DE68909060T2

DE68909060T2 - Gehäuse zur Umhüllung eines zerbrechlichen Elementes, wie einer logischen Schaltung und Verfahren zur Montage eines derartigen Gehäuses.

Info

Publication number: DE68909060T2
Application number: DE89420011T
Authority: DE
Inventors: Francis Steffen
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics Inc
Current assignee: STMicroelectronics lnc USA
Priority date: 1988-01-13
Filing date: 1989-01-09
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2009-01-10
Also published as: DE68909060D1; JP2681043B2; EP0324700A1; US5107073A; FR2625840B1; KR890012379A; JPH02180184A; FR2625840A1; ATE94669T1; EP0324700B1; USRE36208E

Description

Die vorliegende Erfindung hat ganz allgemein ein Gehäuse zur Aufnahme insbesondere zumindest eines zerbrechlichen Elementes, wie zum Beispiel einer logischen Schaltung, zum Ziel. Sie hat ferner das Verfahren zur Montage eines derartigen Gehäuses zum Ziel.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Gehäuse in Form einer Kreditkarte und fügt sich in die Entwicklung von Karten für logische Schaltungen ein, welche in der Lage sind, mehrere Funktionen zu erfüllen, wie zum Beispiel Karten für den Zutritt zu kontrollierten Bereichen, Bankkarten und anderen.
Im allgemeinen weisen die Gehäuse gemäß der Erfindung zwei Schalen sowie einen Träger auf, welcher die logische Schaltung tragen soll. Was die besondere Entwicklung anbelangt, die ebenfalls von der vorliegenden Erfindung angestrebt wird, so hat das Gehäuse die Form zweier im allgemeinen flacher Schalen und weist ganz allgemein die Form einer Kreditkarte auf, während in dem Träger zudem ein Verbindungsstück eingebaüt ist, welches die Verbindung der Logik der Karte mit einer externen Logik ermöglichen soll. Die Schalen sowie der Träger sind vorzugsweise aus Plastik gefertigt.
Das technisch größte Problem, dem sich der Anmelder gegenübersah, ist die abschließende Montage der Schalen und des Trägers.
Hier sind verschiedene Lösungen bekannt. Sie greifen alle auf Klebetechniken zurück, wobei entweder Kleber oder mit Kleber beschichtete Filme verwendet werden. Diese Techniken weisen verschiedene Nachteile auf.
Zunächst einmal ist die Wirkungsweise des Klebers nicht immer gut, da die vorhandenen Werkstoffe nicht immer sauber und vollkommen eben sind. Die Klebung ist zudem von der Energie an der Oberfläche des Klebers, sowie von der des zu klebenden Werkstoffes abhängig. Die Oberflächenenergie des Klebers ist im allgemeinen konstant. Die der zu klebenden Werkstoffe kann sich jedoch von einem Materialposten zum anderen ändern. Aus diesem Grund ist es äußerst schwierig, von einem Posten zum anderen identische Klebebedingugen zu schaffen; dies erfordert eine besondere Behandlung der Posten und hat, außer den wirtschaftlichen Nachteilen, auch zur Folge, daß die Qualität der Klebung dem Zufall überlassen wird.
Ein weiterer Nachteil ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Klebeverbindung leicht zu zerstören ist, vor allem dann, wenn die Karte großen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Die Karten, welche von der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, sollen jedoch in der Lage sein, Temperaturschwankungen von etwa 100ºC standzuhalten. Ebenso sollen die Karten gemäß der Erfindung in der Lage sein, großen mechanischen Beanspruchungen standzuhalten. Da außerdem die auf dem Markt erhältlichen verschiedenen Kleber alle Ihre eigenen Vor- und Nachteile haben, ist es oft schwierig, die durch die Lastenhefte vorgeschriebenen, zahlreichen Angaben, wie beispielsweise die Kältebeständigkeit, die Biege- und Lösemittelfestigkeit, die Widerstandsfähigkeit gegen Verschmutzungen etc., miteinander zu vereinbaren.
Abschließend muß man wissen, daß die Durchführung der Klebung nicht immer einfach ist. Der Fachmann wird hier mit Umweltproblemen konfrontiert, die sowohl die Komponenten als auch den Menschen betreffen. Außerdem wird er mit Problemen hinsichtlich der Klebezeiten konfrontiert, die innerhalb einer Herstellungskette nicht immer leicht zu regeln sind.
Im übrigen kennt der Fachmann auch eine andere Technik für die Verbindung von Elementen aus Plastik, und zwar die Ultraschallschweißung.
Mit Hilfe dieser Technik, die es ermöglicht, Elemente aus Plastik durch das Schmelzen des Werkstoffes an der Verbindungsstelle zusammenzufügen, können die im vorangegangenen erwähnten Nachteile ausgeschaltet werden. Sie wurde in dem Dokument FR-A-2457623 vorgeschlagen. Sie weist jedoch einige Nachteile auf. Das Verfahren beruht im wesentlichen darauf, die Schweißzone, in der vorliegenden Anwendung die Peripherie des Gehäuses, bei einer Ultraschallfrequenz (in der Größenordnung von 20 bis 50 kHz) in Schwingungen zu versetzen. Bei den bekannten Techniken würden jedoch die Schwingungen auf das gesamte Gehäuse übertragen werden. Da es sich bei der vorliegenden Anwendung um die Verbindung von zwei Schalen handelt, zwischen denen sich eine logische Schaltung befindet, würden die Schwingungen auf die logische Schaltung übertragen werden, was mit fast absoluter Sicherheit die Zerstörung der zerbrechlichen Elemente dieser Schaltung zur Folge hätte. Dies würde auch für den Fall gelten, in dem der Träger der Schaltung zudem ein Verbindungsstück aufweist. Es sind nun zahlreiche Schweißverbindungen zwischen den Elementen der logischen Schaltung und den Anschlüssen des Leiters vorgesehen, wobei diese Schweißnähte jedoch, wenn sie, auch für nur sehr kurze Zeit, den obengenannten Schwingungen ausgesetzt sind, zerstört oder zumindest beschädigt werden könnten.
Aus diesem Grund hatte der Anmelder seine Forschungen zunächst im Bereich der Klebetechniken angestellt. Trotz der Tatsache, daß dem Fachmann die Ultraschallschweißung aus den im vorangegangenen genannten Gründen vollkommen ungeeignet erschien, um das Verbindungsproblem zu lösen, hat der Anmelder dennoch nach einer Lösung gesucht, die es ermöglicht, die Verbindung durch Ultraschallschweißung herzustellen und dabei so weit als möglich zu vermeiden, daß die Ultraschallschwingungen mit gefährlichen Amplituden auf die zerbrechlichen Elemente des Gehäuses übertragen werden, ganz gleich, ob es sich dabei um einige Elemente der logischen Schaltung, um die Schweißnähte des Verbindungsstückes oder aber um ein anderes zerbrechliches Element handelt. Parallel dazu hat der Anmelder seine Forschungen fortgesetzt, um die technischen Eigenschaften, welche für die Karten logischer Schaltungen durch die Lastenhefte vorgeschrieben sind, und insbesondere die Biegefestigkeit, zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine Lösung für dieses in zweierlei Hinsicht technische Problem vor, da sie ein Gehäuse zur Aufnahme insbesondere zumindest eines zerbrechlichen, auf einem Träger montierten Elementes, z.B. einer logischen Schaltung, zum Ziel hat, wobei das Gehäuse den Träger und zumindest zwei Schalen aufweist, die durch Ultraschallschweißung miteinander zu verbinden sind, daß jede Schale hierzu eine Schweißzone mit einer Geometrie aufweist, die für eine Ultraschallschweißung geeignet und so ausgebildet ist, daß dann, wenn die zwei Schalen vor der Schweißung zusammengefügt werden, die Schalen insgesamt durch eine Versetzung getrennt sind, die sich längs einer ersten Achse, hier vertikale Achse genannt, erstreckt, und daß der Träger zumindest einen Montageabschnitt und zumindest eine der Schalen eine Aufnahme für diesen Abschnitt aufweist, wobei die Aufnahme und der Montageabschnitt derart zusammenarbeiten, daß einerseits die Bewegung des Trägers in bezug zu den Schalen längs der beiden, hier transversale und axiale Achse genannten Achsen auf ein transversales und axiales Spiel begrenzt ist, und andererseits nach der Verschweißung die Bewegung des Trägers in bezug zu den Schalen längs der vertikalen Achse auf ein vertikales Spiel begrenzt ist.
Die vorliegende Erfindung hat ferner ein Verfahren zur Montage eines im vorangegangenen beschriebenen Gehäuses mit folgenden Schritten zum Ziel:
- Zusammensetzen der beiden Schalen und des Trägers,
- Aneinanderpressen der beiden Schalen, insbesondere mit Hilfe einer Vorrichtung zum Ultraschallschweißen,
- Versetzen der Zone in Schwingungen mittels der Schweißvorrichtung, wobei die Schwingungen längs der genannten vertikalen Achse ausgerichtet sind,
- Beenden der Schwingungen, sobald die besagte Versetzung längs der vertikalen Achse verschwunden ist.
Aufgrund dieser Maßnahmen wird ein Gehäuse, welches durch Ultraschallschweißen verbunden werden kann, mit zumindest einem zerbrechlichen Element realisiert. Somit werden die Nachteile der Klebetechniken ausgeschaltet. Was nun darüberhinaus das Gehäuse in Form einer Kreditkarte anbelangt, welches von dem Anmelder entwickelt wurde, wird die im Lastenheft vorgeschriebene Widerstandsfähigkeit gegenüber Beanspruchungen verbessert.
Hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit der gesamten Anordnung gegenüber den Ultraschallschwingungen während des Schweißvorganges, muß man feststellen, daß aufgrund der zu Beginn des Schweißens bestehenden Versetzung zwischen den Schalen längs einer sogenannten vertikalen Achse, parallel zur Amplitude der Schwingungen, eine direkte Übertragung dieser Schwingungen auf den Träger und infolgedessen auf die zerbrechlichen Elemente dieses Trägers vermieden werden kann.
Man wird im folgenden feststellen, daß der Montageabschnitt des Trägers eingebaut und nicht etwa in die Aufnahme geschweißt ist. Zudem wird zumindest bei einigen Ausführungsbeispielen vorgesehen, ein geringes Spiel zu lassen, so daß sich der Montageabschnitt des Trägers innerhalb der Aufnahme während und nach dem Schweißen in mehrere Richtungen bewegen kann. Diese Anordnungen haben den Vorteil, daß die Übertragungspunkte der Schwingungen zwischen den Schalen und dem Montageabschnitt reduziert werden. Man stellt fest, daß wenn eine Blockierung des Montageabschnittes des Trägers aufgrund eines Einbaus ohne Spiel vermieden wird, darüberhinaus auch die direkte oder indirekte Übertragung von Schwingungen durch den Einbau vermieden werden kann.
Außerdem wird aufgrund der Erfindung ein homogenes Gehäuse ohne Fremdelemente sowie ohne Grenzschicht zwischen den Schalen realisiert. Ein derartiges Gehäuse verhält sich unter veränderlichen atmosphärischen oder klimatischen Bedingungen homogen. Somit ermöglicht es das Montageverfahren, den Bereich der Widerstandsfähigkeit des Gehäuses in Form einer Kreditkarte sowohl auf sehr niedrige, als auch auf sehr hohe Temperaturen zu erweitern, wobei der Bereich je nach verwendeten Material von - 40ºC, + 85ºC, im Falle der älteren Techniken bis - 55ºC, + 150ºC oder, wenn es nötig ist, gar noch weiter reicht. Außerdem erhält man, wenn es wünschenswert ist, nach dem Schweißen eine vollkommene Dichtheit der Karte.
Ein weiterer Vorteil liegt in dem geringen Spiel nach dem Schweißen, vor allem in vertikaler Richtung, aber auch, wenn es möglich ist, in axialer und transversaler Richtung. Dieses Spiel ermöglicht es, in bezug auf ein Gehäuse, das im allgemeinen die Form einer Kreditkarte aufweist, die Biegefestigkeit des Gehäuses zu verbessern. Hält das Gehäuse einer Biegung stand, so kann sich die logische Schaltung, die in den meisten Fällen die Form einer kleinen flachen gedruckten Schaltung aufweist, in die betreffenden Richtungen verschieben und somit zumindest einen Teil der Biegung kompensieren.
Die im vorangegangenen erwähnten Probleme bei der Herstellung sind somit gelöst, da das Montageverfahren nicht nur sauber und schnell ist, sondern auch keine Verunreinigungen erzeugt und die Montagebedingungen mit Sicherheit reproduziert werden können.
Die obengenannten Vorteile haben eine ganz wesentliche finanzielle Auswirkung, da sowohl die Herstellungszeiten (die Schweißung dauert nur mehr einige Millisekunden) als auch die Automatisierung und in allgemeiner Hinsicht die Einfachheit des Verfahrens es ermöglichen, die Kosten zu optimieren.
Bei einigen Anwendungen ist es nicht wünschenswert, daß sich der Träger nach der Montage und dem Schweißen der gesamten Anordnung frei in eine oder mehrere Richtungen bewegen kann. Aus diesem Grund ist bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung zumindest eines der Spiele, ob transversal, axial oder vertikal, gleich Null. Gemäß der Erfindung kann jedoch das vertikale Spiel nur aufgehoben werden, wenn die Schweißung einmal beendet ist, um zu vermeiden, daß die Ultraschallschwingungen während des Schweißens direkt auf den Träger übertragen werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Montageabschnitt eine Montagelasche mit einer im wesentlichen Parallelepipedform auf, die sich global in einer transversalaxialen Ebene erstreckt, wohingegen die Aufnahme von entsprechend komplementärer Form ist und die relativen Dimensionen der Montagelasche und der Aufnahme derart sind, daß einerseits die Höhe der Lasche höchstens gleich der Gesamthöhe der Aufnahme für diese Lasche nach Verschweißen des Gehäuses ist und andererseits die Lasche an ihrem transversalen, der Schweißzone am nächsten liegenden Ende eine Seitenfläche aufweist, die in einer axial-vertikalen Ebene gelegen ist, wobei kein Kontakt zwischen dieser Seitenfläche und der korrespondierenden Fläche der Aufnahme möglich ist.
Diese Maßnahmen sind relativ einfach zu realisieren, und die Schwingungen können zudem weder direkt noch indirekt durch die sogenannte Seitenfläche übertragen werden.
Gemäß einem weiteren Merkmal dieses bevorzugten Ausführungsbeispieles weist jede Schale eine Nut zur Aufnahme des Trägers auf, während letzterer zwei Montageabschnitte aufweist, wobei jeweils einer mit einer äußeren Seitenfläche des Trägers verbunden ist, die Nut selbst zwei korrespondierende Seitenflächen aufweist, wobei die relativen Dimensionen der Nut und des Trägers so bemessen sind, daß kein gemeinsamer Kontakt möglich ist, und die äußeren Seitenflächen des Trägers nicht gleichzeitig in Kontakt mit den korrespondierenden Flächen der Nut sein können.
Mit Hilfe dieser Maßnahmen kann während der Schweißung insbesondere vermieden werden, daß der Träger umspannt und in einer transversalen Richtung blockiert wird, und daß somit die Schwingungen zumindest indirekt mittels seiner äußeren Seitenflächen auf den Träger übertragen werden.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Träger in axialer Richtung blockiert, wobei jede Montagelasche eine Vorder- und eine Rückseite aufweist, die sich längs einer vertikaltransversalen Ebene erstrecken und mit den entsprechenden Seiten der Aufnahmen aneinanderstoßen. Auf diese Weise werden die durch diese Seiten eventuell übertragenen Schwingungen im wesentlichen in einer axialen Richtung ausgestrahlt und infolgedessen in transversaler Richtung zum Inneren des Trägers hin abgeschwächt.
Die Kanten der Montagelasche werden vorteilhafterweise abgerundet, um so insbesondere Spitzeneffekte zu vermeiden und die Dämpfung der Schwingungen zu erhöhen.
In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind, gemäß einem besonders vorteilhaften Merkmal, die Schalen einerseits und der Montageabschnitt andererseits aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut, die gegen ein Amalgamieren im Laufe der Ultraschallschweißung unempfindlich sind.
Somit wird verhindert, daß der Montageabschnitt zufällig in der Aufnahme verschweißt wird, wodurch es wiederum möglich ist, einerseits die Übertragung der Schwingungen durch diese zufällige Schweißung vor dem Ende des Schweißvorganges und andererseits die Blockierung des Trägers zu vermeiden, während es bei anderen Anwendungen wünschenswert ist, daß sich letzterer, wie im vorangegangenen bereits erwähnt, in eine oder mehrere Richtungen frei bewegen kann.
Die Eigenschaften sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im übrigen anhand der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen näher erläutert:
- Fig. 1 zeigt eine perspektivische, aufgeschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispieles eines Gehäuses gemäß der Erfindung,
- Fig. 2 zeigt eine Detailansicht einer der Schalen und des Montageabschnittes des in Fig. 1 dargestellten Trägers, entlang der Linie II-II der Fig. 3,
- Fig. 3 zeigt einen Teilschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2, wobei die Schalen vor der Schweißung zusammengefügt werden,
- Fig. 4 zeigt einen Teilschnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 2, wobei die Schalen vor der Schweißung zusammengefügt werden,
- Fig. 5 zeigt ein Diagramm, in dem die Dämpfung der während des Schweißvorganges auf den Träger übertragenen Schwingungen dargestellt ist,
Fig. 6 zeigt eine zur Fig. 3 analoge Ansicht, hier ist jedoch die gesamte Anordnung nach der Schweißung dargestellt, und
- Fig. 7 zeigt eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht und stellt eine Ausführungsvariante dar.
Gemäß dem gewählten und in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist ein Gehäuse 10 zwei Schalen, eine untere Schale 11a und eine obere Schale 11b, sowie einen Träger 13 mit einer logischen Schaltung auf, welche hier in Form einer gedruckten Schaltung 15 dargestellt ist. Die Schalen 11a, 11b sind im wesentlichen eben und haben eine dem Standard der Kreditkarten entsprechende Länge und Breite.
Man stellt fest, daß hier jede Schale auf einer ihrer schmalen Seiten eine Aufnahme 14a (14b) mit im wesentlichen rechteckiger Form aufweist, wobei jede dieser Aufnahmen den Träger 13 aufnehmen kann, welcher bei diesem Ausführungsbeispiel außerhalb dargestellt ist. Man stellt ferner fest, daß in dem Träger 13 auch ein Verbindungsstück eingebaut ist, welches hier Steckhülsen aufweist, die in der Zeichnung mit b1, b2 bezeichnet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Schweißnähte S1, S2, .... Sn, welche die Anschlüsse mit der Schaltung 15 verbinden, die Aufgabe, die Verbindung zwischen der Schaltung 15 und dem Träger 13 sicherzustellen.
Die Erfindung betrifft die Montage der Schalen und des Trägers.
Hierfür weist jede Schale eine Schweißzone (17a, 17b) mit einer Geometrie auf, die für die Ultraschallschweißung geeignet ist.
Da die Schalen in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel aus ABS hergestellt werden, weist diese Schweißzone auf jeder der Schalen 11a, 11b ein besonderes Profil auf, welches diese Schweißung ermöglichen und erleichtern soll. Man stellt somit fest, daß die Schweißzone 17a auf der unteren Schale 11a die Form einer scharfen Kante aufweist, während die Schweißzone 17b auf der oberen Schale eine Hohlform ist, die einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, vgl. Fig. 2 und 3. Diese Zonen 17a, 17b erstrecken sich über die Oberfläche der Schale, außer auf der Ebene der Seiten, welche die Nuten 14a, 14b bilden.
Die Geometrie der Schweißzonen 17a, 17b ist deutlich aus Fig. 3 zu ersehen. Man stellt insbesondere in dieser Figur fest, daß, gemäß einer Eigenschaft der Erfindung, die Geometrie der Schweißzone einer jeden Schale derart ist, daß dann wenn die beiden Schalen, wie in Fig. 2 dargestellt, vor der Schweißung zusammengesetzt werden, sie längs einer ersten Achse, hier vertikale Achse genannt und mit der Zahl 20 bezeichnet, versetzt sind. Die Versetzung der beiden Schalen trägt in Fig. 2 die Bezeichnung 21.
Die Geomtrie der Schweißzone 17a, 17b, wie sie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, ist jedoch nicht die einzig mögliche. Diese Geometrie hängt einerseits von dem verwendeten Werkstoff (im vorliegenden Fall ABS) und andererseits von der Größe der zu schweißenden Teile ab. Der Fachmann, dem die Ultraschallschweißung bekannt ist, kann nun das entsprechende Profil der Schweißzone von Fall zu Fall bestimmen. Gemäß der Erfindung ist es jedoch notwendig, daß das gewählte Profil derart ist, daß es eine Versetzung längs der Achse 20 der beiden Halbschalen, zumindest auf der Ebene der Montagezone des Trägers, hervorruft, wie es aus der noch folgenden Beschreibung hervorgehen wird.
Als Beispiel ist in Fig. 7 ein anderes Profil dargestellt, das dann verwendet werden kann, wenn die Schalen aus Nylon gefertigt sind. Man stellt fest, daß die Schweißzonen 17'a, 17'b ein Profil in L-Form aufweisen, daß jedoch zu Beginn der Schweißung, eine Überlappung 17'c des Werkstoffes eine Versetzung 21' hervorruft.
Gemäß der Erfindung weist der Träger 13 zumindest eine Montagezone auf. In dem gewählten und dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Montagezone im wesentlichen durch eine sogenannte Montagelasche gebildet, die in den Fig. 1 bis 4 mit der Zahl 23 bezeichnet ist. In Fig. 1 erkennt man, daß der Träger 13 eine äußere Seitenlasche aufweist. Diese Laschen sind identisch und es wird lediglich die linke beschrieben, welche detailliert in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist.
Die Montagelasche 23 wird mit dem Träger 13 aus einem Teil geformt. Sie weist eine im wesentlichen Parallelepipedform auf und ist auf jeder äußeren Seitenfläche 24 des Trägers 13 auf einer deutlich in der Mitte gelegenen Ebene angeordnet, die in Fig. 3 durch die transversale Achse 25 dargestellt ist.
Die Lasche 23 weist fünf Außenflächen auf : eine obere Fläche 26, eine untere Fläche 27, eine Seitenfläche 28 sowie eine Vorderseite 29 und eine Rückseite 30.
Aus den Figuren ist ersichtlich, daß die obere Fläche 26 sowie die untere Fläche 27 im wesentlichen eben sind und sich entlang von Ebenen erstrecken, welche parallel zu den der Schalen 11a und 11b verlaufen. Die Seitenfläche 28 erstreckt sich längs einer im wesentlichen vertikalen, zur Achse 20 parallel verlaufenden Ebene. Sie verläuft ebenfalls zu den Längsrändern der Schalen parallel. Die Vorderseite 29 und die Rückseite 30 sind vertikal und senkrecht zu den im vorangegangenen beschriebenen Seiten ausgerichtet.
Gemäß der Erfindung weist zumindest eine der beiden Schalen 11a, 11b eine Aufnahme für den Montageabschnitt auf. In dem gewählten und dargestellten Ausführungsbeispiel weist jede Schale eine derartige Aufnahme (Bezeichnungen 33a, 33b) auf. Jede der Aufnahmen 33a, 33b weist eine horizontale Stützfläche 34a, (34b), eine Seitenfläche 35a, (35b), eine sich vertikal erstreckende Stirnfläche 36a, (36b) sowie eine sich vertikal erstreckende Rückseite 37a, (37b) auf.
Gemäß einem Aspekt der in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel realisierten Erfindung, erkennt man in den Fig. 2 und 4, daß die Distanz, welche die Vorderseite 29 und die Rückseite 30 von der Lasche 23 trennt, die gleiche ist wie die, welche die Stirnfläche 36a, 36b und die Rückseite 37a, 37b von den Aufnahmen 33a, 33b derart trennt, daß, gemäß eines Aspektes der in diesem Ausführungsbeispiel realisierten Erfindung, der Träger 13 in axialer Richtung blockiert wird (in Fig. 2 durch die Achse 39 dargestellt)
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung, weisen die Laschen 23 eine seitliche Ausdehnung (längs der transversalen Achse 25) auf, die deutlich geringer ist, als die seitliche Ausdehnung der Aufnahmen 33a, 33b. Ebenso ist die Länge des Trägers 13 zwischen den äußeren Seitenflächen 24 deutlich geringer als der Abstand zwischen den Seitenflächen 41a, 41b der Nut 14; so wird das Gehäuse entweder, wie in Fig. 3 dargestellt, einfach vor der Schweißung zusammengesetzt oder, wie in Fig. 6 dargestellt, verschweißt; der Träger 13 kann sich nun transversal (längs der Achse 25) bewegen, und seine Bewegung wird durch das Aufeinaderstoßen der Flächen 24 des Trägers und der Seitenflächen der Nut 41a, 41b begrenzt.
Man stellt fest, daß in dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß einem besonders vorteilhaften Aspekt der Erfindung hier einerseits kein Kontakt zwischen der Seitenfläche 28 der Lasche 23 und der Seitenfläche 35a oder 35b der Aufnahme 33a oder 33b möglich ist, und andererseits der Träger 13 nicht gleichzeitig mit den Schalen 11a, 11b durch eine jede seiner Seitenflächen 24 in Kontakt sein kann.
Gemäß der Erfindung ist die Dicke der Lasche 23 entsprechend der Distanz, welche ihre obere Fläche 26 und ihre untere Fläche 27 voneinander trennt, höchstens gleich der Distanz, welche die horizontalen Stützflächen 34a, 34b von den Aufnahmen 33a, 33b trennt, wenn die Schalen geschweißt werden. In diesem Fall besteht am Ende der Schweißung gleichzeitig ein Kontakt zwischen der oberen Fläche 26 und der unteren Fläche 27 der Lasche 23 respektive mit der Stützfläche 34a der unteren Schale 11a und der Stützfläche 34b der oberen Schale 11b. Dennoch ist in dem gewählten und dargestellten Ausführungsbeispiel die Dicke der Lasche 23 derart gewählt, daß sie merklich geringer ist als die Distanz, welche, wie in Fig. 6 dargestellt, die horizontalen Flächen 34a, 34b nach dem Schweißvorgang voneinander trennt. Somit kann sich der Träger 13 nach der Schweißung der Schalen längs der vertikalen Achse 20 bewegen, wobei seine Bewegung jedoch, wie in Fig. 6 dargestellt, auf das Spiel JV begrenzt ist.
Im folgenden wird das eigentliche Montageverfahren beschrieben.
Zunächst werden, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, die Schalen 11a, 11b und der Träger 13, auf welchem zuvor die Schaltung 15 montiert wurde, zusammengesetzt.
Anschließend werden die Schalen 11a, 11b auf eine an sich bekannte Art und Weise zwischen dem Träger und einer Sonotrode derart angeordnet, daß auf die Schalen ein Druck ausgeübt wird, wobei dieser Druck in Fig. 4 schematisch durch den Pfeil F dargestellt wird. Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, werden die Schalen 11a, 11b zu Beginn des Schweißvorganges, während die Schalen zusammengestzt werden, durch die Versetzung 21 voneinander getrennt. Dies hat zur Folge, daß selbst wenn die Dicke der Lasche 23 nach der Schweißung im wesentlichen gleich der Höhe der gesamten Aufnahme 33a, 33b ist, zu Beginn der Schweißung ein vertikales Spiel, das zumindest gleich der Versetzung 21 ist, vorhanden ist und der Träger sich längs der vertikalen Achse innerhalb der Begrenzung dieses Spieles bewegen kann.
Wie man sehen konnte, existiert ein transversales Spiel derart, daß die Seitenflächen 24 des Trägers nicht gemeinsam mit den Seitenflächen 41a, 41b der Nuten 14a, 14b in Kontakt sein können. Zudem ist kein Kontakt zwischen der Seitenfläche 28 der Lasche und den Seitenflächen 35a, 35b der Aufnahmen 33a, 33b möglich.
Anschließend wird die Sonotrode in Schwingungen versetzt. Gemäß einem Merkmal des Verfahrens sind die Schwingungen in einer vertikalen Ebene (parallel zu der Achse 20) ausgerichtet. Die Schwingungen können also nicht direkt auf die obere Fläche 26 und die untere Fläche 27 der Lasche 23 übertragen werden, da letztere nicht zwischen den Schalen eingeklemmt ist. Ferner kann aus den im vorangegangenen genannten Gründen keine der Schwingungen, weder durch die Seitenfläche 28 der Lasche 23 noch durch die Seitenflächen 24 des Trägers, übertragen werden.
Somit sind in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel zu Beginn des Schweißvorganges lediglich die Vorderseite 29 und die Rückseite 30 der Lasche 23 mit den korrespondierenden Flächen der Aufnahme 33a oder 33b, wie in den Fig. 2 und 4 dargestellt, in Kontakt. Da sich die Amplitude der Schwingungen nun aber parallel zu diesen Flächen erstreckt und sich letztere darüberhinaus gegenüberliegen, breiten sich die durch diese Flächen übertragenen Schwingungen im wesentlichen in einer axialen und kaum in transversaler Richtung aus.
In Fig. 5 ist in einem Diagramm die Amplitude der Schwingungen auf der Ebene der Schweißnähte 17a, 17b sowie der Wert dieser Amplitude in Abhängigkeit von der Entfernung in einer transversalen Richtung in bezug zu der Zone 17a, 17b dargestellt. Man erkennt, daß an der ersten Schweißstelle S1 (die Abszisse xS1 in der Fig. 5) die Amplitude der Schwingungen stark gedämpft ist (Amplitude AS1). Der Anmelder hat festgestellt, daß bei xS1 eine Dämpfung von etwa 40 dB im Vergleich zu der Amplitude Amax der Schwingungen auf der Ebene der Schweißzone vorliegt. Eine derartige Dämpfung ist hier ausreichend, um eine Zerstörung der Schweißnaht S1 zu vermeiden. Man stellt jedoch fest, daß die Dämpfung um so größer ist, je weiter man sich von der Schweißzone entfernt. Wenn in die gedruckte Schaltung noch zerbrechlichere Elemente eingebaut werden müssen, so müßten diese im Rahmen des hier beschriebenen Ausführungsbeispieles lediglich an einer Stelle eingebaut werden, an der die Dämpfung noch größer ist.
Die Ultraschallschwingungen werden für eine relativ kurze Zeit (hier einige Zehntelsekunden) eingesetzt. Die Schwingungsenergie wird auf eine an sich bekannte Art und Weise auf die Kante 17a konzentriert und bewirkt somit das Verschmelzen des Werkstoffes dieser Kante mit der Zone 17b der oberen Schale. Da ein vertikaler Druck F auf die Schalen ausgeübt wird, nähern sich letztere einander an und die Versetzung 21 wird geringer, bis sie schließlich nicht mehr vorhanden ist.
Am Ende des Schweißvorganges ist die Schweißkante 17a der unteren Schale 11a vollständig geschmolzen, und das Material, aus welchem diese Kante besteht, fügt sich, wie in Fig. 6 dargestellt, in die Vertiefung der Schweißzone 17b ein.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung, wie sie hier realisiert wurde, werden die Schwingungen beendet, sobald die Versetzung 21 verschwunden ist. Aufgrund dieser Maßnahme wird, in der Annahme, daß die Dicke der Lasche 23 gleich der Höhe der gesamten Aufnahme 33a, 33b nach der Schweißung ist, vermieden, daß die Schwingungen mit der Amplitude Amax, selbst während einer sehr kurzen Zeitdauer, auf die Montagelaschen 23 und auf die Anordnung aus Träger 13 bis einschließlich Schaltung 15 übertragen werden.
Die Amplitude der Schwingungen auf der Ebene der zerbrechlichen Elemente kann noch um ein Weiteres gedämpft werden.
Eine erste Lösung beruht darauf, das Einklemmen der Lasche 23 durch ihre Vorder- und Rückseite 29, 30, wie in den Fig. 2 und 4 dargestellt, zu vermeiden. Auf diese Weise kann ein geringes axiales Spiel vorgesehen werden. Im folgenden kann sich ein derartiges Spiel jedoch als äußerst ungünstig herausstellen, da der Träger 13 nun eine leichte Drehbewegung in einer horizontalen Ebene ausführen kann, was, zumindest bei einigen Anwendungen, dazu führen kann, daß er nicht mehr in der Lage ist, die Funktion eines Verbindungsstückes zu übernehmen. Aus diesem Grund wurde es in dem gewählten und dargestellten Ausführungsbeispiel als empfehlenswert erachtet, den Kontakt zwischen der Vorderseite 29 und der Rückseite 30 der Lasche 23 und den korrespondierenden Flächen der Aufnahmen 33a, 33b aufrechtzuerhalten.
Es kann darüberhinaus, wie in den Figuren dargestellt, vorgesehen werden, die horizontalen Kanten der Lasche 23 abzurunden. Aufgrund dieser Anordnung wird ein Spitzeneffekt, d.h. eine Energiekonzentration auf der Ebene der Kanten, sowie eine Abstrahlung dieser Energie in Richtung des Trägerinnenraumes vermieden, wenn zum Beispiel die untere Fläche 27 der Lasche 23 und die Stützfläche 34a der Aufnahme 33a der unteren Schale 11a in Kontakt sind.
Außerdem wird in dem gewählten und dargestellten Ausführungsbeispiel, gemäß eines vorteilhaften Aspektes der Erfindung, der Träger einschließlich der Montagelasche 23 aus Nylon geformt, wobei dieses Material gegen ein Amalgamieren mit dem ABS im Laufe der Schweißung unempfindlich ist. Auf diese Weise wird die Blockierung des Trägers 13 in einer Position vermieden, wodurch es möglich ist, daß der Träger auch nach der Schweißung entlang der vertikalen und transversalen Achse frei beweglich bleibt. Darüberhinaus wird vermieden, daß, wenn auf der Ebene der Vorderseite 29 und der Rückseite 30 eine Mikroschweißung durchgeführt und der Träger somit unbeweglich gemacht wird, die Schwingungen mit einer hohen Amplitude in Richtung auf die von dem Träger 13 getragenen, zerbrechlichen Elemente übertragen werden.
Im übrigen wird man feststellen, daß es durch die Aufrechterhaltung eines geringen Spieles in vertikaler und transversaler Richtung möglich ist, die Biegefestigkeit der Karte zu verbessern. Wenn die Karte stark gebogen wird, kann sich die gesamte Schaltung innerhalb der Begrenzung der im vorangegangenen erwähnten Spiele verschieben, um die Biegung so weit als möglich zu kompensieren.
Selbstverständlich können von der vorliegenden Erfindung, welche lediglich im Rahmen eines besonderen Ausführungsbeispieles beschrieben wurde, auch zahlreiche Varianten realisiert werden, ohne ihren eigentlichen Rahmen zu verlassen.
Man wird insbesondere feststellen, daß die Erfindung in keiner Weise nur auf kleine Gehäuse, wie beispielsweise das hier beschriebene, begrenzt ist, sondern alle Gehäusetypen zur Aufnahme zumindest eines zerbrechlichen Elementes einschließt, welches mit Hilfe eines Schweißverfahrens, bei dem Schwingungen mit gefährlichen Amplituden eingesetzt werden, montiert werden soll.
Darüberhinaus ist die Erfindung auch nicht auf Gehäuse begrenzt, die ein sichtbares Verbindungsstück aufweisen. Sie kann insbesondere mit einer Karte für logische Schaltungen, welche einen elektromagnetischen Anschluss aufweist, realisiert werden. In einem solchen Fall, wie auch in allen Fällen, in denen der Anschluss der Karte nicht sichtbar ist, bietet die Erfindung die Möglichkeit, eine derartige Karte zu erhalten, welche neben den im vorangegangenen genannten Vorteilen auch den Vorteil aufweist, vollkommen dicht zu sein.

Claims

1. Gehäuse zur Aufnahme insbesondere zumindest eines zerbrechlichen, auf einem Träger montierten Elementes, z. B. einer logischen Schaltung, wobei das Gehäuse den Träger (13) und zumindest zwei Schalen (11a, 11b) aufweist, die durch Ultraschallschweißung miteinander zu verbinden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schale hierzu eine Schweißzone (17a, 17b) mit einer Geometrie aufweist, die für eine Ultraschallschweißung geeignet und so ausgebildet ist, daß dann, wenn die zwei Schalen vor der Schweißung zusammengesetzt sind, die Schalen insgesamt durch einen Versatz (21) getrennt sind, der sich längs einer ersten Achse (20), hier vertikale Achse genannt, erstreckt, und daß der Träger (13) zumindest einen Montageabschnitt (23) und zumindest eine der Schalen eine Aufnahme (33a, 33b) für diesen Abschnitt aufweist, wobei die Aufnahme und der Montageabschnitt derart zusammenarbeiten, daß einerseits die Bewegung des Trägers in Bezug zu den Schalen längs der beiden, hier transversale und axiale Achse genannten Achsen auf ein transversales bzw. axiales Spiel begrenzt ist, und andererseits nach der Verschweißung die Bewegung des Trägers in Bezug zu den Schalen längs der vertikalen Achse auf ein vertikales Spiel (Jv) begrenzt ist.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Verschweißung zumindest eines der Spiele Null ist.

3. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageabschnitt eine Montagelasche (23) mit im wesentlichen Parallelepipedform aufweist, die sich global in einer transversal-axialen Ebene erstreckt, wohingegen die Aufnahme (33a, 33b) von entsprechend komplementärer Form ist und die relativen Dimensionen der Montagelasche und der Aufnahme derart sind, daß einerseits die Höhe der Lasche höchstens gleich der Gesamthöhe der Aufnahme für diese Lasche nach Verschweißen des Gehäuses ist und andererseits die Lasche an ihrem transversalen, der Schweißzone am nächsten liegenden Ende eine Seitenfläche (28) aufweist, die in einer axial-vertikalen Ebene gelegen ist, wobei kein Kontakt zwischen dieser Seitenfläche und der korrespondierenden Fläche (35a, 35b) der Aufnahme (33a, 33b) möglich ist.

4. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageabschnitt des Trägers (13) in zumindest einer Nut, die in zumindest einer der Schalen aufgenommen ist1 gelegen ist (14a, 14b), daß zwei Montageabschnitte (23) vorgesehen sind, wobeijeweils einer mit einer äußeren Seitenfläche (24) des Trägers (13) verbunden ist, daß die Nut selbst zwei korrespondierende Seitenflächen (41a, 41b) aufweist, wobei die relativen Dimensionen der Nut und des zugeordneten Montageabschnittes so sind, daß kein gemeinsamer Kontakt möglich ist, und daß die äußeren Seitenflächen des Trägers nicht gleichzeitig in Kontakt mit den korrespondierenden Flächen der Nut sein können.

5. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageabschnitt (23) eine gewisse Ahzahl von abgerundeten Kanten aufweist.

6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen einerseits und der Montageabschnitt andererseits aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind, die gegen ein Amalgamieren im Laufe der Ultraschallschweißung unempfindlich sind.

7. Verfahren zur Montage eines Gehäuses nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten:

- Zusammensetzen der beiden Schalen (11a, 11b) und des Trägers (13),

- Aneinanderpressen der beiden Schalen insbesondere mittels einer Einrichtung zum Ultraschallschweißen,

- Versetzen der Schweißzone (17a, 17b) in Schwingungen mittels der Schweißeinrichtung, wobei die Schwingungen längs der genannten vertikalen Achse ausgerichtet sind,

- Beenden der Schwingungen, sobald der besagte Versatz (21) längs der vertikalen Achse verschwunden ist.