DE1947242U - Kochgeraet mit ueberzug. - Google Patents

Description

?A.222 368-28.4.

PATENTANWÄLTE

dr. w. Schalk · dipl-inc. peter Wirth

DIPL-ING. G. E.M. DANNENBERG · DR. V. SCHMIED-KLOWARZI K

6 FRANKFURT AM MAIN

CR. ESCHENHEIMER STR. 39

THE BOEIUG COMPAEY

P.OvBox 3707
Seattle / Washington 98 124 / USA

Kochgerät mit Überzug

Die Neuerung bezieht sieh auf Kochgeräte, insbesondere Behälter zum Kochen, Backen und Braten von Nahrungsmitteln, wie Kochtöpfe, Bratpfannen und dgl. Bekanntlieh ist das Reinigen von Küchengeräten eine mühsame Arbeit, die häufig verschiedene Scheuermittel erfordert.

Aus dem Stand der Technik kann geschlossen werden, daß z.B. die bisher bekannten Polytetrafluoräthylen-Überzüge bei Kochgeräten zwar einige, jedoch nicht alle der gewünschten Eigenschaften, wie Verformbarkeit, gute Abtrenneigenschaften und Abriebfestigkeit, zeigen» Überzüge, die zu 100% aus Polytetrafluorethylen bestehen, besitzen ausgezeichnete Abtrenneigensehaften und gute "Verformbarkeit, jedoch nur eine schlechte Abriebfestigkeit. Zusammengesetzte Überzüge aus Oxyd und Polytetrafluorethylen haben gute Abtrenneigen- - ■'. schaftenf--sehr gute-Abriebfestigkeit, aber nur eine schlechte: Verformbarkeit, da die kontinuierliche"Oxydsehicht sehr " brüchig ist»

-2-

Gegenstand der Neuerung·..... sind Kochgeräte mit Überzug, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie einen ersten und zweiten Überzug aufweisen, wobei der erste Überzug aus einer Cermet-Sehicht mit einer unregelmässigen porösen Oberfläche besteht, der eine Metallkomponente und eine keramische Komponente enthält und der zweite Überzug ein Fluorkohlenstoff -Film ist, der in einen wesentlichen Teil der porösen Oberfläche der Öermet-Schicht eingedrungen ist und diese bedeckt.

Ein Fluorkohlenstoff-Überzug, der auf einen geeigneten Gegenstand aufgebracht wird, besitzt aufgrund seines niedrigen Reibungskoeffizienten sehr gute Abtrenneigenschaften. Da jedoch Fluorkohlenstoff ein weiches und wachsartiges Material ist, besitzt ein nur aus diesem Material bestehender Überzug keine Abriebfestigkeit. Aufgrund dieser Tatsache war die Verwendung von Fluorkohlenstoff-überzügen für viele Zwecke bisher nicht angezeigt. Die Hersteller fordern eine haltbare Oberfläche, die gleichzeitig als ihr eigenes Trennmittel wirkt. Die Bedeutung einer solchen Oberfläche ist sofort erkennbar, wenn man sich vor Augen führt, daß bei vielen Terarbeitungsverfahren ein ölartiges Mittel mitverwendet werden muß, um die Adhäsion des zu verarbeitenden Materials an der Oberfläche der verwendeten Vorrichtung zu verhindern» Außerdem läßt sich ein Gerät, das mit einem Fluorkohlenstoff-Überzug versehen ist, wesentlich besser reinigen als ein Gerät, dessen Oberfläche mit einem Öl als Schmiermittel behandelt werden muß*

-3-

Durch die als Trennschicht wirkende Oberflache würde die Reinigung der erfindungsgemäßen Geräte erheblich erleichtert. Außerdem können die mit einem solchen Überzug versehenen Küchengeräte eine Behandlung vertragen, die bei den heute bekannten überzogenen Topfen und Pfannen nicht möglich ist, wie sich schon aus der notwendigen Verwendung von Holz- oder Kunststoffspatein bei bekannten, mit einem Überzug versehenen Topfen erkennen läßt»

Die beiliegende Zeichnung dient zur Erläuterung der Neuerung, und zwar zeigtt

Mg »Ι einen Überzug aus Cermet-Material und I¹IuOrkohlen-

stoff auf einem Kochgerät,
Pig.2 den gleichen Überzug wie Fig»1 nach einer gewissen

Benutzungszeit, und ,_

Fig.3 die Oberfläche eines Kochgerätes mit einem Germet-ELuorkohlenstoff-Überzug nach häufiger Benutzung»

Das Aufbringen von ELuorkohlenstoffen auf die Kochgeräte erfolgt auf die z.B. für Polytetrafluoräthylen bekannte Weise. Ein Polytetrafluoräthylen in wässriger Dispersion kann z.B. durch Sprühverfahren aufgebracht werden. Bei solchen Überzugsverfahren wird zuerst die Oberfläche des zu überziehenden Gegenstandes angerauht, worauf eine dünne Polytetrafluoräthylen-G-rundschicht aufgebracht und gesintert wird; abschließend wird eine Polytetrafluoräthylen-Emailschicht aufgesprüht und ebenfalls gesintert. Bei anderen Verfahren

zum Aufbringen von Polytetrafluoräthylen-Überzügen wird ähnlich vorgegangen, wo"bei lediglich "beim Vorüberzug anders gearbeitet wird. Die USA-Patentschrift 2,944,917 "beschreibt z.B. ein Überzugsverfahren, bei dem ein Gegenstand verwendet wird, der mit Oberflächenvertiefungen versehen ist, durch die der abschließende Fluorkohlenstoff-Überzug besser festgehalten wird.

Zur Herstellung der neuen Geräte wird in einer 1· Stufe ein Öermet-Überzug aufgebracht und in einer 2. Stufe ein Fluorkohlenstoff-Überzug aufgetragen. Die so erhaltene kombinierte Oberfläche besitzt gute Verformbarkeit, ausgezeichnete Abriebfestigkeit und gute Abtrenneigenschaften. Vor dem Aufbringen des Überzuges aus Cermet-Material und Fluorkohlenstoff wird die Oberfläche des zu überziehenden Gegenstandes aufgerauht, eine poröise Grundschicht aus einem Cermet-Material auf diese Oberfläche aufgebracht, d.h» ein keramisches und metallisches Pulver gleichzeitig angewendet, eine Fluorkohlenstoffschicht auf diese Cermetschicht gesprüht₅ so daß sie in die Poren der Cermet-Schicht eindringt und diese vollständig bedeckt, und die Fluorkohlenstoffschicht abschließend gesintert. Genauer gesagt wird zuerst die Oberfläche des zu überziehenden Gegenstandes mit einem Sandstrahlgebläse angerauht 5 dann wird mit einem Flammsprühverfahren ein Cermet-Material, das aus einem metallischen und einem keramischen Pulver besteht, auf diese Oberfläche aufgesprüht und anschließend eine Fluorkohlenstoffdispersion so auf die Cermet-Schicht aufgebracht, daß sie in die poröse Cermet-Schicht eindringt; dieser Fluorkohlenstoff-Film wird dann gesintert.

Vor dem Anrauhen der Oberflächen des Kochgerätes wird das Gerät normalerweise gereinigt, um Öl- und Schmutzspuren zu entfernen, durch die die Adhäsion des aufzubringenden Cermet-Überzuges verschüchtert würde.

Die Oberfläche des Kochgerätes muß angerauht werden, damit sie kleine Vertiefungen aufweist, die die Cermet-Schicht besser festhalten. Diese Oberflächenvorbereitung ist für Hammsprühverfahren allgemein bekannt.

Am besten wird zum Anrauhen der Oberfläche ein Sandstrahlgebläse verwendet. Der Gegenstand muß solange mit dem Sandstrahlgebläse behandelt werden, bis die Oberfläche deutliche Vertiefungen aufweist. Die Dauer dieser Behandlung hängt von der verwendeten Vorrichtung, dem Abriebmittel und dem Material des Kochgerätes ab. Ein scharfkantiger Sand wird verwendet, um die notwendigen Vertiefungen in der Oberfläche herzustellen. Allgemein kann gesagt werden, daß die Oberfläche des Kochgerätes solange mit dem Sandstrahlgebläse behandelt werden muß, bis sich keine weiteren Veränderungen der Oberfläche mehr feststellen lassen.

In der zweiten Aufbringungsstufe wird ein Cermet-Material in gewünschter Dicke auf den Gegenstand aufgebracht. Jedes Verfahren, bei dem gleichzeitig das Metall und das Keramikpulver in genau bemessenen Anteilen aufgebracht werden kann, ist anwendbar, wenn der dadurch erhaltene Überzug eine gute Porosität aufweist. Besonders bevorzugt wird ein übliches

-6-

Flammsprühverfahren, um diese Zwischenschicht aus Cermet-Material aufzubringen. Die Cermet-Schicht muß porös sein und eine unregelmässige Oberfläche besitzen, denn durch die Porosität der Zwischenschicht kann der Fluorkohlenstoff in das Cermet-Material eindringen, während die unregelmässige Oberfläche die Abriebfestigkeit des fertigen Überzuges verbessert, da die Spitzen des Cermet-Materials aus der Oberfläche herausragen, sobald der ursprüngliche Fluorkohlenstoff-Film abgenutzt worden ist. Die Schicht aus keramischem und metallischem Pulver wird in einem Flammsprühverfahren in einer Dicke von etwa 0_s05 mm auf den Gegenstand aufgebracht, Hierfür wird eine Mischung aus keramischem und metallischem Pulver in eine !flammsprühvorrichtung gegeben; es wird Sauerstoff und ein Gas angewendet, um die Pulver in eine halbgeschmolzene Form zu bringen, in welcher Form sie dann auf den Gegenstand aufgesprüht werden. Das Flammsprühverfahren muß so geregelt werden, daß eine poröse CermetrSehicht erhalten wird, in die der Fluorkohlenstoff-Film eindringen kann» Durch diese physikalische Anordnung wird die Abriebfestigkeit in folgender Weise gewährleistet! In dem Maße, in dem der Fluorkohlenstoff-Film abgenutzt wird, treten die Spitzen der Cermet-Schicht, wie aus Fig.2 ersichtlich, an der Oberfläche aus. Durch diesen Zustand wird die Abriebfestigkeit stark erhöht, da nunmehr die Cermet-Schicht einen Teil der Oberfläche bildet. Die Oberfläche besteht nun aus einem großen Prozentsatz Fluorkohlenstoff, aus dem Cermet-Spitzen hervorragen. Aber nicht nur die Abriebfestigkeit wird durch die Cermet-Schicht verbessert, sondern diese bildet auch

eine flexible Überganges chi clit zwischen dem Gerät und dem ITuorkohlenstoff-Film, so daß die kombinierte Überzugsschicht gut verformbar ist. Aufgrund ihrer metallischen Komponenten haftet die Cermet-Schicht gut an dem überzogenen Gegenstand, der ja meist ebenfalls aus Metall besteht.

In einer dritten Aufbringungsstufe wird ein Überzug aus einer wässrigen Dispersion eines Fluorkohlenstoffes auf die poröse:. Germet-Schicht aufgebracht. Hierzu können übliche Verfahren und Vorrichtungen, die eine Kontrolle der Verfahrensbedingungen gestatten, verwendet werden. Zweckmäßigerweise wird der Überzug aufgebracht, indem man das Material auffHessen läßt, den Gegenstand in den !Fluorkohlenstoff eintaucht oder ein Sprühverfahren anwendet. Wie bereits ausgeführt, wird die ITuorkohlenstoff-Dispersion durch die poröse und unregelmässige Oberfläche der Cermet-Schicht auf ähnliche Weise mit dieser verbunden wie die Cermet-Schicht mit der angerauhten Oberfläche des Gegenstandes. Die Fluorkohlenstoff-Dispersion füllt die Vertiefungen der Cermet-Schicht aus und bildet eine gleiehmässige, glatte Oberfläche. Aufgrund der lirosität und der unregelmässigen Oberflächenbeschaffenheit der Cermet-Schicht wird eine bessere Verankerung des IPluorkohlenstoffes erhalten, und die Adhäsion der Fluorkohlenstoffschicht ist merklich besser als bei den bisher bekannten Überzugsverfahren*

Vorzugsweise wird der Fluorkohlenstoff durch Sprühverfahren auf die Cermet-Schicht aufgebracht, wobei eine wässrige Dispersion von Fluorkohlenstoffharz-Teilchen verwendet

-8-

-Q-

wird» Die Vorrichtung muß eine Luftdüse, eine Flüssigkeitsdüse und ein Nadelventil aufweisen, die groß genug sind, um die Fluorkohlenstoffe ohne Verstopfen der Vorrichtung aufsprühen zu können. Vor der Verwendung wird die Fluorkohlenstoff-Dispersion erneut dispergiert, indem man den Behälter leicht schüttelt. Dann werden große koagulierte Teilchen entfernt, indem man die Fluorkohlenstoff-Dispersion durch ein sauberes, nicht fusselndes Filtertuch oder durch ein Sieb aus rostfreiem Stahl gießt. Zusätzliche netzmittel und Wasser können der Fluorkohlenstoff-Dispersion beigemischt werden, um das Eindringen des Fluorkohlenstoffharzes in die Germet-Schicht zu erleichtern. Der Fluorkohlenstoff wird solange aufgesprüht, bis die Cermet-Oberfläche glänzend ist. Nach dem Sintern zeigt sich, daß die Dicke des Überzuges durch den Fluorkohlenstoff um 0J005 bis 0,013 mm erhöht worden ist.

Für den Überzug können die verschiedensten Fluorkohlenstoffe verwendet werden, wie z.B. Polytetrafluoräthylen, Polyohlortrifluoräthylen, Polyvinylidenfluorid oder fluoriertes Polyäthylenpropylen. Alle Harze können auf diese gleiche W_eise aufgesprüht werden.

In der Sinterstufe werden die Fluorkohlenstoffharz-Teilchen miteinander verschmolzen. Durch das Sintern wird die Festigkeit der Fluorkohlenstoffharz-Schicht erhöht, indem die ein^Lnen Teilchen praktisch zu einem homogenen Film verschmolzen werden. Die Sintertemperatur für Polytetrafluoräthylen beträgt z.B. etwa 400*
wird mit Luft oder Wasser gekühlt.

fluoräthylen beträgt z.B. etwa 400° C_r während des Sinterns

-9·

Das Ergebnis der vors teil enden Behandlung ist der in Pig»

I gezeigte Überzug; hierbei wurde ein Gegenstand 11, z.

B. ein eiserner Kochtopf, der eine unregelmässige Oberfläche "besitzt, mit einer Cermet-Schicht 12 so überzogen, daß die Oberfläche des Gegenstandes bedeckt wurde. Es ist zu beachten, daß das Cermet-Material 12 eine poröse, unregelmässige Oberfläche aufweist, so daß die Fluorkohlenstoff-Dispersion 13 in. das poröse und unregelmässige Cermet-Material 12 eindringen kann. Die Grundmasse der Cermet-Schicht 12, die aus brüchigen keramischen Teilchen 14 und duktilen Metallteilchen 15 besteht, liefert sowohl eine gute Abre£Lbfestigkeit wie auch eine gute Duktilität. Die Metallteilchen 15 in der Cermet-Schicht sollen die Adhäsion an dem Gegenstand

II verbessern und die Cermet-Schicht 12 mit guter Duktilität versehen. Aufgrund dieser, durch die Metallteilchen 15 hervorgerufenen Duktilität, kann die Überzugsschicht nach Aufbringen des 3?luorkohlenstoff-]?ilms verformt werden.

KLg*3 zeigt die in Pig.2 im Querschnitt wiedergegebene Oberfläche (alle Zeichnungen sind stark vergrößert)«

lig»2 zeigt den normalen Zustand des erfindungsgemässen kombinierten Überzuges nach einer gewissen Abnutzung. Der Pluorkohlenstoff-Pilm 13 wird abgerieben, bis er mit den Spitzen der Cermet-Schicht 12 abschließt. Zu diesem Zeitpunkt besteht die Oberfläche teilweise aus der Cermet-Schicht 12, jedoch zum größten Teil immer noch aus dem !Fluorkohlenstoff-Film 13. Durch die Cermet-Spitzen 12 wird eine erhöhte

-10-

-to- if

Abriebfestigkeit gewährleistet, die deutlich besser ist als die Abriebfestigkeit eines reinen Fluorkohlenstoff-Films. Der Überzug gemäß Fig.2 kann mit einem Metallspatel behandelt werden, während die bekannten, mit Fluorkohlenstoffen überzogenen Töpfe und Pfannen nur mit einem Holzoder Kunststoff-Spatel behandelt werden dürfen» Der Überzug gemäß Fig.2. gewährleistet, daß der so überzogene Gegenstand auch bei grober Behandlung keinen Schaden erleidet· Aus der Zeichnung ist deutlich erkennbar, daß ein mit einem erfindungsgemäßen Cermet-Fluorkohlenstoff-Überzug versehener Gegenstand den Fluorkohlenstoff-FiIm länger beibehält, eine größere Abriebfestigkeit aufweist und insgesamt wesentlich länger brauchbar ist.

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäß mit einem Cermet— und einem Fluorkohlenstoff-Überzug versehene Oberfläche nach einer gewissen Abnutzung. Die Oberfläche weist nur sehr kleine Gebiete auf, an denen die Spitzen des Cermet-Materials 12 hervortreten, und der größte Teil besteht immer noch aus dem Fluorkohlenstoff-Film 13. Es muß erwähnt werden, daß diese Zeichnungen lediglich eine schematische Darstellung der Oberfläche sind und zur besseren Erläuterung stark vergrößert wurden. Die natürliche Porosität der Cermet-Schicht ist daher ebenfalls stark vergrößert.

Das Verhältnis von metallischem zu keramischem Pulver kann, auf die Verwendungszwecke des Überzuges abgestimmt werden. Eine durch Flammsprühverfahren auszutragende Mischung mit

-11-

ausgezeichneter Abriebfestigkeit und Leitfähigkeit besteht z.B. zu 60 fo i 2 io Gew»-$ keramischem Pulver (Al₂O,,) und 40$- 2$Gew.-$ Metall (Al, rostfreier Stahl). Die Abriebfestigkeit kann auf Kosten der Duktilität durch Erhöhen des Oxydgehaltes und die Duktilität auf Kosten der Abriebsfestigkeit durch Erhöhen des Metallgehaltes verbessert werden*

Der nachstehende Vergleich der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Germet-lTuorkohlenstoffharz-Überzuges mit der Abriebfestigkeit eines zu 100 ^a/o aus Polytetrafluoräthylen bestehenden Überzuges erläutert ebenfalls die Vorzüge des neuen Überzuges* Die Abre^-bfestigkeit wurde gemessen, indem ein Spatel aus rostfreiem Stahl (Größe: 5,7 x 18,4 cm) mit einer Belastung von 2,27 kg in einer Geschwindigkeit von 9 m/Min, über die überzogene Oberfläche geführt wurde. Vor und nach dem Abrieb-Versuch wurde der Überzug auf seine Abtrenneigenschaften untersucht, indem ein Kuchenteig darin gebacken wurde und das Anhängen des Teiges an der Form festgestellt wurde.

Ergebnis des Abrieb-Versuches Material Ergebnis

100 fo Polytetrafluoräthylen Der Überzug wurde nach 200-mali-

gem Darüberführen des Spatels bis auf das Grundmaterial der Form entfernt» Die ursprünglichen Abtrenneigenschaften gingen verloren,

-12-

Cermet-Polytetrafluorathylen

Nach 1000-maligem Passieren des Spatels kein Verlust an ursprünglichen Abtrenneigenscliaften, Die Spitzen der Cermet-Schicht, die nach 100-maligem Passieren des Spatels freigelegt -wurden, verhinderten eine weitere Abnutzung der Oberfläche. Die Cermetspitzen beschädigten sogar den Spatel, ohne von ihm abgerieben zu werden.

Die Tabelle zeigt deutlich, daß durch die Neuerung die Haltbarkeit eines IPluorkohlenstoff-Überzuges stark heraufgesetzt wird.

Als Metallkomponente im Cermet-Überzug kann statt Aluminium oder Äluminiumlegierungen auch ein rostfreier Stahl, z.B. ein lickel-Chrom-Stahl oder andere Chrom-Hickel-Legierangen und dgl* verwendet werden.

Als Grundmaterial, das mit dem Oermet-Überzug, z.B. einem aus 60$ Aluminiumoxyd und 40 $ Aluminium bestehenden Pulver, überzogen werden kann, ist zu nennen: Aluminium und dessen legierungen, rostfreier Stahl, Glas-Emails und wärmefeste Glassorten (z.B. "Pyrex")· Glas-Emails und wärmefeste Glassorten können ohne vorherige Behandlung mit einem Sandstrahlgebläse verwendet werden» Diese Materialien müssen nur gereinigt und vor dem Aufbringen der Cermet-Schicht auf etwa 1.2O⁰C erhitzt werden.

-13-

AIs bevorzugtes Aluminiumoxyd wird ein geschmolzenes Material mit einer [Teilchengröße von 10 - 44/U verwendet. Als bevorzugtes Aluminiumpulver wird ein solches mit kugeln förmigen teilchen einer Größe von -1,50 bis +325 mesh ("Tyler screen") verwendet. Es soll relativ rein sein. Anstelle von Aluminiumoxyd können auch geeignete andere keramische Materialien vorliegen, wie Zirkonoxyd, Mullit oder deren Kombinationen.

Claims (1)

1. RA.222 3G8*28. Ί.66

   Sohutzansprüche

   · Kochgeräte mit Überzug, dadurch gekennzeieh· net , daß sie einen ersten und zweiten Überzug aufweisen, wobei der erste Überzug aus einer Cermet-Schient mit einer unregelmässigen porösen Oberfläche besteht, der eine Metallkomponente und eine keramische Komponente enthält und der zweite Überzug ein Fluorkohlenstoff-Film ist, der in einen wesentlichen Teil der porösen Oberfläche der Oermet-Schicht eingedrungen ist und diese bedeckt»

   2«. Ko ehgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Cermet-Schicht 40$ +/— 2fo Metallpulver und 60$ +·/- 2$ keramisches Pulver enthält·

   3» Kochgerät nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallkomponente aus Aluminium, Aluminium-Legierungen, nicht-rostendem Stahl, Nickel-Chrom-Legierungen oder Mischungen davon und die keramische Komponente aus Aluminiumoxyd, Zirkondioxyd, Mullit oder Mischungen davon, besteht.

   4. Kochgerät nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Überzug aus einem PiIm von Polytetrafluoräthylen, Polychlortrifluoräthylen, Vinylidenfluorid, fluorhaltigem Äthylen-Propylen oder

   Mischungen davon besteht. _Der Patentanwalt _:

   tag J^terjfljJgjcWi*