DE3020676A1 - Ueberzug fuer die heizflaeche von heizkoerpern und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

• Ueberzug für die Heizfläche von lleizkörpern und Verfahren
• zu dessen Herstellung Die Erfindung betrifft einen Ueberzug für die Heizfläche von lleiskorpernmit metallischem Grundkörper. Zum Gegenstand der Erfindung gehört ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Ueberzuges.
• Uebliche Kochplatten aus Eisenwerkstoff, typischerweise Gusseisen, haben eine geschwärzte, abgesehen von der relativ grossen Beständigkeit von Gusseisen gegen tiefgreifende Korrosion ungeschützte Heizfläche. Im Gebrauch hat dies die Notwendigkeit intensiver Oberflächenpflege oder rasch eintretende Unansehnlichkeit durch Korrosion zur Folge.
• Es sind daher schon Heizflächenüberzüge bekannt geworden, die eine Oberflächenschicht aus korrosionsbeständigen Materialien aufweisen, insbesondere aus Aluminiumoxid oder Gemischen von Aluminiumoxid mit metallischem Aluminium in mikroporöser Häufungsstruktur. Solche Schichten können durch thermisches Spritzen, insbesondere durch das bekannte Plasmaspritzen, aufgebracht werden. Verbesserungsbedürftig bei solchen Ueberzügen ist die Möglichkeit der Farbgebung, weil ohne Beeinträchtigung der Oberflächenhaltbarkeit oder Haftungsfestigkeit, insbesondere gegenüber schockartigen Temperaturänderungen, nur wenige befriedigende Farbtöne durch Pigmentierung des Aluminiumoxids herstellbar sind. Verbesserungsbedürftig ist ferner die vergleichsweise lockere und poröse. Oberflächenstruktur, die mit der Aufbringung durch thermisches Spritzen verbunden ist.
• Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Heizflächenüberzuges für Kochplatten mit metallischem Grundkörper, wobei die Oberflächenschicht eine Farbgebung in weiteren Grenzen zulässt und mit grösserer Geschlossenheit herstellbar ist.
• Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch die im Anspruch angegebenen Merkmale. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines solchen Heizflächenüberzuges ist durch die Merkmale des Anspruchs 14 gekennzeichnet.
• Das erfindungsgemäss für die Oberflächenschicht auf einem metallischen Kochplatten-Grundkörper vorgesehene, glasförmige Material besitzt grundsätzlich die geforderten Eigenschaften, wobei Jedoch der einwandfreien Haftung am Untergrund und insbesondere der Beständigkeit dieser Haftung gegenüber schockartigen Temperaturänderungen, wie sie im Gebrauch bei Flüssigkeitszutritt zur heissen Oberfläche unvermeidlich sind, grosse Aufmerksamkeit zu schenken ist.
• Eine besonders zweckmässige Ausführung der Erfindung sieht daher Email als Material für die Oberflächenschicht des Ueberzuges vor. Uebliches Email, bekanntlich ein glasförmiges, d.h.
• amorph unterkühltes Material mit treibenden bzw. färbenden Zuschlägen, hat sich erfindungsgemäss überraschend auch für die Beanspruchungen auf einem beheizten Metallkörper bei den für Kochplatten üblichen, höheren Temperaturen bis zu etwa 7000C als temperatur- und temperaturwechselbeständig sowie mechanisch ausreichend fest, insbesondere schlagfest, erwiesen.
• Eine wesentlich Weiterentwicklung der Erfindung zielt auf eine besonders gute Beständigkeit gegen Unterkorrosion des Ueberzuges, wie sie von im Dauergebrauch unvermeidlichen, kleinen Beschädigungen oder Lücken in der Email-Oberflächenschicht ausgeht oder infolge einer Diffusion von aggressiven Medien durch diese Oberflächenschicht auftreten kann. Hierzu wird zwischen dem Grundmaterial der Kochplatte und der Oberflächenschicht eine Zwischenschicht mit Korrosionsschutzwirkung, insbesondere mit Oxidationsschutzwirkung gegenüber dem darunter befindlichen Material vorgesehen.- Eine solche Korrosionsschutzwirkung kann durch Wahl eines an niedrigerer Stelle in der elektrolytischen Spannungsreihe bezüglich des Untermaterials stehenden Metalls erzielt werden. Im Hinblick auf den üblichen Eisenwerkstoff als Grundmaterial kommen hierfür bevorzugt aluminiumhaltige Metall-Legierungen oder -Verbindungen in Betracht. Das an sich verwendbare Reinaluminium unterliegt bei unmittelbarem Kontakt mit dem Eisen-Grundmaterial einer zeitlich bis zum Verschwinden der betreffenden Schicht fortschreitenden Diffusion, wenn die bei Kochplatten üblichen Betriebstemperaturen zur Wirkung kommen. Bei Anwendung von Reinaluminium als Korrosionsschutzsubstanz ist daher im allgemeinen zwischen Grundmaterial und Aluminium eine weitere Zwischenschicht mit der Funktion einer Diffusionssperre erforrllch. Hierfür kommt in besonderer Weiterbildung der Erfindung Nickelaluminid in Betracht. Dieses hat infolge der Diffusionshemmung gegenüber aggressiven Medien auch eine Schutzwirkung für das Untermaterial, allerdings nicht durch elektrolytische Effekte mit ihrer bekannt hohen Schutzwirkung. Jedenfalls kommen, wie eingehende praktische Versuche erwiesen haben, Nickelaluminidschichten als alleinige Zwischenschicht mit ausreichender Wirkung in Betracht.
• Die unter der Email-Oberflächenschicht liegende Zwischenschicht muss Jedenfalls ausreichende Haftungseigenschaften für das glasförmige Material aufweisen. Hierfür kommt Nickel in Betracht, gegebenenfalls auch eine Nickel-Kupfer-Legierung.
• Auch die bekannten Edelstähle, d.h. nickel- und/oder chromhaltige Eisenlegierungen, sind anwendbar. Die beiden letztgenannten Materialien haben übrigens deutliche Diffusionssperrwirkung, so dass eine entsprechende Korrosionsschutzwirkung gegeben ist, die in manchen Fällen ausreicht, ohne eine elektrolytisch schützende Materialkomponente bzw. eine weitere Zwischenschicht vorzusehen. Für höhere Ansprüche hinsichtlich Haltbarkeit sind allerdings mehrschichtige Unterbauanordnungen zu bevorzugen.
• Als hinsichtlich Haftungseigenschaften besonders vorteilhaft haben sich Zwischenschichten mit mikroporöser Häufungsstruktur erwiesen. die eine intensive Verzahnung zwischen den zusatmnenstossenden Materialien ergibt. Solche Strukturen ergeben sich durch Aufbringen des betreffenden Materials mittels thermischen Spritzens. Insbesondere für die Aufbringung von Nickelaluminid empfiehlt sich die Anwendung des bekannten Plasmaspritzens.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand icz in den Zeichnungen schematisch dargestellten AusfUhrungsbeispiele erläutert. Hierin zeigt: Figur 1 einen schematischen Querschnitt einer Kochplatte mit Email-Heizflächenüberzug und korrosionsschützender sowie haftvermittelnder Zwischenschicht, Pigur 2 einen Teilquerschnitt aus dem Randbereich der Kochplatte nach Fig.1, in grösserem Massstab, und Figur 3 einen Teilquerschnitt einer Kochplatte mit andersartig aufgebautem Untergrund des Ueberzuges, ebenfalls aus dem Randbereich der Platte und in einem Massstab gemäss Fig,2.
• Die in Fig.1 im Gesamtquerschnitt dargestellte Kochplatte 1 weist einen aus Gusseisen bestehenden Grundkörper 2 auf. Dieses Grundmaterial ist in den vergrösserten Querschnitten gemäss Fig.2 und Fig.3 mit dem Bezugszeichen 3 versehen. Für den Grundkörper kommt gegebenenfalls auch Stahlblech als Eisenwerkstoff mit entsprechender Formgebung durch Prägen oder Tiefziehen in Betracht.
• An der Unterseite des Grundkörpers 2 sind in üblicher Weise die Windungen eines spiralförmigen, elektrischen Widerstands~ heizelementes 4 innerhalb einer hitzebeständigen und elektrisch isolierenden Einbettungsmasse 4a in entsprechend spi ralförmigen Nuten angeordnet. Das spiralförmige Widerstands~ element erstreckt sich längs des Plattenumfanges, während der zentrale Bereich der Platte nur durch Wärmeleitung vom äusseren Bereich beheizt wird. Demgemäss treten die maximalen Oberflächentemperaturen im radial mittleren Bereich des über dem Widerstandselement liegenden, ringförmigen Abschnitt des Plattenkörpers auf. Ein die Heizfläche 5 der Kochplatte bedeckender Ueberzug 6 unterliegt daher schon wegen dieser unterschiedlichen Temperaturverteilung über die Plattenoberfläche beträchtlichen Wärmespannungen, die bei zeitlich welch~ selnder Temperatur die Form von stoss- oder schockartigen 35 anspruchungen annehmen. Vergleichsweise rasche und daher besonders kritische Beanspruchungen ergeben sich im praktischen Gebrauch von Kochplatten durch unmittelbare Berührung der Heizfläche mit Flüssigkeit beim unvermeidlichen Ueberkochen und versehentlichem Ausgiessen.
• Im Hinblick auf diese Beanspruchungen besteht der Ueberzug 6 neben der Email-Oberflächenschicht 6a aus einer Nickelaluminid-Zwischenschicht 6b, die auf den durch Sandstrahlen aufgerauhten Grundkörper 2 durch thermisches Spritzen, und zwar am zweckmässigsten durch das bekannte Plasmaspritzen, aufgebracht werden kann. Die Verbindung des Nickelaluminids bildet sich beim thermischen Spritzen durch Hochtemperatur-Reaktion zwischen feinen Nickel und Aluminium-Partikeln. Das Nickelaluminid geht beim Auftreffen auf der Eisenoberfläche unter den hohen Entstehungstemperaturen im Plasma bzw. Lichtbogen eine innige und festhaftende, stoffschlüssige Verbindung mit dem Grundmaterial ein und bildet eine mikroporöse Häufungsstruktur an der Oberfläche der Zwischenschicht, jedoch eine dichte, diffusionssperrende Versiegelung im Bereich des Ueberganges zum Grundwerkstoff. Damit ist für den Eisenwerkstoff ein sicherer Korrosionsschutz durch Fernhaltung von aggressiven Medien und infolge der mikroporösen Struktur eine hervorragende Haftung für die Email-Oberflächenschicht gegeben.
• In Fig,2 sind die Dickenverhältnisse der Oberflächenschicht 6a und der Nickelaluminid-Zwischenschicht 6b unter Zugrundelegung einer Beispielsausführung in etwa massstäblich wiedergegeben.
• Bei einer Dicke der Email-Oberflächenschicht von etwa 0,3 bis 0,4 mm beträgt diejenige der Zwischenschicht etwa 0,02 bis 0,05 mm. Im allgemeinen wird man - schon aus Kostengründen - eine möglichst geringe Dicke der Nickelaluminidschicht anstreben.
• Bis unter 0,01 mm Schichtdicke herab wurde gute Korrosionsbeständigkeit der Grundmaterialoberfläche beobachtet.
• Wie aus Fig.2 hervorgeht, erstreckt sich die ZwiscvhenschicSt 6b im wesentlichen nur bis in den Kantenbereich der Kochplatte.
• An der äusseren Umfangsfläche des Grundkörpers 2 schliesst sich eine andere Korrosionsschutzschicht 7 an, die wegen der hier wesentlich geringeren Temperaturen aus Reinaluminium mit seiner hervorragenden, elektrolytischen Korrosionsschutzwirkung bestehen kann, ohne dass ein zu starkes Eindiffundieren des Alunii niums in das Eisen des Grundkörpers zu befürchten wäre, Kochplatten der vorliegenden Art sind üblicherueise in einen Edelstahl-Blechring eingesetzt, der die Umfangsfläche des Grundkörpers am Rande abdeckt und der sich auf der ausseren Korrosionsschicht 7 abstützen kann, ohne dass die sonst wegen der intermetallischen Korrosion zwischen Edelstahl und Eisen erforderliche Isolierung vorgesehen werden müsste. Ausserdem sorgt die äussere Korrosionsschutzschicht 7 für ein auch im Kantenbereich gefälliges Aussehen, wenn die Email-Oberflächenschicht aus Festigkeitsgriinden nicht wesentlich über die äussere Umfangskante der Heizfläche gezogen werden soll.
• Bei der Ausführung nach Fig.3 ist über der Nickelaluminid-Zwischenschicht 6a, die wie gemäss Fig.2 unmittelbar auf das Grundmaterial 3 aufgebracht ist, eine der zusätzlichen Versiegelung und vor allem dem Ausgleich von örtliche konzentrierten Wärmespannungen dienende, zweite Zwischenschicht 6c aus reinem Nickel oder einer Nickel-Kupferlegierung wie z.B.
• Monel vorgesehen. Die Duktilität dieses Materials in Verbindung mit einer gegebenenfalls in Bezug auf die erste Zwischenschicht 6b grosseren Schichtdicke ermöglicht den erwähnten Spannungsabbau und gewährleistet besondere Haltbarkeit der Oberflächenschicht 6a. Bei einem solchen Unterbau können auch vergleichsweise empfindliche und spröde Glaswerkstoffe für die Oberflächenschicht verwendet werden.
• Andere Kombinationen von mehrschichtigen Unterbauen einer Glas- oder Emails-Oberflächenschicht können nach den Kriterien einer ausreichenden Haftvermittlung gegenüber der Oberflächenschicht einerseits - gegebenenfalls in Verbindung mit einer Versiegelungsfunktion - und einer elektrolytischen Schutzwirkung gegenüber dem Grundmaterial andererseits ausgewählt werden.
• Leerseite

Claims (17)

1. Patentanspruche Ueberzug für die Heizfläche von Heizvorrichtungen, insbesondere von Kochplatten, mit einem metallischen Grundkörper, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Oberfläche des im Bereich der Heizfläche (5) befindlichen Ueberzuges (6) durch eine mindestens teilweise aus glasförmigem Material bestehende Oberflächenschicht (6a) gebildet ist.
2. 2. Heizflächenüberzug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine wenigstens teilweise aus Email bestehende Oberflächenschicht (6a).
3. 3. Heizflächenüberzug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ueberzug (6) mindestens eine zwischen dem Grundmaterial (3) des Heizkörpers und der Oberflächenschicht (6a) befindliche Zwischenschicht (6b) mit Haftwirkung gegenüber der Oberflächenschicht (6a) und Korrosions-, insbesondere Oxidationsschutzwirkung gegenüber dem darunter befindlichen Material aufweist.
4. 4. Heizflächenüberzug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für ein wenigstens teilweise aus Eisenwerkstoff bestehendes Grundmaterial (3) eine Zwischenschicht (6b) vorgesehen ist, die eine aluminiumhaltige Metall-Legierung oder -Verbindung enthält.
5. 5. Heizflächenüberzug nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Zwischenschicht, die wenigstens teilweise aus einer Aluminium-Nickel-Legierung besteht.
6. 6. Heizflächenüberzug nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Zwischenschicht, die wenigstens teilweise aus Nikkelaluminid besteht.
7. 7. Heizflächenüberzug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ueberzug (6) mindestens eine zwischen dem Grundmaterial (3) des Heizkörpers und der Oberflächenschicht (6a) befindliche Zwischenschicht (6c) als Diffusionssperre und/oder Haftgrund enthält.
8. 8. Heizflächenüberzug nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine aus Nickel bestehende Zwischenschicht.
9. 9. Heizflächenüberzug nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Zwischenschicht, die wenigstens teilweise aus einer Nickel-Kupfer-Legierung besteht.
10. 10. Heizflächenüberzug nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Zwischenschicht, die wenigstens teilweise aus einer korrosionsbeständigen, nickel- und/oder chromhaltigen Eisenlegierung besteht.
11. 11. Heizflächenüberzug nach einem der Ansprüche 3 bis 6 und einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundmaterial (3) des Heizkörpers und der Oberflächenschicht (6a) mindestens zwei Zwischen schichten (6b, 6c) vorgesehen sind, deren eine (6b) als Korrosionsschutzschicht und deren andere als Diffusionssperre und/oder Haftgrund ausgebildet ist.
12. 12. Heizflächenüberzug nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen mehrschichtigen Unterbau mit einer wenigstens teilweise aus Nickel bestehenden Zwischenschicht (6b) und einer wenigstens teilweise aus Nickelaluminid bestehenden Zwischenschicht (6c).
13. 13. Heizflächenüberzug nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen mehrschichtigen Unterbau mit einer aus Aluminium bestehenden Zwischenschicht und einer wenigstens teilweise aus Nickelaluminid bestehenden, über dem Grundmaterial (3) angeordneten Zwischenschicht.
14. 14. Heizflächenüberzug nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundmaterial (3) des Reizkörpersund der Oberflächenschicht (6a) wenigstens eine Zwischenschicht mit einer mikroporösen Häufungsstruktur angeordnet ist.
15. 15. Ueberzug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Randbereich der Heizfläche im Anschluss an die aus glasförmigem Material bestehende Oberflächenschicht (6a) des Ueberzuges (6) eine wenigstens teilweise freiliegende, vorzugsweise wenigstens teilweise aus Aluminium bestehende Korrosionsschutzschicht (7) angeordnet ist.
16. 16. Verfahren zur Herstellung eines Heizflächenüberzuges nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Grundmaterial (3) des Heizkörpers wenigstens eine Zwischenschicht (6b, 6c) durch thermisches Spritzen aufgebracht wird.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nickelaluminid aufweisende Zwischenschicht (6c) durch Plasmaspritzen aufgebracht wird.