DE3890475C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerkartusche für einen Mischwasserhahn entsprechend dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

In der üblichen Konstruktion sind das Halteelement für die bewegbare Steuerplatte und die Teile, die als Führung dienen, aus Kunststoffmaterial hergestellt und ihre gegenseitige Gleitbewegung wird durch die richtige Wahl des Kunststoff­ materials und eines Schmierfetts erleichtert. Mit der Zeit je­ doch verbraucht sich das Schmierfett, das Kunststoffmaterial verliert seine Selbstschmierungseigenschaft und zwischen den Teilen, die einer gegenseitigen Gleitbewegung ausgesetzt sind, beginnt eine übermäßige Reibung aufzutreten, was zu für den Benutzer sehr unangenehmen Geräuschen führt. Bei bestimmten Konstruktionen kann diese Unannehmlichkeit durch Einsetzen dünner Platten aus Metallfolie zwischen die Teile aus Kunst­ stoffmaterial, die einer wechselseitigen Gleitbewegung ausge­ setzt sind, beseitigt werden. Tatsächlich ermöglicht es die richtige Wahl des metallenen Materials die Entwicklung einer übermäßigen Reibung und das Geräusch, das mit der Zeit beim Bewegen auftritt, zu verhindern. Jedoch ist das Einführen die­ ser Platten relativ kostenaufwendig, nicht nur wegen ihres Aufbaus, sondern infolge der Komplikationen, die sie für den Zusammenbau der Steuerkartusche mit sich bringen. Weiterhin ist dies in manchen Fällen nicht einmal möglich, z. B. dann, wenn eines der Teile eine Lamellenstruktur, eine reliefartige Struktur oder andere Strukturen aufweist, die dazu bestimmt sind, Vibrationen und das Geräusch des Wasserdurchflusses zu verhindern.

Bei einer bekannten Wassermischvorrichtung für Armaturen (DE 84 12 078 U1) ist zwischen einer fest mit der bewegbaren Steuerplatte verbundenen Gegenscheibe und einem Hebelverbin­ dungsstück eine Zwischenschicht aus einem sogenannten Anti­ friktionswerkstoff, vorzugsweise Polytetrafluoräthylen, ange­ ordnet, die in Form einer Unterlegscheibe ausgebildet sein kann. Die Anbringung einer derartigen Zwischenschicht oder Unterlegscheibe, die in den vorstehend genannten Fällen kon­ struktiv nicht möglich ist, erhöht die Herstellkosten erheb­ lich. Wenn das bevorzugte Polytetrafluoräthylen als Zwischen­ schichtwerkstoff verwendet wird, so gleitet und reibt Kunst­ stoff auf Kunststoff, wenn das Hebelverbindungsstück bzw. die Gegenscheibe ebenfalls aus Kunststoffmaterial hergestellt sind, was schon durch die Formgebung dieser Teile ersichtlich der Fall ist und auch der praktischen Ausführung derartiger Kar­ tuschen entspricht. Diese bekannte Wassermischvorrichtung be­ sitzt damit die eingangs angegebenen Nachteile.

Bei gegeneinander abdichtenden Ventilelementen für Mischarma­ turen ist die Anbringung einer durch Plasmaentladung im Vakuum abgeschiedenen harten Kohlenstoffschicht auf mindestens einer Fläche der beiden harten Ventilelementplatten bekannt (WO 87/02 749 A1). Hierbei geht es aber nicht um eine Reibungs­ minderung zwischen einem Schieberelement und einem damit in Gleitkontakt stehenden Führungselement, sondern um eine Ver­ besserung des zwischen den beiden Ventilplatten vorliegenden tribologisch ungünstigen Systems durch eine Kohlenstoffschicht auf einer der Gleitflächen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerkartusche entsprechend der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ange­ gebenen Gattung bereitzustellen, bei welcher die Reibung zwi­ schen den miteinander in Gleitkontakt stehenden Flächen des Schieberelements und des Führungselements wirksam, dauerhaft und ohne Komplikationen für den Zusammenbau der Steuerkartusche auf wirtschaftliche Weise herabgesetzt ist, wobei das auch für Teile mit Lamellenstruktur od. dgl. ermöglicht werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 angegeben und nachstehend ebenfalls erläutert.

Die erfindungsgemäß durch Ablagerung auf mindestens eine der in Gleitkontakt stehenden Flächen nach vorausgehender Sensi­ bilisierung der Fläche durch mindestens eine Zwischenschicht aufgebrachte dünne Metallschicht erfüllt alle vorstehend ge­ nannten Anforderungen.

Die Ablagerung wird in bekannter Weise auf chemischem oder elektrochemischem Wege durchgeführt, und zwar nach voraus­ gehender Sensibilisierung der Fläche durch Ablagerung einer haftenden Zwischenschicht. Die Ablagerung der Metallschicht an der Fläche kann unter Vakuum erfolgen. Das Metall, das zur Bildung der Metallschicht verwendet wird, kann nach verschie­ denen Kriterien ausgewählt werden, aber Chrommaterial ist für diesen Zweck besonders geeignet. Die Chromschicht wird vor­ zugsweise auf haftende Zwischenschichten aus einem Kupferma­ terial und/oder einem Nickelmaterial aufgebracht.

In einem Fachbuch (Haefer, Dr. Rene A., Oberflächen- und Dünn­ schicht-Technologie, Teil I, Beschichtungen von Oberflächen, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New-York, 1987, (Werkstoff- Forschung und -Technik; Band 5), Seite 1-13, ISBN 3-540 16723-4) soll entsprechend dem Geleitwort des Herausgebers die Fülle der Probleme und Verfahren betreffend die Beschich­ tung von Oberflächen übersichtlich geordnet dargestellt und der Zugang zu der weit verstreuten Spezialliteratur in ratio­ naler Weise eröffnet werden. Dieses Fachbuch, das sich an die Fachleute, die in der Forschung oder Industrie auf den Gebie­ ten der Werkstoffoberflächen und der dünnen Schichten tätig sind, wendet, enthält jedoch keine zielführenden Hinweise für die Aufbringung einer Metallschicht mittels chemischer oder elektrochemischer Ablagerung auf einem Kunststoffkörper zur Reduzierung der Reibung zwischen den Flächen des Schieberele­ ments und des Führungselements in sanitären Steuerkartuschen.

Es ist von Vorteil, wenn nur auf eine der beiden Oberflächen der Kunststoffteile, die zum Gleiten in gegenseitigem Kontakt bestimmt sind, eine Metallschicht aufgebracht ist. Vom funktio­ nellen Standpunkt aus spielt es keine Rolle, ob die Metall­ schicht auf die eine oder auf die andere der beiden zusammen­ wirkenden Flächen aufgebracht wird. In den Fällen jedoch, in denen mehr als ein Flächenpaar mit einer Metallschicht ver­ sehen werden soll, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schicht auf ein Zwischenteil aufgetragen wird, das mindestens zwei Flächen aufweist, die dazu bestimmt sind in Kontakt mit anderen Teilen aus Kunststoffmaterial zu gleiten. Auf diese Weise genügt die Behandlung eines Teils, um zwei Paar Gleit­ flächen zu beschichten. In vielen Fällen ist damit die ge­ samte Anzahl von Flächenpaaren einer Steuerkartusche erfaßt, die für die Anwendung der Erfindung wichtig sind. Insbesondere bei Steuerkartuschen, die ein sich drehendes Führungselement aufweisen, durch das die bewegbare Steuerplatte aus hartem Material bewegt wird, ist es besonders vorteilhaft, die Haupt­ flächen dieses Führungselements mit Chrommaterial zu plattieren.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläu­ tert, in welcher

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Wasserhahns ist, in den die Steuerkartusche der vorlie­ genden Erfindung eingesetzt ist,

Fig. 2 eine Teillängsschnittansicht der Steuer­ kartusche ist, die entlang der Linie II-II in Fig. 1 geschnitten ist,

Fig. 3 die Draufsicht auf das Führungselement ist, gesehen in Pfeilrichtung III in Fig. 2, und

Fig. 4 die Draufsicht auf das Führungselement ist, gesehen in Pfeilrichtung IV in Fig. 2.

Der Wasserhahn und die entsprechende Steuerkartusche, die hier beschrieben werden und in den Zeichnungen abgebildet sind, sind Beispiele bekannter Konstruktionen, die hier nur zum bes­ seren Verständnis erläutert werden. Es muß jedoch herausge­ stellt werden, daß die Anwendung der Erfindung keineswegs auf diese speziellen Arten von Wasserhähnen oder Steuerkartuschen beschränkt ist.

Der Mischwasserhahn enthält ein Gehäuse 1, an dessen Untersei­ te sich zwei Durchflußdurchgänge 7 und 8 befinden, durch die jeweils das kalte und heiße Wasser zugeführt wird und die mit Räumen 3 und 4 in Verbindung stehen, welche am Boden des Was­ serhahngehäuses dargestellt sind. Das Gehäuse 1 besitzt einen Innenrand, der für das Aufnehmen einer Steuerkartusche ausge­ legt ist, und bildet eine ringförmige Kammer 2, die mit einem Auslaßdurchgangsweg in Verbindung steht, welcher nicht abge­ bildet ist. Das Gehäuse 1 wird von einem Deckel 5 abgeschlos­ sen, der mit einer Dichtung 6 versehen ist.

Die Steuerkartusche, die in ihrer verwirklichten Form eine komplette und auswechselbare Kartusche darstellt, umfaßt eine Abdeckung 10, die ein Gehäuse bildet, welches aus Kunststoff gestaltet ist und axial innerhalb des Wasserhahngehäuses 1 beweglich ist. In diesem Fall weist das Gehäuse 10 ein Unter­ teil 9 auf, das zwei abgedichtete Durchgangsteile 11 und 12 bildet, welche sich durch Dichtungen des Wasserhahngehäuses hindurch erstrecken, die mit die Durchflußdurchgänge 7 und 8 bildenden Rohren in Verbindung stehen, in denen kaltes und heißes Wasser zugeführt wird. Das Unterteil 9 des Gehäuses 10, an dem sich die Teile 11 und 12 befinden, bildet das Halteele­ ment für die feststehende, aus hartem Material bestehende Ven­ tilplatte 18 des Wasserhahns. Diese wird von Dichtungen 16 und 17, die sich in entsprechenden, im Unterteil 9 des Gehäuses 10 geformten Sitzvertiefungen befinden, gegen das Unterteil abge­ dichtet. Die Ventilplatte 18 hat entsprechend den Durchgangs­ teilen 11 und 12 zwei Öffnungen für den Durchfluß von heißem bzw. kaltem Wasser.

Eine bewegbare Steuerplatte 19 aus hartem Material ist so an­ gebracht,daß sie mit der feststehenden Ventilplatte 18 in Be­ rührung steht, und wird durch ein Schieberelement 20 getragen, welches so geführt wird, daß es sich innerhalb eines Führungs­ elements 21 bewegen kann und auch so angebracht ist, daß es sich in dem Gehäuse 10 drehen kann. Nicht nur das Schieberele­ ment 20, sondern auch das Führungselement 21 sind vorzugsweise aus Kunststoffmaterial hergestellt. Das Führungselement 21 liegt einer Lagerhälfte 22 an, die an der Öffnung des Gehäuses 10 befestigt ist und ebenfalls aus einem Kunststoffmaterial besteht. Ferner liegt die Lagerhälfte 22 dem Deckel 5 an, der das Gehäuse des Wasserhahns schließt. Eine weitere Lagerhälfte 23 ist im Deckel 5 angeordnet, und zwischen die Lagerhälften 22 und 23 ist eine Gelenkkugel 25 mit einer Dichtung 24 einge­ setzt. Die Kugel 25 trägt einen Arm 26, an den eine Kappe 28 mit einem Bedienungshebel 29 angeschlossen ist. Nach innen hin ist ein zweiter Arm 27 an die Kugel 25 angeschlossen. Dieser zweite Arm 27 ist abgeflacht und wirkt wie ein Schlüssel, der fest mit dem Schieberelement 20 verbunden ist. Diese bekannte Anordnung ermöglicht die Bewegung des Schieberelements 20, indem der Bedienungshebel 29 gedreht und unterschiedlich ge­ schwenkt wird. Als Folge davon verschiebt und dreht sich die bewegbare Steuerplatte 19 bezüglich der feststehenden Ventil­ platte 18, wenn der Hebel 29 bewegt wird, um den Wasserdurch­ fluß zu regulieren, der aus den Durchgängen 7 und 8 zugeführt wird und sich in der ringförmigen Kammer 2 mischt, aus der ein gemischter Strom austritt.

Das Schieberelement 20 bewegt sich in direktem Kontakt mit dem Führungselement 21, das sich ebenfalls in direktem Kontakt mit der Lagerhälfte 22 dreht. Deshalb gibt es zwei zusammenwirken­ de Flächen aus Kunststoffmaterial, die sich in gegenseitigem Kontakt bewegen können. Diese Bewegung erfolgt unter einem erheblichen Druck. Aufgrund der Tatsache, daß der notwendige Druck für ein effektives Zusammenwirken der bewegbaren Steuer­ platte 19 und der feststehenden Ventilplatte 18 über diese Flächen übertragen wird, ist der übertragene Druck erheblich größer als der Druck, der für das Zusammenwirken der beiden kleinen Platten aus hartem Material notwendig ist. Aus diesem Grund verbraucht sich ein Schmierfett, das beim Zusammenbau der Steuerkartusche zwischen die Teile 20 und 21 und 21 und 22 eingeführt werden kann, allmählich. Auf der anderen Seite ver­ lieren die Kunststoffteile, selbst wenn sie anfänglich selbst­ schmierende Eigenschaften besitzen, diese Eigenschaften mit der Zeit, da sie in Gegenwart von heißem Wasser arbeiten. Als Folge tritt eine erhebliche Reibung zwischen den Teilen 20, 21 und 22 auf. Diese Reibung behindert die Bewegung des Wasser­ hahns, und außerdem wird das Bedienen des Wasserhahns von un­ angenehmem Klappern und von Vibrationen begleitet.

Das Einführen dünner metallischer Platten zwischen die Teile 20, 21 und 22 verhindert diese Unannehmlichkeit, und dies durchzuführen ist möglich, aber der Zusammenbau der Steuer­ kartusche wird dadurch erheblich komplizierter und anfälliger. Um eine gute Funktionsweise zu garantieren, kann außerdem kei­ ne Platte aus gewöhnlichem rostfreien Stahl verwendet werden, sondern man muß z. B. eine kleine Platte aus verchromtem Mes­ sing verwenden. Alles dieses stellt zwar eine akzeptable, aber schwierige Lösung zur Herstellung der Steuerkartusche dar, so­ wohl was die Kosten als auch die Herstellungsart anbelangt.

Wird dagegen die vorliegende Erfindung eingesetzt, sind die Oberflächen des Führungselements 21, die im Kontakt mit den Oberflächen des Schieberelements 20 und der Lagerhälfte 23 arbeiten, mit einer Schicht eines Metalls mit entsprechender Beschaffenheit, vorzugsweise aus Chrom, überzogen. Auf diese Art erfolgen die Steuerbewegungen nicht zwischen Flächen aus Kunststoffmaterial, sondern zwischen Flächen aus Kunststoff­ material und Metallflächen, ähnlich dem Fall, wenn eine Me­ tallplatte zwischen die Teile eingeführt wird. Weiterhin er­ folgt der Zusammenbau der Steuerkartusche genau wie der Zusam­ menbau einer Steuerkartusche ohne metallische Dichtungen. Da die Verfahren zum Aufbringen eines Metalls auf die Kunststoff­ oberfläche dem neuesten Stand der Technik entsprechen und aus­ reichend wirtschaftlich sind, werden die Kosten zur Herstel­ lung einer Steuerkartusche gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer Steuerkartusche ohne metallische Platten nicht wesentlich erhöht und liegen niedriger als bei einer Steuerkartusche mit eingesetzten metallischen Platten.

Wie aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich ist, stellt das Führungs­ element 21 eine Fläche dar, die in Kontakt mit der Lagerhälfte 22 arbeitet, und diese Fläche des Führungselements ist mit ei­ ner Metallschicht 30 versehen. Aus dieser erstreckt sich ein Vorsprung 34, der mit inneren Vorsprüngen (nicht abgebildet) der Lagerhälfte 22 zusammenwirkt, um den Drehbereich des Füh­ rungselements 21 richtig zu begrenzen.

Auf der gegenüberliegenden Seite besitzt das Führungselement 21 am Umfang einen vorspringenden Rahmen 31, der die Grenzen für einen Rahmen festsetzt, in welchem sich das Schieberele­ ment 20, das die bewegbare Steuerplatte 19 trägt, bewegen kann. Auch besitzt das Führungselement 21 ein Fenster 32, in welches sich ein Vorsprung 20′ des Schieberelements 20 er­ streckt, der den Eingriffsort für den Steuerschlüssel bildet. Die Flächen zwischen dem vorspringenden Rahmen 31 und dem Fen­ ster 32 sind ebenfalls mit einer Metallschicht 33 versehen. Natürlich ist die Dicke der Schichten 30 und 33, die, wenn sie maßstabsgetreu abgebildet wären, nicht erkennbar wären, auf der Abbildung übertrieben groß dargestellt.

Auf diese Weise findet nicht nur die Bewegung des Schieberele­ ments 20 gegen die Schicht 33 des Führungselements 21, sondern auch das Gleiten der Schicht 30 des Führungselements 21 gegen die Lagerhälfte 22 zwischen Kunststoff- und Metallmaterialien statt. Bei der Wahl der richtigen Materialien können außerdem ein niedriger Reibungskoeffizient und geräuscharme, regelmäß­ ige Bewegungen auch ohne Schmierung und noch nach einer lan­ gen Benutzungszeit erreicht werden.

Die Tatsache, daß die Metallisierung zur Bildung der Metall­ schichten 30 und 33 auf zwei Flächen des Führungselements 21 anstatt auf den entsprechenden Flächen der Lagerhälfte 22 bzw. dea Schieberelements 20 durchgeführt wird, bietet den Vorteil, daß nur ein Bauteil der Steuerkartusche einer Metallisierungs­ behandlung unterzogen werden muß, wodurch sich die Kosten ver­ ringern. Selbstverständlich bereitet eine eventuelle Metalli­ sierung anderer Flächen des Führungselements 21, außer der zur Bildung der Schichten 30 und 33, keinerlei Schwierigkeiten. Die Metallisierung der Innenwände des Fensters 32 erleichtert vielmehr das Gleiten des Vorsprungs 20′ des Schieberelements 20, und die Metallisierung der Außenflächen, die die Form ei­ nes Mantels haben, oder des Führungselements 21 erleichtern seine Drehung in dem Schieberelement 20. Diese letztgenannten Bewegungen sind jedoch nicht problematisch, da sie ohne die Ausübung eines wesentlichen Druckes erfolgen. Trotzdem kann das Führungselement 21 einer Metallisierung unterzogen werden, ohne daß irgendwelche Maßnahmen zum Schutz eines Teils seiner Oberflächen getroffen werden müssen. Dadurch werden die Ver­ fahren der Sensibilisierung, des Überziehens mit einem haften­ den Überzug und der endgültigen Chromplattierung besonders vereinfacht, wenn die Metallisierung mittels eines chemischen Verfahrens und eines anschließenden elektrochemischen Verfah­ rens erfolgt, wie es gewöhnlich durchgeführt wird und bei der Verwendung von Kunststoffmaterial besonders vorteilhaft ist.

Es ist wichtig herauszustellen, daß eine komplexe Form der Oberfläche kein Hindernis für ihre Metallisierung darstellt. Die Oberfläche kann, falls erforderlich, lamellenförmig sein oder andere Formen aufweisen, welche es erleichtern, das früh­ zeitige Schließen zu steuern und das mit dem Wasserdurchfluß verbundene Geräusch zu verhindern. Durch die Verwendung von Chrom für die Endmetallisierung (vorzugsweise auf dazwischen­ liegende haftende Schichten auf Kupfer und/oder Nickel aufge­ tragen) werden hervorragende Resultate erzielt. Es können je­ doch auch andere Metalle aufgebracht werden, und es muß her­ ausgestellt werden, daß die Dicke der Metallschicht zu berück­ sichtigen ist, die sehr dünn sein muß, damit sie als dünne Schichten durch Metallisation aufgebracht werden kann und folglich nur eine minimale Menge an Metall verbraucht, was die Verwendung von teureren Metallen möglich macht, ohne erhebli­ che Frhöhung der Herstellungskosten.

Wie bereits erwähnt, ist die Anwendung der Erfindung nicht an irgendeine spezielle Form der Steuerkartuschenteile gebunden. Die beschriebene Ausführungsform dient ausschließlich dem Ziel, ein Beispiel für eine vollständige Darstellung zu lie­ fern. So könnte die Steuerkartusche z. B. ein Führungselement besitzen, das sich nicht dreht, oder das Schieberelement, wel­ ches die bewegbare Steuerplatte trägt, könnte durch Teile ge­ führt werden, die einteilig mit dem Gehäuse der Steuerkartu­ sche gefomt sind. Weiterhin muß es sich bei der Steuerkartu­ sche nicht notwendigerweise um eine komplette und als Einheit auswechselbare Kartusche handeln, sondern die Erfindung kann auch in Fällen eingesetzt werden, wenn die Steuerkartusche aus einer Baugruppe von Teilen besteht, die in das Gehäuse des Wasserhahns eingesetzt werden, aber zusammen keine auswechsel­ bare Einheit bilden.

Claims (4)

1. Steuerkartusche für einen Mischwasserhahn, umfassend
ein in das Gehäuse (1) eines Wasserhahns einsetzbares Gehäuse (9, 10),
ein mit dem Bedienungshebel (29) des Wasserhahns verbundenes Schieberelement (20), an welchem eine bewegbare Steuerplatte (19) aus hartem Material angebracht ist, die einer feststehen­ den Ventilplatte (18) aus hartem Material gleitbeweglich an­ liegt, und
ein Führungselement (21), in welchem das Schieberelement (20) für begrenzte Bewegung angeordnet ist, wobei das Schieberelement (20) und das Führungselement (21) miteinander in Gleitkontakt stehende Flächen aufweisen und aus Kunststoffmaterial hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens einer der miteinander in Gleitkontakt stehen­ den Flächen des Schieberelements (20) und des Führungselements (21) eine Metallschicht (33) mittels chemischer oder elektro­ chemischer Ablagerung aufgebracht ist, und
daß die miteinander in Gleitkontakt stehenden Flächen des Schieberelements (20) und/oder des Führungselements (21) vor dem Aufbringen der Metallschicht (33) durch Aufbringen min­ destens einer Zwischenschicht eines haftenden Materials sen­ sibilisiert sind.

2. Steuerkartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die haftende Zwischenschicht aus einem Kupfermaterial und/oder einem Nickelmaterial besteht.

3. Steuerkartusche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Metallschicht (33) aus Chrommaterial be­ steht.

4. Steuerkartusche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablagerung der Metallschicht (33) unter Vakuum aufgebracht ist.