Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von
Haushaltsgegenständen mit einer Antihaftschicht, bei dem eine
Oberfläche des Haushaltsgegenstands im Plasmasprühverfahren
mit einer Hartstoffschicht in mehreren Lagen übereinander
unter Verwendung unterschiedlicher Hartstoffpulver
versehen und alsdann die Hartstoffschicht mit einer Antihaftschicht
versehen wird.
Die Erfindung betrifft ferner einen nach dem vorstehend genannten
Verfahren hergestellten Haushaltsgegenstand.
Ein Verfahren und ein Haushaltsgegenstand der vorstehend
genannten Art sind aus der GB-PS 944 836 bekannt.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung von "Haushaltsgegenstand"
die Rede ist, so soll hierunter jedweder Haushaltsgegenstand
verstanden werden, der im Betrieb einer mechanischen
Belastung, insbesondere einer Kratz- oder Schnittbelastung
ausgesetzt ist. Ein Beispiel hierfür sind Bratpfannen, deren
Bratoberfläche beim Wenden oder Zerschneiden des Bratgutes
einer mechanischen Belastung durch metallische Bratenheber
bzw. Bratenwender oder Messer ausgesetzt ist. Entsprechendes
gilt für Töpfe, Kasserollen, Backformen, Backbleche und dgl.
Als weitere Beispiele können Bügeleisen genannt werden, deren
Sohlen beim Bügeln einer mechanischen Belastung ausgesetzt
werden, wenn über Knöpfe, Reißverschlüsse, Nieten und dgl.
hinweggebügelt wird. Weitere Haushaltsgegenstände der hier
interessierenden Art sind Koch-, Heiz- oder Warmhalteplatten,
auf die Töpfe, Pfannen oder Kannen aufgesetzt werden und die
daher einer erheblichen Abriebbelastung ausgesetzt sind sowie
Auskleidungen von Backöfen oder Grills, an denen sich Fettspritzer
ablagern, die nur unter Schwierigkeiten mit aggressiven
Chemikalien (Backofensprays) oder unter erheblicher mechanischer
Belastung entfernt werden können.
Es versteht sich jedoch, daß die vorstehende Aufzählung nicht
vollständig ist, sondern daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung
unter "Haushaltsgegenstand" jedweder Art von in Haushalt und
Gewerbe verwendeten Gegenständen zu verstehen ist, die in der
beispielhaft genannten Weise mechanischen Belastungen ausgesetzt
sind.
In der eingangs genannten GB-PS 944 836 ist ein Verfahren zum
Beschichten von Bratpfannen beschrieben, bei dem auf die
sandgestrahlte metallische Oberfläche der Bratpfanne durch
Flammspritzen nacheinander zwei Schichten aufgebracht werden.
Die erste Schicht besteht aus Nickel und Chromoxid und wird
in drei Durchgängen mit einer Dicke von je 25,4 µ aufgetragen,
so daß die erste Schicht insgesamt ca. 76 µ dick ist. Die
zweite Schicht besteht aus Aluminiumoxid und wird in vier
Durchgängen zu je 25,4 µ Dicke aufgetragen, was eine Gesamtdicke
der zweiten Schicht von etwa 100 µ ergibt. Beide Schichten
zusammen sind somit etwa 176 µ dick.
Auf diese Oxidschicht wird alsdann eine Schicht aus Polyfluorkohlenstoff
mit einer Dicke von etwa 25 µ aufgebracht und
diese Schicht wird dann bei etwa 385°C ausgehärtet.
Aus der DE-OS 36 04 762 ist bekannt, eine Bratfläche einer
Bratpfanne oder eine Sohle eines Bügeleisens, d. h. eine im
Urzustand metallische Oberfläche zunächst mit einer Haftgrundschicht,
beispielsweise einer Nickel-Aluminium-Schicht oder
einer Chrom-Nickel-Schicht zu versehen und alsdann auf diese
Haftgrundschicht im Plasmasprühverfahren eine keramische
Hartstoffschicht aufzubringen, die beispielsweise aus Aluminiumoxid
oder aus Aluminiumoxid + Titanoxid oder einem anderen
aus der Plasmasprühtechnik bekannten Material besteht.
Bei dem bekannten Verfahren bzw. dem bekannten Haushaltsgegenstand
ist die Dicke der Antihaftschicht so gewählt, daß diese
Schicht, in mikroskopischer Betrachtungsweise, die Täler
zwischen den Spitzen der aufgesprühten Keramikkörner ausfüllt
und die Spitzen dieser Körner ebenfalls von einer dünnen
Antihaftschicht überdeckt sind. Die makroskopische Härte der
so gebildeten Schicht liegt in der Größenordnung der Härte
von Korund, d. h. bei ca. 9 Mohs. Dies liegt offensichtlich
daran, daß bei Belastung der Oberfläche mit einem metallischen
Gegenstand die Spitzen der Hartstoffkörner die Härte der Schicht
bestimmen, während hinsichtlich der Antihafteigenschaften die
in den Tälern zwischen den Spitzen eingebrachte Antihaftsubstanz
die Gleiteigenschaften bestimmt. Praktische Versuche mit
Haushaltsgegenständen der vorstehend genannten Art haben
gezeigt, daß selbst bei einer Größenordnung von 100.000 Lastspielen
mit einer metallischen Schneide und einer Schneidenlast
von 5 N die Antihafteigenschaften vollkommen erhalten blieben.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß nach dem bekannten Verfahren
hergestellte Haushaltsgegenstände unter optischen Gesichtspunkten
nicht immer befriedigend sind, weil sich insbesondere
bei Überhitzung des Haushaltsgegenstandes Flecken in der
Oberfläche bilden können, die offenbar darauf zurückzuführen
sind, daß sich Fett oder dgl. in der Keramikschicht einlagert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und einen Haushaltsgegenstand der eingangs genannten Art
dahingehend weiterzubilden, daß die optische Qualität der
Oberfläche erhalten bleibt und gleichzeitig die Belastbarkeit
der Schicht noch weiter erhöht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Hartstoffschicht in mehreren Lagen übereinander unter Verwendung
unterschiedlicher Hartstoffpulver aufgebracht wird, wobei die
Korngröße der verwendeten Hartstoffpulver von der Oberfläche
nach oben zunimmt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese
Weise vollkommen gelöst, weil die weiter oben liegenden Hartstofflagen
mit relativ großer Korngröße verhältnismäßig viel
Zwischenraum zwischen den Körnern aufweisen, so daß eine
Antihaftsubstanz, beispielsweise ein in Lackform aufgebrachtes
Polytetrafluoräthylen dort besonders gut haften kann, weil
diese Substanz sich auch in den Hinterschneidungen der Körner
festsetzt. Ein Eindringen in die unteren Bereiche der Hartstoffschicht
wird hingegen durch die immer kleiner werdenden
Körner verhindert. Die Korngröße im Übergangsbereich zur
metallischen Oberfläche des Haushaltsgegenstandes oder zu
einer ggf. zwischengeschalteten als Haftvermittler dienenden
Haftgrundschicht wird hingegen verbessert, weil die Korngröße
in der gleichen Größenordnung liegt und sich daher die Schichten
infolge der etwa übereinstimmenden Korngröße bestmöglich
miteinander verzahnen können.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden vier
Lagen von Hartstoffpulver übereinander aufgebracht.
Diese Maßnahme hat sich in praktischen Versuchen als optimaler
Kompromiß zwischen technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten
erwiesen.
Besonders bevorzugt ist bei diesem Ausführungsbeispiel, wenn
die Dicke der Lagen jeweils zwischen 5 µ und 40 µ, vorzugsweise
bei 15 µ liegt, so daß die Hartstoffschicht insgesamt vorzugsweise
ca. 60 µ dick ist. Die Korngröße des feinsten verwendeten
Hartstoffpulvers liegt vorzugsweise dabei zwischen
5 µ und 20 µ, während die des gröbsten verwendeten Hartstoffpulvers
zwischen 5,6 µ und 40 µ beträgt. Die vorstehenden
Zahlenangaben für die Korngrößen betreffen die üblichen Zahlenangaben,
die den Wertebereich der Gauß′schen Verteilung
der Korngrößen in einem Pulvergemenge angibt. Bei einem Pulvergemenge
mit Korngrößen zwischen 5 µ und 20 µ liegen z. B. etwa
70% der Substanz in der Größenordnung von 12 µ, während bei
der zweitgenannten Pulverart mit Korngrößen zwischen 5,6 µ
und 40 µ etwa 70% der Substanz einer Korngröße von 20 µ
aufweisen. Diese Korngrößen gelten für den Rohzustand, d. h.
für das Pulver vor dem Plasmaspritzen.
Bei weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung
wird vor dem Aufbringen der Hartstoffschicht eine Haftgrundschicht
als Haftvermittler aufgebracht und zwar bevorzugt in
einer Dicke zwischen 1 µ und 10 µ, insbesondere mit einer
Dicke von weniger als 10 µ.
Diese Haftgrundschicht wirkt als Haftvermittler und erhöht
die Haftung des gesamten Schichtaufbaus auf der Oberfläche
des Haushaltsgegenstandes beträchtlich.
Besonders bevorzugt ist eine Variante der Erfindung, bei der
nach dem Aufbringen der mehreren Lagen zunächst ein dünnflüssiger
Einbrennlack und alsdann ein Antihaftlack aufgebracht
wird.
Diese Maßnahme hat den wesentlichen Vorteil, daß der dünnflüssige
Einbrennlack bis in die Kapillaren des feinsten
Hartstoffpulvers im Übergang zur metallischen Oberfläche des
Haushaltsgegenstandes oder zur Haftgrundschicht eindringen
kann. Die keramische Hartstoffschicht wird auf diese Weise
bis in ihren Grund hinein vollkommen versiegelt, so daß auch
beim Langzeitgebrauch und auch beim Überhitzen des Haushaltsgegenstandes
keine Fremdstoffe, insbesondere kein Fett und
dgl. mehr in die unteren Bereiche der Hartstoffschicht vordringen
kann. Eine Verfärbung der Beschichtung des Haushaltsgegenstandes
wird auf diese Weise mit Sicherheit vermieden,
so daß auch unter ästhetischen Gesichtspunkten beim Langzeitgebrauch
derart beschichteter Haushaltsgegenstände keine
Nachteile eintreten.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der
beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend
erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen
Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendet werden können, ohne den Rahmen
der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise aufgebrochen und
vergrößert, einer Bratpfanne als Beispiel für
einen erfindungsgemäßen Haushaltsgegenstand;
Fig. 2 eine stark schematisierte Ansicht einer erfindungsgemäßen
Anlage zum Beschichten von Haushaltsgegenständen;
Fig. 3 in stark vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch
eine erfindungsgemäß aufgebrachte Beschichtung,
in vier verschiedenen Stufen des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt eine Bratpfanne, die als
Beispiel für einen erfindungsgemäßen Haushaltsgegenstand im
folgenden erläutert werden soll. Es wurde bereits erwähnt,
daß dies nur beispielhaft zu verstehen ist und daß im Rahmen
der vorliegenden Erfindung unter "Haushaltsgegenstand" auch
Töpfe, Kasserollen, Backformen, Bügeleisen, Herdplatten, Warmhalteplatten,
Backofenauskleidungen, Grillauskleidungen und
dgl. verstanden werden können.
Die Bratpfanne 10 weist einen Pfannenkörper 11 und einen
Stiel 12 auf. Der Pfannenkörper 11 kann aus Metall, beispielsweise
Stahl, Gußeisen oder Gußaluminium bestehen, im Rahmen
der vorliegenden Erfindung können jedoch auch Haushaltsgegenstände,
beispielsweise Pfannenkörper, aus Keramik, Glas und
dgl. verwendet werden.
Der Pfannenkörper 11 weist einen ebenen Boden 13 mit einer
oberen Oberfläche 14 auf, die beim Beispiel der Bratpfanne
10 die Bratoberfläche ist.
Der Boden 13 besteht, wie man der vergrößerten Ausschnittsdarstellung
in Fig. 1 entnehmen kann, aus einem metallischen
Grundkörper 15, der zunächst mit einer Haftgrundschicht 16
versehen ist. Die Haftgrundschicht 16 kann eine Nickel-Aluminium-Schicht
oder eine Chrom-Nickel-Schicht oder dgl. sein,
wie dies aus der Technik der Plasmabeschichtungen für Haftvermittlungsschichten
an sich bekannt ist. Die Haftgrundschicht
ist vorzugsweise zwischen 2 µ und 20 µ dick, insbesondere
dünner als 10 µ.
Auf der Haftgrundschicht 16 befinden sich übereinander vier
Lagen 20, 21, 22, 23 einer Hartstoffschicht, insbesondere einer
Keramikschicht, die vorzugsweise aus Aluminiumoxid oder einer
Mischung aus Aluminiumoxid und Titanoxid bestehen kann.
Die vier Lagen 20 bis 23 der Hartstoffschicht sind mit zwei
übereinander angeordneten Lagen 24, 25 einer Antihaftschicht
versehen, von denen die obere Lage 25 vorzugsweise auf Polytetrafluoräthylen
(PTFE)-Basis hergestellt wurde.
Fig. 2 zeigt in stark schematisierter Weise eine Beschichtungsanlage,
bestehend aus einem Förderband 30, auf dem die
Bratpfannen 10 in Richtung eines Pfeiles 31 gefördert werden.
Die Bratpfannen 10 gelangen auf das Förderband 30 in einen
Zustand, in dem der metallische Grundkörper 15 vorzugsweise
bereits durch Sandstrahlen aufgerauht und durch geeignete
Lösungsmittel oder Wärmebehandlung entfettet wurde. Die Bratpfannen
10 gelangen in diesem Zustand zunächst in den Arbeitsbereich
einer ersten Plasma-Beschichtungs-Station 32, und dann
in Arbeitsbereiche einer zweiten, dritten, vierten und fünften
Plasma-Beschichtungs-Station 33, 34, 35, 36. Von dort laufen
die Bratpfannen 10 an einer ersten Belackungsstation 37 und
einer zweiten Belackungsstation 38 vorbei, ehe sie in den
Bereich einer Heizstation 39 gelangen. Nach dem Durchlaufen
der Heizstation 39 werden die Bratpfannen 10 vom Förderband
30 abgenommen.
In der ersten Plasma-Beschichtungs-Station 32 wird die Haftgrundschicht
15 (sofern eine solche vorgesehen ist) aufgebracht.
Hierzu wird ein metallisches Pulver 50, beispielsweise eine
Nickel-Aluminium-Mischung oder Legierung oder eine Chrom-Nickel-Mischung
bzw. Legierung mittels der ersten Plasma-Beschichtungsstation
32 auf die sandgestrahlte und entfettete Oberfläche
des metallischen Grundkörpers 15 aufgebracht.
In der zweiten Plasma-Beschichtungs-Station 33 wird ein erstes
Hartstoffpulver 51 von verhältnismäßig geringer Korngröße
aufgebracht. Die Korngröße liegt vorzugsweise im Bereich
zwischen 5 µ und 20 µ. Hierunter versteht man in der Praxis
ein Pulver, dessen Korngröße in der Gauß′schen Verteilung
zwischen 5 µ und 20 µ variiert, wobei in der Praxis ca. 70%
der Pulvermasse eine Korngröße von etwa 12 µ aufweisen. Diese
Maße im Rohzustand verändern sich entsprechend, wenn das
Hartstoffpulver in den Lichtbogen der zweiten Plasma-Beschichtungsstation
33 gelangt, weil dort das keramische Pulver eine
teigige Konsistenz annimmt und in dieser teigigen Konsistenz
auf die Haftgrundschicht 16 aufgespritzt wird. Beim Auftreffen
auf die Haftgrundschicht 16 verbreitert sich das "Korn", indem
es seitlich ausfließt, so daß die Dicke des später wieder
erstarrenden Korns in Flugrichtung wesentlich kleiner als in
Richtungen senkrecht dazu ist.
In der dritten, vierten und fünften Plasma-Beschichtungsstation
34, 35, 36 werden dann weitere Keramikpulver 52, 53, 54 in
entsprechender Weise aufgesprüht, wobei die Korngröße kontinuierlich
zunimmt, z. B. von dem erwähnten Bereich zwischen
5 µ und 20 µ zunächst in einen Bereich zwischen 5,6 µ und
22,5 µ mit einem 70%-Maximum bei 14 µ schließlich bishin zu
einer Korngröße zwischen 5,6 µ und 40 µ mit einem 70%-Maximum
bei etwa 20 µ Korngröße.
Es versteht sich, daß diese Korngrößen-Maßangaben nur illustrierend
zu verstehen sind und daß selbstverständlich Abweichungen
nach oben und unten möglich sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
Während die Haftgrundschicht nur verhältnismäßig dünn mit
einer Dicke von vorzugsweise unter 10 µ aufgebracht wird,
können die Hartstoffschichten mittels der Beschichtungsstationen
33 bis 36 nahezu gleich dick aufgebracht werden und zwar jeweils
vorzugsweise 15 µ dick, so daß die gesamte Hartstoffschicht
eine Dicke von 60 µ aufweist. Auch hier sind selbstverständlich
Variationen möglich, ohne daß dies den Rahmen der vorliegenden
Erfindung verläßt.
Die in dieser Weise aufgebrachte und beispielsweise 60 µ dicke
Hartstoffschicht ist ein poröses Gebilde, an dessen Oberfläche
die dicksten Körner mit der weiter oben geschilderten Verbreiterung
in seitlicher Richtung anzutreffen sind.
In der ersten Belackungsstation 37 wird nun ein erster Lack
55 auf die poröse Keramikschicht aufgebracht. Der erste Lack
55 ist ein extrem dünnflüssiger Einbrennlack auf Harzbasis,
wie er z. B. mit der Bezeichnung CENO-THERM Basislack unter
der Typennummer 071230-702533 von der Weilburger Lackfabrik
J. Grebe GmbH, D-6290 Weilburg, erhältlich ist. Im Bedarfsfalle
kann der erste Lack 55 durch geeignete Lösungsmittel noch
weiter verdünnt werden.
Bevor der erste Lack 55 getrocknet ist, wird ein zweiter Lack
56 im Naß-In-Naß-Verfahren auf den ersten Lack 55 mittels der
zweiten Belackungsstation 38 aufgetragen. Der zweite Lack 56
ist ein Polytetrafluorethylen-Lack, wie er z. B. mit der Bezeichnung
GREBLON-Antihaftbeschichtung 12/31 unter der Typennummer
071230-702534 von der Weilburger Lackfabrik erhältlich ist,
und der ebenfalls durch geeignete Lösungsmittel verdünnt werden
kann.
Fig. 3 zeigt den Schichtenaufbau in starker Vergrößerung, wie
er sich in verschiedenen Stadien des aus Fig. 2 ersichtlichen
Beschichtungsprozesses darstellt.
Bei der in Fig. 3 erkennbaren Phase I sind die vier Lagen 20
bis 23 der Hartstoffschicht mit den Pulvern 51 bis 54 zunehmender
Korngröße bereits auf die Haftgrundschicht 16 aufgebracht.
Die Bratpfannen 10 befinden sich somit in der Darstellung der
Fig. 2 bereits hinter der fünften Plasma-Beschichtungs-Station
36.
Phase II zeigt den Zustand nach Passieren der ersten Belackungsstation
37. Man erkennt, daß die Zwischenräume zwischen den
Körnern der Hartstoff-Pulver 51, 52 und 53 (letztere teilweise)
mit dem sehr dünnflüssigen Einbrennlack 55 bis zu einem ersten
Niveau 60 ausgefüllt sind. Der dünnflüssige Einbrennlack 55 ist
selbst bis in die sehr schmalen Kapillaren zwischen dem feinen
ersten Hartstoffpulver 50 eingedrungen und noch darunter bis
in die Haftgrundschicht 16 hinein.
Infolge der sehr flüchtigen Lösungsmittel des Einbrennlacks
55 und infolge der Umgebungstemperatur im Bereich des Förderbandes
30, die durchaus einen Wert von 80°C und darüber erreichen
kann, ist der Einbrennlack 55 bei Erreichen der zweiten
Belackungsstation 38 bereits auf ein zweites Niveau 61 innerhalb
der zweiten Hartstoffschicht 21 oder sogar darunter abgesunken.
Das Absinken des Spiegels des Einbrennlacks 55 vom ersten
Niveau 60 auf das zweite Niveau 61 wird auch dadurch gefördert,
daß der Einbrennlack 55 noch in die kleinsten Kapillaren einsickert,
während sich die Bratpfanne 10 von der ersten Belackungsstation
37 zur zweiten Belackungsstation 38 auf dem
Förderband 30 bewegt, weil der Einbrennlack 55 sich erwärmt
und dabei noch dünnflüssiger wird.
Phase III zeigt nun den Zustand unmittelbar nach dem Passieren
der zweiten Belackungsstation 38 und man erkennt, daß der
Antihaftlack auf die drei Lagen 21, 22 und 23 der Hartstoffschicht
aufgebracht wurde und sich oberhalb des Einbrennlacks
55 befindet. Da auch der Antihaftlack 56 mit einem flüchtigen
Lösungsmittel verdünnt wurde und infolge der relativ hohen
Umgebungstemperatur wird der Antihaftlack 56 bevorzugt in
einer solchen Menge aufgebracht, daß sein Spiegel auf einem
dritten Niveau 62 oberhalb der obersten Hartstoffschicht 23
liegt.
Phase IV zeigt schließlich den Zustand nach dem Passieren der
Heizstation 39. Infolge der dort herrschenden Prozeßtemperatur,
die zwischen 320°C und 450°C, vorzugsweise zwischen 400°C und
420°C eingestellt wird, hat sich sowohl der Einbrennlack 55
auf ein viertes Niveau 63 unterhalb des zweiten Niveaus 61
tief in die Kapillaren der unteren Lagen 16, 20 und 21 zurückgezogen
wie auch den Antihaftlack 56 beim Zusammenziehen weiter
nach unten in das kapillare Gefüge hereingezogen. Durch geeignete
Dimensionierung der aufgebrachten Mengen der Lacke 55
und 56 und durch entsprechendes Einstellen der Einbrenntemperatur
in der Heizstation 37 im Zusammenhang mit der Durchlaufgeschwindigkeit
der Bratpfannen 10 bildet sich eine Oberfläche
14 der eingangs genannten Art aus, bei der die obersten Körner
an der Oberfläche der vierten Hartstoffschichtlage 23 nur
noch von einer relativ dünnen Antihaftschicht von einigen µ,
beispielsweise 5 µ Dicke überzogen sind, während sich die
dazwischenliegenden Täler mit Antihaftsubstanz gefüllt haben.
Andererseits sind alle kapillaren Bereiche der porösen Struktur
vollständig durch den Einbrennlack 55 bzw. den Antihaftlack
56 ausgefüllt, so daß Fremdstoffe, beispielsweise flüssiges
Fett nicht bis in das kapillare Gefüge der Schichten 16, 20
bis 23 gelangen können.