Für jedes Gehäuse das richtige Verfahren

Bei der Herstellung von Elektronikgehäusen hängt die Wahl des jeweiligen Fertigungsverfahrens entscheidend von der Seriengröße ab. Prototypen müssen beispielsweise schnell und kostengünstig erstellt werden können, während sich die kostspielige Anfertigung eines speziellen Spritz- oder Druckgusswerkzeugs nur für größere Stückzahlen rechnet. Welche typischen Verfahren es gibt und wie sie sich unterscheiden, stellt dieser Artikel vor.
von Holger Ransiek, Entwicklung Sondergehäuse, Bopla Gehäuse Systeme GmbH
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Werkzeug für Kunststoffspritzguss
Die Produktpalette der Bopla Gehäuse Systeme GmbH (BOPLA) ist im Gehäusebereich die wohl größte der Branche und umfasst neben Hand-, Tisch- und Pultgehäusen auch Wandgehäuse, sowie 19-Zoll-Applikationen. Auch die Fertigung kundenindividueller Gehäuse und Komponenten aus Kunststoff, Aluminium sowie Profiltechnik zählt zum Leistungsspektrum des Unternehmens. Zudem stellt BOPLA auf Wunsch Prototypen als Verbauproben und Kleinstserien für Feldtests her. Die Art des jeweiligen Herstellungsverfahrens hängt wesentlich von Art und Einsatz des zu fertigenden Gehäuses ab.

Abhängig von den äußeren Einflüssen, denen sie ausgesetzt sind, werden Standardgehäuse in großen Serien in Kunststoff oder Aluminium gefertigt. Die Herstellung von Kunststoffgehäusen erfolgt im Kunststoffspritzgussverfahren. Dabei wird der jeweilige Kunststoff verflüssigt und unter Druck in eine metallische Form, das Spritzgießwerkzeug, gespritzt. Dort kühlt der Kunststoff ab, wird wieder fest und kann als fertiges Gehäuseteil entnommen werden. Eine Nachbearbeitung ist in der Regel nicht erforderlich.

Ob beispielsweise Design-Kanten wie beim Bocube-Gehäuse gewünscht sind, oder Rundungen und Wölbungen, wie bei den Gehäusen der Serien Bocard und Circum – das vollautomatisierbare Kunststoffspritzgussverfahren gestattet eine individuelle Formgebung der Bauteile. Sein größter Vorteil sind die geringen Stückkosten bei der Serienproduktion. Dementgegen stehen allerdings relativ hohe Werkzeugkosten, die sich tatsächlich erst ab einer Jahresmenge von 500 bis 1.000 Stück rechnen. Gleiches gilt für den Aluminium-, Zink- und Magnesiumdruckguss. Auch diese Verfahren sind aufgrund der hohen Werkzeugkosten nur für die Herstellung großer Serien sinnvoll.

Ebenfalls geeignet für die Serienproduktion ist das Aluminiumstrangpressverfahren. Mit dieser Technologie lassen sich Profile für Aluminiumprofil-Gehäuse, wie beispielsweise die Gehäuse der Filotec-Baureihe in beliebiger Länge herstellen. Dabei wird das Metall mit einem Stempel durch eine Matrize gepresst. Diese bestimmt die äußere Form des Profils. Hohlräume lassen sich durch verschieden geformte Kerne erzeugen. Die Matrizen und Kerne sind individuell gestaltbar. Auf diese Weise können vertiefte Flächen für Folientastaturen, Nuten für die Aufnahme von Leiterkarten oder Montageplatten, sowie Wandlaschen zur Befestigung oder kühlende Rippen gleich in das Profil eingeformt werden. Die fertig abgelängten Gehäuse können dann mit Hilfe von Abschlussdeckeln montiert werden. Die Matrizen sind im Verhältnis zu Spritz- bzw. Druckguss-Werkzeugen relativ gering, so dass sich hier schon Abnahmemengen ab 500 bzw. 1000 kg Rohmaterial rechnen.
Individuelle Metall-Gehäuse in kleinen Losgrößen
Im Gegensatz zur Großserienfertigung rechtfertigt die Produktion von individuellen Gehäusen in kleinen Losgrößen die Investition in teure Werkzeuge nicht. Hier finden typischerweise Verfahren wie die Plattenfräsbiegetechnik oder die Stanz- bzw. Blechbiegetechnik Verwendung.

Die Blech- bzw. Stanzbiegetechnik wird typischerweise bei der Fertigung von Sondergehäusen genutzt. Dabei werden die Gehäuseteile aus einer zugeschnittenen und mit den erforderlichen Ausstanzungen versehenen Metallplatte gebogen. Da hierfür keine oder nur einfache „Werkzeuge“ benötigt werden, rechnet sich die Blechbiegetechnik bereits für die Fertigung von Losgrößen ab 50 Gehäusen.
Als Grundmaterial für Blechbiegegehäuse kommt Aluminiumblech ebenso infrage, wie Stahl- oder Edelstahlblech. Änderungen am Gehäuse sind einfacher zu realisieren als bei den oben erwähnten Fertigungsverfahren. Daher lassen sich auch Serien entwickeln, die auf einem Grundgehäuse basieren, bei denen sich die Gehäuse aber beispielsweise in Anzahl oder Anordnung der Aussparungen unterscheiden. Überdies bietet sich die Blechbiegetechnik für größere Gehäuseformate an.
Die Wanddicke von Blechbiegegehäusen beginnt bereits bei 1 mm. Bei Aluminiumgehäusen schlägt sich dies in einem deutlich geringeren Gewicht verglichen mit Aluminiumprofil- oder -druckgussgehäusen ähnlicher Größe nieder. Deren Wanddicke beträgt typischerweise 2 bis 4 mm.
Die Nachteile der Blechbiegetechnik liegen im beschränkten Design und der begrenzten Konturgebung, denn Freiformen sind nicht bzw. nur sehr aufwendig zu erzeugen. Daher zeichnen sich die typischen Blechbiegegehäuse – dazu zählen beispielsweise Tischgehäuse für Messgeräte – durch plane Flächen, gerade Kanten und Aussparungen aus.

Die Plattenfräsbiegetechnik kommt bei BOPLA immer dann zum Einsatz, wenn auf die Schnelle ein Prototyp oder eine kleine Gehäuseserie benötigt wird. Dazu werden zunächst die Außenkonturen des Gehäuses und die Biegelinien in eine Metallplatte gefräst. Das Biegen entlang der Biegelinien erfolgt anschließend manuell. Es werden keine weiteren Werkzeuge benötigt. Typischerweise werden mithilfe der Plattenfräsbiegetechnik die Prototypen für Gehäuseserien gefertigt, die dann in der Stanzbiegetechnik in Serie gehen können.
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