DE102015225122A1

DE102015225122A1 - Vorrichtung zur Befestigung eines optischen Elements

Info

Publication number: DE102015225122A1
Application number: DE102015225122.5A
Authority: DE
Inventors: Alexander Eichhorn; Uwe Borsdorf; Petra Hoffmann; Volker Burkhardt; Heiner Fees; Andreas Track; Simone Oberndoerfer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2017-06-14
Also published as: FR3045198A1

Abstract

Vorrichtung zur Befestigung eines optischen Elements (3), insbesondere in oder an einem Kraftfahrzeug, aufweisend einen Träger (10) und das optische Element (3), wobei das optische Element (3), aufweisend eine Oberfläche (19) mit einem zentralen Bereich und einem den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich, an der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) über eine Klebebefestigung mit wenigstens zwei Klebezonen mit dem Träger (10) verbunden ist. Wenigstens eine Klebezone ist im zentralen Bereich der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) und wenigstens eine weitere Klebezone im Außenbereich der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) angeordnet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung eines optischen Elements an einem Träger. Aus der EP 2 110 700 A1 ist eine Methode bekannt zum Schichten von optischen Substraten, speziell zur Herstellung von dünnen Combiner für ein optisches Display, um die Ebenheit der Komponenten zu bewahren und die Trennung der Schichten sicherzustellen, wobei die zu verbindenden Schichten ein optisches Substrat und ein dünner Träger sind, welcher mit dem Substrat verbunden wird. In diesem Verfahren werden Distanzhalter eines vorgeschriebenen Größenbereichs mit einer erforderten Dichte in eine Klebeschicht gegeben, um die Ebenheit des Trägers und die einheitliche Trennung der Schichten während der Herstellung zu gewährleisten.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung eines optischen Elements, insbesondere in oder an einem Kraftfahrzeug, aufweisend einen Träger und das optische Element, wobei das optische Element, aufweisend eine Oberfläche mit einem zentralen Bereich und einem den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich, an der Oberfläche des optischen Elements über eine Klebebefestigung mit wenigstens zwei Klebezonen mit dem Träger verbunden ist. Wenigstens eine Klebezone ist im zentralen Bereich der Oberfläche des optischen Elements angeordnet und wenigstens eine weitere Klebezone im Außenbereich der Oberfläche des optischen Elements. Hierdurch kann eine stabile und positionsgenaue Verbindung zwischen dem optischen Element und dem Träger hergestellt werden. Die Befestigung des optischen Elements am Träger über Klebeverbindungen an wenigstens zwei Klebezonen eliminiert ein Spiel zwischen Träger und optischem Element, wodurch eine genaue Positionierung der zwei Komponenten zueinander gewährleistet werden kann. Dies hat den Vorteil, dass Geräuschbildung, Vibration und Bildzittern durch sich bewegende Komponenten der Vorrichtung reduziert werden und hat somit positive Auswirkungen auf die optischen Eigenschaften des optischen Elements. Auch Unebenheiten beziehungsweise Toleranzen im Träger und/oder im optischen Element können mittels der Klebeverbindung ausgeglichen werden.
Weiterhin können Schrauben und/oder lange Klips durch die Verwendung von Klebematerialien vermieden werden, wodurch eine niedrige Bauhöhe gewährleistet werden kann und der benötigte Bauraumbedarf gering ausfällt. Folglich ist eine Platzierung des Spiegels auch bei geringem Bauraum möglich. Durch die Vermeidung zusätzlicher Bauteile, wie Abdeckungen, Schrauben oder lange Klips können Aufwand, Kosten und Gewicht eingespart werden.
In einer Ausgestaltungsform ist das optische Element als ein Spiegel ausgeführt. Die positionsgenaue und stabile Befestigung des Spiegels am Träger ermöglicht eine störungsfreie Spiegelung eines auf den Spiegel projizierten Bildes.
In einer Weiterentwicklung ist wenigstens eine Klebezone im zentralen Bereich der Oberfläche des optischen Elements, aufweisend wenigstens eine Diagonale und einen Flächenschwerpunkt, weniger als zwanzig Prozent der Diagonale der Oberfläche des optischen Elements vom Flächenschwerpunkt des optischen Elements entfernt. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass sich die Klebezone im zentralen Bereich nahe am Flächenschwerpunkt befindet, wodurch eine stabile Verbindung die Position des optischen Elements sichert. Die zentrale Lage der Klebezone auf der Oberfläche des optischen Elements hat den Vorteil, dass sich die Vorrichtung auch bei Temperaturschwankungen und unterschiedlichen thermischen Dehnungen der Komponenten nicht verzieht, wodurch die optischen Eigenschaften des optischen Elements erhalten bleiben. Der Großteil der Belastungen, wie beispielsweise durch das Eigengewicht oder durch externe Belastungen, wie z. B. Vibrationsbelastungen, Erschütterungen oder Stöße, wird vorzugsweise durch den zentralen Bereich getragen.
Die Begrenzung des den zentralen Bereich umgebenden Außenbereichs der Oberfläche des optischen Elements, aufweisend eine Länge, eine Breite sowie gegenüberliegende Enden sowohl in der Länge als auch in der Breite, ist in einer Ausführungsform weniger als fünfundzwanzig Prozent der Länge der Oberfläche des optischen Elements von den gegenüberliegenden Enden in der Länge des optischen Elements entfernt und/oder weniger als fünfundzwanzig Prozent der Breite der Oberfläche des optischen Elements von den gegenüberliegenden Enden in der Breite der Oberfläche des optischen Elements entfernt. Das optische Element wird mit wenigstens einer weiteren Klebezone in diesem Außenbereich der Oberfläche des optischen Elements am Träger befestigt, wodurch das optische Element stabil und positionsgenau am Träger fixiert wird. Der Vorteil hierin liegt in der Reduktion des Spiels zwischen optischem Element und Träger, wodurch Vibration und Verschiebung des optischen Elements zum Träger reduziert werden können und somit positive Auswirkungen auf die optischen Eigenschaften des optischen Elements hat.
Das optische Element weist in einer Ausführungsform eine Achse in der Länge auf, beispielsweise eine Symmetrieachse, vorzugsweise durch den Flächenschwerpunkt, und/oder eine Achse in der Breite, beispielsweise eine Symmetrieachse, vorzugsweise durch den Flächenschwerpunkt, wobei die Klebezonen im zentralen Bereich der Oberfläche des optischen Elements und im Außenbereich der Oberfläche des optischen Elements symmetrisch zur Achse in der Länge vorzugsweise durch den Flächenschwerpunkt und/oder zur Achse in der Breite vorzugsweise durch den Flächenschwerpunkt angeordnet sind. Dies ist vorteilhaft, da durch eine symmetrische Anordnung die Verformung der Komponenten bei Temperaturschwankungen und somit die Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften des optischen Elements reduziert beziehungsweise verhindert werden kann, da sich die unterschiedlichen Komponenten bei schwankender Temperatur unterschiedlich thermisch dehnen.
In einer Ausführungsform sind Klebematerialien für die Klebezonen von unterschiedlicher Elastizität, wobei die Klebezone im zentralen Bereich der Oberfläche des optischen Elements Klebematerialien mit einer ersten Elastizität und die weitere Klebezone im den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich der Oberfläche des optischen Elements Klebematerialen mit einer zweiten Elastizität sind. Mechanische Spannungen und resultierende Verformungen des optischen Elements können vermieden und Unebenheiten beziehungsweise Toleranzen im Träger und/oder im optischen Element können ausgeglichen werden. Vorteilhaft ist weiterhin, dass sich Form und Lage des optischen Elements auch durch externe Einflüsse nicht verändern, wie z. B. Temperaturschwankungen oder von außen einwirkende Kräfte, wie Erschütterungen.
In einer Weiterentwicklung sind die Klebezone im zentralen Bereich der Oberfläche des optischen Elements aus Klebematerial mit niedriger Elastizität und die weitere Klebezone im den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich der Oberfläche des optischen Elements aus Klebematerial mit, im Gegensatz zur niedrigen Elastizität des Klebematerials im zentralen Bereich der Oberfläche des optischen Elements, hoher Elastizität. Die Klebezone im zentralen Bereich der Oberfläche des optischen Elements mit einem Klebematerial mit niedriger Elastizität, vorzugsweise mit einer hohen Shorehärte, sichert die Position des optischen Elements und nimmt den Großteil der auftretenden Belastungen auf, wie beispielsweise das Eigengewicht, Vibrationsbelastungen oder Stöße. Die Konzentration der Klebeverbindung mit einem Klebematerial mit niedriger Elastizität auf den zentralen Bereich hat den Vorteil, dass Auswirkungen auf die Verformung der Bauteile reduziert werden, welche beispielsweise durch die unterschiedliche thermische Dehnung der einzelnen Komponenten auftreten. Die Klebezone im Außenbereich der Oberfläche des optischen Elements mit einem Klebematerial mit im Gegensatz zur niedrigen Elastizität hoher Elastizität, vorzugsweise mit einer niedriger Shorehärte, gleicht die unterschiedlichen thermischen Dehnungen der einzelnen Komponenten aus und stabilisiert beziehungsweise hält die Randbereiche des optischen Elements. Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Toleranzen der einzelnen Bauteile ausgeglichen werden können. Die Elastizität des Klebematerials der Klebezonen im Außenbereich der Oberfläche des optischen Elements ist in einer Ausführungsform in Summe größer ist als die Elastizität des Klebematerials der Klebezonen im zentralen Bereich der Oberfläche des optischen Elements. Hierdurch können Toleranzen der einzelnen Komponenten ausgeglichen und Auswirkungen auf die Eigenschaften des optischen Elements durch thermische Dehnungen der einzelnen Komponenten reduziert werden.
Als Klebematerialien für die Klebezonen werden vorzugsweise Flüssigkleber und/oder Klebestreifen verwendet. Dies ermöglicht beispielsweise die Realisierung unterschiedlicher Elastizität und gewährleistet so die stabile und positionsgenaue Verbindung des optischen Elements mit dem Träger sowie die Vermeidung von Auswirkungen auf die Eigenschaften des optischen Elements durch thermische Dehnungen der einzelnen Komponenten. Außerdem können die Toleranzen der einzelnen Komponenten ausgeglichen werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Befestigung eines optischen Elements an einem Träger, wobei in einem ersten Schritt der Träger und das optische Element, aufweisend eine Oberfläche mit einem zentralen Bereich und einem den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich, zueinander ausgerichtet werden, in einem weiteren zweiten Schritt Kleber, vorzugsweise Flüssigkleber und/oder Klebestreifen, zwischen den Träger und das optische Element auf den zentralen Bereich der Oberfläche des optischen Elements eingebracht wird, und in einem weiteren dritten Schritt Kleber, vorzugsweise Flüssigkleber und/oder Klebestreifen, zwischen den Träger und das optische Element auf den, den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich der Oberfläche des optischen Elements eingebracht wird. Das Ausrichten des Trägers und des optischen Elements gewährleistet, dass die Position des Trägers und des optischen Elements zueinander gehalten werden kann, auch während des Klebevorgangs. Ein Verrutschen der Komponenten kann somit vermieden werden und das optische Element kann in der Anzeigevorrichtung so positioniert werden, dass die optischen Eigenschaften des optischen Elementes nicht beeinträchtigt werden. Die Einbringung des Klebers zwischen den Träger und das optische Element in zwei Schritten, zunächst auf den zentralen Bereich der Oberfläche des optischen Elements und anschließend auf den, den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich der Oberfläche des optischen Elements, ermöglicht die Verwendung unterschiedlicher Klebematerialien, beispielsweise Flüssigkleber und/oder Klebestreifen und/oder die Verwendung von Klebematerialien mit unterschiedlicher Elastizität. Der Vorteil liegt in einer stabilen und positionsgenauen Verbindung des optischen Elements mit den Träger und in der Vermeidung von Auswirkungen auf die Eigenschaften des optischen Elements durch thermische Dehnungen der einzelnen Komponenten. Außerdem können Unebenheiten beziehungsweise Toleranzen der einzelnen Komponenten ausgeglichen werden.
Der Kleber wird in einer Ausführungsform bei Verwendung von Flüssigkleber nach dem Einbringen ausgehärtet. Hierdurch wird die Funktion des Klebers sichergestellt, damit dieser das optische Element stabil und positionsgenau auf dem Träger fixiert. Externe Einflüsse, wie z. B. Temperaturschwankungen oder von außen einwirkende Kräfte, wie Erschütterungen, verändern die Lage des optischen Elements nicht.
In einer Weiterentwicklung werden in dem ersten Schritt der Träger und das optische Element mit einem Abstand zueinander ausgerichtet. Der Abstand zwischen Träger und optischem Element wird mittels des Klebers ausgefüllt, wodurch Unebenheiten beziehungsweise Toleranzen der einzelnen Komponenten ausgeglichen werden.
Bei der weiteren Verarbeitung wird Flüssigkleber durch eine Öffnung im Träger zwischen das optische Element und den Träger eingebracht. Dies hat den Vorteil, dass der Flüssigkleber an der bevorzugten Stelle im zentralen Bereich der Oberfläche des optischen Elements und/oder im Außenbereich der Oberfläche des optischen Elements eingebracht wird. Außerdem kann beispielsweise hierdurch die Dosierung des Klebers überwacht werden. Ist die Öffnung im Träger bis zum oberen Rand der Öffnung mit Flüssigkleber gefüllt, ist die Dosierung beendet und eine ausreichende Menge Flüssigkleber befindet sich im Spalt zwischen dem optischen Element und dem Träger.
In einer Weiterentwicklung können die Verarbeitungsschritte auch in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden. Hierdurch kann die Verwendung unterschiedlicher Klebematerialien ermöglicht werden, wie beispielsweise Flüssigkleber und/oder Klebestreifen. Es kann beispielsweise zunächst Flüssigkleber oder ein Klebestreifen am zentralen Bereich der Oberfläche des optischen Elements angebracht, dann der Träger und das optische Element zueinander ausgerichtet und zusammengeführt werden, sodass mittels des Flüssigklebers oder des Klebestreifens der Träger und das optische Element im zentralen Bereich der Oberfläche des optischen Elements verklebt werden und anschließend Flüssigkleber durch eine Öffnung in dem Träger zwischen das optische Element und den Träger an den restlichen Stellen eingebracht werden, also beispielsweise am Außenbereich der Oberfläche des optischen Elements. Weiterhin können Kleber mit unterschiedlicher Elastizität verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in den nachfolgenden Beschreibungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht einer Abbildungsoptik gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Oberfläche eines optischen Elements mit einem zentralen Bereich und einem Außenbereich des optischen Elements sowie Diagonalen, Symmetrieachsen und einem Flächenschwerpunkt gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines Trägers mit fünf Löchern zur Einbringung des Flüssigklebers gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematische Darstellung eines optischen Elements, welches auf einem Träger fixiert ist gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch die beispielhafte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß 4 mit über Klebeverbindungen fixiertem optischem Element gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Darstellung einer Oberfläche eines optischen Elements mit einer eingezeichneten Klebezone in einem zentralen Bereich und vier eingezeichneten Klebezonen in einem Außenbereich des optischen Elements gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Darstellung einer Oberfläche eines optischen Elements mit drei eingezeichneten Klebezonen in einem zentralen Bereich und vier eingezeichneten Klebezonen in einem Außenbereich des optischen Elements gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
8 eine schematische Darstellung einer Oberfläche eines optischen Elements mit einer eingezeichneten Klebezone in einem zentralen Bereich und sechs eingezeichneten Klebezonen in einem Außenbereich des optischen Elements gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
9 eine schematische Darstellung einer Oberfläche eines optischen Elements mit einer eingezeichneten Klebezone in einem zentralen Bereich und einer eingezeichneten Klebezonen als Kleberaupe in einem Außenbereich des optischen Elements gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
10 eine Verfahrensanweisung zur Fixierung eines optischen Elements an einem Träger gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
11 eine Verfahrensanweisung zur Fixierung eines optischen Elements an einem Träger gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
12 eine Verfahrensanweisung zur Fixierung eines optischen Elements an einem Träger gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung:
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Abbildungsoptik 1 mit einem Gehäuse 8 und den darin angeordneten Komponenten, wie einer bildgebenden Einheit 2, einem ersten optischen Element 3, beispielsweise einem Spiegel, einem zweiten optischen Element 4, beispielsweise einem holografisch-optischen Element, einer Linse oder einem Projektionsschirm, einem dritten optischen Element 5, beispielsweise einem Spiegel, und einem vierten optischen Element 6, beispielsweise einem Spiegel. Außerhalb der Abbildungsoptik 1 und des Gehäuses 8 ist eine Projektionsfläche 7 angeordnet, vorzugsweise eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs oder ein Combiner vor der Windschutzscheibe, welche Informationen, gesendet von der bildgebenden Einheit 2, ausgibt und direkt im Sichtbereich des Fahrers liegt.
Das erste, zweite, dritte und vierte optische Element 3, 4, 5, 6 im Gehäuse 8 sind so angeordnet, dass ein Lichtstrahl 9 der bildgebenden Einheit 2 innerhalb der Abbildungsoptik 1 so umgeleitet wird, das ein virtuelles Bild bei Austritt aus der Abbildungsoptik 1 direkt an die Projektionsfläche 7 des Kraftfahrzeugs projiziert wird. In diesem Beispiel ist die bildgebenden Einheit 2 im unteren linken Teil der Abbildungsoptik 1 angeordnet, sodass der Lichtstrahl 9 waagerecht ausgestrahlt wird. Das erste optische Element 3 ist im zur bildgebenden Einheit 2 gegenüberliegenden unteren Teil der Abbildungsoptik 1 so eingebaut, dass der Lichtstrahl 9 auf dem ersten optischen Element 3 auftrifft, gespiegelt und auf das zweite optische Element 4 geleitet wird, welches zwischen dem ersten optischen Element 3 und dem dritten optischen Element 5 angeordnet ist, vorzugsweise im zentralen Bereich der Abbildungsoptik 1. Auf dem zweiten optischen Element 4 wird ein reelles Bild erzeugt, dass dann, über die Projektionsfläche 7 gespiegelt, von einem Betrachter als virtuelles Bild wahrgenommen werden kann. Hierfür wird das reelle Bild in dieser Ausführungsform beispielsweise weiter über das dritte optische Element 5, vorzugsweise im linken oberen Bereich der Abbildungsoptik 1, und über das vierte optische Element 6, vorzugsweise im zum dritten optischen Element 5 gegenüberliegenden oberen Bereich der Abbildungsoptik 1, direkt auf die Projektionsfläche 7 projiziert.
Die im Folgenden beschriebene beispielhafte Ausführungsform der Vorrichtung zur Fixierung eines optischen Elements kann für die Lagerung eines oder mehrerer optischer Elemente 3, 5, 6 verwendet werden. In der nachstehenden Ausführungsform wird das beispielhaft für das erste optische Element 3 erläutert.
2 zeigt eine Ausführungsform der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3, vorzugsweise eines Spiegels, mit einer ersten Diagonale 30 und einer zweiten Diagonale 31. Die erste Diagonale 30 verläuft von einem ersten Ende des ersten optischen Elements 3, vorzugsweise einer ersten Ecke, zu einem gegenüberliegenden zweiten Ende des ersten optischen Elements 3, vorzugsweise einer zweiten Ecke, und die zweite Diagonale 31 verläuft von einem dritten Ende des ersten optischen Elements 3, vorzugsweise einer dritten Ecke, zu einem vierten Ende des ersten optischen Elements 3, vorzugsweise einer vierten Ecke. Die erste und zweite Diagonale 30, 31 schneiden sich vorzugsweise in einem Flächenschwerpunkt 22. Eine erste Symmetrieachse 34 teilt das erste optische Element 3 der Breite nach und verläuft in dieser Audführungsform ebenso, wie eine zweite Symmetrieachse 35, welche das erste optische Element 3 der Länge nach teilt, durch den Flächenschwerpunkt 22.
Weiterhin sind Begrenzungen für die Klebezonen im zentralen Bereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 und im den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 in 2 eingezeichnet. Wenigstens eine Klebezone im zentralen Bereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 ist, gekennzeichnet durch den Kreis 21 um den Flächenschwerpunkt 22, weniger als zwanzig Prozent der ersten und/oder zweiten Diagonale 30, 31 der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 vom Flächenschwerpunkt 22 des ersten optischen Elements 3 entfernt. Folglich beträgt der Durchmesser des Kreises 21 zur Begrenzung des zentralen Bereichs zwanzig Prozent der ersten und/oder zweiten Diagonale 30, 31. Der den zentralen Bereich umgebende Außenbereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 ist nahe der äußeren Schmalseite des ersten optischen Elements 3 außerhalb des zentralen Bereichs der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 angebracht und kann bis zum ersten Rand 32 und bis zum zweiten Rand 33 der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 reichen. Die Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 weist auf eine Länge, eine Breite sowie gegenüberliegende Enden sowohl in der Länge als auch in der Breite. Die Begrenzung des Außenbereichs der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 ist weniger als fünfundzwanzig Prozent der Länge der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 von den gegenüberliegenden Enden in der Länge des ersten optischen Elements 3 entfernt, was durch die erste Längenbegrenzung 36 und die zweite Längenbegrenzung 37 gekennzeichnet wird, und/oder weniger als fünfundzwanzig Prozent der Breite der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 von den gegenüberliegenden Enden in der Breite der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 entfernt, gekennzeichnet durch die erste Breitenbegrenzung 38 und die zweite Breitenbegrenzung 39.
3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Trägers 10 vorzugsweise aus Kunststoff, z. B. Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), oder Polybutylenterephthalat (PBT), und/oder Metall, z. B. Stahlblech, Magnesium- oder Aluminiumdruckguss, zur Lagerung des ersten optischen Elements 3. Zur Einbringung von Flüssigkleber 20 weist der Träger 10 an einer Stelle, die mit dem zentralen Bereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 verbunden wird, eine erste Öffnung 15 auf, welche kreisförmig ausgebildet ist. Um die erste kreisförmige Öffnung 15 ist in dieser Ausführungsform eine weitere kreisförmige Vertiefung eingebracht, welche den durch die erste Öffnung 15 eingebrachten Flüssigkleber 20 in einem bestimmten Radius um die erste Öffnung 15 halten soll, damit sich der Flüssigkleber 20 nicht zu allen Seiten ausbreitet und sich komplett im Zwischenraum zwischen dem Träger 10 und dem ersten optischen Element 3 verteilt. An jeweils vier Ecken des Trägers 10 weist der Träger 10 gemäß 3 weitere Öffnungen auf, eine zweite Öffnung 11 im rechten unteren Eck des Trägers 10, eine dritte Öffnung 12 im linken unteren Eck des Trägers 10, eine vierte Öffnung 13 im linken oberen Eck des Trägers 10 und eine fünfte Öffnung 14 im rechten oberen Eck des Trägers 10. Um jede dieser kreisförmigen Öffnungen 11, 12, 13, 14 ist in dieser Ausführungsform eine weitere kreisförmige Vertiefung eingebracht, welche den durch die entsprechende Öffnung 11, 12, 13, 14 eingebrachten Flüssigkleber 20 in einem bestimmten Radius um die entsprechende Öffnung 11, 12, 13, 14 halten soll, damit sich der Flüssigkleber 20 nicht zu allen Seiten ausbreitet und sich komplett im Zwischenraum zwischen dem Träger 10 und dem ersten optischem Element 3 verteilt.
Zur Befestigung des ersten optischen Elements 3 an einem Gehäuse 8 sind an den Träger 10 in dieser beispielhaften Ausführungsform ein erstes Gelenk 16 und ein zweites Gelenk 17 angebracht, womit der Träger 10 mit fixiertem ersten optischen Element 3 am Gehäuse 8 drehbar gelagert werden kann. In einer Weiterentwicklung wäre auch eine starre Befestigung des Trägers 10 mit fixiertem ersten optischem Element 3 am Gehäuse 8 denkbar, beispielsweise über mechanische Verbindungselemente, wie z. B. Schrauben und/oder Klips.
Eine Auskerbung 18, mit welcher der Trägers 10 gegenüber dem ersten optischen Element 3 während des Klebevorgangs positioniert und gehalten werden kann, ist in dieser Ausführungsform einteilig mit dem Träger 10, als eine konkave Halbkugel, ausgebildet.
Wie aus 4 ersichtlich, ist das erste optische Element 3, vorzugsweise ein Spiegel, mit der Oberfläche 19 über Klebeverbindungen mit dem Träger 10 verbunden, wobei in dieser Ausführungsform Flüssigkleber 20 über die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Öffnung 11, 12, 13, 14, 15 eingebracht ist.
In einer Ausführungsform sind Klebematerialien für die Klebezonen von unterschiedlicher Elastizität, wobei die Klebezone im zentralen Bereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 Klebematerialien mit einer ersten Elastizität mit einem E-Modul im Bereich von 600 MPa bis 1200 MPa und die weitere Klebezone im den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 Klebematerialen mit einer zweiten Elastizität mit einem E-Modul im Bereich von 0,5 MPa bis 400 MPa sind.
In einer Weiterentwicklung sind die Klebezone im zentralen Bereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 aus Klebematerial mit niedriger Elastizität mit einem E-Modul im Bereich von 600 MPa bis 1200 MPa, und die weitere Klebezone im den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 aus Klebematerial mit, im Gegensatz zur niedrigen Elastizität im zentralen Bereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 Klebematerialien, hoher Elastizität mit einem E-Modul im Bereich von 0,5 MPa bis 400 MPa. Die Elastizität des Klebematerials der Klebezonen im Außenbereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 ist in einer Ausführungsform in Summe größer als die Elastizität des Klebematerials der Klebezonen im zentralen Bereich der Oberfläche 19 es ersten optischen Elements 3.
5 zeigt einen Querschnitt durch die beispielhafte Ausführungsform der Vorrichtung von 4. mit Schnitt durch die Ebene A-A, aufweisend den geschnittenen Träger 10, das geschnittene erste optische Element 3 mit der Oberfläche 19 und der geschnittene ausgehärtete Flüssigkleber 20 eingebracht durch die erste Öffnung 15 des Trägers 10, welcher die Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 im zentralen Bereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 kontaktiert. Die Oberfläche 19 des ersten ersten optischen Elements 3 weist einen Abstand zum Träger 10 auf, welcher mittels des Flüssigklebers 20 an der dafür vorgesehenen Stelle ausgefüllt wird, in dieser Ausführungsform an der ersten Öffnung 15 am Träger 10, wobei die ersten Öffnung 15 am Träger 10 gegenüber des zentralen Bereichs der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 positioniert ist. Um die erste kreisförmige Öffnung 15 ist in dieser Ausführungsform ein weiterer Kreis eingebracht, welcher den durch die erste Öffnung 15 eingebrachten Flüssigkleber 20 in einem bestimmten Radius um die erste Öffnung 15 halten soll, damit sich der Flüssigkleber 20 nicht zu allen Seiten ausbreitet und sich komplett im Zwischenraum zwischen dem Träger 10 und dem ersten optischen Element 3 verteilt. Der Flüssigkleber 20 fixiert das erste optische Element 3 mit der Oberfläche 19 am Träger 10 stabil und positionsgenau. In weiteren Ausführungsformen wären hier auch die Verwendung von Klebestreifen oder die Kombination von Flüssigkleber 20 und Klebestreifen denkbar.
In 6, 7, 8 und 9 werden unterschiedliche Variationen für unterschiedliche Ausführungsformen zur Anbringung von Klebestellen auf der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 gezeigt, wobei für die Klebestellen Klebematerial, vorzugsweise Flüssigkleber 20 und/oder Klebestreifen, verwendet wird.
In 6 werden beispielsweise eine erste punktförmige Klebestelle 40 im zentralen Bereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 angebracht und eine zweite punktförmige Klebestelle 41, eine dritte punktförmige Klebestelle 42, eine vierte punktförmige Klebestelle 43 sowie ein fünfte punktförmige Klebestelle 44 im den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3, jeweils in den Ecken der Oberfläche 19 des optischen Elements 3.
In 7 werden beispielsweise eine sechste punktförmige Klebestelle 45, eine siebte punktförmige Klebestelle 46 sowie eine achte punktförmige Klebestelle 47 jeweils an den Ecken eines Dreiecks im zentralen Bereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 angebracht und die zweite punktförmige Klebestelle 41, die dritte punktförmige Klebestelle 42, die vierte punktförmige Klebestelle 43 sowie die fünfte punktförmige Klebestelle 44 im den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3, jeweils in den Ecken der Oberfläche 19 des optischen Elements 3.
In 8 werden beispielsweise die erste punktförmige Klebestelle 40 im zentralen Bereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 angebracht und eine neunte punktförmige Klebestelle 50, eine zehnte punktförmige Klebestelle 51, eine elfte punktförmige Klebestelle 53 sowie eine zwölfte punktförmige Klebestelle 54 im den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3, jeweils in den Ecken des ersten optischen Elements 3. Weiterhin werden eine dreizehnte punktförmige Klebestelle 52 sowie eine vierzehnte punktförmige Klebestelle 55 im den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 angebracht, jeweils in der Mitte zwischen den Ecken auf der Länge der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3.
In 9 werden beispielsweise die erste punktförmige Klebestelle 40 im zentralen Bereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 angebracht und eine Kleberaupe 60 im den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3, wobei die Kleberaupe 60 am Rand der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 entlang der Schmalseite verläuft.
In weiteren Ausführungsbeispielen sind weitere verschiedene Kombinationen der Klebestellen und/oder Klebematerialien möglich.
10, 11 und 12 stellen beispielhafte Verfahren zur Befestigung eines ersten optischen Elements 3 an einem Träger 10 dar.
In 10 wird beispielsweise in einem ersten Ausführungsschritt 70 der Träger 10 bereitgestellt und in einem zweiten Ausführungsschritt 71, welcher vorzugsweise parallel zum ersten Ausführungsschritt 70 ausgeführt werden kann, das erste optische Element 3 bereitgestellt, welches eine Oberfläche 19 mit einem zentralen Bereich und einem den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich aufweist. Anschließend werden in einem dritten Ausführungsschritt 72 der Träger 10 und das erste optische Element 3 zueinander ausgerichtet, wobei der Träger 10 und das erste optische Element 3 in einem Verfahrensbeispiel mit einem Abstand zueinander ausgerichtet werden können. Eine Fixierung verhindert ein mechanisches Verspannen der Komponenten. Anschließend wird in einem vierten Ausführungsschritt 73 Kleber, vorzugsweise Flüssigkleber 20 und/oder Klebestreifen, zwischen den Träger 10 und das erste optische Element 3 auf den zentralen Bereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 eingebracht. Flüssigkleber 20 kann beispielsweise durch eine Öffnung (11, 12, 13, 14, 15) in dem Träger 10 zwischen das erste optische Element 3 und den Träger 10 eingebracht werden. In einem fünften Ausführungsschritt 74 wird Kleber, vorzugsweise Flüssigkleber 20 und/oder Klebestreifen, zwischen den Träger 10 und das erste optische Element 3 auf den Außenbereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 eingebracht. Flüssigkleber 20 kann wiederum beispielsweise durch eine Öffnung (11, 12, 13, 14, 15) in dem Träger 10 zwischen das erste optische Element 3 und den Träger 10 eingebracht werden. Bei Verwendung von Flüssigkleber 20 wird dieser nach dem Einbringen in einem sechsten Ausführungsschritt 75 ausgehärtet, beispielsweise durch Aushärten über Zeit, z. B. Trocknung, über chemische Reaktionen, z. B. mit Luftfeuchtigkeit oder Zweikomponenten-Kleber, über einen lichtaktivierbaren Kleber oder über Wärme.
Der vierten Ausführungsschritt 73 und der fünften Ausführungsschritt 74 können auch in umgekehrter Reihenfolge oder parallel ausgeführt werden.
Alternativ kann der dritte Ausführungsschritt 72 auch nach dem vierten Ausführungsschritt 73 und fünften Ausführungsschritt 74 durchgeführt werden, wie in 11 dargestellt ist. Dies ist beispielsweise bei der Verwendung von Klebestreifen sinnvoll. Die Klebestreifen können auf dem ersten optischen Element 3 und/oder auf dem Träger 10 aufgebracht werden.
In 12 wird zunächst in einem weiteren Verfahrensbeispiel in einem ersten Ausführungsschritt 70 der Träger 10 bereitgestellt und in einem zweiten Ausführungsschritt 71, welcher vorzugsweise parallel zum ersten Ausführungsschritt 70 ausgeführt werden kann, das erste optische Element 3 bereitgestellt. Anschließend wird im vierten Ausführungsschritt 73 Kleber, vorzugsweise Klebestreifen und/oder Flüssigkleber 20, zwischen den Träger 10 und das erste optische Element 3 auf wenigstens eine Klebezone im zentralen Bereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 angebracht. In einem dritten Ausführungsschritt 72 werden danach der Träger 10 und das erste optische Element 3 zueinander ausgerichtet, und miteinander durch den im vorherigen vierten Ausführungsschritt 73 angebrachten Kleber verbunden und fixiert. Die restlichen freien Klebestellen, vorzugsweise im Außenbereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3, werden im fünften Ausführungsschritt 74 mit Kleber, vorzugsweise Flüssigkleber 20, durch eine Öffnung (11, 12, 13, 14, 15) im Träger 10 befüllt. Der Flüssigkleber 20 wird nach dem Einbringen in einem sechsten Ausführungsschritt 75 ausgehärtet, beispielsweise durch Aushärten über Zeit, z. B. Trocknung, über chemische Reaktionen, z. B. mit Luftfeuchtigkeit oder Zweikomponenten-Kleber, über einen lichtaktivierbaren Kleber oder über Wärme.
Alternativ kann der vierte Ausführungsschritt 73 auch mit dem fünften Ausführungsschritt 74 vertauscht werden, sodass nach dem ersten Ausführungsschritt 70 und dem zweiten Ausführungsschritt 71 zunächst der fünfte Ausführungsschritt 74 durchgeführt wird und wenigstens ein Klebestreifen und/oder Flüssigkleber 20 im Außenbereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 angebracht wird. Anschließend werden in einem dritten Ausführungsschritt 72 der Träger 10 und das ersten optische Element 3 zueinander ausgerichtet, und miteinander durch den im vorherigen fünften Ausführungsschritt 74 angebrachten Kleber verbunden und fixiert. Die restlichen freien Klebestellen im zentralen Bereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 werden im vierten Ausführungsschritt 73 mit Kleber, vorzugsweise Flüssigkleber 20, durch eine Öffnung (11, 12, 13, 14, 15) im Träger 10 befüllt. Sollten noch freie Klebestellen im Außenbereich der Oberfläche 19 des ersten optischen Elements 3 existieren werden diese ebenfalls mit Kleber, vorzugsweise Flüssigkleber 20, durch eine Öffnung (11, 12, 13, 14, 15) im Träger 10 befüllt. Der Flüssigkleber 20 wird nach dem Einbringen in einem sechsten Ausführungsschritt 75 ausgehärtet, beispielsweise durch Aushärten über Zeit, z. B. durch Trocknung, über chemische Reaktionen, z. B. mit Luftfeuchtigkeit oder Zweikomponenten-Kleber, über einen lichtaktivierbaren Kleber oder über Wärme.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2110700 A1 [0001]

Claims

Vorrichtung zur Befestigung eines optischen Elements (3), insbesondere in oder an einem Kraftfahrzeug, aufweisend einen Träger (10) und das optische Element (3), dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (3), aufweisend eine Oberfläche (19) mit einem zentralen Bereich und einem den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich, an der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) über eine Klebebefestigung mit wenigstens zwei Klebezonen mit dem Träger (10) verbunden ist, wobei wenigstens eine Klebezone im zentralen Bereich der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) und wenigstens eine weitere Klebezone im Außenbereich der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (3) ein Spiegel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Klebezone im zentralen Bereich der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) weniger als zwanzig Prozent einer Diagonale (30, 31) der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) von einem Flächenschwerpunkt (22) des optischen Elements (3) entfernt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung des den zentralen Bereich umgebenden Außenbereichs der Oberfläche (19) des optischen Elements (3), aufweisend eine Länge, eine Breite sowie gegenüberliegende Enden sowohl in der Länge als auch in der Breite, weniger als fünfundzwanzig Prozent der Länge der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) von den gegenüberliegenden Enden in der Länge des optischen Elements (3) entfernt ist und/oder weniger als fünfundzwanzig Prozent der Breite der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) von den gegenüberliegenden Enden in der Breite der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) entfernt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (3) eine Achse in der Länge, beispielsweise eine Symmetrieachse, vorzugsweise durch den Flächenschwerpunkt (22) und/oder eine Achse in der Breite, beispielsweise eine Symmetrieachse, vorzugsweise durch den Flächenschwerpunkt (22) aufweist und dass die Klebezonen im zentralen Bereich der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) und im Außenbereich der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) symmetrisch zur Achse in der Länge vorzugsweise durch den Flächenschwerpunkt (22) und/oder zur Achse in der Breite vorzugsweise durch den Flächenschwerpunkt (22) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Klebematerialien für die Klebezonen von unterschiedlicher Elastizität sind, wobei die Klebezone im zentralen Bereich der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) Klebematerialien mit einer ersten Elastizität und die weitere Klebezone im den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) Klebematerialen mit einer zweiten Elastizität sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebezone im zentralen Bereich der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) Klebematerial mit niedriger Elastizität und die weitere Klebezone im den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) Klebematerial mit, im Gegensatz zur niedrigen Elastizität, hoher Elastizität sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastizität des Klebematerials der weiteren Klebezonen im Außenbereich der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) in Summe größer ist als die Elastizität des Klebematerials der Klebezonen im zentralen Bereich der Oberfläche (19) des optischen Elements (3).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebematerialien für die Klebezonen Flüssigkleber (20) und/oder Klebestreifen sind.
Anzeigevorrichtung mit einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, weiterhin aufweisend eine bildgebende Einheit (2), insbesondere zur Verwendung in oder an einem Kraftfahrzeug.
Verfahren zur Befestigung eines optischen Elements (3) an einem Träger (10), dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt (a) der Träger (10) und das optische Element (3), aufweisend eine Oberfläche (19) mit einem zentralen Bereich und einem den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich, zueinander ausgerichtet werden, in einem Schritt (b) Kleber, vorzugsweise Flüssigkleber (20) und/oder Klebestreifen, zwischen den Träger (10) und das optische Element (3) auf den zentralen Bereich der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) eingebracht wird, und in einem Schritt (c) Kleber, vorzugsweise Flüssigkleber (20) und/oder Klebestreifen, zwischen den Träger (10) und das optische Element (3) auf den, den zentralen Bereich umgebenden Außenbereich der Oberfläche (19) des optischen Elements (3) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleber bei Verwendung von Flüssigkleber (20) nach dem Einbringen ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (a) der Träger (10) und das optische Element (3) mit einem Abstand zueinander ausgerichtet werden, in Schritt (b) und Schritt (c) der Kleber bei Verwendung von Flüssigkleber (20) durch eine Öffnung (11, 12, 13, 14, 15) in dem Träger (10) zwischen das optische Element (3) und den Träger (10) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (a), Schritt (b) und Schritt (c) in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden können.