Die Erfindung betrifft eine Gehäuseschale und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Aus der DE 1 97 07 437 Al 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 warm verformbares schlagfest eingestelltes Polystyrol, das aber keine besonders angenehme Haptik des Handgerätes erbringt.

Ein solches Formteil in Gestalt der ABS-Gehäuseschale genügt auch 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 einmontierten Rippen verbieten sich, weil dadurch der ohnehin nur flache verfügbare Elektronik-Einbauraum in der Gehäuseschale noch unakzeptabel verringert würde.

Nicht für Handgeräte hoher haptischer Anforderungen, sondern für Funktionsteile an Fahrzeugkarosserien wie die Kofferraummulde zur Aufnahme eines Reserverades ist es aus der DE 1 01 12 635 Al bekannt, ein thermoplastisches Verbundmaterial für die spätere Karosse- riebefestigung mit einem höher belastbaren thermoplastischem Glasfaser-Sandwichmaterial zusammenzuformen, insbesondere in einem Gesenk unter gleichzeitigem Verschmelzen der beiden Materialien tiefzuziehen. Dazu wird auf den Sandwich-Rohling eine vorbestimmte Menge thermoplastischen Materials aufgebracht und im Zuge des Gesenkverformens mit dem Rohling ausgeformt und verschmolzen; was aber keine dünne und gleichförmige Wandungsstruktur erbringt. Beispiele für das Laminieren von thermoplastisch getränkten Glasfasermatten für Warm- oder Kaltumformung bzw. zum Ausstanzen für Dekor- und Strukturteile an Fahrzeugkarosserien sind in der US 3,765,998 und in der US 4,469,543 näher beschrieben.

Zum Herstellen dünner flacher Gehäuseschalen ist eine unter Zugabe von thermoplastischem Material erfolgende Sandwich- Verformung schon wegen der daraus resultierenden großen und unregelmäßigen Wandstärken nicht geeignet. Denn bei den hier interessierenden Geräten handelt es sich etwa um Fernsteuer-Bedienungen im Automotive- oder im Unterhaltungselektronik-Bereich und insbesondere um Funkemfangsgeräte wie Schnurlos- oder Mobiltelefone. 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 Al. Aber auch bei einem Tisch- oder Standgerät etwa in Form eines Pultgehäuses (vgl. DE 82 02486 Ul) soll sich das Gehäuseoberteil unter mechanischer Belastung nicht spürbar verformen, sondern stets in der Teilungsfuge zum Basisgerät dicht abschließen.

In Erkenntnis der geschilderten Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, besonders flache und leichte aber dennoch gesteigert formstabile Gehäuseschalen verbesserter Haptik und Optik zu schaffen.

Zum Lösen dieser Aufgabe könnte man daran denken, Gehäuseschalen aus Spritzguss-Sinter- keramik 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 Lack- beschichtungen oder Kunststoffauskleidungen auf der Innenwandfläche der Metallschale. Stattdessen wird die Aufgabe erfindungsgemäß nach den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Danach besteht die Gehäuseschale im Wesentlichen aus einem in als solcher bekannter Weise unter Wärme- und Druckeinwirkung in einer flachen Form ausgestalteten Bauteil, das aus einer eben konturgeschnittenen Gewebe- oder Gelege-Matte hervorgegangen ist, die eine thermoplastisch getränkte, wenigstens zweilagige langfaserige Flächenstruktur aufweist. Deren Wandungsdicke kann bis hinab zu 1,0 mm, aber auch gar nur 0,5 mm, betragen.

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 Hochfrequenzdurchlässigkeit 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 Präzisions- und Dekoranforderungen zu genügen, erst nach dem Tiefziehprozess in das Umformteil eingearbeitet werden.

Die freien Stirnkanten der umlaufenden Seitenränder der Gehäuseschale verlaufen zwar nach dem Umformvorgang noch nicht unbedingt maßgerecht, aber das lässt sich durch funktionsgerechtes Beschneiden 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 weich-elastischen Dicht- und Dekor- Rahmen oder bei hart-elastischen Schnapp- oder Rastelementen (Widerhakenzungen und Ein- griffsöffhungen), Montagepfeilern oder Scharnierbolzen und -Ösen regelmäßig nicht, jedenfalls nicht ohne weiteres möglich.

Man könnte daran denken, dazu auf den zur Gehäuseschale umzuformenden Mattenzuschnitt lokal zusätzliche Polymermassen aufzubringen, die ihre Ausformung zu den Funktionselementen im Zuge des Umformvorganges erfahren. Aber das würde zu einer Beeinträchtigung der Matteneigenschaften in der Umgebung derartiger Unstetigkeiten aufgrund lokal deutlich ansteigender Wandstärken führen; und dennoch wäre nicht gewährleistet, dass der mechanisch-thermische Umformvorgang solcher lokaler Zusatzmaterialien geometrisch hinreichend exakt ausgebildete, feingliedrige Funktionselemente ergibt.

Deshalb weist die erfindungsgemäße Gehäuseschale Funktionselemente auf, die ihr nicht im Zuge des Umformens angeformt sind, sondern die der schon ausgeformten Gehäuseschale erst nach ihrem Verbringen in eine Spritzgussform angespritzt werden; nämlich darin, aus ebenfalls thermoplastischem Material, an beliebiger konstruktiv erforderlicher Stelle spritzgeformt aufgebracht werden, um sich dann aushärtend mit dem beim Spritzgussvorgang lokal angeschmolzenen Umformteil fest zu verbinden.

Das thermoplastische Umformen des ebenen Polymer-Zuschnitts in die dreidimensional verwölbte extrem flache Gehäuseschale ergibt schon aufgrund der fließend abgerundeten Übergänge eine besonders sympathische Haptik. Die Außenfläche der Gehäuseschale kann aber etwa noch mittels Folienbeschichtung oder Metallbedampfung haptik-, design- und funkti- onsoptimiert werden. Bei solchem Umformteil hat sich nämlich herausgestellt, dass die Halbzeugstrukturen des heißverpressten Faserverbundes nach dem Erkaltungsschwund als leicht pockennarbenartige Unebenheiten an den Oberflächen der Gehäuseschale unruhig in Erscheinung treten. Für verschmutzungsunanfällige da durchgehend glatte und glänzende außengelegene Oberflächenbereiche, wie sie auch aus haptischen Gründen oder für Sichtflächen am Umformteil erwünscht sein können, ist deshalb eine zusätzliche funktionsoptimierende Oberflächenveredelung angebracht.

Dafür kommt grundsätzlich ein Auflamieren von Finish-Folien in Betracht. Das ist allerdings wegen des pressformbedingt abgerundeten Überganges zu den Seitenrändern des Umformteiles problematisch, weil hier eine rundum schälfeste Anbindung der Folie kritisch ist; zumal die Folie relativ dick sein muß, damit die unebene Oberfläche der Gehäuseschale sie nicht durchprägt. Auch eine Metallbedampfung würde das ungewünschte Oberflächenprofil des heißgepressten Umformteiles wiedergeben.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung optional noch die weitergehende technische Problemstellung zugrunde, die haptische und optische Oberflächengüte der aus Faserverbundhalbzeug pressgeformten Gehäuseschale zu verbessern.

Eine für Sicht- oder Handhabungsflächen wünschenswerte Oberflächengüte im Sinne einer ebenen, glänzenden Oberfläche wird gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung durch einen, je nach den Anforderungen regional begrenzten oder auch vollflächigen, vorzugsweise mehrlagigen Lackauftrag gelöst. Dessen relativ stark auftragender Grundanstrich wirkt als Haftvermittler mit dem Untergrund, also auf der äußeren Oberfläche der Gehäuseschale, und dient zugleich dem Schlichten dieser Oberfläche, so dass deren unebene Narbenstruktur nach dem Grundanstrich nicht mehr so stark zur Geltung kommt. Auf den werden in wenigstens einer weiteren Schicht Farbpigmente in ihren Bindemitteln aufgebracht, und auf die wird schließlich ein transparenter Decklack appliziert, der den erwünschten Glanz erbringt und zugleich für die Lichtbeständigkeit der Einfärbung sorgt.

Die Viskosität des Lack-Lösungsmittels kann dabei gemäß den Oberflächen- Vorgaben und hinsichtlich Größe und Topographie des zu vergütenden Oberflächenbereiches eingestellt werden, um so, über die Fließeigenschaften, eine rasche, gleichmäßige Benetzung und dadurch über den gesamten vorgegebenen Oberflächenbereich hinweg homogene optische Eigenschaften zu erzielen, so dass dieses Umformteil auch als optisches Bauteil eingesetzt werden kann.

Insbesondere für mechanisch höher beanspruchbare und dafür härtere Oberflächenbereiche wird gemäß einer zusätzlichen Weiterbildung vorliegender Erfindung der Einsatz von, vorzugsweise lösungsmittelfreiem, Mehr-, insbesondere Zweikomponentenlack zum Erzeugen der Glanzschicht bevorzugt, da solch ein Lack aufgrund chemischer Reaktion seiner Komponenten auf der unmittelbar damit kaschierten Oberfläche oder auch auf dem Grundanstrich ohne Trocknungserfordernisse aushärtet.

So sind Teile von Gehäusen für elektrische Mess-, Steuer und Kommunikationsgeräte, insbesondere Gehäuseunterteil-Gehäuseschalen für Mobiltelefone, geschaffen, die bei hervorragender Haptik und Optik trotz extrem geringer Wandstärke eine sehr große Biege- und Torsi- onssteifϊgkeit aufweisen, indem Umformteile aus ebenen Zuschnitten thermoplastisch ge- tränkter langfaseriger mehrschichtiger Gewebe- oder Gelegematten mechanisch-thermisch ausgeformt werden, mit thermoplastischem Anspritzen feingliedrigerer Funktionselemente an die nach dem Umformen in eine Spritzgussform verbrachte Gehäuseschale, und gegebenenfalls mit abschließendem Lackieren der Gehäuseschalen-Außenflächen.

Zu näherer Veranschaulichung der Erfindung ist in der Zeichnung etwa maßstabsgerecht eine insbesondere als Handgerät-Gehäuserückseite einsetzbare flache Tiefzieh-Schale erfindungsgemäßer Art skizziert, die sich mit einer Wandstärke von deutlich unter 1 mm als wesentlich biegesteifer erweist, als eine, demgegenüber leicht verwindbare, vergleichsweise weiche Gehäuseschale gleicher Abmessungen, die in herkömmlicher Weise mit einer Wandstärke von über 2 mm komplett im Kunststoffspritzguss erstellt wurde.

Die in schräger Innenansicht dargestellte, im Verhältnis zu ihren Querschnittsabmessungen sehr flache Tiefzieh-Gehäuseschale 1 1 weist eine sehr schwach gewölbte Wandung 12 auf, die rundum unter kleinem Radius in etwa orthogonal zur Wandung 12 endende flache Seitenränder 13 übergeht. Deren Stirnkanten 14 sind nach ausgehärtetem Tiefziehvorgang wie erkennbar in ihrem Berandungsverlauf funktionsgerecht beschnitten.

An die Seitenränder 13 der tiefgezogenen und ausgehärteten Gehäuseschale 1 1 sind, nach deren erwähntem Randbeschnitt, für späteres Zusammenwirken dieser Gehäuseschale 11 mit einem anderen Gehäuseteil (nicht gezeichnet) im Kunststoff-Spritzgussverfahren steifelastische Funktionselemente 15 wie die skizzierten Rasthaken angebracht, aber auch auf die umlaufende Stirnkante 14 der Seitenränder 13 ein Dekor- oder Dichtungs-Rahmen 16 aus gegenüber dem Material des Tiefziehteiles (Wandung 12 mit Seitenrändern 13) weicher-elastischem und farblich kontrastierendem thermoplastischem Material.