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Die Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät, das ein Gehäuseelement umfasst, das eine Elektronik zumindest teilweise umgibt.
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Bei elektronischen Geräten der gattungsgemäßen Art tritt mitunter das Problem auf, dass die Gehäuseoberfläche starken Belastungen ausgesetzt ist, so dass bereits nach kurzer Gebrauchsdauer ein unschönes Erscheinungsbild gegeben ist. Beispielhaft seien Mobiltelefone genannt, die bei üblichem Gebrauch schnell Kratzer bzw. Riefen aufweisen, die ein negatives Erscheinungsbild hervorrufen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Gerät der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es eine erhöhte Widerstandskraft gegen mechanische Einwirkungen aufweist. Damit soll erreicht werden, dass ein positives Erscheinungsbild des Geräts für längere Zeit aufrechterhalten werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, dass das Gehäuseelement an seiner nach außen gerichteten, von der Elektronik abgewandten Seite zumindest teilweise mit einer Schicht versehen ist, die aus einem gießfähigen Polymer-Material besteht.
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Das Polymer-Material ist dabei bevorzugt Polyurethan oder Polyurea oder es umfasst Polyurethan oder Polyurea.
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Das Polymer-Material ist besonders bevorzugt ein Polyurethan-Lack oder ein Polyurea-Lack.
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Polyurea ist ein Elastomertyp, der aus der Reaktion einer Isocyanat-Komponente und einer Kunstharz-Komponente gebildet wird. Soweit hier von Polyurethan gesprochen wird, ist stets auch alternativ oder additiv Polyurea gemeint und mit umfasst.
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Das Gehäuseelement kann aus Metall bestehen. Es kann auch aus Kunststoff bestehen.
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Das Gehäuseelement kann mittels eines Spritzgießvorgangs hergestellt sein. Das Polymer-Material wird indes bevorzugt auf das Gehäuseelement mittels eines Gießvorgangs aufgebracht.
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In diesem Falle ist nach einer speziellen Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass das Polymer-Material auf das spritzgegossene Gehäuseelement in situ aufgebracht ist.
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Die das Polymer-Material tragende Seite des Gehäuseelements kann mit einem Haftvermittler versehen sein und/oder mit einer Vorbehandlung versehen sein, um das Polymer-Material am Gehäuseelement anhaften zu lassen.
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Zwischen dem Gehäuseelement und der Schicht aus Polymer-Material kann gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mindestens ein Sensorelement angeordnet sein.
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Das elektronische Gerät ist bevorzugt ein Mobiltelefon, insbesondere ein Smart-Phone, ein Computer, insbesondere ein Tablet-Computer, oder ein Lesegerät für elektronische Bücher.
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Zur Herstellung des elektronischen Geräts kann ein Verfahren zur sichtseitigen Beschichtung von Bauteilen vorgesehen werden.
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Ein solches Verfahren wird in seinen Grundzügen in
DE 43 16 154 C1 beschrieben. Das zu beschichtende Bauteil wird dabei lagedefiniert in ein Werkzeug eingelegt, wobei zwischen dem zu beschichtenden Bauteil und dem Werkzeug eine Kavität verbleibt, die anschließend mit einem gießfähigen Polymersystem gefüllt wird.
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Das Verfahren ist auch sehr gut kombinierbar mit dem Spritzgieß-Prozess. Dies hat den Vorteil, dass ein soeben im Spritzgieß-Prozess gefertigtes Gehäuseelement (Trägerteil) auf der unteren Formhälfte verbleibt und durch das Aufsetzen einer zweiten oberen Formhälfte direkt im Anschluss überflutet werden kann, um die Schicht aus Polymer-Material aufzubringen.
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Nach dem Einbringen des Polymer-Materials, also des Beschichtungsmaterials, verbleibt das Bauteil noch für eine gewisse Zeit im Werkzeug, bis das Beschichtungsmaterial vollständig ausgehärtet ist.
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Während der Aushärtung entsteht chemischer bzw. thermischer Schwund, da sich das spezifische Volumen des Beschichtungsmaterials aufgrund der chemischen Reaktion bzw. aufgrund einer Temperaturänderung ändert. Dadurch kann es zu lokalen Ablösungen der Beschichtung von der Werkzeugoberfläche kommen, welche die Optik der Oberfläche sehr negativ beeinflussen können und zu Ausschuss führen. Deshalb ist es wichtig, dass während der Aushärtung entweder das Kavitätsvolumen sich entsprechend ändern kann (ein entsprechendes Verfahren wird in der
DE 10 2012 023 608 A1 beschrieben) oder dass während der Aushärtung noch Material in die Kavität nachgeschoben werden kann (ein entsprechendes Verfahren ließe sich z. B. mit Hilfe eines Mischkopfes der
DE 41 04 647 A1 realisieren, wenn der Steuerkolben des Mischkopfes nach Schussende zunächst in eine Zwischenposition fährt, um schließlich beim Fahren in seine Endposition weiteres Material in die Kavität nachzudrücken).
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Dichtkante, welche die Kavität begrenzt, so flexibel gestaltet ist, dass eine Werkzeughälfte auch während der Aushärtephase noch weiter in Richtung Schließstellung verfahren werden kann, um dadurch das Kavitätsvolumen während der Aushärtung verringern zu können.
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Eine weitere zu bewältigende Aufgabe besteht darin, dass gelöstes Gas (z. B. Luft) aus dem Beschichtungsmaterial in Form von Gasblasen austreten kann, was insbesondere bei transparenten Beschichtungen sehr nachteilig ist. Dies kann dadurch vermieden werden, dass über einen ausreichend langen Zeitraum während der Aushärtung ein erhöhter Forminnendruck aufrecht gehalten wird. Zu diesem Zweck können die gleichen, oben beschriebenen Maßnahmen zum Verkleinern des Kavitätsvolumens bzw. zum Nachdrücken von Material in die Kavität verwendet werden.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens besteht bevorzugt aus zumindest zwei Werkzeughälften, die Vorrichtungen zur lagedefinierten Fixierung des zu übergießenden Gehäuseelements enthalten. Zwischen den zu übergießenden Bereichen und den nicht zu übergießenden Bereichen ist eine Dichtung vorzusehen, welche auf verschiedenste Arten ausgestaltet sein kann. Eine Möglichkeit besteht darin, auf dem zu übergießenden Werkstück Dichtkanten in Form von Erhebungen anzubringen, welche dann beim Schließen des Werkzeugs von einer der Werkzeughälften verformt werden, so dass die eingeschlossene Kavität gegenüber dem angrenzenden nicht zu überflutenden Bereichen abgedichtet ist. Wenn die Dichtkante so ausgestaltet ist, dass sie während der Aushärtung weiter zusammen gedrückt werden kann, lässt sich dadurch auch während der Aushärtung das Kavitätsvolumen verkleinern, um den oben beschriebenen Effekten (wie Oberflächenablösung oder Freisetzung von Gasblasen aufgrund von thermischem oder chemischem Schwund) entgegenzuwirken. Bewirkt wird die Kavitätsverkleinerung dadurch, dass während der Injektion das Werkzeug mit einer geringeren Kraft zugehalten wird und die Zuhalte-Kraft bis zur Erstarrung gesteigert wird.
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Ferner enthält die Vorrichtung bevorzugt Mittel zum Einbringen des Beschichtungsmaterials, wie z. B. eine Dosiermaschine, bei der Pumpen die unterschiedlichen in der Regel flüssigen Komponenten in einen Mischkopf dosieren, in dem sie miteinander vermischt werden und aus dem sie dann in das Werkzeug ausgetragen werden.
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Besonders wirtschaftlich wird die Anwendung des Verfahrens, wenn die zu beschichtenden Trägerteile in einer Mehrfachkavität hergestellt bzw. aufgenommen werden und somit in einem Schuss mehrere Teile gleichzeitig beschichtet werden.
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Die Wirtschaftlichkeit kann weiter durch eine Erweiterung des Verfahrens zu einem Kombinationsprozess gesteigert werden. Hier bieten sich je nach Anwendung verschiedene Möglichkeiten.
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So kann die eine Werkzeughälfte als Wendeplatte ausgeführt werden, die dann zunächst in einem ersten Schritt mit einem ersten Gegenwerkzeug die Kavität für ein Spritzgießteil bildet. Nachdem das Material injiziert wurde, öffnet das Werkzeug, die als Wendeplatte ausgestaltete erste Werkzeughälfte mit dem eben erzeugten Spritzgießteil dreht sich um 180°, um dann mit einem weiteren Gegenwerkzeug die Kavität für den Überflutungs- bzw. Beschichtungsprozess auszuformen. Gleichzeitig kann auf der Gegenseite wieder ein neuer Spritzgießträger (Gehäuseelement) erzeugt werden. Dieser Prozess ist erweiterbar, wenn das erste Werkzeug z. B. in 90°-Schritten gedreht werden, so dass nach dem Erzeugen des Spitzgießträgers dieses Trägerteil zunächst in einem weiteren Prozessschritt z. B. bedampft werden kann, um z. B. eine dünne Silber- oder Chromschicht aufzutragen. Nach einer weiteren 90° Drehung wird dieses bedampfte Trägerteil dann mit dem in Rede stehenden Polymer-Material überflutet und nach einer weiteren 90°-Drehung wird das fertige Bauteil dann entnommen. Auf diese Weise sind komplexe Prozessketten in sehr wirtschaftlicher Weise darstellbar.
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Andere Möglichkeiten für die Ausgestaltung des Prozesses als Kombinationsprozess sind Schiebetische oder Indexplatten. Bei einer Indexplatte sind die Kavitäten der einen Werkzeughälfte innerhalb einer Werkzeughälfte in einem Drehteller integriert. Im Gegenwerkzeug sind dann die jeweiligen Gegenkavitäten ausgeformt. Dadurch ist nur ein Hubantrieb zum Schließen der Werkzeuge notwendig, wobei auch hier parallel der Spritzgießprozess und den Überflutungsprozess durchgeführt wird.
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Eine sehr wichtige Funktion der Beschichtungen ist – wie oben genannt – der Schutz der Oberflächen vor mechanischen und chemischen Einflüssen wie Stößen oder Korrosion.
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Ein entsprechender kratzfester und chemisch resistenter Bezug kann z. B. die Gehäuse der genannten mobilen Geräte, wie Mobiltelefonen, Smart-Phones oder Tablet-Computern, sehr effektiv schützen, die gerade aufgrund ihrer Mobilität häufig vielfältigen Belastungssituationen ausgesetzt sind. Dies gilt natürlich besonders für die Ecken und Kanten dieser Geräte.
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Als Beschichtungsmaterial lassen sich auch Beschichtungssysteme für selbstheilende Oberflächenbeschichtungen einsetzen. Dies können z. B. Polyurethan-Lacke sein, bei denen sich unter Hitzeeinwirkung unter Ausnutzung des Memory-Effektes Defekte in der Polymeroberfläche wieder zurückbilden können.
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Dieser Effekt ist insbesondere unter dem Stichwort „Reflow”-Effekt bekannt. Solche Lacke werden beispielsweise unter der Bezeichnung „puroclear” (Fa. Rühl) angeboten.
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Eine wichtige Funktion ist neben dem Schutz auch eine optische Aufwertung der Oberfläche. Polymere Oberflächen können im Prinzip alle Arten von Lackierungen ersetzen und dabei häufig mit einem wesentlich breiteren Eigenschaftsspektrum versehen werden als klassische Lacke. Sie können natürlich sowohl transparent als auch farbig gestaltet werden. Transparente Oberflächen können dabei die bestehende Oberflächenoptik der zu beschichtenden Teile erheblich aufwerten. So können auch sehr preiswerte Materialien, wie beispielsweise Polyethylen, optisch sehr ansprechend und hochwertig wirken. Allerdings müssen Träger aus Polyolefinen (wie z. B. Polyethylen) zumeist vorbehandelt werden, bevor sie beschichtet werden können, da ansonsten keine ausreichende Haftung zwischen dem Träger und der Beschichtung erreicht wird.
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Aber auch hochwertige Oberflächen wie Echtholzfurniere oder Metalloberflächen können durch eine Polymerbeschichtung optisch zusätzlich aufgewertet werden.
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Im Vergleich zur klassischen Lackierung werden erfindungsgemäß vorzugsweise erheblich dickere Lackschichten aufgebracht, die neben dem Schutz eine optische Tiefenwirkung erzeugen. In Kombination mit halbtransparenten Dekorfolien sind 3D-Effekte darstellbar.
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Das genannte Verfahren bildet die Werkzeugoberfläche exakt ab. Unebenheiten auf dem zu beschichtenden Gehäuseelement (also dem Träger) können so ausgeglichen werden.
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Damit ist es natürlich auch vorteilhaft, Oberflächen von Carbon-Bauteilen zu schützen und optisch aufzuwerten. Mit Carbon-Fasern lassen sich sehr leichte Bauteile mit sehr guten mechanischen Eigenschaften erstellen. Mit entsprechender Oberfläche lassen sich diese Bauteile optisch und funktional weiter aufwerten, so dass sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten erschließen.
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Natürlich können auch Schriftzüge oder Logos in die Oberfläche eingearbeitet werden. Weitere realisierbare Oberflächen sind spiegelnde Oberflächen und lederähnliche Oberflächen.
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Mit dem genannten Verfahren lassen sich auch auf einfache Weise Oberflächen mit nahezu beliebiger Struktur erzeugen. So können verschiedenste Bauteile z. B. mit strömungsoptimierten Oberflächenstrukturen (z. B. mit einer Haifischhautstruktur) oder mit einer wasserabweisenden, hydrophoben Doppelstruktur, auf welcher der Lotuseffekt beruht, versehen werden.
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Neben optischen Merkmalen sind häufig haptische Eigenschaften entscheidend für die Qualität und Wertigkeit eines Bauteils. So sollten z. B. Geräte, die wie E-Reader über einen längeren Zeitraum in Händen gehalten werden, auch bei Schweißentwicklung nicht in der Hand rutschen, außerdem wird ein leichter Soft-Touch bei solchen Geräten als angenehm empfunden.
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Weitere haptische Oberflächeneigenschaften, die für unterschiedliche Applikationen angestrebt werden, sind glatte, raue und klebende Oberflächen.
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Besonders interessante Anwendungen der vorgeschlagenen Erfindung stellen Bauteile mit einer intelligenten Oberfläche dar. Durch Integration von kapazitiver Elektronik oder anderer Sensorik in die zu beschichtenden Bauteile entstehen funktionale Bauteile mit berührungssensitiver, kratzfester, optisch hochwertiger und ggf. auch selbstheilender Oberfläche.
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Diese können z. B. im Pkw als Schnittstelle zwischen dem Menschen und dem Bordcomputer eingesetzt werden.
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Durch diese vielfältige Kombinierbarkeit von funktionalen oder dekorativen Bauteilen mit verschiedensten Oberflächen, die sich mit einem hochautomatisierten Standardverfahren herstellen lassen, eignet sich die vorliegende Erfindung für eine Vielzahl unterschiedlichster Anwendungen.
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Im Bereich der Consumer-Elektronik lässt sich durch eine entsprechende Beschichtung gegenüber vorbekannten Geräten ein optimierter Kantenschutz erzeugen, ohne dass dadurch die Ästhetik der Geräte beeinträchtigt wird. Bei Produkten wie Smartphones oder Tablet-Computern lässt sich mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ein ästhetisch hochwertiger, sehr dünner und leichter Schutzbezug für die Gehäuseteile bzw. Deckel erzeugen. Gleiches gilt natürlich für andere mobile Geräte wie Medienplayer (z. B. MP3-Player oder DVD-Player), Mobiltelefone, Laptops, Navigationsgeräte, Kameras, Beamer, Fernbedienungen, Uhren, Ladestationen oder die PC-Maus. Auch die Oberflächen von größeren Geräten wie Spielekonsolen, Festplattengehäusen, Bildschirmen, Fernsehern, Personal Computer oder Projektoren lassen sich durch das vorgeschlagene Konzept effizient funktional und optisch aufwerten.
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Auch im Bereich „Cover und Cases” bietet das Verfahren vielfältige Einsatzmöglichkeiten, denn auch die „Cover und Cases” sollen die Wertigkeit des zu schützenden Gerätes unterstreichen, so dass optisch ansprechenden Oberflächen auch hier von hoher Bedeutung sind.
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Eine weitere interessante Anwendung der vorgeschlagenen Idee sind extrem flache Tastaturen, die sich z. B. in die Schutzhülle von Tablet-Computern integrieren lassen, so dass diese zu einem Notebook aufgewertet werden, ohne dadurch sperriger zu werden. Hierfür wird die kapazitive Elektronik in die Schutzhülle integriert, welche dann mit einer optisch hochwertigen und unempfindlichen Beschichtung versehen wird. Neben Tastaturen sind natürlich auch weitere vielfältige Arten von Bedienfunktionen denkbar, die im Prinzip in beliebig gestaltete Bauteile integriert werden können.
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Gerade hinsichtlich Designaspekten von elektrischen Haushaltsgeräten ermöglicht der Ersatz von mechanischen Bedienelementen durch sensitive Oberflächen neue gestalterische Möglichkeiten.
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Über die Schnittstelle, die eine intelligente Oberfläche bietet, können aber auch Informationen oder Effekte an den Bediener übertragen werden. Eine entsprechende Oberfläche, die z. B. in ein Lenkrad integriert ist, könnte dem Fahrer über eine solche Schnittstelle z. B. durch Vibration bestimmte Signale übermitteln, die dann auf einem Display näher erläutert werden. Der Vorteil ist hier, dass auf eine dezente Art die Aufmerksamkeit des Fahrers erregt werden kann, ohne ihn dabei zu sehr vom Fahren abzulenken.
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Mit der vorgeschlagenen Idee lassen sich auch auf vereinfachte Weise Vorrichtungen zur Identifikation des Benutzers in Geräte integrieren, da die Sensorik durch die Beschichtung geschützt ist und sie auch in komplexe Oberflächen integriert werden kann.
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Ein weiteres Anwendungsgebiet sind Fresnel-Linsen. Diese können in einem einfachen Prozess direkt in ein Trägerbauteil (Gehäuseelement) integriert werden. Somit lassen sich auf einfache Weise Lichtleitersysteme mit vielfältigen Eigenschaften erzeugen. Durch Umgießen der Lichtleiter mit entsprechenden Rohstoffsystemen lassen sich durch Anpassen der Oberflächenstruktur, z. B. durch Fresnel-Linsen-artige Oberflächenstrukturen vielfältige Lichteffekte erzeugen.
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Die vorgeschlagene Idee bietet auch vielfältige Möglichkeiten zur Individualisierung von Bauteilen. Zum Beispiel ist es denkbar, Bauteile mit einer formbaren Oberfläche zu versehen, die dann z. B. beim Kauf auf die Hand des Käufers bzw. Benutzers angepasst wird. Durch anschließende Erwärmung oder UV-Bestrahlung wird diese Oberfläche dann dauerhaft fixiert. Anwendungen wären hier z. B. eine PC-Maus oder alle möglichen Arten von Griffen.
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Ein weiteres Anwendungsfeld ist das Umgießen von Platinen, um diese sicher z. B. vor Feuchtigkeit zu schützen. Natürlich ist dabei darauf zu achten, dass diese sich dadurch nicht zu stark erwärmen. Aber zumindest bestimmte, empfindliche Platinen-Bereiche, in denen keine nennenswerten Leistungen fließen, könnten dadurch langlebiger und zuverlässiger werden. Auch für elektronische Anwendungen in feuchter Umgebung oder gar Unterwasseranwendungen bieten sich Anwendungsmöglichkeiten.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt einen Teil eines geschnitten dargestellten Mobiltelefon.
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In der Figur ist ein elektronisches Gerät 1 in Form eines Smart-Phones zu sehen, und zwar teilweise in geschnittener Darstellung. Das Gerät 1 hat ein schalenförmiges Gehäuseelement 2, in dem eine Elektronik 3 untergebracht ist.
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Auf die äußere Seite 4 des Gehäuseelements 2 ist eine Schicht 5 aus Polymer-Material aufgebracht. Hierbei handelt es sich um einen Polyurethan-Lack, der einen selbstheilenden Effekt aufweist. Wird also die Oberfläche der Schicht 5 beschädigt, beispielsweise durch einen Kratzer, kann diese Beschädigung durch das verwendete Material wieder eliminiert werden.
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Zwischen dem Gehäuseelement 2 und der Schicht 5 sind Sensorelemente 6 platziert, die als kapazitive Elemente in der Lage sind, Berührungen der Außenseite der Schicht 5 zu detektieren und die detektierten Impulse an die Elektronik 3 weiterzugeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektronisches Gerät
- 2
- Gehäuseelement
- 3
- Elektronik
- 4
- äußere Seite des Gehäuseelements
- 5
- Schicht aus Polymer-Material
- 6
- Sensorelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4316154 C1 [0015]
- DE 102012023608 A1 [0018]
- DE 4104647 A1 [0018]
