DE102021203524A1

DE102021203524A1 - Antihaftbeschichtetes Kochgeschirr und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102021203524A1
Application number: DE102021203524.8A
Authority: DE
Inventors: Cornelius Börner; Roman Mayer
Original assignee: WMF GmbH
Current assignee: WMF GmbH
Priority date: 2021-04-09
Filing date: 2021-04-09
Publication date: 2022-10-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein antihaftbeschichtetes Kochgeschirr mit einem Grundkörper, der eine dem Kochgut zugewandte Innenfläche aufweist, wobei zumindest auf der Innenfläche des Grundkörpers eine Beschichtung aus einem Schichtmaterial aus der Gruppe der keramischen und/oder der Emaille-Materialien abgeschieden ist. Die Innenfläche weist eine Strukturierung mit einer Vielzahl von Vertiefungen aufweist, wobei die Vertiefungen durch Stege zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind und die Vertiefungen mit einem Antihaftmaterial gefüllt sind, wobei das Antihaftmaterial durch die angrenzenden Stege gegenüber mechanischen Beschädigungen geschützt ist. Ebenso betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung dieses antihaftbeschichteten Kochgeschirrs.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein antihaftbeschichtetes Kochgeschirr mit einem Grundkörper, der eine dem Kochgut zugewandte Innenfläche aufweist, wobei zumindest auf der Innenfläche des Grundkörpers eine Beschichtung aus einem Schichtmaterial aus der Gruppe der keramischen und/oder der Emaille-Materialien abgeschieden ist. Die Innenfläche weist eine Strukturierung mit einer Vielzahl von Vertiefungen aufweist, wobei die Vertiefungen durch Stege zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind und die Vertiefungen mit einem Antihaftmaterial gefüllt sind, wobei das Antihaftmaterial durch die angrenzenden Stege gegenüber mechanischen Beschädigungen geschützt ist. Ebenso betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung dieses antihaftbeschichteten Kochgeschirrs.
Gemäß dem Stand der Technik sind verschiedene Antihaftschichten in Kochgeschirren bekannt. Die zwei bekanntesten dieser Art basieren entweder auf Polytetrafluorethylen (PTFE) oder auf keramischen Materialien. Nachteilig bei PTFE ist die geringe Kratzbeständigkeit und bei den keramisch-basierten die nachlassende Antihaftwirkung bei zunehmender Nutzungsdauer.
Um die Langlebigkeit von PTFE zu nutzen, bei gleichzeitigem Schutz der Beschichtung, sind verschiedene Patente bekannt, bei denen die Beschichtung in Vertiefungen sitzt und durch erhabene Stege aus Metall gegen Beschädigung durch Kratzen geschützt werden.
So erwähnt das Patent EP 0 510 546 B1 ein Verfahren bei dem Rillen z.B. mittels Rollen in die Oberfläche eines metallischen Grundkörpers eingebracht werden, wobei die eingebrachten Vertiefungen mit einer Antihaftschicht beschichtet werden. Dieses Verfahren ist kostenintensiv und aufgrund der Zähigkeit des Grundmaterials nur bei metallischen Oberflächen möglich.
Eine weitere Möglichkeit wird in EP 0 633 327 A1 beschrieben. Hierbei werden die Vertiefungen nicht eingerollt sondern über Eindrücken mittels eines geeigneten Werkzeugs erstellt. Hierbei entstehen kappenförmige Einsenkungen, welche ebenfalls mit einer Antihaftschicht beschichtet werden. Die Nachteile entsprechen jedoch denen bei der Erzeugung von Rillen.
In der WO2017/147450 A1 wird eine andere Schutzmöglichkeit aufgeführt. Hierbei wird z.B. ein Edelstahlgewebe in einen weichen Aluminiumkörper eingebracht. Das härtere Edelstahlgewebe wird hierbei nicht komplett in das Grundmaterial eingearbeitet bzw. eingewalzt. Die dadurch verbleibenden erhabenen Stege aus Edelstahl schützen die weicheren Vertiefungen aus Aluminium, welche mit einer Antihaftschicht beschichtet werden können.
Ebenfalls aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, bei denen Vertiefungen in metallische Substrate über Ätzen eingebracht werden.
Allen zuvor beschriebenen Lösungen ist gemein, dass diese nur für metallische Oberflächen geeignet sind.
Für emaillierte Oberflächen ist aus US 2010/0001006 A1 eine Lösung bekannt, bei der ein Berg-Tal-Profil erzeugt wird, um eine gleichmäßige Fettverteilung zu ermöglichen. Durch eine optimierte Fettverteilung kann aber kein zufriedenstellender Antihafteffekt erzeugt werden. Der Fokus dieser Druckschrift liegt somit auf der Strukturierung der Oberfläche.
Die Patentschrift AT371686b erwähnt unter dem Emaille aufgetragene metallische Stege und Bahnen, welche die Wärmeleitfähigkeit des Kochgeschirrs verbessern sollen. Dies ist jedoch nicht Schwerpunkt der Erfindung. Zudem befindet sich diese metallische Schicht unterhalb des Emailles.
In der DE 28 27 461 C2 wird ein Verfahren beschrieben, das ebenfalls eine homogenere Fett-/Ölverteilung auf emaillierten Oberflächen ermöglichen soll. Dies wird durch eine Zweibrandemailoberfläche erzeugt, wobei beide Schichten unterschiedliche Schmelzpunkte haben. Beim Einbrennen der zweiten Schicht, versackt die erste Schicht in der nachträglich aufgebrachten zweiten Schicht. Da die nachträglich aufgebrachte Schicht gemäß einem definierten Muster appliziert wird, entstehen hierbei Stege und Täler. Nachteilig ist, dass durch das Aufschmelzen der Schichten keine scharfkantigen Konturen möglich sind. Zudem entstehen hierbei glatte Oberflächen, welche nur mit zusätzlicher Nachbehandlung beschichtbar sein dürften.
In der DE 22 14 973 A wird ein Verfahren beschrieben, welches sich auf die farbliche und/oder strukturelle Änderung von Oberflächen von Glaskolben bezieht. Dies geschieht durch Aufheizen mittels einer Flamme und zusätzlichem partiellem Energieeintrag über einen sogenannten Korpuskularenergiestrahl. Hierbei sollen Farbeffekte bzw. Strukturänderungen erzeugt werden. Die Nachteile dieses Patents entsprechen der vorigen Schrift - durch das Erhitzen/Anschmelzen der Oberfläche können keine scharfen Konturen erzeugt werden. Zudem entsteht hierbei kein Abtrag der Beschichtung sondern lediglich ein Farbumschlag bzw. eine Struktur.
Alle Lösungssansätzen aus dem Stand der Technik haftet bislang das Problem an, dass keine zufriedenstellende Lösung gefunden wurde, mit der die Vorteile keramischer oder emaillierte Oberflächen und PTFE-basierter Antihaftschichten genutzt, die Nachteile aber eliminiert werden.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein schnelles und kostengünstiges Verfahren zur Antihaftbeschichtung von Kochgeschirr bereitzustellen, mit dem die Vorteile von PTFE in Bezug auf Langlebigkeit und von keramischen Antihaftschichten oder emaillierter Oberflächen oder anderen Oberflächen mit einer höheren Abriebbeständigkeit in Bezug auf Kratzbeständigkeit kombiniert werden können. Zusätzlich sollen die geringe Kratzbeständigkeit von PTFE und die verminderte Lebensdauer von keramischen Antihaftschichten eliminiert werden. Insbesondere soll das Verfahren auch auf nicht-metallischen Oberflächen anwendbar sein.
Dieser Aufgabe wird durch das antihaftbeschichtete Kochgeschirr mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Verfahren zur Herstellung dieses Kochgeschirrs mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
Erfindungsgemäß wird ein antihaftbeschichtetes Kochgeschirr mit einem Grundkörper bereitgestellt, der eine dem Kochgut zugewandte Innenfläche aufweist, wobei zumindest auf der Innenfläche des Grundkörpers-eine Beschichtung aus einem Schichtmaterial aus der Gruppe der keramischen und/oder der Emaille-Materialien abgeschieden ist und wobei die Innenfläche eine Strukturierung mit einer Vielzahl von Vertiefungen aufweist, wobei die Vertiefungen durch Stege zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind und die Vertiefungen mit einem Antihaftmaterial gefüllt sind, wobei die Stege einen Schutz für das Antihaftmaterial gegenüber mechanischen Beschädigungen bilden.
Das erfindungsgemäße Konzept basiert darauf, dass sich das weichere Antihaftmaterial in den Vertiefungen der Beschichtung befindet und die gegenüber dem Antihaftmaterial erhabenen Stege aus einem Material höherer Härte bestehen, wodurch diese stabiler und fester als die dazwischenliegenden Bereiche mit dem Antihaftmaterial sind. Somit werden die Bereiche in den Vertiefungen mit dem Antihaftmaterial durch die Stege vor mechanischen Beschädigungen geschützt.
Es ist bevorzugt, dass die Vertiefungen in der strukturierten Schicht eine Tiefe von 20 µm bis 200 µm, bevorzugt von 30 µm bis 140 µm und besonders bevorzugt von 40 µm bis 120 µm aufweisen.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die durch die Vertiefung erzeugte Oberfläche eine Rauigkeit Ra im Bereich von 1 µm bis 20 µm, bevorzugt von 2 µm bis 10 µm aufweist.
Vorzugsweise sind die Stege in Form von Linien oder Strukturen angeordnet sind, welche einen maximalen horizontalen Abstand zwischen den Stegen von bis zu 20 mm, bevorzugt von bis zu 10 mm, besonders bevorzugt von bis zu 6 mm haben. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass die Stege beliebige geometrische Formen annehmen.
Eine weitere Ausführungsform ist, dass die Vertiefungen und die Stege mit einer Antihaftbeschichtung versehen sind. So sind die exponierten Stege nicht so beständig gegen Abrieb wie die Antihaftschicht in den Tälern, dahingegen, kann die Antihaftwirkung im Anlieferzustand nochmals gesteigert werden.
Vorzugsweise können die Stege aufgeraut sein.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die beschichtete Innenfläche des Kochgeschirrs die Brat-, Koch- bzw. Backfläche und/oder die Seitenfläche umfasst.
Das Antihaftmaterial ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe der Fluorpolymere, insbesondere Polytetrafluorethylen, oder aus der Gruppe der keramisch basierten Antihaftschichten oder aus Polyetheretherketon.
Das Kochgeschirr ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pfanne, Kochtopf, Schnellkochtopf oder Backform.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines antihaftbeschichteten Kochgeschirrs, bei dem

a) auf einem Grundkörper zumindest auf der dem Kochgut zugewandten Innenfläche eine vollflächige Beschichtung aus einem Schichtmaterial aus der Gruppe der keramischen und Emaille-Materialien aufgetragen wird,
b) mittels Laserstrahlung ein Abtrag oder ein Aufrauen der keramischen und/oder Emaille-Materialien an der Innenfläche erfolgt, wobei Vertiefungen auf der Innenfläche erzeugt werden, die durch verbleibende Stege aus dem keramischen und/oder Emaille-Material zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind,
c) die Innenfläche mit einem Antihaftmaterial beschichtet wird, wobei die Vertiefungen mit dem Antihaftmaterial ausgefüllt werden.

Der Abtrag bzw. das Aufrauen mittels Laserstrahlung hat den Vorteil, dass hierdurch eine gleichzeitige Reinigung der Innenfläche erfolgt. Diese stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren dar, bei denen die mechanisch eingebrachten Vertiefungen im Anschluss einem gesonderten Reinigungsschritt unterzogen werden müssen, bei dem die Oberfläche von Betriebsstoffen wie zum Beispiel Schmiermitteln gereinigt wird.
Bei der Beschichtung mit einem Antihaftmaterial in Schritt c) wird die komplette Fläche, d. h. die Vertiefungen und ggf. die Stege mit einem Antihaftmaterial beschichtet.
In einem vorzugsweise folgenden Schritt d) wird überschüssiges Beschichtungsmaterial, das sich auf den Stegen abgelagert hat, mechanisch entfernt, zum Beispiel durch eine Politur. Somit werden die erhabenen Stege vom Antihaftmaterial befreit, wohingegen die geschützten Vertiefungen in diesem Verfahrensschritt durch die Stege geschützt werden und keine Politur erfahren.
Eine Variante dieses Ablaufs sieht vor, dass die Antihaftschicht nicht von den Stegen entfernt wird. Die Beschichtung der Stege ist somit mechanischen Einflüssen deutlich stärker ausgesetzt. Jedoch ist im Neuzustand eine bessere Antihaftwirkung vorhanden und selbst nach Be-/Abnutzung eine gute Rest-Antihaftwirkung vorhanden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiterhin den Vorteil, dass es sich bei der Laserstrukturierung um ein werkzeugloses abstraktes Verfahren handelt, d. h. sämtliche Konturen, Formen oder Vertiefungen sind ohne eine Werkzeuganpassung möglich. Durch den Einsatz der Laserstrahlung ist es zudem ein sehr kostengünstiges und schnelles Verfahren zur Strukturierung der Beschichtung.
Die geeignete Wahl der Parameter für die Laserstrahlung kann genutzt werden, um die Rauheit der durch die Strukturierung erzeugten Oberfläche so einstellen zu können, dass eine optimale Haftung für das Antihaftmaterial im folgenden Schritt ermöglicht wird.
Die Strukturierung mittels Laserstrahlung hat zudem den Vorteil, dass das Verfahren sowohl für extrem harte, wie z.B. glasartige oder emailleartige Schichten, aber auch für weichere Schichten, wie zum Beispiel keramischer Antihaftschichten, einsetzbar ist.
Vorzugsweise ist das keramische Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polymerkeramiken und/oder das Emaille-Material ausgewählt ist, welches geeignet ist Konsumgüter, im besonderen Produkte welche für den Kontakt mit Lebensmitteln, zu beschichten.
Die Strukturierung der Beschichtung in Schritt b) mittels Laserstrahlung erfolgt durch einen Laser, welcher von der Wellenlänge und Leistung geeignet ist, das zu entschichtende Material abzutragen.
Vorzugsweise erfolgt die Beschichtung mit dem keramischen Material in Schritt a) mittels Sol-Gel Verfahren .
Die Beschichtung mit dem Emaille-Material in Schritt a) erfolgt bevorzugt mittels Tauchen oder Spritzen und anschließendem Trocknen und/oder Einbrennen. Diese Schritte können mehrfach wiederholt werden, bis eine Beschichtung der gewünschten Dicke erzielt ist.
Das Antihaftmaterial wird vorzugsweise mittels Spritzen aufgetragen.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines antihaftbeschichteten Kochgeschirrs, bei dem

a) auf einem Grundkörper auf der dem Kochgut zugewandten Innenfläche eine strukturierte Beschichtung aus einem Schichtmaterial aus der Gruppe der keramischen und Emaille-Materialien oder Beschichtungen mit einer höheren Abriebbeständigkeit als typische Antihaftbeschichtungen oder Kombinationen hiervon aufgetragen wird, wobei die strukturierte Beschichtung Vertiefungen aufweist, die durch Stege aus dem Schichtmaterial zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind,
b) die strukturierte Beschichtung mit einem Antihaftmaterial beschichtet wird, wobei die Vertiefungen mit dem Antihaftmaterial ausgefüllt werden.

Es ist bevorzugt, dass nach der Beschichtung mit Antihaftmaterial in einem weiteren Schritt ein Polieren der antihaftbeschichteten Innenfläche unter Entfernung der Antihaftbeschichtung auf den Stegen erfolgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0510546 B1 [0004]
EP 0633327 A1 [0005]
WO 2017/147450 A1 [0006]
US 2010/0001006 A1 [0009]
AT 371686 b [0010]
DE 2827461 C2 [0011]
DE 2214973 A [0012]

Claims

Antihaftbeschichtetes Kochgeschirr mit einem Grundkörper, der eine dem Kochgut zugewandte Innenfläche aufweist, wobei zumindest auf der Innenfläche des Grundkörpers eine Beschichtung aus einem Schichtmaterial aus der Gruppe der keramischen und/oder der Emaille-Materialien abgeschieden ist und wobei die Innenfläche eine Strukturierung mit einer Vielzahl von Vertiefungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen durch Stege zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind und die Vertiefungen mit einem Antihaftmaterial gefüllt sind, wobei die Stege einen Schutz für das Antihaftmaterial gegenüber mechanischen Beschädigungen bilden.
Kochgeschirr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen eine Tiefe von 20µm bis 200µm, bevorzugt von 30µm bis 140µm und besonders bevorzugt von 40µm bis 120µm aufweisen.
Kochgeschirr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Vertiefung erzeugte Oberfläche eine Rauigkeit Ra im Bereich von 1µm bis 20µm, bevorzugt von 2µm bis 10µm aufweist.
Kochgeschirr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege in Form von Linien oder Strukturen vorliegen, die einen maximalen horizontalen Abstand zwischen den Stegen von bis zu 20mm, bevorzugt von bis zu 10mm, besonders bevorzugt von bis zu 6mm haben.
Kochgeschirr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege beschichtet sind, vorzugsweise mit einem Antihaftmaterial.
Kochgeschirr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege einen Verrundungsradius von 20µm bis 100µm haben.
Kochgeschirr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche die Brat-, Back- bzw. Kochfläche und gegebenenfalls zumindest bereichsweise die Seitenfläche umfasst.
Kochgeschirr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antihaftmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Fluorpolymeren, insbesondere Polytetrafluorethylen, Polyetheretherketon oder Polymerkeramiken.
Kochgeschirr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus • Silikat-Keramiken enthaltend Siliciumdioxid und damit silikatbildende Oxide, insbesondere Tonmineralien, • Oxid-Keramiken, insbesondere enthaltend Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid oder Kombinationen hiervon, • nicht-oxidische Keramiken, insbesondere Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Borcarbid, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Molvbdändisilicid und Wolframcarbid oder Kombinationen hiervon und • Kombinationen hiervon.
und/oder Emaille-Material enthaltend Siliciumdioxid sowie mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Borax, Feldspat, Soda, Pottasche, Zirkonsilika, Titandioxid und Kombinationen hiervon. Kochgeschirr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus Edelstahl, Stahl, Gusseisen, Kupfer, Aluminium, Titan, Emaille, keramischen Materialien oder Kombinationen hiervon besteht oder diese enthält.
Kochgeschirr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kochgeschirr ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Pfanne, Kochtopf, Schnellkochtopf oder Backform.
Verfahren zur Herstellung eines antihaftbeschichteten Kochgeschirrs nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem a) auf einem Grundkörper zumindest auf der dem Kochgut zugewandten Innenfläche eine vollflächige Beschichtung aus einem Schichtmaterial aus der Gruppe der keramischen und/oder Emaille-Materialien aufgetragen wird, b) mittels Laserstrahlung ein Abtrag oder ein Aufrauen der keramischen und/oder Emaille-Materialien an der Innenfläche zur Erzeugung einer Strukturierung mit einer Vielzahl von Vertiefungen erfolgt, wobei auf der Innenfläche Vertiefungen erzeugt werden, die durch verbleibende Stege aus dem keramischen und/oder Emaille-Material zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind, c) die Innenfläche mit einem Antihaftmaterial beschichtet wird, wobei die Vertiefungen mit dem Antihaftmaterial ausgefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtrag oder die Aufrauung der keramischen und/oder Emaille-Materialien in Schritt b) mittels Laserstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 1000 und 1100nm, bevorzugt von 1030 und 1070nm erfolgt, wobei vorzugsweise ein Festkörperlaser eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit dem keramischen Material in Schritt a) mittels Sol-Gel Verfahren erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit dem Emaille-Material in Schritt a) mittels Tauchen oder Spritzen und anschließendem Trocknen und/oder Einbrennen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Antihaftmaterial mittels Spritzen und anschließendem Trocknen aufgetragen wird.
Verfahren zur Herstellung eines antihaftbeschichteten Kochgeschirrs nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem a) ein Grundkörper aus keramischen und/oder Emaille-Materialien bereitgestellt wird oder auf einem Grundkörper auf der dem Kochgut zugewandten Innenfläche eine strukturierte Beschichtung aus einem Schichtmaterial aus der Gruppe der keramischen und/oder Emaille-Materialien aufgetragen wird, wobei auf der Innenfläche eine Struktur aus Vertiefungen, die durch Stege aus dem Schichtmaterial zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind, abgeschieden wird b) die strukturierte Innenfläche mit einem Antihaftmaterial beschichtet wird, wobei die Vertiefungen mit dem Antihaftmaterial ausgefüllt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Beschichtung mit Antihaftmaterial in einem weiteren Schritt ein Polieren der antihaftbeschichteten Innenfläche unter Entfernung der Antihaftbeschichtung auf den Stegen erfolgt.