iPad-Schutzgehäuse

Die Aufgabe: ein iPad Mini soll mit einer Bluetooth-Tastatur „Querkywriter S“ (https://www.qwerkywriter.com/products/qwerkywriter-s-typewriter-inspired-mechanical-keyboard) als Experimentierstation für Besucher*innen dienen. Damit diese in die Software nicht eingreifen können, soll ausschließlich der Touchscreen des iPads zugänglich sein, aber nicht die Buttons (Lock, Home, etc.).

Die Tastatur hat eine Nut, in die das iPad gesteckt wird, und so eine Art Laptop ergibt. Diese Halterung gibt die maximale Dicke der Konstruktion an dieser Stelle mit 13,5 mm vor.

Die Maße ergeben sich aus den Abmessungen des iPads (ca. 23×17,5×0,6 cm), dem Stecker des Ladekabels und einer Öffnung an der Rückseite. Einerseits ist das iPad hier mit einem Seilschloss („Kensington-Lock“) gesichert, andererseits ist zur ausreichenden Kühlung ohnehin eine große Öffnung sinnvoll – wer diese Geräte kennt, weiß, dass sie an der Rückseite oft brütend heiß werden.

Die Grundidee war, das Gehäuse aus drei Lagen Plexiglas aufzubauen, eine Rückwand, ein Rahmen etwa in der Dicke des iPads und eine Frontplatte. Rahmen und Rückwand werden verklebt, die Frontplatte angeschraubt.
Frontplatte und Rückwand sind – so die ursprüngliche Planung – 3 mm stark, der Rahmen 8 mm. Im Lauf der Prototyp-Entwicklung wurde die Rückwand auf 5 mm verstärkt.

Die grundlegende Konstruktion habe ich in Tinkercad ausgeführt, weil man hier zusammen passende Komponenten recht schön übersichtlich in 3D zeichnen und dann als SVG exportieren kann. Das hat, wie sich später zeigen sollte, einen Nachteil: die Linien sind (natürlich) reine Pfade, keine Formen in Inkscape, die man z.B. einfach abrunden könnte.

Feinarbeiten wie Bohrlöcher für Schraubverbindungen habe ich dann komplett in Inkscape gemacht, das folgt im nächsten Schritt.

Um die Front an Rahmen und Rückwand zu schrauben, sind vier Bohrlöcher an den Ecken notwendig. Ursprünglich wollte ich in die Rückwand M3-Muttern einkleben, im Lauf der Planung bin ich aber auf Gewindebuchsen für Kunststoff gestoßen. Das sind Metallrohre, die außen rau sind, um sich in Bohrungen in Kunststoff heiß einpressen zu lassen, und innen ein metrisches Gewinde haben.

Die Löcher habe ich in Inkscape erzeugt, simple Kreise mit passendem Durchmesser. Um sie an den Ecken auszurichten, habe ich mir Winkel aus Linien gezeichnet, beispielsweise zwei Linien mit je 5 mm Länge, die im rechten Winkel aufeinander stoßen. Das eine Ende wird am Eckpunkt des Werkstücks ausgerichtet, am anderen dann der Kreis. Hierfür muss „Objektmittelpunkte einrasten“ aktiviert sein. Auch die Ausschnitte für das Display, das iPad selbst usw. habe ich so erstellt.

Für die Hilfslinien habe ich einen eigenen Layer erstellt, den ich dann vor dem Schneiden einfach im Tab „Ebenen“ ausgeblendet habe. Auf dieser Ebene habe ich auch Kommentare, z.B. die Materialstärke, eingefügt.

Nach Abschluss der Zeichnungen habe ich zunächst ein „Mock-Up“ aus Wellpappe im Maßstab 1:1 geschnitten, um Fehler zu erkennen, bevor ich wertvolles Material schneide. Dabei zeigte sich, dass einige Maße noch nicht perfekt stimmen.

Achtung! Wellpappe kann bei Schnitten am Rand eines Bogens (d.h. wenn man millimeterfeine Streifen abschneidet) heftig brennen! Diese Vorgehensweise ist also nur bedingt zu empfehlen!

Als ich mit dem Kartonmodell zufrieden war, habe ich die Teile aus passendem Plexiglas ausgeschnitten. Dabei hat sich gezeigt, dass sich schmale Streifen aus dickem Plexiglas (8 mm, 8 mm breit) durch die Hitzeeinwirkung verbiegen wie eine Banane.

Anschließen habe ich mit Superkleber den Rahmen auf die Rückwand geklebt. Das Risiko, sich dabei die Finger zu verkleben, ist nicht unerheblich, außerdem wäre ein Kleber angenehm, mit dem man wenigstens eine halbe Minute oder Minute noch Korrekturen vornehmen kann. Es ist auch nicht jeder Superkleber für Plexiglas geeignet, er kann trübe Stellen verursachen.

Die verzogenen Teile möglichst gerade aufzukleben war eine ziemliche Herausforderung.

Nach der Verklebung kam die große Enttäuschung: die Maße passen nicht. Der Ausschnitt im Rahmen ist zu klein, der für das Display zu groß. Das Problem mit dem Rahmen ist vermutlich beim Kartonmodell nicht aufgefallen, weil die Wellpappe durch ihren Aufbau mehr Platz für das leicht gebauchte iPad bietet als das feste Plexiglas.

Also zurück zu Inkscape!

Die Enttäuschung vom letzten Schritt eröffnet die Möglichkeit, auch ein paar andere kleine Mängel zu beheben. Um das Verziehen des Rahmens zu verhindern und auch gleich die Stabilität zu erhöhen, wird er von 8 auf 12 mm verbreitert und statt aus Einzelteilen jetzt aus einem Stück geschnitten.

Einige, teilweise verkohlte, Kartonmodelle später, passen die Maße.

Zuletzt schneide ich die finalen Teile aus Plexiglas. Dann muss ich die Gewindebuchsen mit dem Lötkolben wieder aus dem ersten Prototypen lösen, das geht zum Glück, und in die finale Version einsetzen. Rund um die Löcher entstehen dabei kleine Grate, die entferne ich nach dem Auskühlen mit der Feile. Das Risiko dabei ist, die Oberfläche zu zerkratzen.
Die Gewindebuchsen sitzen nun in der Rückwand, die primär aus diesem Grund jetzt 5 mm stark ist. Eine Verklebung von Rahmen und Rückwand könnte komplett entfallen, aber um bei Wartung etc. den Ein- und Ausbau zu vereinfachen, verklebe ich die beiden Teile an den Ecken mit je einem kleinen Punkt.

Die Schraubenlöcher in der Front müssen für Senkkopfschrauben gesenkt werden. Dafür gibt es eigene Werkzeuge, in Ermangelung eines solchen habe ich zur Notlösung „Bohrer in Durchmesser des Schraubenkopfes“ gegriffen. Das passt aber vom Winkel nicht wirklich und reißt vor allem leicht aus.

Dann verschraube ich die nunmehr zwei Teile und das Gehäuse ist im Prinzip fertig. Als krönenden Abschluss runde ich mit Schleifpapier alle Ecken leicht ab.