DE2738620A1

DE2738620A1 - Rahmen fuer die platten einer gedruckten schaltung

Info

Publication number: DE2738620A1
Application number: DE19772738620
Authority: DE
Inventors: Jun Frank Arthur Kopp; Howard Jeffrey Mintz
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1976-10-18
Filing date: 1977-08-26
Publication date: 1978-04-20
Also published as: IL51947A; IL51947A0; CA1078527A; SE7711677L; GB1554506A; NO773483L; FR2368207A1; JPS5350466A

Description

PATENTANWÄLTE
DIPL.-INC. ILVON SCHUMANN DIPL. INC. W. D. OEDEKOVEN 27386 2 Ü

Deutsche Bank AG München 8 Mündien 22, Widenmayerstraße

Konto Nr. 41-S5 2 55 Telegrammadresse: Protector München

Pottscheckkonto: München 2196 93-803 Telefon 089-2212 73

26. Au₆. 1977 6/Ha

THE SINGEB COMPANY, Little Falls, New Jersey, USA

Eahmen für die Platten einer gedruckten Schaltung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rahmen für die Platten einer gedruckten Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Sie hat auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rahmens zum Gegenstand.

Rahmen für die Platten einer gedruckten Schaltung werden in der Luftwaffentechnik eingesetzt, um eine aus Platten mit gedruckten Schaltungen bestehende Anordnung zu tragen und zu kühlen. Auf diesem Einsatzgebiet werden die Platten mit jeder Seite des Plattenrahmens verklebt oder verkittet. Die Rahmen mit den daran angeordneten Platten werden dann aufeinandergestapelt, um einen Block zu bilden, der den empfindlichen Platten Kompaktheit und Schutz verleiht.

Die Tiefe jedes Plattenrahmens läßt einen Hohlraum entstehen, der zwischen dem darauf angeordneten Plattenpaar gebildet wird. Jeder Rahmen weist an einer Seite eine Verteilerkopföffnung auf, die sich, ohne den Hohlraum zu schneiden, durch den Rahmen erstreckt, ferner schlitzförmige Luftdurchlässe auf derselben Seite, die den Hohlraum mit der Ver-

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teilerkopföffnung verbinden. Weitere schlitzförmige Luftdurchlässe an der gegenüberliegenden Seite des Eahmens verbinden den Hohlraum direkt mit dem Baum, der die aus den auf Rahmen montierten Platten bestehende Anordnung umgibt· Nachdem die Rahmen aufeinandergestapelt worden sind, wird zur Kühlung bestimmte Luft, die durch den Verteilerkopf geblasen wird, in den Hohlraum jeder aus Platte und Rahmen bestehenden Baugruppe gegeben, wodurch die Platten abgekühlt werden. O-RLnge, die in sich um Jede Verteilerkopföffnung erstreckenden Nuten angeordnet sind, verhindern,, daß Luft in den Raum zwischen den Rahmen entweichen kann.

Bas Rahmenmaterial muß stabil, leicht und innerhalb geringer Toleranzen bearbeitbar sein. Die Stabilität ist zum Schutz der Platten erforderlich, während das geringe Gewicht wegen der Verwendung der Rahmen in Luftfahrzeugen notwendig ist. Sie Toleranzen bei den Abmessungen der Rahmen müssen wegen der Anforderungen gering sein, die an die Grenzflächen gestellt werden, die zwischen den Platten und dem Rahmen, zwischen den Rahmen untereinander und zwischen dem durch die Rahmen gebildeten Block und dem Rahmengestell vorliegen.

Aluminium erfüllt diese Anforderungen und stellt deshalb das herkömmliche Material für die Rahmen für die Platten einer gedruckten Schaltung dar. Während früher die Aluminiunrahmen durch Löten und Präzisionsformguß hergestellt wurden, stellt derzeit das Laminieren von drei Schichten aus exakt bearbeiteten Teilen das übliche Verfahren dar. Diese Verfahren zur Herstellung der bekannten Aimn-in-lTiiimahmen sind mit hohen Kosten verbunden und erfordern darüber hinaus in unterschiedlichem Ausmaß eine spanabhebende Nachbearbeitung. Auch das Laminierverfahren erweist sich als

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zeitraubend und verwickelt, so daß nur wenige Hersteller die erforderliche Qualifikation besitzen. Aluminiumrahmen sind deshalb kostspielig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Eahmen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der mit geringerem Kostenaufwand herstellbar und leichter als ein üblicher Aluminiumrahmen ist.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Eahmens sind in den Ansprüchen 2 bis 11 gekennzeichnet. Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rahmens ist im Anspruch 12 umrissen und in den Ansprüchen 13 und 14 weiter ausgestaltet.

Eine spanabhebende Nachbearbeitung, wie sie bei Aluminiumrahmen erforderlich ist, ist bei dem erfindungsgemäßen Rahmen entbehrlich, da die zur Luftkühlung erforderlichen Luftdurchlässe, Löcher für die Anschlußstifte und Stege beim Ausformen des Rahmens in denselben geformt werden können.

Ein fertig ausgeformter, erfindungsgemäßer Rahmen kann in gleicher Weise wie ein üblicher Aluminiumrahmen verwendet werden. Die Platten mit gedruckter Schaltung können an den ausgeformten Rahmen in ebenso einfacher Weise befestigt werden wie an den üblichen Aluminiumrahmen. Die ausgeformten Rahmen können in dem Rahmengestell ebenso exakt aufeinandergestapelt und in dasselbe eingepaßt werden wie Aluminiumrahmen.

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Die ausgeformten, erfindungsgemäßen fiahmen sind ohne Inkaufnahme irgendwelcher Nachteile Ainnri ηί nm-rahm«»™ in jeder Hinsicht ebenbürtig. Allerdings betragen die Kosten der ausgeformten Rahmen nur 25 % derjenigen von Aluminiumrahmen und das Gewicht ist ebenfalls geringer. Im Gegensatz zu laminierten Aluminiumrahmen sind viele kunststoff verarbeitende Betriebe qualifiziert genug, um ausgeformte Rahmen der gewünschten Genauigkeit und Größe herzustellen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielsweise erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ausgeformten Rahmens für die Platten einer gedruckten Schaltung und einer solchen Platte vor deren Befestigung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen ausgeformten Rahmen für die Platten einer gedruckten Schaltung; und

Fig. 3 die Ansicht eines ausgeformten Rahmens für die Platten einer gedruckten Schaltung von unten.

Wie insbesondere Fig. 1 zu entnehmen, kann an der (nicht sichtbaren) Rückseite eines ausgeformten Rahmens 10 eine Platte 12 mit einer gedruckten Schaltung und an der Vorderseite 14 desselben eine zweite, nicht dargestellte Platte mit gedruckter Schaltung befestigt werden. Nachdem beide Platten am Rahmen 10 befestigt worden sind und der Rahmen 10 zusammen mit weiteren Rahmen-Platten-Baugruppen in ein nicht dargestelltes Rahmengestell eingesetzt worden

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ist, wird zur Kühlung "bestimmte Luft, die durch die Verteilerkopföffnung 19 eingeblasen wird, von der Verteilerkopföffnung 19 durch schlitzförmige Luftdurchlässe 20, 21, 22 dem Innenraum 23 des Rahmens 10 zugeführt, wie durch die Linien 16, 17, 18 veranschaulicht. Während die Luft den Innenraum 23 des Rahmens 10 passiert, kühlt sie die Platte 12 mit gedruckter Schaltung sowie die zweite, am Rahmen 10 befestigte Platte mit gedruckter Schaltung. Über schlitzförmige Luftdurchlässe 24, 25, 26 verläßt die Luft den Rahmen 10, wie durch die wellenförmigen Linien 27, 28,

29 verdeutlicht.

Eine Ausziehvorrichtung greift an den Ziehwarzen

30 und 31 an, wodurch der Rahmen 10 aus dem Gestell entfernt werden kann. Die Verteilerkopföffnung 19, die schlitzförmigen Luftdurchlässe 20, 21, 22, 24, 25, 26 und die Ziehwarzen 30 und 31 sind allesamt mit den erforderlichen Toleranzen am Rahmen 10 ausgeformt.

Gemäß Pig. 2 sind Verstärkungseinlagen 32, 33, 34, 35 aus Aluminium in den Rahmen 10 eingeformt, und zwar während des Ausformvorganges. Weiterhin sind Verankerungen 36, 38, 40, 42 zwischen Stegen 44, 46 und Rahmen 10 als Teil des Rahmens 10 in denselben eingeformt. Die Stege 44 und 46 aus Aluminium sind mit den Verankerungen 36, 42 und 38, 40 verbunden. "Bin halb so breiter Steg 48 ist direkt am oberen Ende des Rahmens 10 befestigt. Die Stege 44, 46 aus Aluminium können mit den Verankerungen 36, 38, 40, 42 nach dem Ausformen verbunden werden, stattdessen kann der Rahmen 10 direkt um die Stege 44, 46 herum ausgeformt werden und dabei die Stege 44, 46 in den Verankerungen 36, 38, 40, 42 während des Aueformens befestigen.

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Eine O-Ring-Nut 52 wird um die Verteilerkopf öffnung 19 herum ausgeformt, um eine Stelle für einen O-RLng zu schaffen, der verhindert, daß zur Kühlung bestimmte Luft zwischen dem Hahmen 10 und dem benachbarten Rahmen entweicht.

Gemäß Pig. 3 weist der Rahmen 10 an seiner Unterseite 114 Löcher 54 für Anschlußstifte auf. Nachdem die Platten am Bahmen 10 befestigt worden sind, wird die elektrische Verbindung der Platten über die Löcher 54 hergestellt. Auch die Löcher 54 sind in den Rahmen 10 eingeformt.

Das Ausformen wird mit Vorteil angewandt, um den Umfang weiterer Bearbeitungsvorgange zur Herstellung des fertigen Rahmens zu vermindern. Die Aluminiumstege 44, 46, die Verstärkungseinlagen 32, 33» 34, 35» die Verteilerkopföffnung 19, die schlitzförmigen Luftdurchlässe 20, 21, 22, 24, 25, 26, die 0-Ring-Nut 52 an der Verteilerkopf öffnung 19 und die Löcher für die Anschlußstifte werden anstelle einer spanabhebenden Bearbeitung sämtlich ausgeformt. Ist er aus der Form entfernt worden, braucht der Rahmen 10 nur noch abgegrated zu werden.

Nicht hygroskopische, ungiftige, nicht endzündbare

oder schwer entflammbare Kunststoffe mit einer Druckdehnung

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von 1.900 kg/cm (27.000 lbs/in ), einer Bruchfestigkeit von

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1.270 kg/cm (18.000 lbs/in ) und einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 2,41 χ IO""'' cm/cm ⁰C stellen geeignete Rahmenmaterialien dar. Falls die eingesetzten Kunststoffe darüber hinaus verformbar und fließfähig sind, weisen sie alle Forderungen auf, die durch die Erfindung an sie gestellt werden. Einige Kunststoffe, die diese Anforderungen sämtlich erfüllen, sind glasfaserverstärkte Polysulfone, glasfaserverstärkte Polyphenylenoxide, kohlenstoffaserverstärkte PoIyphenylensulfide, glasfaserverstärkte Polyphenylensulfide und

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kohlenstoffaserverstärktes Nylon vom Typ 6/6. Weiterhin ist ein unter der Bezeichnung "Kinel 4515" bekanntes, von der Firma RHODIA INC., New York, USA, in den Handel gebrachtes Material als Rahmenmaterial geeignet.

Durch die Aluminiumstege 44, 46 und den Aluminiumsteg 48 wird die Druckdehnung des Rahmens 10 zusätzlich erhöht. Ein Kriechen des ausgeformten Rahmens 10 wird durch die Verwendung der Verstärkungseinlagen 32, 33» 34·, 35 in jeder Ecke des Rahmens 10 verhindert. Die Verstärkungseinlagen 32, 33» 34-, 35 erstrecken sich quer durch den Rahmen 10 hindurch, und wenn die Rahmen 10 aneinandergesetzt worden sind liegen die Verstärkungseinlagen 32, 33» 34-, 35 benachbarter Rahmen 10 aneinander an, so daß sie das Gewicht des Kunststoffes aufnehmen.

Ausgezeichnete Versuchsergebnisse wurden mit einem mit 40 % Glasfaser versetztem Polyphenylensulfid-Harz erhalten, das unter der Handelsbezeichnung "Ryton R-4" (eingetragenes US-Warenzeichen) von der Pinna HiILLIPS PETROLEUM CO., Bartlesville, Oklahoma, USA, in den Handel gebracht wird. Nach dem Tempern bei einer Temperatur über 133° C während einer Stunde weist "Ryton R-4" sämtliche vorstehend erwähnten Anforderungen für das Rahmenmaterial auf.

Aus "Ryton R-4" geformte Rahmen 10 bestanden alle Versuche erfolgreich, die für Rahmen für die Platten einer gedruckten Schaltung durchzuführen sind, d. h. sinusförmige Vibrationen, Festigkeit gegenüber mechanischen Stoßen, unregelmäßige Vibrationen, Aufheizen nach längerem Außerbetriebsetzen, durch Beschüß erzeugte Vibrationen, Höchsttemperatur, plötzliches Abkühlen und Feuchtigkeit.

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Auch die Qualifikationstests der NASA, für !Raumfahrzeuge nach der Norm NHB 8060.1 bestand "Ryton R-Λ" bezüglich Entflammbarkeit, Geruchs- und Gasfreisetzungsanforderungen sowie hinsichtlich Versuchen für Materialien in einer die Zersetzung fördernden Umgebung. Der NASA-Bericht kommt zu dem Schluß, "obgleich die Bauchkonzentration etwas höher als erwünscht ist, hat sich RTSQN als völlig geeignet für die unbegrenzte Verwendung in Raumfahrzeugen erwiesen, wo seine technischen Eigenschaften erwünscht sind".

Infolgedessen ist "Ryton R-4" auch ein sicheres Rahmenmaterial, das Aluminium unbedenklich ersetzen kann·

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Claims

Ansprüche

1.,Rahmen für die Platten einer gedruckten Schaltung mit Luftdurchlässen zu dem von dem Rahmen eingeschlossenen Innenraum, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem verformbaren, fließfähigen, nicht hygroskopischen, ungiftigen und nicht entzündbaren Kunststoff mit hoher Druckdehnung, hoher Bruchfestigkeit und niedrigem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht und wenigstens einen mit zwei einander gegenüberliegenden Streben des Bahmens (10) verbundenen Steg (44, 46, 48) sowie Löcher (54) für Anschlußstifte aufweist.

2. Rahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff eine Druckdehnung von etwa 1.900 kg/cm , eine Bruchfestigkeit von etwa I.27O kg/cm und einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 2,41 χ ΛΟ"^ cm/cm° C aufweist.

3. Rahmen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff wahlweise aus einem glasfaserverstärkten Polysulfon, einem glasfaserverstärkten Polyphenylenoxid, einem kohlenstoffaserverstärkten Polyphenylensulfid, einem glasfaserverstärkten PoIyphenylensulfid und aus kohlenstoffaserverstärktem Nylon vom Typ 6/6 besteht.

4. Rahmen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyphenylensulfid mit 40 Gew.-% Glasfaser verstärkt ist.

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ORIGINAL INSPECTED

5. Rahmen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (10) aus einem einzigen ausgeformten Bauteil gebildet ist.

6. Rahmen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (23), die Verteilerkopföffnung (19), die Luftdurchlässe (20, 21, 22, 24, 25, 26), die Löcher (54) für die Anschlußstifte und der bzw. die Stege (44, 46, 48) im Rahmen (10) ausgeformt sind.

7. Rahmen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Stege (44, 46, 48) aus Aluminium bestehen.

8. Rahmen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine sich quer durch den Rahmen (10) erstreckende Verstärkungseinlage (32, 33 > 34-> 35) aus Metall in den Rahmen (10) eingeformt ist.

9· Rahmen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinlage (32, 33» 34, 35) aus Aluminium besteht.

10. Rahmen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einander gegenüberliegenden Streben mindestens eine Verankerung (36, 38, 40, 42) für jeden Steg (44, 46) im Rahmen (10) an jedem Ende jedes Steges (44, 46) aufweisen, wobei die Verankerungen (36, 38, 40, 42) in den einander gegenüberliegenden Streben eingeformt

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und die Stege (44, 46) mit ihren Enden mit den Verankerungen (36, 38, 40, 42) verbunden sind.

11. Bahmen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem ausgeformten, faserverstärkten Kunststoff besteht, bei Betrachtung aus einer ersten Richtung einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und eine Tiefe aufweist, die wesentlich geringer ist als seine länge und Höhe und mit einem oberen Segment (30), das mit einem Ende mit dem einen Ende eines ersten seitlichen Segmentes und mit dem anderen Ende mit einem Ende eines zweiten seitlichen Segments verbunden ist, sowie mit einem unteren Segment, das mit den restlichen Enden der beiden seitlichen Segmente verbunden ist, versehen ist und bei Betrachtung aus der ersten Sichtung den Umfang einer im wesentlichen rechtwinkligen Öffnung festlegt, so daß ein Innenraum (23) hervorgebracht wird, der diese durch den Bahmen (10) festgelegte Öffnung und zwei dem Bahmen (10) benachbarte und zur ersten Sichtung normal verlaufende Ebenen umfaßt, daß eine in den Bahmen (10) geformte und sich entlang der ersten Sichtung durch das erste seitliche Segment erstreckende Verteilerkopföffnung (19) in den Bahmen (10) eingeformt ist, wobei wenigstens ein sich in einer zur ersten Sichtung senkrechten, zweiten Richtung erstreckender, von der Verteilerkopföffnung (19) in den Innenraum (23) des Rahmens (10) verlaufender, schlitzförmiger, in das erste seitliche Segment eingeformter Luftdurchlaß (20, 21, 22), wenigstens ein vom Innenraum (23) des Rahmens (10) durch das zweite seitliche Segment verlaufender, sich in der zweiten Richtung erstreckender, schlitzförmiger, in das zweite seitliche Segment eingeformter Luft-

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durchlaß (24, 25, 26) sowie wenigstens ein mit einem Ende in das erste seitliche Segment und mit dem anderen Ende in das zweite seitliche Segment eingeformter Steg (44, 46, 48) aus Aluminium vorgesehen ist, wobei ferner das untere Segment von ausgeformten Löchern (54) für die Anschlußstifte durchsetzt wird, die sich in einer zur ersten und zweiten Richtung senkrechten, dritten Richtung erstrecken, und wobei wenigstens eine Verstärkungseinlage (32, 33, 34, 35) in jeder Ecke des Rahmens (10) eingeformt ist, die sich zumindest in der ersten Richtung durch den Rahmen (10) hindurch erstreckt.

12. Verfahren zur Herstellung des Rahmens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (10) samt Innenraum (23)* Verteilerkopföffnung (19), Luftdurchlässen (20, 21, 22, 24, 25, 26) und Löchern (54) für die Anschlußstifte als ein Bauteil aus einem verformbaren, fließfähigen, nicht hygroskopischen, ungiftigen, nicht entzündbaren Kunststoff mit hoher Druckdehnung, hoher Bruchfestigkeit und niedrigem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgeformt wird und die Stege (44, 46, 48) am Rahmen (10) befestigt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die sich quer durch den Rahmen (10) erstreckenden Verstärkungseinlagen (32, 33» 34-» 35) aus Metall in den Rahmen (10) während des Ausformens desselben eingeformt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (44, 46, 48) durch Einformen während des Ausformens des Innenraumes (23), der Verteilerkopföffnung (19), der Luftdurchlässe

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(20, 21, 22, 24, 25, 26) und der Löcher (54) für die Anschlußstifte am Rahmen (10) befestigt werden.

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