DE2723640A1

DE2723640A1 - Rohrheizkoerper fuer geschirrspuelmaschinen

Info

Publication number: DE2723640A1
Application number: DE19772723640
Authority: DE
Inventors: Richard Dr Bleckmann
Original assignee: ELPAG AG CHUR
Current assignee: ELPAG AG CHUR
Priority date: 1977-05-25
Filing date: 1977-05-25
Publication date: 1978-11-30
Also published as: CH634960A5; DE2723640B2; IT7823752A0; FR2392162A1; SE7805889L; SE437108B; FR2392162B1; GB1587588A; IT1095522B

Description

f>,tenun«,itc Neue Tel.-Nr. 089/229441

BOOO München 22 · S 11i■sd ■ r ff straΒc 21 - 22 Telefon 089 / 29 81 62

A 8302

ELPAG AG CHUR Quaderstraße 11, CH-7001 Chur/Schweiz

Rohrheizkörper für Geschirrspülmaschinen

Die Erfindung betrifft einen Rohrheizkörper für Geschirrspülmaschinen oder andere Haushaltsgeräte, bei denen der Rohrheizkörper mindestens zeitweise in Luft betrieben wird und der ein Mantelrohr besitzt, das mit einer Nickelauflage versehen ist, die teilweise in den Chromnickelstahl eindiffundiert ist.

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Es sind Rohrheizkörper bekannt, die aus Chromnickelstahl bestehen und dementsprechend eine hellglänzende, metallisch blanke Oberfläche besitzen. Bei Haushaltsmaschinen wie Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen oder dgl., bei denen der Rohrheizkörper in einem agressiven Wasser, insbesondere in einem kochsalzhaltigen Wasser, betrieben wird, neigen die Rohrheizkörper zu Spannungsrißkorrosion. Der Chromnickelstahl mantel schützt also den Rohrheizkörper gegen Rostbildung und andere Korrosionsschäden, jedoch nicht gegen Spannungsrißkorrosion. Hierunter ist zu verstehen, daß an Stellen, an denen im Rohrheizkörpermantel innere Spannungen vorliegen, ein Riß auftreten kann, insbesondere wenn die Oberfläche des Mantelrohres beispielsweise durch eine mitgewaschene Nähnadel verletzt wird.

Es ist nun bekannt, daß das Problem der Spannungsrißkorrosion gelöst werden kann, wenn eine Nickelschicht in der Dicke von 5 - 20 μ auf die Oberfläche des Mantelrohres aufgebracht wird. Die Nickelschicht wird in einem Glühprozeß bei 900 - 1200 unter Schutzgas teilweise in den Chromnickelstahlmantel eindiffundiert. Der Rohrheizkörper besitzt dann also eine metallisch blanke Oberfläche.

Es gibt nun Haushaltsgeräte, bei denen der Rohrheizkörper ständig in Wasser betrieben wird, z. B. Wassererhitzer oder Waschmaschinen. Bei diesen Geräten bleibt die Nickelschicht metallisch blank und oxidiert nicht, da die Rohrheizkörperoberfläche keine Temperaturen annehmen kann, bei denen ein Oxidationsprozeß auftreten würde. Bei anderen Haushaltsgeräten wird jedoch der Rohrheizkörper in Luft betrieben oder - wie bei Geschirrspülmaschinen - während des Spülvorganges in Wasser, jedoch nach dem Spülvorgang zum Trocknen des Geschirrs in Luft. Bei diesen Geräten erreicht der Rohrheizkörper Oberflächentemperaturen von 400 - 600° C. Die Nickeloberfläche wird daher oxidiert, und zwar um so stärker, je höher die Temperatur ist.

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Die Oberflächentemperatur des Rohrheizkörpers ist jedoch über seine Länge hinweg unterschiedlich, und zwar bedingt durch eine herstellungsmäßig nicht zu vermeidende unterschiedliche Heizleistung der Heizwendel je Längeneinheit und durch unterschiedliche Würmeabstrahlung der Manteloberfläche nach der Montage des Rohrheizkörpers im Gerät. So ist beispielsweise die Temperatur an den Krümmungsstellen des Rohrheizkörpers im allgemeinen am niedrigsten. Durch diese Temperaturunterschiede ergeben sich auch unterschiedliche Oxidationsformen der Nickelschicht, was optisch in Form von unterschiedlichen Anlauffarben wahrgenommen werden kann.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine derartig unkontrollierte Oxidation der Nickelschicht zu vermeiden. Es soll ein Rohrheizkörper vorgeschlagen werden, der außerordentlich widerstandsfähig gegen Spannungsrißkorrosion ist.

Die bereits beim Probelauf des Haushaltsgerätes, z. B. der Geschirrspülmaschine, im Herstellerwerk auftretende unkontrollierte Oxidation der Nickelschicht des Rohrheizkörpers führt zu einem fleckigen Aussehen. Da bei Geschirrspülmaschinen der Rohrheizkörper im allgemeinen sichtbar ist, wird der Verkauf eines fabrikneuen Gerätes durch die unschöne Oberfläche des Rohrheizkörpers, welche eine Vorbenutzung vermuten läßt, erschwert.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß eine Nickelschicht einer bestimmten Stärke auf einem ChromnicteIstahlrohr eine Oxidschicht bilden kann, die über die gesamte Länge homogen ist.

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Der Rohrheizkörper gemäß der Erfindung ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht als gleichmäßig grüngraue Oxidschicht ausgebildet ist.

Die grüne Oxidschicht wird erzielt, wenn die Nickelschicht in einer Stärke von mehr als 20 μ , vorzugsweise von 20 - 30μ, aufgetragen wird und wenn im Gegensatz zu den bekannten Verfahren ein GlUhprozeß nicht unter Schutzgas, vielmehr unter einem oxidierenden Medium, z.B: Luft, bei 900 - 1200° durchgeführt wird.

Es wurde nun festgestellt, daß die Rohrheizkörper gemäß der Neuerung äußerst beständig gegen Spannungsrißkorrosion sind. Zur Prüfung auf Spannungsrißkorrosion wurden U-förmig gebogene Rohrheizkörper verspannt und in 42 %iger MgCl« bei 145 geprüft. Der Verlauf der Rißbildung wurde nach der Erkennbarkeit der Risse mit unterschiedlicher Vergrößerung beurteilt. Bei dem Rohrheizkörper mit grüner Oxidschicht waren unter 6facher Vergrößerung nach 122 Stunden die ersten Risse zu erkennen. Zum Vergleich wurde ein Rohrheizkörper mit einem nicht vernickelten Mantelrohr aus Chromnickelmolybdänstahl geprüft; dieser zeigte unter 6facher Vergrößerung die ersten Spannungsrisse nach vier Stunden. Nach acht Stunden trat bereits der Bruch ein.

Zur Prüfung der Rostbildung wurden Rohrheizkörper gemäß der Neuerung anhand eines Wechseltauchversuches in Seewasser geprüft. Dabei konnte nach vier Wochen praktisch kein Rostansatz festgestellt werden. Auch eine Erhöhung der Konzentration des Prüf mittels ergab innerhalb von weiteren zwei Wochen keine Verrostung.

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Die Versuche zeigen also, daß man gemäß der Erfindung mit relativ niedrig legierten Chrom-Nickel-Legierungen des Typs 18/8, d. h. 18 % Chrom und 8 % Nickel auskommen kann, ohne daß Nachteile gegenüber höher legierten und wesentlich teureren Stählen, z. B. Chromnickelstahl 25/20, auftreten würden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Überlegung kann nun dazu ausgenützt werden, die Stärke der Nickelschicht zu kontrollieren, ohne daß hierzu zeitraubende und kostspielige Untersuchungen erforderlich wären. S olange in der Serienfertigung die gleichmäßig dunkelgrüne Nickeloxidationsschicht erzielt wird, ist gewährleistet, daß die Stärke der Nickelschicht über 20 μ beträgt. Unter 20 μ tritt schlagartig ein Umschlag in die graue bis braunschwarze Oxidationsschicht auf. Eine physikalische Erklärung für den auftretenden Effekt konnte nicht gefunden werden. Eine Untersuchung der RöntgenfeinStruktur der oxidierten Oberflächen ergab neben dem Untergrund von Nickel bei beiden oxidierten Proben nur Nickeloxid. Nach dem Schrifttum existiert sowohl bei höheren als auch bei niedrigeren Temperaturen sowohl ein grünes als auch ein schwarzes Nickeloxid.

Die beiliegende Zeichnung dient der weiteren Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Rohrheizkörpers;

Fig. 2 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab durch den Rohr

heizkörper der Fig. 1 in Richtung der Pfeile I-I;

Fig. 3 und 4 Schi iff bilder durch die äußerste Schicht des Rohrheizkörper mantels.

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Der in Fig. 1 dargestellte W-förmig gebogene Rohrheizkörper besitzt ein Mantelrohr 1 aus einem Chromnickelstahl, und zwar in der bevorzugten Ausführungsform aus einem Stahl des Typs 18/8, d.h. mit 18 % Öhrom und 8 % Nickel. An den Enden sind Anschlußbolzen 2 vorgesehen, die, wie später noch erläutert wird, als unlegierte Stahlbolzen gegebenenfalls vernickelt ausgeführt sind. Auf den Rohrheizkörpermantel 1 wird eine Nickelschicht in einer Dicke von mehr als 20 μ , vorzugsweise von 20 - 30 μ, aufgetragen. Der fertiggestellte Rohrheizkörper wird bei 900 - 1200° an Luft oder an oxidierender Atmosphäre geglüht, wobei sich eine dunkelgrüne, gleichmäßige, gut aussehende Oxidschicht an der Oberfläche ergibt. Bei diesem Glühprozeß diffundiert ein Teil der Nickelschicht in den Rohrheizkörpermantel ein.

Alternativ kann auch das noch nicht gefüllte Mantelrohr 1 mit der angegebenen Nickelschicht versehen und unter Schutzgas geglüht werden; dabei ergibt sich eine metallisch blanke Oberfläche. Nach dem Füllen und Reduzieren des Rohres erfolgt eine zweite Glühung in oxidierender Atmosphäre, wie beschrieben.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 besteht also die äußerste Schicht des Rohrheizkörpermantels aus einer gleichmäßigen Nickeloxidschicht 3 und aus einer Übergangsschicht 4, die in die Ausgungslegierung 5, also im allgemeinen eine Chromnickellegierung des Typs 18/8, übergeht.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Schliffbild des Endproduktes nach dem Glühen wurde als Ausgangsmaterial ein Rohrheizkörper verwendet, auf den eine Nickelschicht in einer Dicke von etwa 30 μ aufgetragen war.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform hatte die vor dem Glühen aufgetragene Nickelschicht eine Dicke von etwas unter 15 μ .

Auf dem Schliffbild gemäß Fig. 3 ist nun zu erkennen, daß die Nickelschicht eine Stärke von etwa 20 μ und die Übergangsschicht 4 eine Stärke von etwa 5 - 6 μ besitzt. Die Nickeloxidschicht hat eine gleichmäßige, schöne dunkelgrüne Farbe.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform hat die Oxidschicht 3 eine kleinere Stärke im Vergleich zu der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform, nämlich eine Stärke von etwa 15 μ . Die Farbe der Oxidschicht ist grau bis schwarz, je nach Beleuchtung auch braunschwarz. Die unter der Oxidschicht liegende Nickelschicht zeigt unter dem dunklen Belag eine interkristallin verlaufende Oxidation, welche bis zur Grenze der Diffusionszone reicht, die in beiden Schliffen deutlich erkennbar ist.

Zu erwähnen ist noch, daß bei der in Fig. 3 dargestellten Probe der Glühprozeß

erstreckte.

Glühprozeß bei 1080° C vorgenommen wurde und sich über 5 Minuten

Das Problem der Spannungsrißkorrosion und gegebenenfalls auch der .Verrostung ist gerade bei Geschirrspülmaschinen sehr akut, weil es nicht zu verhindern ist, daß das Spülwasser Kochsalz enthält. Normaler, an sich rostfreier Chromnickelstahl bildet ohne Vernickelung eine Oxidschicht, die rostet. Außerdem ist eine derartige Ausführung gegen Spannungsrißkorrosion sehr empfindlich.

Der Diffusionsprozeß verläuft in beiden Richtungen, d. h. einerseits diffundiert die Nickelschicht in den Chromnickelschichtmantel ein - andererseits diffundieren Bestandteile der Chromnickellegierungen in die Nickelschicht ein.

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Ab

Die Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion ist bei den beiden Ausführungsformeu ausgezeichnet, vorausgesetzt, daß eine Nickelschicht überhaupt vorhanden ist. Ist diese nicht vorhanden, z. B. durch einen Fehler bei der Fertigung, oder ist sie zu schwach, z. B. nur 4 -5 μ stark, dann rostet das Oxid, was jedoch erst nach längerer Bentttzungsdauer festzustellen ist. Der*festgestellte Farbumschlag der Oxidschicht von grün auf dunkelgrau bzw. auf graubraun liefert nun fertigungsmäßig eine einfache Kontrolle der Stärke der Nickelschicht. Die grüne Oxidschicht wird dementsprechend bevorzugt, da bei Erzielung derselben auch sichergestellt ist, daß die Nickelschicht beim Auftrag eine Stärke hat, die eine Spannungsrißkorrosion weitgehend ausschließt. Wenn die Auftragsstärke der Nickelschicht auf andere Art und Weise kontrolliert wird oder wenn man aus anderen Gründen bei der Fertigung sicher ist, daß die Nickelschicht immer eine bestimmte Stärke haben wird, dann kann zwecks Einsparung von Nickel auch mit dünneren Nickelschichten gearbeitet werden.

Oxidierende Glühprozesse bei fertiggestellten Rohrheizkörpern wurden bisher vermieden, da Anschlußbolzen aus unlegiertem Stahl so stark verzundern, daß sie als Anschlußbolzen nicht mehr geeignet sind. Verwendet man anstelle von unlegierten Stahlbolzen solche aus rostfreiem Nickelstahl, so müssen auch diese zwecks nachträglicher Herstellung einer einwandfreien Punktschweißverbindung von der Oxidschicht befreit werden.

Um dieses Problem zu lösen, wird bevorzugt, daß das Mantelrohr 1 und die Anschlußbolzen 2 etwas langer ausgebildet werden. Es werden dann normale unlegierte Stahlbulzen verwendet, die gegebenenfalls vernickelt sein können. Der in hochverdichtetem Magnesiumoxid liegende Teil des Anschlußbolzens ist während des Glühprozesses vor Oxidation geschützt. Nach dem Glühen werden dann die überschüssigen Längen des Mantelrohres 1 und des verzunderten Endes des Anschlußbolzens

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ΑΛ

abgeschnitten, so daß die nicht verzunderten AnschluHbolzen 2 freiliegen.

Zusammenfassend kann also festgestellt werden, daß bei dem Zusammenwirken des Diffusionsvorganges mit der Bildung der N icke !oxidschicht zwei unterschiedliche Abläufe festgestellt werden können, die bei einer Grundlegierung 18 % Chrom und 8 % Nickel ziemlich exakt bei 20 μ Nickelauftrag wechseln, und zwar in Formen entsprechend den Schliffbildern gemäß Fig. 3 bzw. Fig. 4. Beide Formen der Oberfläche sind jedoch äußerst stabil gegen Spannungsrißkorrosion. Welche Form bevorzugt wird, hängt einerseits von ästhetischen Gesichtspunkten ab - dunkelgraue/schwarze bzw. grüne Oberfläche - und andererseits von dem beabsichtigten Einsatzgebiet der Rohrheizkörper.

An sich ist es wirtschaftlicher, das leere und noch ungebogene Mantelrohr des Rohrheizkörpers zu vernickeln. Es muß jedoch anschließend ein Glühverfahren unter Schutzgas durchgeführt werden. Ohne diesen Glühprozeß würde beim Verdichten - auch Reduzieren genannt - des gefüllten und gebogenen Rohrheizkörpers die spröde Nickelschicht vom Grundmaterial abplatzen. Der fertiggestellte Rohrheizkörper wird dann ein zweites Mal unter oxidierender Atmosphäre zur Erzielung der Oxidschicht geglüht. Ein oxidierendes Glühen vor dem Füllen des Rohrheizkörpers ist jedoch nicht vorteilhaft, weil die Oxidschicht beim Füllen und Reduzieren verkratzt werden kann, so daß sich ein unschönes Aussehen des Endproduktes ergibt.

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Claims

27236A0 Patentansprüche

1. Rohrheizkörper für Geschirrspülmaschinen oder andere Haushaltsgeräte, bei denen der Rohrheizkörper mindestens zeitweise in Luft betrieben wird, und der ein Mantelrohr aus einem Chromnickelstahl mit einem Nickelgehalt von 8 - 12 % und einem Chromgehalt von 8 - 25 % besitzt, das mit einer Nickelauflage versehen ist, welches teilweise in den Chromnickelstahl eindiffundiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht als gleichmäßige grün/graue/ braunschwarze Oxidschicht ausgebildet ist.

2. Rohrheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht beim Auftrag eine Stärke von 20 - 30μ besitzt, und daß die Nickeloxidschicht dunkelgrün ist.

3. Rohrheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht beim Auftrag eine Stärke unter 20 μ besitzt, und daß die Nickeloxidschicht grau bis braunschwarz ist, so daß die Oberfläche der Oxidationsschicht eines nicht nickelbeschichteten Chromnickelstahlrohrheizkörpers ähnlich ist.

4. Rohrheizkörper nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr aus Chromnickelstahl mit 18 % Chrom und 8 % Nickel besteht.

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ORIGINAL INSPECTED

5. Verfahren zur Herstellung eines Rohrheizkörpers nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurc h gekennzeichnet, daß auf das Mantelrohr des Rohrheizkörpers eine Nickelschicht aufgebracht wird, und daß der Rohrheizkörper in Luft oder in einer oxidierenden Atmosphäre vorzugsweise bei 900 - 1200° C geglüht wird, bis eine über die Gesamtlänge des Rohrheizkörpers homogene und gleichmäßige Nickeloxidschicht erzielt wird, die mit ihrem nicht oxidierten Nickelgrund teilweise in das Mantelrohr eindiffundiert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbolzen (2) bei dem Glühverfahren im Mantelrohr (1) teilweise eingebettet in das Isoliermaterial sich befinden und daß nach dem Glühen die Mantelrohrenden so beschnitten werden, daß die Anschlußbolzen (2) freikommen.

7. Verfahren nach Ansprüchen 5 und 6, dadu rch gekennzeichnet, daß ein noch nicht gefülltes Mantelrohr eines Rohrheizkörpers in an sich bekannter Weise mit einer Nickelschicht versehen und unter Schutzgas geglüht wird, wobei sich eine metallischblanke Oberfläche ergibt und daß anschließend nach dem Füllen und Reduzieren des Rohres eine zweite Glühung in oxidierender Atmosphäre zwecks Erzielung der gleichmäßigen grün/grauen/braunschwarzen Oxidschicht vorgenommen wird.

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