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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine metallene Sohlenplatte
für ein
Bügeleisen,
die mit einer Antireibungsschicht versehen ist, die ein anorganisches
Polymer enthält.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Bügeleisen
mit einer metallenen Sohlenplatte mit einer Antireibungsschicht.
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Eine
Sohlenplatte für
ein Bügeleisen
der eingangs beschriebenen Art ist an sich bekannt, beispielsweise
aus der Europäischen
Patentanmeldung
EP-A-640714 .
Die genannte Patentanmeldung beschreibt insbesondere ein Bügeleisen,
das mit einer Sohlenplatte aus Edelstahl versehen ist, wobei diese Sohle
mit einer dünnen
Antireibungsschicht aus Polysilikat versehen ist. Diese Antireibungsschicht
kann mit Hilfe einer Sol-Gel-Technik
aus einer Lösung
angebracht werden.
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Es
hat sich herausgestellt, dass unter bestimmten Umständen die
Kratzfestigkeit der Antireibungsschicht des bekannten Bügeleisens
nicht ganz optimal ist. Wenn beispielsweise eine Sohlenplatte aus
Aluminium verwendet wird, ist die Kratzfestigkeit der Antireibungsschicht
nicht befriedigend. Es hat sich herausgestellt, dass Brüche in der
Antireibungsschicht entstehen können,
wenn die Antireibungsschicht eines derartigen Bügeleisens über scharfe Gegenstände geschoben
und gleichzeitig ein Druck darauf ausgeübt wird.
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Es
ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die genannte
Sohlenplatte zu verbessern. Es ist eine besondere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Sohlenplatte für
ein Bügeleisen zu
schaffen, deren Kratzfestigkeit der Antireibungsschicht höher ist
als die der bekannten Sohlenplatten. Die vorliegende Erfindung soll
ebenfalls eine Sohlenplatte mit einer verbesserten Kratzfestigkeit
schaffen.
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Diese
und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden erzielt mit
einer Sohlenplatte wie in Anspruch 1 beansprucht.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die experimentell erhaltene Erkenntnis
zugrunde, dass die unbefriedigende Kratzfestigkeit verursacht wird
durch die Tatsache, dass die Unterschicht aus Aluminium besteht.
Unter bestimmten Umständen
stellt es sich heraus, dass dieses Material zu weich ist um die Druckbelastung,
die beim Bügeln
auftreten kann, bestehen zu können.
Es hat sich herausgestellt, dass dieses Problem überwunden werden kann durch
Verwendung einer harten Zwischenschicht zwischen der Antireibungsschicht
und der Sohlenplatte.
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Es
sei bemerkt, dass aus
DE-A-4410410 eine
aus Aluminium bestehende Sohlenplatte für ein Bügeleisen bekannt ist, die mit
einer Metalloxidschicht bedeckt ist, erhalten in einem Hart-Anodisierungsprozess,
wobei diese Oxidschicht die Gleitfläche bildet. Die Metalloxidschicht
kann in einem Sinterprozesss mit einer Schicht aus Polytetrafluorethylen
(PTFE) versehen werden. Polytetrafluorethylen ist aber ein organisches
Polymer. Die PTFE-Schicht dringt in die Oxidschicht ein, so dass
Metalloxidinseln durch die PTFE-Schicht
hervorspringen. Die Sohlenplatte dieses Bügeleisens gleitet im Wesentlichen
auf diesen Oxidinseln. Weiterhin ist aus
US-A-4862609 eine Sohlenplatte
für ein
Bügeleisen
bekannt, die einen Basiskörper
aufweist, der vorzugsweise aus Gussaluminium besteht, wobei auf
der Bügelseite eine
poröse
Abdeckung aus einer mechanisch widerstandsfähigen Schicht vorgesehen ist.
Diese Schicht ist mit einem organischen Haftmittel, wie PTFE oder PFA
oder aber Silikone bedeckt. Bei diesen beiden bekannten Sohlenplatten
umfasst die Bügeloberfläche eine
organische Schicht, während
bei der vorliegenden Erfindung diese Schicht ein anorganisches Polymer
ist.
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Im
Grunde kann die Sohlenplatte des Bügeleisens nach der vorliegenden
Erfindung aus einem einzigen Block geformten Aluminiums bestehen.
Auf alternative Weise können
Sohlenplatten verwendet werden, die aus mehreren Teilen zusammengesetzt sind.
Ein Beispiel davon, das interessant ist, weil es die Einfachheit
der Herstellung begünstigt,
ist eine Sohlenplatte mit einem ersten Teil aus Druckgußaluminium,
auf dem ein zweiter Teil aus im Wesentlichen reinem Aluminium in
Form einer dünnen
Platte befestigt ist. Es hat sich herausgestellt, dass im Wesentlichen
reines Aluminium relativ weich ist. Dadurch sind Sohlenplatten und
Teilen von Sohlenplatten aus diesem Material, auf denen die bekannte
Antireibungsschicht mit dem dreidimensionalen anorganischen Polymer
vorgesehen ist, extra empfindlich für die Bildung von Kratzern
oder Rissen in der Antireibungsschicht. Insbesondere in einer derartigen
Konstruktion ist das Vorhandensein einer harten Zwischenschicht
ein wesentlicher Vorteil.
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Es
sei bemerkt, dass mit einer harten Schicht in diesem Kontext eine
Schicht gemeint ist, deren Harte wenigstens zweimal und vorzugsweise
wenigstens fünfmal
größer ist
als Aluminium. Eine derartige harte Schicht wird durch eine Behandlung
der Oberfläche
der Sohlenplatte bevor die Antireibungsplatte darauf befestigt wird,
erhalten. Die Alumini umoberfläche
wird durch einen Nitrierungs- oder einen Karbonationsprozess gehärtet. In
dem genannten Prozess findet Diffusion von Stickstoff oder Kohlenstoff
in der Aluminiumschicht statt, die auf der Oberfläche der
Sohlenplatte vorgesehen ist.
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Das
anorganische Polymer der Antireibungsschicht wird auf der harten
Schicht angebracht, und zwar in einem Sol-Gel-Prozess. In diesem
Prozess wird ein dreidimensionales anorganisches Polymer gebildet.
Wenn nötig
kann dieses Polymer auch organische Nebengruppen enthalten. Geeignete
Antireibungsschichten enthalten Polymere auf Basis von Zr-Oxiden,
Al-Oxiden, Ti-Oxiden und vorzugsweise Si-Oxiden oder Gemischen derselben.
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Wenn
eine Sol-Gel-Lösung
zur Herstellung von Schichten auf einem Substrat verwendet wird, wird
zunächst
eine kolloidale Suspension von Festteilchen in einer Flüssigkeit
zubereitet. In dem vorliegenden Fall besteht die genannte kolloidale
Suspension vorzugsweise aus hydrolysierten Metalloxidteilchen in
einem organischen Lösungsmittel.
In diesem Zusammenhang sind bekannte Metallalkoxide Ti-, Zr-, Al-
und Si-Tetraalkoxide. Meistens wird ein Alkohol als organisches
Lösungsmittel
verwendet. Die genannte kolloidale Lösung wird durch Hinzufügung einer
definierten Menge an Wasser sowie einer kleinen Menge einer Säure oder
einer Base als Katalysator zu dem Metalloxidgemisch gebildet. Die
resultierende kolloidale Lösung,
die in Alkohol stabilisiert wird, kann danach vorgesehen werden,
und zwar in Form einer dünnen
Schicht, auf einem gewünschten Substrat.
Der Katalysator und das hinzugefügte
Wasser sorgen für
eine (teilweise) Hydrolyse der Alkoxide. Dadurch findet Polykondensation
statt, so dass ein anorganisches Polymer gebildet wird. Dieser Prozess
wird bei einer höheren
Temperatur noch beschleunigt. Die Lösungsmittel der resultierenden Sol-Gel-Schicht
verdunsten während
des Auftragungsprozesses zu einem großen Teil. Die restlichen Lösungsmittel
werden bei einer höheren
Temperatur verdunstet.
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Mit
Hilfe des Gel-Sol-Prozesses können
sehr dünne
Schichten aus einem dreidimensionalen anorganischen Polymer auf
der harten Zwischenschicht der aus Aluminium bestehenden Sohlenplatte
gebildet werden. Wenn die genannten Metall-Tetraalkoxide verwendet
werden, ist die Dicke der genannten Schichten etwa 0,5 μm oder weniger.
Die Verwendung dünner
Schichten auf Basis eines dreidimensionalen anorganischen Polymers
mit Metall-Alkoxiden als Vorläufer
gewährleistet,
dass die erfindungsgemäßen Antireibungsschichten
sehr preisgünstig
sind. Es sei bemerkt, dass dreidimensionale anorganische Polymere
eine größere Härte und
eine größere Bruchfestigkeit
aufweisen als lineare anorganische Polymere. Deswegen werden dreidimensionale
Polymere bevorzugt.
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Es
gibt mehrere Möglichkeiten
die kolloidale Lösung
auf der Sohlenplatte in Form einer Schicht anzubringen, beispielsweise
in einem Tauchverfahren oder Schleuderverfahren. Vorzugsweise wird
die Schicht mit Hilfe von Sprühtechniken
angebracht. Schichten, die auf diese Weise angebracht werden, haben
einen niedrigeren Reibungskoeffizienten als Schichten, die im Schleuderverfahren
aufgetragen werden. Wenn dickere Schichten erforderlich sind, wird
der Auftragungsprozess einige Male wiederholt.
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Eine
günstige
Ausführungsform
der Sohlenplatte nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen
auf, dass das dreidimensionale anorganische Polymer vorwiegend aus
polymerisiertem Alkyltrialkoxysilan besteht. Es hat sich herausgestellt, dass
Antireibungsschichten auf Basis polymerisierter Silane eine wesentlich
größere Bruchfestigkeit
aufweisen als Antireibungsschichten auf Basis von Tetraalkoxysilanen,
wie in der – oben
genannten Patentveröffentlichung
beschrieben. Folglich kann die Schichtdicke der Antireibungsschicht
des Bügeleisens
nach dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung viel dicker sein als die Schichtdicke
der Antireibungsschicht des Bügeleisens
nach dem Stand der Technik. Die Verwendung einer relativ dicken
Antireibungsschicht liefert einen Beitrag zu einer Steigerung der
Abnutzungsfestigkeit der Schicht. Die Antireibungsschicht des Bügeleisens
nach der vorliegenden Erfindung kann mit einer Dicke von 10 bis
25 μm hergestellt
werden. Zum Optimieren des Gebrauchswertes soll die Schichtdicke
der bekannten Antireibungsschicht in der Praxis kleiner sein als
20 μm. Es hat
sich herausgestellt, dass unerwünschte
Rissbildung in der Antireibungsschicht bei größeren Dicken auftreten kann.
Die optimale Dicke dieser Art von Antireibungsschichten liegt zwischen
5 und 15 μm.
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Es
hat sich herausgestellt, dass insbesondere die niedrigeren Alkylgruppen,
wie Phenyl-, Propyl- und Ethyltrialkoxysilan bei dieser Art von
Antireibungsschicht auf sehr vorteilhafte Weise benutzt werden können. Die
besten Ergebnisse wurden erreicht mit Methyltrialkoxysilan. Die
mit Methyltrialkoxysilan erhaltenen Schichten zeigen eine bessere Beständigkeit
gegen hohe Temperaturen als die Schichten, die aus Silanen hergestellt
werden, die höhere
und/oder komplexere Alkylgruppen enthalten.
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Es
hat sich weiterhin herausgestellt, dass die Antireibungsschicht
auf vorteilhafte Weise eine Menge eines Füllmittels, wie oxidische Nanoteilchen,
aufweist. Diese oxidischen Teilchen haben eine mittlere Teilchengröße unterhalb
100 nm. Geeignete Beispiele davon sind Nanoteilchen von ZrO2, Al2O3,
TiO2 und/oder SiO2.
Die Menge der genannten Teilchen liegt vorzugsweise zwischen 30
und 70 Gew.%, berechnet in Bezug auf das Gesamtgewicht der Antireibungsschicht.
Gute Ergebnisse wurden erzielt durch Verwendung von etwa 50 Gew.%
Nanoteilchen als Füllmittel
in der Antireibungsschicht. Das Vorhandensein dieser Füllmittel
führt zu
einer Steigerung der Härte
der Antireibungsschicht.
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Eine
andere interessante Ausführungsform der
Sohlenplatte nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen
auf, dass die Antireibungsschicht anorganische Farbpigmente als
Füllmittel aufweist.
Diese Farbpigmente versehen die Antireibungsschicht ebenfalls mit
einer größeren Härte. Außerdem wird
das Aussehen der Antireibungsschicht durch das Vorhandensein derartiger
Farbpigmente verbessert. Insbesondere anorganische Farbpigmente
auf Basis von (gemischten) Metalloxiden haben sich als befriedigend
erwiesen. Einige sehr geeignete Typen von Farbpigmenten sind Fe2O3, CoAl2O4, sowie gemischte
Metalloxide auf Basis von TiNiSb und TiCrSb. Diese Farbpigmente
haben eine mittlere Teilchengröße von einigen
Zehntel μm.
Folglich sind sie insbesondere geeignet für Verwendung in dickeren Antireibungsschichten,
wie Antireibungsschichten, die mit Hilfe von Alkyltrialkoxysilan
hergestellt werden können.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Bügeleisen
mit einer Sohlenplatte mit den oben beschriebenen Kennzeichen. Es
sei bemerkt, dass die vorliegende Erfindung bei herkömmlichen Bügeleisen
sowie bei Dampfbügeleisen
angewandt werden kann.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden
Fall näher
beschrieben.
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Die 1 zeigt
ein Bügeleisen
nach der vorliegenden Erfindung.
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Es
sei bemerkt, dass der Deutlichkeit halber das in der Figur dargestellte
Bügeleisen,
insbesondere die Dicke der jeweiligen Schichten nicht maßstabgerecht
gezeichnet ist.
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Die 1 zeigt
eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform
eines Dampfbügeleisens
nach der vorliegenden Erfindung. Das genannte Bügeleisen umfasst ein Kunststoffgehäuse (1),
dessen Unterseite mit einer metallenen Sohlenplatte (2)
versehen ist. In diesem Fall ist die Sohlenplatte aus einem Block
(6) aus Druckgußa luminium
hergestellt, auf dem eine dünne
Platte (3) aus reinem Aluminium befestigt ist. Die Fläche der
Sohlenplatte, die von dem Gehäuse
abgewandt ist, ist nacheinander mit einer harten Zwischenschicht
(4) und einer Antireibungsschicht (5) versehen.
Die Antireibungsschicht (5) enthält ein dreidimensionales anorganisches
Polarisatorolymer, das mit Hilfe eines Sol-Gel-Prozesses aufgetragen
wird. Nachstehend folgt eine Beschreibung einer Anzahl Ausführungsformen
von Bügeleisen.
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In
einer ersten Ausführungsform
nach dem Stand der Technik umfasst die Sohlenplatte des Bügeleisens
einen festen Druckgußblock
aus Silizium enthaltenden Aluminium. Dieser Block wird danach mit
Hilfe einer Sol-Gel-Technik mit einer 0,3 μm dicken Schicht aus Polysilikat
versehen, wie in der oben genannten Patentschrift
EP-640.714 beschrieben. Dieses Bügeleisen
wird als "Typ A" bezeichnet.
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Die
Antireibungsschicht wurde wie folgt hergestellt. Zunächst wurde
eine Sol-Gel-Lösung
mit 19,4 g MTMS (Methyltrimethoxysilan), 0,9 g TEOS (Tetraethylorthosolikat),
2,7 Hac (Essigsäure),
20 g oxidische Nanoteilchen (Silikasol mit einem Feststoffanteil
von 50%; Ludox) und 1 g anorganischem Farbpigment zubereitet. Nach
Hydrolysierung während
einer Stunde, wurde die Lösung
mit Hilfe eines Spritzroboters auf die Bügeloberfläche einer Sohlenplatte aus
eloxiertem Aluminium gespritzt. Die auf diese Weise angebrachte
Sol-Gel-Schicht wurde 45 Minuten lang bei 300°C zum Aushärten gebracht. Die resultierende
Antireibungsschicht enthielt vorwiegend ein dreidimensionales anorganisches
Polymer aus organisch modifiziertem Polysilikat (Dicke 10 μm). Je nach
dem Typ des anorganischen Pigmentes könnte die Antireibungsschicht
in verschiedenen Farben hergestellt werden. Die Schicht zeigte eine
gute Kratzfestigkeit und eine gute Haftkraft an der metallenen Sohlenplatte.
Zerstörung
der Adhäsion
nachdem die Sohlenplatte 500 mal einem Temperaturzyklus von 20–300°C ausgesetzt
worden war, trat nicht auf.
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Die
Verwendung einer harten Zwischenschicht führt zu einer Steigerung der
Kratzfestigkeit der Antireibungsschicht. Aus Gründen in Bezug auf die einfache
Herstellung hat die Verwendung einer harten Schicht, gebildet durch
eine elektrochemisch behandelte Schicht aus Aluminiumoxid deutliche
Vorteile. Die Adhäsion
einer Antireibungsschicht auf Basis eines dreidimensionalen anorganischen
Polymers zu einer derartigen Schicht ist besser als zu einer Platte,
beispielsweise aus NiCr-Stahl. Der wichtige Vorteil der Verwendung
organisch modifizierter Trialkoxysilane ist, dass sie es ermöglichen,
dass dickere Antireibungsschichten hergestellt werden können. Außerdem können oxidische Nanoteilchen,
die eine weitere Zunahme der Härte
der Antireibungsschicht verursachen, in diesem Typ von Schichten einverleibt
werden. Ein zusätzlicher
Vorteil ist, dass dazu auch anorganische Farbpigmente in diesem Typ
dicker Antireibungsschichten einverleibt werden können. Weiterhin
erteilen diese Farbpigmente der Schicht ein interessantes Aussehen.