DE4422531C2 - Filterschale - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Filterschale eines zur Druck­ luftaufbereitung in der Pneumatik einzusetzenden Filters, mit einem zur Aufnahme von Flüssigkeit geeigneten Sammelraum, der von einer Wand der Filterschale begrenzt ist, die einen durchgehend mehrschichtigen Aufbau hat, wobei sie eine maß­ geblich für die Druckfestigkeit der Filterschale verantwort­ liche, aus Kunststoffmaterial bestehende Basisschicht auf­ weist, an deren dem Sammelraum zugewandter Innenseite eine den Sammelraum unmittelbar begrenzende und diesen von der Ba­ sisschicht abschirmende Schutzschicht vorgesehen ist, die ge­ genüber organischen spannungsrißauslösenden Druckluftverun­ reinigungen beständig ist.

In pneumatischen Anlagen ist es erforderlich, die Druckluft nach bestimmten Kriterien aufzubereiten, um eine ausreichende Funktionssicherheit und Lebensdauer zu gewährleisten. Verun­ reinigungen der Druckluft wie Zunder, Rost und Staub sowie die in der Druckluft enthaltenen flüssigen Bestandteile, wel­ che sich als Kondensat niederschlagen, können in pneumati­ schen Anlagen große Schäden verursachen. Um diese Einflüsse auszuschalten, werden in jeder pneumatischen Steuerung soge­ nannte Druckluft-Wartungsgeräte eingesetzt, die unter anderem wenigstens einen Filter enthalten. Dieser Filter hält die ge­ nannten Verunreinigungen zurück. Flüssigkeiten werden durch eine hier nicht näher interessierende Spezialeinrichtung in die Filterschale des Filters abgeschieden und in dem dortigen Sammelraum angesammelt. Von Zeit zu Zeit findet eine automa­ tische oder manuelle Entleerung statt.

Im Betrieb einer pneumatischen Anlage steht der den Sammel­ raum bildende Innenraum der Filterschale ständig unter hohem Druck. Daher sind an die Filterschale gewisse Festigkeitsan­ forderungen gestellt. Um diesen gerecht zu werden, hat man eine aus der DE 93 18 983 U1 bekannte Filterschale der ein­ gangs genannten Art als Behälterbaugruppe ausgeführt, die ei­ nen aus Metall oder Kunststoff bestehenden Außenbehälter und einen in diesen Außenbehälter eingesetzten dünnwandigen Kunststoffinnenbehälter umfaßt. Die im Betrieb auftretenden Innendrücke werden von dem entsprechend dimensionierten Au­ ßenbehälter aufgenommen. Der Kunststoff-Innenbehälter, der unter Preßsitz in den Außenbehälter eingesetzt ist, besteht aus einem chemieresistenten Material, und da die Druckkräfte von dem Außenbehälter aufgenommen werden, wird einer Ver­ sprödung in Folge auftretenden Spannung entgegengewirkt.

Zwar wird bei der bekannten Filterschale die vom Außenbehäl­ ter gebildete Basisschicht an der Innenseite von einem direk­ ten Kontakt mit dem eventuell organisch verunreinigten Druck­ medium abgeschirmt. Gleichwohl besteht selbst bei einem sehr starken Preßsitz die Gefahr, daß die von dem Kunststoff- Innenbehälter gebildete innere Schutzschicht von den chemi­ schen Substanzen unterwandert wird, die dadurch in Kontakt mit der Basisschicht gelangen. Vorhandene Fertigungstolerean­ zen können überdies lokale Zwischenräume hervorrufen, die das Eintreten der für Spannungsrißkorrosion verantwortlichen Me­ dien begünstigen. Da der Außenbehälter die herrschenden Drüc­ ke aufzunehmen hat, steht er unter hoher mechanischer Span­ nung und neigt daher bei Kontakt mit den unterwandernden Sub­ stanzen zur Versprödung und daraus resultierenden Festigkeit­ seinbußen.

Es kommt hinzu, daß der Kunststoff-Innenbehälter der bekann­ ten Filterschale trotz verhältnismäßig dünnwandiger Ausge­ staltung eine immer noch relativ große Wandstärke aufweist. Da der Kunststoff-Innenbehälter zur Gewährleistung der Che­ mieresistenz möglichst hart ausgebildet werden sollte, geht die vorhandene Wanddicke zu Lasten der Elastizität, was letztlich dazu führen kann, daß der Kunststoff-Innenbehälter zur Rissbildung neigt. Dies gilt insbesondere bei pulsieren­ den Beaufschlagungen, bei der die Behälterwand gewissermaßen atmet.

Schließlich ist die aus der DE 93 18 983 U1 bekannte Filter­ schale im Bereich ihrer Außenseite ungehindert den Umgebungs­ einflüssen ausgesetzt. Kommt die Basisschicht an der Außen­ seite mit organischen Agenzien in Verbindung, beispielsweise mit Fett oder Alkohol, besteht gleichermaßen das Problem ei­ ner Versprödung und demzufolge einer Beeinträchtigung der Fe­ stigkeit der Basisschicht.

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Filterschale der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei geringen Werkstoffkosten eine höhere Funktionssicherheit ga­ rantiert und das Auftreten von Spannungsrißkorossion wirksa­ mer behindert.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 vorgesehen, daß die Basisschicht sowohl an ihrer Innenseite als auch an ihrer Au­ ßenseite jeweils durchgehend mit einer Schutzschicht überzo­ gen ist, wobei die Schutzschichten als filmartig dünne Plas­ ma-Polymerisationsschichten ausgebildet sind, die mit der Ba­ sisschicht in stoffschlüssiger Verbindung stehen.

Auf diese Weise ergibt sich eine Filterschale, die praktisch einen integralen Körper darstellt, der allseitig von einer Schutzschicht überzogen ist, wobei durch die stoffschlüssige Verbindung keinerlei Unterwandungsmöglichkeit für eventuell angreifenden Verunreinigungen besteht. Die Schutzschichten sind durch Plasma-Polymerisation aufgebracht, so daß sich eine besonders innige Verbindung mit der Basisschicht ein­ stellt. Gleichzeitig läßt sich hierbei eine extrem dünne Schichtdicke verwirklichen, so daß selbst bei einem sehr har­ ten Schutzschichtmaterial, beispielsweise bei siliziumorgani­ schen Schichten, genügend Elastizität verbleibt, um ein even­ tuelles Atmen des Basiskörpers ohne Gefahr des Abplatzens der Schutzschicht von diesem Basiskörper nachvollziehen zu kön­ nen. Da nicht nur innen, sondern auch außen ein Schutzüberzug vorhanden ist, liegt ein wirksamer Schutz gegen Spannungsriß­ korrosion auch in solchen Fällen vor, bei denen die Filter­ schale von außen her mit chemischen Agenzien wie Alkohol oder Fett in Berührung kommt, beispielsweise wenn die Filterschale zu Reinigungszwecken versehentlich mit Alkohol abgerieben wird. Durch die Ausgestaltung als Plasma-Polymerisations­ schichten besteht überdies die Möglichkeit, bei der Herstel­ lung durch geeignete Wahl des Prozeßgases Schutzschichten zu erzeugen, die an die zu erwartenden chemischen Belastungen optimal angepaßt sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen aufgeführt.

Als besonders hart, temperaturbeständig und aufgrund ihrer räumlichen Vernetzung nahezu von keinem Lösungsmittel an­ greifbar haben sich siliziumorganische Schutzschichten her­ ausgestellt. Sie bewirken einen glasartigen Überzug der Ober­ fläche der Basisschicht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine Komponente einer Druckluftanlage, die mit einer erfindungsgemäßen Filterschale ausgestattet ist, und

Fig. 2 eine ausschnittsweise Darstellung der Filterschale gemäß Fig. 1 im Längsschnitt gemäß Schnittlinie II- II, bei entferntem Kondensat-Ablaßventil.

Aus Fig. 1 geht ein zur Druckluftaufbereitung verwendbares sogenanntes Wartungsgerät 1 hervor, das sich aus einem Druck­ regelventil 2 und einem daran angeflanschten Filter 3 zusam­ mensetzt. Im Betrieb wird das Wartungsgerät 1 von Druckluft durchströmt, wobei in dem Filter 3 Verunreinigungen verschie­ denster Art zurückgehalten werden, so daß sie nicht zu den stromab angeschlossenen, pneumatisch betätigten Einrichtun­ gen, z. B. Ventile oder Arbeitszylinder, gelangen. In den Fil­ ter 3 integriert ist auch eine nicht näher dargestellte und an sich bekannte Abscheideeinrichtung, in der in der Druck­ luft enthaltene flüssige Bestandteile als Kondensat abge­ schieden werden. Diese Flüssigkeiten werden von einer Filter­ schalte 4 des Filters 3 aufgefangen. Die Filterschale 4 be­ grenzt zu diesem Zweck in ihrem Innern einen entsprechenden Sammelraum 5.

Ein an der Unterseite der Filterschale angebrachtes Ablaßven­ til 6 ermöglicht eine bedarfsgemäße Entleerung des Sammelrau­ mes 5 vom niedergeschlagenen Kondensat. Das Ablaßventil 6 kann manuell oder füllstandsabhängig automatisch betätigbar sein. In Fig. 2 ist das Ablaßventil 6 nicht dargestellt, so daß lediglich die das Ablaßventil 6 normalerweise aufnehmende Durchbrechung 7 der Filterschalenwand 8 ersichtlich ist.

Die Filterschale 4 des Ausführungsbeispiels ist becherartig ausgebildet. Sie hat einen hohlzylindrischen Wandabschnitt 12, der an einer Axialseite in einen kugelkappenförmigen Wandabschnitt 13 übergeht, in dessen Scheitelbereich die Durchbrechung 7 ausgebildet ist. An der dem Wandabschnitt 13 entgegengesetzten Seite ist die Filterschale 4 offen, mit dieser Seite voraus läßt sie sich an der Filtereinrichtung 14 des Filters 3 lösbar befestigen.

Aus dem Längsschnitt der Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Wand der Filterschale 4 durchgehend einen dreischichtigen Aufbau hat. Diese drei Wandschichten, eine Basisschicht 15 und zwei Schutzschichten 16, 22, liegen in Wand-Dicken­ richtung 17 aufeinander. Die Basisschicht 15 besteht aus ei­ nem lichtdurchlässigen Kunststoffmaterial und ist der für die Druckfestigkeit der Filterschale 4 maßgebliche Wandbestand­ teil.

Die eine Schutzschicht 16 ist an der dem Sammelraum 5 zuge­ wandten Innenseite 18 der Basisschicht 15 vorgesehen und schirmt letztere zum Sammelraum 5 hin vollständig ab. Dadurch können sich im Sammelraum 5 niederschlagende Verunreinigungen der Druckluft nicht in Kontakt mit der Basisschicht 15 gelan­ gen, so daß die Möglichkeit des Auftretens von Spannungsriß­ korrosion an der Basisschicht 15 ausgeschlossen ist. Die Schutzschicht selbst besteht aus einem Material, das gegen Spannungsrißkorrosion nicht anfällig ist. Es ist gegen orga­ nische Stoffe, insbesondere gegen Alkohole, Alkoholderivate, Ester und Fette, beständig. Die Kosten derartigen Materials sind zwar regelmäßig nicht gering. Da die Schutzschicht 16 jedoch keine oder zumindest keine nennenswerte Festigkeits­ funktion in bezug auf die Filterschale 4 auszuüben hat, kann die Schutzschicht 16 sehr dünn und filmartig ausgebildet sein, so daß die Werkstoffkosten kaum ins Gewicht fallen. Für die Basisschicht 15 hingegen kann Material verwendet werden, das keine besondere Korrosionsresistenz aufweist und daher relativ kostengünstig ist. Es kann qualitativ geringwertiges Kunststoffmaterial verwendet werden, wobei lediglich darauf zu achten ist, daß die notwendige Festigkeit und Steifigkeit gegeben ist.

Die in Fig. 2 nur strichpunktiert dargestellte zweite Schutzschicht 22 befindet sich an der der inneren ersten Schutzschicht 16 entgegengesetzten Außenseite 23 der Basis­ schicht 15. Wie die erste Schutzschicht 16 in bezug auf die Innenseite 18 bildet die zweite Schutzschicht 22 in bezug auf die Außenseite 23 einen durchgehenden und ununterbrochenen Überzug für die Basisschicht 15. Die äußere Schutzschicht 22 verhindert korrosionsbedingte Beschädigungen der Basisschicht 15 in Fällen, in denen die Möglichkeit besteht, daß die Fil­ terschale 4 außen in Kontakt mit Medien gelangt, die eine Spannungsrißkorrosion hervorrufen können.

Auch das Material der Schutzschichten 16, 22 ist beim Ausfüh­ rungsbeispiel lichtdurchlässig ausgebildet, so daß die Fil­ terschale 4 insgesamt lichtdurchlässig ist und die Möglich­ keit besteht, den Pegelstand des Kondensats im Sammelraum 5 jederzeit von außen her abzulesen.

Zwischen der Basisschicht 15 und der jeweiligen Schutz­ schicht 16, 22 liegt eine stoffschlüssige Verbindung vor. Dies wird dadurch erzielt, daß bei der Herstellung der Fil­ terschale 4 zunächst ein die spätere Basisschicht 15 reprä­ sentierender Basiskörper 24 hergestellt wird. Dies geschieht vorzugsweise im Rahmen einer Gießverfahrens, z. B. durch Spritzgießen. Anschließend wird der Basiskörper 24 wunschge­ mäß an der Innenseite 18 und an der Außenseite 23 mit dem Schutzschichtmaterial beschichtet. Hierbei stellt sich eine innige Verbindung zwischen den aufeinanderliegenden Ma­ terialschichten ein.

Als Material für die Basisschicht 15 kommt bevorzugt Polykar­ bonat-Kunststoffmaterial in Frage. Bei den Schutzschichten 16, 22 handelt es sich zweckmäßigerweise um ei­ ne siliziumorganische Schicht, die sich durch besondere Härte und Temperaturbeständigkeit auszeichnet und die auf Grund ih­ rer räumlichen Vernetzung nahezu von keinem Lösungsmittel an­ greifbar ist.

Bei den beiden Schutzschichten 16, 22 handelt es sich jeweils um eine Plasma-Polymerisationsschicht. Sie läßt sich im Rah­ men eines Plasma-Polymerisationsverfahrens als extreme Dünn­ schicht erzeugen. Zweckmäßigerweise wird hierbei der zuvor angefertigte Basiskörper 24 in einem evakuierten Behälter an­ geordnet, in dem sich auch eine Glühkathode befindet. Wird nun monomeres Gas als polymerisierbare Substanz in den Behäl­ ter zugeführt, erfolgt eine Ionisation mit der Folge, daß die betreffenden Gaspartikel als Polymerisat auf der Oberfläche des entsprechend gepolten Basiskörpers 24 abgeschieden wer­ den. Als Ausgangssubstanzen empfehlen sich siliziumorganische Verbindungen, wobei die daraus resultierenden Schutzschichten besonders temeratur- und korrosionsbeständig sowie alterungs- und verfärbungsunempfindlich sind. Durch die Wahl eines ge­ eigneten, in den Behälter einzubringenden Prozeßgases (Reaktionsgas) lassen sich Plasma-Polymerisationsschichten bedarfsgemäßer Eigenschaften erzielen.

Claims (5)

1. Filterschale eines zur Druckluftaufbereitung in der Pneu­ matik einzusetzenden Filters, mit einem zur Aufnahme von Flüssigkeit geeigneten Sammelraum (5), der von einer Wand (8) der Filterschale (4) begrenzt ist, die einen durchgehend mehrschichtigen Aufbau hat, wobei sie eine maßgeblich für die Druckfestigkeit der Filterschale (4) verantwortliche, aus Kunststoffmaterial bestehende Basisschicht (15) aufweist, an deren dem Sammelraum (5) zugewandter Innenseite (18) eine den Sammelraum (5) unmittelbar begrenzende und diesen von der Ba­ sisschicht (15) abschirmende Schutzschicht (16) vorgesehen ist, die gegenüber organischen spannungsrißauslösenden Druck­ luftverunreinigungen beständig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisschicht (15) sowohl an ihrer Innenseite (18) als auch an ihrer Außenseite (23) jeweils durchgehend mit einer Schutzschicht (16, 22) überzogen ist, wobei die Schutzschich­ ten (16, 22) als filmartig dünne Plasma-Polymerisations­ schichten ausgebildet sind, die mit der Basisschicht (15) in stoffschlüssiger Verbindung stehen.

2. Filterschale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschichten (16, 22) siliziumorganische Schichten sind.

3. Filterschale nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Basisschicht (15) aus Polykarbonat-Kunststoff­ material besteht.

4. Filterschale nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sowohl die Basisschicht (15) als auch die Schutzschichten (16, 22) aus einem lichtdurchlässigen Materi­ al bestehen.

5. Filterschale nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schutzschichten (16, 22) gegenüber Al­ kohol und/oder Alkoholderivaten und/oder Ester und/oder Fett beständig sind.