DE3215883A1

DE3215883A1 - Vorrichtung und verfahren zum herstellen von druckmittelkanaele aufweisenden adapterbloecken sowie herstellung der vorrichtung

Info

Publication number: DE3215883A1
Application number: DE19823215883
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Dipl.-Phys. 8700 Küsnacht Glättli; Kurt Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Stoll
Original assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 1982-04-29
Filing date: 1982-04-29
Publication date: 1983-11-03
Also published as: SE8302391D0; NL8301194A; JPH0627524B2; ES8500808A1; GB8311055D0; CH662777A5; ES530637A0; ES281860Y; SE9001724L; GB2121348A; SE8302391L; SE505227C2; SE9001724D0; ES281860U; GB2121348B; US4526827A; DE3215883C2; JPS58225291A; IT8320833A0; SE463965B

Description

27. April 1982 D 8757 - pös

Festo-Maschinenfabrik Gottlieb Stoll, 7300 EssTingen.

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Druckmittel kanä'le aufweisenden Adapterblöcken sowie Herstellung der Vorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Erfahren zum Herstellen von Druckmittelkanäle aufweisenden Adapterblöcken, die in einer Blockoberfläche verlaufende Oberflächenkanäle und senkrecht zu dieser Oberfläche verlaufende Verbindungsbohrungen aufweisen, wobei man in einer Negativform des Adapterblockes ein Integralschaummaterial zum Aufschäumen bringt und verfestigen läßt und nach Aushärten des Integralschaummaterials die die Oberflächenkanäle enthaltende Anschlußfläche des Adapterblockes und die dieser gegenüberliegende Anschlußfläche des Adapterblockes mechanisch auf Planheit bearbeitet. Des weiteren betrifft die Erfindung die zweckmäßige Ausgestaltung der Schäumform, also eine Vorrichtung, die sich zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens in besonderer Weise eignet. Diese besteht aus einem ersten Formendteil, welches Negativformen

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für die Oberflächenkanäle des Adapterblockes trägt, und einem zweiten Formendteil, welches mit Aufnahmen für Negative der Verbindungsbohrungen des gewünschten Adapterblockes darstellende Formstifte trägt, sowie in dem zweiten Formendteil einsitzende Formstifte und aus einem rahmenförmigen Zwischenteil, welches dicht zwischen die beiden Formendteile einspannbar ist. Schließlich befaßt sich vorliegende Anmeldung noch mit der zweckmäßigen Herstellung dieser Vorrichtung.

Die vorliegende Erfindung baut auf Maßnahmen auf, wie sie in der ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehenden Patentanmeldung P 31 24 020.8 (= Hauptanmeldung) offenbart sind. Ein derartiger Adapterblock für pneumatische und/oder hydraulische Schaltelemente mit integrierten Verbindungen besteht aus mindestens zwei Schichten, 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 einem 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 , Multi pol-VerbindungsteiIe, 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 MuItipol-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, werden dadurch hergestellt, 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 wird 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 DruckmittelanschVüssen 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 Adapterblöcken bei gleichzeiti-

ger 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 in der auf die Anmelderin zurückgehenden Patentanmeldung P 31 24 020.8 (= Hauptanmeldung) offenbarten Lehren 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 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 welchendas 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 Maßnahme 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

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Pressen erforderlich machen. Daneben würde sich eine Vereinfachung in der Lagerung und der Handhabung ergeben,und von jedem Einzelexemplar würden automatisch gleich viele Stücke hergestelIt 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 3-fache 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 zweckmäSigerweise 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 keine zweite Plattendicke mehr erforderlich, und das Maximal format des herzustellenden Produktes erhöht sich auf 200 χ 300 mm und mehr. Eine Erhöhung der Dicke der Platte über die angegebenen Werte hinaus führt zu wesentlich verlängerten Taktzeiten. Diese sollte 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 Neqativform 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 Weiterbildungen des Verfahrens zum Herstellen von Druckmittel kanale aufweisenden Adapterblöcken, wie es in den Ansprüchen 1 bis 3 der Patentanmeldung P 31 24 020.8 niedergelegt ist. 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 das Verfahren 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 vergleichsweise einfach, also mit geringen Kostenauf-

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Wendungen, 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 aufgeklebten 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 Adapterblocks 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

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des Adapterblockes ein, ebenso oder alternativ in die Bohrungen des zu befestigenden Druckmittel-Bauelements. 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 eryibt sich hierdurch ein besseres Einfahren und zum anderen wirkt sich ein Tei1ungsfehler nicht aus. Bei Druckbeaufschlagung erfährt 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.

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Im folgenden wird die Erfindung der/lediglich eine Ausführungsform wiedergebenden Zeichnung näher erläutert. Sie zeigt in Schnittdarstellung einen Teil eines Adapterblockes mit Dichtplatte und aufgebautem Element. Hierbei wurden die Bezugsziffern der Hauptanmeldung P 31 24 020.8 soweit möglich zugrundegelegt oder ergänzt.

Der vorteilhafterweise 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-Bauelement 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 Verbindungsbohrüngen 30, 32 und die Bohrungen 75 an ihren Enden eine leichte Vorspannung erfahren, die anfänglich Abdichtung bewirkt. Bei Druckbeaufschlagung ergibt sich demnach ein unmittelbares Anliegen der schlauchartigen Ausbildungen 74 an den Innenwänden der Verbindungsbohrungen 30, 32 bzw. der Bohrungen 75, wodurch sich eine optimale und positiv

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wirkende Abdichtung erzielen läßt. Hierbei liegt die Dichtplatte 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 Schaltelements 42 ist nicht erforderlich. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die schlauchartigen Ausbildungen 74 bei genügender Materialstärke an deren Wurzel einen begrenzten Abstand überbrücken können, ohne zu platzen. Die Bemessung der Material stärke der schlauchartigen Ausbildungen 74 hat also eine genügende Festigkeit an deren Wurzel und eine genügend leichte Verformbarkeit an deren Enden zu gewährleisten.

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

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 Querschnitte der Anschlüsse. Die gesamte Kraftwirkung ist nicht nur wesentlich kleiner als die sich über

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eine größere Fläche erstreckenden 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 Stellen voll wirksam sind. Dadurch reduzieren sich die erforderlichen Montagekräfte auf Werte, wie sie mit Leichtigkeit mittels Spannplattenschrauben in Polyurethanschaümstoff erreicht werden können.

Das Polyurethan-Schäumverfahren wurde aufgegriffen, weil darin eine Möglichkeit 2!ur Verbi 11 igung der Herstellung von Montage - Platten und-Blöcken mit integrierten Verbindungen bei gleichzeitiger Verbesserung der Qualität vermutet wurde. Die bisherigen Anstrengungen konzentrierten sich auf diese Anwendung; es zeichnen sich bereits weitere Einsatzmöglichkeiten ab, die über die Herstellung 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 gibt einige der wichtigsten Punkte wieder.

a) Platten-Dicke und -Format:

Die anfänglichen Versuche gingen von Platten-Dicken zwischen 6 und 8 mm aus. Die Begrenzung ist durch das Strö-

mungsverhal ten 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 Form: der Flüssigkeit steht nur ein beschränkter Durchlaß zur Verfugung (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.

Nach dem heutigen Erfahrungsstand sind folgende Aussagen möglich: Ein Format 160 χ 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 zu halten. Hierbei ist eine genaue Einhaltung der einmal ermittelten Einstel1 größen allerdings Voraussetzung. Gleichwohl bietet eine Platten-Dicke von 7 mm wesentliche Vorteile: die Fließgeschwindigkeit ist um 33 % reduziert,und für Montage-Blocke mit stirnseitigen Anschluß-Buchsenleisten ist keine zweite Platten-Dicke mehr erforderlich. Nachdem inzwischen Aluminium-Plattenmaterial der Dicke 7 mm aufgetrieben wer-

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den konnte, steht dieser Lösung nichts mehr entgegen. Aller Wahrscheinlichkeit nach kann das Maximal-Format dadurch auf mindestens 200 χ 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-Koäten 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 wi rd.

Eine Platten-Dicke über 10 bis 12 mm führt zu wesentlich verlängerten Taktzeiten. Einseitig bestückte Montage-Blöcke mit stirnseitigen Anschlußleisten werden des-

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"'''"' ³²¹⁵

halb 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-Schaumstoff verfahren die besten Voraussetzungen:

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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 ausschließlich mit Universälformen 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

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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 aer Kanäle können selbstverständlich immer beliebig gewählt werden).

Die neueste Entwicklung besteht darin, daft 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 Luftdurchgang be- oder verhinderten, wenn sie nicht in einem besonderen Arbeitsgang entfernt würden.

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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 auffälligen 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 Stifte direkt in die Platten eingeschäumt werden können.Eine Form mit einem derartigen Stift 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 sollten 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 Rahmen-

platte sowie wahrscheinlich durch kurzzeitig wirksame, Trennmittel-bedingte "Verklebung" der Schaumstoffplatte mit der Grundplatte der Presse.

c) Herstellung des Urmodells 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 Negativ-Formen 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

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Schaltelemente einsetzen. Für diese Vordrucke sind dank ihres kleineren Formates größere 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.

Von einem Urmodell lassen sich Wiederholt FormaVabgießen: 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 verwendete Mate-

rials 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

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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 Montagen-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 Größenordnung 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 entsprechend den ausgeübten Kräften eine genügend solide Verankerung finden.

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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

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mm an, so ergeben sich bei einem Druck von 6 bar nur 30 N. Eine Kraft in dieser Größenordnung 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 Vor-

spannung im elastischen Bereich resultiert. 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: 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 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 eindeutigen Orientierung der Elemente erforderlichen Schikanen beim Schä'umprozeß 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 dessen Beständigkeit unter öleinfluß, das gute Gleitverhalten und der relativ große

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zulässige Temperaturbereich.

Das in der Zeichnung dargestellte Dichtsystem ist auch für MuI ti pol-VerbindungsteiIe geeignet. Pro 22-fach MuI tipol-Verbindung lassen sich je 22 Steckbuchsen und Stecknippel mit den dazugehörenden 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 MuI ti pol-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 22-fach-VerbindungsteiIe, welche sich mit größter Wahrscheinlichkeit durch eine preisgünstige Dichtung aus einem Elastomer in der 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 Spezial schrauben zur Verbindung der Universal-Anschlußplatte mit dem Schrittschalter-Steuerungs-Einschub FS-IO und dem Speise/Anzeige-Modul und zum Anschluß der Funktions-Steckplatte durch lediglich 5 derartige Dichtungen ersetzt v/erden. Ähnliches trifft zu für den Anschluß von Programm-Steckplatten (z. B. auf der programmierbaren Einlegegerät-Steuerung), welche

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22 oder 44 Doppelstecknippel samt weiterem Zubehör erfordern.

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 Aufgabe kann nur in engster und lang dauernder Zusammenarbeit zwischen den Entwicklungsabteilungen für Schaltelemente und Integrationstechnik gelöst werden.

Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß es falsch wäre, die Schäumtechnik auf die Herstellung von Kanal-Platten zu begrenzen. Ein erster Vorstoß aus dem ursprünglichen Anwendungsbereich heraus ist bereits erfolgt, indem einerseits das Speichervolumen im Speise/Anzeige-Modul zur Schrittschalter-Steuerung und andererseits ein Gehäuse für einen Steuerblock mit integrierten Verbindungen aus Polyurethan-Integral schaum hergestellt wurden. Beide Lösungen 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

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zu können, sind bereits Bestrebungen eingeleitet worden, um die Formate von Steuerschaltungen mit integrierten Verbindungen wenigstens gruppenweise zu vereinheitlichen, so daß jeweils ein Gehäuse flir 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 unbedeutende Eindrücke (ohne Riß- oder Splitter-Erscheinungen) auf, nachdem sie in abgekühltem Zustand auf Steinplatten geschleudert wurden; ebenso unversehrt blieben die Klebestellen.

Claims

27. April 1982 D 8757 - pös

Festo-Maschinenfabrik Gottlieb Stoll, 7300 Esslingen.

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Druckmittel kanä'le aufweisenden Adapterblöcken sowie Herstellung der Vorrichtung

Ansprüche

(l.J Schäumform zur Herstellung von Druckmittel kanäle aufweisenden Adapterblöcken, die in einer Blockoberfläche verlaufende Oberflächenkanäle und senkrecht zu dieser Oberfläche verlaufende Verbindungsbohrungen aufweisen nach einem der Ansprüche 5 bis 10 des Patentes P (Patentanmeldung P 31 24 020.B\ dadurch gekennzeichnet, daß die Formstifte (58, 60, 62) Verankerungsstifte sind.
2. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schäumform aus mehreren Adapterblöcken (10) besteht.
3. Form nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke einer Platte oder Schicht das in etwa

Ä-

1,5- bis 2-fache der Kanaltiefe für einseitige Oberflächenkanäle und das 2,5- bis 3-fache 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 (38, 40) aufweisende Platte oder Schicht eine Dicke von 6 bis 8 mm besitzt.
5. Form nach einem der Ansprüche kennzeichnet, daß die auf beiden (38, 40) aufweisende Platte ode 12 mm besitzt.

1 bis 4, dadurch geSeiten Oberflächenkanäle r Schicht eine Dicke von 10 bis
6. Form nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Negative der Verbindungsbohrungen (28, 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 der Schäumform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Verankerungsstifte geeigneter Länge in die Löcher des Urpositivs gesteckt und anschließend die Negativform durch Abgießen her-

gestellt wird, dergestalt, daß die Verankerungsstifte mit ihren Köpfen in der Gießmasse eingebettet sind.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießen der Negativform unter Vakuum erfolgt.
IQ₁. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eingießen in Ecken und Kanten des Urpositivs Gießharz aufgetragen wird.
11. Verfahren zur Herstellung von Adapterblöcken nach einem der Ansprüche 1 bis 3 des Patentes P (Patentanmeldung P 31 24 020.8),dadurch gekennzeichnet, daß das Eingießen in die Schäumform von unten und/oder entlang der Längsseite derselben durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 und/oder nach einem der Ansprüche 1 bis 3 des Patentes P (Patentanmeldung P 31 24 020.8), dadurch gekennzeichnet, daß zum Eingießen das Material Polyurethan verwendet wird.
13. Verfahren zur Herstellung von Adapterblöcken nach einem der Ansprüche 11 oder 12 und/oder nach Anspruch 1 des Patentes P (Patentanmeldung P 31 24 020.8), dadurch gekennzeichnet, daß an der oder den Anschlußflächen (12, 34) eine Dichlplatte (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 Verbindungsbohrungen (30, 32) elastisch vorgespannt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Dichtungsplatte (73) ein Polyurethan-Elastomer verwendet wird.