DE102019203021A1 - Verfahren zum Ausrichten wenigstens zweier Bauteile - Google Patents

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Juergen Schaich
Heinrich Baldauf
Steffen Schmid
Simon Keller
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten wenigstens zweier Bauteile (14a, 14b) zueinander, welche über ein Kunststoffelement (22) miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte des Erhitzens eines durch das Kunststoffelement (22) ausgebildeten Verformbereiches (30) zwischen den Bauteilen (14a, 14b), so dass die Bauteile (14a, 14b) relativ zueinander bewegbar sind, des Ausrichtens der Bauteile (14a, 14b) zueinander, so dass die Bauteile (14a, 14b) eine geforderte relative Position zueinander aufweisen, und des Abkühlens des Verformbereiches (30), so dass die ausgerichtete relative Position der Bauteile (14a, 14b) zueinander fixiert wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten wenigstens zweier Bauteile und eine Baueinheit welche nach dem Verfahren hergestellt ist.
  • Das Ausrichten von Bauteilen zueinander ist insbesondere bei Optikkomponenten wichtig, bei denen eine Linse zu einer Bildwandlereinrichtung positioniert werden muss. Eine solche Positionierung ist aufgrund der geforderten Genauigkeit erst mit dem endgültigen Zusammenbau der Linse und der Bildwandlereinrichtung möglich. Auch bei anderen Bauteilen, bei welchen es auf eine genaue Position zueinander ankommt ist eine solche Ausrichtung wichtig.
  • Stand der Technik
  • Aus der DE 10 2017 208 194 A1 ist eine Gehäusevorrichtung zum Positionieren einer Linseneinheit relativ zu einer Bildwandlereinrichtung bekannt. Die Gehäusevorrichtung wird dabei durch ein zylinderförmiges Trommelelement gebildet, in welches die Linseneinheit eingesetzt ist. Zusätzlich weist die Gehäusevorrichtung ein Anbringungselement auf, an der die Bildwandlereinrichtung angeordnet ist. Beim Zusammenbau des Trommelelementes und des Anbringungselementes werden beide derart zueinander positioniert, dass die Linseneinheit optimal zu der Bildwandlereinrichtung ausgerichtet ist.
  • Der Hintergrund der Erfindung ist, dass die bisher bekannten Verfahren zum Ausrichten solcher Bauteile oftmals aufwändig sind. Zusätzlich besteht während des Betriebes beider Bauteile das Risiko, dass sich die relative Position beider Bauteile zueinander ändert, wodurch die Qualität dieser Ausrichtung vermindert wird.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ausrichten der relativen Position zueinander anzugeben, mit welchem die Bauteile einfacher und wirtschaftlicher zueinander ausgerichtet werden können und mit welchem die Qualität der Ausrichtung langfristig sichergestellt werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ausrichten wenigstens zweier Bauteile zueinander mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
  • Die Erfindung gibt ein Verfahren zum Ausrichten wenigstens zweier Bauteile zueinander an. Diese Bauteile sind dabei über ein Kunststoffelement miteinander verbunden. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte des Erhitzens eines durch das Kunststoffelement ausgebildeten Verformbereiches zwischen den Bauteilen, so dass die Bauteile relativ zueinander bewegbar sind, des Ausrichtens der Bauteile zueinander, so dass die Bauteile eine geforderte relative Position zueinander aufweisen, und des Abkühlens des Verformbereiches, so dass die ausgerichtete relative Position der Bauteile zueinander fixiert wird.
  • Als Bauteil im Sinne der Erfindung wird ein Teil verstanden, welches eine geforderte Position zu einem weiteren Teil aufweisen soll, so dass eine gewünschte Funktion dieser Bauteile realisierbar ist. Die Bauteile können dabei beispielsweise sowohl stofflich als auch formschlüssig mit dem Kunststoffelement verbunden sein. Die Bewegbarkeit gibt dabei eine für die Ausrichtung notwendige Bewegbarkeit an. Vorzugsweise ist eine Bewegbarkeit in allen drei Raumachsen möglich. Eine Abkühlung des Verformbereiches kann sowohl aktiv über beispielsweise äußere Kühlung als auch passiv geschehen, indem abgewartet wird.
  • Unter einem Verformbereich im Sinne der Erfindung wird ein Bereich verstanden, der thermisch verformbar ist. Dieser Bereich muss nicht extra vorgesehen sein, sondern kann auch nachträglich bei einem Kunststoffelement zum Ausrichten wenigstens zweier Bauteile thermisch verformt werden. Der Verformbereich ist somit lediglich der Bereich, für welchen eine thermische Verformung beabsichtigt ist. Ebenso kann dieser Bereich auch extra vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Werkstoffwahl oder das Vorsehen eines Bereichs geschehen, bei welchem aufgrund der Bereichslänge eine thermische Verformung möglich ist, ohne die Gesamtfunktion der Struktur wesentlich zu beeinflussen.
  • Das Verfahren bezieht sich insbesondere auf die Ausrichtung von optischen Komponenten, die um eine gute Bildqualität zu erhalten exakt zueinander ausgerichtet werden müssen. Durch das Verfahren zum Ausrichten wenigstens zweier Bauteile ist es möglich nach einem Zusammenbau die relative Position dieser Bauteile noch zu verändern, so dass eine geforderte Position erreichbar ist. Dies ermöglicht eine exakte Ausrichtung dieser Bauteile zueinander. Zudem ist kein zusätzliches Verbindungsmittel notwendig, mit welchem nach einem Ausrichten die Bauteile fixiert werden. Dadurch kann das Verfahren einfach durchgeführt werden. Auch besteht nicht die Gefahr, dass sich die Qualität der Ausrichtung durch eine Degradation des Verbindungsmittels verschlechtert.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist somit auch eine nachträgliche Ausrichtung, beispielsweise bei einer Verschlechterung der Ausrichtung, von über ein Kunststoffelement verbundenen Bauteilen einfach möglich.
  • In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Verformbereich mittels Strahlungsenergie erhitzt. Der Verformbereich wird dazu durch jede bekannte Art über Strahlung Kunststoff zu erhitzen, aufgeheizt.
  • Vorzugsweise wird der Verformbereich mittels Heißluft erhitzt. Dazu wird der Verformbereich mit der Heißluft angeblasen, so dass eine Verformbarkeit möglich ist. Dadurch kann durch einfache und wirtschaftliche Mittel eine Ausrichtung der Bauteile zueinander durchgeführt werden.
  • Bei einer bevorzugten Alternative wird der Verformbereich mittels eines Lasers erhitzt. Der Laser wird dabei direkt auf den Verformbereich ausgerichtet, so dass der Verformbereich gezielt aufgeheizt werden kann. Ein Laser wird in manchen Prozessen sowieso eingesetzt, so dass keine zusätzliche Vorrichtung notwendig ist.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird ein in dem Verformbereich angeordneter Induktionsring induktiv erhitzt. Dazu wird ein Induktionsring über ein magnetisches Wechselfeld induktiv erhitzt. Dadurch kann der Verformbereich kontaktlos und sehr gezielt erhitzt werden.
  • Vorteilhafterweise wird wenigstens eines der Bauteile über ein Laserschweißverbindung mit dem Kunststoffelement verbunden. Durch eine Laserschweißverbindung kann das Kunststoffelement mit einem anderen, beispielweise Kunststoffgegenstand, stoffschlüssig verbunden werden. Dadurch ist kein zusätzliches Verbindungsmittel, wie beispielsweise Kleber etc., notwendig. Solche Verbindungsmittel dampfen oft aus und verschlechtern beispielsweise optische Komponenten. Zusätzlich unterliegen solche Verbindungsmittel der Degradation, so dass sich die Qualität der Verbindung verschlechtern kann. Eine Laserschweißverbindung ist zusätzlich wirtschaftlich in einem Serienprozess einsetzbar.
  • Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung wird wenigstens das Kunststoffelement über ein 3D-Druckverfahren hergestellt. Solche Kunststoffelemente können dadurch auch als Prototyp verwendet werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird zusätzlich durch eine Baueinheit gelöst, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist. Die Baueinheit umfasst dabei wenigstens zwei Bauteile, die über ein Kunststoffelement miteinander verbunden sind, wobei das Kunststoffelement einen Verformbereich zwischen den Bauteilen aufweist, der wärmeverformbar ist. Mit einer solchen Baueinheit können die zu dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile erzielt werden.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist das Material des Verformbereiches zu dem übrigen Teil des Kunststoffelementes verschieden.
  • Dies bedeutet, dass für die entsprechenden Teile des Kunststoffelementes der Kunststoff mit den optimalen Eigenschaften ausgewählt werden kann. Beispielsweise kann für den Verformbereich ein Kunststoff ausgewählt werden, der eine optimale Verformbarkeit oder eine bestimmte Verformtemperatur aufweist.
  • In dem Verformbereich ist vorzugsweise ein Induktionsring angeordnet. In einer bevorzugten Ausführung ist der Induktionsring dabei in dem Kunststoffelement eingespritzt. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung kann der Induktionsring auch in eine beispielsweise Nut eingelegt sein. Der Induktionsring hat dabei den Vorteil, dass dieser auch nach einem Verformen des Verformbereiches diesen Bereich während eines Einsatzes der Baueinheit verfestigt und stabilisiert. Dadurch ist der Induktionsring nicht nur zum Ausführen des Verfahrens von Vorteil. Zusätzlich sind durch den Induktionsring die zu dem entsprechenden Verfahrensmerkmal genannten Vorteile erzielbar.
  • Bevorzugt umfasst jedes Bauteil eine optische Komponente. Durch das Vorsehen der optischen Komponenten in einer solchen Baueinheit könne die zu dem Verfahren genannten Vorteile erzielt werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
    • 1 Erstes Ausführungsbeispiel einer Baueinheit, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist,
    • 2 Zweites Ausführungsbeispiel einer Baueinheit, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, und
    • 3 Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausrichten zweier Bauteile.
  • In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Baueinheit 10, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (siehe 3) hergestellt ist, gezeigt. Die Figur zeigt einen Schnitt durch die Baueinheit 10. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist beispielhaft die Ausrichtung von Bauteilen 14a, 14b gezeigt, die durch optische Komponenten gebildet sind. Die fertige Baueinheit 10 bildet dabei eine Rückfahrkamera für ein Fahrzeug. Ein erstes dieser Bauteile 14a ist eine Linse der Rückfahrkamera. Ein zweites dieser Bauteile 14b ist durch einen Sensor gebildet, welcher die Bildinformationen an eine elektronische Leiterplatte 18 übermittelt, auf welcher der Sensor 14b angeordnet ist.
  • Die beiden Bauteile 14a, 14b sind über ein Kunststoffelement 22 miteinander verbunden. Die Linse 14a ist über ein Laserschweißverbindung 26, welche mittels eines Laserstrahlschweißverfahrens aufgebracht wurde, mit dem Kunststoffelement 22 verbunden. Zwischen den Bauteilen 14a, 14b ist ein Verformbereich 30 angeordnet. Durch Einwirkung von Wärme auf diesen Verformbereich 30, wird dieser weich und ist leicht verformbar. Dadurch können die Bauteile 14a, 14b zueinander bewegt und damit in eine geforderte relative Position zueinander gebracht werden. Nach einem Abkühlen des Verformbereiches 30 sind die Bauteile 14a, 14b in dieser relativen Position zueinander fixiert.
  • 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Baueinheit 10, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in 1 dahingehend, dass der Verformbereich 30 in diesem Ausführungsbeispiel aus einem anderen Material ausgebildet ist, als der Verformbereich 30 in dem ersten Ausführungsbeispiel. Dieses Material kann dabei entsprechend der gewünschten Verformbarkeit ausgewählt sein.
  • Zusätzlich ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel in dem Verformbereich 30 ein Induktionsring 34 angeordnet. Dieser Induktionsring 34 ist in diesem Ausführungsbeispiel in dem Verformbereich 30 eingespritzt. Ebenso ist es in einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel möglich, den Induktionsring 34 in den Verformbereich 30 einzulegen. Dieser Induktionsring 34 kann während des Erhitzens des Verformbereiches 30 induktiv erhitzt werden. Der Induktionsring 34 hat nach dem Abkühlen des Verformbereiches 30 zusätzlich den Vorteil, dass der Verformbereich 30, während des Betriebes der Baueinheit, versteift wird. Dadurch ist der Induktionsring 34 nicht nur für die Erhitzung von Vorteil.
  • In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Induktionsring 34 ebenso in einem Verformbereich 30 angeordnet sein, welcher aus dem gleichen Material ausgebildet ist, wie der übrige Bereich des Kunststoffelementes 22.
  • In 3 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausrichten zweier Bauteile 14a, 14b gezeigt. In einem ersten Schritt 38 wird der Verformbereich 30 des Kunststoffelementes 22 erhitzt. Eine solche Erhitzung kann dabei beispielsweise mittels Heißluft, Strahlungsenergie oder Laser erfolgen. Die Erhitzung erfolgt dabei so lange, bis der Verformbereich 30 eine bestimmte Temperatur und/oder die Bauteile 14a, 14b relativ zueinander bewegbar sind. Nachdem der Verformbereich 30 ausreichend heiß ist, werden in einem zweiten Schritt 42 die Bauteile 14a, 14b ausgerichtet. Die Ausrichtung wird dabei für eine x/y/z-Lage der Bauteile 14a, 14b zueinander durchgeführt, bis die geforderte relative Position erreicht wird.
  • In einem dritten Schritt 46 wird der Verformbereich 30 in der ausgerichteten Position der Bauteile 14a, 14b abgekühlt. Dies kann sowohl aktiv, durch beispielsweise aktive Luftzufuhr oder passiv geschehen. Nach dem Abkühlen des Verformbereiches 30 sind die Bauteile 14a, 14b in dieser ausgerichteten Position zueinander fixiert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017208194 A1 [0003]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Ausrichten wenigstens zweier Bauteile (14a, 14b) zueinander, die über ein Kunststoffelement (22) miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Erhitzen eines durch das Kunststoffelement (22) ausgebildeten Verformbereiches (30) zwischen den Bauteilen (14a, 14b), so dass die Bauteile (14a, 14b) relativ zueinander bewegbar sind, - Ausrichten der Bauteile (14a, 14b) zueinander, so dass die Bauteile (14a, 14b) eine geforderte relative Position zueinander aufweisen, und - Abkühlen des Verformbereiches (30), so dass die ausgerichtete relative Position der Bauteile (14a, 14b) zueinander fixiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformbereich (30) mittels Strahlungsenergie erhitzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformbereich (30) mittels Heißluft erhitzt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformbereich (30) mittels eines Lasers erhitzt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in dem Verformbereich (30) angeordneter Induktionsring (34) induktiv erhitzt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Bauteile (14a, 14b) über ein Laserschweißverbindung (26) mit dem Kunststoffelement (22) verbunden wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Kunststoffelement (22) über ein 3D-Druckverfahren hergestellt wird.
  8. Baueinheit (10) hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Baueinheit (10) wenigstens zwei Bauteile (14a, 14b) umfasst, die über ein Kunststoffelement (22) miteinander verbunden sind, wobei das Kunststoffelement (22) einen Verformbereich (30) zwischen den Bauteilen (14a, 14b) aufweist, der wärmeverformbar ist.
  9. Baueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Verformbereiches (30) zu dem übrigen Teil des Kunststoffelementes (22) verschieden ist.
  10. Baueinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Verformbereich (30) ein Induktionsring (34) angeordnet ist.
  11. Baueinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bauteil (14a, 14b) eine optische Komponente umfasst.
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