NL8402723A - Samengesteld chassis voor elektronische apparatuur. - Google Patents

Description

, * * - 1 -

Samengesteld chassis voor elektronische apparatuur.

De uitvinding heeft betrekking op chassis-constructie in het algemeen en in het bijzonder op een samengesteld metaal- en kunststof chassis voor elektronische apparatuur.

5 Chassis, geconstrueerd in hoofdzaak van plaat- metaal, zijn lang gebruikt voor elektronische inrichtingen om een aantal mechanische en elektrische redenen. Allereerst kan het chassis structureel worden gebruikt als deel van het frame van de inrichting, en een dergelijk 10 chassis geeft algemeen een basis, waarop componenten en sub-eenheden kunnen worden gemonteerd. Elektrisch ïlevert het chassis een geschikte aardpotentiaalbron, en kan tevens zorgen voor afscherming tussen elektrische elementen, bijvoorbeeld componenten en ketenplaten, die daarop 15 zijn gemonteerd.

Vanuit het gezichtspunt van de vervaardiging biedt de constructie van metaal en chassis een aantal problemen. De vervaardiging van het plaatmetaal, hetgeen afsnijden, ponsen, buigen en lassen omvat, vereist 20 algemeen kostbaar gereedschap en uitrusting, en is een tijdrovend proces. Toleranties nauwer dan + 0,38 mm zijn moeilijk aan te houden bij het metaalvervaardigings-proces. Mechanische hardware zoals schroeven, moeren, afstandshouders, klemmen, posten, enz., wordt gebruikt 25 voor het assembleren van het chassis en andere frame-organen en voor het monteren van componenten en sub-eenheden op het chassis. Daarom is het aantal aan onderdelen en hardware groot, kan de montagetijd groot zijn, en is het mogelijk in situaties, waarin automatische 30 onderdeelinbrengmachines worden gebruikt voor het installeren van vasthoudelementen, dat verkeerde of missende onderdelen en onderdelen, gemonteerd op de verkeerde plaatsen, niet worden ontdekt tot een tijd, waarop opnieuw bewerken lastig of tijdrovend zou zijn.

35 Het is tevens bekend om behuizingen en kasten voor elektronische apparatuur te construeren van door spuitgieten gevormde kunststof, teneinde de vervaardigings- 8402723 i νί1 ΐ - 2 - kosten te verlagen. Dit geldt in het- bijzonder in het geval van kleine of draagbare inrichtingen zoals televisietoestellen en bepaalde test- en meetinstrumenten. De kosten van de door spuitgieten vervaardigde onderdelen 5 is laag. Veel onderdelen zoals klemmen, houders en afstands-stukken kunnen worden ingevormd, waardoor veel afzonderlijke onderdelen.worden geëlimineerd, de uiteindelijke montagetijd wordt gereduceerd, en het aantal hardware onderdelen wordt gereduceerd. Verder kunnen veel nauwere 10 toleranties worden bereikt over grotere gebieden met het vormproces, waardoor een grotere nauwkeurigheid van onderdelen wordt verkregen. Toch is opname van vasthoud-onderdelen vrijwel even moeilijk met een kunststofbasis-deel als het is met een plaatmetaalchassis, aangezien 15 menselijke fouten in het vormingsproces veelvuldig zijn, bijvoorbeeld fouten zoals het weglaten van onderdelen uit het vormstuk en onjuiste sonische inzetting. Elektrisch gezien zijn kunststoffen isolatoren en zij kunnen bijgevolg niet worden gebruikt voor het verschaffen 20 van aarding of elektrische afscherming van schakelingen. Pogingen om het kunststof te metalliseren, bijvoorbeeld door metaalbekleden of het aanbrengen van metaal verven, leidt tot verdere problemen en kosten.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt nu 25 voorzien in een samengesteld chassis voor elektronische apparatuur, dat de voordelige aspecten van metaal en kunststof combineert, terwijl de respectievelijke nadelen grotendeels worden verminderd.,

De basischassisconstructie incorporeert plaat-30 metaal als een substraat met door spuitgieten vervaardigde structurele kunststoforganen en andere details toegevoegd. Het plaatmetaalgedeelte kan worden vervaardigd in éên of twee stampbewerkingen, waardoor de vervaardigingstijd en kosten aanzienlijk worden gereduceerd. Aangezien 35 kunststofversterking wordt gebruikt, kan het plaatmataal dunner zijn dan normaal wordt toegepast voor chassis-constructie, hetgeen materiaalkosten en gewicht reduceert. Het plaatmetaalsubstraat wordt als inzetstuk gebracht in een gietspuitmachine, welke de noodzakelijke details 40 zoals flenzen, klemmen, steunorganen en montagedetails 8402723 i i - 3 * toevoegt, waardoor een samengesteld chassis wordt gevormd van licht gewicht, terwijl de structurele sterkte gehandhaafd blijft.

Andere aspecten en voordelen van de onderhavige 5 uitvinding zullen thans nader wórden toegelicht aan de hand van de volgende beschrijving onder verwijzing naar de tekening. In de tekening toont: fig. 1 een vlak bovenaanzicht van een plaat-metaalsubstraat voor toepassing in een samengesteld 10 chassis voor elektronische apparatuur volgens de uitvinding, fig. 2 een. vlak bovenaanzicht van het substraat van fig. 1, met daarop door gietspuiten aangebrachte details, 15 fig. 3 een gedeeltelijk weggesneden aanzicht in perspectief van een integraal gevormd steunorgaan, fig. 4A en 4B respectievelijk dwarsdoorsneden in dwars- en lengterichting van een montagedetail voor het waarborgen van de continuïteit van aarde tussen het 20 chassis van de onderhavige uitvinding en een voor- of achtergietstuk, en fig. 5 tot 7 voorbeelden van chassismontage- details.

In fig, 1 is een vlak bovenaanzicht getoond 25 van een vlakke metaalplaat, vervaardigd voor gebruik als een substraat 10 voor een samengesteld chassis volgens de uitvinding. Substraat 10 kan op geschikte wijze worden vervaardigd van elk geleidend metaalmateriaal, hoewel aluminium de voorkeur heeft wegens het lichte gewicht 30 ervan, onder gebruikmaking van gebruikelijke metaalplaat-vervaardigingstechnieken zoals stampen, ponsen, afsnijden, en buigen. Het doel van substraat 10 is het verschaffen van elektrische aarde of afscherming, waar dit noodzakelijk is, en aangezien bij het substraat geen beroep i 35 gedaan behoeft te worden op de structurele sterkte, kan de metaalplaat een dikte hebben van 0,64 mm of minder.

Dit is betrekkelijk dun in vergelijking met de dikte van 1,27 mm of meer, die gewoonlijk wordt gebruikt voor chassistoepassingen, die geheel uit metaal bestaan.

40 Na de vervaardiging zoals getoond in :£ig» 1 8402723 _ ____ ____i - 4 - wordt het substraat 10 als een inzetstuk ingébracht in een spuitgietmachine, waaraan kunststof wordt toegevoegd, teneinde te zorgen voor structurele organen en noodzakelijke details·. Verwezen zij tevens naar fig. 2. Rijen 5 gaten 12 langs de randen van de metaalplaat maken het mogelijk, dat verstijvingsribben 14 op hun plaats worden gevormd, zodat het kunststof materiaal aan beide zijden van de metaalplaat wordt verdeeld en via de gaten wordt verenigd voor het verschaffen van unitair aangevormde 10 kunststof details, die niet loslaten van het metaalsubstraat.

Verder kunnen X-vormig vertakte organen 16 worden toegevoegd ter voorkoming van kromtrekken of knikken van substraatdelen met groot oppervlak. Fig. 3 toont een voorbeeld middels een gedeeltelijk weggesneden aanzicht 15 in perspectief van een steunorgaan 16 en de interstitiële relatie ervan met substraat 10, waardoor een "opnaai"-effekt wordt gegeven.

Eindorganen of steunen 18 en 20 zijn op hun plaats gevormd en verbonden met andere kunststofstructuur, 20 welke hen op hun plaats houdt. Dit is het voorbeeld van êên methode voor het toevoegen van kunststofdelen aaii de totaalconstructie zonder de noodzaak van het ponsen of boren van gaten in het metaalsubstraat. Op overeenkomstig wijze kunnen andere details zoals flenzen, 25 steunen, afstandsstukken, montagepennen enz., worden gevormd op het: samengestelde chassis onder gebruikmaking van gebruikelijke spuitgiettechnieken.

Teneinde het metaalplaatsubstraat te gebruiken hetzij als afscherming, hetzij voor het aarden van een 30 schakeling, werd een montagedetail ontwikkeld, dat zowel een solide elektrische alsook een mechanische verbinding levert met voor- en achterframegietstuk. Een rij gleuven wordt gemaakt in het plaatmetaal aangrenzend aan de rand daarvan, en de resulterende metaalstrippen 22 ge-35 vormd door deze afwisselend te deformeren, waardoor een gat gevormd wordt, waarin een zelf tappende metaal-schroef kan worden ingébracht. Dit chassismontagedetail wordt dan versterkt door gietspuiten van een kunststofblok 24 voor het verschaffen van structurele sterkte. Dwars-40 en lengtedwarsdoorsneden van dit chassismontagedetail __ _ __ 8402723 » ·> 5 - 5 - zijn getoond respectievelijk in de fig. 4A en 5B. Trek-sterkteproeven, uitgevoerd aan dit chassismontagedetail toonden aan, dat liet detail sterker was dan een zelf tappende schroef. Voor een afgewerkte opening van 3,15 mm en 5 met een No. 6 zelftappende schroef ingestoken tot een diepte van 12,7 mm, brak de schroef af onder een uittrek-test. Er bleek tevens bij bepaalde proeven naar de invloed van de omgeving, dat vochtigheid of temperatuur de sterkte van dit chassismontagedetail niet achteruit brachten.

10 Andere montagedetails omvatten ketenplaat- montageafstandhouders 26, die .de installatie, mogelijk maken van een ketenplaat op het samengestelde chassis. Bij juiste montage draagt de ketenplaat bij tot de structurele sterkte van het samengestelde chassis. De ketenplaat-15 montageafstandsstukken kunnen zijn uitgevoerd in één van een aantal verschillende configuraties in afhankelijkheid van de gebruikte hardware, en of een aardverbinding gewenst is. -Afstandshouder 26 kan bijvoorbeeld een relatief eenvoudige busvormige struktuur zijn, getoond in 20 dwarsdoorsnede in fig. 5, waarbij een opening 28 daar . doorheen verandert van diameter voor het verschaffen van een schouder 30. Voor deze configuratie kan hetzij metaal hetzij kunststofmontage-hardware worden gebruikt, waaronder kunststofdrukbevestigers, snapbevestigers, of zelfs 25 klinknagels. Sommige van de juist genoemde bevestigers kunnen aantrekkelijk zijn, aangezien vasthoudhardware dan niet noodzakelijk is, hetgeen de montage van de ketenplaat aan het samengestelde chassis vereenvoudigt. In de meeste gevallen kunnen deze juist genoemde bevestigers 30 bovendien worden geïnstalleerd zonder gebruikmaking van gereedschap.

Fig. 6 toont afstandhouder 26, uitgevoerd voor het verschaffen van een chassisaardverbinding tot een ketenplaat. Hier is het substraat 10 op een zodanige 35 wijze gevormd, dat een metaalinzet 32 kan worden ingezet en in elektrisch contact gebracht met een verhoogd lip-gedeelte 34 daarvan. Dè inzet 32 kan inwendig van schroefdraad zijn voorzien voor het opnemen van een metaalmachineschroef, of een dergelijke inzet kan een 40 vlakke boring bevatten voor het opnemen van een zelf- 8402723 - 6 - tappende schroef.

Fig. 7 toont een af standhouder 26, uitgevoerd voor het voorkomen van spanning op het kunststof door te waarborgen, dat geen samendrukking plaatsvindt. Hier 5 zijn êên of meer vingers 36 gevormd van het metaalsubstraat en omhooggebogen voor het verschaffen van steun voor een ketenplaat of ander orgaan. Aangezien heb kunststof niet wordt gecomprimeerd, is een constante treksterktebelasting gewaarborgd voor situaties, welke.dit vereisen, zoals 10 bijvoorbeeld het waarborgen van een gasdichte afdichting.

De soorten materiaal, gebruikt voor het metaalsubstraat en de kunststofstruktuur, zijn voor het merendeel niet kritisch, toch is enige discussie hierover zinvol, aangezien het in sommige gevallen gewenst is 15 om metaal en kunststof aan elkaar aan te passen ter voorkoming van aanmerkelijke spanning als gevolg van verschillende temperatuurcoëfficiënten, welke resulteren in verschillen in uitzetting en contractie.

Voor het substraat heeft aluminium de voorkeur 20 wegens het lichte gewicht ervan en de goede elektrische geleidingseigenschappen. Voor het kunststof werd een 15 % teflon, 20 % glas-gevuld polycarbonaat gekozen, omdat het kunststof in hoofdzaak aangepast is aan het aluminium.

De warmteuitzetting van aluminium is 0,000013 mm 25 per mm per °F, terwijl voor het genoemde polycarbonaat de warmteuitzetting 0,000015 mm per mm per °F bedraagt. Xndien een operationele vormtemperatuur zij aangenomen van ongeveer 160°F en een omgevingstemperatuur van ongeveer 6Ö°F, zal het aluminiumsubstraat ongeveer 0,0013 mm per 30 mm uitzetten bij plaatsing in de vorm, hetgeen nadert aan de krimping van het polycarbonaat, ongeveer 0,0015 mm per mm over het veronderstelde 100°F temperatuurgebied.

Deze overeenkomstigheid in krimping helpt bij het voorkomen, dat voltooide delen kromtrekken, nadat zij zijn 35 verwijderd van de vorm. Bovendien bouwen de voltooide delen geen aanmerkelijke inwendige spanningen op over een gekozen gebied van opslagtemperaturen, bijvoorbeeld van -62°C tot +85°C.

Het gekozen kunststof is zeer stijf (800 ksi 40 elasticiteitsmodulusi, sterk (14,5 ksi treksterkte en 8402723 ' - 7 - 21 ksi buigsterkte}, en tamelijk ductiel (9 ft-lb/in ongekerfde slag}. Met deze structurele eigenschappen is het polycarbonaatmateriaal geschikt voor gebruik in een samengesteld chassis. Additioneel heeft het gekozen 5 polyearbonaatmateriaal een DL 94-VO flame rating.

Hoewel de hier gekozen en beschreven materialen compatibel zijn en thermisch in hoofdzaak aangepast, is het gebruik van andere materialen niet uitgesloten.

In sommige toepassingen kan het in feite gewenst zijn 10 om een minder bros kunststof te gebruiken dan het polycarbonaat, in het bijzonder, wanneer een aantal snaptype-details of hengsels vereist zijn.

Uit de voorgaande beschrijving zal het duidelijk zijn, dat een samengesteld metaal- en kunststof-15 chassis op eenvoudige en goedkope wijze kan worden vervaardigd, en elektrische en mechanische eigenschappen tentoonspreidt, die gewenst zijn voor gebruik in elektronische uitrustingen. Bovendien is het eenvoudig om extra delen aan te vormen zoals speciale gereedschappen 20 voor service, reserveonderdelen, die gebruikt worden in de montage (bijv. kunststofketenplaatbevestigings-' middelen!, labels, enz.

Het zal de vakman duidelijk zijn, dat het in het voorgaande beschreven samengestelde chassis voor 25 elektronische apparatuur op vele wijzen kan worden uitgevoerd, en dat andere materialen dan die, welke werden beschreven, daarvoor in de plaats genomen kunnen worden. Verdere modificaties en variaties in vorm en detail zullen de vakman duidelijk zijn.

- conclusie - 8402723

Claims (1)

1. Samengesteld chassis voor elektronische appara tuur, gekenmerkt door een substraat, omvattende een in vergelijking dunne plaat van'metaalmateriaal, 5 structurele kunststoforganen, gevormd op het substraat voor het verschaffen van een in hoofdzaak stijve ehassisstructuur, en kunststofmontagedetails, gevormd op het substraat teneinde mechanische verbinding van uitwendige delen aan 10 het chassis mogelijk te maken. 8402723