, such as abrasion resistance and scratch resistance, are too low for long-term use. Therefore, they can fulfill their task of corrosion protection only as long as it has not come to damage the paint, which are so deep that locally the layer is no longer available. In particular, objects such as rings and keys, which are brought by the handle-actuated persons against the handle, damage the coating layer heavily.
Eine weitere bekannte Oberflächenschicht auf Griffen ist eine Eloxierung. Diese elektrisch erzeugte Oxidschicht lässt sich jedoch nur auf Aluminium erzeugen und ist insbesondere gegenüber metallischen Gegenständen, wie Ringen oder Schlüsseln, kratzempfindlich. Außerdem ist die Schichtdicke gering und daher wiederum gegenüber mechanischen Belastungen besonders anfällig.Another known surface layer on handles is an anodization. However, this electrically generated oxide layer can only be produced on aluminum and is particularly susceptible to scratching against metallic objects, such as rings or keys. In addition, the layer thickness is low and therefore again particularly susceptible to mechanical stress.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Griff, insbesondere einer Tür oder eines Fenster, mit einer Oberflächenbeschichtung bereitzustellen, der die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere soll der Griff eine Oberflächenschicht aufweisen, die eine hohe mechanische Beständigkeit besitzt und einen sehr guten Korrosionsschutz bewirkt. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Griffs vorzuschlagen.The object of the present invention is therefore to provide a handle, in particular a door or a window, with a surface coating which overcomes the disadvantages of the prior art. In particular, the handle should have a surface layer which has a high mechanical resistance and causes a very good corrosion protection. Another object is to propose a method of making such a handle.
Die Aufgabe wird mit einem Griff gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.The object is achieved with a handle according to the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the
Ein erfindungsgemäßer Griff weist als Oberflächenschicht eine glasartige Schicht auf.An inventive handle has a glassy layer as the surface layer.
Unter „glasartig” wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine im Wesentlichen amorphe Struktur bezeichnet, die zu einem großen Teil anorganische Bestandteile aufweist.In the context of the present invention, "glassy" refers to a substantially amorphous structure which to a large extent has inorganic constituents.
Eine glasartige Schicht hat den Vorteil, gezielt transparent einstellbar zu sein, eine hohe mechanische Belastbarkeit, insbesondere eine hohe Abriebfestigkeit und Kratzfestigkeit, und eine hohe Härte aufzuweisen. Des Weiteren verschließt sie eine Oberfläche des Griffs hermetisch, was überraschenderweise sehr gute Hygieneeigenschaften zur Folge hat, denn Hohlräume und Vertiefungen, in denen sich Keime festsetzen können, sind nicht oder zumindest kaum vorhanden.A vitreous layer has the advantage of being specifically transparent, having a high mechanical strength, in particular a high abrasion resistance and scratch resistance, and a high hardness. Furthermore, it hermetically seals a surface of the handle, which surprisingly results in very good hygiene properties, because cavities and depressions in which germs can settle are not or at least hardly present.
Des Weiteren besitzt eine glasartige Schicht eine hohe thermische Stabilität. Die Anbindung an einen Metallgriff ist überraschend hoch. Vorteilhafterweise liegen an einer Grenzfläche zwischen einem Metall (Me) des Griffs und der glasartigen Schicht kovalente Bindungen zwischen Me und O eines Oxids der glasartigen Schicht vor.Furthermore, a vitreous layer has a high thermal stability. The connection to a metal handle is surprisingly high. Advantageously, at an interface between a metal (Me) of the handle and the vitreous layer, there are covalent bonds between Me and O of an oxide of the vitreous layer.
Vorzugsweise ist die glasartige Schicht eine über einen Sol-Gel-Prozess hergestellte glasartige Schicht.Preferably, the glassy layer is a glassy layer made by a sol-gel process.
Der Sol-Gel-Prozess soll weiter unten erläutert werden.The sol-gel process will be explained below.
In der glasartigen Schicht liegen vorzugsweise organische Reste, wie Methyl-Gruppen(-CH3) vor. Diese haben vorteilhafterweise zur Folge, dass die glasartige Schicht eine wasserabweisende Eigenschaft besitzt. Dies erleichtert eine Reinigung des Griffes. Die organischen Reste können beispielsweise durch einen Sol-Gel-Prozess in die glasartige Schicht eingebracht sein.In the glassy layer are preferably organic radicals, such as methyl groups (-CH 3 ) before. These advantageously have the consequence that the glassy layer has a water-repellent property. This facilitates cleaning of the handle. The organic radicals can be introduced into the glassy layer, for example, by a sol-gel process.
Vorzugsweise weist die glasartige Schicht Glasbildner auf, die zumindest ein Element aus einer Gruppe bestehend aus Si, Al, B und P enthalten. Dies hat den Vorteil, dass die glasartige Schicht eine besonders gute Haftung zu einem Metall (Me) des Griffs aufweist, denn es hat sich gezeigt, dass Me-O-(Si/Al/B/P)-Bindungen besonders stabil sind.The glassy layer preferably comprises glass formers which contain at least one element from a group consisting of Si, Al, B and P. This has the advantage that the glassy layer has a particularly good adhesion to a metal (Me) of the handle, because it has been shown that Me-O- (Si / Al / B / P) bonds are particularly stable.
Bei einem besonders vorteilhaften Griff ist eine dreidimensionale Vernetzung in der glasartigen Schicht unterdrückt. Dies hat eine geringere Steifigkeit und somit eine höhere Flexibilität der Schicht zur Folge. Somit kann die glasartige Schicht trotz einer hohen Härte eine geringe Sprödigkeit besitzen. Dies schützt vor Ausbrechen und Abblättern von Teilen der Schicht, die stattdessen bei mechanischer Belastung flexibel einer Belastung in gewissen Grenzen ausweichen kann und somit weniger leicht beschädigt wird. In a particularly advantageous handle, a three-dimensional crosslinking in the glassy layer is suppressed. This results in a lower rigidity and thus a higher flexibility of the layer. Thus, the glassy layer can have a low brittleness despite a high hardness. This protects against breakage and flaking off of parts of the layer, which instead can flexibly avoid a load within certain limits under mechanical load and thus is less easily damaged.
Vorzugsweise besitzt die glasartige Schicht eine Dicke zwischen 1 und 10 μm, insbesondere zwischen 2 und 5 μm. Dies wird durch den Sol-Gel-Prozess ermöglicht und gewährleistet eine besonders hohe Stabilität und Abriebbeständigkeit.Preferably, the glassy layer has a thickness between 1 and 10 microns, in particular between 2 and 5 microns. This is made possible by the sol-gel process and ensures a particularly high stability and abrasion resistance.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird des Weiteren mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 9 bis 14 angegeben.The object of the present invention is further achieved by a method according to the features of
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Griff, insbesondere ein erfindungsgemäßer Griff, durch Bereitstellen eines Metallgriffkerns und Erzeugen einer glasartigen Schicht auf einer Oberfläche des Griffs mit einem Sol-Gel-Prozess hergestellt. Das Verfahren umfasst vorteilhafterweise folgende Schritte:
- – Bereitstellen eines Metallgriffkerns,
- – Bereitstellen eines Sols mit Prekursoren, das geeignet ist, in eine glasartige Schicht überführt zu werden,
- – Erzeugen eines Nassfilms auf dem Metallgriffkern durch Beschichten des Metallgriffkerns mit dem Sol,
- – Umwandeln des Nassfilms in eine Xerogel-Schicht durch einen Trockenschritt,
- – Umwandeln der Xerogel-Schicht in eine glasartige Schicht durch einen thermischen Verdichtungsschritt.
- Providing a metal grip core,
- Providing a sol with precursors capable of being converted into a vitreous layer,
- Forming a wet film on the metal grip core by coating the metal grip core with the sol,
- Converting the wet film into a xerogel layer by a drying step,
- Converting the xerogel layer into a vitreous layer by a thermal densification step.
Ein Sol ist eine kolloidale Disperion aus Solpartikeln mit Größen im Nanobereich, die in ersten Grundreaktionen aus Prekursoren entstehen.A sol is a colloidal dispersion of sol particles with sizes in the nanoscale, which arise in first basic reactions from precursors.
Prekursoren sind vorteilhafterweise Metallalkoholate, wie beispielsweise Tetraethoxysilan (TEOS) oder Methyltriethoxysilan (MTEOS). Geeignet sind beispielsweise auch Metallcarboxylate. Ein derartiger vorzugsweise in einem Gemisch aus Alkohol und Wasser gelöster Prekursor hydrolysiert im Sauren oder Alkalischen schnell. Entsprechend wird die Lösung bevorzugt sauer oder alkalisch eingestellt. MOH-Gruppen teilweise hydrolysierter Prekursormoleküle kondensieren unter Wasserabspaltung miteinander und wachsen so zu Partikeln. Durch Aufbau eines Netzwerks von Solpartikeln entsteht bei einer Gelierung ein Gel. Dieses ist ein viskoelastischer Festkörper, in dessen Gelgerüst noch Lösungsmittel eingeschlossen ist. Durch Trocknung des Gels entsteht ein Xerogel, dessen Gerüst gegenüber dem Gel eine starke Schwindung bei gleichzeitiger Abnahme der Porosität erfährt.Prekursoren are advantageously metal alcoholates, such as tetraethoxysilane (TEOS) or methyltriethoxysilane (MTEOS). Also suitable are, for example, metal carboxylates. Such a precursor, preferably dissolved in a mixture of alcohol and water, hydrolyzes rapidly in acid or alkaline. Accordingly, the solution is preferably made acidic or alkaline. MOH groups of partially hydrolyzed precursor molecules condense with dehydration and thus grow to particles. By building up a network of sol particles, a gel is formed upon gelation. This is a viscoelastic solid, in the gel framework still solvent is included. By drying the gel, a xerogel is formed, the framework of which experiences a strong shrinkage with respect to the gel, while at the same time decreasing the porosity.
Im Rahmen der Erfindung wird der Griff vorteilhafterweise mit einer Sol geeigneten Viskosität beschichtet, wobei die Viskosität in Abhängigkeit des zu verwendenden Beschichtungsverfahrens eingestellt wird. Die Viskosität kann durch den Kondensationsgrad, die Konzentration und weitere Parameter des Sols eingestellt werden. In Abhängigkeit der Viskosität können beispielsweise Schichtdicken im Bereich mehrerer Mikrometer bis zu 20 μm eingestellt werden.In the context of the invention, the handle is advantageously coated with a sol of suitable viscosity, the viscosity being adjusted as a function of the coating method to be used. The viscosity can be adjusted by the degree of condensation, the concentration and other parameters of the sol. Depending on the viscosity, for example, layer thicknesses in the range of several micrometers can be set up to 20 μm.
Vorteilhafterweise wird die Solschicht mit einem Tauchverfahren oder einem Sprühverfahren aufgebracht. Diese Verfahren sind einfach und daher kostengünstig.Advantageously, the sol layer is applied by a dipping method or a spraying method. These methods are simple and therefore inexpensive.
Während der Trocknung schwindet die Dicke der Schicht, wobei durch eine Abnahme der Porosität bereits eine Verdichtung erfolgt. Im Anschluss an die Trocknung wird der beschichtete Griff, dessen Schicht zu diesem Prozesszeitpunkt durch ein Xerogel gebildet ist, auf Temperaturen erhitzt, bei denen eine Verdichtung einsetzt, vorzugsweise im Bereich einer Glasübergangstemperatur Tg der Glasbildner, beispielsweise auf Temperaturen zwischen 450°C und 1000°C, insbesondere zwischen 500°C und 800°C, insbesondere zwischen 500°C und 600°C.During drying, the thickness of the layer shrinks, whereby a compression of the porosity already occurs. After drying, the coated handle, whose layer is formed by a xerogel at this time of the process, is heated to temperatures at which compression sets in, preferably in the range of a glass transition temperature T g of the glass formers, for example to temperatures between 450 ° C. and 1000 ° C, in particular between 500 ° C and 800 ° C, in particular between 500 ° C and 600 ° C.
Im Verlauf der Verdichtung diffundieren und/oder fließen die Festkörperbereiche zusammen und die Luft in den Poren wandert aus der Schicht. Zum Ende des Verdichtungsschritts wird eine glasartige Schicht erhalten, die nur noch eine geringe Porosität aufweist.In the course of compaction, the solid areas diffuse and / or flow together and the air in the pores migrates out of the layer. At the end of the densification step, a glassy layer is obtained, which only has a low porosity.
Des Weiteren kann die Solschicht und somit die glasartige Schicht eingefärbt werden. Dies kann vorteilhafterweise durch einen Pigmenteinbau, beispielsweise mit einem Spinell, Iriodin und/oder Mullit, oder durch einen Koiloideinbau, insbesondere mit Edelmetallkolloiden, erfolgen.Furthermore, the sol layer and thus the glassy layer can be colored. This can advantageously be done by a pigment incorporation, for example with a spinel, iriodin and / or mullite, or by a Koiloideinbau, in particular with noble metal colloids.
Die Sol- bzw. Xerogel-Schicht kann vorteilhafterweise in eine glaskeramische Schutzschicht umgewandelt werden. Diese besitzt den Vorteil erhöhter Temperaturbeständigkeit bis beispielsweise ca. 1000°C, gute tribologischer Eigenschaften und guter Reinigbarkeit.The sol or xerogel layer can advantageously be converted into a glass-ceramic protective layer. This has the advantage of increased temperature resistance to, for example, about 1000 ° C, good tribological properties and good cleanability.
Vorteilhafterweise wird der Feststoffgehalt des Sols erhöht, so dass eine geringere Schwindung bis zum Erreichen der Xerogel-Schicht bzw. der glasartigen Schicht erzielt werden kann. Dies verringert das Porenvolumen bereits vor der Verdichtung. Der Feststoffgehalt lässt sich beispielsweise durch eine höhere Anzahl von Nanopartikeln im Sol erzielen.Advantageously, the solids content of the sol is increased, so that a lower shrinkage can be achieved until reaching the xerogel layer or the glassy layer. This reduces the pore volume even before compression. The solids content can be achieved for example by a higher number of nanoparticles in the sol.
Weitere vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit zwei Figuren beschrieben.Further advantageous embodiments and further developments of the invention are described with reference to a preferred embodiment in conjunction with two figures.
Dabei zeigt:Showing:
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Türklinke
Als Sol
Während eines Herausziehens des Metallgriffkerns
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Nassfilm
In
Die glasartige Schicht
Mit demselben Beschichtungsverfahren wurden zum Zwecke von Messungen Bleche aus demselben Edelstahl mit demselben Sol unter identischen Beschichtungsparametern wie die Türklinke
Des Weiteren wurde an den Proben eine sehr gute Anti-Haftung-Wirkung gemessen. Auch waren die Proben leicht zu reinigen.Furthermore, a very good anti-adhesion effect was measured on the samples. Also, the samples were easy to clean.
In einem weiteren Beispiel wurden Aluminiumplatten wie im ersten Ausführungsbeispiel für Stahl beschrieben beschichtet. Es wurde für die unbeschichtete Aluminium-Oberfläche eine Rautiefe Rt von 9,8 μm gemessen. Nach der Beschichtung und Verdichtung wurde für die mit der glasartigen Schicht versehene Aluminium-Platte eine Rautiefe Rt von 3,7 μm gemessen. Es wird vermutet, dass die geringere Rauigkeit ein wesentlicher Grund dafür ist, dass die Oberfläche eine bessere Anti-Haft-Wirkung hat und leichter zu reinigen ist.In another example, aluminum plates were coated as described in the first embodiment for steel. A roughness depth R t of 9.8 μm was measured for the uncoated aluminum surface. After coating and densification, a roughness R t of 3.7 μm was measured for the aluminum plate provided with the glassy layer. It is believed that the lower roughness is a major reason that the surface has a better anti-adhesion effect and is easier to clean.
Des Weiteren konnten organische Reste in der Schicht nachgewiesen werden, wie etwa -CH3-Gruppen. Auch diese Reste werden als Grund vermutet, warum die Schicht leicht zu reinigen ist.Furthermore, organic residues in the layer could be detected, such as -CH 3 groups. These residues are also the reason why the layer is easy to clean.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden dem Sol Pigmente zugegeben, die in der späteren glasartigen Schicht in das Netzwerk eingebaut sind und die glasartige Schicht färben. Dies sind in den Ausführungsbeispielen Spinelle, Iriodin und Mullit.In another embodiment, pigments are added to the sol which are incorporated into the network in the later glassy layer and color the glassy layer. These are spinel, iriodin and mullite in the embodiments.
In noch anderen Ausführungsbeispielen wird die glasartige Schicht durch Verwendung von Edelmetallkolloiden gefärbt. In still other embodiments, the glassy layer is colored by using noble metal colloids.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Sol mit einer Zusammensetzung verwendet, die es ermöglicht, dass die glasartige Schicht beim Verdichtungsschritt und/oder der anschließenden Temperaturbehandlung eine Glaskeramik ausbildet.In a further embodiment, a sol having a composition is used which allows the vitreous layer to form a glass ceramic during the compaction step and / or the subsequent temperature treatment.
Diese ist im vorliegenden Fall schwarz. Dies kann aus optischen Gründen für eine Reihe von Anwendungen gewünscht sein. Diese glasartige Schicht besitzt sehr gute tribologische Eigenschaften und besitzt eine Temperaturbeständigkeit bis ca. 1000°C.This is black in this case. This may be desirable for a variety of applications for visual reasons. This glassy layer has very good tribological properties and has a temperature resistance up to about 1000 ° C.
Auch zeigten sämtliche Proben, d. h. sowohl Stahl- als auch Aluminiumplatten, im beschichteten Zustand nach einem Salzsprühtest nach
Die Erfindung ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen genannten beispielhaften Ausführungen beschränkt. Insbesondere können glasartige Schichten auf Griffe mit beliebigen Metallen aufgebracht werden und die Zusammensetzung der glasartigen Schicht in Abstimmung mit dem zu beschichtenden Metall und den gewünschten Eigenschaften der glasartigen Schicht eingestellt werden. Dazu sind insbesondere die verwendeten Prekursoren und Füllstoffe entsprechend variierbar.The invention is not limited to the exemplary embodiments mentioned in the exemplary embodiments. In particular, glassy layers can be applied to handles with any metals and the composition of the glassy layer can be adjusted in coordination with the metal to be coated and the desired properties of the glassy layer. For this purpose, in particular the precursors and fillers used can be varied accordingly.
Alle in der Beschreibung, den Beispielen und Ansprüchen genannten Merkmale können in beliebiger Kombination zu der Erfindung beitragen.All features mentioned in the description, examples and claims may contribute to the invention in any combination.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Griff, TürklinkeHandle, doorknob
- 22
- Glasartige SchichtGlassy layer
- 33
- SolSol
- 44
- Gefäßvessel
- 55
- Nassfilmwet film
- 66
- Solpartikelsol particles
- 77
- Xerogel-SchichtXerogel layer
- 88th
- MetallgriffkernMetal handle core
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- DIN 50021 [0047] DIN 50021 [0047]
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R081 | Change of applicant/patentee |
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R082 | Change of representative |
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