DE102010019914A1

DE102010019914A1 - Sanitärgegenstände

Info

Publication number: DE102010019914A1
Application number: DE201010019914
Authority: DE
Inventors: Karl Thomas
Original assignee: Grohe AG
Current assignee: Grohe AG
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2010-11-18
Also published as: WO2010127866A2; EP2427588A2; CN102421929A; WO2010127866A3; US20120052321A1

Abstract

Bei einem Sanitärgegenstand mit dekorativer Oberfläche, der im Wesentlichen einen Körper (1), bestehend aus Kunststoff oder Metall und eine wenigstens teilweise äußere Beschichtung umfasst, ist vorgesehen, dass als Beschichtung zumindest eine Metallschicht (4) bestehend aus einer Verbindung von wenigstens zwei Elementen aus der folgenden Gruppe von Elementen: Aluminium, Chrom, Zink, Silber, Titan, und Zirkon angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft Sanitärgegenstände mit dekorativen Oberflächenstrukturen gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß Patentanspruch 13.
Bei vielen Gebrauchsgegenständen, insbesondere Sanitärgegenständen, spielt neben deren technischer Funktion deren Design eine maßgebende Rolle. Hierbei ist die Gestaltung der Oberfläche von großer Wichtigkeit. Im Zusammenhang mit Sanitärarmaturen, Brausen, Handbrausen, Badezimmeraccessoires, Leuchten, Ablagen usw. ist es üblicherweise erwünscht, dass die Oberflächen metallisch sind oder einen metallischen Charakter aufweisen. Neben Sanitärgegenständen aus Metall, die mit einer galvanischen Beschichtung versehen sind, werden diese häufig aus Kunststoff hergestellt, die mit metallischen Deckschichten versehen sind.
Diese metallischen Deckschichten haben zum einen die genannte dekorative Funktion, müssen jedoch auch resistent gegenüber Korrosion, Reibung und chemischer Beanspruchung sein.
Bei Sanitärgegenständen wird für die gewünschten metallischen Deckschichten häufig eine galvanische Verchromung vorgesehen. Dies bedeutet, dass die Sanitärgegenstände eine abschließende Chromoberfläche erhalten, die je nach Wunsch glänzend oder matt ausgeführt sein kann.
Aus dem Stand der Technik sind jedoch zahlreiche Verfahren zum Aufbringen dekorativer Schichten bekannt. Neben nasschemischen Verfahren, wie galvanischen Prozessen sind Verfahren wie PVD (Physical Vapor deposition), CVD (Chemical Vapor Deposition) und Lackierverfahren sowie deren Kombi nationen bekannt, mittels derer Schichten mit bestimmten Farbgebungen auf den Gegenständen abgeschieden werden können.
Aufgrund gesetzlicher Vorschriften sind galvanische Verchromungen bei Sanitärgegenständen jedoch problematisch, da der Kontakt von Wasser mit verchromten Oberflächen, die aus einer Nickel und einer Chromschicht bestehen, vermieden werden soll, um einen Eintrag von Nickel in das Trinkwasser zu vermeiden. Bei nasschemischen Prozessen lässt sich jedoch ein Nickeleintrag in den Innenbereich der wasserführenden Bauteile kaum vermeiden. Aus diesem Grund werden Sanitärgegenstände, insbesondere Handbrausen, die aus verchromtem Kunststoff bestehen, üblicherweise zweischalig hergestellt. Das äußere Gehäuse besteht aus einem verchrombaren ABS Kunststoff, der nur dekorativen Zwecken dient. Die innere Wasserführung besteht aus Kunststoff, der den gesetzlichen Anforderungen im Hinblick auf die Trinkwasserkonformität entspricht.
Hinzu kommt, dass gerade thermoplastische Kunststoffe, wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), die sich für eine Verchromung eignen, nicht als wasserführende Bauteile zugelassen sind, da bei ihrer Verwendung gesetzlich vorgeschriebene Grenzwerte für bestimmte wasserlösliche Stoffe nicht eingehalten werden können.
Aus der DE 10 2005 026 633 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung von galvanisierten Sanitärgegenständen aus Kunststoff bekannt, bei dem durch Abkopplung der wasserführenden Bereiche vom Stromfluss mittels zusätzlicher Bauteile eine Verchromung bzw. Vernickelung dieser Bereiche vermieden werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von wasserführenden, einschaligen Sanitärgegenständen mit dekorativer Oberfläche zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch einen Sanitärgegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Verfahren zur Herstellung von Sanitärgegenständen gemäß Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Mit der Erfindung wird ein Sanitärgegenstand aus einem Substrat und einer Beschichtung bereitgestellt, wobei das Substrat aus Kunststoff oder Metall, insbesondere Messing, Zink oder Edelstahl und die Beschichtung aus einer Metallschicht aus einer Verbindung von wenigstens zwei Elementen aus der Gruppe Aluminium, Chrom, Zink, Silber, Titan, und Zirkon besteht. Unter Beschichten wird das Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf ein Werkstück verstanden. Schicht und Substrat bilden einen Verbundkörper aus unterschiedlichen Stoffen. Die Schicht übernimmt die Kontaktfunktion, wie Schutz gegen chemischen oder korrosiven Angriff und gegen Tribobeanspruchung, beeinflusst das Reibverhalten oder dient optischen oder dekorativen Zwecken, während das Substrat die Tragfunktion bzw. Medienführung übernimmt, wobei seine Eigenschaften der spezifischen Beanspruchung ohne Rücksicht auf das Kontaktverhalten angepasst werden können.
Aus dem Substrat wird mittels Gießverfahren, Umformverfahren oder bei Kunststoffen mittels Spritzgießverfahren ein Körper hergestellt, der wasserführend sein kann.
Anschließend wird die Metallschicht mittels eines PVD-Verfahrens zumindest auf der äußeren Oberfläche des Körpers hergestellt. Dabei kann ein Target verwendet werden, das aus einer Legierung von wenigstens zwei Elementen aus der Gruppe Aluminium, Chrom, Zink, Silber, Titan, und Zirkon besteht. Alternativ dazu können Targets verwendet werden, die aus den Einzelelementen bestehen, so dass die Legierungszusammensetzung der Metallschicht bei der Abscheidung direkt realisiert wird. Damit ist es möglich, die Elementanteile in der Legierung während des Beschichtungsvorganges zu verändern. Dies hat zur Folge, dass dadurch Schichteigenschaften, insbesondere die Farbe, mit der Schichthöhe und dem Schichtverlauf geändert werden.
Durch die geeignete Kombination der Materialanteile in der Metallschicht sowie Prozessparameter und Prozessführung kann das Aussehen einer auf galvanischem Wege hergestellten Chrom-Oberfläche reproduziert werden. Genau wie die üblichen mit galvanischen Verfahren hergestellten Bauteile weist der erfindungsgemäße Sanitärgegenstand eine hervorragende chemische Beständigkeit gegenüber Lösungs- und Reinigungsmitteln, eine hohe Lichtreflexion und eine hochglänzende Oberfläche auf. Üblicherweise wird die Metallschicht ausreichend dick ausgeführt, so dass diese lichtundurchlässig oder vollreflektierend ist. Hierbei weist die Metallschicht vorzugsweise eine Dicke von 40 bis 150 nm auf.
Alternativ dazu kann die Metallschicht auch mit transluzenten oder semitransparenten Eigenschaften ausgeführt werden. Dies kann bei einer Schichtdicke von 15 bis 40 nm, vorzugsweise 25 nm, erreicht werden. Damit kann die Schicht von einer Seite, beispielsweise von Substratseite aus, hinterleuchtet werden.
Durch Aufbringen von Mehrfachschichten werden weitere Eigenschaftsvorteile erreicht.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Sanitärgegenstand eine Zwischenschicht bzw. Pufferschicht zwischen dem Körper und Metallschicht in Form einer organischen Schicht, metallischen Schicht, metallischen Schichtfolge oder einer Schichtfolge von wenigstens einer organischen und einer metallischen Schicht auf. Die Zwischenschicht bzw. Pufferschicht dient zum Ausgleich unterschiedlicher mechanischer und chemischer Eigenschaften von wasserführendem Körper und Metallschicht bzw. Schichtsystem. Ansonsten droht die Gefahr von Schichtversagen durch Rissbildung. Vorteilhafterweise wird die metallische Schicht der Zwischenschicht bzw. Pufferschicht aus einem Element oder einer Verbindung mehrerer Elemente aus der Gruppe Zirkonium, Titan, Chrom, Zinn und Zink vorgesehen. Damit weisen die Grenzflächen (zwischen Zwischenschicht und Körper und zwischen Zwischenschicht und Metallschicht) sehr vorteilhaft chemische Verbindungen auf, mit deren Hilfe chemische Haftbrücken erzeugt werden, wodurch eine bessere Haftung der Metallschicht auf der Zwischenschicht gegenüber dem wasserführenden Körper gewährleistet wird.
Weiterhin weist die Zwischenschicht eine größere Oberflächenrauhigkeit als der Körper auf, so dass bei der Direktmetallisierung durch das PVD-Verfahren eine mechanische Verzahnung von Zwischenschicht und Metallschicht erreicht wird, wodurch die Haftung der Metallschicht ebenfalls verbessert wird. Voreilhafterweise weist die metallische Schicht der Zwischenschicht eine Dicke von 10 bis 60 nm auf.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen wasserführendem Körper und Metallschicht eine Schichtfolge aus organischer und metallischer Schicht angeordnet ist, wobei die organische Schicht an den wasserführenden Körper angrenzt. Die organische Schicht oder Primer, die mittels einer Lackiertechnik aufgebracht werden kann, dient als Einebnungsschicht. Je nach Grad der Oberflächenbearbeitung des wasserführenden Körpers weist dieser eine geschliffene, polierte oder gewollt strukturierte Oberfläche auf. Weiterhin dient die organische Schicht als Koppelschicht oder Haftvermittler zwischen wasserführendem Körper und Metallschicht. Die Zwischenschicht schafft dabei wiederum einen Ausgleich zwischen den unterschiedlichen mechanischen und chemischen Eigenschaften von wasserführendem Körper und Metallschicht oder Schichtsystem.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht außerdem vor, dass als abschließende Schicht eine Deckschicht in Form einer anorganischen Schicht, weiteren organischen oder einer Schichtfolge aus einer anorganischen und einer organischen Schicht aufgebracht wird.
Vorteilhafterweise wird dabei als Deckschicht oder Teil einer Deckschicht auf der Metallschicht eine keramische Hartstoffschicht, vorzugsweise aus AlSi_xO_yN_z, AlO_xN_y, Al₂O₃ oder SiO₂, mittels PVD-Verfahrens aufgebracht. Diese Hartstoffschicht stellt eine Kratzschutzschicht auf der farbgebenden Metallschicht dar. Sie wirkt zudem als Barriereschicht oder Diffusionsschutzschicht, wodurch die chemische Beständigkeit der darunter liegenden Metallschicht erhöht wird. Diese Hartstoffschicht kann eine Schichtdicke von 10 bis 200 nm aufweisen.
Gerade bei Sanitärgegenständen, die oftmals mit einem kennzeichnenden Logo oder einer Beschriftung versehen werden, ist es von Vorteil, wenn unterhalb der Deckschicht wenigstens in Teilbereichen eine Markierungsschicht vorgesehen ist. Diese Markierungsschicht kann eine Dekorschicht sein oder lediglich aus Symbolen oder Buchstaben bestehen, die zur Information dienen. Durch die abschließende transparente Deckschicht sind die dadurch möglichen Beschriftungen vor Abrieb durch Reinigungsmittel etc. geschützt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt in der Zeichnung die
1 einen Querschnitt durch eine Handbrause mit einem erfindungsgemäßen Schichtaufbau.
Die in 1 dargestellte Handbrause weist ein Grundmaterial oder Substrat aus Kunststoff auf. Wasserführung, Brausekopf und Griff sind einschalig, beispielsweise im Spritzgussverfahren, hergestellt. Auf der Oberfläche des wasserführenden Körpers ist eine Zwischenschicht oder Pufferschicht in Form einer Schichtfolge aus einer organischen Schicht 2 und einer metallischen Schicht 3 angeordnet. Darauf folgt eine Glanz- bzw. Metallschicht 4 aus einer Verbindung von wenigstens zwei Elementen aus der Gruppe Aluminium, Chrom, Zink, Silber, Titan, und Zirkon. Beispielsweise wurden mit einer Legierung aus Aluminium, Chrom und Silber und einer Legierung aus Aluminium, Chrom, Silber und Zirkon sehr gute Farbergebnisse und eine hohe Korrosionsbeständigkeit erzielt. Außerdem wiesen diese Legierungen gegenüber dem Substrat sehr gute Ausgleichseigenschaften auf, so dass nach der Beschichtung keine Risse auftraten.
Auf der Glanz- bzw. Metallschicht 4 ist eine Deckschicht in Form einer Schichtfolge aus einer anorganischen Schicht 5 und einer abschließenden organischen Schicht 6, einer so genannten Top Coat Lackierung, aufgebracht. Bei dieser Schichtfolge dient die anorganische Schicht 5 als Haftbrücke, da einige Metallschichten üblicherweise gegenüber Lackschichten schlechte Hafteigenschaften aufweisen. Während die Metallschicht 4 die Korrosionsbeständigkeit des beschichteten Gegenstandes gewährleisten soll, dient die Deckschicht der Erhöhung der Kratzfestigkeit. In Kombination mit der Metallschicht 4 wird durch die Deckschicht zudem die gewünschte Farbe des Gesamterscheinungsbildes des jeweiligen Gegenstandes erzeugt. Damit kann nicht nur die gewünschte ,Chromfarbe’, die ansonsten nur durch galvanische Verfahren erzielt werden kann, sondern auch eine andere Farbgebung sowie Strukturen mit metallischer Anmutung, Mattierungen und Metallic-Effekte erzeugt werden. Insgesamt übernehmen die Deckschichten eine Schutzfunktion, sie sind kratzresistent, antikorrosiv, antihaftend und schmutzabweisend.
Für das Substrat des wasserführenden Körpers ist ein Kunststoff wählbar, der den gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich Trinkwasserqualität genügt. Für den erfindungsgemäßen Schichtaufbau ist keine besondere Kunststoffart notwendig. Da alle Schichten von außen aufgebracht werden können, bleibt die Innenseite der Handbrause unbeschichtet. Eine Berührung des Trinkwassers mit dem außenliegenden Schichtsystem bzw. ein Eintrag von löslichen Stoffen aus der Beschichtung in das durch den Sanitärgegenstand geführte Wasser findet nicht statt.
Auch die Haltbarkeit der erfindungsgemäßen Sanitärgegenstände wird durch die neuartige Beschichtung verlängert. Während es bei bekannten einschaligen galvanisierten Sanitärgegenständen oftmals zu Rissbildungen in der Oberfläche kommt, weil Kunststoff und Galvanikschicht unterschiedlich auf die thermische Belastung reagieren, kann es aufgrund der dünnen Beschichtung der erfindungsgemäßen Sanitärgegenstände nicht zu Schäden durch unterschiedliche Spannungen kommen. Die PVD-Schichten sind gegenüber dem Substrat des wasserführenden Körpers so dünn ausgeführt, dass keine Eigenspannungen innerhalb der Schicht auftreten.

1: wasserführender Körper, Substrat,
2: Zwischenschicht – organische Schicht
3: Zwischenschicht – metallische Schicht
4: Metallschicht
5: Deckschicht anorganische Schicht, Hartstoffschicht
6: Deckschicht – organische Schicht
7: Markierungsschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005026633 A1 [0008]

Claims

Sanitärgegenstand mit dekorativer Oberfläche, der im Wesentlichen – einen Körper (1), bestehend aus Kunststoff oder Metall, insbesondere Messing, Zink oder Edelstahl und – eine wenigstens teilweiseäußere Beschichtung aus – einer Metallschicht (4) bestehend aus einer Verbindung von wenigstens zwei Elementen aus der folgenden Gruppe: Aluminium, Chrom, Zink, Silber, Titan, und Zirkon umfasst.
Sanitärgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (4) transluzent oder semitransparent vorgesehen ist.
Sanitärgegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (4) eine Dicke von 15 bis 40 nm aufweist.
Sanitärgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (4) eine Dicke von 40 bis 150 nm aufweist.
Sanitärgegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwischenschicht (2, 3) zwischen Substrat (1) und Metallschicht (4) als organische Schicht (2), metallische Schicht (3), metallische Schichtfolge oder eine Schichtfolge von wenigstens einer organischen und wenigstens einer metallischen Schicht angeordnet ist.
Sanitärgegenstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht (3) der Zwischenschicht (2, 3) aus einem Element oder einer Verbindung mehrerer Elemente aus der Gruppe Zirkonium, Titan, Chrom, Zinn und Zink vorgesehen ist.
Sanitärgegenstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine organische Schicht (2) der Zwischenschicht angrenzend an den wasserführenden Körper (1) angeordnet ist.
Sanitärgegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Deckschicht (5, 6) als anorganische Schicht (5), metallische Schicht, als organische Schicht (6) oder als Schichtfolge von wenigstens einer anorganischen und einer organischen Schicht vorgesehen ist oder als Schichtfolge von wenigstens einer metallischen und einer organischen Schicht vorgesehen ist.
Sanitärgegenstand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine anorganische Schicht (5) für die Deckschicht als transparente, keramische Hartstoffschicht aus AlSi_xO_yN_z, AlO_xN_y, Al₂O₃ oder SiO₂ vorgesehen ist.
Sanitärgegenstand nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Deckschicht eine in Teilbereichen angeordnete Markierungsschicht (7) vorgesehen ist.
Sanitärgegenstand nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht (3) der Zwischenschicht (2, 3) eine Dicke von 10 bis 60 nm aufweist.
Sanitärgegenstand nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Hartstoffschicht (5) der Deckschicht eine Dicke von 10 bis 200 nm aufweist.
Verfahren zu Herstellung von Sanitärgegenständen mit dekorativer Oberfläche durch Aufbringen einer fest haftenden Schicht auf einem Körper (1) aus Kunststoff oder Metall, insbesondere Edelstahl, Zink oder Messing, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Körper (1) eine Metallschicht (4) aus einer Verbindung von wenigstens zwei Elementen aus der folgenden Gruppe von Elementen: Aluminium, Chrom, Zink, Silber, Titan, und Zirkon mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor Aufbringen der Metallschicht (4) wenigstens eine organische Schicht (2), metallische Schicht (3), metallische Schichtfolge oder eine Schichtfolge von wenigstens einer organischen (2) und wenigstens einer metallischen Schicht (3) auf dem wasserführenden Körper (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Deckschicht (5, 6) in Form einer anorganischen Hartstoffschicht (5), einer weiteren organischen Schicht (6) oder einer Schichtfolge aus wenigstens einer anorganischen und einer organischen Schicht aufgebracht wird.