DE4329422C2 - Elektromagnetisch geschützte Gehäuse und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Elektromagnetisch geschützte Gehäuse und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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- H05K9/0015—Gaskets or seals
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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 Werkstoffverbunden.
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 korrosionsfest gemachte Metallbleche eingesetzt werden.
- 4. Für Gehäuseformen der beschriebenen 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 beschriebenen Mängel zu mindern oder zu beseitigen. Hierbei ist al
lerdings zu berücksichtigen, daß zuverlässige Langzeituntersuchungen an diesen
Produkten nicht vorliegen bzw. vorliegen können, da die Betriebszeiten von z. B.
nachrichtentechnischen Einrichtungen eine zuverlässige Lebensdauer von 30 Jahren
aufweisen müssen.
So wird in der DE-OS 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-OS 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-OS 00 09 761 soll das Einbringen von Polyurethanen
die Schlagfestigkeit und nach EP-OS 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-OS 40 02 218 unterbreitet und mit umfangreichen Prüfmate
rial in den Beispielen belegt.
In der DE 36 08 938 A1 wird ein beidseitig beschichtetes Gehäuse mit Faraday′schen
Eigenschaften beschrieben, in dem ein mit regelmäßiger und versetzter Lochung
versehenes Kupferblech - hier als Sieb bezeichnet - unter Verwendung von adhäsiven
Mitteln mit Kunststoffen beschichtet. Eine innige Verbindung der Kunststoffschichten
wird transfer durch die Löcher bedingt.
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. Des weiteren, 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 z. B. 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 einem 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 organischen 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 Funk
tionswerkstoffe organischer Art eingesetzt werden, da die Probleme der Delaminatio
nen bei der vorgeschlagenen Verfahrensweise nicht auftreten. Einbezogen sind
hierbei die Gruppen der modernen hochtemperaturfesten Werkstoffe mit Dauerwärme
formbeständigkeiten 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-OS 40 02 218 beschrieben sind. Dieses reaktive
organische Grundmaterial ist mit einem schwindungsreduzierenden thermoplastischen
Polymer, einem faserförmigen Verstärkungsmittel und gegebenenfalls mit Eindic
kungsmitteln, Radikalbildnern, Inhibitoren, Füllstoffen, Flammschutzmitteln, Gleit
mitteln, Farbstoffen und/oder Pigmenten ausgerüstet. Vom besonderen Vorteil wäre
diese Applikation, da für diese Materialgruppe umfassende Erfahrungen in der
Elektroindustrie vorliegen und die maschinentechnische Seite dem Fachmann durch
aus geläufig ist.
Die vorgeschlagenen elektromagnetisch geschützten Gehäuse sind mit den be
schriebenen 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.
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 (2)
1. Elektromagnetisch geschützte Gehäuse, die aus Metallblechen bestehen und ein-
oder beidseitig mit einem organischen Material beschichtet sind, dadurch gekenn
zeichnet, daß das einzusetzende Metallblech mit einer Anzahl parallel nebeneinander
verlaufender Reihen von Paaren paralleler Schlitze mit einer vorgebenen Länge
versehen ist, wobei die Schlitzpaare benachbarter Reihen gegeneinander versetzt
angeordnet sind und die Bereiche des Metallbleches zwischen den Schlitzen jeweils
eines Schlitzpaares alternierend nach beiden Seiten des Metallblechs so weit ausge
beult sind, daß eine perforierte Strukturierung vorliegt, die eine 3- bis 5fache Blech
profildicke bewirkt und daß dieses Metallblech beidseitig mit einer Schicht aus organi
schem Material versehen ist, wobei diese Schichten durch die Perforationen verbun
den sind.
2. Verfahren zur Herstellung von elektromagnetisch geschützten Gehäusen nach den
Merkmalen des Anspruches 1, die aus Metallblechen bestehen und ein- oder beidsei
tig 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 nebeneinander verlaufender Reihen von Paaren paralleler Schlitze mit einer vorgebenen Länge mit Hilfe eines Walz- oder Stanzprozesses, wobei die Schlitzpaare benachbarter Reihen gegeneinander versetzt angeordnet und die Bereiche des Metallbleches zwischen den Schlitzen jeweils eines Schlitzpaares alternierend nach beiden Seiten des Metallblechs so weit ausgebeult sind, daß eine perforierte Strukturierung vorliegt.
- b. Beschichtung der perforierten Blechstruktur mit urformbaren duroplastischen Formmassen unter der Einwirkung von höheren Drücken und Temperaturen, oder
- c. Beschichtung der perforierten Blechstruktur mit umformbaren thermoplastischen Formmassen unter der Einwirkung von höheren Drücken und Temperaturen.
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