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Geschichteter Mehrfachmetallkörper und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf geschichtete Mehrfachmetallkörper und Verfahren zu
deren Herstellung. Bei solchen Verfahren werden zwei oder mehr Körper aus Metall
oder Metallegierungen in einer Schutzgasatmosphäre einer Wärmebehandlung unter Druck
ausgesetzt, um sich an der Berührungsstelle durch Diffusion miteinander zu vereinigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe dieses Verfahrens
ein Mehrfachblech für die Herstellung von Kochtöpfen und anderen Küchengeräten zu
schaffen, die sich durch hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnen und eine Außenschicht
aus rostfreiem Stahl aufweisen. Küchengeräte aus diesem Werkstoff bleiben stets
blank und lassen sich leicht reinigen.
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Das Mehrfachblech nach der Erfindung kann aus drei Schichten bestehen,
von denen die beiden äußeren von rostfreiem Stahl und die inneren von Kupfer gebildet
werden. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht das Blech oder die
Platte aus fünf Schichten, und zwar aus einer mittleren aus Weicheisen, an die sich
Kupferschichten anschließen, die außen mit rostfreiem Stahl belegt sind. Mit Hilfe
des Verfahrens der Erfindung werden die Schichten durch Diffusion miteinander verbunden.
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Bei beiden Ausführungsformen besteht ein wichtiges Erfindungsmerkmal
des geschichteten Körpers in der Verwendung eines Kerns von hohem Wärmeleitvermögen
zum Zweck der gleichförmigen Verteilung der Wärme über den ganzen Blechkörper. Durch
die mittlere Eisenschicht des aus fünf Schichten bestehenden Erzeugnisses gestaltet
sich das Ausgangsmaterial zur Herstellung von Kochtöpfen
und Küchengeräten
verhältnismäßig billig, jedenfalls wesentlich billiger als rostfreier Stahl, demgegenüber
die Erfindung den Vorteil bietet, daß der Eisenkern eine weit höhere Wärmeleitfähigkeit
aufweist als rostfreier Stahl.
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Weiter bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung
des geschichteten Materials, bei welchem die einzelnen Platten derart aufgestapelt
werden, daß die Belegungen aus rostfreiem Stahl über den Kern vorspringen und daher
die Ränder dieser Belegungen beim Auswalzen zusammengepreßt werden. Sie schützen
dadurch den weicheren Kupferkern davor, beim Auswalzen herausgepreßt zu werden.
Die über den Kern vorspringenden Belegungen bilden gewissermaßen ein Gehäuse für
den Kupferkern. Das hat sich als großer Vorteil beim Auswalzen des geschichteten
Mehrfachkörpers mit einem Kupferkern und Belegungen aus rostfreiem Stahl erwiesen.
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Ein weiterer Kunstgriff, der das Herausquetschen des Kupferkerns beim
Auswalzen des aus drei oder fünf Schichten bestehenden Erzeugnisses unter hoher
Temperatur verhindern soll, besteht darin, daß die äußere Schicht auf dem zusammengesetzten
Stapel etwas zurück aufgelegt wird als die Mitte oder der Kern, wodurch ein keilförmiges
Paket der Platten erzeugt wird. Wenn daher die geschichtete fertige Platte in der
Wärme ausgewalzt wird, so wird verhindert, daß die Walze bei den ersten Durchgängen
des geschichteten Materials mit voller Kraft auf die oberste Schicht auftrifft.
In anderen Worten ausgedrückt, werden also die einzelnen Schichten beim Vorwärmen
vor dem Auswalzen nach diesem Merkmal der Erfindung so gestapelt, daß die vorderen
und hinteren Enden der äußeren Schichten versetzt sind und daher die vordere Kante
der oberen Schicht immer etwas- hinter der vorderen Kante der unteren Schicht liegt,
gleichgültig, welche Kante der geschichteten Platte zuerst in das Walzwerk einläuft.
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Bei der Erzeugung des geschichteten Bleches nach den beiden im folgenden
erläuterten Ausführungsformen, von denen die eine aus drei Schichten mit einem Kupferkern
und die andere aus fünf Schichten und einem Eisenkern und zwei Kupferlagen besteht,
wird die Bindung der einzelnen Schichten im wesentlichen nach einem bekannten Verfahren
durchgeführt. Bei diesem Verfähren werden die zu vereinigenden Platten erst galvanisch
vernickelt, und die Nickelschicht wird dann galvanisch verkupfert. Die galvanischen
Metallniederschläge bilden dann Diffusionsschichten, welche in die anliegenden Platten
aus Metall oder aus Metalllegierungen durch Diffusion eindringen und die Bindung
herstellen. Dementsprechend werden zur Herstellung des Dreifachbleches nach der
Erfindung zunächst die beiden äußeren -Schichten aus rostfreiem Stahl galvanisch
vernickelt, und zwar auf den mit den Kupferblechen zu verbindenden Seiten. Die Nickelschicht
wird dann galvanisch verkupfert. Die Bleche aus rostfreiem Stahl werden- dann mit
ihren vernickelten und verkupferten Seiten auf die Kernbleche aus Kupfer gelegt;
worauf das Ganze in einer Schutzgasatmosphäre in einem entsprechend ausgeführten
Ofen unter Hitze und Druck behandelt wird.
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Bei der Erzeugung des aus fünf Schichten bestehenden Mehrfachbleches
werden wiederum die beiden äußeren Bleche aus rostfreiem Stahl vernickelt und verkupfert.
Auch der Kern aus Weicheisen wird auf beiden Seiten vernickelt und verkupfert. Dann
wird ein Stapel gebildet, bei welchem zwischen dem Kern aus Weicheisen und den beiden
äußeren Belegungen aus rostfreiem Stahl dünnere Kupferplatten eingelegt werden.
Der Stapel besteht also aus fünf Platten oder Blechen, und zwar aus einer mittleren
Platte aus Weicheisen, zwei anliegenden Platten von Kupfer und zwei äußeren Platten
aus rostfreiem Stahl. Dieser Stapel wird dann im Ofen unter Druck erhitzt, wobei
die Kupferbleche mit dem Eisenkern und den Belegungen aus rostfreiem Stahl durch
Diffusion der galvanisch aufgebrachten Nickel- und Kupferschichten vereinigtwerden.
Dabei liegen die galvanischenKupferschichten auf den Kupferblechen auf.
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In denZeichnungen sind bestimmteAusführungsformen des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Fig. i den Stapel eines Kupferkerns mit Belegungen aus
rostfreiem Stahl zwischen den Backen einer Presse im Innern eines Ofens, in welchem
unter Hitze und Druck der aus drei Schichten bestehende Mehrfachkörper nach der
Erfindung entsteht; Fig. 2 zeigt den Stapel einer mittleren Platte aus Weicheisen,
zwei anliegenden Blechen aus Kupfer und zwei äußeren Belegungen aus rostfreiem Stahl
zur Herstellung des aus fünf Schichten zusammengesetzten Erzeugnisses; Fig. 3 veranschaulicht
den Plattenstapel mit den äußeren Schichten aus rostfreiem Stahl, welche über den
Kern aus Kupfer hinausragen, um den Kupferkern einzukapseln, so daß er beim Warmwalzen
nicht herausgequetscht werden kann; Fig. q. zeigt, wie die äußere Schicht des aus
drei Schichten bestehenden Erzeugnisses in dem Plattenstapel etwas zurück verschoben
ist, um auf diese Weise einen keilförmigen Stapel zu bilden, durch welchen verhindert
wird, daß die Walze mit voller Kraft auf- die äußere Schicht des Stapels trifft,
wenn dieser das erstemal durch das Walzwerk hindurchgeht.
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In Fig.i ist das aus drei Schichten bestehende Erzeugnis nach der
Erfindung wiedergegeben. Dabei besteht die mittlere Schicht A aus Kupfer. Ihre Stärke
beträgt etwa 2o °/o der gesamten Stapelstärke. Die beiden äußeren Schichten B bestehen
aus rostfreiem Stahl. Sie können z. B. 18 % Chrom und 8 % Nickel enthalten. Jede
dieser Schichten hat eine Stärke von etwa 40 o/o der Stapeldicke. Vor dem Aufstapeln.
werden die Belegungen aus rostfreiem Stahl auf der einen Seite galvanisch vernickelt.
Auf diese Weise entsteht eine dünne Nickelschicht a von beispielsweise o,i mm. Diese
Nickelschicht wird dann galvanisch verkupfert. Die Kupferschicht b kann dabei eine
Stärke von o,2 mm
aufweisen, also doppelt so stark sein wie die
galvanische Vernickelung. Mit diesen galvanischen Schichten wird dann jede der beiden
aus rostfreiem Stahl bestehenden Platten oder Bleche auf -den Kupferkern aufgelegt.
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Um den Kupferkern einzukapseln, wie es oben beschrieben wurde, sind
die Bleche aus rostfreiem Stahl etwas länger und breiter bemessen als der Kupferkern,
am besten um 6 mm. Belaufen sich die Abmessungen des Kupferkerns auf 95o X Zoo mm,
so können die rostfreien Stahlbleche 956 X :2o6 mm aufweisen, also rings um ihren
Umfang vorspringen.
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Ein solcher Stapel des Kupferkerns, belegt mit den Blechen aus rostfreiem
Stahl, wird dann unter Erwärmung zusammengepreßt. Die einzelnen Schichten werden
dadurch ohne Beeinträchtigung ihrer mechanischen und physikalischen Eigenschaften
miteinander zu einem Ganzen vereinigt, und zwar derart, daß der entsprechende Mehrfachkörper
zu Blechen beliebiger Stärke ausgewalzt werden kann, sogar zu äußerst dünnen Blechen,
ohne daß die einzelnen Lagen sich dabei lösen. Man kann in dem Ofen mehrere Stapel
gleichzeitig behandeln. Die einzelnen Stapel werden dabei voneinander und von den
Backen der Presse durch Trennbleche d getrennt. Das beschriebene Mehrfachblech eignet
sich hervorragend zur Fertigung von Kochtöpfen und Küchengeräten. Denn der Kupferkern
ergibt eine hohe Wärmeleitfähigkeit, so daß die Wärme gleichmäßig verteilt wird.
Bei Kochtöpfen ist das sehr wichtig. Die Außenschicht aus rostfreiem Stahl bleibt
blank. In dieser Hinsicht ist sie anderen Metallen, wie Aluminium, weit überlegen.
Auch läßt sie sich leicht sauber halten, da sie glatt und hart ist. Sie kann auch
auf Hochglanz poliert werden.
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Zwar beläuft sich beim beschriebenen Ausführungsbeispiel die Stärke
des Kupferkerns auf 2o o/o der Gesamtstärke des Mehrfachbleches, während der Rest
aus rostfreiem Stahl besteht, doch ist es klar, daß man den Kupferkern auch stärker
oder schwächer bemessen kann, je nach dem Maß der erwünschten Wärmeleitfähigkeit.
Der gegebene Verhältniswert dient der Erläuterung, nicht aber der Beschränkung des
Erfindungsbereiches.
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In Fig. 2 ist ein Stapel für ein fünffach geschichtetes Erzeugnis
wiedergegeben, das einen Kern aus Eisen, zwei anliegende Kupferschichten und äußere
Bekleidungen aus rostfreiem Stahl hat. Die äußeren Schichten f aus rostfreiem Stahlkönnen
je 25 % der Gesamtstärke aufweisen, während der Kern ä aus Weicheisen 30 % der Stärke
hat und die Schichten lt aus Kupfer dementsprechend io % erhalten. Die äußeren Bekleidungsbleche
werden je auf galvanischem Wege zunächst vernickelt und dann verkupfert. Dabei empfiehlt
sich für die Nickelschicht eine Stärke von o,i mm und für die Kupferschicht eine
Stärke von o,2 mm.
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Die Kernplatte aus Weicheisen, deren Stärke sich bei dem dargestellten
Beispiel etwa auf 3o % der Gesamtstärke beläuft, wird beiderseits galvanisch erst
vernickelt und dann verkupfert. Die Nickelschicht kann dabei o,i mm und die Kupferschicht
o,2 mm stark sein. Auf diese Eisenkernplatte h werden dann beiderseits Kupferbleche
g aufgelegt, deren Dicke sich auf io % der Gesamtstärke beläuft. Auf diese Kupferbleche
werden dann die äußeren Platten f aus rostfreiem Stahl mit den galvanisch vernickelten
und verkupferten Flächen aufgelegt.
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Der Gesamtstapel wird dann wie beim ersten Ausführungsbeispiel unter
Erwärmung zusammengepreß t.
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Das aus fünf Schichten bestehende Erzeugnis eignet sich für denselben
Zweck wie das zuvor beschriebene aus drei Schichten bestehende Material. In mancher
Hinsicht, z. B. zum Ziehen, eignet es sich sogar noch besser. Auch ist das aus fünf
Schichten bestehende Erzeugnis wegen des niedrigen Preises des Weicheisenkerns billiger.
Gegenüber Blechen, die durch und durch aus rostfreiem Stahl bestehen, hat das Erzeugnis
den Vorteil einer wesentlich höheren Wärmeleitfähigkeit, da Eisen in dieser Hinsicht
dem rostfreien Stah'1 überlegen ist.
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Beim Warmwalzen solcher Mehrfachbleche besteht stets die Gefahr, daß
der weichere Kupferkern beim Hindurchlaufen durch das Warmwalzwerk herausgequetscht
wird. Denn Kupfer, das an sich schon weich ist, hat einen bei 1o65° C liegenden
Schmelzpunkt, während die äußeren Schichten aus rostfreiem Stahl einen Schmelzpunkt
von annähernd 1450'C haben. Wenn daher das Walzgut beim Warmwalzen auf fast iooo°
C erhitzt wird, was sich als notwendig erweist, so besteht beim ersten Einlaufen
der auszuwalzenden Kupferplatte in das heiße Walzwerk die Gefahr, daß das fast bis
zum Schmelzpunkt erhitzte Kupfer zwischen den Blechen aus rostfreiem Stahl herausgequetscht
wird. Haften dann auch nur Spuren des Kupfers an den Walzen., so erhalten die Deckschichten
aus rostfreiem Stahl Kupferflecken, wobei unter Umständen Kupfer in die äußeren
Deckschichten eingebettet wird. Dadurch entsteht dann ein ständiger Ausschuß.
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In Fig. 3 ist das Verfahren dargestellt, mit dessen Hilfe das Herausquetschen
des Kupfers vermieden wird. Nach diesem Verfahren wird der Kupferkern durch die
darüber hinaus vorstehenden Platten aus rostfreiem Stahl eingekapselt. Zu diesem
Zweck sollen diese Platten rings um den ganzen Umfang des Kupferkerns vorspringen.
Wenn daher das Plattenpaket das erstemal in das Warmwalzwerk einläuft, so werden
die überstehenden Ränder der Platten aus rostfreiem Stahl zusammengeklemmt und kapseln
daher den weichen Kupferkern ein. Die überspringenden Ränder der rostfreien Stahlbleche
werden also beim ersten Durchgang des Plattenpaketes durch das Warmwalzwerk zusammengeklemmt
und aufeinandergepreßt und bilden daher ein vollständiges Gehäuse für den Kupferkern.
Dieses Zusammenklemmen der überstehenden Ränder der Bleche aus rostfreiem Stahl
soll auf jeder Seite des Plattenpaketes erfolgen, wenn dieses durch das Warmwalzwerk
läuft.
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Je dicker der Kupferkern ist, um so weiter müssen natürlich die Deckplatten
aus rostfreiem Stahl überstehen. Hat das gesamte Plattenpaket
eine
Stärke von 25 mm, so kann der Kupferkern eine Stärke von 5 mm aufweisen. In diesem
Falle genügt es, wenn die Deckplatten über den Kupferkern um 6 mm ringsherum vorspringen.
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In Fig. 4 ist ein weiterer Kunstgriff dargestellt, der sich bei der
Fertigung des geschichteten Walzgutes empfiehlt, um zu verhindern, daß die obere
Walze des Warmwalzwerkes mit voller Kraft auf die obere Deckschicht trifft, wenn
das Plattenpaket die ersten paar Male durch das Wälzwerk läuft. Dieser Kunstgriff
besteht darin, daß .das Plattenpaket an der Vorderkante keilförmig gestapelt wird.
Zu diesem Zweck wird beim Aufstapeln die äußerste Schicht oberhalb des Kerns gegenüber
der untersten Schicht etwas zurückgeschoben. Wenn dann das Plattenpaket in das Walzwerk
die ersten paar Male einläuft, so biegt die Walze das äußere Blech herab und erleichtert
dadurch den Durchgang des Plattenpaketes durch das Walzwerk, da die Vorderkante
keilförmig wird. Das in Fig. 4 dargestellte Plattenpaket kann durch das Warmwalzwerk
in der dargestellten oder in der umgekehrten Lage hindurchgeschickt werden, so daß
das eine oder das andere der beiden rostfreien Stahlbleche oben liegt. Es kommt
nur darauf an, daß das Paket auf die obere Walze mit der etwas zurückstehenden Vorderkante
des oberen Bleches auftrifft. Nach jedem Durchgang kann man zu diesem Zweck das
Paket um iSo° herumkippen.
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Zwar ist die Erfindung an Hand bestimmter Ausführungsbeispiele erläutert
worden, doch ist das lediglich zu dem Zweck geschehen, die Erfindungsgedanken zu
offenbaren und die bestimmten Beispiele dienen nur der Erläuterung, nicht aber der
Beschränkung.