CN112797372B - 接合装置、用于接合构件的方法和光导元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助能光活化的接合剂(7)材料接合地连接构件(2、3、4、5)的接合装置(100)，其中，光导元件(1)至少部分地布置在构件(2、3、4、5)之间的接合间隙(6)中，其中，光导元件(1)在接合间隙(6)中置入到接合剂(7)中，并且其中，用于活化接合剂间隙(6)中的接合剂(7)的光能从光导元件(1)耦出。在此，在接合间隙(6)中在光导元件(1)和至少一个构件(2、3、4、5)之间布置有至少一个间隔保持件(13)。

Description

接合装置、用于接合构件的方法和光导元件
技术领域
本发明涉及一种用于借助能光活化的接合剂材料接合地连接构件的接合装置，其中，光导元件至少部分地布置在构件之间的接合间隙中，其中，在接合间隙中的光导元件置入到接合剂中，并且其中，用于活化接合间隙中的接合剂的光能从光导元件耦出。本发明还涉及一种基于按本发明的接合装置的接合方法以及一种使用于其中的光导元件。
背景技术
能光活化的接合剂在大量工业和商业应用中用于材料接合地接合构件。这是在光作用下、例如UV辐射下硬化或者其硬化过程通过光作用初始化的粘接剂。在此，比在通过热量输入硬化的传统的粘接剂中快得多地实行硬化过程直至达到最终强度，因此用能光活化的接合剂能达到制造中更短的处理时间。能光活化的接合剂例如在车辆照明装置中用于连接冷却体、保持框架和反射器。
在使用能光活化的接合剂时的困难在于无法充分照明接合间隙。这尤其在连接不透光的构件时出现，例如当接合间隙具有明显的扁平的延伸并且仅能在边缘侧被照明，或者当接合间隙具有隐藏的侧凹或偏移时。针对这种应用情况，在现有技术中，已知使用置入到接合间隙中的光导元件，所述光导元件将为了活化接合剂所需的光导入到从外面无法充分接近的区域中。
DE19604081A1例如公开了一种用于借助能UV硬化的粘合剂连接构件、特别是机动车车身部分的方法，粘合剂在施加到构件上之后借助UV激光器照射并且硬化，其中，将至少一个玻璃纤维置入到施加到构件上的粘合剂的凸起中，UV激光器的辐射耦入或射入到该玻璃纤维中并且粘合剂因此也在构件连接处的无法直接接近的粘接部位处硬化。
此外，US2016/0096353A1公开了两个构件的接合装置，其具有施加在两个构件之间的、光硬化的粘合剂和布置在构件之间的粘合剂中的至少一个侧向发光的光导元件。
来自现有技术的这些技术方案的缺点在于，缺乏光导元件在接合间隙中的可定位性方面的精确度。为了达到接合连接的最大强度，需要的是，在构件上的接合面尽可能完全地被接合剂润湿。因此在使用置入到接合剂中的光导元件时，要负责将这个光导元件理想地精准布置在接合间隙的中央平面中，这就是说，通过接合剂的分别一样厚的层与构件的对置的接合面分开。但在构件彼此压靠进入最终接合位置时，形成了在粘性的接合剂内的局部的压力差，所述压力差导致了到光导元件上的相应的力并且因此导致了光导元件的移动和/或弯曲。此外，在使用有很小粘度的接合剂时，也在无缺陷地设置接合装置之后在重力下出现了光导元件在接合间隙内的下沉，直至光导元件至少部分与构件的接合面直接接触，由此在这些区域中造成了接合面没有完全用接合剂润湿并且因此最终削弱了粘接连接。在使用扁平的光导元件、例如光导膜(其横向伸展基本上对应接合面的尺寸)时，由不完全润湿引起的接合连接的弱化可能变得显著。此外，在硬化过程中接合剂的比容的变化也会导致光导元件不期望地重新定位，例如局部移动或弯曲。在最糟糕的情况下，通过在硬化的粘合剂中起到异物作用的光导元件的这种运动，可能导致在已硬化的接合剂中形成了裂缝或其它缺陷。
发明内容
因此本发明的任务是，建议一种用于借助能光活化的接合剂和置入其中的光导元件材料接合地连接构件的接合装置，该接合装置克服了现有技术的相应的接合装置的缺点并且特别是确保了光导元件在构件之间的精确和不会改变的定位。
该技术任务基于按照本发明所述的接合装置和按照本发明所述的相关的光导元件分别结合特征部分的特征解决。本发明涉及一种用于借助能光活化的接合剂材料接合地连接构件的接合装置，其中，光导元件至少部分地布置在各构件之间的接合间隙中，其中，光导元件在接合间隙中置入到接合剂中，并且其中，用于活化接合间隙中的接合剂的光能从光导元件耦出，其特征在于，在接合间隙中在光导元件和至少一个所述构件之间布置有至少一个间隔保持件，其中，光导元件具有带上侧和下侧的至少一个光耦出区段，所述光耦出区段具有至少一个平衡开口，其中，所述平衡开口形成了将所述光耦出区段的上侧与下侧连接起来的通道，所述接合剂能穿过所述通道。
本发明涵盖的技术教导是，在接合间隙中，在光导元件和至少一个所述构件之间布置有间隔保持件。
本发明在此基于这样的构思，借助一个或优选多个经恰当定位的间隔保持件建立起在光导元件和要接合的构件之间的形状锁合的局部的连接，其中，这些连接尤其防止了光导元件不期望地接近构件的接合面(下文中为了说明书的更好的可读性而以多个间隔保持件为出发点，其中，不应由此以任何方式排除使用仅一个间隔保持件)。间隔保持件的尺寸大小设计得尽可能小，因此间隔保持件的使用不会大幅缩小有效的接合面。间隔保持件可以能分开地构造成单独的构件并且例如粘接到光导元件上或构件的接合面上，但间隔保持件优选是所使用的光导元件的组成部分。
本发明因此还涉及一种用于使用在按本发明的接合装置中的光导元件，其中，光导元件具有至少一个带上侧和下侧的光耦出区段，并且其中，在光耦出区段的上侧和/或下侧上成形有至少一个间隔保持件。光导元件例如是注塑产品或者借助增材制造工艺(3D打印)制造。光耦出区段是光导元件的一个区段，所述区段置入到接合剂中地沿着要接合的构件之间的接合间隙延伸。光耦出区段与此对应地具有与接合间隙匹配的造型，并且例如构造成线状的光导体或光导膜或者具有更为复杂的造型。典型地，在光导元件的整个表面上、特别是面朝构件的接合面的上侧和下侧上进行光耦出或射出。
间隔保持件优选分别构造成凸粒、帽状物、圆锥体、棱锥体或其它驼峰状的表面突起。间隔保持件的高度被设计成，使得该高度基本上相应于接合剂层的厚度，接合剂层涂敷在光耦出区段的上侧与构件和/或下侧与构件之间。在复杂的接合间隙中，不仅间隔保持件的造型而且间隔保持件的高度都可以适宜地改变。
另一优点是，在光耦出区段的上侧和/或下侧上以规则的布置方式和/或以其它与接合间隙的走向匹配的布置方式成形有多个间隔保持件。规则的布置例如以六边形图案的形式存在于光导膜上或者作为沿着线状的光导体的等距分布存在。在复杂的接合间隙走向下，间隔保持件的布置优选适应于此，即，例如在接合间隙的沿水平延伸的区段中，间隔保持件的密度比沿垂直延伸的区段中更大，因为光导元件在接合剂中沿着水平延伸的区段的由重力引起的下沉的风险更为重大。
在按本发明的光导元件的有利的实施方式中，光偶出区段具有至少一个平衡开口，其中，平衡开口形成了通道，所述通道将光耦出区段的上侧与下侧连接起来。通过这种平衡开口，光导元件对于接合剂是能局部透过的，因而由此可以平衡在接合间隙的上半部和下半部之间的压力差，而不会在此使光导元件不期望地移位或变形。在接合剂中的压力差可以例如在构件接近其最终接合位置时产生或者在使用接合剂的硬化过程时产生。保持一个或多个平衡开口因此是补充间隔保持件功能的措施，该措施有助于稳定接合间隙中的光导元件并且特别是能使用在扁平的光耦出区段中、如光导膜中。平衡开口的尺寸大小在此优选与所使用的接合剂的粘度相匹配。
光耦出区段优选具有以规则布置的和/或以在其它与接合间隙的走向匹配的布置方式的多个平衡开口。平衡开口的规则布置特别是有助于减小在几何上简单的接合间隙中的压力差，平衡开口可以与间隔保持件的布置类似地例如以六边形图案的形式布置在光导膜上，特别是对称地与间隔保持件错开。在复杂的接合间隙走向下，间隔保持件的布置优选与此相适应，例如可以在有接合间隙的较大高度，这就是说在接合剂层的局部更高的厚度的区域中保持相应更大密度的平衡开口。
为了光的耦出，光耦出区段优选具有多个耦出元件，光能借助所述耦出元件从光耦出区段耦出。耦出元件例如构造成微棱镜或者作为形式为规则的图案的其它的微型结构或者构作为不规则的粗糙结构布置在耦出区段的表面上的和特别是耦出区段的上侧和/或耦出区段的下侧上。耦出元件的空间布置优选与要照明的接合间隙的走向相匹配，例如可以在有接合剂层的更高的厚度的区域中布置更高密度的耦出元件。
按本发明的光导元件优选具有带光耦入面的输入区段，其中，输入区段一体地过渡到光耦出区段。在使用这种光导元件时，光源可以与接合装置间隔开并且耦入到光耦入面中的光通过典型地不具有耦出元件的输入区段导入到布置在接合间隙内的光耦出区段中。这种实施方式尤其适用于有特别难接近的接合间隙的接合装置中。在带有输入区段的光导元件的一种特殊的实施方式中，光耦出区段具有扁平的造型，其中，输入区段沿着表面法线朝着光耦出区段构造。
本发明还涉及一种用于借助能光活化的接合剂接合构件的方法，其中，制造带有按前述实施方式中任一个实施方式的光导元件的按本发明的接合装置，并且其中，紧接着用于活化接合间隙中的接合剂的光被从光导元件的光耦出区段耦出。常用术语“光”在此指的是电磁辐射，电磁辐射的波长与各自所使用的接合剂相匹配，使得接合剂在照射时硬化或者初始化硬化反应。作为示例是在来自辐射光谱的紫外线(UV)部分或可见光部分的电磁辐射作用下硬化的粘合剂。
附图说明
接下来和对本发明的优选的实施例的说明一起借助附图详细示出了改进本发明的另一些措施。图中：
图1示出了按本发明的接合装置的横截面视图；
图2示出了按本发明的接合装置的横截面视图；
图3a-c示出了按本发明的光导元件的视图；并且
图4示出了按本发明的接合装置的横截面视图。
具体实施方式
图1示出了按本发明的接合装置100的一个区段的横截面，所述接合装置带有要接合的构件2、3和光导元件1，光导元件布置在用能光活化的接合剂7填充或填满的接合间隙6中。
光导元件1包括用于耦入为了活化接合剂7所需的光8的在端侧的光耦入面10以及在接合间隙6内延伸的光耦出区段11，光耦出区段带有面朝构件2的上侧11a和面朝构件3的下侧11b。视接合间隙6沿着图扁平的法线方向的延伸而定，光导元件1构造成扁平的光导膜或者线状的光导体或者接合装置100包括多个并排间隔开布置的光导元件1，其中，也可能存在光耦出区段11的更为复杂的沿着接合间隙6变化的造型。为了光耦出，沿光耦出区段11布置有形式为微棱镜和/或合适的表面结构的耦出元件15(为清楚起见在图1中仅示出了两个耦出元件15)。光8在这些耦出元件处强烈地折射并且可以在超过总反射的极限角时离开光耦出区段11并且引发对周围的接合剂7的活化。
在接合装置100的所示部分中，光耦出区段11包括十个间隔保持件13，所述十个间隔保持件中各五个间隔保持件分别成形在上侧11a和下侧11b处。间隔保持件13的布置以如下方式与接合间隙6的走向相匹配，即，间隔保持件13布置在接合间隙6的水平延伸的区段上。间隔保持件13具有截锥形的造型并且尺寸设定成，使得间隔保持件的高度相应于或等于在上侧11a或下侧11b与构件2、3的接合面之间的接合剂7的层厚，因而光导元件1通过间隔保持件13与构件2、3局部本体接触。间隔保持件13因此可以发挥按本发明的支撑作用并且例如防止了光耦出区段11朝着布置在下方的构件3下压或重力引起的下沉。因此达到的是，光耦出区段11在一个位置中居中固定在构件2、3之间，因而确保了最大地润湿构件2、3的接合面，以及达到了接合剂7在构件2、3和光耦出区段11之间沿着接合间隙6的均匀的层厚。
为了进一步改善光导元件1的位置稳定性以及进一步改善能形成的接合连接的均匀性和负荷能力，光耦出区段11在图1所示的部分中具有四个平衡开口14。这些平衡开口例如是在上侧11a和下侧11b之间的管形的或缝隙形的通道，粘性的接合剂7可以穿过所述通道。由此可以减小接合剂7内的压力梯度，而不会在此改变光导元件1的位置。这种平衡开口14主要在使用扁平的光导元件1、例如光导膜或者有扁平的区段的光导元件1中是适宜的。
图2示出了按本发明的接合装置100用于连接照明装置、特别是机动车照明装置的构件2、3、4的示例性的应用。在此，构件2是冷却体，构件3是保持框架并且构件4是反射器。接合间隙6在此因此在三个要彼此连接的构件2、3、4之间延伸并且特别无法让外部光源接近或进入。用间隔保持件13定位在能光活化的接合剂7中的光导元件1因此除了光耦出区段11外还额外具有输入区段12，所述输入区段延伸通过在构件3中的相应的空隙。因此，光耦入面10可以在输入区段12的端侧的端部处原则上与接合间隙6任意远地继续导引，因而能以实践上简单的方式连接到光源上以导入用于活化接合剂7的光8。输入区段12不具有光耦出元件并且一体地过渡到光耦出区段11。
在接合剂硬化之后，光导元件持久地保留在接合连接结构中。当在照明装置中应用时，因此原则上也可以给光导元件分配附加的运行功能，例如作为用于信号灯的光导体或者用于氛围照明。
图3a-c示出了在带有输入区段12和扁平的光耦出区段11的实施方式中按本发明的光导元件1的横截面(图3a)以及俯视图(图3b-c)，其中，输入区段12构成成沿着表面法线通向光耦出区段11。光耦出区段11在此要么具有圆形的围边(图3b)要么具有矩形的围边(图3c)，其中，相应的光耦入面10圆形地或者矩形地成形在输入区段12的端侧处并且输入区段12一体地过渡到光耦出区段11。光耦出元件为清楚起见并未示出，但设置在光耦出区段11的上侧11a处和下侧11b处。此外，在上侧11a和下侧11b处分别规则布置地成形有形式为锥状突起的八个(图3b)或四个间隔保持件13(图3c)，以及规则布置有四个管形的平衡开口14。
图4示出了按照图3a-c的实施方式的光导元件1在用于连接四个构件2、3、4、5的按本发明的接合装置100中的应用。接合间隙6在构件5的上侧和构件2、3、4的相应的下侧之间延伸，其中，接合间隙6在构件2和3之间以及在构件3和4之间具有中断结构，两个光导元件1的输入区段12穿引通过所述中断结构。带有间隔保持件13的扁平的光耦出区段11置入在接合剂7中。通过光耦入面10导入的用于活化接合剂的光8可以基于耦出元件(为清楚起见在此没有示出)通过光耦出区段11的上侧11a和下侧11b出来。为了此外照射接合间隙6的处在光导元件1之间的区段，光8也可以从光耦出区段11的环绕的侧面耦出，这就是说，光耦出区段11尤其在本例中不具有边缘侧的镜面化结构(Verspiegelung)。
本发明在其实施方案上并不局限于之前所说明的优选的实施例，更确切地说，可以考虑多个变型方案，它们可以被所示的技术方案也在原则上不同的实施方案中使用。所有由权利要求书、说明书或附图得出的特征和/或优点，包括结构设计细节、空间布置和方法步骤，无论是单独的还是以各种组合均对本发明至关重要。
附图标记列表
100      接合装置
1        光导元件
10       光耦入面
11       光耦出区段
11a      上侧
11b      下侧
12       输入区段
13       间隔保持件
14       平衡开口
15       耦出元件
2、3、4、5  构件
6        接合间隙
7        接合剂
8        光

Claims (9)

1.一种用于借助能光活化的接合剂(7)材料接合地连接构件(2、3、4、5)的接合装置(100)，其中，光导元件(1)至少部分地布置在各构件(2、3、4、5)之间的接合间隙(6)中，其中，光导元件(1)在接合间隙(6)中置入到接合剂(7)中，并且其中，用于活化接合间隙(6)中的接合剂(7)的光(8)能从光导元件(1)耦出，其特征在于，在接合间隙(6)中在光导元件(1)和至少一个所述构件(2、3、4、5)之间布置有至少一个间隔保持件(13)，其中，光导元件(1)具有带上侧(11a)和下侧(11b)的至少一个光耦出区段(11)，所述光耦出区段(11)具有至少一个平衡开口(14)，其中，所述平衡开口(14)形成了将所述光耦出区段(11)的上侧(11a)与下侧(11b)连接起来的通道，所述接合剂能穿过所述通道。
2.一种用于在按照权利要求1所述的接合装置(100)中使用的光导元件(1)，其特征在于，在光耦出区段(11)的上侧(11a)和/或下侧(11b)上成形有至少一个间隔保持件(13)。
3.按照权利要求2所述的光导元件(1)，其特征在于，所述间隔保持件(13)构造成凸粒、帽状物、圆锥体、棱锥体或其它驼峰状的表面突起。
4.按照权利要求2或3所述的光导元件(1)，其特征在于，在所述光耦出区段(11)的上侧(11a)和/或下侧(11b)上以规则的布置方式和/或以其它与所述接合间隙(6)的走向匹配的布置方式成形有多个间隔保持件(13)。
5.按照权利要求2或3所述的光导元件(1)，其特征在于，所述光耦出区段(11)具有以规则的布置方式布置的和/或以其它与所述接合间隙(6)的走向匹配的布置方式布置的多个平衡开口(14)。
6.按照权利要求2或3所述的光导元件(1)，其特征在于，所述光耦出区段(11)具有多个耦出元件(15)，光(8)能借助所述耦出元件从所述光耦出区段(11)耦出。
7.按照权利要求2或3所述的光导元件(1)，其特征在于，所述光导元件(1)具有带光耦入面(10)的输入区段(12)，其中，输入区段(12)一体地过渡到所述光耦出区段(11)。
8.按照权利要求7所述的光导元件(1)，其特征在于，所述光耦出区段(11)具有扁平的造型，其中，所述输入区段(12)沿着表面法线朝着所述光耦出区段(11)构造。
9.一种用于借助能光活化的接合剂(7)接合构件(2、3、4、5)的方法，其中，制造带有按照权利要求2至8之一所述的光导元件(1)的按照权利要求1所述的接合装置(100)，并且其中，紧接着将用于活化接合间隙(6)中的接合剂(7)的光(8)从光导元件(1)的光耦出区段(11)耦出。
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