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Die
Bügeleisen
umfassen gewöhnlich
eine Umhüllung,
die einen Griff im Allgemeinen aus Kunststoff bildet, und eine heiße Metallsohle,
die auf die zu bügelnde
Wäsche
aufgebracht wird. Die Sohle der neueren Bügeleisen besteht aus einen
ebenen unteren Platte aus Metall, die über einen oberen gegossenen
Körper
aus Aluminium erhitzt wird, wobei dieser Körper gegen die Innenseite der
ebenen Platte aufgelegt wird und ein rohrförmiges Heizelement aufweist.
Aus Gründen,
die das Gewicht, den Platzbedarf und die Wirtschaftlichkeit betreffen,
hat man versucht, auf den gegossenen Körper aus Aluminium zu verzichten
und ein Heizelement unmittelbar auf die Innenseite der ebenen Platte
der Bügeleisensohle aufzulegen.
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Es
ist somit das Patent
EP555159 bekannt, in
welchem das Heizelement eine Struktur in Sandwichbauweise ist, die
an der Sohle haftet. Diese Struktur benötigt aber solche Herstellungszeiten
und Vorsichtsmaßnahmen,
die zu einer Herstellung führen,
die nicht kostengünstig
genug ist.
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Es
sind Stahlplatten bekannt, die auf ihrer Innenseite sind, auf welchen
eine Dünnschichtschaltung
oder eine Siebdruckschaltung aufgebracht ist. Dieses Verfahren erfordert
jedoch die Verwendung von glasartigen Zusammensetzungen, die genügend isolierend
sein müssen,
um der Netzspannung standhalten zu können. Diese Art Email wird
bei hoher Temperatur aufgebracht, die einerseits mit einem Aluminiumsubstrat
nicht kompatibel ist, und andererseits bewirken die Schwindungsunterschiede
nach dem Brennen dieser Art Email und des Aluminiumsubstrats Spannungen,
welchen eine ebene Platte für
eine Bügeleisensohle
nicht ohne Verformung standhalten kann.
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Man
kennt das Patent
FR1584094 ,
das eine auf einem Substrat aus anodisiertem Aluminium aufgetragene
Schaltung beschreibt. Diese Ausführung, bei
der das Aluminiumoxid nur wenige Mikron erreicht, ist nicht für eine Schaltung
geeignet, die mit der Netzspannung betrieben wird. Zudem ist die
Verwendung auf Temperaturen begrenzt, die unter denjenigen einer
Bügeleisensohle
liegen.
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Das
Patent
EP120119 beschreibt
ein Aluminiumsubstrat, das dazu vorgesehen ist, eine aufgetragene
elektrische Schaltung aufzunehmen. Eine dicke Schicht anodisierten
Aluminiumoxids gewährleistet
mit einer Siliziumabdichtung die elektrische Isolierung. Auch wenn
dieses Substrat eine elektrische oder elektronische Schaltung aufnehmen
kann, vermag keine Angabe die Überlegung
zu erlauben, dass es Temperaturen standhalten kann, die so hoch
sind wie diejenigen, denen eine Bügeleisensohle ausgesetzt ist.
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Das
Patent
EP058023 beschreibt
auch eine Abdichtung eines Substrats aus anodiesiertem Aluminium.
Die Aluminiumoxidschicht ist durch ein metallorganisches Produkt
abgedichtet, das beispielsweise durch Erhitzung polymerisiert ist.
Das Abdichten, das unerlässlich
ist, um eine gute dielektrische Eigenschaft zu erhalten, stellt
nicht eine redundante Sicherheit dar und setzt nicht den Widerstand
gegenüber
thermischen Schocks voraus, denen ein Bügeleisen ausgesetzt ist.
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Das
Patent
FR2763780 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen auf einem
Aluminiumsubstrat, auf welchem eine dicke Aluminiumoxidschicht auf
der Oberfläche
als Isoliermittel gebildet ist und hohen Temperaturen standhalten
kann, ohne dass Fehler auftreten. Das Abdichten der Poren ist nicht
zwangsläufig.
Wenn die Schaltung funktionieren kann, wenn das Substrat hoch erhitzt
wird, ist sie jedoch speziell dafür ausgebildet, das Einsetzen
von integrierten Schaltungen oder Modulen standzuhalten. Diese Bestandteile,
zu deren Abkühlen
der Träger
beiträgt,
weisen weitaus nicht die Leistung und die plötzlichen Temperaturänderungen
einer Bügeleisensohle
auf.
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Das
Dokument
US3805023 beschreibt
ein Heizelement mit einem Substrat aus anodisiertem Aluminium. Die
in einem Bad mit schwacher Säure erhaltene
Aluminiumoxidschicht ist beim Kontakt mit dem Substrat dicht und
bildet eine elektrische Barriere, während die Außenseite
der Schicht porös
ist. In den Porositäten
wurde ein lichtempfindliches Produkt abgeschieden, das ein Edelmetall
aufweist, das nach Bestrahlung durch Negativ und Entwicklung als
Katalysator für
die chemische Abscheidung der aus Nickel bestehenden Leiterbahn
dient.
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Die
Verwendung für
ein Bügeleisen
ist keineswegs erwähnt.
Auf den ersten Blick sind die Widerstandsbahnen als Ersatz für den Katalysator
in den Poren der Aluminiumoxidschicht abgeschieden. Grundsätzlich sind
die externen Porositäten
nicht empfehlenswert für
eine Dampfbügeleisensohle,
die in feuchter Umgebung betrieben sind.
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Das
Dokument
US-A-5 943 799 beschreibt ein
Heizelement für
eine Bügeleisensohle,
mit einer isolierenden Innenschicht, die Heizbahnen, ein aus einer
Aluminiumplatte bestehendes Substrat und einer isolierende Außenschicht
aus Aluminiumoxid aufweist, die durch elektrolytische Oxidation
gebildet wird und als Antifriktionsschicht dient.
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Der
Gegenstand der folgenden Erfindung ist ein Heizelement einer Bügeleisensohle,
wobei dieses Heizelement leicht, platzsparend und in der Herstellung
wirtschaftlich ist.
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Das
Ziel der Erfindung wird mit Hilfe eines Heizelements für Bügeleisensohle
erreicht, dessen Substrat, das aus einer dünnen Platte aus reinem oder
mit Silizium oder Magnesium legiertem Aluminium besteht, mit einem
Isoliermittel beschichtet ist, auf welchem Heizbahnen aufgebracht
sind, dadurch, dass das Isoliermittel eine anodische oxidierte Schicht
mit einer Dicke zwischen 10 und 200 μm ist, die gegenüber den
plötzlichen
Temperaturänderungen
der Platte widerstandsfähig
ist.
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Die
Verwendung von Aluminium ermöglicht es,
aus allen Vorteilen dieses Metalls insbesondere hinsichtlich der
Verteilung der Temperatur über
die Sohle Nutzen zu ziehen. Das reine oder mit Silizium legierte
Aluminium weist praktisch kein Magnesium auf und ist zudem leicht
emaillierbar. Für
eine gute Verteilung der Hitze ist es vorteilhaft, dass das Substrat
des Heizelements einen Großteil
der Innenfläche
der Bügeleisensohle
bedeckt, wobei die Verlustleistung hoch sein kann.
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Das
Anodisieren ermöglicht
es, über
ein Isoliermittel zu verfügen,
dass in natürlicher
Weise am Träger
haftet und deren Ausdehnung mit diesem kompatibel ist.
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Die
oxidierte Schicht ist vorzugsweise vom Typ derjenigen, die durch
anodische Oxidation erhalten wird, die in einer Lösung einer
elektrisch schwach leitenden Säure
mit einer Stromdichte zwischen 1 und 5 A/dm2 bei
einer stabilisierten Temperatur durchgeführt wurde.
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Die
Verwendung einer Oxidation in einer Säurelösung mit schwacher elektrischen
Leitfähigkeit,
die derjenigen ähnlich
ist, die im Patent
FR2763780 beschrieben
ist, wobei sie jedoch auf ein Heizelement für ein Elektrohaushaltsgerät angewendet
wird, ermöglicht
es, in überraschender
Weise einen guten Widerstand gegenüber der Temperatur und der
Durchschlagspannung zu erreichen.
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Zudem
haben zahlreiche Versuche in der Werkstatt die Langzeitfestigkeit
dieser Isolierung bei Tests bewiesen, bei denen die Bügeleisensohle
zahlreichen plötzlichen
Abkühlungen
auf einem nassen Filz ausgesetzt ist, wobei dieses Tests weitgehend repräsentativ
für eine
heiße
Sohle sind, die auf ein feuchtes Bügeltuch aufgesetzt wird.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Substrat des Heizelements eine Bügeleisensohle, die auf ihrer
Außenseite,
die mit den Stoffen in Kontakt kommen soll, vor der anodischen Oxidation emailliert
wurde, wobei dieses Emaillieren bei einer Temperatur erfolgt, die
das Metall entspannt.
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Das
Anodisieren erfordert eine Entspannung des Metalls. Durch das Emaillieren
der Sohle vor dem Anodisieren spart man diese Entspannungsbehandlung.
Vorzugsweise ist das Email durch einen abziehbaren Schutzlack gegen
die Korrosion der Anodisierungsbäder
geschützt.
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Vorzugsweise
sind die Poren der oxidierten Schicht mit einem anderen Metalloxid
gefüllt,
das durch Zersetzung eines polymerisierbaren metallorganischen Produkts
wie Silans, eines organischen Derivats des Titans, Zirkoniums, Germaniums
oder Zinns erhalten wurde.
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Obwohl
dieses Füllen
nicht bei allen Arten von oxidierten Schichten unerlässlich ist,
bringt es eine zusätzliche
Betriebssicherheit.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist die Oberfläche
der oxidierten Schicht mit einem organischen polymerisierbaren Produkt
imprägniert,
der wie Polyester oder ein Polyimid temperaturbeständig ist.
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Diese
weitere Möglichkeit
ist leichter durchführbar
und erfordert ein Brennen bei einer niedrigeren Temperatur.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die leitenden Heizbahnen siebgedruckte und anschließend gebrannte
Pasten.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
eines Heizelements einer Sohle, ist das mit Aluminiumsubstrat versehene
Heizelement auf der Innenseite der Bügeleisensohle bei einer Temperatur
gelötet,
die das Brennen der Bahnen ermöglicht.
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Es
ist somit möglich,
Sohlen zu erhalten, deren Seite, die mit den Stoffen in Kontakt
steht, aus nichtrostendem Stahl mit einer guten Verteilung der Wärme an der
Oberfläche
besteht.
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Das
Löten wird
durchgeführt,
wenn die Bahnen frisch aufgebracht sind, was das Brennen dieser erspart.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
sind die aus Nickel bestehenden Bahnen auf die dichte Aluminiumoxidschicht
chemisch aufgebracht.
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Es
kann jedes bekannte Verfahren angewendet werden, um eine haftende
leitende oder halbleitende Schicht aufzubringen, die als Heizbahn
dient. Es werden vorzugsweise bekannte Verfahren angewendet, die
darin bestehen, die ganze Oberfläche
zu metallisieren und anschließend
unter Verwendung eines Photoresists die Bahnen auszuführen, indem
die Teile dieser Oberfläche,
die nicht leitend werden sollen, zu ätzen. Der Vorteil ist, dass
dieses Verfahrenstyps im Wesentlichen nur Einrichtungen bedarf,
die mit der Herstellung von gedruckten Schaltungen kompatibel sind.
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Die
Erfindung wird beim Lesen der folgenden Beispiele besser verständlich.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung bildet das Substrat des Heizelements die Bügeleisensohle,
die eine ebene Aluminiumplatte ist, deren Ränder abgerundet sind, um das
Gleiten auf den Stoffen zu erleichtern, Die Sohle wird durch thermische
Behandlung, nämlich
durch Glühen
bei 400°C
entspannt, anschließend
entfettet, entrostet und sorgfältig
gereinigt.
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Eine
durch anodische Oxidation in einer Säurelösung mit schwacher elektrischen
Leitfähigkeit
erhaltene oxidierte Schicht ist elektrolytisch auf der Innenseite
der Bügelsohle
aufgebracht. Wenn die erhaltene Abscheidung nicht als Haftschicht
für eine Abscheidung
dienen kann, die der mit der gebügelten Wäsche in
Kontakt tretenden Außenseite
gute Bügeleigenschaften
verleiht, wird diese Seite durch bei der Galvanoplastik übliche Mittel
maskiert.
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Eine
oxidierte Schicht ausreichender Isolierung wird in Lösungen von
Oxal-, Zitronen-, Milch- oder Weinsäure mit einer Stromdichte von
1 bis 5 A/dm2 auf dem Teil erhalten.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
die durch die oxidierte Schicht erhaltene Isolierung zum Zwecke
einer größeren Sicherheit
durch eine redundante zusätzliche
Isolierung verstärkt.
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In
einem ersten Ausführungsbeispiel
ist die zusätzliche
Isolierungsschicht siliziumhaltig. Sie kann durch thermische Zersetzung
eines auf der Oberfläche
des Oxids abgeschiedenen Silans erhalten werden.
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Nach
einer zweiten Ausführungsform
ist die zusätzliche
Isolierung ein Oxd oder eine Kombination von Oxiden der Metalle
wie Titan, Zirkonium, Germanium, Zinn. Sie kann durch thermische
Zersetzung von bekannten Vorstufen dieser Metalle erhalten werden.
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Nach
einer dritten Ausführungsform
ist die zusätzliche
Isolierung eine Schicht mit einem Glas mit niedrigem Schmelzpunkt,
wie diejenigen, die zur Herstellung der Hybridschaltungen verwendet
werden. Diese Schicht kann beispielsweise durch Siebdrucken einer
Paste 7802 der Firma Metech und durch Brennen bei 500°C auf der
oxidierten Schicht erhalten werden.
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Die
elektrische Schaltung weist resistive Heizbahnen auf, die auf der
oxidierten Schicht aufgebracht sind. Vorzugsweise sind diese Bahnen
durch Siebdruck aufgebrachte Pasten oder Farben, die nach dem Brennen
leitend sind. Man kann beispielsweise eine silbergefüllte Polyimidpaste
mit der Nummer CM3321E der Firma Protavic verwenden, die eine Stunde
bei 150°C
und anschließend
eine Stunde bei 275°C
polymerisiert wird.
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Vorteilhafterweise
ist die oxidierte Seite und deren Heizbahnen durch einen Polyimidfilm überzogen.
Dieser Film vermeidet, dass das Ganze feuchtigkeitsempfindlich wird.
Er wird beispielsweise durch siebgedrucktes Aufbringen einer Paste
IM891 der Firma Protavic und Polymerisieren auf den Bahnen erreicht.
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In
der einfachsten Ausführungsform
kommt die Außenseite
der Bügeleisensohle
unmittelbar mit dem Stoff in Kontakt. Die Metallseite wird nur durch ein
mechanisches Bürsten
gereinigt oder poliert.
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Bei
einer weiterentwickelten Ausführungsform
ist die Bügeleisensohle
eine ebene Platte, deren Ränder
abgerundet sind, damit sie weniger aggressiv sind, welche aus einem
mit Silizium legierten Aluminium besteht, in dem der Magnesiumanteil
unter 0,01% liegt. Diese Platte ist auf der Außenseite des Bügeleisens
bei einer Temperatur emailliert, die das Aluminium glüht und entspannt.
Es ist somit nicht notwendig, vor der Anodisierung ein Spannungsfreiglühen durchzuführen. Das
Emaillieren bringt der Sohle gute Bügeleigenschaften. Vorzugsweise
ist das Email mindestens während
der Anodisierung durch einen abziehbaren Schutzfilm geschützt. Auf
ihrer Innenseite weist die Sohle eine Isolierung und Bahnen auf,
die denjenigen des vorherigen Beispiels ähnlich sind.
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Wenn
die Benutzerin beim Bügeln
ein Bügeleisen
mit einer erfindungsgemäßen Sohle
verwendet, führen
die resistiven Heizbahnen im Aluminium eine hohe Leistung ab, die
bei einer Sohle von etwa 2 dm2 2 kW erreichen
kann. Das Aluminium hat den Vorteil, dass es die Hitze auf der ganzen
Fläche
gut verteilt. Zudem erfährt
die Sohle Erwärmungen
auf die Solltemperatur, die über
250°C liegen
und mit einer feuchten sogar nassen Wäsche in Kontakt gebracht werden
kann. Die strengen Langzeitfestigkeitstests zeigen eine gute Widerstandsfähigkeit
der erfindungsgemäßen Sohle.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist das Substrat des Heizelements eine ebene Aluminiumplatte, die
entspannt wird und eine oxidierte Schicht erhält, die durch anodische Oxidation
in einer Säurelösung mit
schwacher elektrischen Leitfähigkeit wie
in den vorhergehenden Beispielen erhalten wurde. In gleicher Weise
kann die oxidierte Schicht bei Bedarf eine zusätzliche Isolierung erhalten,
und anschließend
werden die Bahnen aufgebracht und bei Bedarf gebrannt.
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Das
erhaltene Heizelement wird auf der Innenseite einer Bügeleisensohle
geklebt, die auf ihrer Außenseite
aus einer dünnen
emaillierten Aluminiumplatte besteht. Vorteilhafterweise wird ein
Silikonkleber verwendet, der mit den Einsatztemperaturen der Sohle
kompatibel ist. Diese Baugruppe hat den Vorteil, dass sie mit derjenigen
der bestehenden hergestellten Bügeleisen
kompatibel ist, die einen auf einer Sohle aufgeklebten Heizkörper aufweisen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist das Substrat des Heizelements eine ebene Aluminiumplatte, die
entspannt wird und eine oxidierte Schicht erhält, die durch anodische Oxidation
in einer Säurelösung mit
schwacher elektrischen Leitfähigkeit
wie in den vorhergehenden Beispielen erhalten wurde. In gleicher
Weise kann die oxidierte Schicht vor dem Aufbringen der Bahnen bei
Bedarf eine zusätzliche Isolierung
erhalten.
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Das
erhaltene Heizelement wird auf der Innenseite einer Bügeleisensohle
gelötet,
die aus einer dünnen
Platte aus nichtrostendem Stahl besteht. Vorteilhafterweise wird
ein Lötmittel
verwendet, das bei einer Temperatur schmilzt, die das Brennen der aufgebrachten
Bahnen und/oder der Schutzauflage gewährleistet, womit der Vorgang
kostengünstiger wird.
Dieser Vorgang wird durch eine strenge Kontrolle der Atmosphäre ermöglicht,
in welcher er abläuft.
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In
einer Ausführungsvariante
wird das erhaltene Heizelement auf der Innenseite einer Bügeleisensohle
befestigt, die aus einer dünnen
Platte aus nichtrostendem Stahl besteht, deren Außenränder gebördelt sind,
um sich gegen das Heizelement anzulegen und es in bekannter Weise
zu halten. Die Wärmeübertragung
zwischen dem Heizelement und der Sohle ist durch eine dünne leitende
Klebschicht gewährleistet,
die wie ein Silikonkleber hitzebeständig ist.
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Somit
wird eine Sohle erhalten, die dieselben Vorteile wie diejenigen
des vorhergehenden Beispiels aber eine andere Ausgestaltung hat.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Bügeleisensohle
eine ebene Platte, deren Ränder
abgerundet sind, um weniger aggressiv zu sein, und welche aus einem
mit Silizium legierten Aluminium mit einem Magnesiumanteil von weniger
als 0,01% besteht. Diese Platte wird auf ihrer Außenseite
im Bügeleisen
bei einer Temperatur emailliert, die das Aluminium glüht und entspannt.
Es ist somit nicht notwendig, eine Entspannungsbehandlung vor der
Anodisierung durchzuführen.
Das Emaillieren verleiht der Sohle gute Bügeleigenschaften. Das Email
ist vorzugsweise mindestens während
der Anodisierung mit einem abziehbaren Schutzfilm geschützt. Die Sohle
weist auf ihrer Innenseite eine isolierende oxidierende Schicht
auf, die derjenigen der vorhergehenden Beispiele ähnlich ist.
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Auf
dieser Isolierschicht, die vorzugsweise nicht oder nicht vollständig abgedichtet
ist, sind Bahnen aus Nickel aufgebracht. Zu diesem Zweck wird die
Oberfläche
mittels einer Lösung
sensibilisiert, die Palladiumchlorid oder einer im Handel erhältlichen, beispielsweise
durch die Firma SHIPLEY vermarkteten Vorstufe enthält. Die
Oberfläche
wird anschließend
in ein Metallisierungsbad mit Nickelsulfat und Reduktionsmitteln
getaucht und mit Nickel überzogen.
Die Oberfläche
wird anschließend
mit einem Photoresist maskiert, mit Ultraviolett durch eine Filmvorlage
hindurch bestrahlt, welche den Verlauf der gewünschten Bahnen wiedergibt,
und durch ein Natriumbad entwickelt, um die bestrahlten Teile von
der Maske zu entfernen. Die freie Nickelfläche wird dann beispielsweise
mit einer Eisenperchloridlösung
geätzt,
die nur die Bahnen freilässt.
Die Photoresistreste werden mit Azeton entfernt. Diese zum Teil
mit den Einrichtungen zum Herstellen der gedruckten Schaltungen
kompatiblen Vorgänge
werden vorschriftsmäßig mit
der notwendigen Vorsicht und den notwendigen Zwischenspülungen betrieben.
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Die
Verbindungen werden anschließend
auf den Bahnen durch bekannte Mittel gelötet.
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Gegenüber der
durch Siebdruck erhaltenen Bahnen brauchen die durch chemische Nickelabscheidung
erhaltenen Bahnen nicht gebrannt zu werden.
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Die
Anwendung dieser Erfindung ist im Wesentlichen für das Gebiet der Bügeleisen
vorgesehen, aber es kann auch vorgesehen werden, sie in analoger
Weise und mit einigen offensichtlichen Anpassungen auf die Außenseite
eines Wannenbodens anzuwenden, der zum Heizen von Wasser in einem Kessel
oder von Öl
in einer Friteuse vorgesehen ist.