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Die Erfindung betrifft ein Funktionsteil für einen Backofen oder für eine Spülmaschine und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Funktionsteils.
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Bei dem Funktionsteil kann es sich insbesondere um ein Trägerteil handeln, beispielsweise um ein Führungsgitter, ein Einschubgitter, einen Gargutträger und/oder eine Auszugsführung. Die Auszugsführung kann eine Führungsschiene, eine Laufschiene und Wälzkörper umfassen, wobei die Wälzkörper an der Führungsschiene und/oder der Laufschiene abrollen und in einem Käfig gehalten sein können. Die Auszugsführung kann eine Zwischenschiene und einen weiteren Käfig mit weiteren Wälzkörpern enthalten.
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Bei dem Funktionsteil kann es sich allerdings auch um ein Teil handeln, daß keine Tragfunktion erfüllt, beispielsweise um eine Einfassung für eine Lampe oder ein sonstiges Funktionsteil.
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Das Funktionsteil kann aus Metall hergestellt sein. Es kann auch aus einem anderen Werkstoff hergestellt sein und einen Überzug aus Metall aufweisen. Bei dem Metall handelt es sich vorzugsweise um eine Legierung, die vorzugsweise Eisen enthält.
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Aus der
DE 10 2008 046 978 A1 ist eine Auszugsführung bekannt, die eine Führungsschiene, eine Laufschiene und Wälzkörper umfaßt, die an den Schienen abrollen und die in einem Käfig gehalten sind. Im übrigen wird auf die
DE 10 2008 046 978 A1 hiermit ausdrücklich Bezug genommen.
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Bei Öfen, insbesondere bei Backöfen, insbesondere bei Haushaltsbacköfen ist oft eine pyrolytische Selbstreinigungs-Funktion vorhanden. Dabei wird der Backofen auf eine hohe Temperatur von etwa 500°C aufgeheizt, wodurch die in dem Backofen vorhandene Verschmutzung verbrennt. Danach kann die dadurch entstandene, staubige Asche auf einfache Weise mit einem feuchten Lappen entfernt werden.
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Allerdings ist es erforderlich, vor dem Beginn der pyrolytischen Selbstreinigung alle unbeschichteten Metallteile und Metallteile mit galvanischen Oberflächenschichten, beispielsweise aus Chrom, Nickel und ähnlichem, aus dem Backofen herauszunehmen. Diese Teile würden sich nämlich während der pyrolytischen Selbstreinigung durch die sehr hohe thermische Belastung verfärben.
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Bei Spülmaschinen wird das Geschirr durch eine Reinigungsflüssigkeit gereinigt, die ein chemisch wirksames Reinigungsmittel enthält und die unter hohem Druck und hoher Temperatur auf das Geschirr und die Funktionsteile in der Spülmaschine auftrifft. Die Funktionsteile müssen den chemischen, mechanischen und thermischen Belastungen der Reinigungsflüssigkeit standhalten. Metallische Funktionsteile werden in Spülmaschinen insbesondere zur Bewegung des Geschirrkorbes eingesetzt.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Funktionsteile für Backöfen oder Spülmaschinen vorzuschlagen, die den dort herrschenden Belastungen ohne wesentliche Verfärbung standhalten.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das metallische Funktionsteil weist eine Oberflächenschicht auf, die durch ein oder mehrere thermische Beschichtungsverfahren hergestellt ist. Vorzugsweise handelt es sich um thermische Beschichtungsverfahren mit einer Temperatur, die höher oder zumindest genauso hoch wie die spätere Einsatztemperatur bei der Pyrolyse ist. Vorteilhaft ist es, wenn das thermische Beschichtungsverfahren mit einer Temperatur von mindestens 500°C durchgeführt wird.
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Das thermische Beschichtungsverfahren kann in der Weise durchgeführt werden, daß dadurch eine Verfärbung des Funktionsteils bewirkt wird und daß eine erneute Erwärmung des Funktionsteils auf die Pyrolysetemperatur keine oder nur noch eine unwesentliche Verfärbung des Funktionsteils hervorruft. Auf diese Weise kann die Verfärbung durch das thermische Beschichtungsverfahren bei der Herstellung des Funktionsteils erzeugt werden, und es kann gleichzeitig sichergestellt werden, daß nach der Auslieferung des Funktionsteils beim Kunden keine oder zumindest keine wesentliche Verfärbung bei einer pyrolytischen Selbstreinigung des Backofens stattfindet. Die Beschichtung ist vorzugsweise derart ausgeführt, daß die Spülmaschinentauglichkeit gewährleistet ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Beschichtung eine dunkle Farbe aufweist. Hierdurch kann erreicht werden, daß weitere Verfärbungen, die durch pyrolytische Selbstreinigungen erzeugt werden können, kaum oder gar nicht wahrnehmbar sind. Ein weiterer Vorteil der dunklen Farbe besteht darin, daß Verschmutzungen durch Gargut nicht oder kaum auffallen.
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In einer Ausführungsform besteht das metallische Funktionsteil aus Eisen oder einer eisenhältigen Legierung. Das Eisen oder die eisenhältige Legierung weisen gegebenenfalls ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe C, Cr, Mn, Si, und Mo auf, wobei die Elemente C, Mn, Si und Mo vorzugsweise in Anteilen von weniger als 1 Gew.-% vorhanden sind und/oder das Element Cr vorzugsweise in einem Anteil von 14–18 Gew.-% vorhanden ist.
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In einer Ausführungsform ist die Oberflächenschicht wenigstens teilweise durch ein thermisches Gasoxynitridierungsverfahren hergestellt. Dieses kann bei einer Temperatur von zwischen 300°C und 800°C, vorzugsweise von zwischen 400°C und 600°C durchgeführt werden. Die Behandlungdauer kann zwischen 4 und 16 h, insbesondere zwischen 10 und 14 h betragen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Oberflächenschicht wenigstens teilweise durch ein Nitrierverfahren hergestellt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Oberflächenschicht durch ein Gas-Nitrierverfahren hergestellt ist. Es können allerdings auch andere Nitrierverfahren angewendet werden, beispielsweise Plasmanitrieren, Vakuumnitrieren oder Salzbadnitrieren.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Oberflächenschicht wenigstens teilweise durch ein Gasphasenabscheidungsverfahren, insbesondere durch ein PVD-Verfahren (physical vapour deposition-Verfahren; physikalische Gasphasenabscheidung) und/oder durch ein CVD-Verfahren (chemical vapour deposition-Verfahren; chemische Gasphasenabscheidung) hergestellt.
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Die Oberflächenschicht kann aus Eisenoxid bestehen oder ein Eisenoxid enthalten, oder eine Zone aufweisen, die aus Eisenoxid besteht oder Eisenoxid enthält. Bei dem Eisenoxid kann es sich um Magnetit und/oder Hämatit handeln. Magnetit wird auch als Magneteisenstein bezeichnet. Es handelt sich um ein Material mit der chemischen Formel Fe3O4. Magnetit ist ein kubisches Mineral. Es gehört zu den stabilsten Verbindungen zwischen Eisen und Sauerstoff. Bei Hämatit handelt es sich um ein Material mit der chemischen Formel Fe2O3. Durch eine Oberflächenschicht, die aus Eisenoxid besteht oder Eisenoxid enthält, insbesondere Magnetit und/oder Hämatit, kann ein guter Korrosionsschutz erreicht werden. Es kann eine Oberfläche erreicht werden, die eine dunkle Farbe aufweist, insbesondere eine graubraune und/oder schwarze Farbe, die insbesondere metallisch glänzen kann.
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In einer Ausführungsform besteht die Oberflächenschicht aus einer nitridierten Metallmatrix mit eingelagertem Stickstoff oder weist eine solche auf. In einer Ausführungsform weist die Oberflächenschicht eine Zone auf, die aus einer nitridierten Metallmatrix mit eingelagertem Stickstoff besteht oder eine solche aufweist.
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In einer Ausführungsform enthält die Oberflächenschicht in der metallischen Matrix sowohl Eisen als auch Stickstoff. Dabei kann die Oberflächenschicht sowohl in die Matrix eingelagerten Stickstoff als auch Eisenoxid enthalten. Der Anteil des Stickstoffs nimmt vorzugsweise von innen nach außen ab. Der Anteil des Sauerstoffs nimmt vorzugsweise von innen nach außen zu.
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In einer Ausführungsform weist die Oberflächenschicht wenigstens drei und vorzugsweise genau drei Zonen auf. Eine erste, innenliegende Zone kann eine Diffusionszone mit in der vorzugsweise ferritischen Metallmatrix eingelagertem Stickstoff sein. Eine dritte, außenliegende Zone kann aus Eisenoxid bestehen oder Eisenoxid enthalten, insbesondere Magnetit und/oder Hämatit. Eine zweite, zwischen der ersten und der dritten Zone liegende Übergangszone kann sowohl in die Matrix eingelagerten Stickstoff als auch Eisenoxid enthalten, wobei der Anteil des Stickstoffs von innen nach außen abnehmen und der Anteil des Sauerstoffs von innen nach außen zunehmen kann.
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In einer Ausführungsform kann der Sauerstoffanteil in einer Zone der Oberflächenschicht, vorzugsweise der außenliegenden, eisenoxidhaltigen Zone zwischen 20 Gew.-% und 40 Gew.-%, vorzugsweise bei zwischen 25 Gew.-% und 35 Gew.-% betragen. Der Sauerstoffanteil in einer anderen Zone der Oberflächenschicht, vorzugsweise der stickstoff- und eisenhaltigen Übergangszone kann zwischen 0 Gew.-% und maximal 35 Gew.-% variieren.
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In einer Ausführungsform kann der Stickstoffanteil in einer Zone der Oberflächenschicht, vorzugsweise der innenliegenden, stickstoffhaltigen Zone zwischen 0 Gew.-% und maximal 8 Gew.-%, vorzugsweise bei zwischen 0 Gew.-% und maximal 6 Gew.-% betragen. Der Stickstoffanteil in einer anderen Zone der Oberflächenschicht, vorzugsweise der stickstoff- und eisenhaltigen Übergangszone kann zwischen 0 Gew.-% und maximal 5 Gew.-% variieren.
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In einer Ausführungsform hat die Oberflächenschichte eine Dicke von zwischen 200 μm und 600 μm.
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In einer Ausführungsform hat die außenliegende, eisenoxidhaltige Zone eine Dicke von zwischen 3 μm und 20 μm und insbesondere von zwischen 4 μm und 10 μm. Die stickstoff- und eisenhaltigen Übergangszone kann eine Dicke von zwischen 2 μm und 10 μm und insbesondere von zwischen 4 μm und 6 μm haben.
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In einer Ausführungsform ist die innenliegende, stickstoffhaltige Zone eine Diffusionszone mit einem graduell von außen nach innen abnehmenden Stickstoffanteil darstellt. Deren Dicke kann zwischen 200 μm und 600 μm betragen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Oberflächenschicht aus Emaille besteht oder Emaille enthält.
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Das erfindungsgemäße Funktionsteil kann insbesondere als Führungsschiene, Laufschiene und/oder Zwischenschiene in einer Auszugsführung verwendet werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Funktionsteils für einen Backofen oder für eine Spülmaschine, vorzugsweise eines erfindungsgemäßen Funktionsteils, bei dem auf den Funktionsteil eine Oberflächenschicht durch ein oder mehrere thermische Beschichtungsverfahren hergestellt wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den weiteren Unteransprüchen beschrieben.
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In einer Ausführungsform umfassen die angewandten thermischen Beschichtungsverfahren ein oder mehrere thermische Gasoxynitridierungsverfahren.
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In einer Ausführungsform umfassen die angewandten thermischen Beschichtungsverfahren Nitridierverfahren, insbesondere Gas-Nitridierverfahren, Plasmanitridierverfahren, Vakuumnitridierverfahren und/oder Salzbadnitridierverfahren.
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in einer Ausführungsform umfassen die angewandten thermischen Beschichtungsverfahren Gasphasenabscheidungsverfahren, insbesondere PVD-Verfahren und/oder CVD-Verfahren.
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Die thermischen Beschichtungsverfahren können bei Temperaturen von zwischen 300°C und 800°C, vorzugsweise von zwischen 400°C und 600°C durchgeführt werden. Sie können über einen Zeitraum von zwischen 4 und 16 h oder von zwischen 10 und 14 h durchgeführt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt
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1 die Bestandteile einer Auszugsführung für einen Backofen oder für eine Spülmaschine, nämlich eine Führungsschiene, eine Laufschiene, ein Käfig mit Wälzkörpern, eine Zwischenschiene und ein weiterer Käfig mit weiteren Wälzkörpern in einer perspektivischen Darstellung,
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2 die Auszugsführung gemäß 1 im montierten Zustand in einem Querschnitt,
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3 die Auszugsführung gemäß 1 und 2 im teilweise montierten Zustand in einer perspektivischen Darstellung und
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4 einen Schnitt durch die Führungsschiene 1 in einer vergrößerten Darstellung.
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1 zeigt die Bestandteile einer Auszugsführung, nämlich eine Führungsschiene 1, eine Laufschiene 2, eine Zwischenschiene 3, einen Käfig 4, in dem Wälzkörper 5 gehalten sind, und einen weiteren Käfig 6, in dem weitere Wälzkörper 7 gehalten sind. Die Wälzkörper 5, 7 sind als Kugeln ausgebildet. Die Wälzkörper 5, die in dem Käfig 6 gehalten sind, rollen an der Führungsschiene 1 und an der Zwischenschiene 3 ab. Die weiteren Wälzkörper 7 des weiteren Käfigs 6 rollen an der Zwischenschiene 3 und an der Laufschiene 2 ab. Durch die Käfige 4, 6 werden die Wälzkörper 5, 7 in Position gehalten.
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Die Führungsschiene 1 ist an einem Backofen befestigbar oder befestigt, insbesondere an einer Innenwand des Backofens. An einem Ende der Laufschiene 2 ist eine Abdeckung 8 vorhanden. Am anderen Ende der Laufschiene 2 befindet sich ein Anschlagstift 9, der die Bewegung der Laufschiene 2 begrenzt. Auf die Laufschiene 2 kann ein Backblech oder ähnliches aufgelegt werden.
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Zusätzlich zu den tragenden Wälzkörpern 5, 7 sind in den Käfigen 4, 6 Wälzkörper 10 eingesetzt, die aus einem temperaturfesten Festschmierstoff wie beispielsweise Graphit oder Molybdänsulfid hergestellt sind. Bei der Bewegung der Schienen 1, 2, 3 verschleißen diese Wälzkörper 10 und tragen auf diese Weise den Festschmierstoff, aus dem sie bestehen, kontinuierlich auf die Schienen 1, 2, 3 auf. Auf diese Weise dient der Abrieb des temperaturfesten Festschmierstoffs zum Schmieren der Abrollbewegung der tragenden Wälzkörper 5, 7.
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Die Führungsschiene 1, die Laufschiene 2 und die Zwischenschiene 3 sind aus einem eisenbasierten metallischen Werkstoff hergestellt. Sie weisen eine Oberflächenschicht mit drei Zonen auf.
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Eine erste, innenliegende Zone ist eine Diffusionszone mit in der ferritischen Metallmatrix eingelagertem Stickstoff. Es handelt sich um eine Diffusionszone mit einem graduell von außen nach innen abnehmenden Stickstoffanteil, der zwischen 5 Gew.-% (außen) und 0 Gew.-% (innen) variiert. Die Dicke dieser Zone beträgt etwa 500 μm.
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Eine zweite, an die erste Zone anschließende Übergangszone enthält sowohl in die Matrix eingelagerten Stickstoff als auch Eisenoxid. Der Anteil des Stickstoffs nimmt von innen nach außen ab. Der Anteil des Sauerstoffs bzw. des Eisenoxids nimmt von innen nach außen zu. Von innen nach außen nimmt der metallische Charakter der Matrix ab und der ionische Charakter der Matrix zu. Der Stickstoffanteil in dieser Zone variiert zwischenetwa 5 Gew.-% und 0 Gew.-%. Der Sauerstoffanteil in dieser Zone variiert zwischen 0 Gew.-% und etwa 30 Gew.-%. Die Dicke dieser Zone beträgt etwa 3 bis 4 μm.
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Eine dritte, an die zweite Zone anschließende und außenliegende Zone besteht aus Eisenoxid, insbesondere Magnetit und/oder Hämatit. Der Sauerstoffanteil iieser Zone beträgt etwa 30 Gew.-%. Diese Zone hat eine Dicke von etwa 7 μm.
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In einer Ausführungsform umfassen die angewandten thermischen Beschichtungsverfahren ein oder mehrere thermische Gasoxynitridierungsverfahren.
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Diese drei Zonen umfassende Oberflächenschichte wurde durch ein thermisches Gasoxynitridierungsverfahren hergestellt. Dieses umfasst die Behandlung der Führungsschiene 1 bei etwa 500°C für etwa 10 h.
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In 4 ist der Schichtaufbau an der Oberfläche der Führungsschiene 1 dargestellt. Die Führungsschiene 1 ist aus einer Metalllegierung 11 hergestellt, die Eisen enthält. Sie weist eine Oberflächenschicht auf, die drei Zonen 12, 13, 14 aufweist, nämlich eine erste, innenliegende Zone 12, die eine Diffusionszone mit in der ferritischen Metallmatrix eingelagertem Stickstoff ist, eine dritte, außenliegende Zone 13, die aus Eisenoxid besteht oder Eisenoxid enthält, insbesondere Magnetit und/oder Hämatit, und eine zweite, zwischen der ersten Zone 12 und der dritten Zone 13 liegende Übergangszone 14, die sowohl in die Matrix eingelagerten Stickstoff als auch Eisenoxid enthält, wobei der Anteil des Stickstoffs von innen nach außen abnimmt und der Anteil des Sauerstoffs von innen nach außen zunimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008046978 A1 [0005, 0005]
