CN109982541B - 机柜结构及其框架元件组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机柜结构及其框架元件组件，该机柜结构包含两侧支架及至少一铅直段条。铅直段条通过至少二框架元件连接两侧支架。框架元件组件包含第一框架元件及第二框架元件，第一框架元件包含连接面，其具有前孔洞及多个导引元件，第二框架元件包含接收面及通孔，接收面配置以接收第一框架元件的导引元件，而通孔对齐第一框架元件的前孔洞。框架元件组件另包含锁固元件，其配置以经通孔而旋入前孔洞以于第一框架元件与第二框架元件间建立一牢固的互锁配合。

Description

机柜结构及其框架元件组件

技术领域

本发明涉及一种机柜(cabinet)及机架(rack)的领域，且特别是涉及制造机柜及外壳的模块化结构元件。

背景技术

机柜与外壳用于容纳及保护各式物品，其尺寸与形状可能差异极大。为保护如电气与电子组件、真空管以及最先进的小型高速混合及数字电路等物品，已经开发多种机柜配置。今日，电子组件所需的空间大小及比例具差异。有许多不同尺寸的机柜与外壳结构可用。高电压系统或多服务器系统可能需要几立方英尺大的机柜，而一包香烟大的机柜可能足以容纳小型电子或嵌入式电子装置。然而，外壳的使用者仅限于选择标准尺寸的外壳，这对于其应用而言可能太大。或可选择制造定制尺寸外壳，但可能需要焊接、大量机械加工及/或高工具及其他显著成本。

在许多情况下，使用具多个隔间的机柜是有益的。例如，在一个或多个电路的情况下，可能希望将高电压部分与低电压部分，或者对噪声特别敏感的电路与其他电路分开。在这种情况下，定制加工变得相当困难及昂贵。为不论大小的特定应用提供强度、易于组装及合适尺寸的机柜或外壳或是一组模块化互连机柜或外壳建造手段尚未实现。

已有许多试图提供满足这些标准的机柜的尝试，但是成本或复杂性、尺寸、多功能性或强度通常不太理想。举例来说，以下美国专利揭示可代表现有机柜结构技术的焊接或模块化框架组件。

美国专利第2,167,525号(以下称525号专利)及美国专利第3,265,419号(以下称419号专利)都揭示焊接机柜结构。525号专利将角板(三角形金属片)焊接于每个角落以维持三个互相垂直的支柱呈角落配置。419号专利移除角板构件，在支柱构件相交处直接将其焊接在一起。然而，形成每个角落的三个支柱构件具不同截面配置及端部轮廓。因此，框架的制造及建造很复杂。此外，需要四个焊接件来连接支柱以形成刚性框架结构。因此，525号专利与419号专利的机柜结构非常劳动密集。

美国专利第3,182,846号(以下称846号专利)及第3,919,603号(以下称603号专利)揭示牵涉机械组件的机柜配置。在846号专利中，使用通常由矩形铝块形成的接合元件将侧支架支柱耦接至顶部与底座构件上，而所述的接合元件以焊接附接至顶部与底部构件以及支柱上。接合元件具有截头圆锥形部分，配置以紧密配合在一起。顶部与底座构件经接合元件缠在一起并栓在一起。制造成本及缺乏多功能性使这个框架成为一个不受欢迎的替代方案。603号专利揭示一种开关装置框架，其包含用于将三个结构角落构件支撑在一起的角落栓。该角落栓具有三个矩形垂直脚，其具有三个侧面及向外的突缘，三支柱滑过脚部。然而，支柱及脚部具有不同的截面配置，且角落栓通常为复杂的配置，使得这种框架结构不利于低成本制造技术。

最后，美国专利第5,066,161号(以下称161号专利)揭示一种简化的机柜框架结构元件。然而，161号专利的简化的机柜框架结构元件需要弯曲、角落切角及焊接工艺。因此，161号专利的简化的机柜框架结构元件不利于低成本制造技术。

有鉴于此，需要一种能快速、低成本及定制制造高强度模块化外壳的外壳与机柜系统。例如，需要很少或不需要焊接、很少或不需要机械加工的外壳与机柜系统是理想的。

发明内容

为达上述目的，本发明提供一种机柜结构。机柜结构包含两侧支架及至少一铅直段条。铅直段条通过两框架元件连接两侧支架。框架元件组件包含第一框架元件及第二框架元件，第一框架元件包含连接面，其具有前孔洞及多个导引元件，第二框架元件包含接收面及通孔，接收面配置以接收第一框架元件的导引元件，而通孔对齐第一框架元件的前孔洞。框架元件组件另包含锁固元件，其配置以经通孔而旋入前孔洞以于第一框架元件与第二框架元件间建立一牢固的互锁配合。

在一些实施方式中，多个导引元件包含两块状平行六面体导引元件，而连接面可包含插槽以接收两块状平行六面体导引元件。在替代实施方式中，其中一多个导引元件包含四块状平行六面体导引元件，而连接面可包含插槽以接收四块状平行六面体导引元件。在一些实施方式中，多个导引元件可包含两半圆导引元件，而连接面可包含插槽以接收两半圆导引元件。在一些实施方式中，锁固元件包含组合螺丝，具有与第二框架元件的通孔啮合的自攻螺纹。在一些实施方式中，第一框架元件可以额外的固定元件固定至至少二铅直段条其一内。同样地，第二框架元件可以额外的固定元件固定至至少二侧支架其一内。或者第一框架元件可以点焊固定至至少二铅直段条其一内。在一些实施方式中，第二框架元件可以点焊固定至至少二侧支架其一内。

附图说明

图1为本发明的实施方式绘示一机柜结构的分解视图；

图2为本发明的实施方式绘示一框架元件组件的分解视图；

图3为本发明的实施方式绘示一框架元件组件的组合图；

图4为本发明的实施方式绘示一具有四块状平行六面体导引元件的替代框架元件的示意图；

图5为本发明的实施方式绘示一具有两半圆导引元件的替代框架元件的示意图；

图6为本发明的实施方式绘示一具有两楔形导引元件的替代框架元件的示意图。

符号说明

1：顶盖

2：左支架

3：右支架

4A：底座支架

4B：底座支架

5A：铅直段条

5B：铅直段条

10：机柜

20A：框架元件

20B：框架元件

21：连接面

22：接收面

23：锁固元件

24：块状平行六面体导引元件

26：通孔

27：前孔洞

28：自攻螺纹

29：组合螺丝

30～34：通孔

40A：框架元件

44：块状平行六面体导引元件

51～54：通孔

60A：框架元件

64：楔形导引元件

70A：框架元件

74：半圆导引元件

具体实施方式

以下参考附图来描述本发明，其中于附图中使用相同的数字标记来指定相似或等同的元件。附图未按比例绘制，且仅为说明本发明而提供。以下参照说明用的示例应用以描述本发明数个态样。应该理解以下阐述许多具体细节、关系及方法以提供对本发明的全面理解。然而，相关领域具普通技术者将容易看出可在没有一或多个具体细节的情况下或以其他方法实施本发明。在其他实施例中，未详细示出现有的结构或操作以避免模糊本发明。本发明不受动作或事件说明的顺序限制，因为一些动作可能以不同的顺序发生及/或与其他动作或事件同时发生。此外，并非所有示出的动作或事件皆需依据本发明的方法实施。

本发明的实施方式提供用以连接外壳或机柜系统的框架的互锁框架元件。互锁框架元件除了连结框架外，也可承受机柜所受的重量、应力及剪力。此外，互锁框架元件截面形状可变化，以允许快速、低成本、定制的高强度模块化外壳，其需要很少或不需要焊接，以及很少或不需要机械加工。在本发明中，所有部件可分开预制以降低与运输及储存相关的成本。由于机柜系统通常以焊接制造，通常需要于运输与储存之前建造。因此，消费者通常收到完全组装的完整大小机柜结构的大型货物。在本发明中，整个外壳及机柜系统可于现场组装。所请求的框架元件可以互锁机构安装于左右支架间。互锁机构可使用螺栓或螺丝固定。因此，互锁框架元件使外壳及机柜系统得以以扁平包装运输及储存。因此，与运输及储存相关成本可进一步降低。

图1为用于次组件及装备的示例性机柜10的分解视图。机柜10可包含顶盖1、左支架2、右支架3、底座支架4A与4B以及连接左支架2与右支架3的铅直段条5A与5B。铅直段条5A与5B是通过框架元件20A与20B互连至左支架2与右支架3。下面更详细地讨论框架元件20A与20B及其整合入机柜10。机柜10可由金属、塑胶、复合材料或其组合形成，并可配置以支撑设置于其内的任何电气及电子组件的重量。在某些实施方式中，机柜10及其部件可利用传统金属制造技术(如弯曲、成形及冲压)由金属片制成。因此，在一些实施方式中，制造机柜10可以非常便宜。机柜10及其部件亦或可由铝合金、钢合金或其任何组合制成。应当理解机柜10及其部件可由具低制造成本及耐久性的任何材料制成，以容纳不同重量的电气及电子组件。上面提及的材料仅为举例，而非限制本发明。因此，本发明考虑可于各种实施方式中没有限制地使用任何材料或材料的组合。

现在参照图2，其根据一些实施方式绘示一组示例性的框架元件20A及20B的分解视图的特写。在某些实施方式中，框架元件20A及20B可由中空铝压铸制作。本发明考虑可于各种实施方式中没有限制地使用任何材料或材料的组合。应当理解，框架元件20A及20B可利用任何允许低建造成本的制作工艺来制造。上面提及之中空铝压铸制作工艺仅为举例，而非限制本发明。框架元件20A可包含连接面21，其具有从其延伸出的两块状平行六面体导引元件24。连接面21可包含延伸穿过框架元件20A的前孔洞27。框架元件20B可包含接收面22，其包含用于接收框架元件20A的块状平行六面体导引元件24的两插槽。在一些实施方式中，公框架元件与母框架元件间的配合可以是确切的，以于组合后提供更坚固的支撑件。在其他实施方式中，公框架元件与母框架元件间的配合可以是松散的，以便于现场组装。此外，将公框架元件与母框架元件设计成具有松散组合或公差较小可降低生产成本。松散组合可能包含如楔形导引元件。在这种配置下，设计公差可以较低，而框架元件的强度及稳定性可以保持。下面进一步详细讨论此示例性设计。

尽管图2仅示出两导引元件，在一些实施方式中，框架元件20A可包含不同数量的块状平行六面体导引元件。举例来说，图4展示具有四块状平行六面体导引元件44的框架元件40A。同样地，与框架元件40A配对的框架元件可包含用以接收框架元件40A的块状平行六面体导引元件44的四插槽。图5绘示具有两半圆导引元件74的框架元件70A。同样地，与框架元件70A配对的框架元件可包含用以接收框架元件70A的半圆导引元件74的两插槽。在一些实施方式中，导引元件可以是圆形的或末端尖细以允许与框架元件70A配对的框架元件有更高的密度。图6绘示具有两楔形导引元件64的框架元件60A。如利用范例所说明的，可实现各种导引元件以将公框架元件与母框架元件互锁。不管取向如何，母框架元件将被配置以对应于相应的公框架元件的构造。在一些实施方式中，框架元件可体现具有公部件及母部件的配置。举例来说，每个框架元件可能被配置为具有导引元件及对应另一导引元件的接收元件。

回头参照图2，框架元件20B也可包含用于接收锁固元件23的通孔26。在此实施方式中，锁固元件23可包含组合螺丝29，其前柄上具有与通孔26啮合的自攻螺纹28。锁固元件23可旋入框架元件20A的连接面21的前孔洞27中。在一些实施方式中，于通孔26的出开口处设有鱼眼坑以收集在旋入过程中产生的废屑或材料。

框架元件20A可通过额外的固定元件固定于铅直段条5A内。例如，铅直段条5A可包含通孔51、52、53及54。额外的固定元件可经通孔51、52、53及54将框架元件20A固定在铅直段条5A内。相反地，框架元件20A可通过实施点焊加工固定于铅直段条5A内。也就是说，通孔51、52、53及54可改用作点焊加工的焊接点，以将框架元件20A固定就位。应该理解，将框架元件20A固定在铅直段条5A内的方法可以任何方式来达成，理想上是具有低制造成本，同时保持耐久性以容纳不同重量的电气及电子组件。上面提及的过程仅为举例，而非限制本发明。本领域普通技术者得依据本发明的任何方法来将框架元件20A固定于铅直段条5A内。

同样地，框架元件20B也可固定于实施额外固定的元件的右支架3内。右支架3可包含通孔30、31、32、33及34。应当注意右支架3可包含更多的通孔，其未示于此。通孔30可配置以接收锁固元件23。额外的固定元件可经通孔31、32、33及34将框架元件20B固定在右支架3内。相反地，框架元件20B可通过实施点焊加工固定于右支架3内。也就是说，如上面关于框架元件20A所讨论的，通孔31、32、33及34可用作点焊加工的焊接点。应当理解，将框架元件20B固定在右支架3内的方法可以任何方式来达成，理想上是具有低制造成本，同时保持耐久性以容纳不同重量的电气及电子组件。上面提及的过程仅为举例，而非限制本发明。本领域普通技术者得依据本发明的任何方法来将框架元件20B固定于右支架3内。

图3为框架元件20A与20B的组合图。一旦分别固定于铅直段条5A及右支架3内，框架元件20A及20B即可被固定在一起以形成牢固的互锁正面配合。框架元件20A的块状平行六面体导引元件24与框架元件20B的接收插槽互锁以形成坚固的结构。在框架元件20A与20B的正面配合时，连接面21的前孔洞27对齐通孔26。因此，锁固元件23可经通孔26而旋入框架元件20A的连接面21的前孔洞27中，从而形成框架元件20A及20B牢固的互锁正面配合。框架元件20A及20B可被固定在一起以形成牢固的互锁正面配合，以将铅直段条5A连接至左支架2。同样地，框架元件20A及20B可被固定在一起以形成牢固的互锁正面配合将底座支架4A及4B连接至左支架2及右支架3，以完成机柜10的结构的建造。

尽管上面已描述本发明的各种实施方式，应当理解其仅为范例而非限制。在不偏离本发明的精神或范围的情况下，可依据本发明对揭示的实施方式进行各种修饰。因此，本发明的广度及范围不应受任何上述实施方式限制。相反地，本发明的范围应依据所附权利要求及其等同物来定义。

尽管已以一或多个实施说明与描述了本发明，但是本领域技术人员在阅读及理解本说明书及附图后即能想到等效的修改与润饰。此外，虽然本发明的特定特征可能仅对于几个实现中其一个被公开，但是这样的特征可与其它实现的一或多个其他特征组合，如对于任何给定或特定的应用有利。

本文所使用的术语仅为描述特定实施方式，而非意图限定本发明。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形「一」及「该」也意图包括复数形。此外，在实施方式及/或申请专利范围中使用术语「包括」、「包含」、「具有」或其变形而言，该些术语意图表达类似术语「包含」的意思。

除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包含技术及科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术者通常理解的的含义。应当进一步理解，诸如通常使用的字典中定义的术语应以使其具有与其在本发明相关领域含义一致的方式被解释，并且将不以理想化或过度正式的意义解释，除非明确如此定义。

Claims (10)

1.一种框架元件组件，用以建造一机柜结构，该机柜结构 包括铅直段条和侧支架，该铅直段条经由该框架元件组件连接至该侧支架，其特征在于，该框架元件组件包含：

第一框架元件，配置成插入该铅直段条内，该第一框架元件包含基底，该基底具有一连接面，其中该连接面包含一前孔洞以及多个导引元件，该第一框架元件从该基底相对于该连接面的一侧插入该铅直段条内，其中该第一框架元件经由多个通孔固定于该铅直段条内，该多个通孔分别形成于该第一框架元件的多个侧面上；

第二框架元件，包含一接收面以及位于该接收面一侧的通孔，该接收面包含多个插槽对应至该第一框架元件的该多个导引元件，而该通孔对齐该第一框架元件的该前孔洞；以及

锁固元件，配置以经该第二框架元件的该通孔锁入该第一框架元件的该连接面的该前孔洞，从而于该第一框架元件以及该第二框架元件间建立一牢固的互锁配合。

2.如权利要求1所述的框架元件组件，其中

该些个导引元件包含两块状平行六面体导引元件，而

该多个插槽用以接收该两块状平行六面体导引元件。

3.如权利要求1所述的框架元件组件，其中

该些个导引元件包含四块状平行六面体导引元件，而

该多个插槽以接收该四块状平行六面体导引元件。

4.如权利要求1所述的框架元件组件，其中

该些个导引元件包含两半圆导引元件，而

该多个插槽以接收该两半圆导引元件。

5.如权利要求1所述的框架元件组件，其中该锁固元件包含一组合螺丝，具有与该第二框架元件的该通孔啮合的一自攻螺纹。

6.一种机柜结构，包含两侧支架以及至少一铅直段条，其特征在于，该至少一铅直段条通过如权利要求1～5其中任一所述的框架元件组件连接该两侧支架。

7.如权利要求6所述的机柜结构，其中该第一框架元件位于该至少一铅直段条内。

8.如权利要求6所述的机柜结构，其中该第二框架元件位于该两侧支架其一内。

9.如权利要求7所述的机柜结构，其中该第一框架元件以额外的固定元件或点焊固定至该至少一铅直段条内。

10.如权利要求8所述的机柜结构，其中该第二框架元件以额外的固定元件或点焊固定至该两侧支架其一内。

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