DE102009019495A1 - Tiefgezogenes Kunststoff-Umformteil, insbesondere Gehäuseschale für portable elektrische Geräte, und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
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Abstract
Ein Gehäuseteil für elektrische Mess-, Steuer- und Kommunikationsgeräte, insbesondere das Gehäuseunterteil eines Mobiltelefons, weist trotz extrem geringer Wandstärke eine sehr große Biege- und Torsionssteifigkeit auf, wenn es als Umformteil aus dem ebenen Zuschnitt einer thermoplastisch getränkten langfaserigen mehrschichtigen Matte geformt ist. Feingliedrige Funktionselemente aus ebenfalls thermoplastischem Material werden dann in einer Spritzgussform an das Umformteil angespritzt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein tiefgezogenes Kunststoff-Umformteil und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
- Aus der
DE 1 97 07 437 A1 ist eine Gehäuseschale für das mehrteilige Gehäuse einer leichtbauenden Funkfernsteuerung zum Einsatz beim Flugmodellbau bekannt. Weil ein thermoplastischer Spritzguss aus verfahrenstechnischen Gründen bestimmte Materialstärken und somit Gewichte nicht zu unterschreiten erlaubt, wird eine besonders leichte aber dennoch hinreichend steife Gehäuseschale aus einem auf die fertige Kontur ausgelegten Folienzuschnitt tiefgezogen. Bei der dafür eingesetzten Tiefziehfolie handelt es sich um ABS, ein warmverformbares schlagfest eingestelltes Polystyrol. - Ein solches Formteil in Gestalt der ABS-Gehäuseschale genügt aber nicht aktuellen Ansprüchen an insbesondere flachbauende Handgeräte hinsichtlich geringen Gewichtes infolge geringer Wandstärken bei dennoch gesteigerter mechanischer Festigkeit wie vor allem hoher Biege- und Verwindungssteifigkeit ihrer Gehäuseschalen. Zusätzliche Strukturversteifungen in Form von ins Innere der flachen Gehäuseschale gleich mit eingeformten oder nachträglich montierten Rippen verbieten sich, weil dadurch der ohnehin nur flache verfügbare Elektronik-Einbauraum in der Gehäuseschale noch unakzeptabel verringert würde.
- Bei solchen Geräten handelt es sich etwa um Fernsteuer-Bedienungen im Automotive- oder im Unterhaltungselektronik-Bereich bzw. um Funkemfangsgeräte wie Schnurlos- oder Mobil telefone. Die Gewährleistung der Maßhaltigkeit auch unter gebrauchsbedingter mechanischer Beanspruchung ist dabei von besonderer Bedeutung bei funktionaler Beweglichkeit einzelner Gehäuseteile relativ zueinander wie im Falle eines so genannten Slider-Handys, vgl.
DE 10 2004 027 606 A1 . Aber auch bei einem Tisch- oder Standgerät etwa in Form eines Pultgehäuses (vgl.DE 82 02486 U1 ) soll sich das Gehäuseoberteil unter mechanischer Belastung nicht spürbar verformen, sondern stets in der Teilungsfuge zum Basisgerät dicht abschließen. - In Erkenntnis solcher Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, besonders leichte aber dennoch gesteigert formstabile Gehäuseschalen zu schaffen.
- Zum Lösen dieser Aufgabe könnte man daran denken, die Gehäuseschalen aus Spritzguss-Sinterkeramik zu erstellen; aber diese Fertigungstechnologie ist vergleichsweise kostspielig und das Produkt aufgrund des spröden Werkstoffverhaltens für viele Einsatzfälle nicht schlagfest genug. Metallische Gehäuseschalen für Handgeräte verbieten sich in der Praxis oft, weil sie ohne spezielle Außenbeschichtung nicht hinreichend hautsympathisch sind. Außerdem sind sie etwa für Funkfernsteuerungen, RFID-Transponderanwendungen (z. B. gemäß
DE 1 97 17 505 C2 ) und Kommunikationsgeräte nicht genügend hochfrequenzdurchlässig; und der Einbau elektronischer Komponenten erfordert u. U. gesonderte örtliche Isoliermaßnahmen wie Lackbeschichtungen oder Kunststoffauskleidungen auf der Innenwandfläche der Metallschale. - Stattdessen wird die Aufgabe erfindungsgemäß nach den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Danach besteht die Gehäuseschale im Wesentlichem aus einem Umformteil, das aus einer eben konturgeschnittenen Matte hervorgegangen ist, die eine thermoplastisch getränkte, wenigstens zweilagige langfaserige Flächenstruktur aufweist. Deren Wandungsdicke kann bis hinab zu 1,0 mm oder gar nur 0,5 mm betragen. Die Außenfläche des Umformteiles kann problemlos design- oder funktionsoptimiert werden, etwa mittels Folienbeschichtung oder Metallbedampfung.
- Die einander kreuzenden Fasern des zunächst ebenen Mattenzuschnittes sind vorzugsweise miteinander verwebt oder verwirkt und in ihren Verlaufsrichtungen an der zu erwartenden mechanischen Beanspruchung des fertigen Umformteiles, insbesondere einer Gehäuseschale, orientiert. Dabei kann es sich um Kohlenstofffasern handeln; für wünschenswerte Hochfre quenzdurchlässigkeit der Gehäuseschale werden aber Glasfasern oder Fasern aus besonders reißfest eingestellten aromatischen Polyamiden (Aramid) bevorzugt.
- Das thermoplastische Tränken solcher Fasergewebe oder Fasergelege erfolgt mit preiswert verfügbaren thermoplastischen Kunststoffen, bevorzugt Elastomeren auf Urethanbasis oder Polyamiden; aber auch amorphes Terpolymer oder das schlagzähe Polycarbonat ist vorteilhaft einsetzbar.
- Vorzugsweise handelt es sich beim Umformteil um eine undurchbrochene Gehäuseunterschale. Aber auch Durchbrechungen, etwa zum Einsetzen von Steckerbuchsen, von Displays oder von Tastschaltern, sind möglich. Die Durchbrechungen können schon in dem noch umzuformenden flachen Zuschnitt der getränkten Gewebe- oder Gelegefasermatte enthalten sein, oder sie werden im Zuge des Umformens daraus ausgestanzt. Sie können aber auch, etwa um strengeren Präzisionsanforderungen zu genügen, erst nach dem Tiefziehprozess in das Umformteil eingearbeitet werden.
- Das thermoplastische Umformen des ebenen Polymer-Zuschnitts in das dreidimensional verwölbte Umformteil ergibt eine aufgrund der fließend abgerundeten Übergänge besonders sympathische Haptik. Die freien Stirnränder des Umformteiles verlaufen zwar nach dem Umformvorgang noch nicht unbedingt maßgerecht, aber das lässt sich durch Beschneiden der umlaufenden Stirnkante leicht korrigieren. Problematischer ist die Ausbildung feingliedriger Funktionselemente am Umformteil. Während Verschiebeführungen in Form durchlaufender Rippen oder Nuten u. U. schon im Zuge des Umformens eingebracht werden können, ist das bei nur lokal anzuordnenden Funktionselementen wie Schnapp- oder Rastelementen (Widerhakenzungen und Eingriffsöffnungen) bei Montagepfeilern oder bei Scharnierbolzen und -ösen nicht, jedenfalls nicht ohne weiteres möglich.
- Man könnte daran denken, auf den umzuformenden Mattenzuschnitt lokal einzelne Polymerteile aufzubringen, die ihre Ausformung zu den Funktionselementen im Zuge des Umformvorganges erfahren. Aber das führt zu einer Beeinträchtigung der Matteneigenschaften in der Umgebung derartiger Unstetigkeiten aufgrund lokal deutlich ansteigender Wandstärken. Dennoch ist nicht gewährleistet, dass der mechanisch-thermische Umformvorgang zu geometrisch hinreichend exakter Ausbildung der feingliedrigen Funktionselemente führt.
- Deshalb weist gemäß einer wesentlichen Weiterbildung der Erfindung das Umformteil Funktionselemente auf, die ihm, nach Verbringen in eine Spritzgussform, an beliebiger konstruktiv erforderlicher Stelle aus ebenfalls thermoplastischem Material angespritzt sind. Dabei kann auch auf die umlaufende Stirnkante des Umformteiles ein Dekor- oder Dichtungsrahmen aus gegebenenfalls, gegenüber dem ausgehärteten Material des thermoplastischen Umformteiles, Material anderer Einfärbung oder Elastizität aufgespritzt werden, das sich ebenfalls, wie die vorerwähnten Funktionselemente, aushärtend mit dem lokal beim Spritzgussvorgang angeschmolzenen Umformteil fest verbindet.
- So werden erfindungsgemäß Teile von Gehäusen für elektrische Mess-, Steuer und Kommunikationsgeräte, insbesondere Gehäuseunterteile für Mobiltelefone, geschaffen, die trotz extrem geringer Wandstärke eine sehr große Biege- und Torsionssteifigkeit aufweisen, indem Umformteile aus ebenen Zuschnitten thermoplastisch getränkter langfaseriger mehrschichtiger Gewebe- oder Gelegematten mechanisch-thermisch ausgeformt werden, mit abschließendem thermoplastischem Anspritzen feingliedrigerer Funktionselemente an das in eine Spritzgussform verbrachte Umformteil.
- Eine etwa als Handgerät-Gehäuserückseite einzusetzende flache Tiefzieh-Schale erfindungsgemäßer Art mit einer Wandstärke von deutlich unter 1 mm erweist sich als wesentlich biegesteifer, als eine, demgegenüber leicht verwindbare, vergleichsweise weiche Schale gleicher Abmessungen, die in herkömmlicher Weise mit einer Wandstärke von über 2 mm im Kunststoffspritzguss erstellt wurde.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19707437 A1 [0002]
- - DE 102004027606 A1 [0004]
- - DE 8202486 U1 [0004]
- - DE 19717505 C2 [0006]
Claims (10)
- Aus dem ebenen Zuschnitt einer thermoplastisch getränkten mehrlagigen Matte mit in ihrem Verlauf einander kreuzenden langen Fasern tiefgezogenes Umformteil, insbesondere Kunststoff-Gehäuseschale für portable elektrische Geräte.
- Umformteil nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es aus ebenfalls thermoplastischem Material angespritzte Funktionselemente aufweist.
- Umformteil nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es auf seiner umlaufenden Stirnkante einen Dekor- oder Dichtungsrahmen aus, gegenüber dem ausgehärteten Umformteil, Material anderer Einfärbung oder Elastizität aufweist.
- Umformteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die, gemäß seinen zu erwartenden mechanischen Beanspruchungen in ihren Verlaufsrichtungen ausgerichteten, Fasern der Matte miteinander verwebt oder verwirkt sind.
- Umformteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matte Kohlenstofffasern, für verbesserte Hochfrequenzdurchlässigkeit aber Glasfasern oder Fasern aus reißfest eingestellten aromatischen Polyamiden (Aramid), enthält.
- Umformteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matte mit thermoplastischen Kunststoffen wie Elastomeren auf Urethan-Basis, Polyamiden, amorphem Terpolymer oder schlagzähem Polycarbonat getränkt ist.
- Umformteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Wandungsdicke um oder unter einem Millimeter misst.
- Umformteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Außenfläche mittels Folienbeschichtung oder Metallbedampfung design- und funktionsoptimiert ist.
- Verfahren zum Herstellen eines Umformteiles, insbesondere einer Kunststoff-Gehäuseschale für portable elektrische Geräte, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Matte aus sich mehrlagig kreuzenden langen Fasern mit thermoplastischem Kunststoff getränkt, die ausgehärtete Matte gemäß der Kontur einer Tiefziehform zugeschnitten und der Zuschnitt darin mechanisch-thermisch dreidimensional verformt wird.
- Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dem Umformteil in einer Spritzgussform Funktionselemente aus thermoplastischem Kunststoff angespritzt werden.
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