Ein Techniktraum aus Kunststoffschaum

Polypropylenschaum Maßgeschneiderte Formteile aus elastischem Schaumkunststoff ermöglichen neue Konstruktionsansätze bei der Integration von Elektronik. Eine optimierte Formgebung vereinfacht dabei die Montage und macht zudem zahlreiche Kleinteile unnötig.

23. Mai 2008

Manchmal braucht es neue Wege, um ein Ziel leichter zu erreichen. Diese Erkenntnis hatten auch die Konstrukteure des Solarienherstellers Uwe aus Schwäbisch- Gmünd beim Bau eines Bediengeräts, mit dem sich Intensität und Dauer der Bestrahlung entsprechend dem jeweiligen Hauttyp des Nutzers optimal einstellen lassen. Das ansprechend gestaltete Terminal mit der Bezeichnung BodyGuard besitzt eine übersichtliche Folientastatur, auf der der Anwender verschiedene Angaben zu seinem Hauttyp macht, wie etwa die Augen- und Haarfarbe. Die Bedienung ist selbsterklärend und wird dadurch erleichtert, dass die Tasten nicht beispielsweise nur die Beschriftung „Braune Augen“ tragen, sondern mit einem Foto brauner Augen bedruckt sind. Diese Dias sind von hinten beleuchtet und machen es dem Besucher leicht, seine Auswahl zu treffen. Nach Eingabe eines Typ-Merkmals leuchtet das betreffende Feld heller. Um die geeignete Intensität und Dauer der Besonnung zuverlässig berechnen zu können, erfasst das System zudem den aktuellen Bräunungsgrad der Haut des Studiogasts mithilfe eines Sensors in einer Mulde auf der Oberseite des Geräts, die den Unterarm des Anwenders aufnimmt. Eingebaut sind Folientastatur, Displays und Sensor in eine elliptische Platte aus Kunststoff, die sich durch Lösen von vier Schrauben abnehmen lässt.

Obwohl das eigenwillig geformte Gerät nur wenige ebene Flächen besitzt, enthält sein Inneres keine aufwendige Konstruktion aus Blech-, Kunststoff- und Befestigungsteilen: Zu sehen sind stattdessen lediglich zwei elliptisch geformte Formteile aus einem silberfarbigen Kunststoffschaum, in den alle Bauteile des Terminals formschlüssig eingebettet sind: drei Platinen, der Sensor, die Verbindungskabel und ein Blechwinkel. Schrauben, Kabelbinder, Befestigungsclipse und andere übliche Kleinteile fehlen dabei völlig. Stattdessen sind die Bauteile durch elastische Rastnasen im Schaumkunststoff fixiert, die Kabel werden lediglich in dafür vorgesehene Kanäle eingedrückt. Umschlossen werden die Formteile unterhalb der Frontplatte von einer Kunststoffwanne, die zusammen mit dem Blechwinkel mit vier weiteren Schrauben am unteren der beiden Formteile angeschraubt wird. Die Kunststoffwanne ist innen wie außen völlig glatt, ohne Nasen, Vorsprünge oder eingelegte Befestigungsmuttern und lässt sich deshalb als preiswertes Tiefziehteil herstellen. Der Anschluss nach außen geschieht über einen Steckverbinder im rückwärtigen Blechwinkel.

Konstruktives Neuland

Die Entwickler des schwäbischen Unternehmens wagten mit dem BodyGuard eine für sie völlig neue Konstruktionsmethode. Die Idee mit den »Schaum-Chassis« verdankten die Konstrukteure dabei einem Lieferanten, dem Kunststoffspezialisten Ruch Novaplast aus Oberkirch im Schwarzwald, der dieses Konstruktionsprinzip unter der Markenbezeichnung Novaplex vertreibt und die Formteile auch in Serie herstellt. Bei diesem Verfahren werden sämtliche Geräte-Bauteile, egal ob elektronisch oder mechanisch, in speziellen dafür angefertigten Schaumteilen platziert, ähnlich wie Pralinen in der Schachtel. Die Formteile bestehen aus dem Schaumkunststoff expandiertes Polypropylen (EPP), der dem bekannten Styropor ähnelt, jedoch deutlich elastischer ist.

Superschnell zum Prototyp

Solche Formteile hatte bei Uwe zuvor noch niemand konstruiert, und so waren die Schwaben froh, einen erfahrenen Partner für das Projekt gefunden zu haben, erinnert sich Armin Zipf, Konstrukteur bei Ruch Novaplast: »Die Kollegen von Uwe erkannten sehr schnell die vielseitigen Möglichkeiten, und auch die Skeptiker konnten wir rasch überzeugen, als wir gleich nach den ersten Diskussionen ein Muster der Formteile vorlegen konnten.« Einer der Vorzüge des EPP-Chassis ist nämlich die nahezu sofortige Verfügbarkeit eines Prototyps, der sich basierend auf den CAD-Daten aus einem massiven EPP-Block fräsen lässt und sich wie ein geschäumtes Teil verhält und so schon in einem frühen Projektstadium den Aufbau von Versuchsmustern ermöglicht, die mit der Serienstruktur quasi identisch sind.

Das obere Schaumteil bildet eine Gitterstruktur, durch die das Licht der Leuchtdioden von der Basisplatine zu den jeweiligen Feldern der Folientastatur geleitet wird. Zur Unterstützung der Lichtreflexion ist das Schaummaterial silbern eingefärbt. Für Uwe-Konstruktionsleiter Konrad Kuhner bietet dieser Aufbau einen weiteren Vorteil: »Dies erspart uns eine weitere Platine mit Leuchtdioden direkt unterhalb der Folientastatur und minimiert die Zahl der Schnittstellen innerhalb des Gerätes.«

Zur Verbindung der Schaumteile mit den äußeren Kunststoffschalen dienen insgesamt acht Schrauben, um einigen Richtlinien und DIN-Vorschriften zu genügen, nach denen die Bauteile zwar fest fixiert, aber auch wieder lösbar sein müssen – und zwar nur mithilfe von Werkzeugen. Den nötigen Halt in dem elastischen Schaummaterial geben den Schrauben dabei Dübel aus Polypropylen, die im Reibschweißverfahren mit etwa 4.500 Umdrehungen pro Minute in das Schaumteil eingebracht werden, ohne dass eine Vertiefung dafür vorzusehen wäre. Vorteile bieten die EPP-Formteile auch in der Fertigung: Diese benötigt nur ein gemeinsames Werkzeug, das deutlich kostengünstiger ist als ein Spritzwerkzeug, berichtet Kuhner und prophezeit: »Durch die Einsparungen an Kleinteilen sowie die Vereinfachungen bei der Kunststoffwanne und der Montage sehen wir eine Amortisation schon nach wenigen hundert Stück.«

Melanie Kwella, Ruch Novaplast

FAKTEN

- Ein Gerätechassis aus Schaumkunstoff bietet insbesondere bei Geräten mit einer komplexen inneren Struktur hohe Zeit- und Kostenvorteile.

- Das Konstruktionsprinzip erlaubt die Aufnahme und Fixierung aller Einzelkomponenten durch wenige Formteile, die zugleich tragende und konturengebende Funktion haben.

Erschienen in Ausgabe: 03/2008