DE3445160A1

DE3445160A1 - Zusammengesetztes chassis fuer ein elektronisches geraet

Info

Publication number: DE3445160A1
Application number: DE19843445160
Authority: DE
Inventors: Kenneth P. Dobyns; James R. Beaverton Oreg. Tsadilas
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1984-12-11
Publication date: 1985-07-04
Also published as: JPS60144997A; GB2151409B; JPH0222557B2; DE3445160C2; GB2151409A; GB8421914D0; US4813194A; NL8402723A; FR2556917A1; CA1232669A

Description

TEKTRONIX, Inc. - y-

Beaverton, Oregon 97077 München, 10. Dez. 1984

(V,St.A) str-sh 14 593

Zusammengesetztes Chassis für ein elektronisches Gerät

Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein eine

Chassisausbildung und im besonderen ein aus Metall und

Plastikmaterial zusammengesetztes Chassis für elektronische Bauteile.

Chassis, die grundsätzlich aus Metallblech hergestellt sind, werden seit langer Zeit für elektronische Geräte für eine Anzahl von mechanischen und elektrischen Zwecken benutzt. Erstens kann das Chassis konstruktionsmäßig als Teil des Rahmens der Vorrichtung verwendet werden und gewöhnlich bietet ein solches Chassis eine Basis, auf welcher einzelne Bauelemente oder Bauelementgruppen montiert werden können. Vom elektrischen Gesichtspunkt her bietet das metallische Chassis eine Basis zur Bildung einer "Masse" und kann ebenfalls zur Abschirmung zwischen elektrischen Elementen, d.h. zwischen Einzelteilen und Baugruppen, die darauf befestigt sind, benutzt werden.

Von der Herstellung her gesehen, wirft jedoch jede Metal 1chassiskonstruktion eine Anzahl von Problemen auf. Die Vorbereitung des Metal 1blechs, einschließlich des Abscherens, des Lochens, Biegens und Schweißens erfordert im allgemeinen teure Werkzeuge und Ausrüstungen. Toleranzen, die geringer sind als±0,381 mm (0,015 inch), sind bei den Metal 1 vorbereitungsverfahren schwierig einzuhalten. Mechanische Kleinteile wie Schrauben, Muttern, Dichtungsringe, Bügel, Stangen usw. werden für die Befestigung des Chassis an andere Rahmenelemente und für die Befestigung von Einzelteilen

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und Unteranordnungen an das Chassis gebraucht. Demgemäß ist die Mengen von benötigten Teilen groß. Das Zusammensetzen braucht lange Zeit und wenn für das Einsetzen von gefangenen Teilen Automaten benutzt werden, kann es möglich sein, daß falsche oder fehlende Teile oder Teile, die an den falschen Stellen eingesetzt sind, erst zu einem Zeitpunkt entdeckt werden, da es mühsam oder zeitraubend ist, die Fehler ri chti g zu stel1 en .

Es war ebenfalls, als ein Versuch, die Herstellungskosten zu senken, bekannt, Gehäuse und Behälter für elektronische Geräte aus Spritzgußplastik herzustellen. Dies trifft insbesondere im Falle von kleinen oder tragbaren Vorrichtungen wie beispielsweise Fernsehgeräten und bestimmten Test- oder Meßinstrumenten zu. Die Kosten für Plastikguß sind niedrig. Viele Teile wie Bügel, Halter, und Abstandshalter können angeschweißt werden, wodurch die Anzahl der Einzelteile verringert und die Zeit für die endgültige Zusammensetzung sowie für die Teileberechnung vermindert werden. Außerdem können durch entwickelte Spritzgießverfahren über große Bereiche sehr viel niedrigere Toleranzen erzielt werden, wodurch die Teile mit einer größeren Präzision hergestellt werden können.

Jedoch ist das Einsetzen von gefangenenen Teilen fast genauso mühsam bei einem Basisteil aus Plastik wie bei einem Metallchassis, da beim Gießen häufig menschliche Fehler wie bei spielsweisedas Weglassen von Teilen aus dem Guß und unsauberes Einsetzen in eine Ultraschall-Schweißen nrichtung vorkommen. Elektrisch gesehen, wirken Plastikmaterialien als Isolatoren und können deshalb nicht zum Erden von Schaltungen oder als elektrische Abschirmungen benutzt werden. Versuche, das

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Pl astikmaterial beispielsweise durch Plattieren oder durch Auftragen von metallischen Anstrichen zu metallisieren, führen zu weiteren Problemen und Kosten.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem zusammengesetzten Chassis für elektronische Geräte die vorteilhaften Merkmale von Metall und Plastikmaterial miteinander zu kombinieren.

Die Lösung der Aufgabe führt zu einer Chassisgrundausbildung mit Metallblech als Unterlage mit hinzugefügten spritzgegossenen Plastikktei1 en oder Kunststofftei1 en und anderen Einzelteilen auf. Der Metallblechtei1 kann in einem oder zwei Stanzvorgängen hergestellt werden und so die Herstellzeit und -kosten bedeutend verringert werden. Da eine Plastikverstärkung verwendet wird, kann das Metallblech eine geringere Stärke haben, als es normalerweise für Chassiskonstruktionen verwendet wird, und dadurch werden Material kosten und Gewicht vermindert. Die Metal 1blechunterlage wird als Einsatz in eine Form einer Spritzgußmaschine gegeben, und die benötigten Kleinteile wie Flansche, Bügel, Stützglieder und Befestigungsteile werden beim Spritzen hinzugefügt. So entsteht ein leichtgewichtiges, zusammengesetztes Chassis, während die strukturelle Festigkeit erhalten bleibt.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen.

Es zeigen:

Ficj.l eine Draufsicht auf eine Blechunterlage für ein zusammengesetztes Chassis für ein elektronisches Gerät,

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Fig.2 eine Draufsicht auf die Unterlage aus Fig. 1 mit darauf punktgeformten Plastikkleinteilen,

Fig.3 eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht eines in einem Stück gegossenen Stützgli edes,

Fig.4A bzw. 4B Querschnitte in Längs- oder Querrichtung eines Befestigungskleinteils zur Sicherstellung eines guten Masseverhaltens zwischen dem erfindungsgemäßen Chassis und einem· vorderen oderhinterenGußteil und

Fig.5 bis 7 beispielhafte Chassisbefestigungseinheiten

In Fig. 1 wird eine Draufsicht von oben auf ein ebenes Metallblech dargestellt, das für den Gebrauch als Unterlage 10 für ein zusammengesetztes Chassis bestimmt ist. Die Unterlage 10 kann geeigneterweise aus jedem metallischen, leitenden Material, obgleich Aluminium wegen seines geringen Gewichts vorzuziehen ist, unter Verwendung von geeigneten Metal 1blechfabrikationsverfahren wie beispielsweise Prägen, Stanzen, Abscheren und Biegen hergestellt werden. Die Unterlage 10 ist dafür bestimmt, da, wo es notwendig ist, eine elektrische Erdung oder eine Abschirmung herzustellen und da die Unterlage für die strukturelle Festigkeit nicht von Bedeutung ist, kann ihre Dicke 0,635 mm (0,025 inch) oder weniger betragen. Dies ist relativ dünn gegenüber der Dicke von 1,27 mm (0,05 inch) oder mehr, wie sie gewöhnlich für Ganzmetal1chassis verwendet wird.

Nach einer in Fig. 1 dargestellten Vorbereitung wird die Unterlage als ein Einsatz in eine Spritzgußmaschine gesteckt, in welcher zur Herstellung von Konstruktionsteilen und anderen benötigten Einzelheiten

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Plastikmaterial zugefügt wird (Siehe auch Fig. 2). Mit Hilfe von Lochreihen 12 entlang den Kanten des Metallblechs können Versteifungsrippen an Ort und Stelle auf die Art gebildet werden, daß das Plastikmaterial auf beiden Seiten des Metallblechs verteilt und durch die Löcher vereinigt wird, so daß einheitliche, aufgeschweißte Plastikeinzelteile entstehen, die von der Metal!unter!age nicht abfallen können. Desgleichen können x-förmige Armierungsglieder 16 hinzugefügt werden, um durch sie ein Aufwerfen oder Ausbeulen großflächiger Unterlagenabschnitte zu verhindern. In Fig. 3 ist in teilweise perspektivischer Ansicht beispielhaft ein Stützglied 16 und seine zwischenräumliche Beziehung zur Unterlage 10 dargestellt, das wie "aufgenäht" aussieht.

Stirnglieder oder -bügel 18 und 20 werden an Ort und Stelle ausgeformt und mit anderen Plastikgebilden verbunden, die sie am Platz halten. Dies ist für ein Verfahren der Hinzufügung von Plastikteilen zu dem Gesamtgebilde beispielhaft, ohne daß Löcher in die Metall unter!age gestanzt oder gebohrt werden müssen. In gleicher Weise können andere Einzelteile wie Flansche, Bügel, Abstandshalter, Befestigungsstifte usw. auf das zusammengesetzte Chassis unter Verwendung von herkömmlichen Einspritzgußverfahren ausgeformt werden. Die Bezeichnung Punktausformung ist von den Anmeldern geprägt worden, um die Auswirkung der Ausformung von Einzelteilen an den dafür benötigten Stellen zu beschreiben.

Um die Metal 1blechunter!age entweder als eine Abschirmung oder als Schaltungsmasse zu benutzen, wurde eine Befestigungseinheit entwickelt, die sowohl eine feste elektrische, als auch mechanische Verbindung zu Vorder- und Hinterrahmengußtei1 en herstellt. In das Metallblech wird neben seiner Kante eine Reihe von

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Plastikdruckbefestigern, -schnappbefestigern oder sogar Nieten verwendet werden. Einige der zuvorerwähnten Befestigungsteile können interessant sein, weil dadurch gefangene Einzelteile unnötig werden und so die Anbringung des Schaltelements an das zusammengesetzte Chassis vereinfacht wird. Außerdem können die Befestigungsteile in den meisten Fällen ohne Werkzeug verwendet werden.

In Fig. 6 ist ein Abstandshalter 26 zur Herstellung einer Chassis-Masse-Verbindung zu einem Bauelement dargestellt. Hier ist die Unterlage 10 auf eine solche Art entstanden, daß ein Metal 1 einsatz 32 eingesetzt und in elektrischem Kontakt mit einem aufragenden Lippenteil 34 gehalten wird. Der Einsatz 32 kann innen für die Aufnahme einer Metallmaschinenschraube mit einem Gewinde versehen sein, oder es kann ein solcher Einsatz eine glatte Bohrung zur Aufnahme einer gewindeschneidenden Schraube enthalten.

In Fig. 7 ist der Abstandshalter 25 so aufgebaut, daß eine Beanspruchung des Plastikmaterials dadurch verhindert wird, daß kein Zusammendrücken stattfindet. Hier sind aus der Metal 1 unter!age ein oder mehrere Finger 36 gebildet und nach oben gebogen worden, um eine Abstützung für ein Schaltelement oder ein anderes Teil zu bilden. Da das Plastikmaterial nicht zusammengedrückt wird, wird eine konstante Zugbelastung für solche Situationen sichergestellt, in denen dies erforderlich ist, wie beispielsweise zur Gewährleistung einer gasdichten Abdichtung.

Die für die Metal 1 unter!age und den Plastikaufbau verwendeten Material arten sind gewöhnlich nicht kritisch, jedoch ist eine Diskussion darüber nicht unberechtigt, denn in manchen Fällen kann es erwünscht sein, das Metall und das Plastikmaterial aufeinander

. abzustimmen, um bemerkenswerte Beanspruchungen, die sich durch verschiedene Temperaturkoeffizienten als verschiedene Ausdehnungs- und Zusammenziehungsmaße ergeben, zu verhindern.
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Aluminium wird für die Unterlage bevorzugt, weil es nur geringes Gewicht und gute elektrische Leitfähigkeit aufweist. Als Plastikmaterial wurde ein 15 % Teflon und 20 % Glas(fasern) enthaltendes Polykarbonat gewählt, um das Plastikmaterial und das Aluminium weitgehend aufeinander abzustimmen.

Die Wärmeausdehnung von Aluminium liegt bei 0,0000183 mm/°C(0,000033 mm/1,8⁰C = 0,000013 inches /⁰F)(It. Kuchling a =23,8 1°~1 (0° - 100°C) mit Umrechnung:
5,94 · ΙΟ"⁴ njl od. mm

und für das zuvorerwähnte Polykarbonat ist die Wärmeausdehnung „0,000021 mm/°C (0,000038 mm/1,8⁰C

0,000015 inches/°F). Wird zum Zweck der Erläuterung eine Temperatur der Form von ca. 72⁰C (ca. 16O⁰F) und eine Umgebungstemperatur von ca. 17⁰C (ca. 6O⁰F) angenommen, so wird sich das Aluminium beim Einlegen in die Form um ca. 0,00183 mm/mm ausdehnen, was annähernd der Schrumpfung des Polykarbonats ca. 0021 mm/mm (0,0015 inches/inch) über den angenommenen Temperaturbereich von 55° (TOO⁰F) nahekommt. Diese Ähnlichkeit der Schrumpfungswerte hilft zu verhindern, daß sich fertiggestellte Teile verziehen, nachdem sie aus der Form herausgenommen worden sind. Außerdem sollten sich in fertiggestellten Teilen über einen ausgewählten Bereich von Lagertemperaturen, beispielsweise von -62⁰C bis +85 C, keine wesentlichen inneren Spannungen aufbauen.

Das ausgewählte Plastikmaterial ist sehr starr (Elastizitätsmodul = 124 kg/mm²(800 ksi)),fest
(Zugfestigkeit = 2,24 kg/mm (14,5 ksi)und Biegefestig-

keit = 3,25 kg/mm (21 ksi)) und ausreichend zäh (ungekerbte Schlagfestigkeit = 1,653 mkg/cm (9ftlb/in)). Mit diesen Konstruktionseigenschaften eignet sich das Polykarbonat für den Gebrauch in einem zusammengesetzten Chassis. Außerdem weist das ausgewählte Polykarbonatmaterial eine Flammrate von UL 94-VO auf.

Wenn auch die ausgewählten und zuvorbeschriebenen Materialien kompatibel und thermisch im wesentlichen aufeinander gut abgestimmt sind, wird der Gebrauch von anderen Materialien nicht ausgeschlossen. In der Tat kann es für manche Anwendungen erwünscht sein, ein weniger sprödes Plastikmaterial als das Polykarbonat zu verwenden, insbesondere, wenn einige Schnappteile oder Gelenke erforderlich sind.

Der vorangegangenen Beschreibung kann entnommen werden, daß ein zusammengesetztes Metall- und Plastikchassis, welches für den Gebrauch bei elektronischen Ausrüstungen wünschenswerte elektrische und mechanische Eigenschaften aufweist, einfach und kostensparend hergestellt werden kann. Außerdem ist es in Bezug auf Sonderteile, wie besondere Service-Werkzeuge, wie Ersatzteile beim Zusammensetzen (wie beispielsweise Baue!ementbefestiger aus Plastik), wie Schilder usw.

einfach zu gießen.

Für Fachleute liegt es auf der Hand, daß das zuvorbeschriebene, zusammengesetzte Chassis für elektronische Teile auf viele Arten hergestellt werden kann, und daß die beschriebenen Materialien durch andere ersetzt

werden können. Alle hineinfallenden Abänderungen und Abwandlungen werden durch die vorangegangenen Ansprüche abgedeckt.

Claims

STRASSI5 it STOFKHIiGIiN O [^ / C 1 tit! nftl afc ■t***■! lldk _ ϊ·* l« Kitllllll «t |l|tf Jlttl Α##«**°Ιτ*·*ΆΛ ^^ ■ TEKTRONIX, Inc. Beaverton, Oregon 97077 München, 10. Dez. 1984 (V.St.A.) str-sh 14 593 Zusammengesetztes Chassis für ein elektronisches Gerät Patentanspruch

1. Zusammengesetztes Chassis für elektronische Geräte,
dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Unterlage (10) aus einem sehr dünnen Metallblech, aus Plastikkonstruktionsteilen, die mit dieser Unterlage durch Spritzgießen miteinander zu einem im wesentlichen starren Chassisaufbau verbunden sind und aus Plastikbefestigungstei 1 en, die auf die Unterlage aufgegossen sind, um die mechanische Verbindung von außenliegenden Teilen mit dem Chassis zu ermöglichen, besteht.

2. Zusammengesetztes Chassis nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Metallunterlage (10) Öffnungen aufweist, welche einzeln bzw. in Reihe Verbindungsstellen für durch die Öffnungen ragendes Plastikmaterial darstellt, um Versteiguns-, Befestigungs-, Verbindungspunkte bzw. -rippen zu bilden.

3. Chassis nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Randverstärkung aus Metall (10) und Kunststoff (24) durch aufgebogene, durch Schlitze getrennte Teile (22 )ausbildbar ist.

Ί- - - . -: 3 4 * § 1.6 O ■

4. Chassis nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,
daß für Festlegungs-, Durchführungs- 'oder Masseverbindungsstellen Streifen vom Metallblech aufgebogen (34,36) sind, welche vom Kunststoff (26) umgeben werden.

5. Chassis nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,
daß als Metall Aluminium und als Kunststoff ein Material aus 15 % Teflon und 20 % Glasfasern enthaltendes Polykarbonat gewählt wird.
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