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Die Erfindung betrifft eine Laserschweißverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine mit einer solchen Laserschweißverbindung insbesondere zwischen ihrem Leuchtengehäuse und ihrer Lichtscheibe ausgestattete Fahrzeugleuchte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Mit zunehmender Fertigungspräzision in der Automobiltechnik steigen die Anforderungen an die Passgenauigkeit und/oder Ausführungsgenauigkeit zumindest von außerhalb sichtbarer Verbindungen von Fügeteilen von Fahrzeugteilen. Dabei gilt das Hauptaugenmerk dem vom Endkunden unmittelbar erkennbaren äußeren Erscheinungsbild von Kraftfahrzeugen im Allgemeinen oder von Fahrzeugteilen im Speziellen.
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Anschaulich tritt dies beim so genannten Spaltmaß zu Tage, welches für Maßhaltigkeit, Abstand sowie Lage, beispielsweise hinsichtlich einer Verdrehlage, zweier oder mehrerer erkennbar unterschiedlicher, aneinander angrenzender Fahrzeugteile steht. Dabei ist ein möglichst gleichmäßiges und/oder kleines Spaltmaß einzuhalten, um die Qualitätsanforderungen einerseits hinsichtlich des Erscheinungsbilds und andererseits hinsichtlich einer möglichst strömungsgünstigen und „aus einem Guss“ erscheinenden Fahrzeugoberfläche bzw. -kontur zu erfüllen.
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Besonders augenfällig ist dies bei Kraftfahrzeugleuchten im Allgemeinen und Kraftfahrzeugheckleuchten im Speziellen, welche sich je nach Fahrzeugmodell teils nahtlos, teils mit möglichst präzise und gleichmäßig einzuhaltendem Spaltmaß bündig in die Karosserie bzw. Karosserieteile des Fahrzeugmodells einfügen müssen.
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Ein anschauliches Beispiel für die Ausführungsgenauigkeit zumindest von außerhalb sichtbarer Verbindungen von Fügeteilen von Fahrzeugteilen ist die bei einer in eingebautem Zustand einer Kraftfahrzeugleuchte beispielsweise in eine Karosserieöffnung eines Fahrzeugs von außerhalb des Fahrzeugs sichtbare Verbindung von Lichtscheibe und Leuchtengehäuse der Kraftfahrzeugleuchte.
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Ausgehend von der Automobilindustrie breiten sich die genannten Anforderungen auch auf andere Industriezweige aus, welche Fahrzeuge beispielsweise für den Einsatz zu Lande, zu Wasser und in der Luft entwickeln und herstellen. Im Folgenden ist daher vereinfacht von Fahrzeugen und Fahrzeugleuchten die Rede, gleich ob es sich hierbei um Leuchten für im Sinne von landgestützten Kraftfahrzeugen motorisch angetriebene Automobile, oder um sonstige landgestützte Fahrzeuge, oder um Flugzeuge, Fluggeräte oder Fahrzeuge zur See handelt, es sei denn, es ist explizit etwas anderes erwähnt.
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Eine Fahrzeugleuchte umfasst im Wesentlichen einen von einem Leuchtengehäuse und einer Lichtscheibe zumindest teilweise umschlossenen Leuchteninnenraum und mindestens ein darin beherbergtes Leuchtmittel mit zumindest einer zur Erfüllung wenigstens einer Lichtfunktion der Fahrzeugleuchte dienenden Lichtquelle, sowie gegebenenfalls zugehörige, beispielsweise zum Betrieb der einen oder mehreren Lichtquellen erforderliche Elektronikbauteile. In dem Leuchteninnenraum kann mindestens ein von außerhalb des Leuchteninnenraums durch eine oder mehrere von der Lichtscheibe verschlossene Lichtöffnungen hindurch gesehen hinter wenigstens einer Lichtquelle des zumindest einen Leuchtmittels angeordneter Reflektor untergebracht sein. Der Reflektor kann zumindest zum Teil durch ein separates Bauteil und/oder durch wenigstens einen Teil des Leuchtengehäuses selbst, beispielsweise vermittels einer zumindest teilweisen reflektierenden Beschichtung, gebildet sein.
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Die Lichtscheibe ist durch eine transparente Abdeckung gebildet, welche den Leuchteninnenraum sowie die von diesem beherbergten Bauteile gegen Witterungseinflüsse schützt. Die Abdeckung ist hierbei wenigstens für einen Wellenlängenbereich elektromagnetischer Wellen transparent, der zumindest einen vom für das menschliche Auge sichtbaren Teil des Spektrums elektromagnetischer Wellen umfasst. Ein solcher Wellenlängenbereich wird nachfolgend als ein für das menschliche Auge sichtbarer Bereich bezeichnet.
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Typischerweise sind das Leuchtengehäuse und die Lichtscheibe heutzutage meist aus Kunststoff hergestellt.
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Um den Eingangs erwähnten Anforderungen nachzukommen werden die bekannten Verbindungen:
- – Verschrauben,
- – Verkleben
- – Reibschweißen
zwischen der typischerweise aus einem wenigstens in einem für das menschliche Auge sichtbaren Bereich transparenten Kunststoff hergestellten Lichtscheibe und dem typischerweise aus einem wenigstens in einem für das menschliche Auge sichtbaren Bereich opaken Kunststoff hergestellten Leuchtengehäuse einer Fahrzeugleuchte immer mehr durch besonders präzise herstellbare Laserschweissverbindungen verdrängt.
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1 zeigt Beispiele für Laserschweissverbindungen 01 zwischen einem Leuchtengehäuse 02 und einer Lichtscheibe 03 nach dem Stand der Technik. Zu deren Herstellung wird ein durch einen Pfeil angedeuteter Laserstrahl 04 von der dem Leuchtengehäuse 02 abgewandten Vorderseite der Lichtscheibe 03 her durch eine Partie der Lichtscheibe 03 hindurch auf eine leuchtengehäuseseitige Schweissfläche 05 gerichtet. Gegenüber der leuchtengehäuseseitigen Schweissfläche 05 befindet sich auf der dem Leuchtengehäuse 02 zugewandten Rückseite der Lichtscheibe 03 eine lichtscheibenseitige Schweissfläche 07. Die mittels Laserschweissverbindung 01 miteinander zu verbindenden Fügeteile, hier das Leuchtengehäuse 02 und die Lichtscheibe 03, grenzen an ihren Schweissflächen 05, 07 aneinander an, wobei die Schweissflächen 05, 07 mindestens einen um wenigstens eine Lichtöffnung umlaufenden Überlappungsbereich aufweisen, in dem die Schweissflächen 05, 07 einander zumindest teilweise überlappen. Die Laserschweissverbindung 01 wird zwischen der leuchtengehäuseseitigen Schweissfläche 05 und der lichtscheibenseitigen Schweissfläche 07 vermittels des durch eine Partie der Lichtscheibe 03 hindurch auf die leuchtengehäuseseitige Schweissfläche 05 gerichteten Laserstrahls 04 hergestellt. Die fertige Laserschweissverbindung 01 nimmt zumindest einen um die wenigstens eine Lichtöffnung 08 umlaufenden Teil des Überlappungsbereichs der aneinandergrenzenden leuchtengehäuseseitigen Schweissfläche 05 und der lichtscheibenseitigen Schweissfläche 07 ein.
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Um eine Laserschweißverbindung 01 im Überlappungsbereich der leuchtengehäuseseitigen Schweissfläche 05 und der lichtscheibenseitigen Schweissfläche 07 herstellen zu können, müssen Anordnung und Verlauf der Schweissflächen 05, 07 zueinander passend ausgeführt sein.
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Dementsprechend sind zum Laserschweissen von Fahrzeugleuchten verschiedene, die Anordnung und den Verlauf der leuchtengehäuseseitigen Schweissfläche 05 und der lichtscheibenseitigen Schweissfläche 07 betreffende Gestaltungen der Laserschweissverbindung 01 zwischen Lichtscheibe 03 und Leuchtengehäuse 02 bekannt.
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Bei einer in 1a) dargestellten Laserschweissverbindung 01 ist eine Schweissrippe 06 auf dem Leuchtengehäuse 02 ausgebildet, deren der Lichtscheibe 03 zugewandte Oberfläche die leuchtengehäuseseitige Schweissfläche 05 umfasst, wohingegen bei einer in 1b) dargestellten Laserschweissverbindung 01 das Leuchtengehäuse 02 selbst als Schweissrippe 06 ausgebildet ist, deren der Lichtscheibe 03 zugewandte Oberfläche ebenfalls die Schweissfläche 05 umfasst.
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Die in 1 dargestellten Beispiele gehen jeweils von ebenen oder nahezu ebenen Lichtscheiben aus. Damit kann ein Toleranzausgleich beim Positionieren der Bauteile zueinander durch Verschieben der Lichtscheibe erfolgen.
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Die Bedeutung des Toleranzausgleichs wird besonders deutlich beim sogenannten Glaskantendesign, bei dem die Lichtscheibe entlang einer Kante abgewinkelt ist und eine sich beidseitig der Kante erstreckende Lichtöffnung des Leuchtengehäuses verschließt. Die Lichtöffnung wird hierbei durch die Ränder von die Lichtöffnung umgebenden Wandungen des Leuchtengehäuses aufgespannt, von denen zwei gegenüberliegende Ränder jeweils einen Knick aufweisen, entlang einer gedachten Verbindungslinie zwischen den beiden Knicks an der fertigen Fahrzeugleuchte die Kante der Lichtscheibe 03 verläuft. Werden beim Glaskantendesign die Schweissflächen 05, 07 beidseits des Knicks und der Kante jeweils eben parallel zu den von den Rändern aufgespannten Teilflächen der Lichtöffnung ausgeführt, so kann die Lichtscheibe in allen Richtungen verschoben werden, bis die Kante in endgültiger Position entlang der gedachten Verbindungslinie zwischen den gegenüberliegenden Knicks verläuft.
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Diese Verschiebung lässt sich bei gewölbten Lichtscheiben nicht mehr durchführen, da die Lichtscheibe an einer Gehäusekante angeschlagen wird, somit eine Fixierung darstellt und die Toleranzen der Fügeteile über die verbleibende Fügeteilgeometrie abgefangen werden muss.
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Durch
DE 10 2007 028 706 ist eine Laserschweissverbindung zwischen zwei durch ein Leuchtengehäuse und eine dessen Lichtöffnung verschließende, gewölbte Lichtscheibe gebildeten Fügeteilen bekannt. An der dem Leuchtengehäuse zugewandten Rückseite der gekrümmten Lichtscheibe ist in einem umlaufenden Randbereich eine umlaufende, lichtscheibenseitige Schweißfläche vorgesehen. In einem parallel zu einer Bezugslinie verlaufenden Querschnitt durch die Lichtscheibe hindurch gesehen, welcher zwei gegenüberliegende Abschnitte der im umlaufenden Randbereich umlaufenden lichtscheibenseitigen Schweißfläche zeigt:
- – weist die dem Leuchtengehäuse abgewandte Vorderseite der gekrümmten Lichtscheibe in gegenüberliegenden Abschnitten des Randbereichs entgegengesetzte Schrägstellungen auf,
- – verläuft die Bezugslinie als Winkelhalbierende des zwischen an die dem Leuchtengehäuse abgewandte Vorderseite der gekrümmten Lichtscheibe in gegenüberliegenden, entgegengesetzt schräg stehenden Abschnitten des Randbereichs angelegten Tangenten eingeschlossenen Winkels,
- – schließen die gegenüberliegenden Abschnitte der lichtscheibenseitigen Schweißfläche in gegenüberliegenden Abschnitten des Randbereichs gegenüber der Bezugslinie gleiche Winkel ein, und
- – weisen die Abschnitte der lichtscheibenseitigen Schweißfläche in den gegenüberliegenden Abschnitten des Randbereichs jeweils eine Schrägstellung in der selben Richtung auf, wie die Tangente an der Vorderseite des jeweiligen Abschnitts des Randbereichs.
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Im Bereich der umlaufenden lichtscheibenseitigen Schweissfläche ist eine Verdickung der Lichtscheibe im umlaufenden Randbereich vorgesehen, welche eine von der Rückseite der Lichtscheibe zumindest teilweise abstehende Schweissrippe bildet.
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Zusätzlich zu einem nur eingeschränkten Toleranzausgleich ist hierbei nachteilig, dass die Verdickung eine unvorteilhafte Wandstärkenerhöhung von in Spritzgusstechnik hergestellten Lichtscheiben am Fließwegende nach sich zieht. Diese kann zu Einfallstellen im Spritzgussprozess führen.
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Nachteilig sind hier ebenfalls mögliche Einfallstellen auf der Vorderseite der Lichtscheibe. Ferner wurde das Schweissbild der Laserschweissverbindung in Versuchen untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass die Laserschweissverbindung ein sehr unruhiges Schweissbild mit unregelmäßigem Austrieb zeigt. Dies rührt aus dem partiellen Einsinken der Schweissnaht in das Gehäusebett und lässt sich prozesstechnisch kaum beeinflussen.
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Zusätzlich ergibt sich eine sichtbare Schweissnahtlinie, die weit innen liegend vom Gesamtbauteilrand entfernt liegt. Diese weit innen liegende Schweissnahtlinie hat einen Lichtscheibenüberstand zur Folge, welcher einen erhöhten Bauraumbedarf nach sich zieht, da der Lichtscheibe eine größere Fläche eingeräumt werden muss, als zur Abdeckung der Lichtöffnung erforderlich wäre. Darüber hinaus widerspricht dies zumeist den Anforderungen an die Ausführungsgenauigkeit.
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Durch den Lichtscheibenüberstand ergibt sich ferner eine hintenliegende Tasche an der Fahrzeugleuchte, in der sich im Gebrauch bei in ein Fahrzeug eingebautem Zustand Schmutz ansammeln kann und beispielsweise sich Moos bildet.
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Zusammengefasst erlauben Laserschweißverbindungen zwischen ebenen Lichtscheiben und Leuchtengehäusen einen relativ einfachen Toleranzausgleich innerhalb der durch die Lichtscheibe gebildeten Ebene. Laserschweißverbindungen zwischen gewölbten Lichtscheiben und Leuchtengehäusen lassen einen solchen Toleranzausgleich ohne weiteres nicht zu.
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Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe sieht eine Verbesserung der Geometrie einer Laserschweißverbindung zweier Fügeteile, insbesondere einer Laserschweissverbindung zwischen einem Leuchtengehäuse und einer mindestens eine Lichtöffnung verschließenden Lichtscheibe einer Fahrzeugleuchte vor.
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Die Aufgabe wird jeweils gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
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Ein erster Gegenstand der Erfindung betrifft demnach eine Laserschweissverbindung zwischen zwei Fügeteilen, von denen ein erstes Fügeteil aus einem laserabsorbierenden, beispielsweise einem wenigstens in einem für das menschliche Auge sichtbaren Bereich des Spektrums elektromagnetischer Wellen opaken Kunststoff hergestellt ist, und von denen ein zweites Fügeteil aus einem lasertransparenten, beispielsweise wenigstens in einem für das menschliche Auge sichtbaren Bereich des Spektrums elektromagnetischer Wellen transparenten Kunststoff hergestellt ist. Die Bezeichnungen laserabsorbierend und lasertransparent beziehen sich hierbei auf eine elektromagnetische Wellenlänge von für die Herstellung einer Laserschweissverbindung verwendeten und/oder verwendbaren Laserlichts.
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Das erste Fügeteil weist mindestens eine Öffnung auf, die vermittels des mittels der Laserschweißverbindung mit dem ersten Fügeteil verbundenen und/oder verbindbaren zweiten Fügeteils verschlossen und/oder verschließbar ist.
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Die eine oder mehreren Öffnungen des ersten Fügeteils sind hierzu von einer um die mindestens eine Öffnung umlaufenden ersten Schweissfläche des ersten Fügeteils umgeben.
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Die umlaufende erste Schweissfläche kann eine oder mehrere Öffnungen des ersten Fügeteils umgeben.
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Die umlaufende erste Schweissfläche spannt eine ebene oder zwei- oder dreidimensional gewölbte oder abschnittsweise ebene und/oder zwei- und/oder dreidimensional gewölbte Fläche auf, , innerhalb der die mindestens eine von der umlaufenden ersten Schweissfläche umgebene Öffnung des ersten Fügeteils liegt, die vermittels des mittels der Laserschweißverbindung mit dem ersten Fügeteil verbundenen und/oder verbindbaren zweiten Fügeteils verschlossen und/oder verschließbar ist.
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Die erste Schweissfläche kann die von ihr aufgespannte ebene oder zwei- oder dreidimensional gewölbte oder abschnittsweise ebene und/oder zwei- und/oder dreidimensional gewölbte Fläche weiterführen. Dabei fügt sich die erste Schweissfläche sowohl im Verlauf als auch in der Neigung nahtlos an die aufgespannte Fläche an.
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Beispielsweise kann die erste Schweissfläche auf einer Randfläche liegen, welche an einen eine Öffnung umgebenden Rand angrenzt.
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An den umlaufenden Rand schließt sich eine um die mindestens eine Öffnung umlaufende Randfläche mittelbar oder unmittelbar an.
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Die Randfläche kann die vom umlaufenden Rand aufgespannte ebene oder zwei- oder dreidimensional gewölbte oder abschnittsweise ebene und/oder zwei- und/oder dreidimensional gewölbte Fläche weiterführen. Dabei fügt sich die Randfläche sowohl im Verlauf als auch in der Neigung nahtlos an die aufgespannte Fläche an.
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Die Randfläche kann wenigstens zum Teil die Schweissfläche des ersten Fügeteils bilden oder umfassen.
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Die Laserschweissverbindung zeichnet sich dadurch aus, dass das zweite Fügeteil eine mit der ersten Schweissfläche korrespondierende zweite Schweissfläche aufweist, welche sich nicht auf einer dem ersten Fügeteil zugewandten Rückseite des zweiten Fügeteils befindet, sondern eine dem ersten Fügeteil abgewandte Vorderseite und die Rückseite des bevorzugt als eine Lichtscheibe ausgeführten zweiten Fügeteils an dessen Rand verbindende Kantenfläche ganz oder teilweise einnimmt oder umfasst oder von der Kantenfläche umfasst ist.
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Das ebenfalls aus Kunststoff bevorzugt im Spritzguss hergestellte zweite Fügeteil kann hiermit eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweisen und ist damit dort, wo die Schweißfläche vorgesehen ist, dünner, nämlich von der Dicke des zweiten Fügeteils abnehmend, ausgeführt.
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Die zweite Schweissfläche befindet sich somit auf einer die Vorder- und die Rückseite des zweiten Fügeteils verbindenden Kantenfläche, wobei die Kantenfläche und/oder ein hieran angrenzender Endabschnitt oder Randbereich der Vorderseite des zweiten Fügeteils konturmäßig in einem Winkel entsprechend an die Kontur des ersten Fügeteils angepasst sein kann.
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Jeweilige Endabschnitte der gekrümmten Oberfläche der Vorderseite der Lichtscheibe können entsprechend dem Verlauf und der Neigung der ersten Schweissfläche des ersten Fügeteils in unterschiedlichen Richtungen geneigt angeordnet sein.
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Die Geometrie der Laserschweissverbindung erlaubt es, einen Laserstrahl in einem sich verjüngenden Randbereich eines zweiten Fügeteils auf eine Partie einer umlaufenden ersten Schweissfläche eines ersten Fügeteils zu richten. Durch Bewegung des Laserstrahls entlang der um mindestens eine Öffnung im ersten Fügeteil umlaufenden ersten Schweissfläche wird die Laserschweissverbindung zwischen dem ersten und zweiten Fügeteil durch miteinander Laserverschweissen zumindest von Teilen der ersten und der zweiten Schweissfläche hergestellt.
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Zur Bewegung des Laserstrahls entlang der der um mindestens eine Öffnung im ersten Fügeteil umlaufenden ersten Schweissfläche folgenden, herzustellenden Schweissnaht kann eine hierfür vorgesehene, einen Laserstrahl erzeugende Laserlichtquelle vermittels eines automatisch gesteuerten, motorisch angetriebenen Manipulators, wie beispielsweise einem sechsachsigen Roboterarm, welcher die Lage und Ausrichtung eines Manipulatorkopfs und der an diesem angeordneten Laserlichtquelle und damit den Ausgangspunkt und die Richtung des von der Laserlichtquelle abgegebenen Laserstrahls im Raum verändert, entlang einer herzustellenden Schweissnaht geführt werden.
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Bei der Laserschweissverbindung kann es sich um eine vermittels 3D-Laserschweissen hergestellte 3D-Laserschweissverbindung handeln.
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Die Führung des Auftreffpunkts des Laserstrahls entlang der der um mindestens eine Öffnung im ersten Fügeteil umlaufenden ersten Schweissfläche folgenden, herzustellenden Schweissnaht kann durch Relativbewegung von Laserlichtquelle und den zu verbindenden Fügeteilen erfolgen.
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Beispielsweise können die Fügeteile ortsfest oder beweglich gehalten werden.
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Beispielsweise kann vorsehen sein, die Laserlichtquelle translatorisch und/oder rotatorisch im Raum zu bewegen, um den Auftreffpunkt des Laserstrahls und die Fügeteile entlang einer Schweissnaht einer herzustellenden Laserschweissverbindung relativ zueinander zu bewegen.
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Die Bewegung der Laserlichtquelle kann beispielsweise in einer, in zwei oder in drei voneinander in mathematischem Sinne unabhängigen Richtungen translatorisch im Raum vorgesehen sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Bewegung der Laserlichtquelle beispielsweise um eine, zwei oder drei voneinander in mathematischem Sinne unabhängigen Achsen rotatorisch im Raum vorgesehen sein.
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Die Bewegung der Laserlichtquelle im Raum kann hierbei entlang einer der herzustellenden Schweissnaht der Laserschweissverbindung in mathematischem Sinne ähnlichen Bahnkurve erfolgen.
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Bei dem ersten Fügeteil handelt es sich bevorzugt um ein Leuchtengehäuse einer Fahrzeugleuchte.
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Bei dem zweiten Fügeteil handelt es sich bevorzugt um eine Lichtscheibe einer Fahrzeugleuchte.
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Das Material der Lichtscheibe ist vorzugsweise ein Polymethylmethacrylat (PMMA). PMMA wirkt beispielsweise zumindest teilweise absorbierend auf Laserlicht von CO2-Laserquellen, insbesondere auf Laserlicht mit Wellenlängen im Bereich von 800 nm bis 1 mm.
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Es ist ersichtlich, dass die Erfindung verwirklicht sein kann durch eine Laserschweißverbindung, die vorsieht, dass sich die Schweißfläche der Lichtscheibe nicht auf der Rückseite der Lichtscheibe befindet, sondern die Vorder- und die Rückseite der Lichtscheibe an deren umlaufender Kante bzw. Rand verbindet. Die Lichtscheibe, die eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweisen kann, ist damit dort, wo die Schweißfläche vorgesehen ist, dünner, nämlich von der Dicke der Lichtscheibe abnehmend, ausgeführt. Die Schweißfläche befindet sich somit in einem Randbereich und damit von deren Mitte aus gesehen immer am Ende der Lichtscheibe, wobei das Lichtscheibenende konturmäßig in einem Winkel entsprechend an die Kontur des Gehäuses angepasst ist.
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Zusätzliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik sind, dass:
- – sich durch die Anstellung der Schweißfläche eine Verschiebung der Lichtscheibe gegenüber dem Leuchtengehäuse zum Ausgleich von Bauteiltoleranzen realisieren lässt.
- – keine Wandstärkenerhöhung an der Lichtscheibe entsteht, die zu optischen Defekten, wie Einfallstellen, führen können.
- – sich die Lage der sichtbaren Schweissnaht an der Außenkante der Lichtscheibe befindet und damit den Designanforderungen entspricht.
- – kein wesentlicher Überstand der Lichtscheibe über dem Leuchtengehäuse entsteht, wodurch eine Schmutzansammlung in Taschen vermieden wird.
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Ein zweiter Gegenstand der Erfindung betrifft eine mit einer zuvor beschriebenen Laserschweissverbindung zwischen ihrem Leuchtengehäuse und ihrer Lichtscheibe ausgestattete Fahrzeugleuchte.
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Die Fahrzeugleuchte weist einen von einem Leuchtengehäuse und wenigstens einer Lichtscheibe wenigstens zum Teil umschlossenen Leuchteninnenraum auf. In dem Leuchteninnenraum sind Mittel zur Erfüllung mindestens einer Lichtfunktion der Fahrzeugleuchte beherbergt. Das Leuchtengehäuse weist mindestens eine durch die wenigstens eine Lichtscheibe verschlossene Lichtöffnung auf, durch welche hindurch mindestens eine Lichtfunktion der Fahrzeugleuchte abgegeben werden kann. Das Leuchtenhehäuse und wenigstens eine zumindest eine Lichtöffnung verschließende Lichtscheibe sind vermittels einer zuvor beschriebenen Laserschweissverbindung miteinander verbunden.
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Leuchtengehäuse und Lichtscheibe bestehen beide aus Kunststoff.
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Die Laserschweissverbindung und/oder die Fahrzeugleuchte können alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer einleitend in Verbindung mit dem Stand der Technik und/oder in einem oder mehreren der zum Stand der Technik erwähnten Dokumente beschriebene Merkmale aufweisen.
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Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Laserschweissverbindung und/oder die erfindungsgemäße Fahrzeugleuchte ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar. Es zeigen in schematischer Darstellung:
- 1 Ausführungsbeispiele von Laserschweissverbindungen nach dem Stand der Technik, wobei bei der Laserschweissverbindung in 1a) eine Schweissrippe auf einem Leuchtengehäuse ausgebildet ist, deren der Lichtscheibe zugewandte Oberfläche die leuchtengehäuseseitige Schweissfläche umfasst, und wobei bei der Laserschweissverbindung in 1b) das Leuchtengehäuse selbst als Schweissrippe ausgebildet ist, deren der Lichtscheibe zugewandte Oberfläche die Schweissfläche umfasst.
- 2 eine erfindungsgemäße Laserschweissverbindung in einem Querschnitt.
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Eine in 2 dargestellte Laserschweissverbindung 100 zwischen zwei Fügeteilen 101, 102, von denen ein erstes Fügeteil 101 aus einem laserabsorbierenden Kunststoff hergestellt ist und von denen ein zweites Fügeteil 102 aus einem lasertransparenten Kunststoff hergestellt ist sieht vor, dass das erste Fügeteil 101 mindestens eine durch eine gestrichelte Linie angedeutete Öffnung 103 aufweist, die von einer um die mindestens eine Öffnung 103 umlaufenden ersten Schweissfläche 104 des ersten Fügeteils 101 umgeben ist und die vermittels des mittels der Laserschweißverbindung 100 mit dem ersten Fügeteil 101 verbundenen und/oder verbindbaren zweiten Fügeteils 102 verschlossen und/oder verschließbar ist.
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Beispielsweise kann das erste Fügeteil aus einem wenigstens in einem für das menschliche Auge sichtbaren Bereich des Spektrums elektromagnetischer Wellen opaken Kunststoff hergestellt sein.
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Beispielsweise kann das zweite Fügeteil wenigstens in einem für das menschliche Auge sichtbaren Bereich des Spektrums elektromagnetischer Wellen transparenten Kunststoff hergestellt sein.
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Das zweite Fügeteil 102 weist eine mit der ersten Schweissfläche 104 korrespondierende zweite Schweissfläche 105 auf, welche sich nicht auf einer dem ersten Fügeteil 101 zugewandten Rückseite 106 des zweiten Fügeteils 102 befindet, sondern eine dem ersten Fügeteil 101 abgewandte Vorderseite 107 und eine dem ersten Fügeteil 101 zugewandte Rückseite 106 des zweiten Fügeteils an dessen Rand verbindende Kantenfläche ganz oder teilweise einnimmt oder umfasst oder von der Kantenfläche umfasst ist.
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Die zweite Schweissfläche 105 befindet sich somit auf einer die Vorderseite 107 und die Rückseite 106 des zweiten Fügeteils 102 verbindenden Kantenfläche, wobei die Kantenfläche und/oder ein hieran angrenzender Endabschnitt oder Randbereich der Vorderseite 107 des zweiten Fügeteils 102 konturmäßig in einem Winkel entsprechend an die Kontur des ersten Fügeteils 101 angepasst sein kann.
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Das ebenfalls aus Kunststoff bevorzugt im Spritzguss hergestellte zweite Fügeteil 102 kann hierdurch eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweisen und ist damit dort, wo die zweite Schweißfläche 105 vorgesehen ist, dünner, nämlich von der Dicke des zweiten Fügeteils 102 abnehmend, ausgeführt.
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Eine oder mehrere Öffnungen 103 des ersten Fügeteils 101 sind hierbei von einer um die mindestens eine Öffnung 103 umlaufenden ersten Schweissfläche 104 des ersten Fügeteils 101 umgeben. Mit anderen Worten kann die umlaufende erste Schweissfläche 104 eine oder mehrere Öffnungen 103 des ersten Fügeteils 101 umgeben.
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Beispielsweise kann die erste Schweissfläche 104 auf einer Randfläche liegen, welche an einen eine Öffnung 103 umgebenden Rand angrenzt.
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An den umlaufenden Rand schließt sich eine um die mindestens eine Öffnung 103 umlaufende Randfläche mittelbar oder unmittelbar an.
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Die Randfläche kann die vom umlaufenden Rand aufgespannte ebene oder zwei- oder dreidimensional gewölbte oder abschnittsweise ebene und/oder zwei- und/oder dreidimensional gewölbte Fläche weiterführen. Dabei fügt sich die Randfläche sowohl im Verlauf als auch in der Neigung nahtlos an die aufgespannte Fläche an.
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Die Randfläche kann wenigstens zum Teil die Schweissfläche 104 des ersten Fügeteils 101 bilden oder umfassen.
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Die Laserschweissverbindung 100 stellt eine stoffschlüssige Verbindung zwischen zu nachfolgend unter dem Begriff Bauteil zusammengefassten Gegenständen, wie etwa Fahrzeugleuchten 200 und/oder Teilen von Gegenständen zusammengefügten Fügeteilen 101, 102 insbesondere Leuchtengehäuse 201 und Lichtscheiben 202 von Fahrzeugleuchten 200 her.
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Um die Laserschweissverbindung herzustellen ist vorgesehen, einen von einer Laserlichtquelle ausgehenden, gegebenenfalls durch einen oder mehrere Spiegel und/oder Prismen ein- oder mehrfach umgelenkten und durch einen Pfeil angedeuteten Laserstrahl 108 von der dem Leuchtengehäuse 201 abgewandten Vorderseite 107 des beispielsweise als eine Lichtscheibe 202 ausgebildeten, lasertransparenten zweiten Fügeteils 102 her durch eine Randpartie des beispielsweise als eine Lichtscheibe 202 ausgebildeten, lasertransparenten zweiten Fügeteils 102 hindurch auf eine erste, leuchtengehäuseseitige Schweissfläche 104 des beispielsweise als ein Leuchtengehäuse 201 ausgebildeten, laserabsorbierenden ersten Fügeteils 101 zu richten. Gegenüber der ersten, leuchtengehäuseseitigen Schweissfläche 104 befindet sich auf der dem Leuchtengehäuse 201 zugewandten Rückseite 106 der Lichtscheibe 202 eine zweite, lichtscheibenseitige Schweissfläche 105. Die mittels Laserschweissverbindung 100 miteinander zu verbindenden Fügeteile 101, 102, hier das Leuchtengehäuse 201 und die Lichtscheibe 202, grenzen an ihren einander zugewandten ersten und zweiten Schweissflächen 104, 105 aneinander an. Die ersten und zweiten Schweissflächen 104, 105 weisen mindestens einen um wenigstens eine als Lichtöffnung dienende Öffnung 103 umlaufenden Überlappungsbereich auf, in dem die ersten und zweiten Schweissflächen 104, 105 einander zumindest teilweise überlappen. Die Laserschweissverbindung 100 wird zwischen der ersten, leuchtengehäuseseitigen Schweissfläche 104 und der zweiten, lichtscheibenseitigen Schweissfläche 105 vermittels des durch eine Randpartie der Lichtscheibe 202 hindurch auf die erste, leuchtengehäuseseitige Schweissfläche 104 gerichteten Laserstrahls 108 hergestellt. Der Laserstrahl 108 wird vom laserabsorbierenden Kunststoff des ersten Fügeteils 101 zumindest teilweise derart stark absorbiert, dass der Kunststoff im Bereich der ersten Schweissfläche 104 schmilzt. Da die zweite Schweissfläche 105 im aufgeschmolzenen Bereich der ersten Schweissfläche angrenzt, gehen die erste und die zweite Schweissfläche 104, 105 zumindest entlang einer linienförmigen Schweissnaht eine stoffschlüssige Verbindung miteinander ein. Die fertige Laserschweissverbindung 100 nimmt somit zumindest einen um die wenigstens eine als Lichtöffnung dienende Öffnung 103 umlaufenden Teil des Überlappungsbereichs der aneinandergrenzenden ersten, leuchtengehäuseseitigen Schweissfläche 104 und der zweiten, lichtscheibenseitigen Schweissfläche 105 ein.
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Wichtig ist hervorzuheben, dass es die Geometrie der Laserschweissverbindung 100 erlaubt, einen Laserstrahl 108 in einem sich verjüngenden Randbereich eines zweiten Fügeteils 102 auf eine Partie einer umlaufenden ersten Schweissfläche 104 eines ersten Fügeteils 101 zu richten. Durch Bewegung des Laserstrahls 108 entlang der um mindestens eine Öffnung 103 im ersten Fügeteil 101 umlaufenden ersten Schweissfläche 104 wird die Laserschweissverbindung 100 zwischen dem ersten Fügeteil 101 und zweiten Fügeteil 102 durch miteinander Laserverschweissen zumindest von Teilen der ersten Schweissfläche 104 und der zweiten Schweissfläche 105 hergestellt.
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Generell kann die Führung des Auftreffpunkts des Laserstrahls 108 entlang der der um mindestens eine Öffnung 103 im ersten Fügeteil 101 umlaufenden ersten Schweissfläche 104 folgenden, herzustellenden Schweissnaht durch Relativbewegung von Laserlichtquelle und den zu verbindenden Fügeteilen 101, 102 erfolgen.
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Beispielsweise können die Fügeteile 101, 102 ortsfest oder beweglich gehalten werden.
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Beispielsweise kann vorsehen sein, die Laserlichtquelle translatorisch und/oder rotatorisch im Raum zu bewegen, um den Auftreffpunkt des Laserstrahls 108 und die Fügeteile 101, 102 entlang einer Schweissnaht einer herzustellenden Laserschweissverbindung 100 relativ zueinander zu bewegen.
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Die Bewegung der Laserlichtquelle kann beispielsweise in einer, in zwei oder in drei voneinander in mathematischem Sinne unabhängigen Richtungen translatorisch im Raum vorgesehen sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Bewegung der Laserlichtquelle beispielsweise um eine, zwei oder drei voneinander in mathematischem Sinne unabhängigen Achsen rotatorisch im Raum vorgesehen sein.
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Die Bewegung der Laserlichtquelle im Raum kann hierbei entlang einer der herzustellenden Schweissnaht der Laserschweissverbindung 100 in mathematischem Sinne ähnlichen Bahnkurve erfolgen.
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In der ein Teilgebiet der Mathematik darstellenden Geometrie sind zwei Figuren genau dann zueinander ähnlich, wenn sie durch eine häufig als Ähnlichkeit bezeichnete Ähnlichkeitsabbildung ineinander überführt werden können. Im Sinne der vorliegenden Erfindung sind die Bahnkurve, entlang welcher die auf die erste Schweissfläche 104 der herzustellenden Schweissnaht ausgerichtete Laserlichtquelle im Raum bewegt wird, und der Verlauf der herzustellenden Schweissnaht ähnlich, wenn eine geometrische Abbildung existiert, die sich aus zentrischen Streckungen und Kongruenzabbildungen, wie beispielsweise Verschiebungen, Drehungen, Spiegelungen zusammensetzen lässt und die Bahnkurve auf die herzustellende Schweissnaht abbildet. Winkel und Streckenverhältnisse stimmen bei durch die Bahnkurve und die herzustellende Schweissnaht gebildeten, ähnlichen Figuren überein. Ähnlichkeit erweitert somit die Kongruenz um die Möglichkeit der Streckung.
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Zur Relativbewegung des Laserstrahls 108 entlang der der um mindestens eine Öffnung 103 im ersten Fügeteil 101 umlaufenden ersten Schweissfläche 104 folgenden, herzustellenden Schweissnaht kann eine hierfür vorgesehene, einen Laserstrahl 108 erzeugende Laserlichtquelle beispielsweise vermittels eines automatisch gesteuerten, motorisch angetriebenen Manipulators, wie beispielsweise einem sechsachsigen Roboterarm, welcher die Lage und Ausrichtung eines Manipulatorkopfs und der an diesem angeordneten Laserlichtquelle und damit den Ausgangspunkt und die Richtung des von der Laserlichtquelle abgegebenen Laserstrahls 108 im Raum verändert, entlang einer herzustellenden Schweissnaht geführt werden.
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Die umlaufende erste Schweissfläche 104 kann eine ebene oder zwei- oder dreidimensional gewölbte oder abschnittsweise ebene und/oder zwei- und/oder dreidimensional gewölbte Fläche aufspannen, innerhalb der die mindestens eine von der umlaufenden ersten Schweissfläche 104 umgebene Öffnung 103 des ersten Fügeteils 101 liegt, welche Öffnung 103 vermittels des mittels der Laserschweißverbindung 100 mit dem ersten Fügeteil 101 verbundenen und/oder verbindbaren zweiten Fügeteils 102 verschlossen und/oder verschließbar ist.
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Die erste Schweissfläche 104 kann die von ihr aufgespannte, ebene oder zwei- oder dreidimensional gewölbte oder abschnittsweise ebene und/oder zwei- und/oder dreidimensional gewölbte Fläche weiterführen. Dabei fügt sich die erste Schweissfläche 104 sowohl im Verlauf als auch in der Neigung nahtlos an die von ihr aufgespannte Fläche an.
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Jeweilige Endabschnitte der gekrümmten Oberfläche der Vorderseite 107 des bevorzugt aus Lichtscheibe 202 ausgeführten zweiten Fügeteils 102 können entsprechend dem Verlauf und der Neigung der ersten Schweissfläche 104 des ersten Fügeteils 101 in unterschiedlichen Richtungen geneigt angeordnet sein.
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Bei dem ersten Fügeteil 101 handelt es sich bevorzugt um ein Leuchtengehäuse 201 einer Fahrzeugleuchte 200.
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bei dem zweiten Fügeteil 102 handelt es sich bevorzugt um eine Lichtscheibe 202 einer Fahrzeugleuchte 200.
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Das Material der Lichtscheibe 202 kann beispielsweise ein Polymethylmethacrylat (PMMA) sein.
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Eine eine zuvor beschriebene Laserschweissverbindung 100 aufweisende Fahrzeugleuchte 200 kann mit einem von einem Leuchtengehäuse 201 und wenigstens einer Lichtscheibe 202 wenigstens zum Teil umschlossenen Leuchteninnenraum 204 ausgestattet sein, in dem Mittel zur Erfüllung mindestens einer Lichtfunktion der Fahrzeugleuchte 200 beherbergt sein können. Grundsätzlich sind auch andere Ausgestaltungen von Fahrzeugleuchten denkbar. Das Leuchtengehäuse 201 weist mindestens eine durch wenigstens eine Lichtscheibe 202 verschlossene Lichtöffnung 203 zur Abgabe mindestens einer Lichtfunktion der Fahrzeugleuchte 200 auf. Das Leuchtenhehäuse 201 und wenigstens eine zumindest eine Lichtöffnung 203 verschließende Lichtscheibe 202 sind vermittels einer zuvor beschriebenen Laserschweissverbindung 100 miteinander verbunden.
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Das Leuchtengehäuse 201 und die Lichtscheibe 202 bestehen hierbei beide jeweils aus einem Kunststoff.
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Wichtig ist hervorzuheben, dass sich die Schweissflächen 104, 105 am Rand bzw. in einem Querschnitt von deren Mitte aus gesehen am Ende der Lichtscheibe 202 befinden, wobei das Lichtscheibenende konturmäßig in einem Winkel entsprechend an die Kontur des Leuchtengehäuses 201 angepasst ist.
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Die Schweissnahtgeometrie wird durch die Gehäusewandung und die im entsprechenden Winkel angestellte Außenkontur der Lichtscheibe 202 gebildet. Am Leuchtengehäuse 201 können unterhalb der Schweissnaht erforderliche Positionierelemente für das Leuchtengehäuse 201 und Auflageflächen zur Abstützung gegen die Fügekräfte vorgesehen sein. Der Laserstrahl 108 tritt seitlich durch die Lichtscheibe 202 ein und trifft auf der ersten Schweissnaht 104 auf das Leuchtengehäuse 201, welches den absorbierenden Partner bei der Herstellung der Laserschweissverbindung 100 bildet.
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Durch die Anstellung der Schweissflächen 104, 105 lässt sich eine zumindest geringfügige Verschiebung der Lichtscheibe 202 relativ zum Leuchtengehäuse 201 zum Ausgleich von Bauteiltoleranzen vor der Herstellung der Laserschweissverbindung 100 verwirklichen.
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Es entsteht keine Wandstärkenerhöhung an der Lichtscheibe 202, die beim Stand der Technik zu optischen Defekten, wie Einfallstellen, führt.
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Die Lage der sichtbare Schweissnaht befindet sich an der Außenkante des Bauteils und erfüllt damit auch höchste Anforderungen an Ausführungsgenauigkeit.
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Es entsteht kein wesentlicher Überstand der Lichtscheibe 202 über dem Leuchtengehäuse 201.
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Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Herstellung von Fahrzeugleuchten gewerblich anwendbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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