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Haus- und Küchengeräte mit verschleißfester, antiadhäsiver
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Oberfläche Die Erfindung betrifft Haus- und Küchengeräte aus Aluminium
und Aluminiumlegierungen mit eloxierter Oberfläche. Hierzu gehören insbesondere
Pfannen und Kochtöpfe, die sowohl mechanisch widerstandsfähig als auch leicht zu
reinigen sind und sich somit für die Zubereitung von Speisen mit wenig Fett eignen.
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Bis vor wenigen Jahren waren die meisten Pfannen und Töpfe, die in
den Haushalten benutzt wurden, aus Gußeisen oder emailliertem Stahl. Da die Wärmeleitfähigkeit
dieser Materialien relativ schlecht ist, ist auch die Wärmeverteilung bei Verwendung
auf Gas- oder Elektroherden sehr ungleich.
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Um ein Festbrennen der Speisen in solchen Geräten zu vermeiden, muß
mit sehr viel Fett gearbeitet werden, und trotzdem sind örtliche Oberhitzungen kaum
vermeidbar.
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Dies erschwert noch zusätzlich die ohnehin sehr aufwendige Reinigung
solcher Geräte. Auch die unbeschichtete Aluminiumpfanne neigt wegen ungünstiger
Oberflächenspannung zum Anbacken.
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Es wurde deshalb als großer Fortschritt und wesentliche Erleichterung
der Benutzer empfunden, als es gelang, Leichtme-
tallgeräte mit
Materialien zu beschichten, die gute Antihafteigenschaften besitzen, z.B. mit Polytetrafluoräthylen
(siehe FR-PS 681.637). So konnten Geräte hergestellt werden, die relativ leicht
sind, eine gute Wärmeverteilung gewährleisten, spielend leicht zu reinigen sind
und mit denen man wirklich fettarm braten kann. Doch diese Antihaftbeschichtungen
waren insbesondere bei Zusammenwirken von Hitze und Fett mechanisch wenig widerstandsfähig,
so daß die Verwendung von Holz- bzw. Kunststoffspateln zum Braten bzw. Reinigen
empfohlen wurde.
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Es wurden seither große Anstrengungen unternommen, die mechanische
Widerstandsfähigkeit solcher Antihaftbeschichtungen zu erhöhen. Dies wurde im wesentlichen
auf zwei Wegen versucht: einmal durch eine rauhe, aus einzelnen harten Partikeln
bestehende Zwischenschicht, in deren Vertiefungen das Antihaftbeschichtungsmaterial
vor Beschädigungen besser geschützt ist; oder aber durch Verwendung eines 2- oder
gar 3-Schichtenaufbaus, wobei die oberste Schicht vorwiegend als Träger der Antihafteigenschaften
und die darunterliegende als widerstandsfähigere Schicht ausgebildet wurde; solche
Schichten sind jedoch nur auf aufgerauhtem, blankem Aluminium zu verankern. Trotz
dieser aufwendigen Maßnahmen ist auch heute noch die "Lebenserwartung" solcher Geräte
unbefriedigend.
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Es ist ferner bekannt, Aluminium-Geräte durch Harteloxieren mit sehr
verschleißfesten Schichten zu versehen, die schon in Schichtdicken von ca. 24 pm
praktische Anwendung, z.B.
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im Motorenbau, finden. Bei der Bildung der Schicht in Spezialelektrolyten
ergibt sich eine Zellenstruktur mit Porengrößen von 0,01 bis 0,05 um, die üblicherweise
durch "Nachverdichten" im Dampf- oder Heißwasserbad durch Bildung von Aluminiumoxidhydrat
in den Poren geschlossen werden.
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Es sind auch Bratpfannen aus Aluminium bekannt, deren Oberflächen
durch Hartanodisation verschleißfest gemacht wurden, die man aber nach jedem Spülvorgang
mit relativ viel Fett und Arbeitsaufwand wieder konditionieren muß, um ein Anhaften
des Bratgutes zu vermeiden.
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Ziel der Erfindung ist es nun, das geringe Gewicht, die ausgezeichnete
Wärmeverteilung und die guten Antihafteigenschaften der beschichteten Aluminiumpfanne
mit der Robustheit der unbeschichteten Ausführungen zu verbinden.
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Erfindungsgemäß werden nun Haus- und Küchengeräte aus Aluminium bzw.
Aluminiumlegierungen in an sich bekannter Weise mit einer Harteloxalschicht versehen,
die jedoch nicht auf übliche Weise nachverdichtet wird, sondern in deren Poren ein
Gemisch aus einem hitzebeständigen Kunstharz und einem darin eingebetteten Antihaftmaterial
eingelagert und dort ausgehärtet wird. Dazu wird auf die eloxierte, nicht nachverdichtete
und deshalb sehr saugfähige Oberfläche eine Dies in einer Lösung persion von niedermolekularem
Polytetrafluoräthylen/von Polyäthersulfon (PES) in einem geeigneten Lösungsmittel,
z.B.
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Dimethylformamid oder N-Methyl-Pyrrolidon, entweder durch Tauchen
oder durch Aufspritzen mittels Lackierspritzpistolen aufgetragen. Nach dem Abdunsten
der Lösungsmittel wird bei einer Temperatur zwischen 360 und 440 0C (Objekttemperatur)
20 bis 8 Minuten ausgehärtet.
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Während der Aushärtungsphase tritt eine gewisse Entmischung der Harze
ein, indem die Bindemittelkomponente (PES) sich am Untergrund anreichert und die
Antihaftkomponente (PTEE) aufschwimmt.
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Der Umstand, daß die verwendeten Harze praktisch farblos sind, ermöglicht
es, die beim Harteloxieren entstehenden Eigenfärbungen und das metallische Aussehen
der Teile unverändert zu erhalten. Eine sehr ansprechend dunkelbronzefarbene Ausführung
wird
beispielsweise erhalten bei der Verwendung der Legierung AlMg2, wobei diese Legierung
zudem eine sehr gute Beulfestigkeit der Geräte ergibt. Die Eloxierung ervorzugswelse
folgt/in einem Elektrolyten, der zwischen 200 und 250 g/l Maleinsäure und zwischen
10 und 15 g/l Schwefelsäure enthält. Die Spannung wird für etwa 10 Minuten bei etwa
30 V gehalten und dann auf 60 V gesteigert. Nach Erreichen einer Schichtdicke von
bevorzugt 25 bis 45 um wird gut gespült, zuletzt in voll entsalztem Wasser und dann
getrocknet. Die PTFE-PES-Zubereitung, die einen Anteil von ca.
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25 % PES und etwa 15 X PTFE enthält, wird so aufgespritzt, daß eben
ein nasser Film entsteht, der nach dem Auftrocknen gerade noch einen erkennbaren
milchigen Schimmer ergibt.
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Nach dem Einbrennen der Teile ist die Imprägnierung optisch nicht
mehr erkennbar und die Oberfläche fertig zum Gebrauch.
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Graue bis schwarze Oberflächen können auf die gleiche Weise erhalten
werden, wenn für die Herstellung der Teile AlMn-Legierungen verwendet werden.
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Zur möglichst objektiven Oberprüfung der Antihafteigenschaft wurde
ein Haushaltstest durchgeführt. Dieser Test hat sich zur Beurteilung von Antihaft-Backformen
eingebürgert. Dazu wird käufliche, standardisierte Trockenteigmasse für Mandelkuchen
ohne die sonst vorgesehene Beifügung von Fett mit der vorgeschriebenen Menge Wasser
angeteigt und daraus auf der Pfannenoberfläche 6-mal hintereinander bei 190 0C Plätzchen
gebacken. Sie lassen sich nach kurzem Abkühlen ohne Rückstand entfernen. Danach
wurden in derselben Pfanne eine Stunde lang Pfannkuchen gebacken und mit großen
eisernen Gabeln in der Pfanne in kleine Stücke zerrissen.
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Diese harte Kratzprobe bei gleichzeitiger Einwirkung von Hitze und
Fett hinterläßt keinerlei sichtbare Spuren auf einer erfindungsgemäß hergestellten
Pfanne. Nach sorgfältigem Spülen wird die Antihaftwirkung mit dem oben angeführten
Plätzchen-Backtest überprüft. Dabei lassen sich kleine Rück-
stände
ohne Schwierigkeiten durch Abschieben mit dem Finger entfernen. Dies bestätigt die
im Haushaltstest gewonnene Erkenntnis, daß solche antihaftimprägnierten Eloxalschichten
den mechanischen Belastungen des Gebrauchs ausgezeichnet gewachsen sind und trotzdem
eine gute Antihaftwirkung besitzen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert.
Es zeigen Fig. 1 Aluminium mit unverdichteter poröser und saugfähiger Eloxalschicht
(schematisch) Fig. 2 Aluminium mit harzimprägnierter Eloxalschicht (schematisch).
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In Fig. 1 ist das Grundmaterial 1 aus Aluminium mit einer Eloxalschicht
2 im Querschnitt dargestellt. Die Eloxalschicht 2 weist Poren 3 unterschiedlicher
Tiefe auf.
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In diese Poren ist gemäß Fig. 2 eine Harzimprägnierung 4 eingebracht.
Dadurch ist das Aluminium 1 mit der Eloxalschicht 2 nach außen durch die Harzimprägnierung
4 versiegelt.
L e e r s e i t e