Die Bodenverstärkungsschicht
eines Kochgefäßes aus
nichtrostendem
Stahl
hat zwei hauptsächliche Aufgaben: Der
zur Herstellung von nichtrostenden
Kochgefäßen in der Regel
verwendete Chromni ckel
st ahl
mit 18 Gew. -9G Cr
und 8 Gew. -9G
Ni ist mit einer Wärmeleitzahl
von 0,035 cal.
cm lsec grd.C
1 ein verhältnismäßig schlechter Wärmeleiter.
Der
Boden ist daher allein nicht in der Lage, unregelmäßig von
der Wärmequelle
in ihn eingeleitete Wärme gleichmäßig über
die Bodenfläche zu verteilen. Dieser
Nachteil tritt nament-
lich dann auf, wenn das Kochgeschirr auf Gasbrennern
oder
Strahlungsheizplatten benützt wird, wo ein sehr intensiver
Wärmeübergang
in einem beschränkten Bezirk des Bodens
stattfindet. Die Bodenverstärkung
soll diese Schwierig-
keit beheben und für eine gleichmäßige Wärmeverteilung
über
die Bodenfläche sorgen. Namentlich bei Kochgefäßen,
die auf elektrisch beheizten
Kochplatten mit Wärmeüber-
gang durch Leitung benützt werden, hat die
Bodenverstärkunssschicht
die zusätzliche Aufgabe, den Bodenverzug infolge
Wärmespannungen
so zu reduzieren
und zu kompensieren,
daß
der Topfboden bei den üblichen Betriebstemperaturen
zwischen 100 und 250°C
annähernd plan oder ld cht
nach
innen gewölbt auf der Kochplatte aufliegt.
Nur dann ist
der Wärmeübergang von der Kochplatte über den Boden auf
das
Kochgut optimal. Zum Erfüllen dieser Aufgabe muß die
Bodenverstärkung also
eine bestimmte lineare Wärmeaus-
dehnung haben, die sich nach dem Ausdehnungskoeffizienten
des
für das-Gefäß
verwendeten rostfreien Stahles und den
Abmessungen des
Gefäßen und der Bodenverstärkungsschicht
richtet.
Um die vorstehend
geschilderten Aufgaben optimal er-
füllen zu können, sind an eine Bodenverstärkungsschicht
für ein nichtrostendes Kochgefäß folgende Anforderungen
zu stellen:
1.
Die Bodenverstärkungsschicht
muß eine gute Wärmeleit-
fähigkeit besitzen.
Sie soll wenigstens in der Größenordnung
von 0,10 cal cm -1 sec 1grd.C
1 liegen.
2. Die Bodenverstärkung soll einen Wärmedehnungskoeffizienten
besitzen, der es erlaubt, bei einer im Hinblick auf
das Gesamtgewicht den
Gefäßen vertretbaren Schichtstärke
den Bodenverzug zu reduzieren und zu kompensieren.
3.
Die Bodenverstärkungsschicht
muß korrosionsbeständig
sein, weil
sit
mit dem oft aggressiven Kochgut in Berührung kommt.
4. Die Bodenverstärkungsachicht
soll auf einfache Weise
heratell-
und mit dem Boden verbindbar
sein und eine gute
Haftung zu dem Boden aufweisen. Letzteres ist vor allem
deswegen
wichtig; weil-die
unterschiedlichen Märmedehnungen
bei schlechter
Haftung zu-einem
Abreissen .der Bodenverstärkung
führen würden.
.Eine gute und-gleichmäßige
Haftung .
ist außerdem deswegen -notwendig;
um einen intensiven und
gleichförmigen Wärmeübergang vom Boden -zur"Verstärkungs--
"
Schicht sicherzustellen: @= - - .
Die bisher in der Praxis benützten
und experimentell
erprobten Bodenverstärkungen erfüllen die vorstehend ge-
nannten
Anforderungen nicht vollständig und haben zum Teil
noch weitere Nachteile:
Durch
elektrische Wi-derstandsschweißung
aufgebrachte Boden-
verstärkungsschichten,
z. B. aus Kupfer oder Kupferlegierun-
gen, haben einen schlechten Wärmeübergang
zwischen dem Topf-
boden und der Verstärkungsschicht. Dadurch-wird
trotz der
guten Wärmeleitfähigkeit der Verstärkungsschicht der Boden-
verzug
unregelmäßig. Außerdem ist eine-saubere
Nachbear-
beitung der Bodenverstärkungsschicht
nach dem Aufbringen
notwendig.
Verwendet man ein- oder beidseitig
mit rostfreiem Edel-
stuhl plattiertes Vormaterialt
dann zieht- sich
die Verstär-
kungsschicht über das gesamte Kochgefäß hinweg. Dadurch er-
gibt
sich ein sehr hohes Gewicht. Außerdem ist das plattierte Vormaterial
teuer.
Durch Kalt-
oder Warmpreßschweißen
aufgebrachte Boden-
verstärkungen
lassen sich nicht gleichmäßig und sicher haf-
tend mit dem Boden verbinden.
Ein ungleichmäßiger Wärme-
übergang
mit entsprechendem Bodenverzug
und,, in den un-
günstigsten Fällen, sogar-ein
Abreissen der-Bodenverstärkung
sind die
Folge.
Bei Bodenverstärkungsschichten,_
die durch
Aufschmelzen
oder Aufgießen aufgebracht werden, ist eine anschließende
spanabhebende
Bearbeitung des- Bodens unumgänglich. Außer-
dem führen schon geringe Schwankungen
in der Zusammensetzung
der Bodenverstärkung sowie der Temperaturführung zur
Bildung
spröder Phasen, welche die Haftung der Bodenverstärkung sehr
Stark
herabsetzen.
Durch Flammspritzen erzeugte_Bodenverstärkungen
sind
sehr
oft porös. Dadurch kann
Schmutz in sie eindringen. Eine
einwandfreie
Haftung ist außerdem nicht immer gewährleistet.
Eine Nachbearbeitung ist immer
erforderlich.
Galvanisch aufgebrachte Bodenverstärkungsschichten
ha-
ben den Nachteil, daß sie sehr teuer sind, wenn sie in
brauchbaren
Schichtdicken aufgetragen werden.
Bisher am besten bewährt hat sich das Auflöten
von Ver-
stärkungsplatten.. Dabei sind aber die Materialkosten
bei
der Verwendung von Kupfer- oder Kupferlegierungen
hoch.
Nimmt
man stattdessen SM-Stahl
als aufgelötete Bodenverstärkungsachicht,
so ergibt sich der Nachteil der Korro-
sionsanfälligkeit, die sich auch
nicht durch zusätzliche
galvanische Oberflächenbehandlung
beseitigen
läßt. Ver-
wendet man als aufgelötete Bodenverstärkungsschicht
eine
Platte aus Chromstahl, so ergibt sich zwar eine Verbesse-
rung
der Korrosionsbeständigkeit, dagegen muß man dann
aber eine schlechte
Wärmeleitfähigkeit der Bodenverstärkungsschicht in
Kauf nehmen.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Koch-
gefäß zu schaffen, dessen
Bodenverstärkungsschicht
die
eingangs genannten Anforderungen
optimal erfüllt. Dies
wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die
Bodenveratärkungsachicht
aua einem Sinterwerkst off
besteht, der
wenigstens
Stahl und einen metallischen Werkstoff mit we-
sentlich besserer Wärmeleitfähigkeit
als rostfreier Stahl
enthält.
Bei dem erfindungsgemäßen Kochgefäß
besteht die Bodenverstärkungaschicht
aus einer Sinterwerkstoffplatte,
die
Stahl, vorzugsweise rostfreien Chromstahl oder noch besser
Chromnickelstahl
und wenigstens
eine weitere Komponente
besserer Wärmeleitfähigkeit
enthält. Eine Solde
Schicht
vermag die sonst
schwer zu vereinbarenden
Forderungen nach
guter Wärmeleitfähigkeit und in Bezug auf den rostfreien`
Werkstoff
den Geschirrkörpern
nicht au großer Wärmedehnung
zu erfüllen. Der
Stahl
bildet in dem Sinterwerkstoff
eine
Art Gerüst, das die Wärmedehnung
der Sinterplatte
auf Werte
beschränkt, die nicht wesentlich über der
Wärmedehnung den
rostfreien Stahls selbst liegen. Die in das Gerüst einge-
lagerten
Werkstoffpartikel besserer Wärmeleitfähigkeit ge-
währleisten, daß trotzdem
die Wärme
rasch und gleichmäßig
über den Boden verteilt wird. Eine
gesinterte Bodenveratärkungsschicht
ist verhältnismäßig einfach in der Her-
stellung
und kann
durch Variieren der verschiedenen Antei-
le den individuellen
Bedürfnissen der einzelnen Kochge-
fäße leicht angepaßt werden. Durch
Anlöten der gesinter-
ten Bodenverstärkungsschicht
an den Topfboden
ergibt sich
eine sichere Haftung und ein optimaler Wärmeübergang zwi-
schen
Boden und Bodenverstärkung.
Der rostfreie Stahl in der
8o denverstärkungsschicht
gewährleistet außerdem eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit.
Die Erfindung schafft also ein Kochgefäß mit
einer Bodenverstärkungsschicht,
deren Wärmedehnunssverhalten
einem Bodenverzug gut entgegenwirkt, deren
Wärmeleit-
fähigkeit voll ausreichend zum Erreichen einer gleichmäßigen
Bodenerwärmung
ist, die leicht herzustellen und sicher und
gleichmäßig haftend mit dem
Boden zu verbinden ist und die
keine unzulässige Korrosionsanfälligkeit zeigt.
Optimale
Eigenschaften ergeben sich, wenn
der Anteil
des Stahls im Sinterwerkstoff
wenigstens ca. 20-80 Gew.-9G,
vorzugsweise über ca. 50 Gew.-9G,
insbesondere ca. 60-65 Gew.-%
beträgt.
Als weitere Komponente des
Sinterwerkstoffes
haben sich
Kupfer und/oder Kupferlegierungen als besonders
brauchbar
erwiesen.
Deren Anteil
soll zweckmäßigerweise
ca. 2B-80 Gew.-%
25-30 Gew.-9G,
betragen.
Günstige Ergebnisse
werden auch erzielt, wenn der Sinter-
werkstoff neben Chromnickelstahl
und Kupfer bzw. Kupferle-
gierungen einen Anteil Zinnbronze und/oder einer
Cu-Ni-Zn-Legierung
enthält. Dabei sollen der Anteil der Zinnbronze
und
der Ca-Ni-Zn-Legierung
ca. 5-40 Gew.-%
betragen.
Die Legierungskomponenten
der Kupferlegierungen
können
dem rostfreien Stahl auch einzeln vor
dem Sintern zuge-
mischt werden. Kupfer und Kupferlegierungen können
ganz
oder teilweise durch AL oder AL-Legierungen
Nickel oder
Ni-Legierungen
und Silber oder Silberlegierungen ersetzt
worden.
Als besonders
vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn
der Sinterwerkatoff. unt.er_
Verwendung von- Fasern aus
rost-
freiem Stahl hergestellt
ist. Die Anwendung
von Fasern
er-
gibt gegenüber einem
reinen--Pulver-Sinterwerkstoff
eine
größere Anzahl gegenseitiger Berührungspunkte-und
damit
eine noch bessere "Gerüstbildung'!,
wodurch sich ein gün-
stiger
Einfluß auf das Wärmedehnungsverhalten ergibt.-Die Fasern
können bei der
Zerspannung rostfreien,Materials
anfallende Fasern sein. Die übrigen
Komponenten des Sinter-
werkstoffes werden dagegen vorzugsweise. in
Pulverform
bei-
gegeben.
Ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung
ist in der
einzigen Figur der Zeichnung dargestellte die einen Verti-
kalschnitt
durch einen erfindungsgemäß
ausgebildeten Koch-
topf zeigt.
In
der Zeichnung ist ein
Kochtopf aus Chromnickel-
stahl mit 18 Gew.
-9G Cr
und 8 Gew. -96
Ni.
Der Boden 2 des
Kochtopfes ist
plangedreht-oder
leicht nach innen bombiert,
damit der Kochtopf als Elektrogeschirr
verwendet werden
kann. An
den Boden ist eine Bodenverstärkungsschicht
3
angesetzt und durch eine Hartlötschicht
4 fest mit ihm
verbunden.
Beispiele
für die Zusammensetzung einer erfindungsgemäßen Bodenverstärkungsschicht,
hergestellt aus rost-
freiem Stahl, Kupfer
und Kupferlegierungen,
sind aus
der nachfolgenden Tabelle ersichtlich:
| Boden 18/8 CrNi- Kupfer Sn-Bronze Sonstige |
| Nr. Stahl (1o% sn) |
| (Fasern) |
| 1 6o 30 1o - |
| 2 65 30 5 - |
| 3 70 30 - |
| 4 65 25 1o - |
| 5 65 25 - 10 Ns 6512(1) |
| 6 65 20 5 20 Ns 6512 |
| (1) 65 Gew.-% Cn 12 Gew.-i6 Ni 23 Gew.-% Zn |
Die erfindungsgemäße Bodenverstärkungsschicht 3 kann nach den üblichen, dem Stand
der Technik entsprechenden Sinterverfahren hergestellt werden. Die nach einem derartigen
Verfahren hergestellte Sinterwerkstoffplatte
wird beispielsweise durch Induktionslötung
mit dem Topfboden 2 verbunden.
Der Boden Nr. 1 hat beispielsweise folgende Eigen-
schaften:
Festigkeit = 40 kp/mm2 Härte = 220 kp/mm2
lineare Wärmeausdehnung = 18,5
x 10-6m/m grd.C
(zwischen 20-200°C)
Wärmeleitfähigkeit (etwa 1/3
der Wärmeleitfähigkeit von
Kupfer.)
Verschleißfestigkeit: Entspricht etwa
halbhart gewalztem
rostfreiem
Material
Wärmeleitfähigkeit
in Zahlen: Beim Boden Nr. 1 0,3 cal/cm sec °C Bei Kupfer 0,92 cal/cm sec °C Farbe:
Entspricht weitgehend derjenigen von rostfreiem Stahl. Der Ankochwirkungsgrad, gemessen
auf einer elektrischen Massekochplatte an einem Kochgeschirr von 20 cm 0 mit einer
erfindungsgemäßen Bodenverstärkungsschicht (Sinterkompensboden) würde überraschenderweise
um 5-10% früher ermittelt als bei bekannten Kochgeschirren mit Aluminium- oder Kupferkompensböden.
Ein weiterer Vorteil der gesinterten Bodenverstärkungsschicht liegt darin, daß bei
der Herstellung kein Verschnitt anfällt. Der
Bodenverzug ist kleiner als bei
einem gleichdicken Kupfer-oder Alu-Kompensboden. Die Verschleißfestigkeit ist
wesentlich höher als bei einem Kupfer- oder Alu-Kompensboden. Nach
den bekannten
Verfahren kann eine etwa gleich große Ver-
schleißfestigkeit nur mit aufgelöteten
Sandwichböden mit einer rostfreien Grundplatte und einer Kupferzwischenplatte
erreicht werden. In diesem Fall müssen aber zwei Lötungen durchgeführt werden.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das er-
läuterte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Namentlich können
auch Kochgefäße und Kochgeschirre anderer Art
mit einem
ge-
sinterten Kompensboden
versehen werden. Die Zusammensetzung
des
Sinterwerkstoffes
kann je nach Bodenstärke und Art des
verwendeten rostfreien
Materials
geändert werden.
Sämtliche aus der Beschreibung
zu entnehmende Einzel-
heiten und Verfahrensmerkmale können
auch in
beliebigen
Kombinationen erfindungswesentlich
sein.