DE102022130405A1 - Verfahren zur Herstellung einer Klebeverbindung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Klebeverbindung (100) zwischen einem ersten Bauteil (1) und einem zweiten Bauteil (2), umfassend die folgenden Schritte in nicht feststehender Reihenfolge:- Bereitstellen des ersten Bauteils (1) mit einem Pin (10),- Bereitstellen des zweiten Bauteils (2) mit einer Kavität (20), wobei die Kavität (20) eine obere Öffnung (21) und eine untere Öffnung (22) aufweist,- Positionieren des zweiten Bauteils (2) am ersten Bauteil (1), wobei der Pin (10) durch die untere Öffnung (22) in die Kavität (20) eingeführt wird,- Einfüllen eines ersten Klebstoffs (3) in die Kavität (20),- Ausrichten der Bauteile (1, 2) zueinander, derart, dass das zweite Bauteil (2) eine Sollpose relativ zum ersten Bauteil (1) einnimmt,- Aushärten des ersten Klebstoffs (3), und- Erhalt der Klebeverbindung (100).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Klebeverbindung zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil, insbesondere als Komponenten einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Bei modernen Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen, insbesondere bei Frontscheinwerfern, bestehen hohe Anforderungen an eine präzise Positionierung und Orientierung von lichttechnischen Bauteilen wie Linsen oder Reflektoren relativ zu den zugehörigen Leuchtmitteleinheiten. Diese hohen Toleranzanforderungen sind dabei einerseits fertigungsseitig zu berücksichtigen, und zudem muss die Ausrichtung der lichttechnischen Bauteile auch im Praxis- und Dauerbetrieb der Beleuchtungseinrichtung innerhalb des Toleranzbereichs verbleiben. Die lichttechnischen Bauteile bzw. zugehörige Halter werden in ihrer Sollpose üblicherweise mittels Klebeverbindungen auf einem Träger fixiert, wobei insbesondere solche Klebeverbindungen hergestellt werden, bei denen ein bauteilseitiger Pin als Verbindungsstift in eine mit Klebstoff gefüllte Kavität am Träger hineinragt. Diese Art von Klebeverbindungen bietet die Möglichkeit einer Feinjustage bei der Ausrichtung der lichttechnischen Bauteile, typischerweise unter Betrieb der Leuchtmitteleinheit und Beobachtung des resultierenden Lichteindrucks auf einer Projektionsfläche.
  • Nachteilig bei der Verwendung von Klebeverbindungen ist der volumetrische Schrumpf von Klebstoffen beim Aushärten, woraus eine Veränderung der einjustierten Pose der lichttechnischen Bauteile und eine entsprechende ungewünschte Veränderung des durch die Beleuchtungseinrichtung erzeugten Lichteindrucks resultieren können. Im Stand der Technik sind Ansätze zur Vermeidung von mit Klebstoffschrumpf zusammenhängenden Beeinträchtigungen bekannt; beispielsweise offenbaren die WO 2021/115581 A1 und die WO 2021/115582 A1 Verfahren zum Aufbau von Klebeverbindungen zwischen einem Pin und einer Kavität unter Verwendung von starren oder flexiblen Distanzhaltern im Boden der Kavität und einer Vorfixierung der Klebeverbindung mit einem schnell aushärtbaren UV-Klebstoff.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Weiterbildung eines Verfahrens zur Herstellung einer Klebeverbindung vorzuschlagen, wobei die Klebeverbindung zwischen einem Pin eines ersten Bauteils und einer Kavität eines zweiten Bauteils ausgebildet wird.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Verfahren zur Herstellung der Klebeverbindung die folgenden Schritte in nicht feststehender Reihenfolge umfasst:
    • - Bereitstellen des ersten Bauteils mit einem Pin,
    • - Bereitstellen des zweiten Bauteils mit einer Kavität, wobei die Kavität eine obere Öffnung und eine untere Öffnung aufweist,
    • - Positionieren des zweiten Bauteils am ersten Bauteil, wobei der Pin durch die untere Öffnung in die Kavität eingeführt wird,
    • - Einfüllen eines ersten Klebstoffs in die Kavität,
    • - Ausrichten der Bauteile zueinander, derart, dass das zweite Bauteil eine Sollpose relativ zum ersten Bauteil einnimmt,
    • - Aushärten des ersten Klebstoffs, und
    • - Erhalt der Klebeverbindung.
  • Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, die aus dem Stand der Technik bekannte Fügeanordnung mit einem von oben in die Kavität hineinragenden Pin umzukehren, indem die Kavität mit einer zweiten, unteren Öffnung zum Einführen des Pins bereitgestellt wird. Das zweite Bauteil wird somit oberhalb des ersten Bauteils positioniert, wobei der Pin von unten in die Kavität hineinragt. Daraus ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass die zum Verbindungsaufbau benötigte Klebstoffmenge geringer ausfallen kann als bei einer Klebeverbindung aus dem Stand der Technik. Bei Letzterer besteht zwischen dem Boden der Kavität und dem von oben in die Kavität hineinragenden Pin stets ein Totvolumen, das mit Klebstoff gefüllt werden muss. Aufgrund der geringeren Klebstoffmenge und der speziellen Verbindungsgeometrie ist bei einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Klebeverbindung auch der volumetrische Schrumpf beim Aushärten des Klebstoffs geringer, woraus eine verbesserte Lagetreue resultiert, d.h., dass die durch den Schrumpf verursachten Abweichungen der zuvor einjustierten Sollpose des zweiten Bauteils relativ zum ersten Bauteil geringer sind als bei Verfahren aus dem Stand der Technik. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Klebeverbindungen zwischen Bauteilen, deren Pins bzw. Kavitäten charakteristische Dimensionen in der Größenordnung von 10 Millimeter aufweisen, beträgt die durch Klebstoffschrumpf bedingte Lageveränderung der Kavitäten relativ zu den Pins typischerweise weniger als 10 Mikrometer.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der besseren Zugänglichkeit der Kavität auch nach dem Positionieren des zweiten Bauteils am ersten Bauteil, da die obere Öffnung der Kavität, anders als bei den Fügeanordnungen aus dem Stand der Technik, nicht durch das erste Bauteil verdeckt wird. Der erste Klebstoff, und optional weitere Klebstoffe, können somit unproblematisch nach dem Positionieren des zweiten Bauteils am ersten Bauteil durch die obere Öffnung in die Kavität eingefüllt werden. Alternativ kann der erste Klebstoff bereits vor dem Positionieren des zweiten Bauteils am ersten Bauteil eingefüllt werden, d.h., bevor der Pin in die Kavität eingeführt wird.
  • Unter dem Begriff „Kavität“ ist vorliegend ein zweckmäßiger Aufnahmeraum bezeichnet, der zur Aufnahme eines Klebstoffs und zumindest eines Abschnitts eines Pins geeignet ist. Ein solcher Aufnahmeraum kann beispielsweise durch eine grubenförmige Vertiefung oder eine napfförmige Ausformung am zweiten Bauteil ausgebildet sein. Der Begriff „Pin“ bezeichnet vorliegend ein zweckmäßig vom ersten Bauteil abragendes Element, insbesondere in Gestalt eines Zapfens, das zum Einführen in die Kavität des zweiten Bauteils geeignet ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist prinzipiell nicht auf einen bestimmten Klebstofftyp beschränkt, und insbesondere ist vorliegend mit dem Begriff „Aushärten“ ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeder zur Verfestigung eines Klebstoffs führende Vorgang umfasst, insbesondere alle Prozesse der chemischen Härtung (Polymerisation, Polyaddition, etc.) oder des physikalischen Abbindens (Trocknen, Abkühlen, etc.).
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der erste Klebstoff als ein hochviskoser oder viskoelastischer Klebstoff bereitgestellt. Die Fließfähigkeit des Klebstoffs ist dabei derart gering, dass der Klebstoff während eines prozessspezifischen Zeitraums zwischen dem Einfüllen in die Kavität und dem Aushärten nicht durch die untere Öffnung der Kavität hinausfließt.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Aushärten des ersten Klebstoffs ein zweiter Klebstoff in die Kavität eingefüllt und ausgehärtet. Insbesondere kann der erste Klebstoff lediglich der Vorfixierung der einjustierten Sollpose des zweiten Bauteils dienen, und die Endfestigkeit der Klebeverbindung wird erst durch den zweiten Klebstoff erzeugt. Beispielsweise ist der zweite Klebstoff als ein 2-Komponenten-Klebstoff auf Polyurethanbasis ausgebildet.
  • Vorteilhafterweise wird der erste Klebstoff mittels Bestrahlens durch ultraviolettes Licht (UV) ausgehärtet. Die UV-Härtung ermöglicht eine schnelle Prozessführung, und aufgrund der freien Zugänglichkeit der Kavität über die obere Öffnung kann eine UV-Einstrahlung unproblematisch realisiert werden.
  • Beispielsweise werden das erste Bauteil und das zweite Bauteil als Komponenten einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, insbesondere eines Frontscheinwerfers, bereitgestellt, wobei das erste Bauteil als ein Träger und das zweite Bauteil als ein lichttechnisches Bauteil, insbesondere ein Reflektor oder eine Linse, für eine Leuchtmitteleinheit bereitgestellt werden. Insbesondere wird beim Ausrichten der Bauteile zueinander die Leuchtmitteleinheit betrieben und ein daraus resultierender Lichteindruck überwacht, sodass das Einnehmen der Sollpose des zweiten Bauteils relativ zum ersten Bauteil durch ein Erzielen eines Soll-Lichteindrucks angezeigt wird.
  • BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren dargestellt. Es zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung:
    • 1: eine Fügeanordnung mit erfindungsgemäß hergestellten Klebeverbindungen, und
    • 2a -2d: aufeinanderfolgende Schritte bei der erfindungsgemäßen Herstellung einer Klebeverbindung.
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Fügeanordnung aus einem ersten Bauteil 1 und einem zweiten Bauteil 2, die mittels (wenigstens) zweier erfindungsgemäß hergestellter Klebeverbindungen 100 miteinander verbunden sind. Als Komponenten eines Lichtmoduls einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung sind das erste Bauteil 1 als ein Träger und das zweite Bauteil 2 als ein Linsensystem ausgebildet. Auf dem ersten Bauteil 1 ist die Leuchtmitteleinheit 5 angeordnet, die eine matrixförmige Anordnung von LEDs umfasst. Für die gewünschte Leistungsfähigkeit des Lichtmoduls ist eine hochpräzise Justage der Linsen relativ zu den LEDs (jeweils außerhalb der dargestellten Schnittebene) vonnöten, und somit muss die Pose, d.h., die Lage und Orientierung des zweiten Bauteils 2 relativ zum ersten Bauteil 1 möglichst abweichungsarm einer zugehörigen Sollpose entsprechen.
  • Zum Aufbau der beiden Klebeverbindungen 100 weist das erste Bauteil 1 die zwei Pins 10 und das zweite Bauteil 2 die zwei Kavitäten 20 auf. Die Kavitäten 20 sind als Aufnahmeräume der napfförmigen Anformungen am zweiten Bauteil 2 ausgebildet und weisen jeweils die obere Öffnung 21 und die untere Öffnung 22 auf. Die Pins 1 ragen jeweils durch die untere Öffnung 22 in die Kavitäten 20 hinein, und die Klebeverbindungen 100 sind durch den ersten Klebstoff 3 und den zweiten Klebstoff 4 gebildet. Die durch Klebstoffschrumpf beim Aushärten bedingte Lageveränderung der Kavitäten 20 relativ zu den Pins 10 beträgt bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens typischerweise weniger als 10 Mikrometer.
  • Zur Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen 2a - 2d aufeinanderfolgende Schritte bei der Herstellung einer Klebeverbindung 100 gemäß der beispielhaften Fügeanordnung der 1.
  • 2a zeigt den Zustand nach dem Positionieren des zweiten Bauteils 2 am ersten Bauteil 1, wobei der Pin 10 durch die untere Öffnung 22 in die Kavität 20 eingeführt wurde. Das zweite Bauteil 2 wird typischerweise an einem nicht dargestellten Manipulator gehalten und befindet sich in einer Ausgangspose, von welcher ausgehend im weiteren Verfahren die Sollpose einjustiert wird.
  • 2b zeigt den Zustand nach dem Einfüllen des ersten Klebstoffs 3 in die Kavität 20. Wie dargestellt befindet sich die untere Öffnung 22 bei der Herstellung der Klebeverbindung geodätisch unterhalb der oberen Öffnung 21, sodass die Schwerkraft den ersten Klebstoff 3 in Richtung der unteren Öffnung 22 treibt. Deshalb wird der erste Klebstoff 3 vorzugsweise als ein hochviskoser oder viskoelastischer Klebstoff bereitgestellt, sodass er bis zum Aushärten nicht, oder zumindest nicht in signifikanter Menge, über die untere Öffnung 22 aus der Kavität 20 herausfließt.
  • 2c zeigt das Aushärten des ersten Klebstoffs 3 im Anschluss an das Ausrichten der Bauteile 1, 2 zueinander. In dem dargestellten Zustand befindet sich das zweite Bauteil 2 in der Sollpose relativ zum ersten Bauteil 1. Beim Ausrichten der Bauteile 1, 2 wurde zum Auffinden der Sollpose die Leuchtmitteleinheit 5 (siehe 1) betrieben und der resultierende Lichteindruck überwacht, beispielsweise auf einem beabstandeten Projektionsschirm. Das Einnehmen der Sollpose des zweiten Bauteils 2 relativ zum ersten Bauteil 1 wird durch das Erzielen eines Soll-Lichteindrucks angezeigt. Das Aushärten des ersten Klebstoffs 3 wird mittels Bestrahlens durch ultraviolettes Licht UV über die obere Öffnung 21 durchgeführt.
  • 2d zeigt die finale Klebeverbindung 100, wobei nach dem Aushärten des ersten Klebstoffs 3 der zweite Klebstoff 4 über die frei zugängliche obere Öffnung 21 in die Kavität 20 eingefüllt und ausgehärtet wurde. Der zweite Klebstoff 4 ist beispielsweise als ein chemisch aushärtender 2-Komponenten-Klebstoff ausgebildet und gewährleistet die notwendige Endfestigkeit der Klebeverbindung 100. Die erfindungsgemäß hergestellte Klebeverbindung 100 benötigt geringere Mengen an Klebstoff 3, 4 im Vergleich zu bekannten Pin-Kavitäts-Klebeverbindungen aus dem Stand der Technik, da vorliegend kein Totvolumen im Grund der Kavität mit Klebstoff ausgefüllt werden muss, sondern bereits die unmittelbar oberhalb der unteren Öffnung 22 befindlichen Lagen des ersten Klebstoffs 3 in Kontakt mit dem hineinragenden Pin 10 stehen. Somit fällt auch der volumetrische Klebstoffschrumpf beim Aushärten geringer aus als bei Klebeverbindungen aus dem Stand der Technik, woraus die besondere Genauigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Klebeverbindung 100 in Bezug auf die einjustierte Sollpose des zweiten Bauteils 2 relativ zum ersten Bauteil 1 resultiert.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Klebeverbindung
    1
    erstes Bauteil
    10
    Pin
    2
    zweites Bauteil
    20
    Kavität
    21
    obere Öffnung
    22
    untere Öffnung
    3
    erster Klebstoff
    4
    zweiter Klebstoff
    5
    Leuchtmitteleinheit
    UV
    ultraviolettes Licht
  • 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
    • WO 2021115581 A1 [0003]
    • WO 2021115582 A1 [0003]

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Klebeverbindung (100) zwischen einem ersten Bauteil (1) und einem zweiten Bauteil (2), umfassend die folgenden Schritte in nicht feststehender Reihenfolge: - Bereitstellen des ersten Bauteils (1) mit einem Pin (10), - Bereitstellen des zweiten Bauteils (2) mit einer Kavität (20), wobei die Kavität (20) eine obere Öffnung (21) und eine untere Öffnung (22) aufweist, - Positionieren des zweiten Bauteils (2) am ersten Bauteil (1), wobei der Pin (10) durch die untere Öffnung (22) in die Kavität (20) eingeführt wird, - Einfüllen eines ersten Klebstoffs (3) in die Kavität (20), - Ausrichten der Bauteile (1, 2) zueinander, derart, dass das zweite Bauteil (2) eine Sollpose relativ zum ersten Bauteil (1) einnimmt, - Aushärten des ersten Klebstoffs (3), und - Erhalt der Klebeverbindung (100).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Klebstoff (3) als ein hochviskoser oder viskoelastischer Klebstoff bereitgestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aushärten des ersten Klebstoffs (3) ein zweiter Klebstoff (4) in die Kavität (20) eingefüllt und ausgehärtet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Klebstoff (3) mittels Bestrahlens durch ultraviolettes Licht (UV) ausgehärtet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) und das zweite Bauteil (2) als Komponenten einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung bereitgestellt werden, wobei das erste Bauteil (1) als ein Träger und das zweite Bauteil (2) als ein lichttechnisches Bauteil, insbesondere ein Reflektor oder eine Linse, für eine Leuchtmitteleinheit (5) bereitgestellt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausrichten der Bauteile (1, 2) zueinander die Leuchtmitteleinheit (5) betrieben wird und ein daraus resultierender Lichteindruck überwacht wird, sodass das Einnehmen der Sollpose des zweiten Bauteils (2) relativ zum ersten Bauteil (1) durch ein Erzielen eines Soll-Lichteindrucks angezeigt wird.
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