DE3445160C2

DE3445160C2 - Chassis für ein elektronisches Gerät

Info

Publication number: DE3445160C2
Application number: DE3445160A
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: 1992-06-17
Anticipated expiration: 2004-12-12
Also published as: GB8421914D0; GB2151409B; JPS60144997A; CA1232669A; JPH0222557B2; DE3445160A1; US4813194A; NL8402723A; FR2556917A1; GB2151409A

Abstract

Ein zusammengesetztes Chassis für ein elektronisches Gerät beinhaltet eine Metallblechunterlage, welcher einspritzgegossene Plastikkonstruktionsteile und andere Kleinteile zugefügt werden. Bestimmte Befestigungsteile ermöglichen eine gute mechanische und elektrische Verbindung von außenliegenden Rahmenelementen, Bauelementen und anderen Teilen mit dem Chassis.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Chassis für ein elektronisches Gerät.
Chassis, die grundsätzlich aus Metallblech hergestellt sind, werden seit langer Zeit für elektronische Geräte für eine Anzahl von mechanischen und elektrischen Zwecken benutzt. Das Chassis kann 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 Metallchassiskonstruktion eine Anzahl von Problemen auf. Die Vorbereitung des Metallblechs, einschließlich des Zuschneidens, 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 Metallverarbeitungsverfahren schwierig einzuhalten. Mechanische Kleinteile wie Schrauben, Muttern, Dichtungsringe, Bügel, Stifte usw., werden für die Befestigung des Chassis an andere Rahmenelemente und für die Befestigung von Einzelteilen und Baugruppen an das Chassis gebraucht. Demgemäß ist die Menge von benötigten Teilen groß. Das Zusammensetzen braucht lange Zeit, und wenn für das Einsetzen von 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 richtig zu stellen.
Es ist ebenfalls bekannt, Gehäuse und Behälter für elektronische Geräte aus Kunststoffspritzguß herzustellen. Dies trifft insbesondere im Falle von kleinen oder tragbaren Vorrichtungen wie beispielsweise Fernsehgeräten und bestimmten Test- oder Meßinstrumenten zu. Die Kosten für Kunststoffguß sind niedrig. Viele Teile wie Bügel, Halter und Abstandshalter, können eingespritzt werden, wodurch die Anzahl der Einzelteile verringert und die Zeit für die Endmontage vermindert werden. Außerdem können durch 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 Teilen fast genauso mühsam bei einem Basisteil aus Kunststoff wie bei einem Metallchassis, da beim Gießen häufig menschliche Fehler wie beispielsweise das Weglassen von Teilen aus dem Guß und unsauberes Einsetzen in eine Ultraschall-Schweißeinrichtung vorkommen. Elektrisch gesehen, wirken Kunststoffe als Isolatoren und können deshalb nicht zum Erden von Schaltungen oder als elektrische Abschirmungen benutzt werden. Versuche, den Kunststoff 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 mit denen von Kunststoff zu kombinieren.
Die Lösung der Aufgabe führt zu einer Chassisgrundausbildung mit Metallblech als Unterlage mit hinzugefügten spritzgegossenen Kunststoffteilen und anderen Einzelteilen darauf. Der Metallblechteil kann in einem oder zwei Stanzvorgängen hergestellt werden, was die Herstellzeit und -kosten bedeutend verringert. Da eine Kunststoffverstärkung verwendet wird, kann das Metallblech eine geringere Stärke haben, als es normalerweise für Chassiskonstruktionen verwendet wird: dadurch werden Materialkosten und Gewicht vermindert. Die Metallblechunterlage 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 den Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnungen, näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Blechunterlage für ein zusammengesetztes Chassis für ein elektronisches Gerät,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Unterlage aus Fig. 1 mit darauf punktgegossenen Kunststoffkleinteilen,
Fig. 3 eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht eines in einem Stück gegossenen Stützgliedes,
Fig. 4A bzw. 4B Querschnitte in Längs- oder Querrichtung eines Befestigungskleinteils zur Sicherstellung eines guten Masseverhaltens zwischen dem erfindungsgemäßen Chassis und einem vorderen oder hinteren Gußteil und
Fig. 5 bis 7 beispielhafte einzelne Chassisbefestigungen.
In Fig. 1 wird eine Draufsicht auf ein ebenes Metallblech dargestellt, das als Unterlage 10 für ein zusammengesetztes Chassis bestimmt ist. Die Unterlage 10 kann geeigneterweise aus jedem metallischen, leitenden Material, bevorzugt Aluminium wegen seines geringen Gewichts, durch geeignete Metallblechverarbeitung wie beispielsweise Prägen, Stanzen, Abscheren und Biegen hergestellt werden. Die Unterlage 10 kann eine elektrische Erdung oder eine Abschirmung darstellen. 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 Ganzmetallchassis verwendet wird.
Nach einer in Fig. 1 dargestellten Bearbeitung wird die Unterlage als ein Einsatz in eine Spritzgußmaschine gesteckt, in welcher zur Herstellung von Strukturelementen und anderen benötigten Einzelheiten Kunststoff zugefügt wird (siehe auch Fig. 2). Mit Hilfe von Lochreihen 12 entlang den Kanten des Metallblechs können Versteifungsrippen unmittelbar dadurch gebildet werden, daß der Kunststoff auf beiden Seiten des Metallblechs verteilt und durch die Löcher vereinigt wird, so daß einstückige, aufgeschweißte Kunststoffelemente entstehen, die von der Metallunterlage 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 räumliche Beziehung zur Unterlage 10 dargestellt, das wie "aufgenäht" aussieht.
Stirnglieder 18 und 20 werden an Ort und Stelle angeformt und mit der übrigen Kunststoffstruktur verbunden, die sie festhalten. Dies ist beispielhaft für ein Verfahren zum Anfügen von Kunststoffteilen zu dem Gesamtgebilde, ohne daß Löcher in die Metallunterlage 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 Spritzgußverfahren ausgeformt werden. Die Bezeichnung "Punktausformung" soll die Auswirkung der Ausformung von Einzelteilen an den dafür benötigten Stellen beschreiben.
Um die Metallblechunterlage 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 Hinterrahmengußteilen herstellt. In das Metallblech wird neben seiner Kante eine Reihe von Schlitzen angebracht, so daß sich Lappen 22 ergeben, die abwechselnd aufgebogen werden (vgl. Fig. 4A und 4B). Durch Eingießen im Kunststoff 24 ergibt sich somit eine Randverstärkung. Außerdem entsteht ein Loch, in das sich eine selbsthaltende Metallschraube einschrauben läßt.
Die Fig. 5-7 zeigen weitere Einzelheiten von Befestigungsmöglichkeiten. So zeigt Fig. 5 einen Abstandshalter 26 zur Anbringung von Schaltungsplatten auf einem Chassis. Die Bohrung 28 verengt sich nach oben, so daß sich eine Schulter 30 ergibt. Diese Ausbildung kann zur Anbringung von Teilen aus Metall oder Kunststoff dienen, einschließlich Kunststoffdruckbefestigern, -schnappbefestigern oder sogar Nieten. Einige der zuvor erwähnten Befestigungsteile können interessant sein, weil dadurch die Anbringung des Schaltelements an das zusammengesetzte Chassis vereinfacht wird. Außerdem können die Befestigungsteile in den meisten Fällen ohne Werkzeug angebracht 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 Metalleinsatz 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 26 so aufgebaut, daß eine Beanspruchung des Kunststoffs dadurch verhindert wird, daß kein Zusammendrücken stattfindet. Hier sind aus der Metallunterlage ein oder mehrere Finger 36 ausgestanzt und nach oben gebogen worden, um eine Abstützung für ein Schaltelement oder ein anderes Teil zu bilden. Da der Kunststoff nicht zusammengedrückt wird, ergibt sich eine konstante Zugbelastung, wie sie beispielsweise für eine gasdichte Abdichtung erforderlich ist.
Die für die Metallunterlage und die Kunststoffstruktur verwendeten Materialarten sind gewöhnlich nicht kritisch. In manchen Fällen kann es erwünscht sein, das Metall und den Kunststoff aufeinander abzustimmen, um Beanspruchungen zu verhindern, die sich aufgrund unterschiedlicher Temperaturkoeffizienten in Form unterschiedlicher Ausdehnung und Zusammenziehung ergeben.
Aluminium wird für die Unterlage bevorzugt, weil es nur geringes Gewicht und gute elektrische Leitfähigkeit aufweist. Als Kunststoff wurde ein 15% Teflon und 20% Glas enthaltendes Polykarbonat gewählt, um den Kunststoff und das Aluminium weitgehend aufeinander abzustimmen.
Die Wärmeausdehnung von Aluminium liegt bei 23,8 × 10^-6/°C, und für das zuvor erwähnte Polykarbonat ist die Wärmeausdehnung 27 × 10^-6/°C. Wird zum Zweck der Erläuterung eine Temperatur der Form von ca. 72°C (ca. 160°F) und eine Umgebungstemperatur von ca. 17°C (ca. 60°F) angenommen, so wird sich das Aluminium beim Einlegen in die Form um ca. 13,1 × 10^-4 mm/mm ausdehnen, was annähernd der Schrumpfung des Polykarbonats von ca. 14,85 × 10^-4 mm/mm über den angenommenen Temperaturbereich von 55°C (100°F) 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 -62°C bis +85°C, keine wesentlichen inneren Spannungen aufbauen.
Der ausgewählte Kunststoff ist sehr starr ( Elastizitätsmodul = 5,5 × 10⁹ Pa (800 ksi)), fest (Zugfestigkeit = 1 × 10⁸ Pa (14,5 ksi) und Biegefestigkeit = 32 × 10⁴ Pa (21 ksi)) und ausreichend zäh (ungekerbte Schlagfestigkeit = 0,4807 J/mm (9 ft-1 b/in)). Mit diesen Eigenschaften eignet sich das Polykarbonat für den Gebrauch in einem zusammengesetzten Chassis. Außerdem weist das ausgewählte Polykarbonat eine Flammrate von UL 94-VO auf.
Wenn auch die ausgewählten und zuvor beschriebenen Stoffe kompatibel und thermisch im wesentlichen aufeinander gut abgestimmt sind, wird der Gebrauch von anderen Stoffen nicht ausgeschlossen. In der Tat kann es für manche Anwendungen erwünscht sein, einen weniger spröden Kunststoff als Polykarbonat zu verwenden, insbesondere, wenn einige Schnappteile oder Gelenke erforderlich sind.
Der vorangegangenen Beschreibung kann entnommen werden, daß ein zusammengesetztes Metall- und Kunststoffchassis, welches für den Gebrauch bei elektronischen Einrichtungen wünschenswerte elektrische und mechanische Eigenschaften aufweist, einfach und kostensparend hergestellt werden kann. Außerdem ist es in Bezug auf Sonderteile, wie besondere Service-Werkzeuge, Ersatzteile beim Zusammensetzen wie beispielsweise Bauelementbefestiger aus Kunststoff, Schilder usw. einfach zu gießen.

Claims

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

2. Chassis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallunterlage (10) einzeln bzw. in Reihe Öffnungen aufweist und daß auf der Metallunterlage Versteifungs-, Befestigungs-, Verbindungspunkte bzw. -rippen aus Kunststoff ausgebildet sind, der durch die Öffnungen hindurchragt.

3. Chassis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Randverstärkung durch abwechselnd aufgebogene Lappen (22) am Rand der Unterlage eingegossen in Kunststoff (24) gebildet ist.

4. Chassis nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für Festlegungs-, Durchführungs- oder Masseverbindungsstellen Streifen vom Metallblech aufgebogen (34, 36) sind, welche vom Kunststoff (26) umgeben sind.

5. Chassis nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Aluminium und als Kunststoff ein 15% Teflon und 20% Glas enthaltendes Polykarbonat gewählt wird.