CN117836773A - 用于确定分配路径的形状和可流动的填充材料的局部施加量的方法和计算机程序产品 - Google Patents
用于确定分配路径的形状和可流动的填充材料的局部施加量的方法和计算机程序产品 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于确定分配路径(16；16a至16d)的形状和可流动的填充材料(1)沿分配路径(16a；16a至16d)在两个结构元件(11、21)的表面(13、23)之间的局部施加量的方法，其中，填充材料(1)尤其用于密封两个结构元件(11、21)之间的间隙(2)并且被施加到第一结构元件(11)的第一表面(21)上，随后，两个表面(13、23)朝向彼此运动，从而填充材料(1)在两个表面(13、23)之间的间隙(2)减小时，在填充材料的在两个表面(13、23)之间平行延伸的横截面(A)增大的情况下被挤压，直到达到期望的间隙(2)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定分配路径的形状和可流动的填充材料在两个结构元件的表面之间的局部施加量的方法，其中，填充材料尤其用于密封两个结构元件之间的间隙。此外，本发明涉及一种用于执行根据本发明的方法的至少一个步骤的计算机程序产品。
背景技术
例如在制造其电子器件布置在壳体中的控制装置时，通常需要保护壳体以防介质、尤其是湿气的进入，从而确保电子器件的功能。为此，通常使用例如由基体和盖构成的壳体，在基体和盖之间，在边缘侧环绕的重叠区域中形成间隙，该间隙借助可流动的填充材料来填充。这种用作密封材料的填充材料在施加(分配)时具有粘度或稠度，从而防止填充材料流出。在一定的固化时间后，填充材料通过化学交联固化。在最简单的情况下，填充材料以条带形式施加在壳体部件的两个平坦的表面之间。随后，两个壳体部件在减小两个壳体部件之间的间隙的情况下朝向彼此运动，由此挤压填充材料并且减小间隙的尺寸，直到达到壳体部件之间的期望的间隙。在此重要的是，填充材料尽可能完全地覆盖两个壳体部件之间的期望的表面或覆盖区域，并且此外也避免填充材料进入壳体部件之间的间隙的外部。
其他的应用例如设置的是，将导热材料作为填充材料施加在待冷却的第一结构元件和用作第二结构元件的散热器之间。
填充材料的符合需求的施加通常由于经验值或借助一系列试验来进行，该施加除了填充材料的施加的特定的几何形状、所谓的分配路径以外还包含填充材料的期望的局部的厚度或强度。这种方法因此是相对耗时的，直到该方法导致期望的优化的结果。
此外，从不同的应用领域的现有技术已知多个数值计算方法，利用这些数值计算方法例如可能的是，可以计算材料在两个壳体部件之间被挤压的情况下的三维变形。然而在此，缺点是由于材料的三维变形而导致的高的计算工作量，其中，通常对于多个空间点必须计算这些空间点的位移。
发明内容
具有权利要求1的特征的根据本发明的用于确定分配路径的形状和可流动的填充材料在两个结构元件的表面之间的局部施加量的方法具有以下优点，即能够以相对较小的计算工作量相对准确地计算出分配路径和填充材料在两个结构元件之间的局部施加量。
本发明的核心构思是，借助数值计算方法确定填充材料的局部施加量和分配路径的形状，其中，数值计算方法获取填充材料(仅)在横截面的区域中或在平行于结构元件的表面并且相对于该表面居中延伸的平面中的变形，直到达到结构元件的两个表面之间的期望的间隙。由此，能够实现在所需的计算操作和计算机工作量方面简单的方法。
因此，在上述的解释的背景下，在具有权利要求1的特征的根据本发明的方法中设置的是，填充材料尤其用于密封两个结构元件之间的间隙并且被施加到第一结构元件的第一表面上，随后，两个表面朝向彼此运动，使得在两个表面之间的间隙减小时，填充材料在增大其在两个表面之间平行延伸的横截面的情况下被挤压，直到达到两个表面之间的期望的间隙，其中，填充材料以至少一个由至少一个弯曲区段构成的条带的形式沿分配路径被施加，其中，借助数值计算方法确定至少一个条带的至少一个弯曲区段的形状和至少一个条带沿分配路径的局部施加量或厚度，并且其中，数值计算方法包括填充材料的在两个表面之间居中延伸的横截面的变化的迭代计算，直到达到两个表面之间的期望的间隙。
根据本发明的用于确定分配路径的形状和可流动的填充材料在两个结构元件的表面之间的局部施加量的方法的优选的改进方案在从属权利要求中列出。
根据本发明设置的用于确定填充材料的横截面的(横向)膨胀的计算方法在第一步骤中设置的是，根据以下公式获取填充材料的至少一个弯曲区段的横截面的轮廓的点的局部速度v：
v＝n·e-s x K
其中，n表示轮廓的点处的法向量，s表示经验因子，并且K表示轮廓的点处的曲率。
在此，经验因子s描述了填充材料的所施加的轮廓在表面之间的挤压时变为圆形轮廓的速度。变为两个表面之间的填充材料的圆形轮廓或形状与表面和填充材料之间的粘附性有关，从而在挤压时出现填充材料的剪切应力。
在优选的改进方案中，随后，对填充材料的横截面的变化的计算在第二步骤中根据以下公式计算轮廓的点的局部的位置变化或位移：
u＝v·Δt
其中，Δt表示两个表面之间的距离(间隙)的变化期间的时间段。因为两个表面相互挤压的接近速度也被获悉或检测，所以时间段Δt总体上可以理解为对于填充材料的直到达到表面之间的期望的间隙的挤压过程所需的时间段Δt。该时间段被划分为多个单独的、较小的时间段，用以改进计算方法的准确性，以便分别迭代地获取轮廓的点的位移，即直到达到期望的间隙尺寸。
如以上结合权利要求1解释的那样，根据本发明的方法设置用于执行在两个表面之间居中延伸的横截面的变形的迭代计算。在优选的改进方案中，为了优化方法可以设置的是，至少一个弯曲区段的形状和/或沿分配路径的局部施加量被改变，直到在达到期望的间隙时产生用于完全覆盖两个表面之间的目标横截面的填充材料的最小总量。这种方法尤其用于在期望的区域中完全覆盖两个表面的情况下施加量的最小化。
备选地可以设置的是，至少一个弯曲区段的形状和/或沿分配路径的局部施加量被改变，直到在达到期望的间隙时产生用于施加填充材料的最小处理时间。虽然该方法可能导致填充材料的消耗的增加，但鉴于减少的最小处理时间而在经济上是有利的，因为在每个单位时间中可以使特别多的结构组件或结构元件相互连接。
在又备选的设计方案中可以设置的是，至少一个弯曲区段的形状和/或沿分配路径的局部施加量被改变，直到在接合两个表面直到达到两个表面之间的期望的间隙时产生所需的最小挤压力。这种方法尤其鉴于相对压敏的结构元件是有利的，因为这些结构元件在接合中(在机械上)相对小地受负荷，从而可以避免对结构元件的预损坏或损坏。
还可想到的是，至少一个弯曲区段的形状和/或沿分配路径的局部施加量被改变，直到在达到期望的间隙时在目标表面的预设的覆盖的情况下产生填充材料的最少废料(Abfall)。
然而，以下方法是特别优选的，在该方法中，至少一个弯曲区段的形状和/或沿分配路径的局部施加量被改变，直到实现分别直到达到期望的间隙而产生的在两个表面之间的目标横截面的预设的覆盖、用于施加填充材料的最小处理时间、在接合两个表面时所需的最小挤压力和填充材料的最少废料之间的预设的权重的最佳。换言之，该方法允许对上述的各个规格或参数相互进行加权(分别在最小0或0％与1.0或100％之间)，以便总体上针对相应的应用情况实现最佳。
此外特别优选地设置的是，在接合两个结构元件之后，借助至少一个控制装置对填充材料的局部施加量和分配路径的形状进行检查，并且在局部施加量和/或分配路径的形状偏离目标值的情况下，借助调节回路改变填充材料的局部施加量和/或分配路径。尤其当例如由于环境条件(空气湿度、温度等)的变化而产生填充材料的不同的特性时，该方式是有利的，这些特性借助调节回路进行补偿，从而使得总是确保期望的密封或符合期望的参数。
关于填充材料可以设置的是，将导热材料、密封材料或粘合剂用作填充材料。
此外，本发明还包括一种计算机程序产品、尤其是数据载体或数据程序，其配置用于执行根据在此描述的根据本发明的方法的至少一个步骤。
附图说明
本发明的另外的优点、特征和细节由以下对本发明的优选的实施方式的描述并且借助附图得到。
图1至图3分别示出了用于说明分配路径的构造的结构元件的简化的俯视图，
图4至图8以横截面图分别示出了在两个结构元件之间的间隙的减小期间、在两个结构元件之间引入的填充材料，
图9示出了在根据图4至图8的不同的阶段期间、在两个结构元件之间的间隙的中心的高度处穿过填充材料的横截面图，
图10示出了用于说明在施加压力时或在变形时、与轮廓的点的曲率相关的局部的速度变化过程的图表，
图11示出了用于解释用于确定填充材料的施加量和施加形状的方法的流程图，以及
图12至图15分别以简化的俯视图示出了不同构造的分配路径及其对在接合结构元件后、在结构元件的表面之间的填充材料的分布的影响。
相同的元件或具有相同功能的元件在附图中设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1至图3以俯视图示出了第一结构元件11，该第一结构元件具有外轮廓12和第一表面13。第一结构元件11例如是待冷却的或产生热量的构件。
第一结构元件11与仅在图4至8中部分示出的第二结构元件21在第二表面23的区域中连接，第二结构元件例如是冷却元件。尤其地，填充材料1布置在两个结构元件11、21的两个重叠的表面13、23之间，填充材料桥接或填充两个结构元件11、21之间的间隙2，以便确保两个结构元件11、21之间的热传递。也可想到的是，例如当两个结构元件11、21是壳体的结构元件11、22时，在密封材料作为填充材料1的情况下因此避免湿气进入壳体的内部空间中。
在图1中可看到由多个弯曲区段15组成的分配路径16。填充材料1沿分配路径16被施加。尤其借助图1可看到，弯曲区段15纯示例性地、而非限制性地是分别线性构造的直接相互连接的弯曲区段15，其中，弯曲区段15或分配路径16在第一结构元件11的外轮廓12内延伸。在此描述的弯曲区段15可以借助数学函数(在所示的实施例中借助直线函数)来描述或定义。
图2示出了，填充材料1借助未示出的施加装置沿分配路径16被施加。在此，填充材料1在起点A处被施加并且沿分配路径16直到达到终点B优选以恒定的流量连续被供给到第一表面13上。以至少一个条带17的形式施加的填充材料1尤其具有均匀的、垂直于图2和图3的附图平面延伸的厚度或高度。此外，条带17因此示例性地沿分配路径16具有均匀的宽度b。
图3示出了，在接合两个结构元件11、21之后，填充材料1被挤压，使得填充材料1分布在第一结构元件11的横截面上或第一结构元件的外轮廓12内，并且部分甚至逸出到轮廓12外。
图4至图8示出了，在接合两个结构元件11、21直到达到目标尺寸或间隙2时，两个结构元件11、21的两个表面13、23之间的间隙2如何减小，使得填充材料1完全覆盖两个表面13、23。在此尤其可看到，在挤压填充材料1时，填充材料1的最初圆形的横截面在横向膨胀的情况下越来越平坦。
在图9中可看到，图4至图8的填充材料1的外轮廓26至30如何根据图4至8的附图顺序在分别在两个表面13、23之间居中延伸的横截面中发生变化。尤其看到，直线施加的条带17形式的填充材料1的外轮廓26至30首先以椭圆形的形状变化并且随后以圆形的形状变化。
图10示出了，在间隙2在接合两个结构元件11、21时减小的情况下，点P沿外轮廓26至30的速度v如何根据点P处的局部的曲率K而变化。为此，还参考在图表下方示出的解释。尤其看到，在出现(挤压)压力P时，在点P处的(局部的)凹曲率K越大，速度v就越大。与之相对，当局部的曲率K是凸的时，存在相对较小的速度v。
为了优化弯曲区段15或分配路径16的形状以及两个结构元件11、21的表面13、23之间的填充材料1的局部的施加量，根据本发明设置有一种数值计算方法，该数值计算方法在接合结构元件11、21时通过计算、借助描述填充材料1的变形特性的数学方法迭代地检测填充材料1的平行于两个表面13、23延伸的平面或横截面的变形。
在图4至图9的示例中，数学方法包括：在第一步骤中，根据以下公式计算填充材料1或条带17的轮廓26至30的在条带17的最大宽度b(相对于填充材料1的高度或厚度)的位置处或在两个表面13、23之间居中的点P的局部速度v：
v＝n·e -s x K
其中n表示轮廓26至30的点P处的法向量，s表示经验因子，并且K表示轮廓26到30在点P处的曲率。
在第二步骤中，在计算局部速度v之后，根据以下公式计算点P的位移u：
u＝v·Δt
其中Δt表示在两个表面13、23之间的距离(间隙2)的变化期间的时间段。
因此，可以在间隙2的尺寸的(备选于可利用经验确定的)关联性中计算出条带17的外轮廓26至30的点P的局部变化和进而在两个表面13、23之间居中的由填充材料1覆盖的横截面A的局部变化。针对条带17的弯曲区段15或分配路径16的多个点P，重复点P的多个位移，直到两个结构元件11、21之间的间隙25达到目标尺寸。目的尤其是，在使填充材料1的量最小化的情况下，两个结构元件11、21的两个表面13、23被最佳地覆盖，以便例如能够实现两个结构元件11、21之间的期望的密封。
图11示出了用于进一步解释根据本发明的方法的流程图，该方法以计算机程序产品(数据载体或数据程序)的形式配置。在第一步骤101中，该计算机程序产品包括输入为了获取填充材料1的施加量和施加形状所需的参数。这些参数尤其包括分配路径16的最初设置的拐角点、外轮廓12或两个表面13、23的形状以及在接合两个构件11、21之后应该实现的目标间隙2的规格。
在第二步骤102中，该计算机程序产品能够实现在预计算步骤中获取表面13、23之间的表面AL的由填充材料1待覆盖的尺寸。还计算分配路径16的长度L、填充材料1的量V和填充材料1的(至少一个)条带17的第一厚度d。因此，除了根据经验确定的输入轮廓之外，还可以确定分配路径16的轮廓。
随后，在设计为递归步骤的第三步骤103中，首先获取条带17的当前的轮廓和条带17的当前的厚度d以及间隙2的尺寸。借助上述的公式，随后计算在平行于表面13、23延伸的平面中的条带17的轮廓的点P的局部速度v和局部位移u。
在步骤104中随后获取在步骤103中存在的间隙2是否对应于目标间隙2。如果不是该情况，那么重复第三程序步骤103或者计算填充材料1的局部的横截面(形状)，直到实现间隙2的目标厚度。在此，为此分别设置的时间段Δt和进而直到实现间隙2的目标厚度的迭代步骤的大小或数量可以被选择或根据相应的应用情况被适配。
如果是该情况，那么在步骤105中输出或示出由填充材料1覆盖的表面AL，例如说明表面AL中的百分之多少被填充材料1所覆盖，或者多少填充材料1从两个结构元件11、21之间的间隙2被挤出。此外，例如可以计算用于施加填充材料1的时间t。
在图12至图15中，在此描述的根据本发明的方法借助不同的分配路径16a至16d而变化，因为在图12中可看到分配路径16a，该分配路径虽然能够实现两个表面13、23的高的覆盖，但需要相对长的处理时间。图13示出了分配路径16b，其在填充材料1良好地覆盖两个表面13、23的情况下导致处理时间的缩短。与之相对，图14示出了分配路径16c，其能够实现非常短的处理时间，但尤其在表面13、23的轮廓12的拐角区域处露出不存在填充材料1的区域。最后，图15示出了分配路径16d，其优化在图12至14中提到的优点或缺点，因为分配路径16d能够在相对较短的处理时间内、在填充材料1的低的材料消耗的情况下利用填充材料1相对好地覆盖表面13、23的外轮廓12。
在此描述的方法可以以各种方式和方法被修改或更改，而不会偏离本发明的构思。因此，借助直线函数示例性地解释弯曲区段15。当然，该方法还包括能够描述分配路径16的弯曲区段15的其他的数学呈现形式或方法。
Claims (11)
1.一种用于确定分配路径(16；16a至16d)的形状和可流动的填充材料(1)沿所述分配路径(16a；16a至16d)在两个结构元件(11、21)的表面(13、23)之间的局部施加量的方法，其中所述填充材料(1)尤其用于密封所述两个结构元件(11、21)之间的间隙(2)并且被施加到第一结构元件(11)的第一表面(21)上，随后，两个所述表面(13、23)朝向彼此运动，使得所述填充材料(1)在两个所述表面(13、23)之间的间隙(2)减小时，在所述填充材料的在两个所述表面(13、23)之间平行延伸的横截面(A)增大的情况下被挤压，直到达到期望的间隙(2)，其中，所述填充材料(1)以由至少一个弯曲区段(15)构成的至少一个条带(17)的形式沿所述分配路径(16；16a至16d)被施加，其中，借助数值计算方法确定所述至少一个条带(17)的所述至少一个弯曲区段(15)的形状和所述至少一个条带沿所述分配路径(16；16a至16d)的局部施加量或厚度，并且其中，所述数值计算方法包括所述填充材料(1)的在两个所述表面(13、25)之间居中延伸的横截面(A)的变化的迭代计算，直到达到两个所述表面(13、23)之间的所述期望的间隙(2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述填充材料(1)的横截面(A)的变化的计算包括：在第一步骤中，根据以下公式确定所述至少一个弯曲区段(15)的横截面(A)的轮廓(12；26至30)的点(P)的局部速度v：
v＝n·e-sxK
其中，n表示所述轮廓(12；26至30)的点(P)处的法向量，s表示经验因子，并且K表示所述轮廓(12；26至30)在点(P)处的曲率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述填充材料(1)的横截面(A)的变化的计算在第二步骤中根据以下公式确定所述轮廓(12；26至30)的点(P)的局部的位置变化：
u＝v·Δt
其中Δt表示两个所述表面(13、23)之间的间隙(2)的变化期间的时间段。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个弯曲区段(15)的形状和/或所述填充材料(1)沿所述分配路径(16；16a至16d)的局部施加量被改变，直到在达到所述期望的间隙(2)时产生用于完全覆盖两个所述表面(13、23)之间的目标横截面(A)的填充材料(1)的最小总量(V)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个弯曲区段(15)的形状和/或所述填充材料(1)沿所述分配路径(16；16a至16d)的局部施加量被改变，直到在达到所述期望的间隙(2)时产生用于施加所述填充材料(1)的最小处理时间。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个弯曲区段(15)的形状和/或所述填充材料(1)沿所述分配路径(16；16a至16d)的局部施加量被改变，直到在接合两个所述表面(13、23)直到达到两个所述表面(13、23)之间的所述期望的间隙(2)时产生所需的最小挤压力。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个弯曲区段(15)的形状和/或所述填充材料(1)沿所述分配路径(16；16a至16d)的局部施加量被改变，直到在达到所述期望的间隙(2)时在目标横截面(A)的预设的覆盖的情况下产生填充材料(1)的最少废料。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个弯曲区段(15)的形状和/或所述填充材料(1)沿所述分配路径(16；16a至16d)的局部施加量被改变，直到实现分别直到达到所述期望的间隙(2)而产生的在两个所述表面(13、23)之间的横截面(A)的预设的覆盖、用于施加填充材料(1)的最小处理时间、在接合两个所述表面(13、23)时所需的最小挤压力和在横截面(A)的预设的覆盖时的填充材料(100)的最少废料之间的预设的权重的最佳。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在接合两个所述结构元件(11、21)之后，借助至少一个控制装置检查所述填充材料(1)的局部施加量和所述分配路径(16；16a至16d)的形状，并且在所述局部施加量和/或所述分配路径(16；16a至16d)的形状偏离目标值的情况下，借助调节回路改变所述填充材料(1)的局部施加量和/或所述分配路径(16；16a至16d)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，导热材料、密封材料或粘合剂用作填充材料(1)。
11.一种计算机程序产品、尤其是数据载体或数据程序，所述计算机程序产品配置用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的至少一个方法步骤。
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