DE3327476A1

DE3327476A1 - Kochgeschirr und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3327476A1
Application number: DE19833327476
Authority: DE
Inventors: Al S. 10583 Scarsdale N.Y. Rummelsburg
Original assignee: Kidde Consumer Durables Corp
Current assignee: Farberware Inc
Priority date: 1982-07-30
Filing date: 1983-07-29
Publication date: 1984-02-02
Also published as: NL8301958A; BE897418A; IT1170183B; GB2124474A; GB2124474B; FR2530982A1; IL67725A0; SE456895B; GR79598B; US4613070A; US4511077A; SE8304191L; DK54683A; NZ203053A; LU84938A1; JPS6355925B2; GB8301169D0; DK156941C; AT395521B; KR840003407A

Description

Kochgeschirr und Verfahren zu dessen Herstellung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Geschirrherstellung und ein Kochgeschirr gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 10.

Aluminiumplattiertes Geschirr ist bekannt» Das US-Patent 2 171 040 lehrt die Herstellung von mit Aluminium plattierten Edelstahlbändern, die dann zur Bildung des Kochgeräts geschnitten und tiefgezogen werden. Die Herstellung von plattiertem Geschirr gemaß dieses Patents macht es erforderlich, daß die gesamte äußere Oberfläche des Geräts von der Aluminiumschicht gebildet wird.

Das US-Patent 3 173 202 offenbart ein Gerät, bei dem nur die Bodenfläche des Geräts mit einer Aluminiumschicht plattiert ist. Das Patent 3 173 202 lehrt das Aufbringen eines Aluminimsprays auf 'die Bodenfläche

72- ^r "

des Edelstahlgeräts und das darauf-folgende Verbinden einer Aluminiumscheibe mit dem Aluminiumspray.

Die Vorrichtung zum Aufbringen des Aluminiumsprays ist teuer und laut. Im Hinblick auf den mit dieser Vorrichtung verbundenen Lärm sollte die Spraystation zum Schutz des Arbeiters schallgedämpft sein. Die Verwendung eines Aluminiumsprays erfordert zum Entfernen von zuviel Spray einen zusätzlichen Endbearbeitung sschritt. Bei der Erfindung geht es um das Problem, ein Edelstahlgerät mit einer nur mit der Bodenfläche des Geräts verbundenen Aluminiumscheibe herzustellen, ohne jedoch ein Aluminiumspray zu verwenden, wie durch das zuletzt erwähnte Patent gelehrt wird. Es hat sich herausgestellt, daß das Aluminiumspray weggelassen und gleichzeitig ein haltbareres Gerät mit einer gleichförmigeren Verbindung hergestellt werden kann, das zu-dem eine bessere Wärmeübertragung zur schnelleren Erwärmung von Lebensmitteln vorsieht. Es hat sich auch herausgestellt, daß das Gerät preiswerter bei steigender Produktion hergestellt werden kann. Um Aluminiumspray zu eliminieren hat es sich als erforderlich herausgestellt, das Erwärmungsverfahren zur Erwärmung der Scheibe und des Geräts zu ändern, die Erwärmungstemperatur nur für das Gerät zu ändern, den Druck zur Verbindung der Scheibe mit dem Gerät zu erhöhen und das Gerät und die Scheibe vorzugsweise getrennt zu erwärmen.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Aluminium-Edelstahlkochgeschirr zu schaffen, das mit einer erhöhten Rate mit verstärkter und für eine schnellere Erwärmung gleichförmigerer Haftfestigkeit hergestellt werden kann. Der Erfindung liegt weiterhin die

Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Geschirrherstellung verfügbar zu machen, bei dem kein Aluminiumspray verwendet wird und bei dem das Edelstahlgerät vor der Verbindung mit einer Aluminiumscheibe geformt wird.

Erfindungsgemäß sind zur.Lösung die im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 10 genannten Merkmale vorgesehen. Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung in vorteilhafter Weise weiterbilden, sind in den entsprechend rückbezogenen Ansprüchen enthalten.

Bei der Erfindung geht es somit um ein Edelstahlgerät mit einer Bodenwandung, die durch einen gekrümmten Abschnitt mit einer aufrechtstehenden Seitenwandung verbunden ist. Eine Aluminiumscheibe ist direkt mit der Bodenwandung und dem gekrümmten Abschnitt verbunden. Die Verbindung ist durch eine gezackte Grenzfläche gekennzeichnet. Die Scheibe ist an ihrem Umfang dünner und endet dort, wo sich die Seitenwandung an den gekrümmten Abschnitt anschließt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Geschirrherstellung wird eine Oberfläche eines Edelstahlgeräts und einer Aluminiumscheibe gereinigt. Die Scheibe und das Gerät werden getrennt unter Vermeidung von überhitzten Stellen erwärmt, bis die Temperatur des Geräts bzw. der Pfanne etwa 425 - 650° C beträgt, während die Temperatur der Scheibe etwa bei 260 - 400° C liegt. Darauffolgend wird die Scheibe über der Bodenwandung des Geräts angeordnet. In einer Presse wird Druck auf die Scheibe und die Bodenwandung des Geräts ausgeübt, um die Scheibe direkt mit der Bodenwandung zu verbinden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit in vorteilhafter Weise die unterschiedlichen Erweichungstemperaturen von Aluminium und Edelstahl ausgenutzt.

5 Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind auch in den übrigen Ansprüchen und dem nachfolgenden Beschreibungsteil enthalten, in dem die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen: 10

Fig. 1 Ein Blockdiagramm der Verfahrensschritte gemäß des Verfahrens nach der Erfindung; Fig. 2 ein Schnitt durch ein gemäß der Erfindung

hergestelltes Geschirr;

Fig. 3 eine vergrößerte Detailansicht des Geräts und der Scheibe unmittelbar vor dem Aufbringen von Druck zur Vornahme einer Verbindung;

eine vergrößerte Detailansicht der Grenzfläche, wie in Fig. 2 angedeutet;

eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Ausführung der Erfindung;

eine Draufsicht auf die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung;

Fig. 7 eine Seitenansicht der Vorrichtung von der

in Fig. 5 dargestellten gegenüberliegenden Seite;

einen Schnitt entlang der Schnittlinie 8-8 in Fig. 5;

Fig. 9 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 9-9

in Fig. 5; und

einen Schnitt entlang der Schnittlinie 10-10 in Fig. 5.

Im Einzelnen ist bei den Zeichnungen, in denen gleiche

Fig.	4
Fig..	5
Fig.	6
Fig.	7
Fig.	8
Fig.	9
Fig.	10

-tr---

Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen, in Fig. ein Geschirr gemäß der Erfindung dargestellt, das allgemein mit 10 bezeichnet ist. In Fig. 1 ist ein Blockdiagramm der Folge von Hauptschritten bei der Herstellung des Geschirrs 10 gezeigt. Das Geschirr 10 weist ein Edelstahlgerät 12 mit einer Aluminiumscheibe 14 auf, die mit der Bodenwandung verbunden ist. Der Gerät 12 kann irgendeine übliche Gerätform besitzen und braucht nicht, wie dargestellt, eine Bratpfanne zu sein. Die Aluminiümscheibe 14 bedeckt die Bodenwandung der Pfanne 12 und den gekrümmten Abschnitt 16, an dem die Bodenwandung des Geräts mit der aufrechtstehenden Seitenwandung zusammentrifft. Die Aluminiümscheibe 14 ist direkt mit der Bodenwandung des Geräts 12 mit einer gezackten Grenzfläche 18, wie in Fig. 4 gezeigt, verbunden. Die Zakken besitzen eine Wellenlänge von etwa 5 bis 15 um und eine Tiefe von etwa 1 um und verkeilen aufgrund ihrer Form die Aluminiumscheibe mit dem Gerät. Die Scheibe und die Bodenwandung des Geräts sind in der Mitte leicht konkav.

Die Aluminiumscheibe 14 ist vorzugsweise eine Aluminiummischung des Typs 1100-0. Das Edelstahlgerät besteht aus einem Stahl der Serie 200 oder 300 und ist vorzugsweise vom Typ 201. Man ist der Auffassung, daß die chemische Verarbeitung des Edelstahls die Zackigkeit bzw. die Oberflächenrauigkeit am erheblichsten bestimmt, wobei die thermische und mechanisehe Bearbeitung die Größe und die Mustergeometrie der Rauigkeiten bzw. Zacken einstellen. Der Zackenabstand korrespondiert mit der Korngröße und wird durch Korngrenzensäureatzung erzielt. Die geätzte Stahloberfläche ist in dreierlei Hinsicht wirksam.

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Sie schafft eine genutete Oberfläche, in die das Aluminium gedrückt werden kann, um dadurch die beiden Metalle miteinander zu verkeilen. Sie sorgt für eine Verbindungsfläche, die relativ oxydfrei ist. Sie 5 schafft auch eine Oberfläche mit einem hohen Reibungskoeffizienten, die den seitlichen Fluß des Aluminiums während des Verbindens einschränkt.

Der Edelstahl 201 wird vorzugsweise in der Metallfabrik etwa 35 - 40 Minuten pro 25,4 mm Metalldicke mittels Luft spannungsfrei geglüht, um eine Korngröße von etwa 5-15 ^m zu erzielen, dann elektrolytisch in kaltem 12 %igem H₃SO₄ gebeizt, danach an den Korngrenzen in kaltem 10-12 % HNO₃, 1 % HF geätzt. Die bevorzugte Korngröße beträgt 7 um.

Die Dicke des Aluminiums ändert sich mit dem Durchmesser des Gerätes. Bei einem Edelstahlgerät mit einem Durchmesser von weniger als 20 cm beträgt die Dicke der Aluminiumscheibe etwa 23 mm. Wenn das Gerät einen größeren Durchmesser als etwa 20 cm aufweist, besitzt die Aluminiumscheibe eine Dicke von etwa 50 mm. Ohne Rücksicht auf den Durchmesser des Gerätes besitzt sie eine Wanddicke von etwa 6 mm. Es hat sich herausgestellt, daß nach der Erfindung hergestelltes Geschirr zwischen dem Edelstahlgerät und der Aluminiumscheibe eine Haftfestigkeit besitzt, die annäherend doppelt so groß wie die Haftfestigkeit ist, die bei dem Geschirr erreicht wird, das gemäß dem US-Patent 3 173 hergestellt worden ist.

In den Fig. 5-10 ist eine Ausbildungsform einer Vorrichtung zur Ausführung der Erfindung dargestellt. Ein Rahmen 20 trägteine Steuereinheit mit Schaltern, Ein-Stellscheiben, Meßgeräten, etc..

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Eine Plattform 22 auf dem Rahmen 20 trägt einen um eine Vertikalachse drehbaren Tisch 24. An zwei Stellen des Tisches 24 hängen von diesem Wellen 26 und herab. Die Wellen 26, 28 liegen einander diametral gegenüber, siehe Fig. 8 und 10. Jede Welle ist nach unten federverspannt und an seinem oberen Ende mit einem Pfannenhalter verbunden. Somit ist die Welle mit dem Pfannenhalter 30 und die Welle 26 mit dem Pfannenhalter 32 verbunden. Bei der in Fig. 10 dargestellten Stellung liegt der Pfannenhalter 30 unterhalb eines Induktionsheizgeräts 34, das eine Temperatur in dem Bereich von etwa 537,7 bis 648,8° C (1000 - 1200° F) aufweist und vorzugsweise auf 593,3° (1100° F) eingestellt ist.

Ein Zylinder 36 ist direkt unterhalb der Welle 28 vorgesehen, wenn sich die Welle 28 in der in Fig. 10 dargestellten Stellung befindet. Eine dem Zylinder zugeordnete Kolbenstange ist durch Flüssigkeitsdruck nach oben bewegbar und vermag dadurch den Pfannenhalter 30 aus der mit ausgezogenen Linien dargestellten Stellung in die ähnlich in Fig. 10 dargestellte gestrichelte Stellung anzuheben. Wenn sich der Pfannenhalter 30 in der gestrichelt dargestellten Stellung 10 befindet, wird ein dadurch gehaltenes Gerät durch die Induktionsheizeinrichtung 34 erwärmt. Vor dem Erwärmen wird das Gerät gereinigt, um Fett und Fremdkörper zu entfernen.

Ein elektrischer Motor 38 wird von dem Tisch 24 zur gemeinsamen Bewegung mit diesem gehalten. Der Ausgang des Motors 38 ist mittels einer Nutenwelle 39 mit einem Zahnrad 41 auf der Welle 28 verbunden. Wenn der Zylinder 36 zum Anheben des Pfannenhalters 30 in Betrieb gesetzt wird, wird der Motor 38

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zum Drehen des Pfannenhalters erregt. Die Drehung einer von dem Pfannenhalter 30 gehaltenen Pfanne während des Induktionserwärmens verhindert überhitzte Stellen. Der Außenrand des Tisches 24 weist ein Zahnrad 44 auf, das mit einem Ritzel 42 in Eingriff ist. Das Ritzel 4 2 wird von dem elektrischen Motor 44 angetrieben, der seinerseits von der Plattform 22 gehalten wird. Der Motor 40 wird intermittierend in Betrieb gesetzt, um den Tisch 24 und die Pfannenhalter 30, 32 zu drehen, wenn der Zylinder 36 außer Betrieb ist und der Pfannenhalter 30 aus der in Fig. 10 gezeigten gestrichelten Stellung in die mit ausgezogenen Linien dargestellte Stellung zurückgekehrt ist.

Wie am links-seitigen Ende von Fig. 5 gezeigt, ist eine Scheibenzufuhrexnrichtung vorgesehen, die allgemein mit 46 bezeichnet ist. Die Scheibenzuführeinrichtung weist mehrere aufrechtlstehende Zylinderständer48 auf, die einen Halter für einen Stapel aus Aluminiumscheiben 50 bilden, der zum Entfernen von Fett und Fremdkörpern gereinigt worden ist. Ein nicht dargestellter Träger hält die oberste Scheibe 50 in einer konstanten Höhe. Eine Saugglocke 52 ist über eine Leitung mit einer nicht dargestellten Saugquelle verbunden und wird mit einem horizontal angeordneten Arm 4 9 gehalten, der sich von der Kolbenstange 54 erstreckt. Die Kolbenstange 54 ist mit einem Kolben innerhalb des Zylinders 56 verbunden. Der Zylinder 56 kann um seine Längsachse durch den Zylinder 58 hin- und herbewegt werden, der mit diesem über den Schäkel 60 verbunden ist. Eine derartige Hin- und Herbewegung des Zylinders 56 erleichtert die Bewegung des Arms 59 aus der in Fig. 6 mit ausgezogenen Linien dargestellten Stellung zu der gestrichelt dargestellten

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Stellung.

Wenn der Arm 49 in der in Fig. 6 dargestellten gestrichelten Stellung ist, befindet sich die Saugglocke 52 direkt oberhalb einer schrägen Rutsche 62. Eine von der Saugglocke 52 gehaltene Scheibe 50 kann auf die Rutsche 62 fallengelassen werden, von wo sie nach unten zu einem ersten Begrenzungsanschlag 63 gleitet. Wenn der Begrenzungsanschlag 63 gelöst wird, wird die Scheibe durch den Begrenzungsanschlag 65 angehalten, um dadurch die Scheibe 50 unmittelbar unter der Induktionsheizvorrichtung 64 zu placieren, siehe Fig. 6.

Die Scheibenzuführeinrichtung 46 und die Begrenzungsanschläge sind mit der Bewegung des Tisches 24 synchronisiert. Ein Gerät, das auf dem Halter 30 induktiv erwärmt worden ist, wird zu einer Stellung direkt unterhalb der von den Fingern 67 gehaltenen erwärmten Scheibe 50 geschwenkt. Ein Microschalter für die Spulen 69 wird durch den Tisch 24 ausgelöst. Danach werden die Haltefinger 37 für die Scheibe 50 von den Spulen 69 zurückgezogen,und die Scheibe 50 kann eine kleine Strecke direkt auf die Oberseite des Gerätes 12 . fallen. Aus Sicherheitsgründen ist ein Drahtschutz 6 6 vorgesehen.

Sobald die Scheibe 50 auf der Oberseite der Bodenwandung des Gerätes 12 landet, steigt die Temperatur der Scheibe 50 auf etwa 427° C (800° F) . Der erreichte Vorteil besteht darin, daß die Scheibe von dem Gerät gehalten wird, ehe sie eine Temperatur von etwa 427° C erreicht, da die Scheibe bei dieser Temperatur zu plastisch für eine Handhabung ist. Die Scheibe und das Gerät werden unverzüglich von einer Bedienungsperson

entfernt und auf den Amboß 70 der Presse 68 placiert, der in der Nähe angeordnet ist. Danach senkt sich der Druckstempel 72 herab und verformt die Scheibe 50 und verbindet diese in einem 0,5 - 2 s 5 dauernden Stoß unter einem Druck von etwa 34 4,75 bar (5000 psi), um dadurch das wie in Fig. 2 gezeigte Geschirr herzustellen. Die metallurgische Verbindung ist durch das Ine inander diffundier en mit einer dünnen Legierungsschicht an die gegenüberliegenden Seiten der Grenzfläche gekennzeichnet, die ungleichförmige Zacken aufweist.

Danach wird das Geschirr in üblicher Weise mit Luft gekühlt. Endbearbeitungsschritte sind eliminiert oder auf ein Minimum zurückgeführt. Bei Bedarf kann die Aluminiumoberfläche zur "Kosmetik"¹ einer abschliessenden Bearbeitung unterzogen werden, um ein Aussehen wie gebürstetes Metall vorzusehen. Der Zeitzyklus der Erfindung führt zu einer größeren Produktion. Die Verwendung eines Gaserhitzers gemäß des Standes der Technik benötigt eine Aufheizzeit von etwa 20 Minuten. Der Induktionserwärmungsschritt erfordert nur etwa 15 s.

Im Gegensatz zum Stand der Technik macht sich die Erfindung eine gesteuerte Korngrenzenätzung des Stahls zunutze, um ein zufälliges Muster von nahbeabstandeten Zacken oder Kanälen zu schaffen, in welche das weichere Aluminium während des Verbindungsprozesses eingedrückt wird. Die örtliche Bewegung des Aluminiums reicht aus, um den adsorbierten Sauerstoff oder Oxydfilm zu durchbrechen, um dadurch eine starke Verbindung zu erleichtern, die haltbar und porenfrei ist. Ein Abtrenntest führte zu einem Verformungsbruch des Aluminiums statt einer Trennung an der Grenzfläche. Es wird eine stärkere Metall-Metall-Verbindung ohne eine bedeutende Verringerung der Dicke oder seitlichen Fluß der Aluminiumscheibe erreicht.

Leerseite

Claims

ί. I Hi I \J Kochgeschirr und Verfahren zu dessen Herstellung Patentansprüche

1. Verfahren zur Geschirrherstellung, bei dem eine Oberfläche eines Edelstahlgeräts und einer Metallscheibe, die weicher als Stahl ist, gereinigt wird, das Gerät erwärmt wird und die Scheibe mit dem Gerät verbunden wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Gerät (12, 70) und die Scheibe (14, 50) getrennt unter Vermeidung von überhitzten Stellen erwärmt werden, bis die Temperatur des Gerätes etwa zwischen 425 - 650° C und die Tempera-

tür der Scheibe etwa zwischen 260 - 400° C liegt,

daß die erhitzte Scheibe (14, 50) mit ihrer gereinigten Oberfläche über der gereinigten Oberfläche des Gerätes (12, 70) liegend und in unmittelbarem Kontakt mit dieser angeordnet wird; und

daß die Oberflächen unter Aufbringen von Druck auf die erhitzte Scheibe und das Gerät direkt miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,

daß bei dem Verfahrensschritt zur Erwärmung des Gerätes (12, 70) Wärme nur auf die Bodenwandung des Gerätes aufgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Scheiben mechanisch einer Station zugeführt werden,in der die Scheibe erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet ,

daß in dem Positionierschritt die erwärmte Scheibe (14, 50) nach unten auf die obere Seite der erwärmten Bodenwandung des Gerätes (12, 70) fallengelassen wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß bei dem Verfahrensschritt zur Erwärmung das Erwärmen der Bodenwandung des Gerätes (12, 70) auf eine Temperatur von etwa 593,3° C und das Wärmen der Scheibe (14, 50) auf eine Temperatur von etwa 315,5 bis 371,3° C unter Verwendung separater Induktionsheiζvorrichtungen (34, 64) für die Scheibe und das Gerät vorgesehen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet ,

daß das Gerät (12, 70) beim Erwärmen gedreht wird.
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6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindung durch ein einmaliges Aufbringen von Druck, das weniger als 2 s währt, erzielt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das weichere Metall Aluminium ist, dadurch
gekennzeichnet ,

daß das Aluminium in die Zacken des Edelstahls beim Aufbringen des Drucks gepreßt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperatur der Scheibe (14, 50) durch Halten der Scheibe auf dem Gerät (12, 70) auf etwa 427° C vor dem Verfahrensschritt zur Verbindung erhöht wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

a) Ätzen des Stahls vor dem Formen des Gerätes auf einstellbar unterätzte Korngrenzen;

b) Halten der aus Aluminium hergestellten Scheibe auf dem Stahlteil in einer Presse mit direktem Kontakt der Oberflächen und bei einer Temperatur von etwa 371,1 bis 510° C, während ein Stoß mit einem bewegbaren Werkzeug (72) aufgebracht wird, das das Aluminium berührt und die Aluminiumoberfläche in die unterätzten Korngrenzen drückt.

10. Kochgeschirr, hergestellt gemäß Anspruch 1, mit einem Edelstahlgerät, das eine Bodenwandung besitzt, die über einen gekrümmten Abschnitt mit einer aufrechtstehenden Seitenwandung verbunden 5 ist, dadurch

gekennzeichnet , daß die Scheibe (14, 50) metallurgisch direkt mit der Bodenwandung und dem gekrümmten Abschnitt über eine gezackte keilartige Grenzfläche verbunden ist, wobei die Scheibe an ihrem Außenrand dünner ist und wobei der dünnere Außenrand der Scheibe aufliegt und endet, wo sich die Seitenwandung an den gekrümmten Abschnitt anschließt.

11. Kochgeschirr gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet

durch eine Aluminium-Edelstahl-Legierung an den gegenüberliegenden Seiten der Grenzfläche.

12. Kochgeschirr nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet ,

daß die gezackte Grenzfläche durch Zacken in der Bodenwandung des Edelstahlgeräts (12, 70) gebildet ist.

13. Kochgeschirr nach Anspruch 12, dadurch gekennze ichnet ,

daß die Zacken durch geätzte Korngrenzen gebildet sind, wobei sie über die gesamte Kontaktfläche des Stahlgerätes (12, 70) und der Aluminiumscheibe (14, 50) eine Korngröße von 5 bis 15 um aufweisen.