DE4323117C1 - Verfahren zum Beschichten von Haus- und Küchengerätschaften und Haus- und Küchengerätschaft - Google Patents
Verfahren zum Beschichten von Haus- und Küchengerätschaften und Haus- und KüchengerätschaftInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Haus-
und Küchengerätschaften.
Die Erfindung betrifft ferner eine Haus- und Küchengerätschaft
mit einem metallischen Grundkörper, dessen Oberfläche struk
turiert ist, wobei auf die Oberfläche eine harte Schicht von
weniger als 100 µm Dicke und auf der harten Schicht eine
Antihaftschicht aufgebracht sind.
Ein Verfahren und eine Gerätschaft der vorstehend genannten
Art sind aus der EP-A-0 510 546 bekannt.
Es ist bekannt, Haus- und Küchengerätschaften, beispielsweise
Bügeleisen, Bratpfannen, Töpfe, Backformen, Warmhalteplatten,
Bräunungsplatten und dgl. mit einer Antihaftschicht zu versehen.
Nach dem eingangs genannten Verfahren wird zunächst durch
Flammspritzen, Plasmasprühen oder dgl. mindestens eine keramische
Hartstoffschicht, vorzugsweise zunächst eine Haftgrundschicht
und dann die Hartstoffschicht auf eine Oberfläche eines metalli
schen Grundkörpers aufgebracht. Die Oberfläche wird dabei
bevorzugt zunächst gereinigt und/oder sandgestrahlt. Auf die
nun zuoberst liegende Hartstoffschicht wird dann die Antihaft
schicht in Form eines Antihaftlacks, vorzugsweise eines PTFE-
Lacks aufgesprüht, und zwar in einer Menge, daß die Poren der
porösen Hartstoffschicht gerade ausgefüllt werden und die
Oberfläche der Hartstoffschicht von einem dünnen Film der
Antihaftschicht überzogen ist, nachdem diese durch eine Wärmebe
handlung eingebrannt wurde.
Als Ergebnis der bekannten Verfahren ergibt sich damit eine
Gerätschaft, bei der ein ausgehärteter PTFE-Film die poröse
Hartstoffschicht überdeckt, die infolge ihrer Struktur an der
Oberfläche mit Tälern und Spitzen versehen ist.
In diesem Zusammenhang stehen auch ein Verfahren und eine
Gerätschaft, die in der AT-PS 279 192 offenbart sind. Bei diesem
bekannten Verfahren zur Herstellung einer abriebfesten Oberfläche
mit nicht klebrigen Eigenschaften wird ein Grundmaterial
auf gerauht und dadurch mit mikroskopischen Vertiefungen,
sogenannte "Grübchen" versehen. Auf das aufgerauhte Grundmaterial
wird dann ein geschmolzener nicht rostender Stahl oder Molybdän
aufgespritzt, so daß auch diese aufgebrachte Schicht mit
Mikronarben, d. h. mit mikroskopischen Tälern und Spitzen versehen
ist. Die aufgerauhte Schicht wird schließlich mit einem PTFE-
Belag überzogen, der die Zwischenräume der Mikronarbenstruktur
auffüllt. Die nach der Vorbehandlung der Oberfläche des
Grundkörpers ausgebildete Grübchenstruktur, wie auch die nach
dem Überziehen des Grundmaterials mit einem geschmolzenen Metall
vorhandene Mikronarbenstruktur, dienen dem besseren Halt der
jeweils nachfolgend aufgetragenen Schicht. Nach Beendigung aller
Verfahrensschritte ist die Oberflächenstruktur der so behandelten
Gerätschaft sowohl makroskopisch als auch mikroskopisch eben,
nachdem der nicht klebende PTFE-Belag die Täler der
Mikronarbenstruktur im wesentlichen ausgefüllt und die Spitzen
nur dünn überzogen hat.
Obwohl auf diese bekannten Weisen eine Beschichtung erzielt
wird, deren Antihafteigenschaften durch die Antihaftschicht
und deren mechanische Stabilität durch die als Stützpunkte
wirkenden Spitzen der Hartstoffschicht bestimmt wird, kann es
unter bestimmten Bedingungen doch zu einer Verminderung der
Antihafteigenschaften kommen, wenn das Material der Antihaft
schicht einer hohen Belastung ausgesetzt wird. Der Grund hierfür
ist folgender:
Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht bekanntlich aus langge
streckten linearen Ketten von aneinandergereihten CF₂-Einheiten.
Der F-C-F-Winkel, d. h. der Winkel zwischen den Fluor- und den
Kohlenstoffatomen liegt im Bereich des Tetraeder-Winkels, d. h.
bei ca. 109°. Die drei Moleküle, die eine CF₂-Einheit aufbauen,
liegen an den Ecken eines Dreiecks. In Richtung der Längsmittel
achse der PTFE-Kette gesehen, die durch die aneinandergereihten
Kohlenstoffatome gebildet wird, sind aufeinanderfolgende CF₂-
Einheiten jeweils im gleichen Drehsinne um ca. 27° verdreht
angeordnet. Dadurch bildet sich eine Helixstruktur der aneinan
dergereihten CF₂-Einheiten aus, wobei eine vollständige Wendel
der Helixstruktur aus etwa 13 CF₂-Einheiten ausgebildet ist.
Diese Verdrillung der Polymerkette führt zu der gestreckten
Kettenstruktur. Auf der dichten und dadurch "schützenden" Haut
der Fluoratome um die Kette aus Kohlenstoff-Atomen beruht die
außergewöhnliche Chemikalienbeständigkeit des PTFE. Die thermi
sche Stabilität ist primär eine Folge der hohen Bindungsenergie
der C-F-Bindung. Durch die geringen Wechselwirkungskräfte
zwischen den Molekülen erklären sich Eigenschaften wie geringer
Reibungskoeffizient und minimaler Haftung zu anderen Materialien.
Die langgestreckten verdrillten PTFE-Ketten können sich sehr
nahe aneinanderlegen und dadurch einen dichten, kompakten Verband
an einzelnen Makromolekülketten bilden. Daraus ergeben sich
hervorragende mechanische Eigenschaften gegenüber Druckkräften
und dgl.
Makroskopisch gesehen führt die Tendenz zur Ausbildung von
linearen Ketten auch zu einer gewissen Elastizität, d. h., es
wird ein Rückstellmoment erzeugt, falls eine Kette aus ihrer
linearen Ausrichtung herausgebogen wird.
Mikroskopisch gesehen bestehen zwischen den einzelnen langge
streckten PTFE-Ketten jedoch keine elektrostatischen Wechsel
wirkungen im Sinne von Anziehungskräften, da die "Außenhaut"
der verdrillten Ketten durchgehend aus Fluoratomen gebildet
wird, die allesamt Orte relativ hohen negativen Ladungsanteils
sind.
Wird nun eine "Nahordnung" zwischen benachbarten PTFE-Ketten
gestört, beispielsweise durch äußere mechanische Einflüsse,
so ist keine Rückstellkraft aufgrund elektrostatischer inter
molekularer Wechselwirkungen vorhanden, die dafür sorgen könnte,
daß die Ketten entweder in ihre ursprüngliche Nahordnung
zurückkehren, oder in der nunmehr gestörten Nahordnung gehalten
werden. Dies wäre an sich möglich durch Ausbildung von neuen
elektrostatischen intramolekularen Wechselwirkungen nach Änderung
der ursprünglichen Nahordnung aufgrund der Einwirkung der äußeren
Kraft.
Den Bereich der gestörten Nahordnung der einzelnen PTFE-Ketten
kann man sich als ein Gewirr einzelner Fäden darstellen, die
nicht mehr in einen Zustand geordneter Ausrichtung von linearen
nebeneinander angeordneten Ketten zurückkehren. Der gestörte
Nahordnungszustand der wirren Ketten kann sich nunmehr durch
andauernde mechanische Belastungen vergrößern und zu einem
völligen Auftrennen des Verbundes führen.
Betrachtet man das Beispiel einer Bratpfanne, die mit einer
Antihaftschicht aus PTFE versehen ist, so können mechanische
Belastungen, beispielsweise durch eine Messerschneide, zunächst
mikroskopische Störungen im Nahordnungsbereich der aneinander
liegenden PTFE-Ketten verursachen. Durch weitere mechanische
Belastungen, oder auch durch den weiteren bestimmungsgemäßen
Gebrauch, d. h. also Temperaturwechsel, Berührung mit heißen
Fetten oder dgl., können weitere Aufweitungen der Änderung des
gestörten Nahordnungszustandes erfolgen. So kann sich beispiels
weise ein zunächst nicht sichtbarer mikroskopischer "Schnitt"
nach und nach zu einem makroskopisch erkennbaren Schnitt oder
Riß entwickeln.
Bei der Verwendung von PTFE-Füllstoffmischungen (sogenannte
"Compounds"), bei denen den PTFE-Ketten Füllstoffe zugesetzt
werden, sind diese Füllstoffe vor äußeren Einwirkungen durch
die linearen PTFE-Ketten mit hoher Nahordnung geschützt. Wird
diese Nahordnung gestört, sind die Füllstoffe zwischen den PTFE-
Ketten den äußeren Einflüssen ungeschützter ausgesetzt, so daß
diese Füllstoffe herausgelöst werden können. Dadurch verändern
sich dann die mechanischen Eigenschaften der PTFE-Compounds,
nämlich gerade um diejenigen, deretwegen diese Füllstoffe
zugesetzt wurden. Die an Füllstoffen verarmten Bereiche mit
gestörtem Nahordnungsbereich an PTFE-Ketten bilden Stellen,
an denen äußere Einflüsse verstärkt wirksam werden können, was
sich in einem Ablösen oder Aufspleißen von PTFE-Schichten auf
Metalloberflächen äußert.
Aus der vorstehenden Betrachtung folgt, daß eine Antihaftschicht
der hier interessierenden Art, wie sie bei einer Haus- und
Küchengerätschaft verwendet wird, nicht nur durch unmittelbaren
mechanischen Einfluß zerstört werden kann (beispielsweise durch
Schneiden) der einwirkende Druck hat vielmehr auch unmittelbare
Auswirkungen auf das molekulare Gefüge und zwar infolge der
besonderen makromolekularen Struktur von Antihaftmaterialien.
Ruft man sich nun noch einmal in Erinnerung, daß bei den
bekannten Verfahren und Gerätschaften Hartstoffschichten
verwendet werden, bei denen der Höhenunterschied zwischen Tälern
und Spitzen der Oberfläche nur einige 10 µm beträgt, so ist
leicht einsehbar, daß eine mechanische Belastung sich praktisch
durch das gesamte Materialvolumen ausbreitet, auch wenn infolge
der Geometrie der Oberfläche die unmittelbare mechanische
Einwirkung nur im Bereich der Spitzen der Hartstoffschicht
auftreten kann. Es bildet sich jedoch auch in der Umgebung der
Spitze ein Druckkegel aus, der infolge der nur sehr geringen
Abmessungen den gesamten Bereich des Antihaftmaterials erfaßt.
Aus der eingangs genannten EP-A-0 510 546 ist es bekannt, bei
einem Verfahren der eingangs genannten Art die Strukturierung
der Oberfläche dadurch auszubilden, daß man Rillen in die
Oberfläche einbringt, wobei die Rillen eine Breite und eine
Tiefe von jeweils zwischen 100 µm und 400 µm aufweisen.
Durch diese Strukturierung der Oberfläche mit Rillen, deren
Abmessungen wesentlich größer als die Schichtdicke sind, wird
erreicht, daß in den tiefer liegenden Zonen der Rillen die oben
geschilderten negativen Effekte nicht auftreten können. Die
Abmessungen der Rillen sind dabei nämlich einerseits so klein,
daß übliche harte Instrumente aus Haus und Küche mit ihren
Schneiden oder Spitzen nicht hineingeraten können, andererseits
sind die Rillen aber auch so groß, daß sich mechanische Bela
stungen, wie sie an den obersten Spitzen ausgeübt werden, nicht
bis in die tieferen Zonen der Rillen ausbreiten können. Auf
diese Weise verbleiben in den tieferen Zonen der Rillen weite
Bereiche von Antihaftmaterial, die von allen derartigen Ein
flüssen verschont sind, so daß deren volle Antihafteigenschaften
erhalten bleiben.
In der US-PS 2 314 902 ist ein Verfahren zur Behandlung von
Oberflächen von Grundkörpern, auf die zum Schutz vor Korrosion,
zur besonderen Formgebung oder zum Wiederherstellen abgenutzter
Maschinenteile ein Belag aufgespritzt wird, beschrieben. In
einem ersten Verfahrensschritt werden dabei in die Oberfläche
des Grundkörpers parallele Rillen eingebracht, die vorzugsweise
eine Tiefe von ungefähr 0,8 bis 1,6 mm, eine Breite von ungefähr
1,6 mm und einen Abstand von ungefähr 0,8 mm aufweisen. Die
verbleibenden Stege zwischen den Rillen werden in einem zweiten
Verfahrensschritt aufgerauht, indem mehrere zu einer Walze
zusammengefaßte, gezahnte Kreisscheiben auf der Oberfläche
abgerollt werden. Die dadurch entstandene mikroskopisch
zerklüftete Struktur der Stege aus scharfen Spitzen und
Einsenkungen gemäß der Zahnform der Walze sorgt für ein besseres
Haften einer daraufhin aufgebrachten Beschichtung. Makroskopisch
gesehen ist die Oberflächenstruktur eines so behandelten Körpers
gerillt. Die Anwendung eines solchen Verfahrens zur Beschichtung
von Hausgerätschaften führt zu den eben geschilderten Nachteilen.
Es ist ferner bekannt, z. B. die Bratoberflächen von Bratpfannen
mit einer Wabenstruktur zu versehen, bei der in die Oberfläche
eine Vielzahl von Vertiefungen eingebracht ist. Diese bekannten
Strukturen haben jedoch erheblich größere Abmessungen. Die
Vertiefungen sind bei diesen bekannten wabenförmigen Strukturen
nämlich ca. 10 mm breit bzw. haben einen entsprechenden Durch
messer und sie sind auch über 1 mm tief, so daß ihr Inneres
mit den üblichen harten Instrumenten, wie sie in Haus und Küche
verwendet werden, durchaus zugänglich ist.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren und eine Gerätschaft der eingangs genannten Art
dahingehend weiterzubilden, daß einerseits die Antihafteigen
schaften und andererseits die mechanische Beständigkeit gegen
Verletzungen der Beschichtung noch weiter verbessert werden.
Gemäß dem eingangs genannten Verfahren wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß durch die folgenden Verfahrensschritte gelöst:
- - Einbringen von kappenförmigen Einsenkungen in eine Ober fläche eines metallischen Grundkörpers, wobei die Ein senkungen einen Durchmesser zwischen 1,0 und 3,0 mm und eine Tiefe zwischen 0,2 und 0,5 mm aufweisen;
- - Aufbringen von mindestens einer thermisch gespritzten Schicht auf die mit Einsenkungen versehene Oberfläche, wobei die Dicke der Schicht weniger als halb so groß wie die Tiefe ist; und
- - Aufbringen einer Antihaftschicht auf die thermisch gespritz te Schicht, wobei die Dicke der Antihaftschicht kleiner als die Dicke der thermisch gespritzten Schicht ist.
Weiterhin wird die genannte Aufgabe bei einer Gerätschaft der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Struktur der
Oberfläche aus Einsenkungen besteht, deren Durchmesser zwischen
1,0 und 3,0 mm und deren Tiefe zwischen 0,2 und 0,5 mm betragen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise
vollkommen gelöst.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß eine Oberflächenstruktur mit
vielen kappenförmigen Einsenkungen sowohl hinsichtlich der
Antihafteigenschaften wie auch hinsichtlich der mechanischen
Beständigkeit noch besser sind als die bekannten rillenförmigen
Strukturen. Die Verbesserung der Antihafteigenschaften ergibt
sich dabei daraus, daß die kappenförmigen Einsenkungen jeweils
kleine Volumina darstellen, die im Gegensatz zu verhältnismäßig
langen Rillen, insbesondere gekreuzten Rillen, jeweils für sich
isoliert sind. Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens zum Beschichten von Bratpfannenböden bilden sich dabei
in den kleinen Volumina der Einsenkungen jeweils Luftblasen
aus, weil selbst heißes Fett aufgrund seiner Kohäsion bzw. seiner
immer noch vorhandenen Viskosität diese kleinen Volumina nicht
sogleich und vor allem nicht vollständig ausfüllt. Auf diese
Weise entsteht ein mikroskopisches Luftkissen zwischen dem
Pfannenboden und dem Bratgut, das aus einer Vielzahl derartiger
Luftbläschen in den Einsenkungen gebildet wird. Entsprechendes
gilt für den beim Sieden des Bratfettes entstehenden Dampf,
dessen Bläschen ebenfalls in den kleinen Volumina der Ein
senkungen verbleiben können, so daß auch insoweit eine unmittel
bare Berührung des Bratgutes mit dem Pfannenboden, makroskopisch
gesehen, vermindert wird.
Was nun die mechanische Beständigkeit angeht, so hat sich
gezeigt, daß im Gegensatz zu einer rillierten Oberfläche mit
langgestreckten Stegen zwischen den Rillen eine Struktur mit
kappenförmigen Einsenkungen vorteilhaft ist, weil der Stützanteil
nunmehr auf eine sehr unregelmäßige Struktur von "Stegen"
zwischen den Einsenkungen verteilt ist. Es kann daher beispiels
weise nicht vorkommen, daß bei einer Belastung der Oberfläche
mit einer langen Schneide zufällig die Schneidenrichtung parallel
zur Rillenrichtung verläuft, mit entsprechender punktueller
Überlastung eines Steges zwischen den Rillen. Vielmehr sind
selbst bei langgestreckten Schneiden die Traganteile der Struktur
gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, daß die
mechanische Belastung in eine Vielzahl von kleinen Abschnitten
der Stege eingeleitet wird.
Wichtig ist dabei, daß die Einsenkungen mit den genannten
Abmessungen von zwischen 1,0 und 3,0 mm Durchmesser und 0,2
bis 0,5 mm Tiefe ausgebildet werden, wobei vorzugsweise am
unteren Ende dieser Größenbereiche gearbeitet wird, d. h. mit
Durchmessern um 1,0 mm und Tiefen um 0,2 mm. Überraschenderweise
hat sich gezeigt, daß in den beiden genannten Richtungen, nämlich
Verbesserung der Antihafteigenschaft und Verbesserung der
mechanischen Beständigkeit, bei einer solchen Dimensionierung
der Einsenkungen deutliche Vorteile erzielt werden, verglichen
sowohl mit der bekannten rillierten Oberflächenstruktur wie
auch verglichen mit der bekannten wabenförmigen Struktur, deren
Abmessungen bei den Einsenkungen fast eine Größenordnung größer
sind.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens weisen die Einsenkungen die Gestalt einer Kugelkalotte
auf.
Diese Maßnahme ist bevorzugt, weil auf diese Weise eine besonders
regelmäßige Strukturierung erreicht werden kann. Es ist jedoch
nicht ausgeschlossen, statt einer Formgebung mit Kugelkalotten
eine Formgebung mit Ellipsoiden, Paraboloiden oder dgl. ein
zusetzen.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn die Einsenkungen auf einem
hexagonalen Gitter angeordnet sind.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, die Einsenkungen möglichst dicht
aneinander anordnen zu können, wobei der Traganteil der da
zwischenliegenden Stege sehr gering eingestellt werden kann.
Es ist daher besonders bevorzugt, wenn die zwischen den Ein
senkungen verbleibenden, uneingesenkten Stege der Oberfläche
zwischen benachbarten Einsenkungen eine Breite aufweisen, die
weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10% des Durchmessers
der Einsenkungen beträgt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Traganteil der Oberfläche
so gering wie möglich eingestellt werden kann.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung ist bevorzugt,
daß der Schritt des Einbringens der Einsenkungen nach einem
Anwärmen des metallischen Grundkörpers ausgeführt wird.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß mit geringeren Preßkräften
gearbeitet werden kann, um die Einsenkungen anzubringen, weil
die Festigkeit des jeweiligen metallischen Werkstoffs mit der
Temperatur abnimmt.
Ein besonderer Vorteil wird dabei dadurch erzielt, daß der
metallische Grundkörper beim Anwärmen in einen erweichten Zustand
überführt wird.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß mit besonders geringen
Preßkräften gearbeitet werden kann, beispielsweise dann, wenn
ein Aluminiumboden einer Bratpfanne oder einer Bügeleisensohle
entsprechend erweicht wird.
Eine besonders gute Wirkung wird bei diesen Ausführungsbeispielen
dann erzielt, wenn der metallische Grundkörper mittels induktiver
Heizung angewärmt wird.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ohne Einsatz von organischen
Heizstoffen im Rahmen einer Fließfertigung eine saubere Erwärmung
der metallischen Grundkörper vorgenommen werden kann.
Bei bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
beträgt die Dicke der thermisch gespritzten Schicht in an sich
bekannter Weise zwischen 10 µm und 70 µm, wobei in wiederum
bekannter Weise vorzugsweise zwei thermisch gespritzte Schichten,
nämlich zunächst eine Haftgrundschicht einer Dicke zwischen
10 µm und 20 µm und alsdann darauf eine Hartstoffschicht einer
Dicke zwischen 30 µm und 70 µm gesprüht wird.
Ferner ist bevorzugt, wenn die Antihaftschicht mit einer Dicke
zwischen 5 µm und 50 µm aufgetragen wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der
beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der
vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Pfanne, teilweise geschnitten und im Ausschnitt
stark vergrößert;
Fig. 2 eine Darstellung, ähnlich Fig. 1, jedoch für ein
Bügeleisen;
Fig. 3 eine nochmals stark vergrößerte Darstellung eines
Schnitts durch die Beschichtung der Bratpfanne gemäß
Fig. 1, und zwar entlang der Linie III-III von Fig. 4;
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Beschichtung gemäß Fig. 3;
Fig. 5 in nochmals stark vergrößertem Maßstab einen Aus
schnitt aus der Schnittdarstellung gemäß Fig. 3.
In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt eine Bratpfanne, die im
wesentlichen aus einem metallischen Boden 11 mit Rand sowie
einem Griff 12 besteht. Der Boden 11 besteht wiederum aus einem
metallischen Grundkörper 15 mit darauf aufgebrachter Beschich
tung. Der metallische Grundkörper 15 kann aus Stahl, Edelstahl,
Gußaluminium, Gußeisen, Kupfer oder dgl. bestehen. Es sind aber
auch keramische Pfannen im Rahmen der vorliegenden Erfindung
verwendbar.
Der Grundkörper 15 weist eine Innenoberfläche auf, die vorzugs
weise durch mechanische Verfahren, insbesondere durch Sand
strahlen aufgerauht und/oder durch entsprechende Reinigungsver
fahren gereinigt ist.
Die Innenoberfläche ist im Plasmasprühverfahren zunächst mit
einer Haftgrundschicht 16 versehen. Die Haftgrundschicht 16
besteht vorzugsweise aus einer metallischen Legierung, ins
besondere Nickel-Aluminium oder Chrom-Nickel. Es sind jedoch
auch andere Haftgrundschichten 16 verwendbar, wie sie an sich
aus der Technik des Plasmasprühens bekannt sind. In diesem
Zusammenhang versteht sich, daß die Angabe "Plasmasprühen"
ebenfalls nur beispielhaft zu verstehen ist, weil statt des
Plasmasprühens auch ein Flammspritzen, ein Hochgeschwindigkeits-
Plasmasprühen (sogenanntes Detonationsspritzen oder Jet-Kote-
Verfahren) oder dgl. angewendet werden kann. Insgesamt soll
also ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem pulverförmige
metallische, keramische oder metallkeramische Materialien durch
thermisches Spritzen auf ein Substrat aufgebracht werden.
Auf die Haftgrundschicht 16 ist eine Hartstoffschicht 17,
ebenfalls im Plasmasprühverfahren aufgebracht. Die Hartstoff
schicht 17 kann aus einer Keramik oder einem Metall bestehen,
beispielsweise aus Aluminiumoxid oder einer Mischung Aluminium
oxid/Titanoxid. Es sind jedoch auch hier andere Hartstoff
schichten einsetzbar, wie sie an sich aus der Technik des
Plasmasprühens bekannt sind.
Die Hartstoffschicht 17 ist an ihrer Oberfläche mit einer Anti
haftschicht 18 versehen. Die Antihaftschicht 18 besteht bevorzugt
aus einem Kunststoff auf Fluorethylenpolymer-Basis, insbesondere
Polytetrafluorethylen (PTFE). Die Antihaftschicht 18 wird bevor
zugt in Form eines Antihaftlacks auf die Hartstoffschicht 17 auf
gesprüht. Nach dem Aufsprühen der Antihaftschicht 18 wird diese
eingebrannt. Dies geschieht bevorzugt in einem Temperaturbereich
zwischen 200° und 500°C, vorzugsweise 250° und 350°C, insbe
sondere 300°C.
In Fig. 2 ist mit 20 ein Bügeleisen bezeichnet, das eine Gleit
sohle 21 sowie einen Griff 22 aufweist. Die Gleitsohle 22 ist
wiederum ausschnittsweise stark vergrößert dargestellt. Ihre
Struktur entspricht im wesentlichen derjenigen von Fig. 1. Man
erkennt, daß auf eine Unterseite eines metallischen Grundkörpers
25 der Gleitsohle 21 eine Haftgrundschicht 26, darauf eine
Hartstoffschicht 27 und wiederum darauf eine Antihaftschicht
28 aufgebracht wurden. Die Antihaftschicht 28 bildet in diesem
Falle die Unterseite der Gleitsohle 21.
Die Werkstoffe der Schichten 26 bis 28 und deren Abmessungen
entsprechen sinngemäß denjenigen von Fig. 1.
Es versteht sich, daß die beiden vorstehend erläuterten Beispiele
einer Bratpfanne 10 und eines Bügeleisens 20 nur als bevorzugte
Anwendungsfälle zu verstehen sind. Selbstverständlich gilt
entsprechendes für andere Haus- und Küchengerätschaften,
beispielsweise Töpfe, Backformen, Warmhalteplatten, Bräunungs
platten und dgl. mehr.
In den Fig. 3 und 4 ist im Schnitt bzw. in Draufsicht die
Oberflächenstruktur der Bratpfanne 10 in nochmals vergrößertem
Maßstab dargestellt.
Man erkennt deutlich, daß die Oberfläche mit Einsenkungen 30
versehen ist, zwischen denen uneingesenkte Stege 31 stehengeblie
ben sind. Die Einsenkungen 30 sind im dargestellten Beispielsfall
als Kugelkalotten ausgebildet, die sich auf einem hexagonalen
Gitter 35 befinden.
Die Einsenkungen 30 haben einen Durchmesser D, der zwischen
1,0 und 3,0 mm beträgt. Vorzugsweise wird der Durchmesser D
jedoch klein eingestellt, d. h. eher im unteren Bereich zwischen
1,0 und 2,0 mm. Die Tiefe t der Einsenkungen 30 beträgt zwischen
0,2 und 0,5 mm, wobei auch hier wieder der untere Bereich
zwischen 0,2 und 0,3 mm bevorzugt ist.
Durch die Anordnung der Einsenkungen 30 auf dem hexagonalen
Gitter 35 kann die Gesamtoberfläche der Stege 31 so klein wie
möglich gehalten werden. Dies ist für den erforderlichen
Traganteil der Oberfläche vollkommen ausreichend. Bevorzugt
ist, wenn die Breite a zwischen zwei benachbarten Einsenkungen
30 weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10% des Durch
messers D der Einsenkungen 30 beträgt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Einsenkungen 30
als Kugelkalotten ausgebildet. Der Krümmungsradius R liegt bei
den genannten Abmessungen der Einsenkungen (Durchmesser D und
Tiefe t) daher im Bereich zwischen 1 und 3 mm.
Um die dargestellte Struktur der Oberfläche des vorzugsweise
metallischen Grundkörpers 15 zu erzeugen, kann auf unterschied
liche Weise vorgegangen werden.
Bei den üblichen metallischen Werkstoffen (Stahl und Aluminium),
kann die Struktur in den bereits fertig hergestellten Pfannen
boden 11 (bzw. Gleitsohle 21) durch Pressen mit einem geeignet
strukturierten Preßwerkzeug eingebracht werden. Es ist jedoch
auch denkbar, die Struktur bereits beim Herstellen des Pfannen
körpers (bzw. der Gleitsohle) während deren Formgebung mit
einzubringen. Dies gilt insbesondere auch für nicht-metallische
Werkstoffe, beispielsweise eine Keramik.
Wenn die Struktur nachträglich durch Pressen eingebracht wird,
was eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt,
kann man die erforderliche Preßkraft dadurch vermindern, daß
man den metallischen Grundkörper 15 bzw. 25 zunächst anwärmt.
Dies kann z. B. mit Hilfe einer induktiven Heizvorrichtung
bekannter Bauart geschehen. Wenn man dabei den metallischen
Werkstoff so stark anwärmt, daß die Erweichungsgrenze des
Werkstoffs erreicht wird, kann man mit verhältnismäßig kleinen
Preßkräften die gewünschte Struktur erreichen.
Fig. 5 zeigt in nochmals stark vergrößertem Maßstab einen
Ausschnitt aus Fig. 3, nämlich ein Ausführungsbeispiel einer
Beschichtung im Bereich eines Steges 31 zwischen zwei Ein
senkungen 30.
Man erkennt deutlich, daß auf die Oberfläche des metallischen
Grundkörpers 15, gebildet durch die Einsenkungen 30 und die
Stege 31 zunächst die Haftgrundschicht 16 mit einer Dicke d₁,
dann die Hartstoffschicht 17 mit einer Dicke d₂ und schließlich
die Antihaftschicht 18 mit einer Dicke d₃ aufgebracht wurden.
Die Dicke d₁ der Haftgrundschicht 16 liegt vorzugsweise zwischen
10 µm und 20 µm. Die Dicke d₂ der Hartstoffschicht 17 liegt
vorzugsweise zwischen 30 µm und 70 µm. Die Hartstoffschicht
17 ist in der Realität porös und an ihrer Oberfläche stark
unregelmäßig strukturiert.
Auf die Hartstoffschicht 17 ist die Antihaftschicht 18 in einer
Weise aufgebracht, daß Spitzen 40 der Hartstoffschicht 17 nur
dünn überzogen und Täler 41 der Hartstoffschicht 17 im wesent
lichen ausgefüllt sind. Die Darstellung gemäß Fig. 5 ist dabei
äußerst schematisch, weil das Material der Antihaftschicht 18
infolge der Porosität der Hartstoffschicht 17 bis weit in die
Hartstoffschicht 17 eindringt. Eine scharfe Trennung zwischen
Hartstoffschicht 17 und Antihaftschicht 18, wie sie in Fig. 5
gezeigt ist, liegt daher in der Praxis nicht vor. Gleichwohl
gilt auch in der Praxis, daß die Hartstoffschicht 17 an ihren
Spitzen 40 nur dünn überzogen ist, während ihre Täler 41 fast
völlig mit Antihaftmaterial ausgefüllt sind.
Die Dicke d₃ der Antihaftschicht 18 beträgt vorzugsweise zwischen
5 µm und 30 µm, wobei die Untergrenze im Bereich der Spitzen
40 und der höhere Wert im Bereich der Täler 41 anzutreffen ist.
Man erkennt nun aus Fig. 5 deutlich, daß der Traganteil der
Beschichtung durch Stützpunkte 42 gebildet wird, die sich
oberhalb der Stege 31 des metallischen Grundkörpers 15 befinden.
Die geometrische Struktur des Traganteils wird dabei durch die
Anordnung der Einsenkungen 30 bzw. Stege 31 gebildet, wie sie
Fig. 4 deutlich zu entnehmen ist.
Infolge der sehr geringen Abmessungen der Einsenkungen 30 können
sich daher Luftblasen in den Einsenkungen 30 ausbilden bzw.
dort verbleiben, wie mit 43 in Fig. 5 angedeutet.
Dies bedeutet im praktischen Einsatz zum Beispiel bei einer
Bratpfanne 10, daß das Bratgut nur auf den Stützpunkten 42,
d. h. dem Traganteil der Struktur aufliegt, während im übrigen
die Luftblasen 43 eine Art Luftpolster oder Luftkissen gebildet
wird. Die Luftblasen 43 können auch Dampfblasen des siedenden
Fetts sein. Sie entstehen dadurch, daß selbst heißes Fett immer
noch so viskos ist, daß nicht alle kleinen Einsenkungen 30
ausgefüllt werden und somit Luftblasen dort verbleiben. Anderer
seits bleiben die Luftblasen 43 oder auch die Dampfblasen infolge
ihrer Adhäsion in den Einsenkungen 30, so daß die unmittelbare
Berührung des Bratgutes mit dem Pfannenboden 11 so niedrig wie
möglich gehalten wird.
Claims (13)
1. Verfahren zum Beschichten von Haus- und Küchengerätschaften
mit den Verfahrensschritten:
- - Einbringen von kappenförmigen Einsenkungen (30) in eine Oberfläche eines metallischen Grundkörpers (15; 25), wobei die Einsenkungen einen Durchmesser (D) zwischen 1,0 und 3,0 mm und eine Tiefe (t) zwischen 0,2 und 0,5 mm aufweisen;
- - Aufbringen von mindestens einer thermisch gespritzten Schicht (16, 17) auf die mit Einsenkungen (30) versehene Oberfläche, wobei die Dicke (d₁, d₂) der Schicht (16, 17) weniger als halb so groß wie die Tiefe (t) ist; und
- - Aufbringen einer Antihaftschicht (18) auf die ther misch gespritzte Schicht (16, 17), wobei die Dicke (d₃) der Antihaftschicht (18) kleiner als die Dicke (d₁, d₂) der thermisch gespritzten Schicht (16, 17) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einsenkungen (30) in Gestalt einer Kugelkalotte
eingebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einsenkungen (30) auf einem hexagonalen Gitter
(35) angeordnet werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Einsenkungen
(30) verbleibenden, uneingesenkten Stege (31) der Oberfläche
zwischen benachbarten Einsenkungen (30) mit einer Breite
(a), die weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10%
des Durchmessers (D) der Einsenkungen (30) beträgt,
eingebracht werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einbringens
der Einsenkungen (30) nach einem Anwärmen des metallischen
Grundkörpers (15; 25) ausgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der metallische Grundkörper (15; 25) beim Anwärmen in einen
erweichten Zustand überführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der metallische Grundkörper (15; 25) mittels induktiver
Heizung angewärmt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (16, 17; 26,
27) mit einer Dicke (d₁, d₂) zwischen 10 µm und 70 µm
thermisch gespritzt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche zunächst
eine Haftgrundschicht (16; 26) einer Dicke (d₁) zwischen
10 µm und 20 µm und alsdann darauf eine Hartstoffschicht
(17; 27) einer Dicke (d₂) zwischen 30 µm und 70 µm gespritzt
wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht (18;
28) mit einer Dicke (d₃) zwischen 5 µm und 50 µm aufgetragen
wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (16, 17)
plasmagespritzt wird.
12. Haus- und Küchengerätschaft mit einem metallischen Grund
körper (15; 25), dessen Oberfläche strukturiert ist, wobei
auf die Oberfläche eine harte Schicht (17; 27) von weniger
als 100 µm Dicke und auf der harten Schicht (17; 27) eine
Antihaftschicht (18; 28) aufgebracht sind, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Struktur der Oberfläche aus Einsenkungen
(30) besteht, deren Durchmesser (D) zwischen 1,0 und 3,0
mm und deren Tiefe (t) zwischen 0,2 und 0,5 mm betragen.
13. Haus- und Küchengerätschaft nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oberfläche die Oberfläche eines
Bodens (11) einer Bratpfanne (10) ist.
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