Electronic Packaging Gehäuse mit Designanspruch

Ästhetisches Design und angenehme Haptik von Gehäusen spielt neben der Funktion auch im Industrieumfeld eine immer größer werdende Rolle. Moderne Kunststoffe beantworten all diese Anforderungen.

Thermoplastische Kunststoffe eröffnen nahezu unbegrenzte Möglichkeiten in Formgebung, Farbe, Oberflächenfinish und Ausführung. So lassen sich mit ihnen ganz individuelle Gehäuse mit hohem Wiedererkennungswert in größeren Stückzahlen fertigen. Dazu zählen Massenkunststoffe wie PE, PP oder PS sowie technische Kunststoffe (PA, POM, PC, ABS, PMMA, PBT), die zusätzlich zum Beispiel mit Glasfasern oder Glaskugeln verstärkt sein können, außerdem die Hochleistungskunststoffe PPS, LCP und PSU.

Für ihre Ver- und Bearbeitung steht eine ganze Reihe von Verfahren zur Auswahl, vom Spritzgießen, Schäumen, Bedrucken, Lackieren, Fräsen bis hin zum Ultraschallschweißen. Um anspruchsvolle technische Formteile herzustellen, finden unter anderem spezielle Spritz-gießverfahren Verwendung, beispielsweise das thermoplastische Schaumspritzgießen (TSG).

Diese Vielfalt macht die Auswahl der Materialien und Fertigungstechnologien zur Herausforderung. Denn sie lassen sich nicht über einen Kamm scheren, jeder Werkstoff und jedes Herstellungsverfahren hat seine spezifischen Charakteristika. Dies gilt auch für die Werkzeugkonstruktion. Um die am besten geeigneten Kunststoffe für die jeweilige Applikation auszuwählen und deren spezifische Eigenschaften optimal zu nutzen, sind hohe Kompetenz und fundierte Erfahrung in der Kunststofftechnik notwendig. Deshalb beginnt die Unterstützung idealerweise bereits bei der Entwicklung beziehungsweise Konstruktion.

So läuft die Unterstützung

Verfügt der Kunde bereits über detaillierte Konstruktionsunterlagen (2D, 3D, Lastenheft), kann der Gehäusespezialist die Konstruktion hinsichtlich ihrer Herstellbarkeit unter die Lupe nehmen und gegebenenfalls optimieren. Dabei berücksichtigt er sowohl wirtschaftliche Aspekte als auch die materialgerechte Fertigung. Existiert lediglich eine erste Idee, wie das Gehäuse beschaffen sein sollte, übernimmt der Gehäusepartner die Entwicklung von Grund auf.

Im engen Dialog mit dem Kunden entwickelt er das Design. Darauf folgt das Prototyping (Modell) für den ersten realistischen Eindruck der gefundenen Lösung. Der nächste Schritt zur kundenspezifischen Gehäuselösung ist die Gesamtkonstruktion und die Werkzeuggestaltung (Formenbau). Im Laufe dieses Prozesses gilt es vielerlei Fragen zu beantworten, etwa:

  • Wie bleibt trotzt Gehäuseöffnungen eine hohe Schutzart (IP-Klasse) erhalten?
  • Wie lässt sich die Hartkomponente der Gehäuseschale mit der Weichkomponente für die Abdeckung eines Bedienelements kombinieren?
  • Kann das Heizelement ebenfalls spritztechnisch, zum Beispiel mit einem elektrisch leitenden Kunststoff, realisiert werden?
  • Kann eine Gehäuseöffnung verändert werden, um eine wirtschaftlichere Herstellung zu ermöglichen?

Bereits in der Konzeption ist zudem zu berücksichtigen, dass die verwendeten Materialien später sortenrein getrennt werden können. Dies ist zunehmend schwieriger zu realisieren, denn aus der Zwei-Komponenten-Technologie ist bereits die n-Komponenten-Technologie geworden. Das heißt, in einem Spritzvorgang werden immer häufiger mehrere verschiedenartige Kunststoffkomponenten verarbeitet.

Sind alle derartigen Fragen geklärt, steht die Konstruktion. Aus dieser folgt die Werkzeuggestaltung, bei der frühzeitig moderne elektronische Simulationswerkzeuge zum Einsatz kommen, zum Beispiel die Füllsimulation oder die Verzugsanalyse. Sie stellen sicher, dass die Konstruktion im Hinblick auf Herstellbarkeit optimal ausgelegt ist, beziehungsweise zeigen Schwachstellen auf. In diesem Stadium lässt sich die Konstruktion noch relativ schnell und unkompliziert ändern, zeit- und kostenaufwendige nachträgliche Änderungen werden so verhindert.

Fertige Oberflächen mit Finish

Ein Verfahren, das sich zunehmender Beliebtheit erfreut, ist das Folienhinterspritzen - nicht ohne Grund, denn es ermöglicht hochwertige Oberflächen in feinstem Finish, die keiner Nachbearbeitung bedürfen (Bild 1). Dabei wird zuerst eine plane Folie bedruckt, die dann dreidimensional verformt und anschließend zugeschnitten wird. Nachdem sie in die Spritzgussform eingelegt wurde, folgt das Ein- oder Mehrkomponentenspritzen.

Dabei ist darauf zu achten, dass die Folie im Spritzgießwerkzeug optimal positioniert wird (Bild 2), denn nur dann lässt sich das Werkstück automatisch maschinell weiterverarbeiten und damit wirtschaftlich herstellen. Danach wird das fertige Teil aus der Form entnommen, bevor eine Kontrolle den Fertigungsprozess abschließt. Voraussetzung ist eine möglichst frühzeitige und enge Zusammenarbeit zwischen Kunde und Gehäusepartner.

Um die Realisierungszeit für folienhinterspritzte Teile so kurz wie möglich zu halten, hat das Unternehmen Rapp Kunststofftechnik einen weitgehend parallel ablaufenden Prozess etabliert: Während die Fachleute bei Rapp das Spritzwerkzeug konstruieren und fertigen sowie die Handlingsysteme für das automatische Bestücken und Entnehmen konzipieren, erstellt ein spezieller Lieferant die Folie.

Erfahrungsgemäß nehmen diese Phasen ungefähr dieselbe Zeit in Anspruch. Ebenfalls zeitgleich durchgeführte Prozessfähigkeitsuntersuchungen stellen die optimale Serienproduktion sicher. Der Fokus von Rapp Kunststofftechnik liegt auf der vollständigen Prozessüberwachung der kompletten Fertigungskette. Das Unternehmen fertigt thermoplastische Kunststoffteile, Baugruppen und kunststoffumspritzte mechanische und elektronische Bauelemente. Zudem gehören Bearbeitungstechniken wie Metallisieren, Ultraschallschweißen und Montage zum Serviceportfolio.

Der Maschinenpark ermöglicht sowohl eine angemessene Fertigungsbreite als auch -tiefe (Bild 3). Er deckt Schließkräfte von 25 t bis 650 t ab, womit typische Teilegewichte von 0,5 g bis 3500 g realisiert werden können. Für die Qualitätskontrolle setzt das Unternehmen entsprechende Test- und Messsysteme ein, darunter Zug-Druck-, 3D-Koordinatenmessgerät (optisch und taktil), Mikroskop und Feuchtemessgerät.

Dank der Zusammenarbeit mit den Experten der anderen Unternehmen der Polyrack Tech-Group ist der Kunde nicht auf Kunststoff-gehäuse beschränkt. So bleibt bei der Wahl der Materialien und Verfahren nichts von vorne herein ausgeschlossen - auch nicht der Einsatz unterschiedlicher Werkstoffe und deren Kombination. So bietet der Bereich Electronic-Aufbausysteme bei Polyrack Gehäuse, 19-Zoll-Baugruppenträger, Microcomputer-Aufbausysteme, Industrie-PC-Anwendungen und Busplatinen.

Rapp Oberflächenbearbeitung ist der Spezialist für die Oberflächenveredelung. Über die mechanische Gestaltung der Gehäuse hinaus unterstützt die Polyrack Tech-Group ihre Kunden auch bei komplexen Elektronikanwendungen, Industrie-rechner- und Systemtechnik.

Über den Autor:

Markus Imhof ist Leiter des Projektmanagements Kunststofftechnik bei der Polyrack Tech-Group.