Projektübersicht
Ein britischer Zahlungsterminal-Hersteller, der ein POS-Gerät der nächsten Generation für den europäischen Markt entwickelte, benötigte ein Produktionswerkzeug für das Terminalgehäuse — eine Zweikomponenten-Spritzgussbaugruppe, die eine schwarze PC-Kartenleserführung mit einer weißen PC-UL-V-0-Hauptschale, Mittelwand und inneren Rippenstruktur kombiniert. Die komplette Baugruppe misst 106 × 146 × 56 mm und wiegt 110 Gramm. Sie dient sowohl als strukturelles Gehäuse als auch als sichtbare Oberfläche eines Finanztransaktionsgeräts, das in Einzelhandels- und Gastgewerbeumgebungen in ganz Europa eingesetzt wird.
Das Gehäuse ist keine einfache Hülle. Es integriert eine präzise Kartenleser-Führungsschiene in schwarzem PC, eine weiße PC-Strukturschale mit 3 mm Wandstärke, eine 1,5 mm Mittelwand zur Trennung des Elektronikraums vom Kartenweg, 1 mm Verstärkungsrippen für Fallstoß-Steifigkeit, eine einlegte Metall-Abschirmplatte und Kontaktpunkte, die in die Mittelwand eingespritzt sind, sowie ein integriertes Lautsprechergitter an einer Seite für hörbare Transaktionsrückmeldungen. Jedes dieser Merkmale muss in einem einzigen Zweikomponenten-Drehteller-Zyklus hergestellt werden.
Ein POS-Terminalgehäuse unterliegt Compliance-Verpflichtungen, die Unterhaltungselektronik nicht hat. Das weiße PC-Material muss die UL-V-0-Flammschutzklasse erfüllen — eine Anforderung für Finanzterminals in gewerblichen Umgebungen, wo elektrische Sicherheitsstandards von Zahlungsnetzwerk-Zertifizierungsstellen durchgesetzt werden. Die Kartenleser-Führungsschiene muss eine Maßhaltigkeit von ±0,2 mm über den gesamten Durchzugsweg einhalten. Die Metall-Abschirmung, eingespritzt in die Mittelwand, muss die elektrische Durchgängigkeit zur Erde mit keiner Kunststoffgratbildung auf der Kontaktfläche gewährleisten.
Bauteilspezifikationen
| Parameter | Spezifikation |
|---|---|
| Produkt | POS-Zahlungsterminal-Gehäusebaugruppe |
| Kundenstandort | Vereinigtes Königreich |
| Abmessungen | 106,0 × 146,0 × 56,0 mm |
| Gewicht (Gesamtbaugruppe) | 110 g |
| Gehäusewandstärke | 3,0 mm |
| Mittelwandstärke | 1,5 mm |
| Rippenstärke | 1,0 mm |
| Erster Schuss (Schwarz) | PC — Kartenleser-Führungsschiene |
| Zweiter Schuss (Weiß) | PC UL V-0 — Hauptschale, Mittelwand, Rippen |
| Metalleinleger | Abschirmblech + Kontaktpunkte (einlegt) |
| Besonderheiten | Integriertes Lautsprechergitter in Seitenwand |
| Anwendung | Zahlungsterminal, Finanz-POS |
Technischer Ansatz
Zweikomponenten-Strategie — Warum nicht zwei separate Werkzeuge?
Der Kunde erwog zunächst, die schwarze Kartenleserführung und die weiße Gehäuseschale als zwei separate Spritzgussteile zu fertigen. Dieser Ansatz hätte die Werkzeugkonstruktion vereinfacht, führte jedoch zu drei Problemen:
Kartenweg-Ausrichtung. Die Magnetstreifen-Leserführung erfordert eine durchgehende Oberfläche mit ±0,2 mm Toleranz über die gesamte Durchzugslänge. Eine separate schwarze Führungskomponente führt zu Montagetoleranz-Addition. Ein Zweikomponenten-Werkzeug formt die schwarze Führung und die weiße Schale als molekular verbundenes Einzelteil und eliminiert drei Montageschnittstellen.
Eindringschutz. POS-Terminals im Einzelhandel sind verschütteten Getränken und Reinigungsmitteln ausgesetzt. Eine zweiteilige Baugruppe mit Schnapp- oder Schraubverbindung schafft einen Feuchtigkeitspfad, den ein einkomponentiges Zweikomponenten-Gehäuse eliminiert.
Manipulationsnachweis. Zahlungsterminals unterliegen PCI-PTS-Anforderungen für physische Manipulationssicherheit. Ein Zweikomponenten-Gehäuse, bei dem die schwarze Führung dauerhaft mit der weißen Schale verbunden ist, macht jeden Trennversuch sichtbar zerstörerisch.
Materialauswahl — Warum PC für beide Schüsse?
PC für beide Schüsse war eine bewusste technische Entscheidung. Das Zweikomponenten-Verfahren erfordert, dass sich die Materialien beim Umspritzen molekular verbinden — unterschiedliche Schmelztemperaturen oder inkompatible Polymerchemien führen zu Bindungsnaht-Ablösung.
PC Schwarz (erster Schuss) wurde für die Kartenleserführung aus drei Gründen gewählt: Verschleißfestigkeit für über 500.000 Durchzüge, Dimensionsstabilität mit 0,5–0,7 % Schwindung und thermische Kompatibilität mit dem zweiten Schuss.
PC Weiß UL V-0 (zweiter Schuss) wurde für die Hauptschale aufgrund seiner Kombination aus Flammschutz und mechanischen Eigenschaften gewählt. Die UL-V-0-Zertifizierung bei 3 mm Wandstärke ist eine nicht verhandelbare Anforderung für Zahlungsterminals in europäischen Gewerbeumgebungen gemäß IEC 62368-1.
Metalleinleger-Umspritzung
Die Mittelwand enthält zwei Metalleinleger, die vor dem zweiten Schuss ins Werkzeug eingelegt werden:
- Abschirmblech — Ein 0,3 mm Edelstahlblech zur EMV-Abschirmung zwischen Kartenleser-Elektronik und Hauptplatine.
- Kontaktpunkte — Federnde Messingkontakte für den Erdungspfad vom Abschirmblech zur Platine.
Die kritische Prozesskontrolle besteht darin, Gratbildung auf den Kontaktflächen zu verhindern. Eine Gratstärke von 0,05 mm auf einem Erdungskontakt erzeugt eine intermittierende elektrische Verbindung. Das Werkzeug verwendet positive Schließflächen um jeden Kontaktpunkt mit 0,02 mm Spalt, um Grateindringung zu verhindern.
Integriertes Lautsprechergitter
Die Gehäuseseitenwand enthält ein integriertes Lautsprechergitter, das direkt in die Gehäusewand gespritzt wird. Die Gitterlöcher mit 1,0–1,5 mm Durchmesser werden durch Kernstifte aus gehärtetem H13-Stahl geformt.
Variables Wandstärken-Management
Das Gehäuse weist drei verschiedene Wandstärkenzonen auf — 3 mm Außenschale, 1,5 mm Mittelwand und 1 mm Rippen. Die Lösung war eine Mehrfachanguss-Strategie mit 3–4 Einspritzpunkten, positioniert um die Rippenzonen zuerst zu füllen. Die Werkzeugtemperatur von 85–95°C hält die Kavitätsoberfläche warm genug, dass die 1 mm Rippen vollständig füllen, bevor die Schmelzhaut erstarrt.
Werkzeugkonstruktionsdetails
| Parameter | Detail |
|---|---|
| Werkzeugtyp | Zweikomponenten-Drehteller-Spritzgießwerkzeug |
| Kavitäten | 1+1 (Drehteller, 180°-Index) |
| Werkzeugstahl | P20 (Kern & Kavität) |
| Erste Schussstation | PC Schwarz — Kartenleser-Führungsschiene |
| Zweite Schussstation | PC Weiß UL V-0 — Hauptschale, Mittelwand, Rippen |
| Verteilersystem | Heißkanal, Nadelverschlusssteuerung |
| Einleger-Beladung | Manuelle Beladung, Positionierstift-Aufnahme |
| Kühlung | Konturnahe Kühlung an zweiter Schussstation |
| Auswerfer | Mehrpunkt-Auswerfer mit sequenzierter Freigabe |
| Schließflächen | 0,02 mm Spalt an Einleger-Kontaktpunkten |
| Werkzeugstandzeit | 300.000 Schuss |
Spritzgießprozess
Erster Schuss — PC Schwarz (Kartenleserführung)
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Material | PC Schwarz, hochfließend, UV-beständig |
| Zylindertemperatur | 270–285°C (Zonenheizung) |
| Düsentemperatur | 295°C |
| Werkzeugtemperatur | 85–95°C |
| Einspritzdruck | 95–115 MPa |
| Nachdruck | 80–95 MPa |
| Nachdruckzeit | 2–3 s |
| Kühlzeit | 12–15 s |
| Trennmittel | PC-spezifisches Trennmittel, alle 5–10 Schuss |
Zweiter Schuss — PC Weiß UL V-0 (Hauptschale)
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Material | PC Weiß, hochfließend, UL V-0 flammschutz |
| Zylindertemperatur | 280–300°C (Zonenheizung) |
| Düsentemperatur | 305°C |
| Werkzeugtemperatur | 85–95°C |
| Einspritzdruck | 80–105 MPa |
| Nachdruck | 70–90 MPa |
| Nachdruckzeit | 2–3 s |
| Kühlzeit | 18–22 s |
| Angusspunkte | 3–4 Mehrpunkt-Anguss |
| Materialtrocknung | 120°C × 4 Stunden, Feuchtigkeit <0,02 % |
Der zweite Schuss verwendet bewusst 10–15 MPa weniger Einspritzdruck als der erste, um zu verhindern, dass die schwarze Führung während des Umspritzens verschoben oder verformt wird. Die Mehrfachanguss-Konfiguration kompensiert den niedrigeren Druck durch Verteilung des Schmelzeflusses auf mehrere Eintrittspunkte.
Qualitätskontrolle
Jede Produktionscharge durchläuft ein strukturiertes Prüfprotokoll:
- Maßprüfung — CMM-Vollaufnahme am Erstartikel und 1:200-Stichprobe; Kartenführungsbreite an 5 Punkten entlang des Durchzugswegs gegen ±0,2 mm geprüft
- Zweikomponenten-Verbundintegrität — Querschnitts-Mikroskopie an der Schwarz-Weiß-Verbundlinie bei 1:500; keine sichtbare Ablösung, Lunker oder Verunreinigung
- Einleger-Umspritzqualität — 100 % Durchgangsprüfung Abschirmblech zu Kontaktpunkten; Kontaktflächenprüfung unter 10× Vergrößerung auf Grateindringung
- Lautsprechergitter-Prüfung — 100 % Durchlicht-Sichtprüfung auf verstopfte Löcher; Lehrenprüfung für Lochdurchmesser
- Oberflächenerscheinung — 100 % Sichtprüfung unter 800 Lux
- UL V-0 Verifizierung — Vertikaler Brenntest nach UL 94; Flamme erlischt innerhalb 10 s, kein Abtropfen
- Falltest — 1,0 m freier Fall auf Beton, 6 Orientierungen
- Temperaturwechsel — -20°C bis +60°C, 50 Zyklen; Maßänderung <0,1 mm
- Kartendurchzug-Dauerhaltbarkeit — 500.000 Durchzüge; Führungsverschleiß <0,05 mm
- Gewichtskonsistenz — Schuss-zu-Schuss Gewichtsabweichung <1,5 %, gemäß Qualitätskontrollprotokoll
Ergebnisse
| Metrik | Ziel | Erreicht |
|---|---|---|
| Kartenführung Maßgenauigkeit | ±0,2 mm über 106 mm | Cpk = 1,52 |
| Zweikomponenten-Verbundfestigkeit | Keine Ablösung im Querschnitt | ✅ Bestanden |
| Einleger-Kontaktdurchgang | 100 % elektrische Durchgängigkeit | ✅ 100 % |
| Lautsprechergitter-Lochfüllrate | 100 % offene Löcher | 99,8 % |
| UL V-0 Brenntest | Erlöschen ≤10 s, kein Abtropfen | ✅ Bestanden (8,5 s) |
| Falltest (1,0 m) | Kein Bruch, Führung in Toleranz | ✅ Bestanden |
| Temperaturwechsel (-20°C/+60°C) | Δ Maß <0,1 mm | Δ = 0,04 mm |
| Kartendurchzug (500k Zyklen) | Verschleiß <0,05 mm | 0,02 mm |
| Schuss-zu-Schuss Gewicht (1.) | <1,5 % | 1,1 % |
| Schuss-zu-Schuss Gewicht (2.) | <1,5 % | 1,3 % |
| Stückkosten (inkl. Einleger) | ≤¥28,00 | ¥24,50 |
Diese Fallstudie demonstriert JBRplas’ Fähigkeit für komplexen Zweikomponenten-Spritzguss — einschließlich Drehtellerwerkzeug mit molekular verbundener PC-Schwarz/Weiß-Integration, Metalleinleger-Umspritzung für EMV-Abschirmung, finanztauglicher Maßkontrolle, UL-V-0-Materialverarbeitung und integrierter Qualitätsprüfung für Zahlungsterminal-Zertifizierungsanforderungen.
