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(11) | EP 2 292 878 A2 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Griff mit Oberflächenbeschichtung und Verfahren zu seiner Herstellung |
| (57) Die Erfindung betrifft einen Griff, insbesondere für ein Türblatt oder Fensterblatt,
mit einer Oberflächenbeschichtung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Oberflächenbeschichtung eine glasartige Schicht enthält. Diese wird bevorzugt durch einen Sol-Gel-Prozess erzeugt. |
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein manuell bedienbares Element, insbesondere für ein Türblatt oder ein Fensterblatt, mit einer Oberflächenbeschichtung.
[0002] Die Flügelelemente von Türen oder Fenstern besitzen Beschläge, die zur Bedienung der Flügelelemente manuell bedienbare Elemente aufweisen. Die manuell bedienbaren Elemente können beispielsweise Türdrücker, Türknäufe, Griffelemente, wie Fenstergriffe, oder flächenförmige Bedienelemente sein. Diese bedienbaren Elemente können vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, wie Stahl, Aluminium oder Messing, bestehen. Im Folgenden wird ein manuell bedienbares Element nur kurz "Griff' genannt, soll aber nicht auf die Bedeutung eines Griffes im engeren Sinn beschränkt sein, sondern umfasst alle denkbaren Elemente, an die manuell zum Öffnen angegriffen werden kann, wie beispielsweise auch eine einfache mit Metall verkleidete Fläche, gegen die zum Öffnen ohne weitere komplexere Bedienschritte lediglich gedrückt werden muss.
[0003] Derartige Griffe sind häufig aus optischen Gründen, wie zur Anpassung an eine Farbe eines Türblatts, lackiert. Eine Lackierung dient des Weiteren einem Schutz des Griffs beispielsweise gegen eine Oxidation oder ein Korrodieren eines Metallgriffs.
[0004] Herkömmliche Beschichtungen, wie Lackierungen, besitzen den Nachteil, dass ihre mechanischen Eigenschaften, wie Abriebfestigkeit und Kratzfestigkeit, zu gering für einen Langzeiteinsatz sind. Daher können sie ihre Aufgabe des Korrosionsschutzes nur solange erfüllen, wie es nicht zu Beschädigungen der Lackierung gekommen ist, die so tief sind, dass lokal die Schicht nicht mehr vorhanden ist. Insbesondere Gegenstände, wie Ringe und Schlüssel, die von den Griff betätigenden Personen gegen den Griff gebracht werden, beschädigen die Lackierungsschicht stark.
[0005] Eine weitere bekannte Oberflächenschicht auf Griffen ist eine Eloxierung. Diese elektrisch erzeugte Oxidschicht lässt sich jedoch nur auf Aluminium erzeugen und ist insbesondere gegenüber metallischen Gegenständen, wie Ringen oder Schlüsseln, kratzempfindlich. Außerdem ist die Schichtdicke gering und daher wiederum gegenüber mechanischen Belastungen besonders anfällig.
[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Griff, insbesondere einer Tür oder eines Fenster, mit einer Oberflächenbeschichtung bereitzustellen, der die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere soll der Griff eine Oberflächenschicht aufweisen, die eine hohe mechanische Beständigkeit besitzt und einen sehr guten Korrosionsschutz bewirkt. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Griffs vorzuschlagen.
[0007] Die Aufgabe wird mit einem Griff gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.
[0009] Unter "glasartig" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine im Wesentlichen amorphe Struktur bezeichnet, die zu einem großen Teil anorganische Bestandteile aufweist.
[0010] Eine glasartige Schicht hat den Vorteil, gezielt transparent einstellbar zu sein, eine hohe mechanische Belastbarkeit, insbesondere eine hohe Abriebfestigkeit und Kratzfestigkeit, und eine hohe Härte aufzuweisen. Des Weiteren verschließt sie eine Oberfläche des Griffs hermetisch, was überraschenderweise sehr gute Hygieneeigenschaften zur Folge hat, denn Hohlräume und Vertiefungen, in denen sich Keime festsetzen können, sind nicht oder zumindest kaum vorhanden.
[0011] Des Weiteren besitzt eine glasartige Schicht eine hohe thermische Stabilität. Die Anbindung an einen Metallgriff ist überraschend hoch. Vorteilhafterweise liegen an einer Grenzfläche zwischen einem Metall (Me) des Griffs und der glasartigen Schicht kovalente Bindungen zwischen Me und O eines Oxids der glasartigen Schicht vor.
[0012] Vorzugsweise ist die glasartige Schicht eine über einen Sol-Gel-Prozess hergestellte glasartige Schicht.
[0014] In der glasartigen Schicht liegen vorzugsweise organische Reste, wie Methyl-Gruppen (-CH3) vor. Diese haben vorteilhafterweise zur Folge, dass die glasartige Schicht eine wasserabweisende Eigenschaft besitzt. Dies erleichtert eine Reinigung des Griffes. Die organischen Reste können beispielsweise durch einen Sol-Gel-Prozess in die glasartige Schicht eingebracht sein.
[0015] Vorzugsweise weist die glasartige Schicht Glasbildner auf, die zumindest ein Element aus einer Gruppe bestehend aus Si, Al, B und P enthalten, Dies hat den Vorteil, dass die glasartige Schicht eine besonders gute Haftung zu einem Metall (Me) des Griffs aufweist, denn es hat sich gezeigt, dass Me-O-(Si/Al/BIP)-Bindungen besonders stabil sind.
[0016] Bei einem besonders vorteilhaften Griff ist eine dreidimensionale Vernetzung in der glasartigen Schicht unterdrückt. Dies hat eine geringere Steifigkeit und somit eine höhere Flexibilität der Schicht zur Folge. Somit kann die glasartige Schicht trotz einer hohen Härte eine geringe Sprödigkeit besitzen. Dies schützt vor Ausbrechen und Abblättern von Teilen der Schicht, die stattdessen bei mechanischer Belastung flexibel einer Belastung in gewissen Grenzen ausweichen kann und somit weniger leicht beschädigt wird.
[0017] Vorzugsweise besitzt die glasartige Schicht eine Dicke zwischen 1 und 10 µm, insbesondere zwischen 2 und 5 µm. Dies wird durch den Sol-Gel-Prozess ermöglicht und gewährleistet eine besonders hohe Stabilität und Abriebbeständigkeit.
[0018] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird des Weiteren mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 9 bis 14 angegeben.
[0019] Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Griff, insbesondere ein erfindungsgemäßer Griff, durch Bereitstellen eines Metallgriffkerns und Erzeugen einer glasartigen Schicht auf einer Oberfläche des Griffs mit einem Sol-Gel-Prozess hergestellt. Das Verfahren umfasst vorteilhafterweise folgende Schritte:
- Bereitstellen eines Metallgriffkerns,
- Bereitstellen eines Sols mit Prekursoren, das geeignet ist, in eine glasartige Schicht überführt zu werden,
- Erzeugen eines Nassfilms auf dem Metallgriffkern durch Beschichten des Metallgriffkerns mit dem Sol,
- Umwandeln des Nassfilms in eine Xerogel-Schicht durch einen Trockenschritt,
- Umwandeln der Xerogel-Schicht in eine glasartige Schicht durch einen thermischen Verdichtungsschritt.
[0020] Ein Sol ist eine kolloidale Disperion aus Solpartikeln mit Größen im Nanobereich, die in ersten Grundreaktionen aus Prekursoren entstehen.
[0021] Prekursoren sind vorteilhafterweise Metallalkoholate, wie beispielsweise Tetraethoxysilan (TEOS) oder Methyltriethoxysilan (MTEOS). Geeignet sind beispielsweise auch Metallcarboxylate. Ein derartiger vorzugsweise in einem Gemisch aus Alkohol und Wasser gelöster Prekursor hydrolysiert im Sauren oder Alkalischen schnell. Entsprechend wird die Lösung bevorzugt sauer oder alkalisch eingestellt. MOH-Gruppen teilweise hydrolysierter Prekursormoleküle kondensieren unter Wasserabspaltung miteinander und wachsen so zu Partikeln. Durch Aufbau eines Netzwerks von Solpartikeln entsteht bei einer Gelierung ein Gel. Dieses ist ein viskoelastischer Festkörper, in dessen Gelgerüst noch Lösungsmittel eingeschlossen ist. Durch Trocknung des Gels entsteht ein Xerogel, dessen Gerüst gegenüber dem Gel eine starke Schwindung bei gleichzeitiger Abnahme der Porosität erfährt.
[0022] Im Rahmen der Erfindung wird der Griff vorteilhafterweise mit einer Sol geeigneten Viskosität beschichtet, wobei die Viskosität in Abhängigkeit des zu verwendenden Beschichtungsverfahrens eingestellt wird. Die Viskosität kann durch den Kondensationsgrad, die Konzentration und weitere Parameter des Sols eingestellt werden. In Abhängigkeit der Viskosität können beispielsweise Schichtdicken im Bereich mehrerer Mikrometer bis zu 20 µm eingestellt werden.
[0023] Vorteilhafterweise wird die Solschicht mit einem Tauchverfahren oder einem Sprühverfahren aufgebracht. Diese Verfahren sind einfach und daher kostengünstig.
[0024] Während der Trocknung schwindet die Dicke der Schicht, wobei durch eine Abnahme der Porosität bereits eine Verdichtung erfolgt. Im Anschluss an die Trocknung wird der beschichtete Griff, dessen Schicht zu diesem Prozesszeitpunkt durch ein Xerogel gebildet ist, auf Temperaturen erhitzt, bei denen eine Verdichtung einsetzt, vorzugsweise im Bereich einer Glasübergangstemperatur Tg der Glasbildner, beispielsweise auf Temperaturen zwischen 450°C und 1000 °C, insbesondere zwischen 500°C und 800 °C, insbesondere zwischen 500°C und 600 °C.
[0025] Im Verlauf der Verdichtung diffundieren und/oder fließen die Festkörperbereiche zusammen und die Luft in den Poren wandert aus der Schicht. Zum Ende des Verdichtungsschritts wird eine glasartige Schicht erhalten, die nur noch eine geringe Porosität aufweist.
[0026] Des Weiteren kann die Solschicht und somit die glasartige Schicht eingefärbt werden. Dies kann vorteilhafterweise durch einen Pigmenteinbau, beispielsweise mit einem Spinell, Iriodin und/oder Mullit, oder durch einen Kolloideinbau, insbesondere mit Edelmetallkolloiden, erfolgen.
[0027] Die Sol- bzw. Xerogel-Schicht kann vorteilhafterweise in eine glaskeramische Schutzschicht umgewandelt werden. Diese besitzt den Vorteil erhöhter Temperaturbeständigkeit bis beispielsweise ca. 1000 °C, gute tribologischer Eigenschaften und guter Reinigbarkeit.
[0028] Vorteilhafterweise wird der Feststoffgehalt des Sols erhöht, so dass eine geringere Schwindung bis zum Erreichen der Xerogel-Schicht bzw. der glasartigen Schicht erzielt werden kann. Dies verringert das Porenvolumen bereits vor der Verdichtung, Der Feststoffgehalt lässt sich beispielsweise durch eine höhere Anzahl von Nanopartikeln im Sol erzielen.
[0029] Weitere vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit zwei Figuren beschrieben.
[0030] Dabei zeigt:
- Fig. 1:
- eine schematische Darstellung eines Beschichtungsvorganges einer Türklinke,
- Fig. 2:
- eine schematische Darstellung eines Sol-Gel-Prozesses.
[0031] Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Türklinke 1 mit einem Metallgriffkern 8 aus Stahl mit einer glasartigen Schicht 2 versehen. Der Stahl ist in diesem Beispiel ein Edelstahl (hier 1.4301), kann aber auch jeder andere Stahl sein, der für Türklinken 1 geeignet ist. Der Metallgriffkern 8 wird, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, mittels Tauchbeschichtung mit einem Sol 3 versehen. Dazu wird der Metallgriffkern 8 in ein Gefäß 4 mit Sol 3 getaucht (Fig. 1a) und mit einer definierten Geschwindigkeit herausgezogen (Fig. 1 b und 1 c).
[0032] Als Sol 3 wird ein Alkohol-Wasser-Gemisch verwendet, in dem TEOS gelöst ist. Zusätzlich zu dieser Siliciumverbindung können Alkoholate und/oder Carboxylate oder andere für einen Sol-Gel-Prozess geeignete chemische Verbindungen, die A1, B und/oder P enthalten, eingesetzt werden.
[0033] Während eines Herausziehens des Metallgriffkerns 8 aus dem Sol 3 entsteht ein Nassfilm 5 als Schicht auf der Klinke 1 (Fig. 1c). Durch anschließendes Trocknen (Fig. 1 d) verfestigt sich der Nassfilm 5.
[0034] In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Nassfilm 5 durch Sprühen aufgebracht (nicht dargestellt). Dies ermöglicht einen besonders dünnen und gleichmäßigen Nassfilm 5 zu erzeugen.
[0035] In Fig. 2 ist der Vorgang während des Trocknens schematisch dargestellt. Der Nassfilm 5 enthält Solpartikel 6 mit Partikelgrößen im Nanobereich. Durch Trocknen, bevorzugt bei erhöhter Temperatur, dargestellt durch "k· T", wird das Lösungsmittelgemisch aus Alkohol und Wasser entfernt und die Solpartikel 6 rücken dichter aneinander, wobei sich die Porosität verringert und die Schicht verdichtet wird. Es entsteht eine Xerogel-Schicht 7. Diese wird anschließend im Bereich einer Glasübergangstemperatur Tg erhitzt, die in diesem Ausführungsbeispiel 500 °C beträgt. Dabei sintern die einzelnen Partikel zusammen, die Porosität entweicht und die Schicht wird stark verdichtet. Erhalten wird eine hochdichte glasartige Schicht 2, deren Hauptbestandteil SiO2 ist. Durch Einbringen von Ionen in das Sol kann das Glas der glasartigen Schicht modifiziert sein. Beispielsweise können Alkalien als Flussmittel die notwendige Sintertemperatur herabsetzen.
[0036] Die glasartige Schicht 2 besitzt eine hohe Transparenz, eine hohe mechanische Festigkeit, Abriebbeständigkeit, Kratzfestigkeit, schützt den Stahl des Türgriffs 1 vor Korrosion, hat eine glatte Oberfläche, die sich leicht reinigen lässt und daher hohen Hygienestandards genügt, weist eine hohe Temperatur- und Temperaturwechselbeständigkeit auf und haftet sehr gut auf dem Untergrund aus Edelstahl. Dies liegt in der hohen Anzahl von Me-O-Si-Bindungen begründet, die sich an einer Grenzfläche vom Stahl zur glasartigen Schicht 2 gebildet haben.
[0037] Mit demselben Beschichtungsverfahren wurden zum Zwecke von Messungen Bleche aus demselben Edelstahl mit demselben Sol unter identischen Beschichtungsparametern wie die Türklinke 1 beschichtet. Die Schicht wurde mit den gleichen Parametern getrocknet und verdichtet. An den erhaltenen Schichten wurden Messungen der Härte und Abriebbeständigkeit vorgenommen. Als Universalhärle wurde ein Mittelwert von etwa 3000 MPa gemessen, der über derjenigen des Edelstahls selbst liegt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wurden 4 % Kalium im Sol bezogen auf den Gehalt an TEOS eingesetzt. Es ergaben sich dann Härten von über 3700 MPa.
[0038] Des Welteren wurde an den Proben eine sehr gute Anti-Haftung-Wirkung gemessen. Auch waren die Proben leicht zu reinigen.
[0039] In einem weiteren Beispiel wurden Aluminiumplatten wie im ersten Ausführungsbeispiel für Stahl beschrieben beschichtet. Es wurde für die unbeschichtete Aluminium-Oberfläche eine Rautiefe Rt von 9,8 µm gemessen. Nach der Beschichtung und Verdichtung wurde für die mit der glasartigen Schicht versehene Aluminium-Platte eine Rautiefe Rt von 3,7 µm gemessen. Es wird vermutet, dass die geringere Rauigkeit ein wesentlicher Grund dafür ist, dass die Oberfläche eine bessere Anti-Haft-Wirkung hat und leichter zu reinigen ist.
[0040] Des Weiteren konnten organische Reste in der Schicht nachgewiesen werden, wie etwa -CH3-Gruppen. Auch diese Reste werden als Grund vermutet, warum die Schicht leicht zu reinigen ist.
[0041] In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden dem Sol Pigmente zugegeben, die in der späteren glasartigen Schicht in das Netzwerk eingebaut sind und die glasartige Schicht färben. Dies sind in den Ausführungsbeispielen Spinelle, Iriodin und Mullit.
[0042] In noch anderen Ausführungsbeispielen wird die glasartige Schicht durch Verwendung von Edelmetallkolloiden gefärbt.
[0043] In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Sol mit einer Zusammensetzung verwendet, die es ermöglicht, dass die glasartige Schicht beim Verdichtungsschritt und/oder der anschließenden Temperaturbehandlung eine Glaskeramik ausbildet.
[0044] Diese ist im vorliegenden Fall schwarz. Dies kann aus optischen Gründen für eine Reihe von Anwendungen gewünscht sein, Diese glasartige Schicht besitzt sehr gute tribologische Eigenschaften und besitzt eine Temperaturbeständigkeit bis ca. 1000 °C.
[0045] Auch zeigten sämtliche Proben, d.h. sowohl Stahl- als auch Aluminiumplatten, im beschichteten Zustand nach einem Salzsprühtest nach DIN 50021 eine deutlich geringere Korrosion, was den sehr guten Korrosionsschutz durch eine glasartige Schicht belegt.
[0046] Die Erfindung ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen genannten beispielhaften Ausführungen beschränkt. Insbesondere können glasartige Schichten auf Griffe mit beliebigen Metallen aufgebracht werden und die Zusammensetzung der glasartigen Schicht in Abstimmung mit dem zu beschichtenden Metall und den gewünschten Eigenschaften der glasartigen Schicht eingestellt werden. Dazu sind insbesondere die verwendeten Prekursoren und Füllstoffe entsprechend variierbar.
[0047] Alle in der Beschreibung, den Beispielen und Ansprüchen genannten Merkmale können in beliebiger Kombination zu der Erfindung beitragen.
Bezugszeichenliste
1. Griff (1), insbesondere für ein Türblatt oder Fensterblatt, mit einer Oberflächenbeschichtung,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Oberflächenbeschichtung eine glasartige Schicht (2) aufweist.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Oberflächenbeschichtung eine glasartige Schicht (2) aufweist.
2. Griff (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die glasartige Schicht (2) über einen Sol-Gel-Prozess hergestellt ist.
3. Griff (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die glasartige Schicht zumindest einen Glasbildner aufweist, der zumindest ein Element
aus einer Gruppe bestehend aus Si, Al, B und P enthält.
4. Griff (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die glasartige Schicht (2) eine Glaskeramik enthält.
5. Griff (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die glasartige Schicht (2) organische Reste enthält.
6. Griff (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der glasartigen Schicht Pigmente, wie Spinell, Iriodin und Mullit, und/oder Edelmetallkolloide
vorliegen.
7. Griff (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die glasartige Schicht eine Dicke zwischen 1 und 10 µm, insbesondere zwischen 2 und
5 µm aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Griffes (1), insbesondere für ein Türblatt oder Fensterblatt,
insbesondere eines Griffes (1) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Schritte
- Bereitstellen eines Metallgriffkerns (8),
- Bereitstellen eines Sols (3) mit Prekursoren, das geeignet ist, in eine glasartige Schicht (2) überführt zu werden,
- Erzeugen eines Nassfilms (5) auf dem Metallgriffkern (8) durch Beschichten des Metallgriffkerns (8) mit dem Sol (3),
- Umwandeln des Nassfilms (5) in eine Xerogel-Schicht (5) durch einen Trockenschritt.
- Umwandeln der Xerogel-Schicht (5) in eine glasartige Schicht (2) durch einen thermischen Verdichtungsschritt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Prekursor TEOS und/oder MTEOS eingesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Nassfilm (5) durch Tauchbeschichten oder Sprühbeschichten erzeugt wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Verdichtungsschritt im Bereich einer Glasübergangstemperatur eines
Glasbildners in der Xerogel-Schicht (5) durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Verdichtungsschritt zwischen 450 und 1000 °C, insbesondere zwischen
500 und 800 °C, insbesondere zwischen 500 und 600 °C durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sol (3) verwendet wird, dessen Feststoffgehalt durch eine Zugabe von Nanopartikeln
erhöht ist.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Xerogel-Schicht (5) in eine Glaskeramikschicht umgewandelt wird.