EP0472698A1 - Abgeschirmter pc - Google Patents

Abgeschirmter pc

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Publication number
EP0472698A1
EP0472698A1 EP19910906080 EP91906080A EP0472698A1 EP 0472698 A1 EP0472698 A1 EP 0472698A1 EP 19910906080 EP19910906080 EP 19910906080 EP 91906080 A EP91906080 A EP 91906080A EP 0472698 A1 EP0472698 A1 EP 0472698A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
personal computer
shielded
computer according
radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP19910906080
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Vielhaben
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PANAVIA AIRCRAFT GmbH
Original Assignee
PANAVIA AIRCRAFT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PANAVIA AIRCRAFT GmbH filed Critical PANAVIA AIRCRAFT GmbH
Publication of EP0472698A1 publication Critical patent/EP0472698A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0073—Shielding materials
    • H05K9/0081—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding
    • H05K9/0088—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding comprising a plurality of shielding layers; combining different shielding material structure
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/18—Packaging or power distribution
    • G06F1/181—Enclosures
    • G06F1/182—Enclosures with special features, e.g. for use in industrial environments; grounding or shielding against radio frequency interference [RFI] or electromagnetical interference [EMI]

Definitions

  • the invention relates to a shielded personal computer, i.e. a PC that is shielded against (high-frequency) electromagnetic (radio) radiation, or "eavesdropping", and thus the possibility of reading the data by unauthorized third parties, but is still locally mobile, i.e. remains portable.
  • a shielded personal computer i.e. a PC that is shielded against (high-frequency) electromagnetic (radio) radiation, or "eavesdropping", and thus the possibility of reading the data by unauthorized third parties, but is still locally mobile, i.e. remains portable.
  • Such computers are of great importance when used in areas requiring confidentiality, which include not only military areas of application, but often also development departments in industry, because they prevent unauthorized data interception (via the
  • Such shielded computers which are also called radiation-preventing or suppressing devices, are divided into four classes, class 1 being the least shielded and class 4 the best, ie the safest class.
  • the aim of the invention is therefore a PC that is so strongly electromagnetically shielded that practically no unauthorized reading or listening to the unprotected data is possible practically outside the usual workspace, in particular a PC that at least meets the requirements of class 4 of the current definition.
  • outer computer housing being made of a ferromagnetic material with high permeability and all of its components being copper-plated and additionally tinned, and this outer computer housing being nested with a second, inner Faraday * cage and by all bushings being designed as damping HF chimneys are. Additional constructive measures in the design and system assembly / assembly of the individual electronic components of the computer hardware reinforce the shielding effect.
  • Attached absorber materials convert the field energies into heat.
  • the outer Faraday's cage is made of a ferro-magnetic material with high permeability especially for damping the magnetic field components. Since the use of Permalloy or Dynamoblech IV is not always given in terms of production technology, components made from deep-drawn sheet metal must be heat-treated accordingly, if necessary. All components are copper-plated for better surface conduction. In order to ensure good electrical contact with the inserted contact spring strips, the housing components are additionally tinned, which has an additional absorbing effect due to the electromagnetic penetration.
  • the copper plating and tinning is essential for the shielding of all transitions that are not sealed by contact springs.
  • the inner housing that is to say the actual housing which contains the computer, preferably consists of 1 mm thick electrolytic copper.
  • All outgoing signal lines are double shielded, with the inner shield also connected to the innermost cage and the outer to the U housing of the computer.
  • PC is a system consisting of a computer unit (chip microelectronics on printed circuit boards plus mass storage and drives in one housing), keyboard, monitor (screen) and printer, the power lines and data cables form the individual, external inputs - / output devices the critical,
  • ⁇ Power cable can use a suitable filter
  • Positive openings for ventilation, cable inlets and openings for floppy disks as well as exchangeable disks are realized by hollow-conductor openings that are operated below the critical wavelength due to their physical dimensions.
  • the shielding is partly in the special application a known components for this special purpose of the shielded PC; partly these are new components that have been adapted for this special purpose, the suitable combination having the desired effect.
  • the radiation from the main housing cover is shielded by the use of beryllium contact spring strips and a low-torsion cover construction
  • the radiation from the system board is shielded by using a copper inner housing, preferably made from Irrm electrolytic copper, 7. the radiation from the cathode ray tube of the
  • the monitor is shielded by using a special screen with HF sealing gauze
  • the suppression of radiation is primarily achieved through the implementation of a double Faraday cage.
  • the outer cage encloses all system components in the form of individual housings for computers, printers, monitors and keyboards.
  • the outer shielding lies on a common shielding potential.
  • All electronic components are insulated and isolated inside the outer housing and enclosed with a second Faraday's cage. This results in an inner and an outer shield, the shielding potential of which is different from one another.
  • the cable connections between the individual outer housings are double-shielded lines, the inner cable shield lying on the inner shielding potential and the outer cable shielding on the outer shielding potential. So the double Farada 'see cage is not canceled by the cable connections.
  • the computer system normally consists of four individual devices that are connected to one another by data cables (signal lines). These 4 devices are:
  • the computer, monitor and printer have their own power supply with appropriate HF filtering.
  • the network is fed into the computer, monitor and printer via a normal IEC socket with a downstream EMI filter to block RF signals via the mains supply.
  • the cable bushings are protected against escaping radiation by special covers with HF chimneys.
  • the ventilation openings are sealed with a honeycomb filter.
  • the computer case is made of annealed deep-drawn sheet steel.
  • the steel sheet is copper-plated and tinned for better radiation reduction.
  • the housing has two large side openings that are closed with lids made of the same material.
  • the covers are screwed together in one fold and for better contact with beryllium-copper contact spring strips Mistake.
  • the connecting cables to the printer, monitor and keyboard are routed out of the housing via screw connections with an attached HF chimney made of electrolytic copper. Penetrations that are not used are sealed with electrolytic copper plates of approx. 1.5 mm thickness.
  • the cable entries are made using a known R + S HF connector.
  • the calculation of the HF chimneys, which are intended for all feedthroughs that emit, is given at the end of the description using an example for Hi ⁇ Wel l en '.
  • Mains filter housing made of copper
  • CPU housing made of copper
  • Mass storage housing with front plate made of ordinary sheet metal, but copper and tin-plated
  • Power supply housing made of tinplate galvanized on both sides
  • Ventilation fan f) Signal outputs (plug) for connecting the data cable
  • the line filter housing is made of soldered copper sheet (approx. 1 mm, preferably electrolytic copper). It is screwed to the outer computer housing in a conductive and HF-tight manner.
  • the line filter housing houses a special EMI filter.
  • the EMI filter shuts off the RF signals that are directed towards the outside via the mains cable.
  • the EMI filter principle is known per se, but here a special design takes place, a common-mode suppression takes place via a suitably wound yoke.
  • the filter must therefore be calculated for the respective size.
  • the position of the components is important, as is the physical dimensions. To avoid parasitic capacitances, the capacitors must be at a certain point with the metal wall be glued, which must be determined experimentally for different types of line filter housings in order to achieve damping optimization.
  • the CPU case is made of soldered copper sheet (approx. Lirai, preferably electrolytic copper).
  • the CPU case has a screwed metal sealing lid that can be removed for service purposes.
  • the multiple screw connection is one calculated
  • the CPU housing accommodates the CPU main board and the extensions (plug-in cards) plugged into the main board.
  • the CPU housing is insulated into the outer computer housing by means of six plastic spacers. Signal lines are led out of the CPU housing from openings in the housing wall, which are secured against HF leakage by HF chimneys with inserted HF sealing foam. These lines lead to the connectors on the outer wall of the computer case. (See f)). As mentioned earlier, the example given at the end can be used to calculate the HF chimneys
  • the mass storage case with front panel is built into the computer case from the front.
  • the mass storage case contains: hard disk, floppy disk drive and removable disk drive.
  • the housing is made of sheet steel, which is copper-plated and tinned, and the front plate is milled from full aluminum (preferably approx. 3 mm)
  • the hard disk is built into a sheet steel insert - the hard disk can be removed from the computer after finishing work.
  • the front plate of the insert has a circumferential fold which, when inserted, engages in the front plate of the mass storage housing with a projecting shoulder which dampens the radiation.
  • control openings for the removable disk and the floppy disk drive are designed as HF chimneys.
  • the example given at the end can be used to calculate the HF chimneys.
  • the key switch for keyboard lock and power switch as well as the operating status LEDs and the reset and load switches are built into the front panel.
  • All bushings and passageways, e.g. B. the light-emitting diode holes are designed as HF chimneys.
  • the mass storage housing with front panel is sealed with a circumferential metal cord for better contact.
  • This seal is placed under high mechanical pressure by means of a screw or clamping attachment.
  • This metal cord is a commercial product consisting of conductive rubber and a copper / iron mixture. Since a pressure of several kg / cm 2 is to be achieved, a screw fastening, e.g. B. with M4 or M5 screws, preferred.
  • the power supply housing is a largely closed sheet metal housing made of tinplate galvanized on both sides. It contains the power supply boards and a fan for heat dissipation.
  • the power supply housing is built on top of the CPU housing, so it has an inner potential.
  • the Ohmic resistance at the contact points between the power supply housing and the CPU housing should be as low as possible and care should also be taken to avoid possible corrosion.
  • the direct assembly of the power supply housing on the CPU housing suppresses the radiation at the source, i.e. where the highest currents flow.
  • the direct mounting of the power supply housing on the CPU housing also creates the shortest possible cable routes.
  • the computer outer housing is provided with openings for ventilation of the interior.
  • the breakthroughs are secured with known honeycomb filters against HF radiation leakage.
  • Several built-in fans ensure the circulation of the indoor air.
  • the heat of the CPU inner casing is dissipated to the outside in the exchanger principle.
  • the monitor housing completely encloses the commercially available monitor.
  • a plastic disc with a fine-meshed metal gauze is used.
  • the metal gauze is completely conductively connected to the monitor housing.
  • the metal gauze consists of an iron / copper alloy, with a good conductive Connection of the crossing points of the individual wires must be observed.
  • the mesh size results from the critical wavelength and is preferably less than 1 mm.
  • Mesh size is chosen according to the critical wavelength. So that a color rendering is possible, that is
  • gauze nets made of nylon threads are known as contrasting disks and gauze nets were also used in X-ray technology. Until now, such networks were only useful for black and white images. It is only through the inclination that you get a color-compatible net.
  • a line filter is used to filter out the image information signals of the monitor on the voltage supply line.
  • the inner housing of the line filter results from its embodiment.
  • the line filter solution is generally known.
  • the inner housing ie the monitor housing, is not connected to the outer housing, so that there are two different ground potentials.
  • the mains filter is attached to the outside of the monitor housing so that the largest possible HF separation of the interior is achieved.
  • the individual housing parts are made of specially heat-treated and therefore magnetically significantly improved thin sheet.
  • the sheet is copper-plated and tinned for optimal attenuation of the HF when passing through the housing wall. All housing parts . are screwed together using the tinning as a sealing medium.
  • the sheet metal of the housing parts is about 4 to 5 times better than normal sheets due to the soft annealing.
  • the printer housing which is also made of steamed deep-drawn sheet, preferably copper-plated and tinned, consists of an upper and a lower shell. To operate the printer, the top cover must be opened up.
  • the EMI line filter is flanged from the inside to the rear of the printer housing in a housing.
  • the individual housing parts are preferably copper-plated and tinned.
  • a shielded plastic pane like the one used for the monitor housing, allows a view of the display elements of the printer.
  • a fine metal gauze is inserted into this plastic disc, which is connected to the housing with a low resistance all around by a press frame.
  • an all-round seal is made with beryllium-copper contact spring strips.
  • the two locking levers ensure a high contact pressure on the sealing surfaces.
  • the contact spring strips which represent a mechanical and electrical connection, replace the multiple screw connection, e.g. is used to connect the mass storage enclosure to the front panel.
  • the printer only works when the cover is closed. When the cover is open, the mains voltage supply to the printer is interrupted, so that no compromising radiation can occur;
  • the keyboard is built into an aluminum housing.
  • The. Keycaps of the keyboard can for technical reasons, ie. because of the need for user operation, no further shielding.
  • the HF shielding takes place here through a special layout of the keyboard logic.
  • the keyboard switches are actuated via a plastic bushing that leads through a metal shield plate mounted over the circuit board. This screen plate is preferably a 3-4 mm thick aluminum plate.
  • the cable bushings therefore form HF chimneys themselves.
  • the tube of the cable duct is designed as an HF chimney, which further increases the HF tightness of the connection.
  • All individual parts of the cable duct are made of high quality, i.e. sufficiently hard, electrolytic copper.
  • the contact to the outer housing is again made by several screws that generate high contact pressure 5.
  • the computer outer casing 0 is provided with openings.
  • the breakthroughs are secured with honeycomb filters to prevent HF radiation from escaping.
  • honeycomb filters are generally known.
  • filters made of silver-plated copper are used, which are inserted into the slots in the outer housing.
  • the honeycomb size 5 results from the critical wavelength.
  • the thickness of these filters is approximately 2 cm and the honeycombs are preferably used in a frame, for example 2.5 cm thick.
  • the damping on the device is fundamentally dependent on the housing, since the outer surfaces of the housing are not homogeneous. It can therefore vary from place to place on the housing. With just a few trials, you can determine what is best for a particular device type.
  • the assumed waveguide is approx. 140/10/100 mm (W / H / L).

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Description

Abgeschir ter PC
Die Erfindung betrifft einen abgeschirmten Personalcomputer, d.h. einen PC, der gegen (hochfrequente) elektromagnetische (Radio-) Abstrahlung, bzw. "Abhören", und somit die Möglichkeit des Ablesens der Daten durch unbefugte Dritte abgeschirmt ist, aber trotzdem örtlich mobil, d.h. transportabel bleibt.
Solche Computer sind bei Verwendung in geheimhaltungs¬ bedürftigen Bereichen, wozu nicht nur militärische Einsatzgebiete, sondern häufig auch Entwicklungsabteilungen der Industrie gehören, von großer Wichtigkeit, denn sie verhindern die unbefugte Datenabhörung (über die vom
Computer induzierten elektromagnetischen Felder) , oder zumindest erschweren sie diesen Vorgang ganz beträchtlich.
Der einfachste Weg, einen Computer abzuschirmen, sodaß er abhörsicher wird, wäre der Einbau des Computers in einen Faraday'sehen Käfig. Damit könnte der Raum, in dem der Computer aufgestellt ist, entsprechend abgeschirmt werden. Dies bedeutet aber, daß der Computer nur in diesem Raum verwendet werden kann, also nicht mehr mobil ist. Außerdem hat es sich gezeigt, daß die Arbeitsbedingungen für das
Bedienungspersonal in einem solchen, notwendigerweise recht kleinen und fensterlosen, abgeschirmten Raum, auf längere Dauer absolut unzumutbar sind.
Es besteht also ein Bedarf, zur abhörsicheren Abschirmung von PC's in gewöhnlichen Arbeitsräumen und zwar in solcher Weise, daß die Abschirmung mit dem Computer selbst integriert ist, was den weiteren Vorteil hat, daß der Computer mobil bleibt und das Bedienungspersonal in gewohnten Arbeitsräumen arbeiten kann.
Es gibt im Handel abgeschirmte PC's, bei denen die Dämpfung
-2- elektronisch über elektrische Bausteine erfolgt. Derartige abgeschirmte Computer, die auch abstrahlungsbehindernde oder -unterbindende Geräte genannt werden, werden in vier Klassen eingeteilt, wobei Klasse 1 die am wenigstens abgeschirmte und Klasse 4 die beste, also die sicherste Klasse ist.
Aber auch diese handelsüblichen, nach den TÜV-Vorschriften abgeschirmten PC's haben immer noch soviel Abstrahlung, daß die beim Arbeiten umgesetzten Informationen außerhalb des Arbeitsraumes, und manchmal sogar auf Entfernungen von 100 m bis mehreren hundert Metern unter Zuhilfenahme von Spezialabhörgeräten unbefugt mitgelesen werden können. Ein mobiles Gerät, das außerhalb des Arbeitsraumes nicht mehr mitgelesen werden kann, ist noch nicht bekannt.
Ziel der Erfindung ist demnach ein PC, der so stark elektromagnetisch abgeschirmt ist, daß praktisch außerhalb des üblichen Arbeitsraumes kein unbefugtes Mitlesen oder Mithören der ungeschützten Daten möglich ist, insbesondere ein PC, der mindestens die Anforderungen der Klasse 4 der derzeitigen Definition erfüllt.
Dies wird erreicht, indem das äußere Rechnergehäuse aus einem ferromagnetischen Material mit hoher Permeabilität besteht und seine sämtlichen Komponenten verkupfert und zusätzlich verzinnt sind und dieses äußere Rechnergehäuse mit einem zweiten, inneren Faraday*sehen Käfig verschachtelt ist und daß sämtliche Durchführungen als dämpfende HF-Kamine ausgebildet sind. Zusätzliche konstruktive Maßnahmen bei der Auslegung und dem Systemzusammenbau/Montage der einzelnen elektronischen Komponenten der Rechnerhardware verstärken den Abschirmungseffekt.
Durch die Art der Konstruktion wird der Austritt unerwünschter Signale sowohl über zwangsläufige Öffnungen in den Gehäusen als auch über die abgehenden Signalleitungen (=Datenkabel) vermindert. Die Verschachtelung zweier Faraday'scher Käfige ergibt bei geeigneter Auslegung eine hinreichende Gesamtdämpfung.
Angebrachte Absorbermaterialien wandeln die Feldenergien in Wärme um. Der äußere Faraday'sehe Käfig besteht speziell zur Dämpfung der magnetischen Feldkomponenten aus einem ferro agnetischen Material mit hoher Permeabilität. Da der Einsatz von Permalloy oder Dynamoblech IV fertigungstechnisch nicht immer gegeben ist, müssen aus Tiefziehblech erstellte Komponenten wo nötig entsprechend wärmebehandelt werden. Zur besseren Oberflächenleitung sind sämtliche Komponenten verkupfert. Um einen guten elektrischen Kontakt zu eingebrachten Kontaktfederstreifen zu gewährleisten, sind die Gehäusekomponenten zusätzlich verzinnt, was aufgrund der elektromagnetischen Durchdringung zusätzlich absorbierende Wirkung hat.
Das Verkupfern und Verzinnen ist wesentlich für die Abschir¬ mung alle Übergänge, die nicht durch Kontaktfedern abgedich¬ tet sind. Nicht nur das gesamte Außengehäuse wird, wie oben erwähnt, aus getempertem Tiefziehblech hergestellt, sondern auch das Druckergehäuse. Das innere Gehäuse, also das eigentliche Gehäuse, das den Rechner enthält, besteht vor¬ zugsweise aus 1 mm starkem Elektrolytkupfer.
Alle abgehenden Signalleitungen sind doppelt geschirmt, wobei der innere Schirm auch mit dem innersten Käfig Verbindung und der äußere zum U gehäuse des Rechners hat.
Obwohl sich dadurch die über Kabel (Signalleitungen) angeschlossenen Komponenten in das Konzept der verschachtelten Abschirmung einbeziehen lassen, bilden diese Kabelverbindungen Schwachstellen. Aus diesem Grund sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich, nämlich ein korrekter Leitungsabschluß, Ableitwiderstände zwischen den einzelnen Schirmen und geeignete Kabellängen, um Mantelwellen (also stehende Wellen) im Kabel zu vermeiden.
Da es sich beim üblichen PC um ein System, bestehend aus Rechnereinheit (Chip-Mikroelektronik auf Leiterplatinen plus Massenspeicher und Laufwerke in einem Gehäuse) , Tastatur, Monitor (Bildschirm) und Drucker handelt, bilden die Netzleitungen und die Datenkabel zwischen den einzelnen, externen Ein-/Ausgabegeräten die kritischen,
abstrahlungsfähigen Kabelverbindungen, für die besondere Maßnahmen nötig sind.
Wo es sich um Zuführungen der Versorgungsspannung
{Stromkabel) handelt, kann durch entsprechende Filter eine
Trennung von den informationsführenden Signalen vorgenomme werden.
Zwangsöffnungen für Lüftung, Kabeleinlässe und Öffnungen f Disketten sowie Wechselplatten werden durch hohlleiterarti Durchbrüche realisiert, die aufgrund ihrer physikalischen Abmessungen unterhalb der kritischen Wellenlänge betrieben werden.
Die Abschirmung besteht z.T. in der speziellen Anwendung a sich bekannter Bauteile für diesen speziellen Zweck des abgeschirmten PC; z.T. handelt es sich um neue konstruktiv für diesen besonderen Zweck angepaßte Bauteile, wobei die geeignete Kombination den gewünschten Effekt bewirkt.
Die einzelnen Bauteile und Maßnahmen sollen nun im folgend für die kritischen Bereiche erläutert werden:
1. die Abstrahlung über die Netzzuleitung wird durch an si bekannte Spezialnetzfilter abgeschirmt,
2. die Abstrahlung über die Zuleitung des Druckers, Monito und der Tastatur wird durch mehrfach geschirmte Datenleitungen mit speziell verschraubten Verbindungen den Gehäusen abgeschirmt,
3. die Abstrahlung durch Lüftungslöcher wird durch Einsatz von Wabenfiltern abgeschirmt,
4. die Abstrahlung von Disketten- und Wechselplattenschächten wird durch eine neue Konstrukti der Disketten- und Wechselplattenschächte als HF-Kamine abgeschir t,
5. die Abstrahlung durch den Hauptgehäusedeckel wird durch die Verwendung von Beryllium-Kontaktfederleisten und eine verwindungsarme Deckelkonstruktion abgeschirmt,
6. die Abstrahlung der Systemplatine wird durch Einsatz eines Kupfer-Innengehäuses, vorzugsweise aus Irrm Elektrolytkupfer, abgeschirmt, 7. die Abstrahlung durch die Kathodenstrahlröhre des
Monitors wird durch Einsatz einer Spezialscheibe mit HF-Dichtgaze abgeschirmt und
8. eine Abstrahlung durch die Bedienungsöffnung des Druckers wird durch Außerbetriebnahme des Druckers beim Öffnen des Deckels verhindert.
Somit wird die Abstrahlungsunterdrückung in erster Linie durch die Realisierung eines doppelten Faraday'sehen Käfigs erzielt. Der äußere Käfig umschließt alle Systemkomponenten in Form von Einzelgehäusen für Rechner, Drucker, Monitor und Tastur. Die Außenschirmung liegt dabei auf einem gemeinsamen Schirmungspotential.
Sämtliche elektronische Komponenten sind potentialgetrennt isoliert innerhalb der Außengehäuse eingebaut und mit einem zweiten Faraday'sehen Käfig umschlossen. Daraus resultiert eine innere und eine äußere Schirmung, deren Schirmungspotential voneinander verschieden ist.
Die Kabelverbindungen zwischen den einzelnen Außengehäusen sind doppelt geschirmte Leitungen, wobei der innere Kabelschirm auf dem inneren Schirmungspotential und der äußere Kabelschirm auf dem äußeren Schirmungspotential liegt. Somit wird der zweifache Farada 'sehe Käfig durch die Kabelverbindungen nicht aufgehoben. Übersicht des Systems
Das Rechnersystem besteht normalerweise aus vier Einzelgeräten, die durch Datenkabel (Signalleitungen) miteinander verbunden sind. Diese 4 Geräte sind:
I. das Rechnergehäuse,
II. das Monitorgehäuse,
III. die Tastatur und
IV. das Druckergehäuse.
Der Rechner, Monitor und Drucker haben eine eigene Stromversorgung mit entsprechender HF-Filterung.
Die Netzeinspeisung in Rechner, Monitor und Drucker erfolgt über eine normale Kaltgeräte-Steckdose mit nachgeschaltetem EMI-Filter zum Sperren von HF-Signalen über die Netzversorgung.
Die Kabeldurchführungen sind durch spezielle Abdeckungen mi HF-Kaminen gegen austretende Strahlung gesichert. Die Lüftungsöffnungen sind mit einem Wabenfilter abgedichtet.
Der Abstrahlungsschutz für die einzelnen Komponenten ist im folgenden ausführlicher beschrieben:
I. Rechner
Das Rechnergehäuse ist aus getempertem Tiefzieh-Stahlblech gefertigt. Das Stahlblech ist zur besseren Strahlungsminde¬ rung verkupfert und verzinnt.
Das Gehäuse verfügt über zwei große Seitenöffnungen die mit Deckeln aus gleichem Material verschlossen sind. Die Deckel sind in einem Falz vielfach verschraubt und zur besseren Kontaktierung mit Beryllium-Kupfer-Kontaktfederleisten versehen. Die Verbindungskabel zum Drucker, Monitor und Tastatur sind über Verschraubungsdurchführungen mit angesetztem HF-Kamin aus Elektrolytkupfer aus dem Gehäuse geführt. Nicht verwendete Durchführungen sind mit Elektrolytkupferplatten von ca 1,5 mm Stärke abgedichtet. Die Kabeldurchführungen erfolgen mittels einer an sich bekannten R + S HF-Steckverbindung. Die Berechnung der HF-Kamine, die für alle Durchführungen vorgesehen sind, die abstrahlen, ist am Ende der Beschreibung an einem Beispiel für Hιo~Wellen' angegeben.
Im Rechnergehäuse (äußerer F'-Käfig) mit Netzfilter und Kabeldurchführungen befinden sich folgende Untergehäuse:
a) Netzfiltergehäuse (aus Kupfer) b) CPU-Gehäuse ( aus Kupfer) c) Massenspeichergehäuse mit Frontplatte (aus gewöhnlichem Blech, jedoch verkupfert und verzinnt) d) Netzteilgehäuse (aus beidseitig- verzinktem Weißblech) e) Belüftungsventilator f) Signalausgänge (Stecker) zum Anschluß der Datenkabel
a) Netzfilterqehäuse
Das Netzfiltergehäuse ist aus verlötetem Kupferblech (ca. 1mm, vorzugs¬ weise Elektrolytkupfer) gefertigt. Es ist leitend und HF-dicht mit dem Rechneraußengehäuse verschraubt . Das Netzfiltergehäuse nimmt einen Spezial-EMI-Filter auf . Das EMI-Filter sperrt die über die Netzleitung nach außen' strebenden HF-Signale ab . Das EMI-Filterprinzip ist an sich bekannt , allerdings erfolgt hier eine spezielle Auslegung , über ein geeignet gewickeltes Joch erfolgt eine Gleichtaktunterdrückung . Das Filter muß also für die jeweilige Größe ausgerechnet werden . Wesentlich ist die Lage der Bauteile , ebenso wie die physikalischen Abmaße . Zur Vermeidung parasitärer Kapazitäten müssen die Kondensatoren an einer bestimmten Stelle mit der Metallwand verklebt werden, die experimentell für verschiedene Bautypen von Netzfiltergehäusen bestimmt werden müssen um eine Dämpfungsoptimierung zu erreichen.
In der Rückseite des Netzfiltergehäuses ist eine Kaltgerätesteckdose mit an sich bekannter integrierter Sicherung eingebaut.
b) CPU-Gehäuse = innerer Faraday'scher Käfig
Das CPU-Gehäuse ist aus verlötetem Kupferblech (ca. lirai, vorzugsweise Elektrolytkupfer) gefertigt. Das CPU-Gehäuse hat einen vielverschraubten metallisch dichtenden Deckel, der ^u Servicezwecken abgenommen werden kann. Die Vielverschraubung ist eine im berechneten
Schraubenabstand erstellte Verbindung vom Innengehäuse mit dem Innengehäusedeckel. Der Schraubenabstand ist dabei kleiner als 1/2 der kritischen Wellenlänge. Das CPU-Gehäuse nimmt die CPU-Hauptplatine und die auf der Hauptplatine eingesteckten Erweiterungen (Steckkarten) auf. Das
CPU-Gehäuse ist isoliert mittels sechs Kunststoffdistanz¬ stücken in das Rechneraußengehäuse eingebaut. Signalleitungen werden aus dem CPU-Gehäuse aus Durchbrüchen in der Gehäusewand herausgeführt, die durch HF-Kamine mit eingelegtem HF-Dichtungsschaum gegen austretende HF gesichert sind. Diese Leitungen führen zu den Anschlußsteckern an der Außenwand des Rechnergehäuses. (Siehe f) ) . Für die Berechnung der HF-Kamine kann, wie schon früher erwähnt, das am Ende angegebene Beispiel diene
c) Massenspeichergehäuse mit Frontplatte
Das Massenspeichergehäuse mit Frontplatte ist von vorne in das Rechnergehäuse eingebaut . Im Massenspeichergehäuse sind eingebaut: Festplatte, Diskettenlaufwerk und Wechselplattenl aufwerk. Das
Gehäuse ist aus Stahlblech, das verkupfert und verzinnt ist, gefertigt, und die Frontplatte ist aus Vol lalurninium (vorzugsweise ca. 3mm) gefräst Die Festplatte ist in einen Einschub aus Stahlblech eingebaut - die Festplatte kann nach Beendigung der Arbeit dem Rechner entnommen werden. Die Frontplatte des Einschubes hat einen umlaufenden Falz, der in eingeschobenem Zustand in die Frontplatte des Massenspeichergehäuses mit einem vorspringenden Absatz eingreift, der die Abstrahlung dämpft.
Die Bedienungsöffnungen für die Wechselplatte und das Diskettenlaufwerk sind als HF-Kamine ausgebildet. Für die Berechnung der HF-Kamine kann hier wie auch in allen folgenden Fällen das am Ende angegebene Beispiel benutzt werden.
In der Frontplatte sind die Schlüsselschalter für Tastatur-Lock und Netz-Einschalter sowie die Betriebszustand- Leuchtdioden und die Reset- und Load-Schalter eingebaut .
Sämtliche Durchführungen und Durchgänge , z . B . die Leuchtdioden-Löcher , sind als HF-Kamine ausgebildet .
Zur besseren Kontaktierung ist das Massenspeichergehäuse mit Frontplatte mit einer umlaufenden Metallkordel eingedichtet . Mittels einer Schraub- oder Spannbefestigung wird diese Dichtung unter hohen mechanischen Druck gesetzt . Diese Metallkordel ist ein Handelsprodukt , das aus leitendem Gummi und einem Kupfer/Eisen-Gemisch besteht . Da ein Andruck von mehreren kg/cm2 erreicht werden soll , ist eine Schraub¬ bef estigung , z . B . mit Schrauben M4 oder M5 , bevorzugt .
d) Netzteilgehäuse
Das Netzteilgehäuse ist ein weitgehend geschlossenes Blechgehäuse aus beidseitig verzinkten Weißblech. Es enthält die SChaltnetzteilplatinen und einen Lüfter zur Wärmeableitung. Das Netzteilgehäuse ist auf das CPU-Gehäuse aufgebaut, liegt also auf innerem Schiππungspotential . Der Ohm'sehe Widerstand an den Kontaktstellen zwischen Netzteil¬ gehäuse und CPU-Gehäuse soll möglichst niedrig sein und es soll auch auf Vermeidung von Korrosionsmöglichkeiten geachtet werden. Durch den direkten Aufbau des Netzteilgehäuses auf das CPU-Gehäuse erfolgt die Unterdrückung der Abstrahlung an der Quelle, also dort wo die höchsten Ströme fließen. Die direkte Montage des Netzteilgehäuses auf dem CPU-Gehäuse schafft auch die kürzest möglichen Leitungswege.
e) Belüftung des Gehäuses durch den Belüftungsventilator
Zur Belüftung des Innenraumes ist das Rechneraußengehäuse mit Durchbrüchen versehen. Die Durchbrüche sind mit bekannten Wabenfiltern gegen HF-Strahlungsaustritt gesichert. Mehrere eingebaute Lüfter sorgen für die Zirkulation der Innenluft. Die Wärme des CPU-Innengehäuses wird im Tauscherprinzip nach außen abgeführt.
f) Signalausgänge (Buchsen bzw. Stecker) zum Anschluss der Datenkabel
Hier können normale, bekannte abgeschirmte Buchsen bzw. Stecker verwendet werden, wobei Filter zwischen Buchsen bzw, Steckern zu dem Kabeln zu Bildschirm und Drucker eingesetzt sind.
II. Monitorgehäuse mit Netzfilter
Das Monitorgehäuse umschließt den handelsüblichen Monitor vollständig. Zum Betrachten des Schirmbildes wird eine Kunststoffscheibe mit eingelegter feinmaschiger Metallg.aze verwendet. Die Metallgaze ist vollständig leitend mit dem Monitorgehäuse verbunden. Die Metallgaze besteht aus einer Eisen/Kupferlegierung, wobei auf eine gute leitende Verbindung der Kreuzungspunkte der Einzeldrähte zu achten ist. Die Maschenweite ergibt sich aus der kritischen Wellenlänge und liegt vorzugsweise unter 1 mm. Die
Maschenweite wird entsprechend der kritischen Wellenlänge gewählt. Damit eine Farbwiedergabe möglich ist, wird das
Netz um 20° bis 25° und insbesondere ca. 23° zur
Horizontalen geneigt. Solche Gazenetze aus Nylonfäden sind bekannt als Kontrastscheiben und auch in der Röntgentechnik wurden solche Gazenetze eingesetzt. Bis jetzt waren solche Netze nur für Schwarz-Weiß-Abbildungen brauchbar. Erst durch die Neigung erhält man ein farbtaugliches Netz.
Zur Herausfilterung der Bildinformationsignale des Monitors auf der Spannungsversorgungsleitung wird ein Netzfilter verwendet. Das Innengehäuse des Netzfilters ergibt sich aus seiner Ausführungsform. Die Netzfilterlösung ist grundsätzlich bekannt. Das Innengehäuse, also das Monitorgehäuse, ist nicht mit dem Außengehäuse verbunden, so daß zwei verschiedene Massenpotentiale vorliegen. Das Netzfilter wird auf der Außenseite des Monitorgehäuses angebracht, damit eine möglichst große HF-Abtrennung des Innenraums erzielt wird. Die einzelnen Gehäuseteile sind aus speziell wärmebehandeltem und daher magnetisch wesentlich verbessertem Feinblech gefertigt. Zur optimalen Dämpfung der HF beim Durchtritt durch die Gehäusewand ist das Blech verkupfert und verzinnt. Alle Gehäuseteile .sind, die Verzinnung als Dichtungsmedium verwendend, miteinander verschraubt. Das Blech der Gehäuseteile wird durch das Weichglühen etwa 4 bis 5mal besser als Normalbleche. Es wird jedoch nicht so weich wie z.B. Trafoblech oder Permalloy, die zu weich sind. Durch die Wahl des Bleches kann man verhindert, daß durch das Auftreten magnetischer Felder weitere magnetische bzw. elektrische Felder auftreten, die abstrahlen könnten. _? ^_Pr _?S]5_rI9 l} ys_ _iB__:^_-^ ^^i ^_?r
Das Druckergehäuse, das ebenfalls aus gedämpftem Tiefzieh¬ blech, vorzugsweise verkupfert und verzinnt ist, besteht aus einer Ober- und einer Unterschale. Zur Bedienung des Druckers ist die Oberschale nach oben aufzuklappen.
Das EMI-Netzfilter ist in einem Gehäuse von innen an der Druckergehäuserückwand angeflanscht. Die einzelnen Gehäuseteile sind vorzugsweise verkupfert und verzinnt. Eine wie bei dem Monitorgehäuse verwendete, geschirmte Kunststoffscheibe ermöglicht hier die Sicht auf die Anzeigeelemente des Druckers. Auch in diese Kunststoffscheibe ist, wie oben erläutert, eine feine Metallgaze eingelegt, die durch einen Preßrahmen rundum niederohmig mit dem Gehäuse verbunden ist. Damit das Gehäuse abstrahlsicher ist, wird eine Rundumdichtung mit Beryllium-Kupfer-Kontaktfederleisten vorgenommen. Mit den beiden Schließhebeln wird ein hoher Anpreßdruck auf die Dichtungsflächen gewährleistet. Die Kontaktfederleisten, die eine mechanische und elektrische Verbindung darstellen, ersetzen die Vielverschraubung, wie sie z.B. für die Verbindung des Massenspeichergehäuses mit der Frontplatte verwendet wird.
Der Drucker arbeitet nur bei verschlossenem Deckel. Bei geöffnetem Deckel wird die Netzspannungsversorgung des Druckers unterbrochen, so daß keine kompromittierende Abstrahlung entstehen kann;
IV. Tastatur
Die Tastatur ist in ein' Aluminiumgehäuse eingebaut. Die. Tastenkappen der Tastatur können aus technischen Gründen, dh. wegen der Notwendigkeit der Bedienung durch den Benutzer, nicht weiter abgeschirmt werden. Die HF-Abschir ung erfolgt hier durch ein Spezial-Layout der Tastaturlogik. Die Betätigung der Tastaturschalter erfolgt dabei über eine Kunststoffdurchführung, die durch eine über die Platine montierte Metall-Schirmplatte führt. Diese Schirm¬ platte ist vorzugsweise eine 3-4 mm dicke Aluminiumplatte. Die Leitungsdurchführungen bilden also selbst HF-Kamine.
V. Technische Einzelmaßnahmen
IC
Signalleitungs- und Datenkabeldurchführungen
Alle Durchführungen der Datenleitungen durch die Gehäusewandungen übernehmen mehrere Funktionen. Sie
15 verbinden den äußeren Kabelschirm mit dem äußeren Schirmungspotential des Rechners. Weiterhin übernehmen sie die Zugentlastung des Kabels. Die Röhre der Leitungsdurchführung ist als HF-Kamin ausgeführt, dadurch wird die HF-Dichtigkeit der Verbindung weiter erhöht.
Sämtliche Einzelteile der Leitungsdurchführung sind aus hochwertigem, also genügend hartem, Elektrolytkupfer gefertigt. Die Kontaktierung an das Außengehäuse erfolgt wieder durch mehrere Schrauben, die hohen Anpreßdruck 5 erzeugen.
Belüftung des Gehäuses
Zum Belüften des Innenraumes ist das Rechner-Außengehäuse 0 mit Durchbrüchen versehen. Die Durchbrüche sind mit Wabenfiltern gegen HF-Strahlungsaustritt gesichert. Solche Wabenfilter sind grundsätzlich bekannt. Im vorliegenden Fall werden Filter aus versilbertem Kupfer verwendet, die in die Schlitze des Außengehäuses eingesetzt sind. Die Wabengröße 5 ergibt sich aus der kritischen Wellenlänge. Die Dicke dieser Filter ist ca. 2 cm und die Waben sind vorzugsweise in einem Rahmen von z.B. 2,5 cm Stärke eingesetzt. Die Dämpfung ist am Gerät grundsätzlich gehäuseabhängig, da die Außenflächen der Gehäuse nicht homogen sind. Sie kann also am Gehäuse von Ort zu Ort verschieden sein. Man kann durch wenige Versuche feststellen, was für einen bestimmten Gerätetyp am besten ist.
Für die Berechnung der HF-Kamine sind lediglich die Hin-Wellen interessant, die bei der Betrachtung der kritischen Wellenlänge den jeweils ungünstigsten Dämpfungswert ergeben (die HiQ-Grenzwellenlänge ist von der Breite des Hohlleiters abhängig) . Für Kabeleinlässe und Lüftungsgitter gilt stets fg >> 2 GHz.
Kritischer ist die Betrachtung für die Durchbrüche zur
Wechselplatte und Floppy Disk. Für die Wechselplatte ist de angenommene Hohlleiter ca. 140/10/100 mm (B/H/L) .

Claims

Patencansprüche
1. Abgeschirmter, transportabler Personalcomputer, der derart abgeschirmt ist, daß praktisch außerhalb des üblichen Arbeitsraumes kein unbefugtes Mitlesen oder Mithören der Daten möglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rechnergehäuse aus einem ferromagnetischen Material mit hoher Permeabilität besteht und sämtliche Komponenten verkupfert und zusätzlich verzinnt sind und dieses äußere Rechnergehäuse mit einem zweiten, inneren Faraday'sehen Käfig verschachtelt ist und daß sämtliche Durchführungen als dämpfende HF-Kamine ausgebildet sind.
2. Personalcomputer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, innere Faraday'sche Käfig aus Kupferblech besteht.
3. Personalcomputer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle abgehenden Signalleitungen doppelt geschirmt sind, wobei der innere Schirm mit dem inneren Käfig und der äußere mit dem Rechneraußengehäuse verbunden ist, und daß alle Zuleitungen durch mehrfach geschirmte
Datenleitungen mit verschraubten Verbindungen an den Gehäusen abgeschirmt sind.
4. Personalcomputer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung durch Belüftung des
Innenraums mittels mindestens eines eingesetzten
Lüftergebläses erfolgt und das Rechneraußengehause mit
Durchbrüchen versehen ist, die mit Wabenfiltern gegen
HF-Strahlungsaustritt gesichert sind.
5. Personalcomputer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontplatte des Einschubs für die Massenspeicher einen umlaufenden Falz hat, der in eingeschobenem Zustand in
5 die Frontplatte des Massenspeichergehäuses mit einem vorspringenden Absatz eingreift und daß das Massenspeichergehäuse mit Frontplatte mit einer umlaufenden Metallkordel abgedichtet ist, wobei diese Dichtung mit einer Schraubbefestigung unter hinreichend 0 hohen mechanischen Andruck gesetzt ist.
6. Personalcomputer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Disketten- und Wechselplattenschächte als 5 HF-Kamine ausgebildet sind.
7. Personalcomputer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlung durch den Hauptgehäusedeckel durch die ° Verwendung von Beryllium/Kontaktfederleisten und eine verwindungsarme Deckelkonstruktion abgeschirmt ist.
8. Personalcomputer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das CPU-Gehäuse einen vielverschraubten metallisch dichtenden Deckel hat, wobei der Schraubenabstand dabei kleiner als 1/2 der kritischen Wellenlänge ist.
9. Personalcomputer nach einem oder mehreren der 0 vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlung der Systemplatine durch Umhüllung mit einem Innengehäuse abgeschirmt ist.
5
10. Personalcomputer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche elektronischen Komponenten potentialgetrennt, isoliert innerhalb der Außengehäuse eingebaut und von
5 einem zweiten Faraday1sehen Käfig umschlossen sind.
11. Personalcomputer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlung durch die Kathodenstahlröhre des ° Monitors durch Einsatz einer Kunststoffscheibe mit eingelegter feinmaschiger Metallgaze, die vollständig leitend mit dem Monitorgehäuase verbunden ist, abgeschirmt ist.
12. Personalcomputer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallgaze aus parallelen, senkrecht zueinander stehenden Reihen von Metalldrähten besteht, die 20° bis 25° zur Waagerechten bzw. Senkrechten geneigt sind.
13. Personalcomputer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei öffnen des Druckerdeckels der Drucker außer Betrieb setzt.
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