DE3844522A1 - Verfahren zum beschichten von haushaltsgegenstaenden und haushaltsgegenstand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Haushaltsgegenständen mit einer Antihaftschicht, bei dem eine Oberfläche des Haushaltsgegenstands im Plasmasprühver­ fahren mit einer Hartstoffschicht versehen und alsdann die Hartstoffschicht mit einer Antihaftschicht versehen wird.

Die Erfindung betrifft ferner einen nach dem vorstehend ge­ nannten Verfahren hergestellten Haushaltsgegenstand.

Ein Verfahren und ein Haushaltsgegenstand der vorstehend genannten Art sind aus der GB-PS 9 44 836 bekannt.

Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung von "Haushaltsgegen­ stand" die Rede ist, so soll hierunter jedweder Haushaltsgegen­ stand 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 Bratguts einer mechanischen Belastung durch metallische Bratenheber bzw. Bratenwender oder Messer ausgesetzt ist. Entsprechendes gilt für Töpfe, Kasserolen, 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 Fett­ spritzer ablagern, die nur unter Schwierigkeiten mit agressiven 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 9 44 836 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 µm aufgetragen, so daß die erste Schicht insgesamt ca. 76 µm dick ist. Die zweite Schicht besteht aus Aluminiumoxid und wird in vier Durchgängen zu je 25,4 µm Dicke aufgetragen, was eine Gesamtdicke der zweiten Schicht von etwa 100 µm ergibt. Beide Schichten zusammen sind somit etwa 176 µm dick.

Auf diese Oxidschicht wird alsdann eine Schicht aus Polyfluor­ kohlenstoff mit einer Dicke von etwa 25 µm 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 Haftgrund­ schicht, 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 Aluminium­ oxid oder aus Aluminiumoxid + Titanoxid oder einem anderen aus der Plasmasprühtechnik bekannten Material besteht.

Bei dem bekannten Verfahren bzw. dem bekannten Haushaltsgegen­ stand 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 Last­ spielen 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 Gesichts­ punkten 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 nach dem Aufbringen der Hartstoffschicht zunächst ein dünnflüssiger Einbrennlack und alsdann ein Antihaftlack aufgebracht wird.

Diese Maßnahme hat den wesentlichen Vorteil, daß der dünn­ flüssige Einbrennlack bis in die Kapillaren des Hartstoffpulvers im Übergang zur metallischen Oberfläche des Haushaltsgegen­ standes oder zur Haftgrundschicht eindringen kann. Die kerami­ sche 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.

Bei besonders bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung wird vor dem Aufbringen der Hartstoffschicht eine Haftgrundschicht als Haftvermittler aufgebracht und zwar bevorzugt in einer Dicke zwischen 1 µm und 20 µm, insbesondere mit einer Dicke von weniger als 10 µm.

Diese Haftgrundschicht wirkt als Haftvermittler und erhöht die Haftung des gesamten Schichtaufbaus auf der Oberfläche des Haushaltsgegenstandes beträchtlich.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils ange­ gebenen 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 erfin­ dungsgemäßen Anlage zum Beschichten von Haushalts­ gegenständen;

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, Kasserolen, Backformen, Bügeleisen, Herdplatten, Warm­ halteplatten, 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, beispiels­ weise Stahl, Gußeisen oder Gußaluminium bestehen, im Rahmen der vorliegenden Erfindung können jedoch auch Haushaltsgegen­ stände, 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 Ausschnittsdar­ stellung in Fig. 1 entnehmen kann, aus einem metallischen Grundkörper 15, der zunächst mit einer Haftgrundschicht 16 versehen ist. Die Haftgrundschicht 16 kann eine Nickel-Alu­ minium-Schicht oder eine Chrom-Nickel-Schicht oder dgl. sein, wie dies aus der Technik der Plasmabeschichtungen für Haftver­ mittlungsschichten an sich bekannt ist. Die Haftgrundschicht ist vorzugsweise zwischen 2 µm und 20 µm dick, insbesondere dünner als 10 µm.

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 Poly­ tetrafluoräthylen (PTFE)-Basis hergestellt wurde.

Fig. 2 zeigt in stark schematisierter Weise eine Beschich­ tungsanlage, 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 Brat­ pfannen 10 gelangen in diesem Zustand zunächst in den Arbeits­ bereich 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 Haft­ grundschicht 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-Beschich­ tungsstation 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 µm und 20 µm. Hierunter versteht man in der Praxis ein Pulver, dessen Korngröße in der Gauß′schen Verteilung zwischen 5 µm und 20 µm variiert, wobei in der Praxis ca. 70% der Pulvermasse eine Korngröße von etwa 12 µm aufweisen. Diese Maße im Rohzustand verändern sich entsprechend, wenn das Hartstoffpulver in den Lichtbogen der zweiten Plasma-Beschich­ tungsstation 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 konti­ nuierlich zunimmt, z.B. von dem erwähnten Bereich zwischen 5 µm und 20 µm zunächst in einen Bereich zwischen 5,6 µm und 22,5 µm mit einem 70%-Maximum bei 14 µm schließlich bishin zu einer Korngröße zwischen 5,6 µm und 40 µm mit einem 70%-Maximum bei etwa 20 µm Korngröße.

Es versteht sich, daß diese Korngrößen-Maßangaben nur illustrie­ rend zu verstehen sind und daß selbstverständlich Abweichungen nach oben und unten möglich sind, ohne den Rahmen der vorlie­ genden Erfindung zu verlassen.

Während die Haftgrundschicht nur verhältnismäßig dünn mit einer Dicke von vorzugsweise unter 10 µm aufgebracht wird, können die Hartstoffschichten mittels der Beschichtungsstationen 33 bis 36 nahezu gleich dick aufgebracht werden und zwar jeweils vorzugsweise 15 µm dick, so daß die gesamte Hartstoffschicht eine Dicke von 80 µm aufweist. Auch hier sind selbstverständlich Variationen möglich, ohne daß dies den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.

Die in dieser Weise aufgebrachte und beispielsweise 60 µm dicke Hartstoffschicht ist ein poröses Gebilde, an dessen Oberfläche die dicksten Körner mit der weiter oben geschilderten Verbrei­ terung 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 0 71 230-7 02 533 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 Bezeich­ nung GREBLON-Antihaftbeschichtung 12/31 unter der Typennummer 0 71 230-7 02 534 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 1 sind die vier Lagen 20 bis 23 der Hartstoffschicht mit den Pulvern 51 bis 54 zunehmen­ der 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 Belackungs­ station 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 Förder­ bandes 30, die durchaus einen Wert von 80°C und darüber er­ reichen 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 abgesunk­ en. Das Absinken des Spiegels des Einbrennlacks 55 vom ersten Niveau 60 auf das zweite Niveau 81 wird auch dadurch gefördert, daß der Einbrennlack 55 noch in die kleinsten Kapillaren ein­ sickert, während sich die Bratpfanne 10 von der ersten Be­ lackungsstation 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 Hartstoff­ schicht 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 zurück­ gezogen wie auch den Antihaftlack 56 beim Zusammenziehen weiter nach unten in das kapillare Gefüge hereingezogen. Durch geeig­ nete Dimensionierung der aufgebrachten Mengen der Lacke 55 und 56 und durch entsprechendes Einstellen der Einbrenntempe­ ratur in der Heizstation 37 im Zusammenhang mit der Durchlauf­ geschwindigkeit 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 µm beispielsweise 5 µm 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.

Claims (6)

1. Verfahren zum Beschichten von Haushaltsgegenständen mit einer Antihaftschicht, bei dem eine Oberfläche des Haushaltsgegenstandes im Plasmasprühverfahren mit einer Hartstoffschicht (20 bis 23) versehen und alsdann die Hartstoffschicht (20 bis 23) mit einer Antihaftschicht (24, 25) versehen wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die nach dem Aufbringen der Hartstoff­ schicht (20, 21, 22, 23) zunächst ein dünnflüssiger Einbrennlack (55) und alsdann ein Antihaftlack (56), vorzugsweise auf Polytetrafluoräthylen-Basis aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Hartstoffschicht (20 bis 23) eine Haftgrundschicht (16) als Haftvermittler aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftgrundschicht eine Dicke zwischen 1 µm und 20 µm, vorzugsweise von weniger als 10 µm aufweist.

4. Haushaltsgegenstand mit einer Antihaftschicht, bei dem eine Oberfläche des Haushaltsgegenstandes mit einer aus Hartstoffpulver (51 bis 54) bestehenden Hartstoff­ schicht (20 bis 23) versehen ist, und auf die Hartstoff­ schicht (20 bis 23) eine Antihaftschicht (24, 25) auf­ gebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Lagen (20, 21) der Hartstoffschicht mit einem dünnflüs­ sigen Einbrennlack (55) und die oberen Lagen (22, 23) mit einem Antihaftlack (56) getränkt sind.

5. Haushaltsgegenstand nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der Oberfläche des Haushalts­ gegenstandes und der Hartstoffschicht (20) eine Haft­ grundschicht (16) vorgesehen ist.

6. Haushaltsgegenstand nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Haftgrundschicht (16) eine Dicke zwischen 1 µm und 20 µm, vorzugsweise von weniger als 10 µm aufweist.