DE2723640B2

DE2723640B2 - Rohrheizkörper für Geschirrspülmaschinen

Info

Publication number: DE2723640B2
Application number: DE2723640A
Authority: DE
Inventors: Richard Dr. Salzburg Bleckmann (Oesterreich)
Original assignee: ELPAG AG CHUR CHUR (SCHWEIZ)
Current assignee: ELPAG AG CHUR CHUR (SCHWEIZ)
Priority date: 1977-05-25
Filing date: 1977-05-25
Publication date: 1979-09-20
Also published as: CH634960A5; SE437108B; SE7805889L; GB1587588A; DE2723640A1; IT7823752A0; FR2392162A1; IT1095522B; FR2392162B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrheizkörper für Geschirrspülmaschinen oder andere Haushaltsgeräte, bei denen der Rohrheizkörper mindestens zeitweise in Luft betrieben wird und der ein Mantelrohr aus einem Chromnickelstahl mit einem Nickelgehalt von 8—12% und einem Chromgehalt von 8—25% besitzt das mit einer Nickelauflage versehen ist die teilweise in den Chromnickelstahl eindiffundiert ist

Es sind Rohrheizkörper bekannt die aus Chromnik- ~> keistahl bestehen und dementsprechend eine hellglänzende, metallisch blanke Oberfläche besitzen. Bei Haushaltsmaschinen wie Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen oder dgl, bei denen der Rohrheizkörper in einem aggressiven Wasser, insbesondere in einem

ίο kochsalzhaitigen Wasser, betrieben wird, neigen die Rohrheizkörper zu Spannungsrißkorrosion. Der Chromnickelstahlmantel schützt also den Rohrheizkörper gegen Rostbildung und andere Korrosionsschäden, jedoch nicht gegen Spannungsrißkorrosion. Hierunter ist zu verstehen, daß an Stellen, an denen im Rohrheizkörpermantel innere Spannungen vorliegen, ein Riß auftreten kann, insbesondere wenn die Oberfläche des Mantelrohres beispielsweise durch eine mitgewaschene Nähnadel verletzt wird.

Es ist nun bekannt, daß das Problem der Spannungsrißkorrosion gelöst werden kann, wenn eine Nickelschicht in der Dicke von 5—20μΐτι auf die Oberfläche des Mantelrohres aufgebracht wird. Die Nickelschicht wird in e'nem Glühprozeß bei 900—1200° unter

^r> Schutzgas teilweise in den Chromnickelstahlmantel eindiffundiert. Der Rohrheizkörper besitzt dann also eine metallisch blanke Oberfläche.

Es gibt nun Haushaltsgeräte, bei denen der Rohrheizkörper ständig in Wasser betrieben wird, z. B.

Wassererhitzer oder Waschmaschinen. Bei diesen Geräten bleibt die Nickelschicht metallisch blank und oxidiert nicht, da die Rohrheizkörperoberfläche keine Temperaturen annehmen kann, bei denen ein Oxidationsprozeß auftreten würde. Bei anderen Haushaltsge-

'"' raten wird jedoch der Rohrheizkörper in Luft betrieben oder — wie bei Geschirrspülmaschinen — während des Spülvorganges in Wasser, jedoch nach dem Spülvorgang zum Trocknen des Geschirrs in Luft. Bei diesen Geräten erreicht der Rohrheizkörper Oberflächentem-

·"' peraturen von 400-600°C. Die Nickeloberfläche wird daher oxidiert, und zwar um so stärker, je höher die Temperatur ist.

Die Oberflächentemperatur des Rohrheizkörpers ist jedoch über seine Länge hinweg unterschiedlich, und

■^ zwar bedingt durch eine herstellungsmäßig nicht zu vermeidende unterschiedliche Heizleistung der Heizwendel je Längeneinheit und durch unterschiedliche Wärmeabstrahlung der Manteloberfläche nach der Montage des Rohrheizkörpers im Gerät. So ist

^r'" beispielsweise die Temperatur an den Krümmungsstellen des Rohrheizkörpers im allgemeinen am niedrigsten. Durch diese Temperaturunterschiede ergeben sich auch unterschiedliche Oxidationsformen der Nickelschicht, was optisch in Form von unterschiedlichen Anlauffar-

^Y> ben wahrgenommen werden kann.

Die bereits beim Probelauf des Haushaltsgerätes, z. B. der Geschirrspülmaschine, im Herstellerwerk auftretende unkontrollierte Oxidation der Nickelschicht des Rohrheizkörpers führt zu einem fleckigen Aussehen. Da

^h" bei Geschirrspülmaschinen der Rohrheizkörper im allgemeinen sichtbar ist, wird der Verkauf eines fabrikneuen Gerätes durch die unschöne Oberfläche des Rohrheizkörpers, welche eine Vorbenutzung vermuten last, erschwert.

^(1> Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Rohrheizkörper, der außerordentlich widerstandsfähig gegen Spannungsrißkorrosion sein soll, eine derartig unkontrollierte Oxidation der Nickelschicht zu

vermeiden.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß eir_e Nickelschicht einer bestimmten Stärke auf einem Chromnickelstahlrohr eine Oxidschicht bilden kann, die über die gesamte Länge homogen ist

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß. die Nickelschicht als gleichmäßig dunkelgrüne oder als graue bis braunschwarze Oxidschicht ausgebildet ist

Die dunkelgrüne Oxidschicht wird erzielt, wenn die Nickelschicht in einer Stärke von 20—30 μπι aufgetragen wird und v/cnn im Gegensatz zu den bekannten Verfahren ein Glühprozeß nicht unter Schutzgas, vielmehr unter einem oxidierenden Medium, z. B. Luft bei 900—1200° durchgeführt wird. Bei einer Nickelschicht mit einer Stärke von unter 20 μπι wird die Nickeloxidschicht grau bis braunschwarz.

Es wurde nun festgestellt, daß die Rohrheizkörper gemäß der Neuerung äußerst beständig gegen Spannungsrißkorrosion sind Zur Prüfung auf Spannungsrißkorrosion wurden U-förmig gebogene Rohrheizkörper verspannt und in 42%iger MgCb bei 145° geprüft Der Verlauf der Rißbildung wurde nach der Erkennbarkeit der Risse mit unterschiedlicher Vergrößerung beurteilt. Bei dem Rohrheizkörper mit grüner Oxidschicht waren unter 6facher Vergrößerung nach 122 Stunden die ersten Risse zu erkennen. Zum Vergleich wurde ein Rohrheizkörper mit einem nicht vernickelten Mantelrohr aus Chromnickelmolybdänstahl geprüft; dieser zeigte unter 6facher Vergrößerung die ersten Spannungsrisse nach vier Stunden. Nach acht Stunden trat bereits der Bruch ein.

Zur Prüfung der Rostbildung wurden Rohrheizkörper gemäß der Neuerung anhand eines Wechseltauchversuches in Seewasser geprüft Dabei konnte nach vier Wochen praktisch kein Rostansatz festgestellt werden. Auch eine Erhöhung der Konzentration des Prüfmittels ergab innerhalb von weiteren zwei Wochen keine Verrostung.

Die Versuche zeigen also, daß man gemäß der Erfindung mit relativ niedrig legierten Chrom-Nickel-Legierungen des Typs 18/8, d. h. 18% Chrom und 8% Nickel auskommen kann, ohne daß Nachteile gegenüber höher legierten und wesentlich teureren Stählen, z. B. Chromnickelstahl 25/20, auftreten würden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Überlegung kann nun dazu ausgenützt werden, die Stärke der Nickelschicht zu kontrollieren, ohne daß hierzu zeitraubende und kostspielige Untersuchungen erforderlich wären. Solange in der Serienfertigung die gleichmäßig dunkelgrüne Nickeloxidationsschicht erzielt wird, ist gewährleistet, daß die Stärke der Nickelschicht über 20 μπι beträgt. Unter 20 μηι tritt schlagartig ein Umschlag in die graue bis braunschwarze Oxidationsschicht auf. Eine physikalische Erklärung für den auftretenden Effekt konnte nicht gefunden werden. Eine Untersuchung der Röntgenfeinstruktur der oxidierten Oberflächen ergab neben dem Untergrund von Nickel bei beiden oxidierten Proben nur Nickeloxid. Nach dem Schrifttum existiert sowohl bei höheren als auch bei niedrigeren Temperaturen sowohl ein grünes als auch ein schwarzes Nickeloxid.

Die Zeichnung dient der weiteren Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht eines Rohrheizkörpers;

Fig. 2 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab durch den Rohrheizkörper der Fig. 1 in Richtung der Pfeile I-l;

F i g. 3 und 4 Schliffbilder durch die äußerste Schicht des Rohrheizkörpermantels.

Der in F i g. 1 dargestellte W-förmig gebogene Rohrheizkörper besitzt ein Mantelrohr 1 aus einem Chromnickelstahl und zwar in der bevorzugten Ausführungsform aus einem Stahl des Typs 18/8, d.h. mit 18% Chrom und 8% Nickel. An den Enden sind Anschlußbolzen 2 vorgesehen, die, wie später noch erläutert wird, als unlegierte Stahlbolzen gegebenenfalls vernickelt ausgeführt sind Auf den Rohrheizkörpermantel 1 wird eine Nickelschicht in einer Dicke von mehr als 20 μπι, vorzugsweise von 20—30 μπι, aufgetragen. Der fertiggestellte Rohrheizkörper wird bei 900—1200° an Luft oder an oxidierender Atmosphäre geglüht wobei sich eine dunkelgrüne, gleichmäßige, gut

is aussehende Oxidschicht an der Oberfläche ergibt Bei diesem Glühprozeß diffundiert ein Teil der Nickelschicht in den Rohrheizkörpermantel ein.

Alternativ kann auch das noch nicht gefüllte Mantelrohr 1 mit der angegebenen Nickelschicht versehen und unter Schutzgas geglüht werden; dabei ergibt sich eine metallisch blanke Oberfläche. Nach dem Füllen und Reduzieren des Rohres erfolgt eine zweite Glühung in oxidierender Atmosphäre, wie beschrieben.

Unter Bezugnahme auf Fig.2 besteht also die

2> äußerste Schicht des Rohrheizkörpermantels aus einer gleichmäßigen Nickeloxidschicht 3 und aus einer Übergangsschicht 4, die in die Ausgangslegierung 5, also im allgemeinen eine Chromnickellegierung des Typs 18/8, übergeht.

so Bei dem in Fig.3 dargestellten Schliffbild des Endproduktes nach dem Glühen wurde als Ausgangsmaterial ein Rohrheizkörper verwendet, auf den eine Nickelschicht in einer Dicke von etwa 30 μπι aufgetragen war.

ji Bei der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform hatte die vor dem Glühen aufgetragene Nickelschicht eine Dicke von etwas unter 15 μηι.

Auf dem Schliffbild gemäß F i g. 3 ist nun zu erkennen, daß die Nickeloxidschicht eine Stärke von etwa 20 μπι

■»ο und die Übergangsschicht 4 eine Stärke von etwa 5—6 μπι besitzt. Die Nickeloxidschicht hat eine gleichmäßige, schöne dunkelgrüne Farbe.

Bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform hat die Oxidschicht 3 eine kleinere Stärke im Vergleich zu

4ί der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform, nämlich eine Stärke von etwa 15 μπι. Die Farbe der Oxidschicht ist grau bis braunschwarz. Die unter der Oxidschicht liegende Nickelschicht zeigt unter dem dunklen Belag eine interkristallin verlaufende Oxidation, welche bis zur

">o Grenze der Diffusionszone reicht, die in beiden Schliffen deutlich erkennbar ist

Zu erwähnen ist noch, daß bei der in F i g. 3 dargestellten Probe der Glühprozeß bei 1080° C vorgenommen wurde und sich über 5 Minuten erstreck-

Das Problem der Spannungsrißkorrosion und gegebenenfalls auch der Verrostung ist gerade bei Geschirrspülmaschinen sehr akut, weil es nicht zu verhindern ist, daß das Spülwasser Kochsalz enthält.

ho Normaler, an sich rostfreier Chromnickelstahl bildet ohne Vernickelung eine Oxidschicht, die rostet.

Außerdem ist eine derartige Ausführung gegen Spannunesrißkorrosion sehr empfindlich.

Der Diffusionsprozeß verläuft in beiden Richtungen,

f. d. h. einerseits diffundiert die Nickelschicht in den Chromnickelschichtmantel ein — andererseits diffundieren Bestandteile der Chromnickellegierungen in die Nickelschicht ein.

Die Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion ist bei den beiden Ausführungsformen ausgezeichnet, vorausgesetzt, daß eine Nickelschicht überhaupt vorhanden ist. Ist diese nicht vorhanden, z. B. durch einen Fehler bei der Fertigung, oder ist sie zu schwach, z. B. nur 4—5 μιη stark, dann rostet die durch zu schwache Vernickelung auftretende Chromeisenspinelle, was jedoch erst nach längerer Benutzungsdauer festzustellen ist. Der festgestellte Farbumschlag der Oxidschicht von grün auf dunkelgrau bzw. auf graubraun liefert nun fertigungsmäßig eine einfache Kontrolle der Stärke der Nickelschicht. Die grüne Oxidschicht wird dementsprechend bevorzugt, da bei Erzielung derselben auch sichergestellt ist, daß die Nickelschicht beim Auftrag eine Stärke hat, die eir.e Spanp.ungsriflkorrosion weitgehend ausschließt. Wenn die Auftragsstärke der Nickelschicht auf andere Art und Weise kontrolliert wird oder wenn man aus anderen Gründen bei der Fertigung sicher ist, daß die Nickelschicht immer eine bestimmte Stärke haben wird, dann kann zwecks Einsparung von Nickel auch mit dünneren Nickelschichten gearbeitet werden.

Oxidierende Glühprozesse bei fertiggestellten Rohrheizkörpern wurden bisher vermieden, da Anschlußbolzen aus unlegiertem Stahl so stark verzundern, daß sie als Anschlußbolzen nicht mehr geeignet sind. Verwendet man anstelle von unlegierten Stahlbolzen solche aus rostfreiem Nickelstahl, so müssen auch diese zwecks nachträglicher Herstellung einer einwandfreien Punktschweißverbindung von der Oxidschicht befreit werden.

Um dieses Problem zu lösen, wird bevorzugt, daß das Mantelrohr 1 und die Anschlußbolzen 2 etwas länger ausgebildet werden. Es werden dann normale unlegierte Stahlbolzen verwendet, die gegebenenfalls vernickelt sein können. Der in hochverdichtetem Magnesiumoxii liegende Teil des Anschlußbolzens ist während de Glühprozesses vor Oxidation geschützt. Nach den Glühen werden dann die überschüssigen Längen de Mantelrohres 1 und des verzunderten Endes de Anschlußbolzens abgeschnitten, so daß die nich verzunderten Anschlußbolzen 2 freiliegen.

Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dal bei dem Zusammenwirken des Diffusionsvorganges mi

ι ο der Bildung der Nickeloxidschicht zwei unterschiedlichi Abläufe festgestellt werden können, die bei eine Grundlegierung 18% Chrom und 8% Nickel ziemlicl exakt bei 20 μιη Nickelauftrag wechseln, und zwar ii Formen entsprechend den Schliffbildern gemäß Fig.;

:-; bzw. Fig.4. Beide Formen der Oberfläche sind jedoc! äußerst stabil gegen Spannungsrißkorrosion. Welche Form bevorzugt wird, hängt einerseits von ästhetischei Gesichtspunkten ab — graue bis braunschwarze ode dunkelgrüne Oberfläche — und andererseits von den beabsichtigten Einsatzgebiet der Rohrheizkörper.

An sich ist es wirtschaftlicher, das leere und nocl ungebogene Mantelrohr des Rohrheizkörpers zi vernickeln. Es muß jedoch anschließend ein Glühverfah ren unter Schutzgas durchgeführt werden. Ohne diesel Glühprozeß würde beim Verdichten — auch Reduzie ren genannt — des gefüllten und gebogenen Rohrheiz körpers die spröde Nickelschicht vom Grundmateria abplatzen. Der fertiggestellte Rohrheizkörper win dann ein zweites Mal unter oxidierender Atmosphän

jo zur Erzielung der Oxidschicht geglüht Ein oxidierende Glühen vor dem Füllen des Rohrheizkörpers ist jedocl nicht vorteilhaft, weil die Oxidschicht beim Füllen un< Reduzieren verkratzt werden kann, so daß sich eil unschönes Aussehen des Endproduktes ergibt.

Τ-ΓΪΡΓ7Π 9 Rlatt

Claims

Patentansprüche:

1. Rohrheizkörper für Geschirrspülmaschinen oder andere Haushaltsgeräte, bei denen der Rohrheizkörper mindestens zeitweise in Luft betrieben wird, und der ein Mantelrohr aus einem Chromnickelstahl mit einem Nickelgehalt von 8—12% und einem Chromgehalt von 8—25% besitzt, das mit einer Nickelauflage versehen ist, welches teilweise in den Chromnickelstahl eindiffundiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht als gleichmäßige dunkelgründe oder graue bis braunschwarze Oxidschicht ausgebildet ist

2. Rohrheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht beim Auftrag eine Stärke von 20—30 μ besitzt, und daß die Nickeloxidschicht dunkelgrün ist

3. Rohrheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht beim Auftrag eine Stärke unter 20 μ besitzt, und daß die Nickeloxidschicht grau bis braunschwarz ist, so daß die Oberfläche der Oxidationsschicht eines nicht nickelbeschichteten Chromnickelstahlrohrheizkörpers ähnlich ist

4. Rohrheizkörper nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr aus Chromnickelstahl mit 18% Chrom und 8% Nickel besteht.

5. Verfahren zur Herstellung eines Rohrheizkörpers nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei auf das Mantelrohr des Rohrheizkörpers eine Nickelschicht aufgebracht wird und der Rohrheizkörper bei vorzugsweise 900° C bis 1200° C geglüht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrheizkörper in Luft oder in einer oxidierenden Atmosphäre geglüht wird, bis eine über die Gesamtlänge des Rohrheizkörpers homogene und gleichmäßige Nickeloxidschicht erzielt wird, die mit ihrem nicht oxidierten Nickelgrund teilweise in das Mantelrohr eindiffundiert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbolzen (2) bei dem Glühverfahren im Mantelrohr (1) teilweise eingebettet in das Isoliermaterial sich befinden und daß nach dem Glühen die Mantelrohrenden und die Anschlußbolzen so beschnitten werden, daß die nicht verzunderten Enden der Anschlußbolzen (2) freikommen.

7. Verfahren nach Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein noch nicht gefülltes Mantelrohr eines Rohrheizkörpers in an sich bekannter Weise mit einer Nickelschicht versehen und unter Schutzgas geglüht wird, wobei sich eine metallisch blanke Oberfläche ergibt und daß anschließend nach dem Füllen und Reduzieren des Rohres eine zweite Glühung in oxidierender Atmosphäre zwecks Erzielung der gleichmäßigen dunkelgrünen oder grauen bis braunschwarzen Oxidschicht vorgenommen wird.