TWI659713B - 機櫃結構及其框架元件 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種機櫃結構，其包含兩側支架及至少一鉛直段條。鉛直段條藉至少二框架元件連接兩側支架。框架元件包含第一框架元件及第二框架元件，第一框架元件包含連接面，其具有前孔洞及複數個導引元件，第二框架元件包含接收面及通孔，接收面配置以接收第一框架元件之導引元件，而通孔對齊第一框架元件之前孔洞。框架元件另包含鎖固元件，其配置以經通孔而旋入前孔洞以於第一框架元件與第二框架元件間建立一牢固的互鎖配合。

Description

機櫃結構及其框架元件

本發明一般係有關於一種機櫃(cabinet)及機架(rack)的領域，且特別係有關用於製造機櫃及外殼的模組化結構元件。

機櫃與外殼用於容納及保護各式物品，其尺寸與形狀可能差異極大。為保護如電氣與電子組件、真空管以及最先進的小型高速混合及數位電路等物品，已經開發多種機櫃配置。今日，電子組件所需的空間大小及比例具差異。有許多不同尺寸的機櫃與外殼結構可用。高電壓系統或多伺服器系統可能需要幾立方英尺大的機櫃，而一包香煙大的機櫃可能足以容納小型電子或嵌入式電子裝置。然而，外殼的使用者僅限於選擇標準尺寸的外殼，這對於其應用而言可能太大。或可選擇製造定制尺寸外殼，但可能需要焊接、大量機械加工及/或高工具及其他顯著成本。

在許多情況下，使用具多個隔間的機櫃是有益的。例如，在一個或多個電路的情況下，可能希望將高電壓部分與低電壓部分，或者對雜訊特別敏感的電路與其他電路 分開。在這種情況下，定制加工變得相當困難及昂貴。為不論大小之特定應用提供強度、易於組裝及合適尺寸之機櫃或外殼或是一組模組化互連機櫃或外殼建造手段尚未實現。

已有許多試圖提供滿足這些標準的機櫃之嘗試，但是成本或複雜性、尺寸、多功能性或強度通常不太理想。舉例來說，以下美國專利揭示可代表現有機櫃結構技術的焊接或模組化框架組件。

美國專利第2,167,525號(以下稱525號專利)及美國專利第3,265,419號(以下稱419號專利)皆揭示焊接機櫃結構。525號專利將角板(三角形金屬片)焊接於每個角落以維持三個互相垂直之支柱呈角落配置。419號專利移除角板構件，於支柱構件相交處直接將其焊接在一起。然而，形成每個角落的三個支柱構件具不同截面配置及端部輪廓。因此，框架的製造及建造很複雜。此外，需要四個焊接件來連接支柱以形成剛性框架結構。因此，525號專利與419號專利的機櫃結構非常勞動密集。

美國專利第3,182,846號(以下稱846號專利)及第3,919,603號(以下稱603號專利)揭示牽涉機械組件的機櫃配置。在846號專利中，使用通常由矩形鋁塊形成的接合元件將側支架支柱耦接至頂部與底座構件上，而所述之接合元件以焊接附接至頂部與底部構件以及支柱上。接合元件具有截頭圓錐形部分，配置以緊密配合在一起。頂部與底座構件經接合元件纏在一起並栓在一起。製造成本及缺乏多功能性使這個框架成為一個不受歡迎的替代方案。603號專利 揭示一種開關裝置框架，其包含用於將三個結構角落構件支撐在一起的角落栓。該角落栓具有三個矩形垂直腳，其具有三個側面及向外的突緣，三支柱滑過腳部。然而，支柱及腳部具有不同的截面配置，且角落栓通常為複雜的配置，使得這種框架結構不利於低成本製造技術。

最後，美國專利第5,066,161號(以下稱161號專利)揭示一種簡化的機櫃框架結構元件。然而，161號專利之簡化的機櫃框架結構元件需要彎曲、角落切角及焊接工藝。因此，161號專利之簡化的機櫃框架結構元件不利於低成本製造技術。

有鑑於此，需要一種能快速、低成本及定制製造高強度模組化外殼的外殼與機櫃系統。例如，需要很少或不需要焊接、很少或不需要機械加工的外殼與機櫃系統是理想的。

本發明之實施方式係關於一種機櫃結構。機櫃結構包含兩側支架及至少一鉛直段條。鉛直段條藉兩框架元件連接兩側支架。框架元件包含第一框架元件及第二框架元件，第一框架元件包含連接面，其具有前孔洞及複數個導引元件，第二框架元件包含接收面及通孔，接收面配置以接收第一框架元件之導引元件，而通孔對齊第一框架元件之前孔洞。框架元件另包含鎖固元件，其配置以經通孔而旋入前孔 洞以於第一框架元件與第二框架元件間建立一牢固的互鎖配合。

在一些實施方式中，複數個導引元件包含兩塊狀平行六面體導引元件，而連接面可包含插槽以接收兩塊狀平行六面體導引元件。在替代實施方式中，其中一複數個導引元件包含四塊狀平行六面體導引元件，而連接面可包含插槽以接收四塊狀平行六面體導引元件。在一些實施方式中，複數個導引元件可包含兩半圓導引元件，而連接面可包含插槽以接收兩半圓導引元件。在一些實施方式中，鎖固元件包含組合螺絲，具有與第二框架元件之通孔嚙合之自攻螺紋。在一些實施方式中，第一框架元件可以額外的固定元件固定至至少二鉛直段條其一內。同樣地，第二框架元件可以額外的固定元件固定至至少二側支架其一內。或者第一框架元件可以點焊固定至至少二鉛直段條其一內。在一些實施方式中，第二框架元件可以點焊固定至至少二側支架其一內。

1‧‧‧頂蓋

2‧‧‧左支架

3‧‧‧右支架

4A‧‧‧底座支架

4B‧‧‧底座支架

5A‧‧‧鉛直段條

5B‧‧‧鉛直段條

10‧‧‧機櫃

20A‧‧‧框架元件

20B‧‧‧框架元件

21‧‧‧連接面

22‧‧‧接收面

23‧‧‧鎖固元件

24‧‧‧塊狀平行六面體導引元件

25‧‧‧插槽

26‧‧‧通孔

27‧‧‧前孔洞

28‧‧‧自攻螺紋

29‧‧‧組合螺絲

30~34‧‧‧通孔

40A‧‧‧框架元件

44‧‧‧塊狀平行六面體導引元件

51~54‧‧‧通孔

60A‧‧‧框架元件

64‧‧‧楔形導引元件

70A‧‧‧框架元件

74‧‧‧半圓導引元件

第1圖依據本揭示的實施方式繪示一機櫃結構之爆炸視圖。

第2圖依據本揭示的實施方式繪示一框架元件的爆炸視圖之特寫。

第3圖依據本揭示的實施方式繪示一框架元件的組合圖之特寫。

第4圖依據本揭示的實施方式繪示一具有四塊狀平行六面體導引元件之替代框架元件。

第5圖依據本揭示的實施方式繪示一具有兩半圓導引元件之替代框架元件。

第6圖依據本揭示的實施方式繪示一具有兩楔形導引元件之替代框架元件。

以下參考附圖來描述本發明，其中於附圖中使用相同的數字標記來指定相似或等同的元件。附圖未按比例繪製，且僅為說明本發明而提供。以下參照說明用之示例應用以描述本發明數個態樣。應該理解以下闡述許多具體細節、關係及方法以提供對本發明的全面理解。然而，相關領域具普通技術者將容易看出可在沒有一或多個具體細節的情況下或以其他方法實施本發明。在其他實施例中，未詳細示出習知的結構或操作以避免模糊本發明。本發明不受動作或事件說明的順序限制，因為一些動作可能以不同的順序發生及/或與其他動作或事件同時發生。此外，並非所有示出的動作或事件皆需依據本發明的方法實施。

本發明之實施方式提供用以連接外殼或機櫃系統的框架之互鎖框架元件。互鎖框架元件除了連結框架外，亦可承受機櫃所受之重量、應力及剪力。此外，互鎖框架元件截面形狀可變化，以允許快速、低成本、定制的高強度模組化外殼，其需要很少或不需要焊接，以及很少或不需要機 械加工。在本揭示中，所有部件可分開預製以降低與運輸及儲存相關之成本。由於機櫃系統通常以焊接製造，通常需要於運輸與儲存之前建造。因此，消費者通常收到完全組裝之完整大小機櫃結構的大型貨物。在本揭示中，整個外殼及機櫃系統可於現場組裝。所請求之框架元件可以互鎖機構安裝於左右支架間。互鎖機構可使用螺栓或螺絲固定。因此，互鎖框架元件使外殼及機櫃系統得以以扁平包裝運輸及儲存。因此，與運輸及儲存相關成本可進一步降低。

第1圖為用於次組件及裝備的示例性機櫃10之爆炸視圖。機櫃10可包含頂蓋1、左支架2、右支架3、底座支架4A與4B以及連接左支架2與右支架3的鉛直段條5A與5B。鉛直段條5A與5B是藉由框架元件20A與20B互連至左支架2與右支架3。下面更詳細地討論框架元件20A與20B及其整合入機櫃10。機櫃10可由金屬、塑膠、複合材料或其組合形成，並可配置以支撐設置於其內之任何電氣及電子組件的重量。在某些實施方式中，機櫃10及其部件可利用傳統金屬製造技術(如彎曲、成形及沖壓)由金屬片製成。因此，在一些實施方式中，製造機櫃10可以非常便宜。機櫃10及其部件亦或可由鋁合金、鋼合金或其任何組合製成。應當理解機櫃10及其部件可由具低製造成本及耐久性的任何材料製成，以容納不同重量的電氣及電子組件。上面提及的材料僅為舉例，而非限制本揭示。因此，本揭示考慮可於各種實施方式中沒有限制地使用任何材料或材料的組合。

現在參照第2圖，其根據一些實施方式繪示一組示例性的框架元件20A及20B的爆炸視圖之特寫。在某些實施方式中，框架元件20A及20B可由中空鋁壓鑄製作。本揭示考慮可於各種實施方式中沒有限制地使用任何材料或材料的組合。應當理解，框架元件20A及20B可利用任何允許低建造成本的製程來製造。上面提及之中空鋁壓鑄製程僅為舉例，而非限制本揭示。框架元件20A可包含連接面21，其具有從其延伸出之兩塊狀平行六面體導引元件24。連接面21可包含延伸穿過框架元件20A的前孔洞27。框架元件20B可包含接收面22，其包含用於接收框架元件20A的塊狀平行六面體導引元件24之兩插槽25，兩插槽25係位於框架元件20B的相反兩側。在一些實施方式中，公框架元件與母框架元件間的配合可以是確切的，以於組合後提供更堅固的支撐件。在其他實施方式中，公框架元件與母框架元件間的配合可以是鬆散的，以便於現場組裝。此外，將公框架元件與母框架元件設計成具有鬆散組合或公差較小可降低生產成本。鬆散組合可能包含如楔形導引元件。在這種配置下，設計公差可以較低，而框架元件的強度及穩定性可以保持。下面進一步詳細討論此示例性設計。

儘管第2圖僅示出兩導引元件，在一些實施方式中，框架元件20A可包含不同數量的塊狀平行六面體導引元件。舉例來說，第4圖展示具有四塊狀平行六面體導引元件44之框架元件40A。同樣地，與框架元件40A配對之框架元件可包含用以接收框架元件40A的塊狀平行六面體導引元 件44之四插槽。第5圖繪示具有兩半圓導引元件74的框架元件70A。同樣地，與框架元件70A配對之框架元件可包含用以接收框架元件70A的半圓導引元件74之兩插槽。在一些實施方式中，導引元件可以是圓形的或末端尖細以允許與框架元件70A配對之框架元件有更高的密度。第6圖繪示具有兩楔形導引元件64的框架元件60A。如利用範例所說明的，可實現各種導引元件以將公框架元件與母框架元件互鎖。不管取向如何，母框架元件將被配置以對應於相應的公框架元件的構造。在一些實施方式中，框架元件可體現具有公部件及母部件的配置。舉例來說，每個框架元件可能被配置為具有導引元件及對應另一導引元件的接收元件。

回頭參照第2圖，框架元件20B亦可包含用於接收鎖固元件23的通孔26。在此實施方式中，鎖固元件23可包含組合螺絲29，其前柄上具有與通孔26嚙合之自攻螺紋28。鎖固元件23可旋入框架元件20A的連接面21之前孔洞27中。在一些實施方式中，於通孔26之出開口處設有魚眼坑以收集在旋入過程中產生的廢屑或材料。

框架元件20A可藉額外的固定元件固定於鉛直段條5A內。例如，鉛直段條5A可包含通孔51、52、53及54。額外的固定元件可經通孔51、52、53及54將框架元件20A固定在鉛直段條5A內。相反地，框架元件20A可藉實施點焊加工固定於鉛直段條5A內。也就是說，通孔51、52、53及54可改用作點焊加工的焊接點，以將框架元件20A固定就位。應該理解，將框架元件20A固定在鉛直段條5A內的方 法可以任何方式來達成，理想上是具有低製造成本，同時保持耐久性以容納不同重量的電氣及電子組件。上面提及的過程僅為舉例，而非限制本揭示。本領域普通技術者得依據本揭示的任何方法來將框架元件20A固定於鉛直段條5A內。

同樣地，框架元件20B亦可固定於實施額外固定的元件之右支架3內。右支架3可包含通孔30、31、32、33及34。應當注意右支架3可包含更多的通孔，其未示於此。通孔30可配置以接收鎖固元件23。額外的固定元件可經通孔31、32、33及34將框架元件20B固定在右支架3內。相反地，框架元件20B可藉實施點焊加工固定於右支架3內。也就是說，如上面關於框架元件20A所討論的，通孔31、32、33及34可用作點焊加工的焊接點。應當理解，將框架元件20B固定在右支架3內的方法可以任何方式來達成，理想上是具有低製造成本，同時保持耐久性以容納不同重量的電氣及電子組件。上面提及的過程僅為舉例，而非限制本揭示。本領域普通技術者得依據本揭示的任何方法來將框架元件20B固定於右支架3內。

第3圖為框架元件20A與20B的組合圖之特寫。一旦分別固定於鉛直段條5A及右支架3內，框架元件20A及20B即可被固定在一起以形成牢固的互鎖正面配合。框架元件20A之塊狀平行六面體導引元件24與框架元件20B之接收插槽25互鎖以形成堅固的結構。在框架元件20A與20B的正面配合時，連接面21的前孔洞27對齊通孔26。因此，鎖固元件23可經通孔26而旋入框架元件20A之連接 面21之前孔洞27中，從而形成框架元件20A及20B牢固的互鎖正面配合。框架元件20A及20B可被固定在一起以形成牢固的互鎖正面配合，以將鉛直段條5A連接至左支架2。同樣地，框架元件20A及20B可被固定在一起以形成牢固的互鎖正面配合將底座支架4A及4B連接至左支架2及右支架3，以完成機櫃10的結構之建造。

儘管上面已描述本發明的各種實施方式，應當理解其僅為範例而非限制。在不偏離本發明的精神或範圍的情況下，可依據本揭示對揭示之實施方式進行各種修飾。因此，本發明的廣度及範圍不應受任何上述實施方式限制。相反地，本發明的範圍應依據所附請求項及其等同物來定義。

儘管已以一或多個實施說明與描述了本發明，但是本領域技術人員在閱讀及理解本說明書及附圖後即能想到等效之修改與潤飾。此外，雖然本發明的特定特徵可能僅對於幾個實現中其一個被公開，但是這樣的特徵可與其它實現的一或多個其他特徵組合，如對於任何給定或特定的應用有利。

本文所使用的術語僅為描述特定實施方式，而非意圖限定本發明。如本文所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形「一」及「該」也意圖包括複數形。此外，於實施方式及/或申請專利範圍中使用術語「包括」、「包含」、「具有」或其變形而言，該些術語意圖表達類似術語「包含」之意思。

除非另外定義，否則本文使用的所有術語(包含技術及科學術語)具有與本發明所屬領域的普通技術者通常理解的之含義。應當進一步理解，諸如通常使用之字典中定義的術語應以使其具有與其在本發明相關領域含義一致的方式被解釋，並且將不以理想化或過度正式的意義解釋，除非明確如此定義。

Claims (9)

1. 複數個框架元件，用以建造一機櫃結構，其中該些個框架元件包含：一第一框架元件，包含一連接面，其中該連接面包含一前孔洞以及兩導引元件；一第二框架元件，包含兩插槽以及一通孔，該兩插槽位於該第二框架元件的相反兩側，並且配置以接收該兩導引元件，而該通孔對齊該第一框架元件之該前孔洞；以及一鎖固元件，配置以經該第二框架元件之該通孔鎖入該第一框架元件之該連接面之該前孔洞，從而於該第一框架元件以及該第二框架元件間建立一牢固的互鎖配合。
2. 如請求項1所述之框架元件，其中該兩導引元件為兩塊狀平行六面體導引元件。
3. 如請求項1所述之框架元件，其中該兩導引元件為兩半圓導引元件。
4. 如請求項1所述之框架元件，其中該鎖固元件包含一組合螺絲，具有與該第二框架元件之該通孔嚙合之一自攻螺紋。
5. 一種機櫃結構，包含兩側支架以及至少一鉛直段條，該至少一鉛直段條藉由如請求項1~4其中任一所述之框架元件連接該兩側支架。
6. 如請求項5所述之機櫃結構，其中該第一框架元件位於該至少一鉛直段條內。
7. 如請求項5所述之機櫃結構，其中該第二框架元件位於該兩側支架其一內。
8. 如請求項6所述之機櫃結構，其中該第一框架元件以額外的固定元件或點焊固定至該至少一鉛直段條內。
9. 如請求項7所述之機櫃結構，其中該第二框架元件以額外的固定元件或點焊固定至該兩側支架其一內。