DE4120433C2

DE4120433C2 - Auslaufventil

Info

Publication number: DE4120433C2
Application number: DE4120433A
Authority: DE
Inventors: Norihito Fujiwara; Kouji Ogawa; Yoshihiro Yasunaga
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1991-06-20
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2011-06-21
Also published as: GB2245686A; GB9111466D0; FR2664015B1; KR930010305A; JPH04165170A; GB2245686B; FR2664015A1; US5100565A; DE4120433A1; KR920001107A; KR940007334B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Auslaufventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, für eine Wasserleitungs-Auslauf- oder -Durch laufarmatur oder eine sog. Mischbatterie.

Typische bisherige Auslaufventile sind nachstehend anhand von Figuren beschrieben.

Fig. 8 zeigt in auseinandergezogener perspektivischer Darstellung eine Kalt/Warmwasser-Mischbatterie mit einem herkömmlichen Auslaufventil. Fig. 9 veranschau licht in perspektivischer Darstellung eine bei der Anordnung nach Fig. 8 vorgesehene drehbare Ober(ventil) scheibe.

Gemäß den Fig. 8 und 9 umfaßt die Kalt/Warmwasser- Mischbatterie A eine Bodenkappe 3, ein Auslaufventil 1 mit einer feststehenden Gegen(ven til)scheibe 1b und einer drehbaren Ober(ventil)scheibe 1a, eine Oberkappe 4, einen (Betätigungs-)Hebel 6, einen Außendeckel (Glocke) 5 und ein(en) Auslauf(rohr) 12. Die scheibenförmige Bodenkappe 3 ist mit einer durchgehenden Bohrung 7 als Durchgang für den Zulaß von Kaltwasser, einer durchgehenden Bohrung 8 als Durchgang für den Zulaß von Warmwasser und einer durchgehenden Bohrung 9 als Durchgang für das Ausfließen von Kalt und/oder Warmwasser versehen. Die unterseitige Öffnung, d. h. das untere Ende der Bohrung 7 ist an eine Leitung 10 für die Zuspeisung von Kaltwasser angeschlossen; das untere Ende der Bohrung 8 ist an eine Leitung 11 für die Zuspeisung von Warmwasser angeschlossen, während das untere Ende der Bohrung 9 mit dem Auslauf 12 für Kalt- und/oder Warmwasser verbunden ist.

Die (feststehende) Gegenscheibe 1b ist mit einer (einem) durchgehenden Bohrung bzw. Schlitz 13 als Durchgang für den Zufluß von Kaltwasser, eine (einem) durchgehenden Bohrung bzw. Schlitz 14 als Durchgang für den Zufluß von Warmwasser und einer durchgehenden Bohrung 15 als Durchgang für den Ausfluß von Kalt und/oder Warmwasser versehen. Die unteren Öffnungen bzw. Enden der Bohrungen 13-15 in der Gegenscheibe 1b besitzen jeweils die gleiche Größe wie die betreffenden oberen Öffnungen bzw. Enden der Bohrungen 7, 8 bzw. 9 in der Bodenkappe 3. Die Gegenscheibe 1b ist wasser dicht an der Oberseite der Bodenkappe 3 so befestigt, daß die unteren Enden der jeweiligen Bohrungen 13-15 in der Gegenscheibe 1b mit den betreffenden oberen Enden der Bohrungen 7-9 in der Bodenkappe 3 fluchten. Gemäß Fig. 1 sind Dichtungspackungen 18 jeweils zwischen den oberen Enden der Bohrungen 7-9 der Bodenkappe 3 und den unteren Enden der Bohrungen 13-15 der Gegenscheibe 1b angeordnet.

Der Durchmesser der (drehbaren) Oberscheibe 1a ist geringfügig kleiner als der der (feststehenden) Gegenscheibe 1b. Gemäß Fig. 9 ist in der Unterseite der Oberscheibe 1a eine Ausnehmung 16 einer vorbestimmten Form und Tiefe als Durchgang für Kalt- und/oder Warmwasser ausgebildet. Die Oberscheibe 1a liegt unter Herstellung einer wasserdichten Berührung auf der Oberseite der Gegenscheibe 1b auf, so daß der Kalt und/oder Warmwasserdurchgang über die Ausnehmung 16 in der Unterseite der Oberscheibe 1a und die Bohrungen 13-15 in der Gegenscheibe 1b festgelegt wird.

Im unteren Bereich der Innenumfangsfläche der Oberkappe 4 sind mehrere nicht dargestellte Vorsprünge angeformt, die der Form mehrerer Aussparungen 17 in der Seite bzw. Umfangsfläche der Gegenscheibe 1b angepaßt sind. Die Oberkappe 4 ist drehfest an der Ober seite der Bodenkappe 3 befestigt, wobei ihre Vorsprünge in die betreffenden Aussparungen 17 der Gegenscheibe 1b eingreifen.

Der Hebel 6 umfaßt einen lotrechten Hebelteil bzw. eine Achse 6b und einen waagerechten Hebelteil 6a, der unter einem rechten Winkel am oberen Ende der Achse 6b angebracht ist, die ihrerseits den Mittelteil der Oberkappe 4 durchsetzt und mit dieser über einen nicht dargestellten beweglichen Stift in dem Bereich, in welchem die Achse 6b die Oberkappe 4 durchsetzt, ver bunden ist. Das untere Ende der Achse 6b ist mittels eines nicht dargestellten Stifts mit der Oberseite der (drehbaren) Oberscheibe 1a verbunden. Gemäß Fig. 1 ist an der Oberseite der Oberscheibe 1a ein Vorsprung 22 mit Aussparungen 23 zur Verbindung des unteren Endes der Achse 6b mit (der Oberseite) der Oberscheibe 1a angeformt. Der Außendeckel (die Glocke) 5 umschließt die beiden Scheiben 1a und 1b, die Oberkappe 4 und die Achse 6b und ist drehfest an der Oberseite der Boden kappe 3 befestigt.

Bei Bewegung oder Drehung des waagerechten Hebelteils 6a nach rechts oder links dreht sich die Oberscheibe 1a gleitend auf der zwischen ihrer Unterseite und der Oberseite der Gegenscheibe 1b gebildeten Gleitfläche. Durch Aufwärts- oder Abwärtsneigen des waagerechten Hebelteils 6a wird ferner die Achse 6b geneigt, und die Oberscheibe 1a wird durch das durch die Neigungs- oder Kippbewegung verschobene untere Ende der Achse 6b weggedrückt oder verschoben. Dabei verschiebt sich die Oberscheibe 1a unter Gleitbe wegung auf der Gleitfläche in der Richtung, in welcher sie durch das untere Ende der Achse 6b gedrückt wird.

Kaltwasser, das über die Leitung 10, die Bohrung 7 in der Bodenkappe 3 und die Bohrung 13 in der Gegenscheibe 1b in die in der Unterseite der Oberscheibe 1a vorgese hene Ausnehmung 16 fließt, sowie Warmwasser, das über die Leitung 11, die Bohrung 8 der Bodenkappe 3 und die Bohrung 14 der Gegenscheibe 1b in die Ausnehmung 16 ein tritt, strömt über die Bohrung 15 der Gegenscheibe 1b und die Bohrung 9 der Bodenkappe 3 über den Auslauf 12 aus. Durch Verschieben bzw. Verdrehen der (drehbaren) Oberscheibe 1a mittels des Hebels 6 mit einer Relativverschiebung oder -drehung der beiden Scheiben 1a und 1b auf der Gleitfläche werden die Durch gänge für Kalt- und/oder Warmwasser geöffnet und geschlossen, wodurch eine Regelung der Durchflußmenge an Kaltwasser, Warmwasser sowie gemischtem Kalt- und Warmwasser möglich ist.

Ober- und Unterscheibe 1a bzw. 1b bestehen jeweils aus einem Keramikmaterial, wie Aluminiumoxid, Silizium karbid, Siliziumnitrid, Mullit oder Gemischen davon, oder aus einem Metall, wie nichtrostender Stahl und Kupfer.

Die unter Bildung der Gleitfläche zwischen sich in wasserdichter Berührung miteinander stehenden Unter- und Oberseiten von Oberscheibe 1a bzw. Gegenscheibe 1b sind zu glatten Hochglanzflächen poliert. Zwischen der Unterseite der Oberscheibe 1a und der Oberseite der Gegenscheibe 1b ist ein Schmiermittel, wie Silikonfett, zur Verbesserung der Gleitfähigkeit der Gleitfläche vorgesehen.

Ein anderes bisheriges Auslaufventil ist nachstehend anhand von Fig. 10 beschrieben, die in auseinandergezoge ner perspektivischer Darstellung eine ausschließlich für Kalt- oder Warmwasser vorgesehene Durchlaufarmatur mit einem herkömmlichen Auslaufventil zeigt.

Die ausschließlich für Kalt- oder Warmwasser vorgese hene Durchlaufarmatur B gemäß Fig. 10 umfaßt eine Bodenkappe 3, ein Auslaufventil 2 mit einer fest stehenden Gegenscheibe 2b und einer drehbaren Ober scheibe 2a, eine Oberkappe 4, einen Hebel 6, einen Außendeckel (Glocke) 5 und ein(en) Auslauf(rohr) 12. Die scheibenförmige Bodenkappe 3 ist mit einer (durch gehenden) Bohrung 7 als Durchgang für den Zufluß von Kalt- oder Warmwasser versehen. Eine Kalt- oder Warm wasser-Leitung 10 ist an das untere Ende der Bohrung 7 angeschlossen.

Die (feststehende) Gegenscheibe 2b ist mit einer durch gehenden Bohrung versehen, die sich in zwei oberseitige Öffnungen 13 verzweigt, welche Zweigdurchgänge für den Zufluß von Kalt- oder Warmwasser bilden. Die Gegenschei be 2b ist unter wasserdichter Anlage an der Oberseite der Bodenkappe 3 so angebracht, daß die unterseitige Öffnung bzw. das untere Ende ihrer Bohrung (bzw. Öffnungen) 13 mit dem oberen Ende der Bohrung 7 in der Bodenkappe 3 fluchtet. Gemäß Fig. 10 ist eine Dichtungs packung 20 zwischen dem oberen Ende der Bohrung 7 in der Bodenkappe 3 und dem unteren Ende der Bohrung 13 in der Gegenscheibe 2b vorgesehen.

Die (drehbare) Oberscheibe 2a weist zwei durchgehende Bohrungen oder Öffnungen 21 der gleichen Größe wie die beiden oberseitigen Öffnungen 13 der Gegenscheibe 2b auf. Die Oberscheibe 2a ist mit wasserdichter Anlage an der Oberseite der Gegenscheibe 2b so angeordnet, daß die Öffnungen 21 in der Oberscheibe 2a und die Öffnun gen 13 in der Gegenscheibe 2b Durchgänge für Kalt- oder Warmwasser bilden.

Die Oberkappe 4 ist drehfest mit der Oberseite der Bodenkappe 3 verbunden; ihre Innenfläche steht in inni ger Berührung mit dem Umfangsrand der Gegenscheibe 2b. Der Auslauf 12 ist an der Außenseite bzw. Außen umfangsfläche der Oberkappe 4 angebracht. Der (Betäti gungs-)Hebel 6 umfaßt eine(n) säulenförmige(n) lotrech te(n) Hebelteil oder Achse 6b und einen unter einem rechten Winkel an dessen (deren) oberem Ende angebrach ten waagerechten Hebelteil 6a. Die (lotrechte) Achse 6b durchsetzt den Mittelteil der Oberkappe 4, und das unte re Ende der Achse 6b ist an bzw. in einer im Zentrum der Oberseite der Oberscheibe 2a ausgebildeten Ausneh mung 24 befestigt. Der Außendeckel (Glocke) 5 um schließt die beiden Scheiben 2a und 2b, die Oberkappe 4 und die Achse 6b und ist drehfest an der Oberseite der Bodenkappe 3 angebracht.

Bei Bewegung des waagerechten Hebelteils 6a nach rechts oder links verdreht sich die (drehbare) Oberscheibe 2a unter Gleitbewegung auf der zwischen ihrer Unterseite und der Oberseite der Gegenscheibe 2b gebildeten Gleit fläche. Über die Leitung 10, die Bohrung 7 in der Bodenkappe 3, die Öffnungen 13 in der Gegenscheibe 2b und die Öffnungen 21 in der Oberscheibe 2a in die Ober kappe 4 einfließendes (Kalt- oder Warm-)Wasser strömt über den Auslauf 12 aus. Durch Verdrehen der Oberschei be 2a mittels des Hebels 6 mit einer Relativbewegung zwischen Gegenscheibe 2b und Oberscheibe 2a auf ihrer Gleitfläche wird der Wasser-Durchgang geöffnet oder geschlossen; damit ist eine Regelung der Wasserdurch flußmenge möglich.

Ober- und Gegenscheibe 2a bzw. 2b bestehen jeweils aus einem Keramikmaterial, wie Aluminiumoxid, Siliziumkar bid, Siliziumnitrid, Mullit oder Gemischen davon, oder aus einem Metall, wie nichtrostender Stahl und Kupfer.

Die unter Bildung der Gleitfläche zwischen sich in wasserdichter Berührung miteinander stehenden Unter- und Oberseiten von Oberscheibe 2a bzw. Gegenscheibe 2b sind zu glatten Hochglanzflächen poliert. Zwischen der Unterseite der Oberscheibe 2a und der Oberseite der Gegenscheibe 2b ist ein Schmiermittel, wie Silikonfett, zur Verbesserung der Gleitfähigkeit der Gleitfläche vorgesehen.

Die vorstehend beschriebenen bisherigen Auslaufventile 1 und 2 sind jedoch mit folgenden Problemen behaftet:
Bei diesen bisherigen Auslaufventilen 1 und 2 tritt aufgrund der Gleitbewegung der drehbaren Oberscheibe auf der zwischen ihrer Unterseite und der Oberseite der feststehenden Gegenscheibe gebildeten Gleitfläche, an welcher die beiden Scheiben in wasserdichter Berührung miteinander stehen, sowie aufgrund des Hydraulikdrucks des die Durchgänge durchströmenden (Kalt- und/oder Warm-)Wassers im Laufe der Zeit eine allmähliche Besei tigung bzw. Austreibung des zwischen diesen Unter- und Oberseiten befindlichen Schmiermittels, wie Schmier fett, auf. Infolgedessen vergrößert sich das zum gleitenden Verschieben bzw. Verdrehen erforderliche Drehmoment, bis schließlich Oberscheibe und Gegen scheibe aneinander anhaften bzw. "festbacken" und dann eine Bewegung bzw. Drehung der drehbaren Oberscheibe unmöglich wird. Dies wird (vorliegend) als "Adhäsions erscheinung" bzw. "Festbacken" bezeichnet.

Im Hinblick auf diese Gegebenheiten besteht ein großer Bedarf nach einem Auslaufventil mit einer feststehenden Gegen(ventil)scheibe und einer drehbaren Ober(ventil) scheibe, das ein ungehindertes oder zügiges Gleiten der Oberscheibe auf der zwischen ihrer Unterseite und der Oberseite der (feststehenden) Gegenscheibe gebildeten Gleitfläche ohne die Notwendigkeit für ein Gleit- oder Schmiermittel, z. B. ein Schmierfett, zwischen Unterseite der Oberscheibe und der Oberseite der Gegenscheibe zuläßt und bei dem das erwähnte "Festbacken" nicht auftritt.

Ein gattungsgemäße Ventileinrichtung für Mischarmaturen im Sanitärbereich ist aus der DE-35 38 261 A1 bekannt. Diese Ventileinrichtung weist gegeneinander abdichtende Ventilelemente bzw. Ventilscheiben auf, wobei zumindest eine dem jeweils anderen Ventilelement zugewandte Gleitfläche eines Ventilelements mit einer durch Plasmaentladung im Vakuum abgeschiedenen harten Kohlenstoffschicht versehen ist.

Eine andere Dichtscheibe für sanitäre Mischbatterien, die mindestens an den Funktionsflächen eines Trägerkörpers mittels des CVD- oder des PVD-Verfahrens mit einer Beschichtung aus keramischen Werkstoffen versehen ist, ist in der DE-35 09 572 C1 beschrieben. Zur Haftvermittlung für die Beschichtung aus keramischen Werkstoffen werden bei diesem Stand der Technik für unterschiedliche Trägerkörper- und Keramikbeschichtung eine oder mehrere Zwischenschichten eingesetzt, wobei jeweils eine Zwischenschicht die Haftung gegenüber der nächsten Zwischenschicht verbessern soll. In dieser Druckschrift werden zahlreiche Materialien für die Beschichtung, den Trägerkörper und die Zwischenschichten erwähnt, nicht jedoch diamantartige Kohlenstoffschichten als mögliche Gleitbeschichtung.

Schließlich beschreibt die DE-29 26 080 A1 noch ein Mittel zur Trockenschmierung von Flächen sich gegen- oder aufeinander bewegender mechanischer Bauteile wie Lager oder ähnlicher Maschinenelemente, bei dem die Gleitflächen eine Beschichtung aus Kohlenstoff mit diamantähnlicher Kristallstruktur aufweisen, wobei zur Verbesserung der Haftung der Kohlenstoffschicht am Substrat eine Zwischenschicht aus einem quasi-amorphen Hartstoff, bei einem Stahlsubstrat eine Titanoxicarbidschicht, vorgesehen ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Ausflußventil in Vorschlag zu bringen, das hinsichtlich der Lebensdauer und der Verschleißfestigkeit, insbesondere der Anhaftung der Gleitbeschichtung am Trägerkörper verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Ausflußventil mit einer feststehenden Ventilscheibe (Ventilsitzscheibe) und einer beweglichen Ventilscheibe (Steuerscheibe), wobei Ventilsitzscheibe und Steuerscheibe aus einem Keramikmaterial oder Metall hergestellt sind, wobei eine Fläche der Ventilsitzscheibe und eine Fläche der Steuerscheibe unter Bildung einer Gleitfläche dazwischen miteinander in Berührung stehen, wobei mindestens die eine Fläche der Ventilsitzscheibe und/oder die eine Fläche der Steuerscheibe, welche (zwischen sich) die Gleitfläche bilden, mit einer im wesentlichen aus diamantartigem Kohlenstoff bestehenden Schicht versehen ist, und wobei das Ausflußventil zum Öffnen und Schließen eines Flüssigkeitsdurchflusses mittels einer relativen (Dreh-) Verschiebung zwischen Ventilsitzscheibe und Steuerscheibe längs der Gleitfläche zwecks Steuerung der Flüssigkeits-Durchflußmenge dient, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der im wesentlichen aus diamantartigem Kohlenstoff bestehenden Schicht und mindestens einer der die Gleitschicht bildenden Flächen der Ventilsitzscheibe und der Steuerscheibe eine Zwischenschicht ausgebildet ist, wobei die Zwischenschicht einen zweischichtigen Aufbau aufweist, mit einer TiN-Schicht, die auf mindestens einer die Gleitfläche bildenden Fläche der Ventilsitzscheibe und der Steuerscheibe gebildet ist, und mit einer TiC-Schicht, die auf der TiN-Schicht gebildet ist.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert: Es zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Kalt/Warmwasser-Mischbatterie oder -armatur mit einem Auslaufventil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Auslaufven tils nach Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer drehba ren Oberscheibe beim Auslaufventil nach Fig. 2,

Fig. 4 eine auseinandergezogene perspektivische Dar stellung einer ausschließlich für Kalt- oder Warmwasser vorgesehenen Durchlaufarmatur mit einem Auslaufventil gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine auseinandergezogene perspektivische Dar stellung des erfindungsgemäßen Auslaufventils nach Fig. 4,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einer Gleit- oder Verschiebehäufigkeit und einem zum Verschieben bzw. Verdrehen eines Auslaufventils erforderlichen Drehmoment und

Fig. 7 eine andere graphische Darstellung der Bezie hung zwischen einer Gleit- oder Verschiebehäu figkeit und einem zum Verschieben bzw. Verdre hen eines Auslaufventils erforderlichen Dreh moment,

Fig. 8 eine auseinandergezogene perspektivische Dar stellung einer Kalt/Warmwasser-Mischbatterie oder -armatur mit einem herkömmlichen Auslauf ventil,

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung einer drehba ren Oberscheibe nach Fig. 8 und

Fig. 10 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer ausschließlich für Kalt- oder Warmwasser vorgesehenen Durchlaufarmatur mit einem herkömmlichen Auslaufventil.

Im Hinblick auf die oben geschilderten Gegebenheiten wurden ausgedehnte Untersuchungen angestellt, mit dem Ziel, ein Auslaufventil mit einer feststehenden Gegen scheibe und einer drehbaren Oberscheibe zu entwickeln, das eine ungehinderte Gleitbewegung der Oberscheibe zuläßt und bei dem die erwähnte "Adhäsionserscheinung" bzw. das erwähnte "Festbacken" über einen langen Zeitraum hinweg nicht auftritt.

Als Ergebnis dieser Untersuchungen wurde folgendes festgestellt: Durch Ausbildung eines Films bzw. einer Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff (diamond-like carbon) auf mindestens der Unterseite der (drehbaren) Oberscheibe und/oder der Oberseite der (feststehenden) Gegenscheibe, die unter Bildung der Gleitfläche dazwi schen wasserdicht in Berührung miteinander stehen, kann die an der Gleitfläche wirkende Reibungskraft auf der Größe der Reibungskraft gehalten werden, die beim bisherigen Auslaufventil unter Verwendung des Gleit- oder Schmiermittels an der Gleitfläche wirkt; außerdem kann damit die Verschleißfestigkeit der beiden Scheiben verbessert werden. Auf diese Weise kann ein Auslaufventil realisiert werden, das ein ungehindertes oder zügiges Gleiten der Oberscheibe an der Gleitfläche zuläßt und bei dem das genannte "Fest backen" über einen wesentlich längeren Zeitraum hinweg als bei den bisherigen Anordnungen nicht auftritt, ohne daß dabei ein Schmiermittel zwischen Unter- und Ober seite von Oberscheibe bzw. Gegenscheibe vorgesehen zu sein braucht.

Die Erfindung beruht nun auf diesen Feststellungen.

Im folgenden ist eine erste Ausführungsform der Erfindung anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 umfaßt eine Kalt/Warmwasser- Mischbatterie A eine Bodenkappe 3, ein Auslaufventil 1 mit einer feststehenden Gegen(ventil)scheibe 1b und einer drehbaren Ober(ventil)scheibe 1a, eine Oberkappe 4, einen (Betätigungs-)Hebel 6, eine(n) Außendeckel (Glocke) 5 sowie ein(en) Auslauf(rohr) 12. Die Misch batterie A nach Fig. 1 unterscheidet sich von derjeni gen gemäß Fig. 8 nur durch die unterschiedliche Ausbil dung oder Ausgestaltung des Auslaufventils 1, wie dies noch näher beschrieben werden wird.

Die das Auslaufventil 1 bildenden Gegen- und Oberscheiben 1b bzw. 1a bestehen jeweils aus einem Keramikmaterial, wie Aluminiumoxid, Siliziumkar bid, Siliziumnitrid, Mullit oder Gemischen davon, oder aus einem Metall, wie nichtrostender Stahl und Kupfer.

Die unter Bildung der Gleitfläche zwischen sich in wasserdichter Beruhrung miteinander stehenden Unter- und Oberseiten von Oberscheibe 1a bzw. Gegenscheibe 1b sind zu glatten Hochglanzflächen poliert. An Unter- und Oberseite von Oberscheibe 1a bzw. Gegenscheibe 1b ist unter Vorsehung einer zweischichtigen Zwischenschicht jeweils ein(e) Film oder Schicht 19 aus diamantartigem Kohlenstoff ausgebildet, der bzw. die nachstehend näher erläutert ist.

Kohlenstoff, wie diamantartiger Kohlenstoff, Diamant, amorpher Kohlenstoff und Graphit, zeigt Polymorphismus. Diamantartiger Kohlenstoff, allgemein als i-Kohlenstoff bekannt, besitzt Eigenschaften, die deutlich von denen anderer Kohlenstoffarten verschieden sind; er besitzt z. B. eine chemische Zusammensetzung aus Kohlenstoff und Wasserstoff mit einem (einer) amorphen Gefüge oder Struktur. Diamantartiger Kohlenstoff weist eine Vickers-Härte von 1000-5000 auf, die höher ist als die Härte von amorphem Kohlenstoff und Graphit. Im Hinblick auf elektrische Eigenschaften ist diamantartiger Kohlen stoff ein Isolator; d. h. er besitzt im Gegensatz zu amorphem Kohlenstoff oder Graphit keine Leitfähigkeit.

Durch Ausbildung der Schicht 19 aus diamantartigem Kohlenstoff mit den obengenannten Eigenschaften auf Unter- und Oberseite von Oberscheibe 1a bzw. Gegenschei be 1b, die unter Festlegung der Gleitfläche wasserdicht in Berührung miteinander stehen, kann die an der Gleit fläche wirkende Reibungskraft auf einer der Reibungs kraft an der Gleitfläche des ein Schmiermittel verwen denden bisherigen Auslaufventils entsprechenden Größe gehalten werden; zudem wird damit die Verschleißfestig keit von Oberscheibe 1a und Gegenscheibe 1b verbessert. Diese Schicht 19 aus diamantartigem Kohlenstoff (im folgenden auch einfach als Kohlenstoffschicht bezeich net) wird an Unter- und Oberseite von Oberscheibe 1a bzw. Gegenscheibe 1b hauptsächlich nach einem Gaspha sen-Syntheseverfahren, etwa nach einem chemischen Aufdampf- oder CVD-Verfahren oder einem physikalischen Aufdampf- oder PVD-Verfahren, erzeugt, wobei bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Zwischenschicht eines zweischichtigen Aufbaus vorgesehen ist, die zwischen der Kohlenstoffschicht und der Fläche der Ventilsitzscheibe ausgebildet ist.

Die auf Unter- und Oberseite von Oberscheibe 1a bzw. Gegenscheibe 1b erzeugte Kohlenstoffschicht (oder -film) 19 sollte eine Dicke im Bereich von 0,1-50 µm besitzen. Bei einer Schichtdicke von unter 0,1 µm hat das Gleiten der Oberscheibe 1a an der Gleitfläche einen Abrieb und einen zu schnellen Verschleiß der Kohlen stoffschicht 19 zur Folge. Bei einer Schichtdicke von mehr als 50 µm bewirken auf die Durchlaufarmatur einwir kende Stöße und plötzliche Änderungen der Wassertempe ratur ein Abschälen und schließlich Abplatzen der Kohlenstoffschicht 19. Die Schicht oder der Film 19 aus diamantartigem Kohlenstoff kann auch nur auf einer der Unter- und Oberseiten von Oberscheibe 1a bzw. Gegen scheibe 1b erzeugt werden.

Nachstehend ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung anhand der Fig. 4 und 5 näher erläutert.

Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte, ausschließlich für Kalt- oder Warmwasser vorgesehene Durchlaufarmatur B umfaßt eine Bodenkappe 3, ein Auslaufventil 2 mit einer feststehenden Gegen(ventil)scheibe 2b und einer drehbaren Ober(ventil)scheibe 2a, eine Oberkappe 4, einen Hebel 6, einen Außendeckel (Glocke) 5 und ein(en) Auslauf(rohr) 12. Diese Durchlaufarmatur B gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von der bisherigen (Kalt- oder Warmwasser-)Durchlaufarmatur B nach Fig. 10 nur durch die noch zu beschreibende unterschiedliche Ausge staltung des Auslaufventils 2.

Die das erfindungsgemäße Auslaufventil 2 bildenden Gegen- und Oberscheiben 2b bzw. 2a bestehen jeweils aus einem Keramikmaterial, wie Aluminiumoxid, Siliziumkar bid, Siliziumnitrid, Mullit oder Gemischen davon, oder aus einem Metall, wie nichtrostender Stahl und Kupfer.

Die unter Bildung der Gleitfläche zwischen sich in wasserdichter Berührung miteinander stehenden Unter- und Oberseiten von Oberscheibe 2a bzw. Gegenscheibe 2b sind zu glatten Hochglanzflächen poliert. An Unter- und Oberseite von Oberscheibe 2a bzw. Gegenscheibe 2b ist jeweils ein(e) Film oder Schicht 19 aus diamantartigem Kohlenstoff ausgebildet, wobei bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung eine Zwischenschicht mit einem zweischichtigen Aufbau vorgesehen ist.

Bei der zweiten Ausführungsform sollte die Schicht 19 aus diamantartigem Kohlenstoff auf Unter- und Oberseite von Oberscheibe 2a bzw. Gegenscheibe 2b aus den für die Kohlenstoffschicht 19 beim Auslaufventil 1 gemäß der ersten Ausführungsform angegebenen Gründen eine Dicke im Bereich von 0,1-50 µm aufweisen. Diese Kohlenstoff schicht 19 kann aber auch nur auf einer der Unter- und Oberseiten von Oberscheibe 2a bzw. Gegenscheibe 2b vorgesehen werden.

Nachstehend ist das erfindungsgemäße Auslaufventil mit Ober- und Gegenscheibe anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Drei Sätze oder Einheiten von Auslaufventilen 1 mit jeweils einer drehbaren Oberscheibe 1a und einer feststehenden Gegenscheibe 1b der Form gemäß den Fig. 2 und 3 werden aus einem Keramikmaterial aus 92 Gew.-% Aluminiumoxid (Al₂O₃), 3 Gew.-% Siliziumoxid (SiO₂), 3 Gew.-% Magnesiumoxid (MgO) und 2 Gew.-% Titanoxid (TiO₂) hergestellt. Sodann werden Unter- und Oberseite von Oberscheibe 1a bzw. Gegenscheibe 1b jedes Auslaufventils 1 auf eine Oberflächenrauheit von 0,08 µm, ausgedrückt als mittlere Mittellinien-Rauhig keit (Ra) nach JIS-Norm, poliert. Beim Auslaufventil 1 des ersten Satzes wird ein(e) Film oder Schicht 19 aus diamantartigem Kohlenstoff jeweils auf Unter- und Oberseite von Oberscheibe 1a bzw. Gegenscheibe 1b erzeugt; damit wird ein erfindungsgemäßes Muster Nr. 1 erhalten. Beim Auslaufventil 1 des zweiten Satzes wird eine Schicht 19 aus diamantartigem Kohlenstoff nur auf der Unterseite der Oberscheibe 1a erzeugt; damit wird ein erfindungsgemäßes Muster Nr. 2 erhalten.

Diese Schicht 19 aus diamantartigem Kohlenstoff wird auf die im folgenden beschriebene Weise nach dem herkömmlichen Mikrowellenplasma-CVD-Verfahren geformt.

Dabei werden inbesondere ein Target aus metallischem Titan (Ti) und die Oberscheibe 1a und/oder die Gegen scheibe 1b in ein Vakuumgefäß mit einem Mikrowellen plasmagenerator eingesetzt, und der Druck im Vakuum gefäß wird auf bis zu 0,00013 Pa (10^-5 Torr) erniedrigt. Hierauf werden Argongas und Acetylengas in vorgeschriebener Strömungsmenge in das Vakuumgefäß eingespeist. Sodann wird der Mikrowellenplasmagenerator betätigt, um ein Verspritzen oder Zerstäuben von Titan (Ti) vom Target und eine Aufspal tung des Acetylengases herbeizuführen; hierbei entsteht auf der Unterseite der Oberscheibe 1a und/oder der Oberseite der Gegenscheibe 1b ein(e) 0,1 µm dicke(r) TiC-Film oder -Schicht. Anschließend wird die Strömungs menge des Acetylengases erhöht, um damit auf dem TiC- Film eine 5 µm dicke diamantartige Kohlenstoffschicht 19 zu erzeugen.

Beim Auslaufventil 1 des dritten Satzes wird das ange gebene CVD-Verfahren zum Erzeugen der diamantartigen Kohlenstoffschicht nicht durchgeführt, vielmehr wird dieses Auslaufventil 1 ohne die diamantartige Kohlen stoffschicht als außerhalb der Erfindung liegendes Muster bzw. Vergleichsmuster Nr. 1 benutzt.

Jedes der erfindungsgemäßen Muster Nr. 1 und 2 sowie das Vergleichsmuster Nr. 1 werden in eine Mischbatterie oder -armatur A gemäß Fig. 1 eingebaut. Beim Vergleichs muster Nr. 1 wird Silikonfett zwischen Unter- und Ober seite von Oberscheibe 1a bzw. Gegenscheibe 1b einge bracht. Sodann wird eine Vorrichtung zum Betätigen des Hebels 6 mit der Mischbatterie A verbunden, um den Hebel 6 zum gleitenden Drehen der drehbaren Oberscheibe 1a zu betätigen. Unter fortlaufender Zuspeisung von Kaltwasser einer Temperatur von 20°C und Warmwasser einer Temperatur von 78°C unter einem Druck von 3 kgf/cm² zur Mischbatterie A wird insbesondere der Hebel 6 in der angegebenen Reihenfolge auf die Warmwas ser-Schließseite, die Warmwasser-Öffnungsseite, die Kaltwasser-Öffnungsseite, die Kaltwasser-Schließseite und dann die Warmwasser-Schließseite gestellt; die Zahl der Gleit(dreh)bewegungen der drehbaren Oberscheibe 1a in dieser Sequenz wird als ein Bewegungszyklus gezählt.

Bei jeweils einer bestimmten Zahl von Bewegungszyklen der Oberscheibe 1a werden das zum Bewegen des Hebels 6 von der Warmwasser-Öffnungsseite zur Kaltwasser-Öff nungsseite unter gleitender Drehung der Oberscheibe 1a erforderliche Drehmoment gemessen und das Auftreten der "Adhäsionserscheinung" bzw. des "Festbackens" unter sucht. Die Meß- bzw. Untersuchungsergebnisse finden sich in Fig. 6.

In Fig. 6 sind auf der Abszisse die Zahl der Gleitbewe gungen oder -zyklen der Oberscheibe 1a und auf der Ordinate das für die Gleitbewegung erforderliche Dreh moment aufgetragen. In Fig. 9 stehen ferner die Symbole "○", "×" und "∆" für das erfindungsgemäße Muster Nr. 1, das erfindungsgemäße Muster Nr. 2 bzw. das Vergleichsmu ster Nr. 1.

Wie aus Fig. 6 hervorgeht, liegt beim Vergleichsmuster Nr. 1 das für Gleit(dreh)bewegung erforderliche Dreh moment vor dem Erreichen einer Zahl von 70 000 Bewe gungszyklen unter 3,0 kg · cm. Bei Erreichen einer Zahl von 90 000 Bewegungszyklen beginnt jedoch beim Ver gleichsmuster Nr. 1 das erforderliche Drehmoment stark anzusteigen, wobei ein abnormales Geräusch aufgrund der Reibung zwischen Oberscheibe 1a und Gegenscheibe 1b auftritt. Bei 110 000 Bewegungszyklen beträgt das für die Gleitbewegung erforderliche Drehmoment etwa das Vierfache des anfänglichen Drehmoments.

Bei den erfindungsgemäßen Mustern Nr. 1 und 2 liegt dagegen das für Gleit(dreh)bewegung erforderliche Drehmoment in der Anfangsphase dieser Bewegung unter halb von 3,0 kg · cm; auch bei Erreichen einer Zahl von 500 000 Bewegungszyklen ist dabei nahezu keine Änderung dieses erforderlichen Drehmoments zu beobachten. Die Dicke der Schicht 19 aus diamantartigem Kohlenstoff bei jedem der erfindungsgemäßen Muster Nr. 1 und 2 wird nach Erreichen von 500 000 Bewegungszyklen gemessen. Dabei zeigt es sich, daß die Schicht 19 beim erfin dungsgemäßen Muster Nr. 1 eine Dicke von 4,5 µm, beim erfindungsgemäßen Muster Nr. 2 eine Dicke von 3 µm aufweist. Hiermit wird belegt, daß der Abrieb der diamantartigen Kohlenstoffschicht 19 äußerst gering ist. Im Fall der erfindungsgemäßen Muster Nr. 1 und 2 ist bis zu einer Zahl von 500 000 Bewegungszyklen kein abnormales Geräusch aufgrund von Reibung zwischen Oberscheibe 1a und Gegenscheibe 1b festzustellen.

Beispiel 2

Zwei Sätze von Auslaufventilen 2 mit jeweils einer drehbaren Oberscheibe 2a und einer feststehenden Gegenscheibe 2b der Form gemäß Fig. 5 werden aus dem gleichen Keramikmaterial wie in Beispiel 1 hergestellt.

Sodann werden die Unterseite der Oberscheibe 2a und die Oberseite der Gegenscheibe 2b jedes Auslaufventils 2 auf eine Oberflächenrauhigkeit von 0,1 µm, ausgedrückt als mittlere Mittellinien-Rauhigkeit (Ra) gemäß JIS-Norm, poliert. Beim Auslaufventil 2 des ersten Satzes wird eine Schicht 19 aus diamantartigem Kohlen stoff jeweils auf Unterseite der Oberscheibe 2a und Oberseite der Gegenscheibe 2b erzeugt, wodurch ein erfindungsgemäßes Muster Nr. 3 erhalten wird.

Wie im Fall von Beispiel 1, wird die Schicht 19 aus dia mantartigem Kohlenstoff auf die im folgenden beschriebe ne Weise nach dem herkömmlichen Mikrowellenplasma-CVD- Verfahren erzeugt.

Insbesondere werden ein Target aus metallischem Titan (Ti) sowie die Oberscheibe 2a und die Gegenscheibe 2b in ein Vakuumgefäß mit einem Mikrowellenplasmagenerator eingebracht, und der im Vakuumgefäß herrschende Druck wird auf bis zu 0,00013 Pa (10^-5 Torr) erniedrigt. Anschließend werden Argongas, gasförmiger Stickstoff und Acetylengas in jeweils vorgeschriebenen Strömungs mengen in das Vakuumgefäß eingespeist. Hierauf wird der Mikrowellenplasmagenerator betätigt, um ein Ver spritzen oder Zerstäuben von Titan (Ti) vom Target und eine Aufspaltung des gasförmigen Stick stoffs herbeizuführen; hierbei entsteht auf der Unter seite der Oberscheibe 2a sowie der Oberseite der Gegenscheibe 2b ein TiN-Film einer Dicke von 0,1 µm. Danach werden die Strömungsmenge des gasförmigen Stick stoffs verringert und die Strömungsmenge des Acetylen gases erhöht, um auf dem TiN-Film einen TiC-Film einer Dicke von 0,1 µm zu formen. Schließlich werden die Strömungsmenge des gasförmigen Stickstoffs sehr stark verringert und die Strömungsmenge des Acetylengases weiter erhöht, so daß auf dem TiC-Film eine diamantar tige Kohlenstoffschicht einer Dicke von 3 µm erzeugt wird.

Beim Auslaufventil 2 des zweiten Satzes wird das erwähn te CVD-Verfahren für die Erzeugung der diamantartigen Kohlenstoffschicht nicht durchgeführt, und das Auslauf ventil 2 des zweiten Satzes ohne den diamantartigen Kohlenstoffilm wird ohne Auftrag eines Schmiermittels, wie Silikonfett, auf die Gleitfläche als außerhalb der Erfindung liegendes Vergleichsmuster Nr. 2 benutzt.

Das auf diese Weise erhaltene erfindungsgemäße Muster Nr. 3 und das entsprechende Vergleichsmuster Nr. 2 werden jeweils in eine Durchlaufarmatur B gemäß Fig. 4 eingebaut. Sodann wird an der Durchlaufarmatur B eine Vorrichtung zur Betätigung des Hebels 6 angebracht, um den Hebel 6 zur Hervorbringung einer Gleit(dreh) bewegung der drehbaren Oberscheibe 2a zu verschwenken. Unter fortlaufender Zuspeisung von Warmwasser einer Temperatur von 75°C unter einem Druck von 0,6 kgf/cm² zur Durchlaufarmatur B wird der Hebel 6 insbesondere in der angegebenen Reihenfolge zur Warmwasser-Öffnungsseite, zur Warmwasser-Schließseite und dann zur Warmwasser-Öffnungsseite bewegt bzw. geschwenkt, wobei die Zahl der Gleit(dreh)bewegungen der drehbaren Oberscheibe 2a in dieser Sequenz als ein Bewegungszyklus gezählt wird.

Bei jeweils einer bestimmten Zahl von Bewegungszyklen der Oberscheibe 2a werden das zum Bewegen des Hebels 6 von der Warmwasser-Schließseite zur Warmwasser-Öffnungs seite unter gleitender Drehung der Oberscheibe 2a erfor derliche Drehmoment gemessen und das Auftreten der "Adhäsionserscheinung" bzw. des "Festbackens" unter sucht. Die Meß- bzw. Untersuchungsergebnisse befinden sich in Fig. 7.

Nach dem Messen dieses Drehmoments, das für die glei tende Drehung der drehbaren Oberscheibe 2a bei einer bestimmten Zahl von Bewegungszyklen erforderlich ist, wird weiterhin der Hebel 6 an der Warmwasser-Schließ seite angehalten. Nach Ablauf von 1 h wird das glei tende Verdrehen der Oberscheibe 2a fortgesetzt, wobei das für die Wiederaufnahme der gleitenden Drehung der Oberscheibe 2a erforderliche Drehmoment gemessen wird. Die Differenz des für das gleitende Drehen der Ober scheibe 2a erforderlichen Drehmoments zwischen dem Augenblick der Beendigung der Bewegung und dem Augen blick der Wiederaufnahme dieser Bewegung nach Ablauf von 1 h wird ermittelt. Der Grund hierfür ist folgen der: Wenn die drehbare Oberscheibe im Stillstand belassen wird, erhöht sich die auf die Gleitfläche zwischen der Oberscheibe 2a und der feststehenden Gegenscheibe 2b wirkende Reibungskraft im Zeitverlauf, wobei es fortlaufend schwieriger wird, den Hebel 6 zum gleitenden Verdrehen der Oberscheibe 2a zu bewegen; dies führt zum Auftreten der sogenannten "Adhäsionserscheinung" bzw. des sogenannten "Festbackens".

Die Ergebnisse der obigen Untersuchung sind ebenfalls in Fig. 7 veranschaulicht.

In Fig. 7 sind auf der Abszisse die Zahl der Gleitbewe gungen oder -zyklen der Oberscheibe 2a und auf der Ordinate das für die Gleitbewegung erforderliche Dreh moment aufgetragen. In Fig. 7 stehen außerdem das Symbol "⚫" für das erfindungsgemäße Muster Nr. 3 zum Zeitpunkt der Beendigung der Gleit(dreh)bewegung, das Symbol "▲" für das erfindungsgemäße Muster Nr. 3 zum Zeit punkt der Wiederaufnahme der Gleitbewegung nach Ablauf von 1 h, das Symbol "○" für das Vergleichsmuster Nr. 2 zum Zeitpunkt der Beendigung der Gleit(dreh)bewegung und das Symbol "∆" für das Vergleichsmuster Nr. 2 zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme der Gleitbewegung nach Ablauf von 1 h.

Wie aus Fig. 7 hervorgeht, erhöht sich im Fall des Vergleichsmusters Nr. 2 das für die Gleitbewegung bzw. gleitende Drehung erforderliche Drehmoment innerhalb einer kurzen Zeitspanne schlagartig. Außerdem ist dabei eine sehr große Differenz in dem für diese Bewegung erforderlichen Drehmoment zwischen dem Zeitpunkt der Beendigung der Gleitbewegung und dem Zeitpunkt der Wiederaufnahme dieser Gleitbewegung nach Ablauf von 1 h zu beobachten. Beim Vergleichsmuster Nr. 2 ist beim Erreichen einer Zahl von 5000 Bewegungszyklen abnorma les Geräusch zu hören, das durch die Reibung zwischen der Oberscheibe 2a und der Gegenscheibe 2b hervorge rufen wird.

Beim erfindungsgemäßen Muster Nr. 3 liegt dagegen das für die Gleit(dreh)bewegung erforderliche Drehmoment in der Anfangsphase dieser Bewegung unter 1,0 kg · cm, wobei auch bei einer Zahl von 600 000 Bewegungszyklen nahezu keine Änderung des für diese Bewegung erforderlichen Drehmoments zu beobachten ist. Außerdem ist bei diesem erfindungsgemäßen Muster Nr. 3 nahezu keine Differenz in dem für die Gleitbewegung erforderlichen Drehmoment zwischen dem Zeitpunkt des Anhaltens dieser Bewegung und dem Zeitpunkt der Wiederaufnahme der Bewegung nach 1 h zu beobachten. Im Fall des erfindungsgemäßen Musters Nr. 3 tritt auch nach 600 000 Bewegungszyklen kein abnormales Geräusch aufgrund von Reibung zwischen Oberscheibe 2a und Gegenscheibe 2b auf.

Wie vorstehend im einzelnen beschrieben, wird mit der Erfindung somit ein Auslaufventil mit feststehender Gegenscheibe und drehbarer Oberscheibe geschaffen, das die angegebene Aufgabe voll und ganz löst. Die Erfin dung bietet damit einen ausgezeichneten Nutzeffekt.

Claims

1. Ausflußventil (1) mit einer feststehenden Ventilscheibe (Ven tilsitzscheibe) (1b) und einer beweglichen Ventilscheibe (Steuerscheibe) (1a)
wobei Ventilsitzscheibe (1b) und Steuerscheibe (1a) aus einem Keramikmaterial oder Metall hergestellt sind,
wobei eine Fläche der Ventilsitzscheibe (1b) und eine Fläche der Steuerscheibe (1a) unter Bildung einer Gleitfläche dazwi schen miteinander in Berührung stehen,
wobei mindestens die eine Fläche der Ventilsitzscheibe (1b) und/oder die eine Fläche der Steuerscheibe (1a), welche (zwischen sich) die Gleitfläche bilden, mit einer im wesentlichen aus diamantartigem Kohlenstoff bestehenden Schicht (19) versehen ist, und
wobei das Ausflußventil (1) zum Öffnen und Schließen eines Flüssigkeitsdurchflusses mittels einer relativen (Dreh-)Ver schiebung zwischen Ventilsitzscheibe (1b) und Steuerscheibe (1a) längs der Gleitfläche zwecks Steuerung der Flüssigkeits- Durchflußmenge dient,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der im wesentlichen aus diamantartigem Kohlenstoff bestehenden Schicht (19) und mindestens einer der die Gleit schicht bildenden Flächen der Ventilsitzscheibe (1b) und der Steuerscheibe (1) eine Zwischenschicht gebildet ist, wobei die Zwischenschicht einen zweischichtigen Aufbau aufweist, mit ei ner TiN-Schicht, die auf mindestens einer die Gleitfläche bil denden Fläche der Ventilsitzscheibe (1b) und der Steuerscheibe (1a) gebildet ist, und mit einer TiC-Schicht, die auf der TiN- Schicht gebildet ist.

2. Ausflußventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Schicht (19) aus diamantartigem Kohlen stoff eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 50 µm aufweist