Gehäusetechnik Der Mix macht’s: Funktionelle Gehäuse für Ticketautomaten

Autor / Redakteur: Uwe Günthner * / Kristin Rinortner

Gehäuse für Automaten sind meist aus Metallkonstruktionen gefertigt, um die geforderte Stabilität, den Schutz vor Vandalismus und eine hohe IP-Schutzart zu gewährleisten. Es geht aber auch anders.

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Bild 1: In Fahrzeugen schützt das Gehäuse das elektronische Ticket-Lesegerät zuverlässig vor Stößen und Erschütterungen.
Bild 1: In Fahrzeugen schützt das Gehäuse das elektronische Ticket-Lesegerät zuverlässig vor Stößen und Erschütterungen.
(Bild: Polyrack)

Für ein neues elektronisches Lese- und Prüfgerät für die Fahrscheinkontrolle im öffentlichen Personennahverkehr suchte die Firma INIT ein zuverlässiges und optisch ansprechendes Gehäuse.

Aufgrund langjähriger, guter Erfahrungen wandte sich der Anbieter von Telematik und Zahlungssysteme an die Polyrack Tech-Group.

„Von Polyrack bekommen wir immer eine hervorragende Lösung, die unsere Anforderungen manchmal auf überraschende Weise erfüllt. Denn die Gehäusespezialisten beherrschen nicht nur alle Materialien, sondern auch alle Technologien und kombinieren sie optimal für die jeweilige Anwendung – auch unter dem Wirtschaftlichkeits-Aspekt“, erklärt Christian Heinrich, Konstrukteur Mobile Telematic and Fare Collection Systems bei INIT.

Gemeinsam mit INIT hat Polyrack zuerst das Anforderungsprofil des Gehäuses für den neuen Ticket-Automaten erstellt. Es umfasste eine hohe Robustheit, die den Automaten vor Staub und Feuchtigkeit ebenso schützen wir vor Vandalismus. Für den Einsatz in Fahrzeugen ist außerdem der Schutz vor Erschütterungen, z.B. durch unebene Fahrbahnen oder Gleiswechsel, entscheidend. Die Elektronikkomponenten und Lichtleiter des Lese- und Prüfgerätes sollten sich rationell in das Gehäuse integrieren lassen und in einem Temperaturbereich von –30 bis 80°C geschützt sein.

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Der gesamte Ticket-Automat sollte einen Widerstandswert von IK07 erreichen. Um Fahrgästen eine einfache Handhabung und hohe Bedienfreundlichkeit zu bieten, mussten die Automaten ein modernes, freigestaltendes Design aufweisen. Außerdem wollte INIT seinen Kunden mit dem Gehäuse auch individuelle Farbgestaltungen je nach Unternehmens-CI bzw. Einsatzort anbieten. Da die Produktion auf eine Serie von kleinen bis mittleren Stückzahlen ausgelegt war, spielte neben dem technischen Design auch die Wirtschaftlichkeit der Verpackungslösung eine entscheidende Rolle.

Materialmix verbindet Designfreiheit und Wirtschaftlichkeit

Im ersten Schritt wurde das Material ausgewählt. Um aus der Vielfalt der Werkstoffe die optimalen zu selektieren, sind Expertise und Erfahrung umso entscheidender. Denn jede Applikation hat ihre Eigenheiten und muss ganz spezifische Anforderungen erfüllen. Und je früher die Gehäusespezialisten in die Entwicklung einbezogen werden, desto mehr Materialien und Verarbeitungsmethoden können noch zum Einsatz kommen.

Für den Ticket-Automaten fiel die Wahl schließlich auf eine Kombination aus thermoplastischem Kunststoff und Metall. Im Vergleich zu Blechlösungen eröffnet Kunststoff viel mehr Gestaltungsspielräume hinsichtlich Formgebung, Farbe, Oberflächenfinish und Ausführung für individuelle Gehäuse mit hohem Wiedererkennungswert. Die Auswahl des Granulats richtet sich nach den Umweltbedingungen und Anforderungen, wie z.B. Alterung, Flammschutz, usw.

Erfahrungen, Simulationen und Abwägung der Verfahren

Im nächsten Schritt galt es, die beste Fertigungstechnologie zu bestimmen. Das Unternehmen aus Straubenhardt vereint gängige Verarbeitungsmethoden, die im Bereich der Kunststofftechnik vom Spritzgießen und Schäumen über das Bedrucken, Lackieren und Fräsen bis hin zum Ultraschallschweißen reichen.

Für die Fertigung des Automatengehäuses kamen nur die drei wesentlichen Technologien Aluminium-Druckguss, Kompaktspritzguss oder thermoplastisches Schaumspritzgießen (TSG) in Verbindung mit Metallteilen in Betracht. Um die am besten geeignete Methode hinsichtlich der Konstruktionsidee und Wirtschaftlichkeit sicherzustellen, überprüfte man alle drei Verfahren in der Simulation.

Der Aluminium-Druckguss zeichnete sich durch hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengüte sowie Haptik aus, stieß jedoch bei der großen Visualisierungsfläche und den straffen Toleranzen an seine Grenzen. Das Teilegewicht wurde zusätzlich negativ eingestuft. Materialflussanalyse, kleinste Bohrungen sowie Dichtigkeitsfläche zogen umfangreiche Nacharbeit und damit hohe Kosten nach sich.

Auch die Verarbeitung im Kompaktspritzguss lieferte kein zufriedenstellendes Resultat: Das Design der wabenförmigen Wandstruktur des Automatengehäuses sowie seine unterschiedlichen Wandstärken zeigten sich sowohl in der Produktion als auch im Formenbau als zu aufwendig und kostspielig. Speziell für kleinere bis mittlere Serien wie bei diesem Ticket-Automaten ermöglicht das Verfahren damit keine wirtschaftliche Herstellung.

Überzeugen konnte hingegen das thermoplastische Schaumspritzgießen. Es erlaubt eine vollkommen freie Gestaltung wie der Kompaktspritzguss, ist jedoch deutlich einfacher und damit kostengünstiger. So eignet sich das Verfahren unter Zugabe chemischer Treibmittel um anspruchsvolle technische Formteile mit hoher Stabilität herzustellen. Damit können die Konstrukteure unterschiedliche Wandstärken von 5 bis 8 mm genauso realisieren wie verschiedene Wandsprünge, Dome und Rippen.

„Das gab uns auch die Möglichkeit, die Elektronik und sonstige Bauteile wie Lautsprecher und Lichtleiter mit minimalstem Aufwand für eine Quickmontage zu integrieren“, erläutert Heinrich. Im Gegensatz zur Verarbeitung mit anderen Methoden entstehen beim TSG selbst bei Materialanhäufungen keine Einfallstellen. Dadurch verfügt das Gehäuse über eine höhere Steifigkeit und Festigkeit, was es äußerst robust und vandalensicher macht.

Thermoplastisches Schaumspritzgießen als Favorit

Trotz dieser Stabilität kann das Gehäuse mittels TSG mit geringerem Gewicht realisiert werden als mit anderen Technologien. Zudem lässt sich ein Gehäuse ohne Einfallstellen deutlich einfacher lackieren. Hinzu kommt der geringere Teilepreis. Denn für die Produktion genügen kleinere Maschinen. Und da im Gegensatz zum Kompaktspritzguss beim TSG der Nachdruck reduziert wird, müssen die Werkzeuge weniger robust sein. „Es sprach also alles für das thermoplastische Schaumspritzgießen“, so Heinrich.

Für die Anbindung statisch relevante Teile und Servicebereiche am Produkt für höheren Serviceeinsatz planten die Entwickler eingebettete Gewindeeinsätze ein. Diese werden mittels Ultraschallschweißen eingebracht. Um die Randzone des Gehäuses vollkommen porenfrei zu realisieren und den Innenkern des Materials zellförmig zu gestalten, verwendete man Treibmittel.

Zum Dispensen wurde eine Dicht-Nut in das Gehäuse integriert. Für die Glasscheibe auf der Frontseite, unter der das Display angebracht werden sollte, planten die Entwickler genügend Freiräume für eine elastische Verklebung ein. So ließ sich die Scheibe fest fixieren – auch wenn sich die verschiedenen Materialien unter Temperatureinwirkung unterschiedlich ausdehnen.

Als Finish hatte INIT die Wahl aus zahlreichen Beschichtungen und Lackierungen, z.B. 2K-Lack, UV-beständige Lackierungen oder Antigrafit-Lack für die sichtbaren Flächen an den TSG Teilen. „Dadurch können wir je nach Wunsch unserer Kunden die passende Oberflächenveredelung anbieten – das gibt uns Flexibilität und erfüllt unseren Anspruch, sowohl günstige Standards als auch kundenspezifisch maßgeschneiderte Lösungen zu bieten“, führt Heinrich aus.

Individuelle Varianten nach Kundenwunsch

Auch für die Installation der Ticket-Automaten in Bussen und Bahnen sowie im Freien stehen je nach Kundenwunsch und örtlichen Gegebenheiten verschiedene Lösungen zur Auswahl. Unterschiedliche Metallkomponenten ermöglichen das Anbringen an ein Rohr oder einen Mast oder die Wandmontage. Auch für die Verarbeitung der Metallkomponenten bietet man die gesamte Bandbreite an Verarbeitungstechnologien vom stanzlasern über biegen, schweißen, fräsen bis hin zu Profil- und Druckgusslösungen.

„Bei der Realisierung des Gehäuses für unseren neuen Ticket-Automaten hat uns Polyrack wieder einmal überzeugt“, so Heinrich. „Wir haben ein äußerst wirtschaftlich herzustellendes Gehäuse bekommen, das genau auf unsere Anforderungen zugeschnitten ist und uns viele Möglichkeiten gibt, auch auf spezielle Wünsche unserer Kunden einzugehen – quasi den Maßanzug zum kleinen Preis.“ //

* Uwe Günthner ist Leiter Entwicklung und Produktion bei der Polyrack Tech-Group in Straubenhardt.

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