CH662777A5 - Schaeumform zum herstellen von druckmittelkanaele aufweisenden adapterbloecken sowie verfahren zur herstellung einer solchen schaeumform und verfahren zum herstellen von adapterbloecken. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Druckmittelkanäle aufweisenden Adapterblöcken für pneumatische oder hydraulische Schaltelemente, die aus mindestens zwei Schichten bestehen und in einer Blockoberfläche verlaufende Oberflächenkanäle und senkrecht zu dieser Oberfläche verlaufende Verbindungsbohrungen aufweisen, zu deren Herstellung Formstifte verwendet werden. Hierbei bringt man in einer Negativform des Adapterblok-kes ein Integralschaummaterial zum Aufschäumen, lässt es verfestigen, und nach Aushärten des Integralschaummaterials wird die die Oberflächenkanäle enthaltende Anschlussfläche des Adapterblockes und die dieser gegenüberliegende Anschlussfläche des Adapterblockes mechanisch auf Planheit bearbeitet. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Schäumform und schliesslich ein Verfahren zum Herstellen von Adapterblöcken mit Hilfe einer solchen Schäumform.

Zur Erläuterung sei vorausgeschickt, dass bekannte Adapterblöcke der hier in Frage stehenden Art für pneumatische und/oder hydraulische Schaltelemente mit integrierten Verbindungen aus mindestens zwei Schichten bestehen, wobei wenigstens eine Schicht aus Schaumstoff hergestellt ist; ferner enthält mindestens eine Schicht Strömungswege in Form von Kanälen und/oder Durchgangslöcher quer durch die Schicht hindurch, die teilweise in mindestens einen Kanal enden; auf dem Block selbst können Schaltelemente (statisch, semistatisch, dynamisch) montiert oder aufgeklebt werden; schliesslich weist der Block Mittel zum Anschluss von Fluidum-Leitungen auf, wie z.B. Schlauchnippel, Verschraubungen, Multipol-Verbin-dungsteile, die beispielsweise ein- oder aufgeklebt, eingepresst oder aufmontiert sind. Ein Adapterblock besteht somit aus Blöcken oder Platten mit integrierten Verbindungen, auf welche pneumatische oder hydraulische Elemente montiert werden können und welche vermittels einzelner Anschlüsse oder von Multipol-Verbindungen an die Speisung und/oder Peripherie angeschlossen werden. Die Herstellung der Adapterblöcke, die der Verbindung von Standardisierten Druckmittelanschlüssen mit aktiven und passiven Druckmittel-Bauelementen dienen, wird dadurch bewirkt, dass Integralschaum in eine geeignet ausgebildete Schäumform gebracht und zum Aufschäumen veranlasst wird und nach dem Aushärten die Anschlussflächen des Adapterblockes mechanisch auf Planheit bearbeitet werden. Durch diese Massnahme wir die Kompaktzone — das ist derjenige Bereich, der unmittelbar an die Schäumform angrenzt — entfernt, so dass die darunterliegende bläschenartige Struktur des Materials nunmehr die Oberfläche bildet, was zu einer Aufrauhung führt und das Auftragen des Klebermaterials erleichtert. Gleichzeitig wird eine plane Oberfläche hergestellt. Die Verbindung zwischen den Druckmittelanschlüssen und den Druckmittel-Bauelementen geschieht dadurch, dass in mindestens eine Platte des Blockes Oberflächenkanäle und evtl. Verbindungsbohrungen in geeigneter Weise eingebracht werden. Dies geschieht durch entsprechende Ausgestaltung der Schäumform, im Falle der Verbindungsbohrungen insbesondere durch Einbringen von Formstiften in die Negativform, was vorteilhafterweise durch Anordnung in einem vorgegebenen Raster erfolgen kann. Erste praktische Erfahrungen haben gezeigt, dass einerseits eine wesentliche Verbilligung der Herstellung von Adap5

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terblöcken bei gleichzeitiger Verbesserung der Qualität möglich war, andererseits jedoch durch Fortentwicklung des Herstellungsverfahrens und der Schäumform weitere grundlegende Verbesserungen erreichbar sind.

Die vorliegende Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, die Herstellung solcher bekannten Adapterblöcke zu verbessern und weiterzuentwickeln. Diese Bestrebungen umfassen sowohl Massnahmen zur weiteren Ausgestaltung der Schäumform als auch der Herstellung von sowohl Adapterblock als auch Schäumform.

Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die Ausgestaltung der Schäumform dadurch gelöst, dass als Formstifte Verankerungsstifte, d.h. Stifte verwendet werden, deren eines Ende als Verankerungsende ausgebildet ist. Bei einer derartigen Massnahme vergrössert sich der Toleranzbereich bei den Vorbereitungsarbeiten zur Herstellung der Giessform. Ursprünglich bestand die Gefahr, dass die Formstifte, welche später in der Adapterplatte Verbindungen von den Kanälen zu den darunterliegenden Ebenen bewirken sollten, entweder zu stark auf die zur Einformung der Kanäle der Negativform vorhandenen Rippen drückten, oder aber letztere nicht berührten. Im letzteren Fall bedeutet dies die Entstehung von Trennhäuten, die in einem gesonderten Arbeitsgang entfernt werden müssten, um den Luftdurchlass späterhin nicht zu behindern. Die Verwendung von derartigen Verankerungsstiften erspart nicht nur mit Sicherheit die eventuell notwendige Nachbearbeitung, sondern praktisch auch noch die Inspektion der geschäumten Blöcke, da Durchgangslöcher nur dann fehlen oder unvollständig sein können, wenn die Form einen höchst auffälligen Schaden aufweist, der seinerseits aber unweigerlich beim Eintrennen der Form automatisch erkannt werden würde. Im übrigen werden auf diese Weise Nachteile beseitigt, die sich bislang daraus ergeben haben, dass die Stifte vermittels Lochplatten in die Form eingebracht wurden, mit der Folge der Verteuerung der Presse sowie relativ grosser Umrüstzeiten. Hierbei musste für jedes Raster eine eigene Lochplatte vorgesehen werden, und es war verhältnismässig umständlich, wenn Durchgangslöcher eingebracht werden mussten mit einem Querschnitt, der von demjenigen, für welchen das Raster vorgesehen war, abwich. Verankerungsstifte sind hingegen unabhängig von irgendwelchen Rastern, und sie gestatten auf sehr bequeme Weise, den Querschnitt der Durchgangsöffnungen und deren Form zu verändern.

Die Erfindung schlägt weiter vor, die Schäumform so auszubilden, dass sie aus mehreren Adapterblöcken besteht, mit der Folge, dass in einem einzigen Arbeitsgang mehrere Adapterblöcke gleichzeitig hergestellt werden können. Das Vorteilhafte dieser Masnahme besteht in der Verminderung der Herstellungskosten, da diese im wesentlichen von der Verweilzeit der Schaumform in der Presse bestimmt werden. Die Herstellung mehrerer einzelner Platten in einem einzigen Schuss würde keine zusätzlichen Investitionen für die Anschaffung weiterer Pressen erforderlich machen. Daneben würde sich eine Vereinfachung in der Lagerung und der Handhabung ergeben, und von jedem Einzelexemplar würden automatisch gleich viele Stücke hergestellt werden.

Ferner ist von Vorteil, die Gesamtdicke einer Platte oder Schicht etwa 1,5 bis 2mal der Kanaltiefe für einseitige Oberflächenkanäle und das 2,5 bis 3fache für auf beide Seiten vorgesehene Oberflächenkanäle zu wählen. Derart ausgelegte Produkte weisen hinreichende Stabilität auf.

In zweckmässiger Ausgestaltung der Erfindung besitzt eine Schicht oder Platte, sofern sie nur auf einer Seite Oberflächenkanäle aufweist, eine Dicke von 6 bis 8 mm. Ist sie hingegen auf beiden Seiten mit Oberflächenkanälen versehen, ist die Dicke zweckmässigerweise 10 bis 12 mm zu wählen. Die Begrenzung nach unten resultiert aus dem Strömungsverhalten der Schäummasse beim Einbringen in die Form und beim nachfolgenden «Steigen» während des Aufschäumens. Durch die der Einformung der Kanäle dienenden Rippen der Schäumform steht der eingebrachten Flüssigkeit nur ein beschränkter Durchlass zur Verfügung unter gleichzeitigem Auftreten rascher Querschnittsänderungen. Dadurch treten zwangsläufig erhöhte Fliessgeschwindigkeiten und Verwirbelungen auf, die die

Gefahr von Lufteinschlüssen beinhalten. Die praktische Erfahrung hat gezeigt, dass bei einer Plattendicke von 6 mm — in der Regel beträgt die Kanaltiefe etwa 4 mm — die Ausschussquote vernachlässigbar ist. Eine Plattendicke von 8 mm besitzt demgegenüber weitere Vorteile: So tritt eine beachtliche Reduzierung der Fliessgeschwindigkeit ein, für Montage mit stirnseitigen Anschlussbuchsenleisten ist keime zweite Plattendicke mehr erforderlich, und das Maximalformat des herzustellenden Produktes der Platte über die angegebenen Werte hinaus führt zu wesentlich verlängerten Taktzeiten. Diese sollten möglichst gering gehalten werden, da sie zu einer der wesentlichen Einflussgrössen für die Höhe der Herstellungskosten zu zählen ist. Die bisherigen Angaben bezogen sich allein auf Schichten oder Platten, die nur auf einer Seite mit Oberflächenkanälen versehen sind. Bei Platten hingegen, die auf beiden Seiten Oberflächenkanäle aufweisen, ergibt sich auf Grund der oben bereits diskutierten Einflüsse ein optimaler Bereich für die Dicke von 10 bis 12 mm.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Negative der Verbindungsbohrungen konisch verlaufen. Der Vorzug einer derartigen Massnahme ergibt sich insbesondere bei Verwendung einer — später noch näher zu erläuternden — Dichtplatte, welche mit schlauchartigen Ausbildungen versehen ist.

Weiter ist von Vorteil, die Schäumform aus giessfähigen Kunststoffen herzustellen, wodurch sich gegenüber Metallformen geringere Kosten und Einfachheit in der Handhabung ergeben. Hinzu kommt, dass die Kompaktzone eine geringere Dicke aufweist, so dass vorteilhafterweise nur wenig weggeschliffen werden muss, um eine genügend rauhe Oberfläche zu erhalten. Sie verbessert die Haftung und vergrössert die Toleranzen beim Klebeauftrag.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Herstellung der Schäumform durchzuführen, indem man Verankerungsstifte geeigneter Länge in die Löcher des Urpositivs steckt, so dass sie beim Giessen der Negativform mit ihren Verankerungsenden in der Giessmasse eingebettet werden. Es stellt ein einfacheres Verfahren dar, die Negativform aus Verankerungsstiften anstelle der Formstifte, die im allgemeinen in einem Standardraster angeordnet werden, herzustellen. Die Verwendung von Verankerungsstiften bietet, wie oben bereits erwähnt, eine Vielzahl an Vorteilen.

Es ist zweckmässig, das Abgiessen der Urform, also das Herstellen der Negativform unter Vakuum durchzuführen und vor dem Eingiessen die Ecken und Kanten des Urpositivs vermittels eines Pinsels mit Giessharz zu versehen. Durch diese Massnahme wird der Einschluss von Bläschen vermieden.

Die im folgenden vorgeschlagenen Massnahmen betreffen ein Verfahren zum Herstellen von Druckmittelkanäle aufweisenden Adapterblöcken. Als erstes wird empfohlen, den Einguss des Integralschaummaterials in die Schäumform von unten her und/oder entlang einer Längsseite durchzuführen. Dies hat zur Folge, dass die Strömungsgeschwindigkeit relativ niedrig gehalten wird, so dass Verwirbelungen und demzufolge die Gefahr von Lufteinschlüssen kaum mehr zu befürchten sind und die Ausschussquote deshalb niedrig gehalten werden kann. Diese Vorgehensweise gestattet die Herstellung von Adapterblöcken minimaler Dicke, was insofern von entscheidender Bedeutung ist, da die Dicke der Platte oder Schicht die Verweilzeit in der Presse während der Herstellung weitgehend bestimmt und diese ihrerseits im wesentlichen Umfang die Höhe der Herstellungskosten beeinflusst. Diese sind also insbesondere dann niedrig, wenn die Dicke möglichst gering ist.

Während des Verfahrens des Schäumens einen vergleichsweise geringen Schliessdruck von ca. 5 bar, geringere Temperaturerfordernisse (maximal 60 Grad Celsius) sowie geringere Strömungskräfte innerhalb der Form fordert, erweist sich das spezielle Material Polyurethan aus verschiedenen Gründen als besonders vorteilhaft. Polyurethan ist nämlich sehr gut beständig gegenüber Glyzerin und Mineralöl inklusive Benzin sowie Pflanzenöl, Ozon. Es hat günstige mechanische Eigenschaften: genügende Festigkeit und Elastizität und Spannungsfreiheit, geringe Temperatureinflüsse speziell bei tiefen Temperaturen, keine altersbedingte Versprödung. Hieraus resultieren Anforderungen an die Stabilität der Schäumform, denen

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vergleichsweise einfach, also mit geringen Kostenaufwendungen, Genüge getan werden kann.

Eine besonders zweckmässige Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung von Adapterblöcken besteht erfindungsgemäss darin, mindestens eine der Anschlussflächen so auszubilden, dass Anschlusskupplungen und/oder aufzumontierende Schaltelemente mittels einer Dichtung und unter Weglassung der bisher auf die Blöcke aufgeklebte Grundplättchen aus Phenolharz montiert werden können. Die bisherige Lösung wurde technisch den gestellten Anforderungen vollauf gerecht, besitzt jedoch den Nachteil, vergleichsweise teuer zu sein, da sich die Kosten für diese Grundplättchen in etwa derselben Grössenordnung bewegen wie die des Adapterblockes und zudem die Arbeitskosten um etwa 5 bis 25% erhöhen. Normalerweise muss eine Dichtplatte, insbesondere bei bestimmten Bauelementen, unter einen relativ hohen Druck gesetzt werden, um voll wirksam zu sein. Hierbei besteht die Gefahr, dass die Dichtplatte in der Schicht Eindrücke erzeugt, die nach einer längeren Zeit zu Undichtheiten führen können, und darüber hinaus müssen die Montageschrauben bei den ausgeübten Kräften eine hinreichend solide Verankerung finden.

In vorteilhafter Weise kann die Dichtplatte möglichst beidseitig mit schlauchartigen Ausbildungen versehen werden, und zwar gerade an den Stellen, an denen die Bohrungen einmünden.

Dann greifen bei einem Aufbringen der Dichtplatte auf den Adapterblock die schlauchartigen Ausbildungen in die Bohrungen des Adapterblockes ein, ebenso oder alternativ in die Bohrungen des zu befestigenden Druckmittel-Baulements. Hierbei sollten die schlauchartigen Ausbildungen so bemessen werden, dass sie nach Einführen in die Bohrungen eine elastische Vorspannung erfahren. Hierbei ist es ein Vorteil, wenn die Bohrungen, wie bereits beansprucht, konisch ausgebildet sind. Zum einen ergibt sich hierdurch ein besseres Einfahren und zum anderen wirkt sich ein Teilungsfehler nicht aus. Bei Druckbeaufschlagung erfahrt die schlauchartige Ausbildung eine verstärkte Anpressung an die Wandungen der konischen Bohrungen, woraus eine Erhöhung der Dichtwirkung (positive Dichtung) resultiert. Durch die elastische Vorspannung der schlauchartigen Ausbildungen der Dichtplatte und vor allem bei konischen Bohrungsformen können Abweichungen in der räumlichen Anordnung der an sich fluchtenden Bohrungen vergleichsweise einfach überbrückt werden. Die konische Ausbildung der Bohrungen vereinfacht zusätzlich das Einführen der schlauchartigen Ausbildungen an der Dichtplatte.

Als Material für die Herstellung der Dichtplatte ist nebst verbreiteten Elastomeren, wie z.B. Perbunan und Neopren, Polyurethan-Elastomer von Vorteil. Dieses Material ist imstande, sowohl die vergleichsweise geringe elastische Verformung der schlauchartigen Ausbildungen an der Dichtplatte zu gewährleisten, ebenso wie eine hinreichende Beständigkeit unter Öleinfluss, gutes Gleitverhalten und einen relativ grossen erlaubten Temperaturbereich zu besitzen.

Im folgenden wird die Erfindung der anhand lediglich eine Ausführungsform wiedergebende Zeichnung näher erläutert. Sie zeigt in Schnittdarstellung einen Teil eines Adapterblockes mit Dichtplatte und aufgebautem Element.

Der vorteilharfterweise aus Polyurethan bestehende Adapterblock 10 zeigt in dem in der Zeichnung wiedergegebenen Ausschnitt zwei Verbindungsbohrungen 30, 32, die konisch verlaufen. Da der Adapterblock 10 im eingebauten Zustand wiedergegeben ist, ist das Druckmittel-Bauelement 42 ebenfalls dargestellt. Dieses zeigt ebenfalls Bohrungen 75, die mit den Verbindungsbohrungen 30, 32 des Adapterblockes 10 fluchten. Zwischen dem Adapterblock 10 und dem Druckmittel-Baulement 42 befindet sich eine Dichtplatte 73, die mit schlauchartigen Ausbildungen 74 nach beiden Seiten hin versehen ist und die derart bemessen sind, dass sie in die Verbindungsbohrungen 30, 32 sowie in die entsprechenden Bohrungen 75 des Druckmittel-Bauelementes 42 eingreifen. Dabei sind die schlauchartigen Ausbildungen 74 derart bemessen, dass sie nach Einführen in die konisch ausgebildeten Verbindungsbohrungen 30, 32 und die Bohrungen 75 an ihren Enden eine leichte Vorspannung erfahren, die anfänglich als Abdichtung wirkt. Bei Druckbeaufschlagung ergibt sich demnach eine unmittelbares Anliegen der schlauchartigen Ausbildungen 74 an den Innenwänden der Verbindungsbohrungen 30, 32 bzw. der Bohrungen 75, wodurch sich eine optimale und positiv wirkende Abdichtung erzielen lässt. Hierbei liegt die Dicht-5 platte 73 unmittelbar an der Anschlussfläche 34 des Adapterblockes 10 an.

Ein derartiges dichtes Anliegen der Dichtplatte 73 unmittelbar an der Anschlussfläche 34 des Adapterblockes 10 oder der Anschlussfläche des Schaltelementes 42 ist nicht erforderlich. Dies ist io darauf zurückzuführen, dass die schlauchartigen Ausbildungen 74 bei genügender Materialstärke an deren Wurzel einen begrenzten Abstand überbrücken können, ohne zu platzen. Die Bemessung der Materialstärke der schlauchartigen Ausbildungen 74 hat also eine genügende Festigkeit an deren Wurzel und eine genügen leichte 15 Verformbarkeit an deren Enden zu gewährleisten.

Der in der Abbildung gezeigte Vorschlag getattet die Verwendung von Kupplungsteilen, die, abgesehen von der Numerierung bei mehr als einreihiger Anordnung der Anschlüsse, vollkommen identisch sind.

20 Dadurch, dass die Dichtung an den Enden der schlauchartigen Ausbildungen 74 erfolgt, beschränken sich die Kräfte, welche versuchen, das Schaltelement vom Block wegzudrücken oder zwei Kupplungsteile auseinanderzudrücken, im wesentlichen auf die Summe der zu einem Element oder zu einer Kupplung gehörenden lichten 25 Querschnitte der Anschlüsse. Die gesamte Kraftwirkung ist nicht nur wesentlich kleiner als die sich über eine grössere Fläche erstrek-kenden Druckkräfte bei konventionellen Dichtungen, sondern stellt auch nur einen Bruchteil der Kraft dar, welche notwendig ist, um konventionelle Dichtungen so weit zu verformen, dass sie an allen 30 Stellen voll wirksam sind. Dadurch reduzieren sich die erforderlichen Montagekräfte auf Werte, wie sie mit Leichtigkeit mittels Spannplattenschrauben in Polyurethanschaumstoff erreicht werden können.

Das Polyurethan-Schäumverfahren wurde angegriffen, weil darin 35 eine Möglichkeit zur Verbilligung der Herstellung von Montage-Platten und -Blöcken mit integrierten Verbindungen bei gleichzeitiger Verbesserung der Qualität vermutet wurde. Die bisherigen Anstrengungen konzentrieren sich auf diese Anwendung; es zeichnen sich bereits weitere Einsatzmöglichkeiten ab, die über die Herstel-40 lung von Schutzkappen für Steuerblöcke mit integrierten Verbindungen bis zur Herstellung pneumatischer Schaltelemente reichen.

Die vorliegenden Überlegungen betreffen vor allem die Herstellbarkeit von Platten verschiedener Dicke und verschiedener Formate, den Formenbau und das Verkleben. Die nachfolgende Darstellung 45 gibt einige der wichtigsten Punkte wieder.

a) Platten-Dicke und -Format:

Die anfanglichen Versuche gingen von Platten-Dicken zwischen 6 und 8 mm aus. Die Begrenzung ist durch das Strömungsverhalten so der Schäummasse beim Einbringen in die Form und beim nachfolgenden «Steigen» während des Aufschäumens bedingt. Gegenüber der Herstellung konventioneller Teile, wie z.B. Gehäuse, mit ähnlichen Wandstärken entstehen besondere Schwierigkeiten durch die zur Einformung der Kanäle enthaltenen, relativ hohen Rippen der 55 Form: der Flüssigkeit steht nur ein beschränkter Durchlass zur Verfügung (z.B. Platten-Dicke 6 — Kanaltiefe 4 = 2 mm), und gleichzeitig treten rasche Querschnittsänderungen auf. Die dadurch zwangsläufig erhöhten Fliessgeschwindigkeiten und Verwirbelungen beinhalten die Gefahr von Lufteinschlüssen.

60 Nach dem heutigen Erfahrungsstand sind folgende Aussagen möglich: Ein Format 160 x 220 mm bei einer Platten-Dicke von 6 mm (Kanaltiefe 4 mm) ist mit vernachlässigbarer Ausschussquote möglich. Voraussetzung ist, dass der Einguss von unten und entlang einer Längsseite erfolgt, um die Strömungsgeschwindigkeit niedrig 65 zu halten. Hierbei ist eine genaue Einhaltung der einmal ermittelten Einsteligrössen allerdings Voraussetzung. Gleichwohl bietet eine Platten-Dicke von 7 mm wesentliche Vorteile: die Fliessgeschwindigkeit ist um 33% reduziert, und für Montage-Blöcke mit stirnseitigen

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Anschluss-Buchsenleisten ist keine zweite Platten-Dicke mehr erforderlich. Nachdem inzwischen Aluminium-Plattenmaterial der Dicke 7 mm aufgetrieben werden konnte, steht dieser Lösung nichts mehr entgegen. Aller Wahrscheinlichkeit nach kann das Maximal-Format dadurch auf mindestens 200 x 300 mm (etwa A 4) vergrössert werden, ohne dass die Einstellung der Maschine und die äusseren Bedingungen besonders kritisch werden.

Das Interesse an grösseren Platten-Formaten ist dadurch begründet, dass die Verweilzeit in der Presse einen wesentlichen Anteil der Platten-Kosten ausmacht. Man würde also eine bemerkenswerte Reduktion der kosten erreichen, indem man zumindest für Blöcke kleineren Ausmasses alle einzelnen Platten in einem einzigen Arbeitsgang schäumen könnte. Insbesondere wäre hierzu keine weitere Investition in Form zusätzlicher Pressen erforderlich. Ferner würden sich eine Vereinfachung in der Lagerung und Handhabung der Formen ergeben, und von jeder Einzelplatte würden automatisch gleich viele Stücke hergestellt. Gerade auch im Hinblick auf das gleichzeitige Schäumen möglichst aller Einzelplatten in einem einzigen Schuss wirkt sich übrigens die Einführung einer normierten Platten-Dicke von 7 mm positiv aus, indem die Form und das Einsetzen der Stifte (soweit noch notwendig, siehe weiter unten!) vereinfacht wird.

Eine Platten-Dicke über 10 bis 12 mm führt zu wesentlich verlängerten Taktzeiten. Einseitig bestückte Montage-Blöcke mit stirnseitigen Anschlussleisten werden deshalb vielfach mit einer speziellen untersten Platte ausgerüstet: Liegt nämlich die unterste Kanal-Ebene auf der Höhe der unteren Buchsenreihe, so wäre für die unterste Platte eine Dicke von 14 mm erforderlich, womit der oben angegebene Wert überschritten wäre. Aus diesem Grunde wird auf der Unterseite der grösste Teil der Fläche so tief ausgespart, dass die verbleibende Dicke nur noch ca. 7 mm beträgt. Dies hat vorzugsweise mit einheitlichen, vorfabrizierten Teilen zu erfolgen, da später beim Verkleben wiederum Unterlagen zur Abstützung erforderlich sind.

Die bisherigen Aussagen betreffen Platten mit Kanälen nur auf einer Seite; wie weit sich die Verhältnisse ändern, wenn von der in vielen Fällen ebenfalls interessanten Möglichkeit zweiseitiger Kanal-Platten Gebrauch gemacht wird, liegen derzeit keine Erfahrungen vor. Es wird vermutet, dass die Minimal-Dicke von 10 mm kaum mehr für das zuletzt genannte Maximal-Format reichen dürfte. Da aber die Dicke der keine Kanäle aufweisenden Zone ohne weiteres bis auf 6 mm erhöht werden kann, ist anzunehmen, dass zweiseitige Kanal-Platten des erwähnten Maximal-Formats bei einer Gesamtdicke zwischen 10 und 12 mm möglich werden dürften.

b) Formenbau:

Für günstigen Formenbau bietet das Polyurethan-Schäumstoffverfahren die besten Voraussetzungen:

1. Geringer erforderlicher Schliessdruck von ca. 5 bar,

2. geringe Temperaturanforderungen: maximal 60 Grad C und

3. geringe Strömungskräfte innerhalb der Form.

Dank dieser Sachlage können die eigentlichen formgebenden Teile ohne weiteres aus giessfähigen Kunststoffen hergestellt werden, wodurch sich gegenüber Metallformen noch der Vorteil einer geringen Dicke der Kompaktzone bei Integralschaum ergibt. Eine geringe Dicke der Kompaktzone ist insofern von Vorteil, als nur wenig weggeschliffen werden muss, um eine poröse Oberfläche zu erhalten. Letztere gestattet grössere Toleranzen beim Klebeauftrag und verbessert die Haftung.

Von Beginn an bis kürzlich wurde auschliesslich mit Universalformen gearbeitet. Das betreffende Verfahren ist Gegenstand einer Patentanmeldung und ist daselbst ausführlich beschrieben. Der Vorteil lag in der Risikolosigkeit und in der Präzision der in den geschäumten Platten vorhandenen Lochpositionen. Der Nachteil liegt in den relativ grossen Umrüstzeiten und der Verteuerung der Presse durch die aufwendige Lochplatte und die vielen Stifte. Zusätzlich muss für jedes Raster (z.B. System 1000, M 5 usw.) eine separate Lochplatte vorgesehen werden, und die Verwendung von Elementen mit verschiedenem Grundraster auf ein und demselben Block ist ohne besondere Massnahmen nur auf einer Seite eines doppelseitig bestückten Blockes möglich. Schliesslich bereitet es zusätzlich Umtriebe, wenn Durchgangslöcher mit grösserem Querschnitt, als es dem verwendeten Raster entspricht, vorgesehen werden müssen (die Querschnitte der Kanäle können selbstverständlich immer beliebig gewählt werden).

Die neueste Entwicklung besteht darin, dass mit einem Formaufbau gearbeitet wird, bei welchem die Löcher in den Kanal-Platten durch Stifte erzeugt werden, die in der Formplatte fixiert sind. Zu diesem Zwecke werden Nieten geeigneter Länge in die Löcher des Urpositivs gesteckt und beim Giessen der Negativform mit ihren Köpfen in die Giessmasse eingebettet.

Dieses Verfahren eliminiert einerseits alle bereits erwähnten Nachteile des ursprünglichen Verfahrens und ermöglicht andererseits grössere Toleranzen bei den Vorbereitungsarbeiten zur Herstellung der Giessform: Ursprünglich bestand nämlich die Gefahr, dass Formstifte, welche in der Schaumstoffplatte entweder zu stark auf die zur Einformung der Kanäle in der Negativform vorhandenen Rippen drückten oder aber letztere nicht berührten. Im zweiten Fall wären Trennhäute die Folge, welche den Luftdurchgange be- oder verhinderten, wenn sie nicht in einem besonderen Arbeitsgang entfernt würden.

Die neue Technik spart nun nicht nur mit Sicherheit die eventuell notwendige Nachbearbeitung, sondern praktisch auch noch die Inspektion der geschäumten Platten, da Durchgangslöcher nur dann fehlen oder unvollständig sein können, wenn die Form einen höchst auffalligen Schaden aufweist. Ein derartiger Schaden würde aber unweigerlich beim Eintrennen der Form automatisch erkannt.

Weitere Versuche zeigten, dass Drosseln und Ejektoren für ca. 1 bis 6 bar mit einem kleinsten Durchmesser von mindestens 0,5 mm durch Einsetzen entsprechender Sitfte direkt in die Platten eingeschäumt werden können. Eine Form mit einem derartigen Sitft überstand ohne weiteres eine Serie von 50 Stück.

Volumina zum Zwecke der Speiseluftverteilung oder zur Verlängerung der Zeiten von Verzögerungsventilen können ohne Schwierigkeiten eingeschäumt werden, wenn hierfür ein (z.B. mehrfach-) zusammenhängendes Kanalsystem vorgesehen wird. Die Breite der Kanäle sollte in diesem Fall die Platten-Dicke nicht überschreiten, und die Stege sotten eine minimale Breite von 2,5 mm und einen Verklebungsflächen-Anteil von mindestens 25% ermöglichen.

Das Abziehen der geschäumten Platten von der Form mit den Kanälen und Stiften geschieht zumindest im Fall der bisherigen Formate mit Hilfe des konischen Randes der Rahmenplatte sowie wahrscheinlich durch kurzzeitig wirksame, Trennmittel-bedingte «Verklebung» der Schaumstoffplatte mit der Grundplatte der Presse.

c) Herstellung des Urmodels und Abgiessen von Formen:

Die Herstellung des Urmodells bietet keine besonderen Schwierigkeiten: das Fräsen der Kanäle und Bohren der Löcher erfolgt zweckmässig durch optische Führung ab Zeichnung im Massstab von etwa 2:1 auf einer Graviermaschine. Eine pneumatische Fernbedienung zum Absenken des Fräsers mit der Möglichkeit einer automatik zum Bohren von Löchern erweist sich als hilfreich.

Delrin-Platten erwiesen sich als das am besten geeignete Ausgangsmaterial, da es eine hohe Vorschubgeschwindigkeit gestattet, keinen wesentlichen Widerstand beim Führen des Pantographen bewirkt und zu sauberen Oberflächen und Rändern der Kanäle führt. Als weitere Annehmlichkeit ist zu erwähnen, dass Delrin beim späteren Abgiessen der Negativformen mit einem Polyurethan-Giessharz (2 Komponenten) kein Trennmittel erfordert.

Während für das ursprüngliche Verfahren Rastervordrucke auf Spezialpapier mit möglichst geringen Längen-Änderungen bei Feuchtigkeits- und Temperatur-Unterschieden verwendet wurden, wird man für die neue Technik Vordrucke der Anschlussbilder mit Montage-Umrissen für die verwendeten Schaltelemente einsetzen. Für diese Vordrucke sind dank ihres kleineren Formats grössere

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relative Längen-Änderungen zulässig: sie müssen aber auf eine nach wie vor möglichst längeninvariante Unterlage aufmontiert werden.

Das Abgiessen der Urform hat unter Vakuum zu erfolgen, um Bläschenbildung zu vermeiden. An kritischen Stellen muss gegebenenfalls vorgängig Giessharz mit einem Pinsel aufgebracht werden, um Lufteinschlüsse zu verhindern.

Vom einem Urmodel lassen sich wiederholt Formen abgiessen: Höchstwahrscheinlich dürften über hundert Kopien möglich sein. Die Kosten für einen Abguss betragen je nach Format etwa DM 80.— bis DM 120.—. Nach den bisherigen Erfahrungen erwartet man für einen Formabguss eine Mindestlebensdauer von 200 bis 300 Schaumstoffplatten.

d) Dichtungssystem:

Der gegenwärtige Stand der Entwicklung dürfte noch um einiges von den erreichbaren Zielen entfernt sein: Einerseits sind die Eigenschaften des bisher verwendeten Materials noch nicht genügend gut bekannt, um eventuell bereits heute vorhandene und durchführbare Ideen in bezug auf eine Vereinfachung des Aufbaus von Blöcken mit integrierten Verbindungen risikolos zu realisieren, und andererseits bestehen bereits konkrete Vorstellungen darüber, wie über eine Änderung des Dichtungssystems für eine neue Generation von Elementen und Verbindungsteilen nochmals eine wesentliche Kostenreduktion verwirklicht werden kann.

Bisher wurden auf die Blöcke für die zu montierenden Elemente spezielle Grundplättchen aus Phenolharz aufgeklebt. Diese Plättchen erleiden im gesamten in Frage kommenden Temperaturbereich keinerlei Deformation durch die beim Aufschrauben der Elemente wirksam werdenden Kräfte. Gleichzeitig werden die von den Montage-Schrauben ausgeübten Zugkräfte auf eine relativ grosse Fläche verteilt. Diese qualitativ hochwertige Lösung ist aber relativ teuer: Die Kosten der Grundplättchen sind etwa von derselben Grössen-ordnung wie die Schaumstoffplatten und erhöhen zudem die Arbeitskosten noch um ca. 5 bis 25%.

Im jetzigen Zeitpunkt besteht Hoffnung, aber noch keine Gewissheit darüber, dass auf die Grundplättchen verzichtet werden kann. Das Haupthindernis liegt darin, dass die Dichtung vor allem der M-5-Elemente unter relativ hohen Druck gesetzt werden muss, um voll wirksam zu werden. Einerseits besteht hierdurch die Gefahr, dass die Dichtung in der Schaumstoffplatte Eindrücke erzeugt und über lange Zeit deswegen infolge verminderten Anpressdruckes zu Undichtheit führt; andererseits müssen die Montage-Schrauben in den Polyurethan-Platten entsprechen den ausgeübten Kräften eine genügend solide Verankerung finden.

Gegenwärtig sind die bisher unternommenen Versuche noch nicht schlüssig: Es konnte gezeigt werden, dass 2,9-mm-Spanplatten-Schrauben bei einer Einschraubtiefe von ca. 6,5 mm im Schaumstoff bereits so viel Halt finden, dass sie bei zu hohem Anzugsmoment brechen. Die Standfestigkeit, insbesondere über einen grösseren Temperaturbereich und über längere Zeit, ist aber noch nicht bekannt. Ähnliches gilt für die Eindrücke, die von den Gummi-Dichtungen herrühren.

Die rein pneumatisch bedingten Kräfte, welche die Tendenz haben, ein Element von der Montage-Platte wegzudrücken, sind relativ klein: Nimmt man als Grundlage vier unter Druck stehende Anschlüsse mit einem Querschnitt von 12,5 mm2 an, so ergeben sich bei einem Druck von 6 bar nur 30 N. Eine Kraft in dieser Grössen-ordnung auf zwei Schrauben verteilt, lässt sich problemlos über lange Zeit verkraften. Es geht also darum, eine Montage- und Dicht-Möglichkeit für eine Andruckskraft möglichst wenig über dem obigen Wert zu realisieren.

Sowohl das zu montierende Element als auch die «Grund»-Platte weisen merklich konische Bohrungen auf, in welche schlauchartige Ausbildungen an der Dicht-«Platte» hineinragen. Der Durchmesser dieser schlauchartigen Ausbildungen ist so bemessen, dass in deren Endbereich nach dem Einführen in die konischen Bohrungen eine leichte Vorspannung im elastischen Bereichtresultiert. Bei Beaufschlagung der betreffenden Verbindung mit Druck dehnt sich die schlauchartige Ausbildung aus, wird stärker an die Wand der konischen Löcher angepresst und erhöht damit die Dichtwirkung (positive Dichtwirkung!).

Die konische Ausbildung der Löcher hat mehrfache Bedeutung: 5 Vorerst wird dadurch das Einführen der schlauchartigen Ausbildungen an der Dicht-«Platte» erleichtert, sodann wird eine nicht zu grosse und je nach Lage im Toleranzfeld variable Zone der elastischen Vorspannung definiert, und schliesslich können auf diese Weise auch Differenzen in der Teilung ohne oder nur mit geringer io elastischer Verformung der Dichtplatte überbrückt werden.

Die konischen Bohrungen können beim Schäumprozess direkt in die Polyurethan-Platten eingearbeitet werden, ebenso die Kernlochbohrungen für die Spanplatten- oder Parker-Schrauben zur Befestigung der Schaltelemente. Selbstverständlich wird man auch die zur 15 eindeutigen Orientierung der Elemente erforderlichen Schikanen beim Schäumprozess einformen.

Da nur eine geringe elastische Verformung der schlauchartigen Ausbildungen an der Dichtplatte erforderlich ist, bietet sich als Material für die Dichtung ein Polyurethan-Elastomer an. Vorteilhaft ist 20 dessen Beständigkeit unter Öleinfluss, das gute Gleitverhalten und der relativ grosse zulässige Temperaturbereich.

Das in der Zeichnung dargestellte Dichtsystem ist auch für Mul-tipol-Verbindungsteile geeignet. Pro 22fach Multipol-Verbindung 2j lassen sich je 22 Steckbuchsen und Stecknippel mit den dazugehörigen O-Ringen und 44 Seeger-Ringen durch 44 einfache Einpress-Nippel in der Art der Teile 207 339 oder 215 579 ersetzen, wobei diese Einpress-Nippel beim Spritzen oder Pressen der Verbindungsleisten eingelegt werden. Beide Seiten einer Multipol-Kupplung werden, abgesehen von der Numerierung der Anschlüsse, identisch und sind trotzdem nur auf eine einzige Weise zusammensteckbar.

Bereits heute existieren in Form der Buchsenleisten P und I 22fach-Verbindungsteile, welche sich mit grösster Wahrscheinlichkeit durch eine preisgünstige Dichtung aus einem Elastomer in der 35 vorgeschlagenen Art verbinden und dichten lassen. So könnten z.B. die heute noch erforderlichen 96 Doppelstecknippel mit je 2 O-Ringen, 5 Rückhaltebleche und 10 Spezialschrauben zur Verbindung der Universal-Anschlussplatte mit dem Schrittschalter-Steuerungs-Einschub FS-10 und dem Speise-/Anzeige-Modul und zum An-A0 schluss der Funktions-Steckplatte durch lediglich 5 derartige Dichtungen ersetzt werden. Ähnliches trifft zu für den Anschluss von Programm-Steckplatten (z.B. auf der programmierbaren Einlegegerät-Steuerung), welche 22 oder 44 Doppelstecknippel samt weiterem Zubehör erfordern.

45 Angesichts der soeben eröffneten Perspektiven darf aber nicht vergessen werden, dass insbesondere bei der Entwicklung eines neuen Systems von Schaltelementen noch viele andere Bedingungen erfüllt werden sollten, um Entwurf und Herstellung von Montage-Blöcken mit integrierten Verbindungen zu erleichtern. Eine solche 50 Aufgabe kann nur in engster und lang dauerender Zusammenarbeit zwischen den Entwicklungsabteilungen für Schaltelemente und Integrationstechnik gelöst werden.

Schliesslich ist noch daraufhinzuweisen, dass es falsch wäre, die Schäumtechnik auf die Herstellung von Kanal-Platten zu begrenzen. 5j Ein erster Vorstoss aus dem ursprünglichen Anwendungsbereich heraus ist bereits erfolgt, indem einerseits das Speichervolumen in Speise-/Anzeige-Modul zur Schrittschalter-Steuerung und andererseits ein Gehäuse für einen Steuerblock mit integrierten Verbindungen aus Polyurethan-Integralschaum hergestellt wurden. Beide Lö-60 sungen erweisen sich insbesondere von der Formkostenseite her als sehr wirtschaftlich und beinhalten nebst bemerkenswerter Festigkeit noch völlige Korrosionsfreiheit.

Um die Formkosten für Gehäuse noch besser amortisieren zu können, sind bereits Bestrebungen eingeleitet worden, um die 65 Formate von Steuerschaltungen mit integrierten Verbindungen wenigstens gruppenweise zu vereinheitliche, so dass jeweils ein Gehäuse für mehrere und verschiedenartige Schaltungen verwendet werden kann.

Versuche mit Temperaturen bis hinunter zu —28 Grad C haben ergeben, dass keine merkliche Versprödung eintritt, was natürlich auch für die Kanal-Platten zutrifft: Die Probestücke wiesen nur un662 777

bedeutende Eindrücke (ohne Riss- oder Splitter-Erscheinungen) auf, nachdem sie in abgekühltem Zustand auf Steinplatten geschleudert wurden; ebenso unversehrt blieben die Klebestellen.

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1 Blatt Zeichnung

Claims (20)

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1. Schäumform zur Herstellung von Druckmittelkanäle aufweisenden Adapterblöcken für pneumatische oder hydraulische Schaltelemente, die aus mindestens zwei Schichten bestehen und in einer blockoberfläche verlaufende Oberflächenkanäle und senkrecht zu dieser Oberfläche verlaufende Verbindungsbohrungen aufweisen, zu deren Herstellung Formstifte verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Formstifte Verankerungsstifte sind.

2. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicknet, dass die Schäumform aus mehreren Adapterblockformen besteht, derart,

dass in einem einzigen Arbeitsgang mehrere Adapterblöcke hergestellt werden können.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Form nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdicke einer Platte oder Schicht das 1,5- bis 2fache der Kanaltiefe für einseitige Oberflächenkanäle und das 2,5- bis 3fache der Kanaltiefe für auf beide Seiten vorgesehene Oberflächenkanäle beträgt.

4. Form nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nur auf einer Seite Oberflächenkanäle aufweisende Platte oder Schicht eine Dicke von 6 bis 8 mm besitzt.

5. Form nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf beiden Seiten Oberflächenkanäle aufweisende Platte oder Schicht eine Dicke von 10 bis 12 mm besitzt.

6. Form nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Negative der Verbindungsbohrungen (30, 32) konisch verlaufen.

7. Form nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schäumform aus giessfähigen Kunststoffen besteht.

8. Verfahren zur Herstellung einer Schäumform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Verankerungsstifte geeigneter Länge in die Löcher eines Urpositivs gesteckt und anschliessende die Negativform durch Abgiessen hergestellt wird, dergestalt, dass die Verankerungsstifte mit ihren Köpfen in der Giess-masse eingebettet sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Giessen der Negativform unter Vakuum erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Eingiessen in Ecken und Kanten des Urpositivs Giess-harz aufgetragen wird.

11. Verfahren zum Herstellen von Adapterblöcken mit Hilfe einer Schäumform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingiessen in die Schäumform von unten und/oder entlang der Längsseite derselben durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Eingiessen das Material Polyurethan verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der oder den Anschlussflächen (34) eine Dichtplatte (73) angebracht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtplatte mit nach einer oder beiden Seiten vorstehenden schlauchartigen Ausbildungen (74) versehen wird, die in die Verbindungsbohrungen (30, 32) eingreifen.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die schlauchartigen Ausbildungen (74) so bemessen werden, dass sie nach Einführung in die Verbindungbohrungen (30, 32) elastisch vorgespannt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Dichtplatte (73) ein Polyurethan-Elastomer verwendet wird.

17. Adapterblock, der mittels einer Schäumform nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16 hergestellt worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass an den Anschlussflächen des Blocks eine zur Herstellung einer lösbaren Verbindung dienende Dichtplatte vorgesehen ist, die mit schlauchartigen Ansätzen in Verbindungsbohrungen der Anschlussflächen des Blocks und eines mit diesem zu verbindenden Teils dichtend eingreift.

18. Adapterblock nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbohrungen (32) derart bemessen sind, dass die schlauchartigen Ausbildungen (74) unter elastischer Vorspannung darin zum Eingriff kommen.

19. Adapterblock nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbohrungen (32) konisch gestaltet sind.

20. Adapterblock nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsplatte (73) aus einem Polyure-than-Elastomer besteht.