Ein Blech als Temperier-Genie

published: 30.03.2012

In der Gastronomie hat sich ein Werkstoff durchgesetzt, der auch für andere Branchen hochinteressant sein dürfte: Swiss-Ply ist tiefziehfähig, leitet Wärme zehnmal besser als Edelstahl und lässt sich induktiv erwärmen. Bei Bedarf hält das Mehrschichtmaterial die Temperatur sogar selbst – ohne Elektronik.

Das Mehrschichtmaterial Swiss-Ply hat in der Gastronomie eine beispiellose Entwicklung in Gang gesetzt. Dies könnte genauso in anderen Branchen passieren. Denn die erzielten Erfolge basieren auf den besonderen Eigenschaften des Werkstoffes. Um dessen Potenzial abzuschätzen, lohnt es sich, die exemplarische Anwendung bei Kochtöpfen und Grills anzuschauen:

In industriellen Großküchen ist die Verwendung von Edelstahl vorgeschrieben. Allerdings erweist sich Edelstahl als äußerst schlechter Energieleiter. Da es beim Zubereiten von Speisen permanent um das Zuführen von Kälte- oder Wärmeenergie geht, musste eine neue Lösung gefunden werden. Und die brachte das Multilayer-Material Swiss-Ply von der schweizerischen Alinox AG, die heute zur Rieber-Gruppe gehört. Vereinfacht dargestellt handelt es sich dabei um einen Sandwich-Werkstoff mit einem Kern aus Aluminium und oberen und unteren Deckschichten aus Edelstahl. Swiss-Ply verbindet die guten hygienischen Eigenschaften von Edelstahl mit den thermischen Eigenschaften von Aluminium:

Es bietet eine bis zu zehn Mal höhere Leitfähigkeit als herkömmlicher Edelstahl. Damit ermöglicht das Multilayermaterial nicht nur eine hohe Energieeinsparung, sondern auch eine enorme Gewichtreduktion (Leichtbau) und weist gute mechanische Eigenschaften vor. Es kann als Plattenmaterial eingesetzt oder auch tiefgezogen oder auf andere Weise dreidimensional umgeformt werden. Vor allem aber kann die Wärme dank der (ferritischen) Stahl-Deckschichten schnell und stromsparend durch Induktion erzeugt und übertragen werden.

Bei Kochfeldern hat sich die Induktionstechnik aufgrund ihrer hohen Effektivität bereits durchgesetzt. Bei Swiss-Ply ist sie eine zusätzliche Option neben den traditionell üblichen Erwärmungsmethoden mittels Rohrheizkörpern, Plattenheizungen, Folienheizungen oder Strahlheizkörpern – bei denen aber durchgehend Verlustwärme auftritt.

Den größten Erfolg erzielte das Mehrschichtmaterial inzwischen bei den sogenannten Thermoplates. Was sind Thermoplates und worin liegen die Vorteile in der Anwendung? Seit 1964 beschreibt die Gastro-Norm ein weltweit gebräuchliches Behältersystem mit standardisierten Abmessungen. Der 1/1-Behälter hat die Grundmaße 325 mm x 530 mm und dient als Bezugsgröße für alle weiteren, möglichen Abstufungen von 1/2 bis 1/9 mit Tiefen von 20 bis 200 mm. In Großküchen sowie Kantinen sind sämtliche Transportbehälter, Speisen- und Ausgabetheken sowie Regalwagen auf diese Maße abgestimmt. 2007 entwickelte nun Rieber das Thermoplate als einen Gastro-Norm-Behälter, der durch die einzigartigen physikalischen Eigenschaften des Mehrschichtmaterials nicht mehr nur als Transportbehälter benutzt werden konnte, sondern auch als „Kochtopf“ – und somit völlig neue Anwendungen ermöglichte.

Das Thermoplate ist somit ein Behälter mit einer optimalen Wärmeverteilung durch das Mehrschichtmaterial. Und zugleich ein genormtes Produktionsgerät, auf dem eine definierte Menge Essen mit immer wiederkehrend guten Ergebnissen zubereitet werden kann, weil den Kochprogrammen eine normierte Leistungskurve hinterlegt ist.

Genutzt wird diese Technik bereits von vielen Caterern, zum Beispiel beim letzten Confed-Cup der FIFA.

Als weiteres Anwendungsbeispiel sei kurz der Teppan-Yaki-Grill erwähnt. Er stammt aus japanischen Restaurants, in denen der Kunde die Speisen auf dem Grill direkt vor seinen Augen frisch zubereitet bekommt. Als Trend ist diese besonders schonende und fettarme Variante des Bratens inzwischen auch in Haushaltsküchen eingezogen. Das Mehrschichtmaterial hat die Eigenschaften des Teppan-Yaki-Grills entscheidend verbessert: Da Edelstahl ein schlechter Wärmeleiter ist, benötigt eine Edelstahlplatte wesentlich länger und mehr Energie als Swiss-Ply-Material, um die Wärme homogen an der Oberfläche verfügbar zu machen. An der Stelle, an der beispielsweise Fleisch aufgelegt wird, entsteht ein sogenanntes „Gap“, weil das Fleisch dem Material sofort die vorhandene Wärmeenergie entzieht. Um diesen Gap zu schließen, benötigt die Edelstahlplatte wiederum länger und verbraucht dafür erneut mehr Energie. Dieses Problem löst das Mehrschichtmaterial durch die 10-mal bessere Wärmeleitfähigkeit. Viele europäische Hausgerätehersteller wie Miele, Gaggenau, SMEG, BSH, Arpa oder Elektrolux setzen bei ihren Einbaugrills bereits das Mehrschichtmaterial ein. Die teilweise 20 mm dicken, massiven Edelstahlplatten wurden schrittweise durch die heute nur noch 4 bis 7 mm starken Mehrschichtmaterialplatten verdrängt. Schon allein die Gewichtsreduktion von 8 kg beim Ersetzen einer 12 mm starken Edelstahlplatte durch eine Swiss-Ply-Platte (beim Domino- Maß 60 mm x 30 mm) lieferte ein entscheidendes Argument dafür.

Bereits diese Praxisbeispiele lassen erahnen, dass die hygienischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften des Materials auch in anderen Branchen nutzbringend sein könnten – ob es sich nun um Einsatzgebiete in der Pharmaindustrie, der Medizintechnik (etwa Sterilisatoren), bei Küchenherstellern (Friteusen) oder bei Anlagenbauern handelt. Grundsätzlich ist das Multilayermaterial überall dort von Vorteil, wo warme sowie kalte Temperaturen schnell, zuverlässig, gleichmäßig und energiesparend aufgebaut und erhalten werden sollen.

Auf Wunsch kann in das Mehrschichtmaterial noch eine weitere technische Finesse eingebaut werden. Der sogenannte Curiepunkt einer Legierung lässt sich gezielt zwischen 30 °C und 350 °C einstellen. Oberhalb dieses Curiepunktes verliert das Material seine ferromagnetischen Eigenschaften und damit seine Fähigkeit, induktiv erwärmt zu werden.

Für den Anwender heißt das: Es gibt keine Überhitzung über die voreingestellte Temperatur hinaus. Im Falle eines Teppan-Yaki-Grills ist das Koch- und Grillgut geschützt, das Multilayer-Blech kontrolliert die Temperatur.

Dieses Prinzip bietet sich für alle Anwendungen an, in denen flächige Wärme kontrolliert, schnell und homogen benötigt wird. Das Material reduziert hierbei auch den technologischen Aufwand, weil es ohne komplexe Regelungstechnik mit integrierten Sensoren auskommt. Die Kosten für Entwicklung und spätere Wartungen entfallen ebenfalls.

Eine hohe Prozesssicherheit ist garantiert. Eine Weiterentwicklung ist der Aufbau des Swiss-Ply Sandwichmaterials mit integrierten Heizleitern. Sie erzeugen die Energie direkt im Material, so dass der Energieverlust – ähnlich wie bei der Induktion – minimal bleibt. Da die runden Heizwendeln bei der Sandwich-Herstellung eingewalzt werden, verteilen sie die Wärmeenergie gleichmäßig über die gesamte Fläche. Ein weiterer großer Vorteil ist die Funktionsintegration in technischen Geräten. Werden bisher Heizelemente, Generatoren, Isolationen et cetera einzeln eingebaut, befindet sich mit Swiss-Ply die gesamte Technik geschützt im Sandwichmaterial. Montagekosten werden gesenkt und Beschädigungen reduziert.

Grundsätzlich gleichen die Verarbeitungsmöglichkeiten denen von Edelstahl. Doch es gibt auch Grenzen: Die erreichbare Ziehtiefe hängt vom Durchmesser oder der Größe des Bauteils sowie der der Eckradien ab. Bei Rieber ziehen CNC-gesteuerte hydraulische Pressen mit Kräften zwischen 100 kN und 20 000 kN die Thermoplates bis zu 150 mm tief, ohne die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Materials zu beeinträchtigen.

Tiefziehen lassen sich Swiss-Ply-Bleche mit Materialstärken zwischen 1,6 und 4 mm Dicke. Auch eine spanende Bearbeitung des Materials durch CNC-gesteuerte Fräsmaschinen ist möglich und teilweise nötig. Thermisch gefügt werden können Mehrschichtmaterialien nach den ersten Bearbeitungsschritten meist nur dann, wenn die Aluminium-Schicht bis auf die zu schweißende Edelstahlschicht abgetragen wird, zum Beispiel mit den Schweißverfahren WIG, MIG und MAG. Auch das Laserstrahlschweißen wird eingesetzt, wenn nur ein geringer thermischer Verzug auftreten darf oder ein hoher Automatisierungsgrad gefordert ist. Dünnste Blechstärken bis zu 0,6 mm lassen sich prozesssicher schweißen.

Daniel Hoffmann

Projektmanager bei der Rieber GmbH & Co. KG, Reutlingen

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