DE102015000006A1

DE102015000006A1 - Bauteilvorrichtung und Verfahren zum Fügen von Bauteilen

Info

Publication number: DE102015000006A1
Application number: DE102015000006.3A
Authority: DE
Inventors: Joachim Leuschner
Original assignee: Jenoptik Polymer Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2035-01-07
Also published as: DE102015000006B4

Abstract

Eine Bauteilvorrichtung (100) umfasst ein erstes Bauteil (102) mit einem sich von einer Seitenfläche (108) des ersten Bauteils (102) erstreckenden Zapfen (106) und ein zweites Bauteil (104) mit einer Ausnehmung (110) zum teilweisen Aufnehmen des Zapfens (106), wobei die Ausnehmung (110) an einer von dem ersten Bauteil (102) abgewandten Seite (112) des zweiten Bauteils (102) durch ein UV-durchlässiges Bodenelement (116) verschlossen ist, und wobei ein in die Ausnehmung (110) eingreifender Abschnitt des Zapfens (106) mittels eines mit UV-Licht (142) ausgehärteten Klebstoffs (118) mit einem Wandabschnitt (122) der Ausnehmung (110) verbunden ist, und wobei von dem Klebstoff (118) freie Restoberflächen des ersten Bauteils (102) und des zweiten Bauteils (104) zumindest abschnittsweise voneinander beabstandet sind.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bauteilvorrichtung sowie ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen.
Im Bereich der Mikroelektronik und Mikrooptik kommt dem exakten Fügen von Bauteilen mit Abmessungen im Millimeter- und Mikrometerbereich große Bedeutung zu. Ziel ist auch, den Fügeprozess möglichst zeit- und kostensparend zu gestalten.
Die DE 10 2007 017 971 A1 offenbart eine Verklebung von zwei Platten bzw. Teilen, wobei die untere Platte transparent ist und somit für UV-Licht, das den Kleber aushärtet, durchlässig ist. Dazwischen befinden sich in dieser Anwendung zwei Folienbahnen als Verbundelement.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Bauteilvorrichtung sowie ein verbessertes Verfahren zum Fügen von Bauteilen gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die Nutzung eines transparenten Teiles in einer Bauteilanordnung zur Ersetzung eines nicht-lichtdurchlässigen Bodens eines „Sackloches” bzw. einer Bohrung durch ein transparentes Fenster bietet die Möglichkeit, lichthärtende Klebstoffe zum schnellen Fügen von beispielsweise nicht transparenten Bauteilen zu verwenden. Somit kann eine Bestrahlung der Bauteilanordnung mit Licht durchgeführt werden, welche das schnelle Aushärten eines lichthärtenden Klebstoffes ermöglicht.
Mit dem vorgeschlagenen Ansatz kann u. a. in sehr kleinen Bauteilen wie Kunststoffoptiken oder Mikrooptiken und in schwer zugänglichen Abschnitten eine genaue Klebung und schnelle und sichere Aushärtung gewährleistet werden, wobei das vorgeschlagene Konzept nicht auf Anwendungen im Mikrobereich begrenzt ist. Im Gegensatz zum Einsatz eines Zweikomponentenklebers zum Fügen der Bauteile kann mit dem vorgestellten Ansatz eine besonders schnelle Verklebung erreicht werden.
Eine Bauteilvorrichtung weist die folgenden Merkmale auf:
ein erstes Bauteil mit einem sich von einer Seitenfläche des ersten Bauteils erstreckenden Zapfen; und
ein zweites Bauteil mit einer Ausnehmung zum teilweisen Aufnehmen des Zapfens, wobei die Ausnehmung an einer von dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils durch ein lichtdurchlässiges Bodenelement verschlossen ist, und wobei ein in die Ausnehmung eingreifender Abschnitt des Zapfens mittels eines mit Licht ausgehärteten Klebstoffs mit einem Wandabschnitt der Ausnehmung verbunden ist, und wobei von dem Klebstoff freie Restoberflächen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils zumindest abschnittsweise voneinander beabstandet sind.
Unter der Bauteilvorrichtung kann eine Anordnung von zwei oder mehr miteinander gefügten Bauteilen verstanden werden. Eine derartige Bauteilvorrichtung kann beispielsweise als Mikrooptik oder Teil einer Mikrooptik eingesetzt werden. Bei dem ersten und/oder zweiten Bauteil kann es sich um eine Baugruppe handeln. Die Bauteile können aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Insbesondere kann es sich bei dem ersten Bauteil um ein Spritzgussteil handeln. Der Zapfen kann eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise zylinderförmig ausgeführt sein. Die Ausnehmung kann beispielsweise in Form eines Bohrloches ausgeführt sein. Die Ausnehmung kann sich von einer dem ersten Bauteil zugewandten Seite des zweiten Bauteils in das zweite Bauteil hinein erstrecken. Beispielsweise kann die Ausnehmung als ein sich zwischen der dem ersten Bauteil zugewandten und der dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils erstreckendes Durchgangsloch ausgeführt sein. Das lichtdurchlässige Bodenelement kann in Form einer Scheibe vorliegen, die die Ausnehmung fluiddicht nach unten abschließt. Der mit Licht ausgehärtete Klebstoff kann vor oder während der Fügung der Bauteile in einem flüssigen Aggregatszustand in die Ausnehmung eingebracht und durch Bestrahlung mit Licht gehärtet worden sein. Unter Licht kann insbesondere Licht oder Strahlung im ultravioletten Bereich, sogenanntes UV-Licht, verstanden werden. Mittels der Beabstandung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil kann insbesondere ein durchgängiger Spalt zwischen der Seitenfläche des ersten Bauteils und einer dem ersten Bauteil zugewandten weiteren Seite des zweiten Bauteils bestehen. Gemäß einer Ausführungsform können von dem Klebstoff freie Restoberflächen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils durchgängig voneinander beabstandet sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil aus einem opaken Material gebildet sein. Somit ist eine große mögliche Materialvielfalt für die Bauteile gegeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil als eine Platte ausgebildet sein. Dabei können der Zapfen und die Ausnehmung jeweils in Grundflächen, also Flächen mit maximalen Abmessungen, der Platten angeordnet sein. Durch die Verwendung von Platten kann eine flache Bauteilvorrichtung geschaffen werden.
Der Zapfen kann beispielsweise einstückig mit dem ersten Bauteil gebildet oder stoffschlüssig mit dem ersten Bauteil verbunden sein. So kann eine Stabilität der Fügeverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil ohne Weiteres gewährleistet werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine lichte Weite der Ausnehmung größer als ein Durchmesser des Zapfens sein. So kann vorteilhafterweise eine besonders robuste Verbindung der Bauteile durch den Licht-härtbaren Klebstoff hergestellt werden.
Beispielsweise kann ein Abstand zwischen der Seitenfläche des ersten Bauteils und einer dem ersten Bauteil zugewandten weiteren Seite des zweiten Bauteils in einem Bereich von 0,1 bis 0,5 Millimetern liegen. Insbesondere kann der Abstand 0,3 Millimeter betragen. Mit dieser Ausführungsform kann ein Eindringen von Fremdpartikeln zwischen die Bauteile wirkungsvoll verhindert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Licht-durchlässige Bodenelement eine Materialstärke in einem Bereich von 0,3 bis 0,7 Millimetern aufweisen. Insbesondere kann die Materialstärke 0,5 Millimeter betragen. So kann eine für die Aushärtung des Klebstoffs optimale Bestrahlung mit Licht gewährleistet werden.
Eine Wand der Ausnehmung kann abgestuft sein. Auf diese Weise kann sich die Ausnehmung auf der dem ersten Bauteil abgewandten Seite aufweiten. In diesem Fall kann das Licht-durchlässige Bodenelement in dem aufgeweiteten Abschnitt der Ausnehmung angeordnet sein und breiter als eine lichte Weite des dem ersten Bauteil zugewandten Abschnitts der Ausnehmung sein. Mit dieser Ausführungsform kann der den Klebstoff umfassende Abschnitt der Ausnehmung sicher durch das Bodenelement abgedichtet sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann das lichtdurchlässige Bodenelement innerhalb der Ausnehmung angeordnet sein. Beispielsweise kann das Bodenelement in einer in die Ausnehmung übergehenden Vertiefung des zweiten Bauteils an der von dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils eingesetzt sein. Damit kann das lichtdurchlässige Bodenelement vorteilhaft vor Beschädigungen geschützt werden.
Alternativ kann das lichtdurchlässige Bodenelement an einer Oberfläche der von dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils anliegen. Diese Ausführungsform ermöglicht eine schnelle, kostengünstige und einfach herzustellende Abdichtung der Ausnehmung und eventuell weiterer Ausnehmungen in dem zweiten Bauteil.
Gemäß einer Ausführungsform kann das erste Bauteil zumindest einen sich von der Seitenfläche des ersten Bauteils erstreckenden weiteren Zapfen und das zweite Bauteil zumindest eine weitere Ausnehmung zum teilweisen Aufnehmen des weiteren Zapfens aufweisen. Dabei kann ein in die weitere Ausnehmung eingreifender Abschnitt des weiteren Zapfens mittels des mit Licht ausgehärteten Klebstoffs mit einem Wandabschnitt der weiteren Ausnehmung verbunden sein. So kann die Fügung der beiden Bauteile vorteilhafterweise noch robuster gestaltet werden.
Beispielsweise kann die weitere Ausnehmung durch das Bodenelement oder ein weiteres Bodenelement verschlossen sein. Vorteilhafterweise kann damit auch eine Aushärtung des Klebstoffes in der weiteren Ausnehmung durch eine Bestrahlung mit einer Lichtquelle ermöglicht werden.
Ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen weist die folgenden Schritte auf:
Bereitstellen eines ersten Bauteils mit einem sich von einer Seitenfläche des ersten Bauteils erstreckenden Zapfen;
Bereitstellen eines zweiten Bauteils mit einer Ausnehmung, die an einer Seite des zweiten Bauteils durch ein Bodenelement verschlossen ist;
Anordnen des ersten Bauteils bezüglich des zweiten Bauteils, sodass der Zapfen teilweise in die Ausnehmung aufgenommen wird und ein Abstand zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil verbleibt; und
Aufbringen einer Licht-Strahlung auf das lichtdurchlässige Bodenelement, um einen in der Ausnehmung vorgesehenen Licht-härtbaren Klebstoff auszuhärten.
Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Verfahrens kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. Das Verfahren kann beispielsweise mittels eines speziell angefertigten Werkzeugs, das ausgebildet ist, um die Bauteile millimeter- bzw. mikrometergenau zueinander auszurichten, ausgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt des Einfüllens des Licht-härtbaren Klebstoffes in die Ausnehmung auf. Dieser Verfahrensschritt kann vor oder nach dem Schritt des Anordnens des ersten Bauteils bezüglich des zweiten Bauteils ausgeführt werden. Beispielsweise kann der Klebstoff in einem flüssigen Aggregatszustand in die Ausnehmung eingefüllt werden. Mit dem Einfüllen insbesondere in flüssiger Form kann der Klebstoff gleichmäßig in der Ausnehmung verteilt und in der Menge genau dosiert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung einer Bauteilvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Schnittdarstellung einer Bauteilvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Fügen von Bauteilen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Bauteilvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Bauteilvorrichtung 100 kann es sich um eine Mikrooptik oder einen Teil einer Mikrooptik handeln. Die Bauteilvorrichtung 100 setzt sich aus einem ersten Bauteil 102 und einem zweiten Bauteil 104 zusammen. Beide Bauteile 102, 104 der beispielhaften Bauteilvorrichtung 100 sind aus einem opaken Material hergestellt. Die zur Herstellung des ersten Bauteils 102 und des zweiten Bauteils 104 verwendeten Materialien können gleich oder unterschiedlich sein. Sowohl das erste beispielhafte Bauteil 102 als auch das zweite beispielhafte Bauteil 104 weisen eine grundsätzliche Plattenform bzw. flache Quaderform auf.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Bauteilvorrichtung 100 handelt es sich bei dem ersten Bauteil 102 um ein Spritzgussteil. Das erste Bauteil 102 weist einen Zapfen 106 auf, der sich von einer Seitenfläche 108 des ersten Bauteils 102 in Richtung des zweiten Bauteils 104 erstreckt. Bei dem Zapfen 106 handelt es sich bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel um einen Stahlstift. Wie die Darstellung zeigt, weist der Zapfen 106 eine spiegelsymmetrische Form auf und erstreckt sich im rechten Winkel von der Seitenfläche 108. Der Zapfen 106 wurde hier im Spritzgussverfahren einstückig mit dem ersten Bauteil 102 gebildet. Alternativ kann der Zapfen 106 auch stoffschlüssig mit dem ersten Bauteil 102 verbunden sein.
Das zweite Bauteil 104 weist eine Ausnehmung 110 auf, die bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als eine Bohrung ausgeführt ist, die sich von einer von dem ersten Bauteil 102 abgewandten Seite 112 des zweiten Bauteils 104 durch das zweite Bauteil 104 zu einer dem ersten Bauteil 102 zugewandten weiteren Seite 114 des zweiten Bauteils 104 erstreckt. An der von dem ersten Bauteil 102 abgewandten Seite 112 ist die Ausnehmung 110 durch ein hier beispielhaft UV-durchlässiges Bodenelement 116 verschlossen. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Bodenelement 116 um eine transparente Scheibe. In der Ausnehmung 110 befindet sich eine ausgehärtete Masse eines mit beispielsweise UV-Licht aushärtbaren Klebstoffs 118. Alternativ kann auch Licht anderer geeigneter Wellenlängen eingesetzt werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann der Klebstoff 118 auch so beschaffen sein, dass er durch Licht anderer Wellenlängenbereiche als dem von UV-Licht ausgehärtet werden kann.
Die Seitenfläche 108 des ersten Bauteils 102 und eine Oberfläche 120 der von dem ersten Bauteil 102 abgewandten Seite 112 des zweiten Bauteils 104 sind die Flächen mit maximalen Abmessungen der jeweiligen platten- bzw. quaderförmig ausgebildeten Bauteile 102, 104.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der fertigen Bauteilvorrichtung 100 sind das erste Bauteil 102 und das zweite Bauteil 104 so zueinander angeordnet, dass der Zapfen 106 teilweise in die Ausnehmung 110 aufgenommen ist. Über den ausgehärteten Klebstoff 118 ist ein in die Ausnehmung 110 eingreifender Abschnitt des Zapfens 106 mittels des lichtaushärtenden Klebstoffs 118 mit einem Wandabschnitt 122 der Ausnehmung 110 fest verbunden.
Von dem Klebstoff 118 freie Restoberflächen des ersten Bauteils 102 und des zweiten Bauteils 104 sind durch einen Spalt 124 zwischen der Seitenfläche 108 des ersten Bauteils 102 und der dem ersten Bauteil 102 zugewandten weiteren Seite 114 des zweiten Bauteils 104 voneinander beabstandet. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Spalt 124 eine Breite von 0,3 Millimetern auf. Eine mittels eines Doppelpfeils in der Darstellung in 1 gekennzeichnete Größe 126 des Spalts 124 kann abhängig von den verwendeten Bauteilen 102, 104 oder einem Einsatz der Bauteilvorrichtung 100 variieren, beispielsweise zwischen 0,1 und 0,5 Millimetern.
Wie die Darstellung in 1 zeigt, ist eine lichte Weite 128 der Ausnehmung 110 größer als ein Durchmesser 130 des Zapfens 106. So kann ausreichend Klebstoff 118 zwischen dem Zapfen 106 und dem Wandabschnitt 122 der Ausnehmung 110 vorgesehen sein, um eine robuste Fixierung des Zapfens 106 an dem zweiten Bauteil 104 zu erreichen. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die lichte Weite 128 der Ausnehmung 110 beispielhaft 4 bis 5 Millimeter.
Bei der beispielhaften Bauteilvorrichtung 100 in 1 weist das UV-durchlässige Bodenelement 116 in einer zu der Seitenfläche 108 des ersten Bauteils 102 und den Seiten 112, 114 des zweiten Bauteils 104 parallelen Erstreckungsrichtung 132 eine größere Breite 134 als die lichte Weite 128 der Ausnehmung 110 auf. Die Erstreckungsrichtung 132 ist in der Darstellung in 1 mittels eines Doppelpfeils gekennzeichnet. Eine Dicke des UV-durchlässigen Bodenelements 116 beträgt bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel 0,5 Millimeter. Damit überspannt das UV-durchlässige Bodenelement 116 die Ausnehmung 110 vollständig.
Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen kann das UV-durchlässige Bodenelement 116 eine Materialstärke in einem Bereich von 0,3 bis 0,7 Millimetern aufweisen.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Bauteilvorrichtung 100 ist das UV-durchlässige Bodenelement 116 ferner in eine Vertiefung 136 des zweiten Bauteils 104 an der von dem ersten Bauteil 102 abgewandten Seite 112 des zweiten Bauteils 104 eingesetzt, wobei eine Höhe der Vertiefung 136 eine Dicke bzw. Materialstärke des UV-durchlässigen Bodenelements 116 übersteigt, sodass das UV-durchlässige Bodenelement 116 von der Oberfläche 120 der Seite 112 des zweiten Bauteils 104 zurücksteht.
Zur Aushärtung des Klebstoffs 118 wurde eine in 1 gezeigte UV-Lichtquelle 138 mit einem Lichtleiter 140 verwendet. Bei einer Herstellung der Bauteile 102, 104 oder zumindest des ersten Bauteils 102 aus nicht-transparenten Materialien wäre eine Bestrahlung von einer Oberseite der Bauteilvorrichtung 100 nicht möglich. Eine Bestrahlung durch den Luftspalt 124 zwischen den Teilen 102, 104 wäre aufgrund des geringen Spaltmaßes von 0,3 Millimetern ebenso nicht möglich.
Mit einer Platzierung der UV-Lichtquelle 138 an der von dem ersten Bauteil 102 abgewandten Seite 112 des zweiten Bauteils 104 und einer Ausrichtung einer UV-Strahlung 142 der UV-Lichtquelle 138 auf das UV-durchlässige Bodenelement 116 wurde der in flüssiger Form in die Ausnehmung 110 eingefüllte UV-härtbare Klebstoff 118 mittels der von dem Lichtleiter 140 emittierten UV-Strahlung 142 ausgehärtet, um den Zapfen 106 fest an dem zweiten Bauteil 104 zu fixieren. Durch die Ausführung des UV-durchlässigen Bodenelements 116 mit der größeren Breite 134 als die lichte Weite 128 der Ausnehmung 110 kann jegliche Abschattung vermieden werden und der Klebstoff 118 gleichmäßig und vollständig ausgehärtet werden.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Bauteilvorrichtung 100 weist das erste Bauteil 102 einen identischen weiteren Zapfen 106 und das zweite Bauteil 104 eine identische weitere mit dem Klebstoff 118 gefüllte Ausnehmung 110 auf. Die weitere Ausnehmung 110 weist als Abschluss nach unten ein identisches weiteres UV-durchlässiges Bodenelement 116 auf.
Die Anordnung aus den weiteren Elementen 106, 110, 116 ist identisch der oben erläuterten ersten Anordnung der ersten Elemente 106, 110, 116 und von dieser beabstandet an den Bauteilen 102, 104 vorgesehen. Mit der Positionierung der UV-Lichtquelle 138 oder einer weiteren UV-Lichtquelle 138 an einer Außenseite des UV-durchlässigen Bodenelements 116 wird auch hier der in flüssigem Aggregatszustand in die Ausnehmung 110 eingefüllte Klebstoff 118 ausgehärtet, um das erste Bauteil 102 auch über den weiteren Zapfen 106 an dem zweiten Bauteil 104 zu fixieren. So kann ohne Weiteres eine noch robustere Verbindung zwischen den Bauteilen 102, 104 geschaffen werden.
2 zeigt in einer weiteren Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der hierin vorgestellten Bauteilvorrichtung 100. Die in 2 gezeigte beispielhafte Bauteilvorrichtung 100 entspricht der in 1 gezeigten, mit dem Unterschied, dass an der Oberfläche 120 der von dem ersten Bauteil 102 abgewandten Seite 112 des zweiten Bauteils 104 als weiteres UV-durchlässiges Bodenelement 116 eine transparente Scheibe in Form einer Gesamtglasplatte, die sich über die gesamte Oberfläche 120 der Seite 112 erstreckt, anliegt.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Gesamtglasplatte 116 als zusätzliches UV-durchlässiges Bodenelement zu den bereits vorhanden, in die jeweiligen Vertiefungen 136 eingesetzten transparenten Teilen 116 verwendet.
Gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel wird – anders als in der Darstellung in 2 gezeigt – die Gesamtglasplatte 116 als einziges UV-durchlässiges Bodenelement vewendet und auf die in die Vertiefungen 136 eingesetzten transparenten Teilen 116 verzichtet.
Die in 2 gezeigte Option der Verwendung der Gesamtglasplatte 116 an der Unterseite 120 des zweiten Bauteils 104 bietet sich an, wenn dieses mit einer homogenen Abdeckung ausgestaltbar ist. Dadurch kann z. B. in besonderer Ausführung das hier vorgestellte Konzept für Einsatzgebiete, bei denen mit mehreren zu verbindenden Teilen gearbeitet wird, die ggf. mit unterschiedlichen Abmaßen zu verbinden sein, erschlossen bzw. angewendet werden.
Bei der Fertigung der in den 1 und 2 gezeigten beispielhaften Bauteilvorrichtungen 100 ist für den Fügeprozess der zu fügenden Teile 102, 104 keine Zwischenschicht, z. B. in Form von zwischen den Bauteilen 102, 104 eingelegten Folien, erforderlich. Der Abstand 126 zwischen dem ersten Bauteil 102 und dem zweiten Bauteil 104 ist je nach Bedarf und Platz abstimmbar und beträgt bei den gezeigten Ausführungsbeispielen 0,3 Millimeter. Die feste Verbindung zwischen den Bauteilen 102, 104 – entweder punktuell oder auch flächenhaft – ist gemäß dem hier vorgestellten Konzept auch möglich, wenn die Teile 102, 104 gemäß Ausführungsbeispielen ungleich sind.
Der gemäß dem vorgestellten Ansatz zur Verbindung der Bauteile 102, 104 verwendete UV-härtbare Kleber 118 zeichnet sich durch einen wesentlich kleineren Schrumpf als beispielsweise Sekundenkleber aus und ist daher ideal für die hier vorgestellten speziellen Anwendungen. Der Zugang zu den Verbindungen ist durch eine Nut gegeben, womit eine gleichmäßige Aushärtung gewährleistet wird und keine sogenannten Schattenzonen das Aushärten behindern.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300 zum Fügen von Bauteilen. Das Verfahren 300 kann zum Herstellen der in den 1 und 2 gezeigten Bauteilvorrichtungen für eine Mikrooptik ausgeführt werden.
In einem ersten Schritt des Bereitstellens 302 wird ein erstes Bauteil mit zumindest einem sich von einer Seitenfläche des ersten Bauteils erstreckenden Zapfen bereitgestellt. In einem zweiten Schritt des Bereitstellens 304 wird ein zweites Bauteil mit zumindest einer Ausnehmung bereitgestellt, wobei die Ausnehmung an einer Seite des zweiten Bauteils durch ein UV-durchlässiges Bodenelement verschlossen ist. Die Schritte des Bereitstellens 302, 304 können in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden.
In einem Schritt des Anordnens 306 werden das erste Bauteil und das zweite Bauteil so zueinander positioniert, dass der Zapfen des ersten Bauteils teilweise in die Ausnehmung des zweiten Bauteils aufgenommen wird, ohne dass das erste Bauteil und das zweite Bauteil sich berühren.
In einem Schritt des Einfüllens 308 wird ein UV-härtbarer Klebstoff in die Ausnehmung des zweiten Bauteils eingefüllt. Der Schritt des Einfüllens 308 kann dabei vor oder nach dem Schritt des Anordnens 306 ausgeführt werden. In einem Schritt des Aufbringens 310 wird das UV-durchlässige Bodenelement von außen bzw. unten mittels einer UV-Lichtquelle bestrahlt, um den UV-härtbaren Klebstoff auszuhärten und damit die Bauteile aneinander zu fixieren.
Mit dem Verfahren 300 werden die zu verbindenden Bauteile ultragenau zueinander justiert und unlösbar verbunden, ohne dass die beiden Teile vor der Klebung in dem Schritt 310 eine Verbindung haben. Zum Justieren der Bauteile wird eine für diesen Zweck gefertigte spezielle Vorrichtung eingesetzt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens 300 werden in den Schritten 302, 304 ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil in die spezielle Vorrichtung eingelegt. In einem Schritt des Einlegens 312 wird zumindest ein UV-durchlässiges Bodenelement in die zumindest eine Vertiefung des zweiten Bauteils eingelegt. Der Schritt des Einlegens 312 kann vor oder nach den Schritten des Bereitstellens 302, 304 ausgeführt werden. In dem Schritt des Einfüllens 308 wird die erforderliche Klebstoffmenge mithilfe eines Dispensers genau dimensioniert in das durch das Bodenelement in dem zweiten Bauteil gebildete „Sackloch” eingebracht. Damit kann eine Füllhöhe des Klebemittels in der Ausnehmung gemäß Forderung erreicht werden.
Bei einer Verwendung von transparenten Bauteilen in dem Fügeverfahren 300 ist gemäß Ausführungsbeispielen eine Kontrolle der Kleberhöhe durch Einsatz einer Lichtschranke möglich. Zur Wahrung des Abstands zwischen den Bauteilen ist in den Schritten des Bereitstellens und/oder Anordnens 302, 304, 306 eine Einbringung von Distanzelementen zwischen den Bauteilen, die ggf. nach dem Verbinden entfernbar sind, denkbar.
Die in dem Schritt 310 ausgeführte Aushärtung durch die UV-Bestrahlung kann bei verschiedenen Verbindungsstellen zeitgleich erfolgen.
In einem abschließenden Schritt 314 des Verfahrens 300 wird gemäß Ausführungsbeispielen die spezielle Vorrichtung zum Fügen über geeignete Trennmittel von der fertigen Bauteilvorrichtung gelöst.
Für ein optimales Endergebnis werden im Rahmen des Verfahrens 300 eine Intensität des UV-Lichts und eine Höhe der Kleberschicht in der Ausnehmung des zweiten Bauteils geeignet aufeinander abgestimmt.
Das Verfahren 300 ist insbesondere so gestaltet, dass die zu fügenden Bauteile und ggf. verwendete Hilfsmittel, wie beispielsweise die Stahlstifte, sich vor der Fügung durch das Klebemittel nicht berühren. Dies ist für die erforderliche Genauigkeitsausrichtung im Bruchteilsbereich von Millimetern wichtig, um z. B. den unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Ausdehnungsmöglichkeiten Rechnung zu tragen.
Der große Vorteil des hierin vorgestellten Verfahrens 300 zum Fügen von Mikrobauteilen liegt in der kurzen Aushärtezeit des verwendeten UV-Klebers, womit die Prozessdurchlaufzeit wesentlich verkürzt werden kann. Die in die Ausnehmung im zweiten Bauteil eingesetzte Glasscheibe verhindert das Auslaufen des Klebers und ermöglicht so das Verbinden zweier nichttransparenter Teile bzw. Baugruppen.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder”-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007017971 A1 [0003]

Claims

Bauteilvorrichtung (100) mit folgenden Merkmalen: einem ersten Bauteil (102) mit einem sich von einer Seitenfläche (108) des ersten Bauteils (102) erstreckenden Zapfen (106); und einem zweiten Bauteil (104) mit einer Ausnehmung (110) zum teilweisen Aufnehmen des Zapfens (106), wobei die Ausnehmung (110) an einer von dem ersten Bauteil (102) abgewandten Seite (112) des zweiten Bauteils (102) durch ein licht durchlässiges Bodenelement (116) verschlossen ist, und wobei ein in die Ausnehmung (110) eingreifender Abschnitt des Zapfens (106) mittels eines mit Licht (142) ausgehärteten Klebstoffs (118) mit einem Wandabschnitt (122) der Ausnehmung (110) verbunden ist, und wobei von dem Klebstoff (118) freie Restoberflächen des ersten Bauteils (102) und des zweiten Bauteils (104) zumindest abschnittsweise voneinander beabstandet sind.
Bauteilvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, bei der das erste Bauteil (102) und/oder das zweite Bauteil (104) aus einem opaken Material gebildet ist.
Bauteilvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das erste Bauteil (102) und/oder das zweite Bauteil (104) als eine Platte ausgebildet ist.
Bauteilvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Zapfen (106) einstückig mit dem ersten Bauteil (102) gebildet ist oder stoffschlüssig mit dem ersten Bauteil (102) verbunden ist.
Bauteilvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der eine lichte Weite (128) der Ausnehmung (110) größer als ein Durchmesser (130) des Zapfens (106) ist.
Bauteilvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der ein Abstand (124) zwischen der Seitenfläche (108) des ersten Bauteils (102) und einer dem ersten Bauteil (102) zugewandten weiteren Seite (114) des zweiten Bauteils (104) in einem Bereich von 0,1 bis 0,5 Millimetern liegt.
Bauteilvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das lichtdurchlässige Bodenelement (116) eine Materialstärke in einem Bereich von 0,3 bis 0,7 Millimetern aufweist.
Bauteilvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das licht durchlässige Bodenelement (116) innerhalb der Ausnehmung (110) angeordnet ist.
Bauteilvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der das licht durchlässige Bodenelement (116) an einer Oberfläche (120) der von dem ersten Bauteil (102) abgewandten Seite (112) des zweiten Bauteils (104) anliegt.
Bauteilvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das erste Bauteil (102) zumindest einen sich von der Seitenfläche (108) des ersten Bauteils (102) erstreckenden weiteren Zapfen (106) und das zweite Bauteil (104) zumindest eine weitere Ausnehmung (110) zum teilweisen Aufnehmen des weiteren Zapfens (106) aufweist, wobei ein in die weitere Ausnehmung (110) eingreifender Abschnitt des weiteren Zapfens (106) mittels des mit Licht (142) ausgehärteten Klebstoffs (118) mit einem Wandabschnitt (122) der weiteren Ausnehmung (110) verbunden ist.
Bauteilvorrichtung (100) gemäß Anspruch 10, bei der die weitere Ausnehmung (110) durch das Bodenelement (116) oder ein weiteres Bodenelement (116) verschlossen ist.
Verfahren (300) zum Fügen von Bauteilen (102, 104), wobei das Verfahren (300) die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen (302) eines ersten Bauteils (102) mit einem sich von einer Seitenfläche (108) des ersten Bauteils (102) erstreckenden Zapfen (106); Bereitstellen (304) eines zweiten Bauteils (104) mit einer Ausnehmung (110), die an einer Seite (112) des zweiten Bauteils (102) durch ein Bodenelement (116) verschlossen ist; Anordnen (306) des ersten Bauteils (102) bezüglich des zweiten Bauteils (104), sodass der Zapfen (106) teilweise in die Ausnehmung (110) aufgenommen wird und ein Abstand (124) zwischen dem ersten Bauteil (102) und dem zweiten Bauteil (104) verbleibt; und Aufbringen (310) einer Licht-Strahlung (142) auf das lichtdurchlässige Bodenelement (116), um einen in der Ausnehmung (110) vorgesehenen Licht-härtbaren Klebstoff (118) auszuhärten.
Verfahren (300) gemäß Anspruch 12, mit einem Schritt des Einfüllens (308) des Licht-härtbaren Klebstoffes (118) in die Ausnehmung (110).