DE4329422A1 - Elektromagnetisch geschützte Gehäuse und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektromagnetisch geschützte Gehäuse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für Anwendungen in der elektrotechnischen/elektronischen Industrie, die hohen mechanischen, thermischen, atmosphärischen, klimatischen und physikalischen Einwirkungen langzeitig ohne funktionsbeeinträchtigende Veränderungen widerstehen sollen, sowie deren Herstellungsverfahren. Die Haupt­ einsatzgebiete sind für Verteilerkästen der Nachrichten- und Informationstechnik und für abgeschirmte datenelektronische Systeme vorgesehen. Diese Gehäuse bestehen aus einer Kombination von profilierten Metallblechen und hochwertigen thermo- und duroplastischen Werkstoff verbunden.

Für die angeführten Einsatzzwecke von universellen Gehäusefamilien bestehen durch die verarbeitende Industrie Forderungen nach zuverlässigeren Werkstoffen, die sich auch durch eine lange Lebensdauer auszeichnen. Reine Kunststoffgehäusetypen, deren elektromagnetisch abschirmende Wirkung durch Additive mit freien Ladungs­ trägern (grafitische Strukturen, Metallfeinkörnungen und -fäden), durch Metallauf­ dampfungen oder durch intrinsische Leitfähigkeiten bewirkt werden, erfordern in der Regel auch eine ein- oder beidseitig aufgebrachte Isolierschicht zur Verhinderung von Kurzschlüssen, elektrostatischen Isolierungen und Berührungsschutz (Geräte­ sicherheit).

Der allgemeinen Anwendung von durch Beschichtungen oder Lackierungen isolierten Metallgehäusen stehen einige unbefriedigende Eigenschaften entgegen, wenn diese extremen Belastungen der eingangs beschriebenen Arten ausgesetzt werden:

• 1. Neigung zu Delaminationen der organischen Phasen, die vor allem durch Tempera­ turwechselbeanspruchungen verursacht werden und sich aus den verschiedenen TCE (Expansionskoeffizienten) der Werkstoffpaarungen ergeben.
• 2. Da ein organischer Oberflächenschutz die Diffusion von Gasen, darunter auch Wassermolekeln, nicht verhindern, sondern nur verzögern kann, ist auch ein Kontakt zu der metallischen Phase langzeitig nicht auszuschließen. Eine Wechselwirkung zu 1. ist damit gegeben.
• 3. Um den unter 2. genannten Effekt zu mindern, müssen korrosionsfeste oder korrosionsfestgemachte Metallbleche eingesetzt werden.
• 4. Für Gehäuseformen der beschrieben Art ergibt sich ein relativ hoher Massenein­ satz, der einer <Gewichtsminderung< entgegen steht.

Der derzeitige Stand der Technik ist von zahlreichen Handlungslehren gekennzeich­ net, um die beschrieben Mängel zu mindern oder zu beseitigen. Hierbei ist allerdings zu berücksichtigen, daß zuverlässige Langzeituntersuchungen an diesen Produkten nicht vorliegen bzw. vorliegen können, da die Betriebszeiten von z. B. nachrichten­ technischen Einrichtungen eine zuverlässige Lebensdauer von 30 Jahren aufweisen müssen.

So wird in der DE 19 53 062 ein Verfahren zur Minderung der Schrumpfung und zur Erzeugung glatter organischer Oberflächen beschrieben, indem Polymere mit Säure­ funktionen als Zusatzkomponenten vorgeschlagen werden. Einer Verbesserung der Lagerstabilität und des Oberflächenglanzes soll nach der DE 26 57 808 durch den Zusatz von Polyalkylenethermischpolymeren bewirkt werden. Der Zusatz von Pfropf­ polymeren auf Kautschukbasis soll zur Erhöhung der Zähigkeit des Oberflächen­ schutzes beitragen. Nach der EP 00 09 761 soll das Einbringen von Polyurethanen die Schlagfestigkeit und nach EP 00 92 098 der Zusatz von elastischen Blockpoly­ meren die Zähigkeit erhöhen.

Eine dauerhafte Verbindung von Metalloberflächen mit faserverstärkten Polyester­ formmassen konnte bisher nur unzureichend realisiert werden. Durch die Einbezie­ hung von z. B. Polymethylmethacrylaten, Polyvinylethern, Polyvinylbutylen u. a. kann dieses Haftverhalten durch den Klebeprozeß zwar verbessert werden, jedoch ist diese Beständigkeit bei der Anwendung von thermischen Lackierprozessen nicht gewährleistet. Ein Lösungsvorschlag zu dieser Problematik wurde für die Anwendung im Karosseriebau in der DE 40 02 218 unterbreitet und mit umfangreichen Prüfmate­ rial in den "Beispielen" belegt.

Geeignete Füllstoffe für die vielfach angewendeten Polyesterformmassen sind feinpulverige, körnige oder faserige anorganische und organische Materialien, wie Kreide, Kaolin, Dolomit, Schwerspat, Quarzmehl, Zement, Kieselgur, Talkum, Metall- und Glasphasen.

Sieht man von den im Karosseriebau weitgehend gelösten und hochaufwendigen Problemlösungen ab, so besteht für die vorliegende Aufgabe, der Herstellung von elektromagnetisch geschützten Gehäusen, ein technisch-ökonomischer Handlungs­ bedarf mit den spezifischen Anforderungen an diese Warengruppe.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die mit in dem vorletzten Absatz genannten Füllstoffen versehenen wärmehärtbaren ungesättigten Polyester-Urform­ massen in Verbindung mit Metallblechen zu einem mechanisch unlösbaren Verbund zu führen, der es gestattet, elektromagnetisch geschützte Gehäuse für die elektrische und elektronische Geräteindustrie preisgünstig und mit optimalen Eigenschaften her­ zustellen. Desweiteren, daß auch andere um- und urformbare gefüllte Thermo- und Duroplastformmassen eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß eine Veränderung der Metallblechoberflächengestaltung derartig durch­ geführt wird, daß das Blech parallel-alternierend über Strecken von 1 bis 5 mm geschlitzt und zwischen den Schlitzen alternierend und beidflächig gebeult wird, so daß sich das Blechprofil in 3- bis 5facher Dicke darstellt und daß die gebeulten Schlitze gleichsam Perforationen darstellen, durch die der Masseverbund des zu ver­ ankernden organischen Materials während des Verarbeitungsprozesses zwangsweise erfolgt. Für die Gehäuseformen bieten sich bei dieser Verfahrensweise die Halb­ schalen- oder die Grundplatten/Hauben-Technologien nach den üblichen Standardma­ ßen an. Gleichzeitig wird mit dieser Verfahrensweise die Biegefestigkeit und Form­ stabilität der Gehäuseanordnungen bedeutend gesteigert, was auch für den Einsatz dünnerer Bleche genutzt werden kann, um somit zu einer Gewichtsverringerung zu gelangen. Das elektrostatische Ableitungsvermögen dieser Anordnungen sei nur am Rande vermerkt.

Verarbeitungstechnisch können die schlitzperforierten Blechprofile nach den folgenden Methoden mit einen Kunststoffüberzug versehen werden:

• 1. Im beheizten Gesenk mit einer gefüllten Formmasse umpressen.
• 2. Im beheizten Gesenk mit einer gefüllten Formmasse spritzumpressen.
• 3. Das Profilblech beidseitig mit einer gefüllten Formmasse beschichten und im beheiztem Gesenk ur- oder umformen (Duroplaste, Thermoplaste).
• 4. Das Profilblech beidseitig mit einer gefüllten Thermoplastfolie lamellieren und im beheizten Gesenk umformen.

Die Anordnung der Schlitzperforierungen kann erforderlichenfalls für bestimmte Gehäuseformen auch nur partiell erfolgen, so daß z. B. Faltkanten und Randfelder unperforiert bleiben. Eine geometrisch einheitliche Oberfläche kann durch den stattfindenden Materialfluß der organische Phase gewährleistet werden.

Die Schlitzbeulungen der einzusetzenden Bleche werden durch einen modifizierten Walzprozeß unter Einsatz einer geeigneten Stanz/Beul-Ausstattung oder durch analoge Stanzprozesse durchgeführt. Als Blechgrundmaterialien können praktisch alle plastisch verformbaren eingesetzt werden, wobei Eisen und Aluminium, sowie deren Legierungen, die kostengünstigsten Lösungen darstellen. Für die Formpreßvorgänge der Kunststoffphasen auf die Gehäuseteile können diese zweckmäßig bereits in ihrer endgültigen Gestaltung eingesetzt werden.

Vom Grundsätzlichen her können fast alle modifizierten Konstruktions- und Funktions­ werkstoffe organischer Art eingesetzt werden, da die Probleme der Delaminationen bei der vorgeschlagenen Verfahrensweise nicht auftreten. Einbezogen sind hierbei die Gruppen der modernen hochtemperaturfesten Werkstoffe mit Dauerwärmeformbe­ ständigkeiten von z. B. 260°C, wenn der Anwendungsbezug dieses erfordert.

Als besonders vorteilhaft ist die Anwendung von duroplastischen Polyesterformmas­ sen, wie sie beispielsweise in der DE 40 02 218 beschrieben sind. Dieses reaktive organische Grundmaterial ist mit einem schwindungsreduzierenden thermoplastischen Polymer, einem faserförmigen Verstärkungsmittel und gegebenenfalls mit Eindic­ kungsmittel, Radikalbildnern Inhibitoren, Füllstoffen, Flammschutzmittel, Gleitmittel, Farbstoffen und/oder Pigmenten ausgerüstet. Vom besonderen Vorteil wäre diese Applikation, da für diese Materialgruppe umfassende Erfahrungen in der Elektroindu­ strie vorliegen und die maschinentechnische Seite dem Fachmann durchaus geläufig ist.

Die vorgeschlagenen elektromagnetisch geschützen Gehäuse sind mit den beschrie­ benen Herstellungsverfahren ohne hohe Aufwendungen herstellbar und stellen bezüglich der eingangs aufgezählten äußeren und inneren Einflußgrößen eine zeitnahe Optimierung dar. Dieses gilt in besonderer Hinsicht für die zunehmende Digitalisierung der Nachrichten- und Datenverarbeitungstechniken mit höchstempfind­ lichen III/V-Halbleitersystemen der neueren Generationen.

Ausführungsbeispiel

Für das Ausführungsbeispiel wird auf die folgende zeichnerische Darstellung eines Blechprofils für elektromagnetisch geschützte Gehäuse verwiesen.

In der Fig. 1 ist in vereinfachter Weise nur ein Ausschnitt eines Bleches (1) mit beidseitig gebeulten Schlitzen dargestellt, deren feinere Struktur aus der Fig. 2 zu entnehmen ist. Hierbei deuten die schraffierten Blechelemente Ausbeulungen oberhalb der Sichtebene (2) und die farblosen Blechelemente Ausbeulungen un­ terhalb der Sichtebene (3) dar.

Die Fig. 3 stellt die um 90° gedrehte Profilaufsicht eines mit einer gefüllten Polyesterformmasse (4) spritzumpreßten Blechausschnittes dar.

Der Verarbeitungsumgang mit organischen Duro- und Thermoplastmaterialien gemäß Seite 4 der Beschreibung gehört zum bekannten Stand der Technik.

Claims (4)

1. Elektromagnetisch geschützte Gehäuse, die aus Metallblechen bestehen und ein- oder beidseitig mit einem organischen Material nach allen bekannten Auftragsarten beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech mit parallel alternie­ renden Schlitzen versehen ist, die alternierend und beidseitig so weit ausgebeult sind, daß eine perforierte Strukturierung vorliegt, die eine 3- bis 5fache Blechprofildicke bewirkt und daß dieses System in der Art beidseitig mit einem organischen Material unter Wärme- und Druckeinwirkung beschichtet und durch die Perforation verbunden ist.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Gehäu­ seform vor dem Beschichtungsvorgang vorgebildet ist und in den Bereichen der Faltkanten und Randfelder keine Schlitzperforationen aufweist.

3. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Gehäu­ seform nach dem Beschichtungsvorgang gebildet wird und in den Bereichen der Faltkanten und Randfelder keine Schlitzperforationen aufweist.

4. Verfahren zur Herstellung von elektromagnetisch geschützten Gehäusen nach den Merkmalen des Anspruchs 1 oder einem der folgenden, die aus Metallblechen beste­ hen und ein- oder beidseitig mit einem organischen Material nach allen bekannten Auftragsarten beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung des Materialverbundes mit den folgenden Merkmalen durchgeführt wird:

• a. Herstellung von parallel alternierenden Schlitzen im Metallblech und deren alternie­ rende beidseitige Beulung mit Hilfe eines Walz- oder Stanzprozesses, deren kraft­ übertragende Teile mit einer Stanz/Beul-Ausrüstung versehen sind, in der Art , daß eine perforierte Struktur entsteht.
• b. Beschichtung der perforierten Blechstruktur mit urformbaren duroplastischen Formmassen unter der Einwirkung von höheren Drücken und Temperaturen.
• c. Beschichtung der perforierten Blechstruktur mit umformbaren thermoplastischen Formmassen unter der Einwirkung von höheren Drücken und Temperaturen.