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Die vorliegende Erfindung betrifft ein einstückiges Formteil aus Glas oder Glaskeramik. Die vorliegende Erfindung betrifft auch seine Verwendung.
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Einstückige Formteile aus Materialien wie Keramik, keramischen Werkstoffen, Ton, Glas oder Glaskeramik, Metall oder metallischen Legierungen mit einer ebenen Mittelfläche und einem umlaufenden Rand finden Verwendung bei der Lebensmittelzubereitung. Diese Materialien sind recht temperaturbeständig und daher auch für die Verwendung bei höheren Temperaturen, insbesondere bei Back-, Brat- und Grillvorgängen geeignet.
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Die Herstellung eines ebenen Formteils mit umlaufendem Rand ist auf verschiedenen mehr oder weniger aufwendigen Wegen möglich. Beispielsweise lassen sich solche Formteile aus einem einstückigen Teil durch Verformung erzeugen. Als mögliche Verformungstechnologie kommt das Pressen in eine Form mit einem Stempel in Frage. So wird zum Beispiel Kochgeschirr aus Glas und Glaskeramik hergestellt. Pressverfahren sind aufgrund der für sie nötigen Produktionsanlagen jedoch erst bei hohen Stückzahlen der mit ihnen hergestellten Produkte wirtschaftlich. Es können auch Verfahren der keramischen Industrie angewendet werden, bei denen Konturen und Geometrieänderungen in Grünkörper oder auch gesinterte Körper aus keramischen Materialien eingearbeitet werden.
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Formteile aus Glas oder Glaskeramik können darüber hinaus beispielsweise durch Vakuum-Tiefzieh-Verfahren hergestellt werden. Im Vergleich zu Pressverfahren sind diese Verfahren technisch noch aufwendiger und macht die Produktion preiswerter Artikel in größerer Stückzahl unmöglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu finden, die eine einfache und auch bei geringen Stückzahlen wirtschaftliche Herstellung eines Formteils, das die für Back-, Brat- und Grillvorgänge nötigen Eigenschaften vereint, ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird mit dem Formteil gemäß Anspruch 1 und der Verwendung des Formteils gemäß Anspruch 10 gelöst.
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Die Erfindung besteht also in einem einstückigen Formteil aus Glas oder Glaskeramik mit einem inneren ebenen Bereich und einem von der Hauptebene nach oben abweichenden umlaufenden äußeren Randbereich, wobei zumindest Teile der Oberseite des ebenen Bereichs eine höhere Rauhigkeit aufweisen als die Oberseite des Randbereichs. Dabei ist die Oberseite des ebenen Bereichs die Fläche, die sich auf derselben Seite der Hauptebene wie der nach oben abweichende Randbereich befindet. Die Unterseite kann, wie bei gewalzten Glas- oder Glaskeramikscheiben üblich, glatt oder genoppt sein. Die Oberseite des Randbereichs ist seine nach innen ausgerichtete Seite. Die Oberseiten beider Bereiche sind also Teil derselben Oberfläche des Formteils.
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Hergestellt wird das erfindungsgemäße Formteil durch Schwerkraftsenken einer Glasscheibe, speziell durch ein Verfahren, bei dem in den gewünschten Abständen zum Rand, der über das Schwerkraftsenken hochgebogen werden soll, zusätzlich der Mittelteil, welcher nach der Umformung eben und flach anliegend bleiben soll, über einen Niederhalter in Position gehalten wird. Der Niederhalter kann in verschiedenen Formen ausgebildet sein, beispielsweise einstückig und ggf. massiv oder aufgrund von thermischen Anforderungen mehrstückig, möglicherweise teilweise durchsetzt mit Kavitäten und ggf. bestehend aus mehreren Materialien. Sein Kontakt mit dem Mittelteil des Formteils führt zumindest teilweise, d.h. nicht vollflächig, sondern lokal begrenzt zu einem Abdruck oder zu einzelnen Abdrücken auf dem ebenen Mittelteil, wodurch die Oberfläche des ebenen Mittelteils auf ihrer Kontaktseite stellenweise eine andere Rauhigkeit erhält als der kontaktfrei gebliebene hochgebogene Randbereich. Der Niederhalter wirkt also als Stempel. Bei den Bereichen mit veränderter, also höherer, Rauhigkeit kann es sich um sogenannte Pits, d.h. punktförmige Stellen mit erhöhter Rauhigkeit, oder um Schrumpfkratzer und um Muster aus einer flächenförmigeren Anhaftung handeln. Diese verschiedenen Ausprägungen können gleichzeitig und in unterschiedlicher Anzahl auftreten. Es ist auch möglich, dass der durch den Niederhalter erzeugte Abdruck lediglich eine ringförmige Linie darstellt, die den Abdruck des Deckels der Form wiedergibt und die sich im Übergangsbereich zwischen ebenen Bereich und erhöhtem Randbereich befindet. Diese Linie kann insbesondere eine Breite zwischen 0,01 mm und 10 mm aufweisen.
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Das Niederdrückwerkzeug besteht üblicherweise aus gesinterter Keramik, beispielsweise vornehmlich SiOx, oder ebenfalls aus Glas oder Glaskeramik.
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Das Niederdrückwerkzeug hat üblicherweise eine Oberflächenrauhigkeit Ra von etwa 2 µm, bevorzugt weniger als 2 µm, besonders bevorzugt von weniger als 1 µm. Dadurch ergibt sich, dass der Abdruck in der inneren Ebene des Formteils auch eine Rauhigkeit Ra von ca. 1 µm bis ca. 2 µm, bevorzugt ca. 1,5 µm bis < 2 µm aufweist, was eine gegenüber der sonstigen Oberfläche auf der Oberseite des Formteils, also der Oberseite des Randes, eine erhöhte Rauhigkeit darstellt. Denn das Formteil weist außerhalb des Abdrucks üblicherweise eine Rauhigkeit zwischen 0,2 µm und 1 µm auf. Die Rauhigkeiten im inneren Bereich sind Rauhigkeitswerte, die günstig für den direkten Kontakt mit Lebensmitteln, insbesondere Teig für Brotfladen, Teig für Pizza oder auch Grillgut, jeglicher Temperatur von bis zu 600 °C heiß über lauwarm bis zu Raumtemperatur sind. So zeigen die Lebensmittel, insbesondere Brotfladen oder Fleischstücke, schlechte Haftungseigenschaften, so dass sie gut ablösbar sind.
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Beim geschilderten Schwerkraftsenken mit Niederdrückwerkzeug liegt i.a. die Glasteilkante auf der dem unteren Teil der Senkform auf, und der Mittelteil des Glases senkt sich entweder über Schwerkraft in die Senkform und wird durch einen Niederhalter im mittleren ebenen Bereich gehalten oder wird über den Stempel auf die untere Senkform gepresst. Dabei wölbt sich der äußere Rand nach oben. Die Breite des gewölbten Randes ist bei einem Produkt, das in einem solchen Verfahren mit Niederdruckwerkzeug geformt wurde, geringer als bei einem in einem reinen Schwerkraftsenkverfahren ohne Niederhalter hergestellten Produkt. Bei gleicher Gesamtfläche ist also der innere ebene Bereich des erfindungsgemäßen Produkts größer.
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Wenn es sich bei dem Formteil um ein Formteil aus Glaskeramik handelt, kann die Verformung während der Keramisierung erfolgen. Die Verformung der Scheibe ist dabei der zeitlich kürzere Prozessschritt d.h. sie ist Bestandteil des Zeitintervalls der Keramisierung des Grünglases zur Glaskeramik. Die Keramisierung findet mit üblichen Keramisierungsparametern statt, also vorzugsweise mit Heizraten von 0,1 K/min bis 60 K/min, Maximaltemperaturen von bis zu 1200 °C und Haltezeiten in den jeweiligen Temperaturbereichen, also üblicherweise im Temperaturbereich von 750 °C bis 950°C und von 850 °C bis 1200 °C, von jeweils bis zu 120 Minuten.
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Der innere ebene Bereich kann also unter Berücksichtigung des Herstellungsverfahrens als eine Vertiefung angesehen werden, nämlich als der im Verhältnis zum hochstehenden Rand homogen abgesenkte mittlere Bereich. Er entspricht in etwa dem Abdruck des im geschilderten Herstellungsverfahren verwendeten Niederdrückwerkzeugs. Die Kontur des Werkzeugs wird dabei üblicherweise nicht exakt abgebildet.
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Die Grenzlinie zwischen den beiden Bereichen mit unterschiedlichen Oberflächenrauhigkeiten liegt im Bereich von +40 mm zur Tangentlinie zwischen dem innerem ebenen Bereich und dem äußeren verformten Bereich. Der innere, ebene Bereich definiert sich vorzugsweise durch eine Ebenheit von kleiner 2 mm, bevorzugt kleiner 0,5 mm. Die Ebenheit wird gemessen, indem das Formteil mit dem ebenen Mittelteil auf einen Messtisch aufgelegt wird, um dann die Distanz bspw. von einem Haarlineal, welches diagonal im Mittelteil aufgelegt wird, zu dem Mittelteil zu messen. Diese Abstandsmessung kann mittels einer kalibrierten Fühlerlehre, auch Fächerspion, vorgenommen werden, wobei eine typische Fühlerlehre einen Prüfbereich von 0,05 mm bis 1,00 mm hat.
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Das Formteil stellt vorzugsweise eine Rundscheibe, also eine Scheibe mit runder Grundfläche und ringförmigem umlaufenden Rand, dar. In diesen Ausführungsformen ist es besonders geeignet für die Aufnahme von Teig und anderen Materialien. So wird flüssiger Teig, z.B. Crêpe- oder Pfannkuchenteig, bevor er sich beim Backvorgang verfestigt, nicht so leicht über die durch den Rand gebildete Begrenzung hinweglaufen. Ähnlich wird festerer Teig, z.B. Hefeteig, sich beim Erhitzen bevorzugt nur innerhalb der durch den Rand vorgegebenen Fläche ausdehnen.
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In manchen Anwendungen wird das erfindungsgemäße Formteil am Rand mit Halterungen, beispielsweise Aluminiumklammern, auf dem Gerät, auf dem das Formteil zur Anwendung kommt, beispielsweise einem Ofen, befestigt. Durch den hochgezogenen Rand sind die Halterungen weiter vom zuzubereitenden Lebensmittel entfernt, als es bei ebenen Scheiben der Fall ist, und kann ihr Kontakt mit dem Lebensmittel vermieden werden, was die Reinigung nach Gebrauch enorm vereinfacht.
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Das Formteil besitzt bevorzugt eine Dicke d von 3 mm bis 7 mm, besonders bevorzugt von 4 mm bis 6 mm.
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Die bevorzugte Ausführungsform Rundscheibe besitzt bevorzugt einen Gesamtdurchmesser GD von 100 mm bis 1000 mm, besonders bevorzugt von 500 mm bis 600 mm. Der nach oben gebogene äußere Randbereich weist vorzugsweise eine Höhe h von 0,1 mm bis 20 mm, bevorzugt von 1 mm bis 10 mm, auf, wobei die Höhe die Innenhöhe darstellt, was der Gesamthöhe abzüglich der Scheibendicke entspricht. Für eine solche erfindungsgemäße Rundscheibe ist außerdem bevorzugt, dass der Randbereich eine Breite b von 10 mm bis 100 mm, besonders bevorzugt von 35 mm bis 45 mm aufweist. Bevorzugt ist, dass das Verhältnis 2b/D 0,02–0,3, besonders bevorzugt 0,1–0,20, besonders bevorzugt 0,15–0,20, beträgt, wobei D der Durchmesser des inneren Bereichs ist. Bevorzugt ist, dass das Verhältnis 2b/GD 5 % bis 30 %, besonders bevorzugt 5 % bis 15 %, beträgt. Der Gesamtdurchmesser GD stellt also die Summe dar aus dem Durchmesser D und zweimal der Breite b des Randbereichs.
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In anderen Ausführungsformen weist das Formteil einen rechteckigen Grundriss auf. Hier dient es vorzugsweise als Grillplatte oder Backblech. Es weist vorzugsweise Formate zwischen 100 mm × 100 mm bis 1000 mm × 1000 mm auf. Die größeren Formate ab etwa 500 mm × 600 mm dienen vorzugsweise Geräten im kommerziellen Bereich wie in Gaststätten oder anderen Profiküchen, während kleinere Formate bis zu etwa 200 mm × 400 mm vorzugsweise im Haus- und Gartenumfeld eingesetzt werden.
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Neben einer guten Temperaturbeständigkeit und einer nicht zu hohen thermischen Ausdehnung sind für die Verwendung des erfindungsgemäßen Formteils bei der Lebensmittelzubereitung folgende Eigenschaften von Bedeutung:
- • keine oder eine nur geringe Porosität, vorzugsweise von maximal 10 %, da damit keine Angriffsstellen für eine Adhäsion von Lebensmitteln bestehen.
- • eine Dichte vorzugsweise zwischen 1,8 g/cm3 und 3,5 g/cm3
- • eine Biegezugsfestigkeit von bis zu 130 MPa, da dadurch auch in Einbausituationen über den gesamten Nutzungsbereich unter Berücksichtigung der Einbausituation eine ausreichende mechanische Festigkeit gegeben ist.
- • eine Durchlässigkeit für Wärmestrahlung, also für IR-A und IR-B-Strahlung, von wenigstens 30 %
- • hohe chemische Beständigkeiten, nämlich eine Säurebeständigkeit nach DIN 12116 der Klasse S1, S2 oder S3, eine Laugenbeständigkeit nach ISO 695 der Klasse A1 oder A2 und eine hydrolytische Beständigkeit nach DIN ISO 719 der Klasse HGB 1.
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Insbesondere zur Erzielung der geschilderten Eigenschaften besteht das Formteil aus Glaskeramik vorzugsweise aus einer sog. LAS-Glaskeramik, also einer Lithiumaluminosilikat-Glaskeramik.
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Eine solche LAS-Glaskeramik weist bevorzugt die folgende Grundzusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) auf:
SiO2 60–73, Al2O3 15–25; Li2O 2,2–5; CaO + SrO + BaO 0–5; Na2O 0–1; K2O 0–0,5; mit Na2O + K2O 0–1,2; MgO 0–3; ZnO 0–4; TiO2 0–5; ZrO2 0–5; P2O5 0–2; SnO2 0–3; As2O3 0–1,5; Sb2O3 0–3; färbende Oxide 0–1 wie beispielsweise V2O5, Nd2O3, CoO, NiO, MnO, CeO.
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Das erfindungsgemäße Formteil ist besonders geeignet für folgende Verwendungen:
als Backblech, insbesondere zur Verwendung in geschlossenen Geräten wie Backöfen;
als Back- oder Bratplatte zur Zubereitung von Lebensmitteln auch in offenen Anordnungen, beispielsweise von Fleisch oder Brot, insbesondere Fladenbrot, Crêpe, Pfannkuchen, Pizza;
in Grillgeräten oder Tischgrills, in Raclette-Geräten oder Salamandern oder als Kontaktscheibe jeglicher Art zu Lebensmitteln.
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Die Erfindung soll an folgenden Figuren beispielhaft erläutert werden. Dabei bedeuten:
- D
- = Durchmesser des ebenen Innenteils
- GD
- = Projektion des größten Außendurchmessers auf die Hauptebene des Innenteils
- b
- = Breite des Randes, gemessen vom höchsten Punkt der Form/des Randes bis zum tangentialen Übergang in den flachen Innenteil
- h
- = Höhe des Randes, gemessen von der Oberseite des flachen Innenteils bis zum höchsten Punkt der Form/ des Randes.
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Es zeigen nicht maßstabsgerecht
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1 eine Schnittdarstellung eines als Rundscheibe ausgebildeten Formteils
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2 eine Aufsicht auf ein als Rundscheibe ausgebildetes Formteil
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Im Einzelnen:
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1 zeigt als Schnittdarstellung ein als Rundscheibe ausgebildetes Formteil, dessen aus der Ebene nach oben abweichender Randbereich eine Höhe h und eine Breite b aufweist. Außerdem sind der Durchmesser des inneren ebenen Bereichs D und der Gesamtdurchmesser GD, der sich aus D + 2b zusammensetzt, eingezeichnet. Nicht eingezeichnet ist die Dicke d der Scheibe.
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2 zeigt in Aufsicht ein als Rundscheibe ausgebildetes Formteil, das einen Durchmesser des inneren ebenen Bereichs D und einen Gesamtdurchmesser GD aufweist. Der äußere aus der Ebene nach oben ragende (was in dieser Darstellung natürlich nicht sichtbar ist) Randbereich besitzt eine Breite b. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verhältnis 2b/D Werte von 0,02 bis 0,3 auf. Der innere Bereich weist eine höhere Oberflächenrauhigkeit auf als der umlaufende äußere Randbereich.
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Die Erfindung soll weiter anhand des folgenden Ausführungsbeispiels erläutert werden:
Verwendet wurden kreisförmige ebene Grünglasscheiben mit einer Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) von
| Li2O | 3,85 |
| Na2O | 0,60 |
| K2O | 0,25 |
| MgO | 0,33 |
| CaO + SrO + BaO | 2,67 |
| ZnO | 1,50 |
| Al2O3 | 20,60 |
| SiO2 | 65,27 |
| TiO2 | 3,10 |
| ZrO2 | 1,36 |
| P2O5 | 0,09 |
| SnO2 | 0,24 |
| Fe2O3 | 0,09 |
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Sie wurden folgenden Herstellungsschritten unterworfen:
- – Zuschneiden der jeweiligen Rundscheibe auf den Gesamtdurchmesser verlängert um den zu erwartenden Keramisierungsschrumpf
- – Einlegen der Rundscheibe in das untere Formteil
- – Positionieren und Auflegen des Niederhalters
- – Einfahren in den Ofen zur Keramisierung und
- – Durchführung der Keramisierung mit Aufheizen von Raumtemperatur bis 700 °C mit 10 K/min–180 K/min, weiterem Aufheizen bis 790 °C mit 0,2 K/min–10 K/min, einer Haltezeit bei 790 °C von 5 min–40 min, einem weiteren Aufheizen bis 890 °C–930 °C mit 1 K/min–10 K/min, einer Haltezeit in diesem Bereich der Maximaltemperatur von 2–20 min und einem abschließenden Abkühlen auf Raumtemperatur mit im Mittel 1–100 K/min.
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Die so erhaltenen Scheiben mit ebenem inneren Bereich und hochgebogenem umlaufenden äußeren Bereich besaßen einen Gesamtdurchmesser GD zwischen 545 mm und 552 mm und einen Innendurchmesser D zwischen 455 und 462 mm. Unter Verwendung eines anderen Niederhalters wurden Innendurchmesser zwischen 505 mm und 512 mm und entsprechend schmalere Randbereiche erhalten.
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Diese Scheiben wiesen
eine Porosität von 0 %,
eine Dichte von ca. 2,55 g/cm
3,
eine Biegezugfestigkeit von 170 MPa,
folgende chemische Beständigkeiten
S = 2, A = 1 und HGB = 2
und folgende Transmissionen T auf:
| λ [nm] | T (d = 4 mm) [%] |
| 600 | 3 |
| 700 | 18 |
| 1000 | 71 |
| 1600 | 75 |
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Im ebenen Mittelteil hatten sie dort auf der Oberseite, wo das Niederdrückwerkzeug seinen Abdruck hinterlassen hat, eine Rauhigkeit von 2 µm und im kontaktfrei gebliebenen Randbereich, ebenfalls auf der Oberseite, eine Rauhigkeit von 0,01–1 µm.
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Eine solche Rundscheibe findet Verwendung als Backblech, als Kontaktscheibe, als Pizzateller, als Bratplatte und ist besonders geeignet für die Zubereitung von Lebensmitteln wie Fladenbroten, wie sie weltweit in verschiedenen Rezepturen konsumiert werden, auch von Crêpe, Pfannkuchen und Pizza, aber auch von Fleisch.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 12116 [0020]
- ISO 695 [0020]
- DIN ISO 719 [0020]
