Fluidik-Bauteil
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Fluidik-Bauteil, bestehend aus mindestens einer Trägerplatte und mindestens einer dicht darauf aufgesetzten Deckplatte, und mindestens ein logisches Fluidik Element mit Schaltzone sowie Anschluss- und Verbindungskanäle enthaltend.
Fluidik-Bauteile sind auch unter dem Begriff Strömungsverstärker bekannt. Es handelt sich dabei um Einrichtungen, mit denen sich sogenannte logische Schaltungen pneumatisch-hydraulisch verwirklichen lassen.
Fluidik-Bauteile enthalten eines oder mehrere logische Fluidik-Elemente. Sind mehrere logische Fluidik Elemente mit Schaltzone in einem Fluidik-Bauteil enthalten, so spricht man von integrierten Fluidik-Schaltungen. Die logischen Fluidik-Elemente mit Schaltzonen eines Fluidik-Bauteils der mehrere solche Fluidik Elemente enthält, sind unter sich mit Verbindungskanälen und nach aussen mit Eingangs- und Ausgangskanälen, sog. Anschlusskanälen verbunden. Der logische Schaltvorgang läuft in der Schaltzone der logischen Fluidikelemente ab. In dieser Schaltzone wird der Fluidum-Strom einer Hauptdüse vom Fluidum-Strom einer oder mehrerer Kontrolldüsen in verschiedene Signalkanäle gesteuert. Zur Entlüftung einzelner Kanäle der Schaltzone sind Entlüftungsöffnungen vorhanden.
Es sind, neben andern, folgende Fluidik-Elemente bekannt die logische Funktionen ausüben:
Flip-Flop, UND Tore, ODER-Tore, ENTWEDER ODER-Tore.
Die Kanäle der logischen Fluidik-Elemente sind in ihren Dimensionen am eigentlichen Schaltort der Schaltzone oft sehr eng und weisen Wandabstände der Grössenordnung 10-t mm auf.
Gerade in diesem engen Bereich sind Schäden und Unebenheiten in den Kanälen besonders störend. Die Schalteigenschaften eines logischen Fluidik-Elementes können dadurch bis zur Unbrauchbarkeit verändert werden.
Besondere Sorgfalt ist deshalb bei der Herstellung der Fluidik-Bauteile anzuwenden. Wenn man berücksichtigt, dass bei einem Fluidik-Bauteil, der eine Vielzahl von logischen Fluidik-Elementen enthält, das Nichtfunktionieren eines einzigen dieser logischen Fluidik-Elemente die Nichtbrauchbarkeit des ganzen Fluidik-Bauteils nach sich zieht, so ersieht man, dass der Aufbau eines Fluidik-Bauteils von grösster Wichtigkeit für die Erreichung günstiger Produktionsergebnisse mit wenig Ausschuss ist.
In bekannten Fluidik-Bauteilen, bei denen Deckplatte und Trägerplatte miteinander verklebt werden, besteht die grösste Schwierigkeit darin, zu vermeiden, dass überflüssiges Klebemittel in die kritischen engen Kanäle der logischen Fluidik-Elemente gelangt. Für breite Ausgangs-, Eingang- und Verbindungskanäle sind Klebemittelreste nicht störend. Unter anderem werden z. B. bei bekannten Fluidik-Bauteilen die Kanäle mit Paraffin oder sonst einem Füllmittel ausgegossen. Dieses Füllmittel muss dann auf irgend eine Art wieder entfernt werden.
Die hier vorgeschlagene neue Lösung für den Aufbau eines Fluidik-Bauteils ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Basisebene der Schaltzone der logischen Fluidik-Elemente nicht in der Verbindungsebene von Trägerplatte und Deckplatte liegen, und dass entsprechende Dichtungsorgane vorhanden sind, welche auf den Basisebenen der Schaltzonen der logischen Fluidik-Elemente dicht anliegen, Begrenzungsflächen der Kanäle der logischen Fluidik-Elemente sind und die Kanäle der Schaltzone dieser logischen Fluidik-Elemente gegeneinander abdichten.
Diese Lösung lässt sich auf vielfältige Weise verwirklichen. So kann die Basisebene, d. h. die Ebene auf welche die Kanäle der Schaltzonen der logischen Fluidik-Elemente bezogen sind, auf einer Erhöhung der Trägerplatte über der Verbindungsebene von Deckplatte und Trägerplatte liegen. In diesem Fall enthält die Deckplatte entsprechende Ausnehmungen zur Aufnahme der logischen Fluidik-Elemente und Dichtungsorgane. Eine andere besonders vorteilhafte Lösung besteht darin, dass die Basisebene der Schaltzone der einzelnen logischen Fluidik-Elemente in Vertiefungen der Trägerplatte liegen, welche die Form eines geraden Kreiskegel-Stumpfes haben. Die Dichtungsorgane können so geformt sein, dass sie die Vertiefung ausfüllen und von der Deckplatte welche mit der Trägerplatte fest verbunden ist, festgehalten werden.
Diese Lösung bringt folgende Vorteile mit sich: a) Es wird möglich Kanäle in der Deckplatte über logische Fluidik-Elemente der Trägerplatte zu führen, was im Hinblick auf eine gewünschte Miniaturisierung von Bedeutung ist.
b) Falls zwischen Basisebene und Dichtungsorgan kein Klebemittel verwendet wird, ist die Gefahr, dass bei der Herstellung überflüssiges Klebemittel in die engen Kanäle der Schaltzone der logischen Fluidik Elemente gelangt, weitgehend ausgeschaltet.
c) Dichtungsorgane und in der Trägerplatte liegende Basisebenen der Schaltzonen können in einem besonderen Verfahren risikolos miteinander verklebt werden. Für das Verbinden von Deckplatte und Trägerplatte kann, falls erwünscht, eine andere Verbindungstechnik verwendet werden.
Verschiedene Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer Fluidik-Bauteile und Teile davon sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Fluidik-Bauteil, der drei logische Fluidik-Elemente mit Schaltzone enthält.
Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Fluidik-Bauteils nach der Schnittlinie II-II.
Fig. 3 zerlegt ein Fluidik-Bauteil zur Verdeutlichung möglicher Anordnungen der Deckplatte, der Schaltzone der logischen Fluidik-Elemente, der Dichtungsorgane und der Verbindungsmittel.
Fig.4-6 schematisch, zerlegt dargestellte Fluidik Bauteile.
Wie Fig. 1 und 2 zeigen, umfasst ein erfindungsgemässer Fluidik-Bauteil eine Trägerplatte 1. In Vertiefungen 10 der Trägerplatte 1 liegen die Basisebenen 11 der Schaltzone der logischen Fluidik-Elemente 12.
Diese Basisebenen 11 der Schaltzonen der verschiedenen logischen Fluidik-Elemente in einer Trägerplatte 1 brauchen nicht, wie in den Zeichnungen gezeigt, in einer gemeinsamen Ebene zu liegen. Ein logisches Fluidik-Element 12 wird durch eine Anzahl zum Teil sehr enger Kanäle 120 gebildet. In den beispielsweise kreiskegelstumpfförmigen Vertiefungen 10 der Trägerplatte 1 liegt je eine Dichtung 4, welche von der oberen Deckplatte 2 so auf der Basisebene 11 festgehalten wird, dass die verschiedenen Kanäle 120 der Schaltzone jedes logischen Fluidik-Elementes 12 gegeneinander und nach aussen abgedichtet sind.
Die Verbindung der Kanäle der verschiedenen logischen Fluidik-Elemente 12 geschieht durch Verbindungs- bzw. Anschlusskanäle 51, die oben in der Trägerplatte 1, unten in der Trägerplatte 1, in der oberen Deckplatte 2 oder in der unteren Deckplatte 3 liegen können. Die Verbindung der verschiedenen Verbindungs- bzw. Anschlusskanäle 51, die in verschiedenen Ebenen liegen, geschieht vorzugsweise mit dazu senkrecht stehenden Verbindungs- bzw. Anschlusskanälen 52. Ein sich in der oberen Deckplatte 2 befindlicher Verbindungs- bzw. Anschlusskanal 51 führt beispielsweise über die Dichtung 4 der Schaltzone eines logischen Fluidik-Elementes 12.
Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemässes Fluidik-Bauteil zerlegt. In der Horizontalen ist die Darstellung in die Abschnitte A, B und C unterteilt. In den verschiedenen Abschnitten ist je der beispielsweise mögliche Aufbau eines Fluidik-Bauteils veranschaulicht.
Abschnitt A zeigt den Aufbau eines Fluidik-Bauteils, bei dem die Dichtung 4 in der Vertiefung 10 von der Deckplatte 2 auf der Basisebene 11 festgehalten wird. Sind beispielsweise Dichtung 4, obere Deckplatte 2 und untere Deckplatte 3 aus einem plastischen Material, so kann es aus Gründen der Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Formbeständigkeit erforderlich sein, eine obere steife Verstärkerplatte 6 und eine untere steife Verstärkungsplatte 7 anzubringen.
In einem nach Schema A aufgebauten Fluidik-Bauteil sind beispielsweise an den entsprechenden Flächen die folgenden Teile untereinander fest und dicht verbunden: Obere steife Verstärkungsplatte 6, mit oberer Deckplatte 2, obere Deckplatte 2 mit Dichtung 4 und Trägerplatte 1, Trägerplatte 1 mit unterer Deckplatte 3, untere Deckplatte 3 mit unterer steifer Deckplatte 7.
Klebemittel ist in Fig. 3 mit Punkten angedeutet.
Abschnitt B zeigt einen erfindungsgemässen Fluidik-Bauteil der im Aufbau einfacher ist. Die Dichtung 4 ist in der Vertiefung 10 fest mit der Basisebene 11 verklebt. Die untere Deckplatte 3, mit Verbindungsbzw. Anschlusskanälen 51, 52, ist mit der entsprechenden Ebene der Trägerplatte 1 z. B. ebenfalls verklebt.
Obere und untere steife Verstärkerplatte 6, 7 und obere Deckplatte 2 sind nicht vorhanden.
Im Abschnitt C ist eine weitere Möglichkeit des Aufbaus eines erfindungsgemässen Fluidik-Bauteils dargestellt. Zwischen Dichtung 4 und Basisebene 11 ist zusätzlich eine in transversaler Richtung (Pfeil) für das Klebemittel, bzw. Verbindungsmittel, poröse nicht elastische Folie 41 eingefügt. Obere und untere Deckplatte 2, 3 sind wie in Abschnitt A angeordnet. Bei genügender Steifheit der Deckplatte 2, 3 kann aber auf die beiden steifen Verstärkungsplatten 6, 7 verzichtet werden.
Fig. 4 zeigt schematisch zerlegt einen weiteren erfindungsgemäss aufgebauten Fluidik-Bauteil. Der Einfachheit halber wird teilweise auf die Darstellung der Anschluss- und Verbiungskanäle 51, 52 verzichtet. Die Kanäle 120 der Schaltzone der logischen Fluidik-Elemente 12 sind nur angedeutet. Der vorliegende Fluidik-Bauteil zeigt eine Trägerplatte 1 mit beidseitig in Vertiefungen 10 angeordneten Schaltzonen logischer Fluidik-Elemente 12 und dazugehörigen Dichtung 4.
Eine zweite Trägerplatte 1', die von der anderen Trägerplatte 1 durch eine Zwischenschicht 8 getrennt ist, enthält nur einseitig Schaltzonen logischer Fluidik-Elemente 12 in Vertiefungen 101. Weiter enthält der dargestellte Fluidik-Bauteil die obere und untere Deckplatte 2, 3.
In Fig. 5 ist ein erfindungsgemässes, nur ein einziges logisches Element enthaltendes Fluidik-Bauteil zerlegt gezeigt, bei dem die Basisebene 11 der Schaltzone des logischen Elementes 12 erhöht über der Trägerplatte 1 liegt. In der Deckplatte 2 ist eine Ausnehmung 12' vorhanden, die zur Aufnahme der erhöht angeordneten Basisebene der Schaltzone des logischen Elementes 12 und der Dichtung 4 ausgebildet ist. Die Anschlusskanäle 52 liegen beispielsweise ganz in der Trägerplatte 1.
Ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel eines Fluidik-Bauteils, der nur ein einziges logisches Element 12 enthält, ist in Fig. 6 zerlegt dargestellt. In die Vertiefung 10 mit der Basisebene 11 der Schaltzone des logischen Fluidik-Elementes 12 mit Kanälen 120, ist die Dichtung 4 beispielsweise eingeklebt. Die Dichtung 4 ist also ein Teil einer Deckplatte 2. Die Anschlussbzw. Verbindungskanäle 52 befinden sich in der Trägerplatte 1.
Zur Herstellung von Fluidik-Bauteilen der beschriebenen Art eignen sich beispielsweise folgende Stoffe: Epoxy-Harze, Thermoplaste, z. B. Plexiglas , Duroplast, Hartgummi usw., aber auch Metalle. Als Dichtungsorgane eignen sich neben anderen elastischen Materialien z. B. Gummi, Silikongummi, elastische Epoxy-Harze usw.
Es ist auch möglich, mehrschichtige Dichtungsorgane zu verwenden. Wobei die einzelnen Schichten teils elastisch, teils unelastisch sein können, z. B. mit Metall beschichtete Thermoplaste, Metall-Gummi Dichtungen usw. Auch Dichtungen die aus mehreren Kunststoffschichten aufgebaut sind, sind verwendbar.
Metallisch beschichtete Dichtungen ermöglichen die Verwendung von Hochfrequenz-Heizmethoden zur Verbindung von beispielsweise der Dichtung mit der Basisebene der Schaltzone der logischen Fluidik-Elemente. Als Verbindungsmittel für die Einzelteile der Fluidik-Bauteile eignen sich z. B. Klebemittel, Epoxy Harze, Thermoplaste, Druck-Kleber, Leim usw. Es können aber auch Verbindungselemente wie Nieten, Schrauben usw. angewendet werden.
Beim Verkleben von zwei Flächen kann es vorteilhaft sein, zwischen diesen Flächen eine beispielsweise poröse unelastische Folie 41-wie in Fig. 3c gezeigteinzufügen und mit zu verkleben. Wird diese Folie 41 z. B. nur auf der Seite, die dem Dichtungsorgan zugekehrt ist, mit Klebemittel beschichtet, so gelangt Klebemittel durch die Poren auf die Rückseite. Klebemit- tel tritt aber vor allem an jenen Stellen aus den Poren, wo Berührung mit der mit der Rückseite zu verklebenden Fläche eintritt. Über den Kanälen 120 der Schaltzone eines logischen Fluidik-Elementes tritt praktisch kein Klebemittel aus den Poren der Folie 41. Die Gefahr, dass überflüssiges störendes Klebemittel in die Kanäle 120 gelangt, ist dadurch weitgehend beseitigt.
Als Folie eignen sich Stoffe wie Papier, Glasfasermatte, usw.