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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe durch Justieren und Verbinden von mindestens zwei Werkstücken unter Verwendung mindestens eines, mittels eines Fixierklebers zwischen den Werkstücken angeordneten Verbindungsteils.
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Zum Verbinden von Werkstücken, die zueinander eng tolerierte positionsgenaue Anordnungen ausbilden sollen, gilt Kleben als ein grundsätzlich ungünstiges Verfahren, da die Abmessungen von Klebestellen nicht besonders genau vorgebbar sind und diese, vor allem beim Aushärtungsprozess, ihre Dimensionen durch Schrumpfungs- und Schwindungsprozesse („Schrumpf”) verändern.
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Problematisch dabei ist, dass sich durch Schrumpfung einer Klebestelle die vorher zwischen den Werkstücken genau eingestellten Abstände verändern können, wodurch eine an den Werkstücken vorgenommene Justierung noch nachträglich beeinträchtigt wird. Besonders nachteilig ist, dass sich Klebestellen durch äußere Temperaturänderungen und Einwirkung von Feuchtigkeit auch noch nach dem Aushärten stark verändern können.
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Nachteilig ist auch, dass zum Ausfüllen von Zwischenräumen, die sich beim gegenseitigen Ausrichten zwischen Werkstücken ergeben können, relativ große Klebstoffmengen erforderlich sind. Demensprechend benötigt man relativ lange Aushärtezeiten und daraus folgend lange Zykluszeiten im Produktionsprozess. Dabei gilt, dass je größer die Zwischenräume zwischen den Werkstücken sind, desto größer sind auch die nachträglichen absoluten Abstandsänderungen durch Schrumpfungsprozesse.
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Bei Baugruppen, bei denen die Positionen von Werkstücken vor dem Klebeprozess relativ zueinander einjustiert werden, ist es zudem nachteilig, dass die mit Klebstoff ausgefüllten Abstände zwischen den Werkstücken von einer Baugruppe zur nächsten im Allgemeinen unterschiedlich groß ausfallen. Dementsprechend ist es schwer, einen stabil reproduzierbaren Klebeprozess zu gewährleisten.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2005 006 753 A1 ist ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff bekannt. Dieses Verfahren sieht vor, zur Herstellung einer Baugruppe die Positionen von mindestens zwei Werkstücken relativ zueinander zu justieren und die Werkstücke anschließend durch einen Klebeprozess miteinander zu verbinden. Hierzu wird nach dem Justiervorgang mindestens ein Verbindungsteil mit den Werkstücken in Kontakt gebracht und mit den Werkstücken mittels eines Fixierklebers verbunden. Der Fixierkleber kann dünn auf die Werkstücke und/oder auf die Verbindungsteile aufgebracht werden und ermöglicht es dadurch, sehr enge Klebespalte vorzusehen.
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Dieses Verfahren vermeidet bereits einige der vorgenannten Schwierigkeiten. Problematisch bleibt aber, dass die Verbindungsteile erst nach dem Justieren in die durch den Justageprozess dimensionierten Zwischenräume zwischen den Werkstücken eingesetzt werden. Hierdurch bedingt, ist es zumeist nicht möglich, Verbindungsteile flächenhaft mit allen Werkstücken zu verkleben, da die Größe der Verbindungsteile von vornherein feststeht, die Abstände und relativen Positionen der Werkstücke aber von Baugruppe zu Baugruppe unterschiedlich sind. Daher sind im Allgemeinen zwischen den Werkstücken und den Verbindungsteilen nur sehr kleinflächige Fixierkleberverbindungen (dem Prinzip nach sind es Punkt- oder Linienverbindungen) herstellbar. Solche Klebeverbindungen sind allerdings mechanisch nicht sehr stabil.
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Daher sieht das in der
DE 10 2005 006 753 A1 beschriebene Verfahren auch als letzten Verfahrensschritt vor, die durch die Verbindungsteile und den Fixierkleber aneinander fixierten Werkstücke abschließend durch einen weiteren Klebstoff zu stabilisieren, wobei dieser weitere Klebstoff relativ großvolumig aufgebracht wird und insbesondere die Verbindungsteile überdeckt. Dieser Klebstoff schrumpft zwar auch beim Aushärten, was hier aber weniger problematisch ist, da die Verbindungsteile und der Fixierkleber eine nachträgliche Dejustierung der Werkstücke vermeiden. Da die Werkstücke durch ihre Vorfixierung dem Schrumpfungsprozess nicht folgen können, verschlechtert sich aber nicht selten der Kontakt zwischen den Werkstücken und dem weiteren Klebestoff, was wiederum durch den Einsatz einer relativ großen Klebstoffmenge ausgeglichen werden muss.
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Dieser letzte Verfahrensschritt ist somit kostenaufwendig durch den Materialeinsatz des weiteren Klebstoffs, der prinzipbedingt zudem relativ großvolumig aufgetragen werden muss, und daher in erheblichen Mengen verbraucht wird. Weiterer Kostenaufwand entsteht durch die Prozesszeit, die das Aushärten einer relativ großen Klebstoffmenge erfordert.
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Es stellte sich die Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe durch Justieren und Verbinden von mindestens zwei Werkstücken durch ein Klebeverfahren zu schaffen, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet oder zumindest deutlich verringert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abfolge der im Anspruch 1 genannten Verfahrensschritte gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, noch vor dem gegenseitigen positionsgenauen Ausrichten der Werkstücke, Verbindungsteile an die Werkstücke anzufügen. Die Verbindungsteile weisen, ebenso wie die Werkstücke, vorzugsweise plane, Flächen auf, die jeweils paarweise parallel aneinandergefügt, ein gegenseitiges Ausrichten von Werkstücken und Verbindungsteilen, und optional auch von mehreren Verbindungsteilen gegeneinander, ermöglichen. Diese aneinander anzufügenden Flächen werden hier nachfolgend als Justierflächen bezeichnet.
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Vor dem Aneinanderfügen von jeweils zwei einander zugeordneter Justierflächen wird mindestens auf eine dieser Justierflächen ein Fixierkleber aufgetragen. Hierdurch entstehen Verbindungen zwischen den Werkstücken und den Verbindungsteilen, die sehr geringe Abstände aufweisen können, welche wesentlich durch die jeweilige Schichtdicke des zwischen die Justierflächen eingebrachten Fixierklebers bestimmt wird.
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Vorteilhafterweise kann der Fixierkleber sehr dünn auf die Justierflächen aufgetragen werden, wodurch vorteilhaftweise auch bei einem relativ großflächigen Auftrag die eingesetzten Klebstoffmengen relativ gering bleiben. Besonders vorteilhaft ist, dass beim Zusammenfügen von Werkstücken und Verbindungsteilen die Abstände zwischen den mit Fixierkleber versehenen Justierflächen so gering sein können, dass bereits vor dem Verfestigen des Fixierklebers zwischen diesen ausreichend starke Adhäsionskräfte auftreten, um die zusammengefügten Teile vorläufig zusammenzuhalten.
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Die Adhäsionskräfte bewirken speziell, dass die zusammengefügten Teile senkrecht zu den Justierflächen nur noch mit einem sehr hohen Kraftaufwand zu trennen sind. Dieser Effekt ist beispielsweise von aneinander gelegten feuchten Glasscheiben bekannt, die nach dem Zusammenfügen in der Richtung senkrecht zu den Scheibenflächen kaum noch zu trennen sind, dafür aber mit relativ geringem Kraftaufwand parallel zueinander verschoben oder auch gegeneinander verdreht werden können.
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Auch die mit dem Fixierkleber versehenen Justierflächen der zu verbindenden Teile werden möglichst eng aneinandergefügt und sind dann durch die Adhäsionskräfte zwischen den Justierflächen bereits in einer Richtung, nämlich in der Richtung der Flächennormalen der Justierflächen, vorläufig miteinander fixiert
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Ein paralleles Verschieben und Verdrehen der aneinander gefügten Teile ist entlang der Justierflächen mit einem geringen Kraftaufwand möglich, solange der aufgetragene Fixierkleber nicht ausgehärtet ist. Zwei adhäsiv verbundene Justierflächen können so in zwei zueinander senkrechten Richtungen translatorisch in der Verbindungsebene der Justierflächen verschoben und zusätzlich um die Richtung der Flächennormalen der Verbindungsebene gedreht werden.
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Beim Verbinden von zwei Werkstücken über ein Verbindungsteil ergeben sich üblicherweise zwei über Justierflächen herstellgestellte Verbindungsebenen, nämlich jeweils eine zwischen jedem Werkstück und dem Verbindungsteil. In diesen beiden Verbindungsebenen können unabhängig voneinander Justierbewegungen erfolgen. Hierdurch ergeben sich insgesamt vier mögliche translatorische Justierrichtungen, von denen normalerweise nur drei benötigt werden. Darüber hinaus ergeben sich durch Drehung um die Flächennormale jeder Verbindungsebene zwei rotatorische Justiermöglichkeiten.
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Die sich durch ein einziges Verbindungsteil ergebenden Justierfreiheitsgrade sind für viele Anwendungsfälle durchaus ausreichend. Grundsätzlich fehlt nur noch ein weiterer Justierwinkel, um ein Werkstück völlig frei im Raum positionieren zu können. Wird diese Justiermöglichkeit benötigt, kann optional vorgesehen werden, zwei Werkstücke über zwei aneinander gekoppelte Verbindungsteile miteinander zu verbinden, wobei die beiden Verbindungsteile ihrerseits über Justierflächen adhäsiv miteinander verbunden sind. Hierdurch ergibt sich insbesondere ein zusätzlicher rotatorischer Freiheitsgrad für den Justiervorgang.
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Das Ausrichten der Werkstücke kann vorteilhafterweise über eine automatisch gesteuerte Vorrichtung, etwa eine computergesteuerte mehrachsig verfahrbare Manipulationsvorrichtung erfolgen, welche die Werkstücke und Verbindungsteile gegeneinander verschiebt und verdreht, bis die Werkstücke die vorgesehenen Positionen relativ zueinander einnehmen. Die Erkennung dieser Positionen und eine vorzugsweise vollautomatische Steuerung der Manipulationsvorrichtung können vorteilhaft mit Hilfe einer bilderfassenden Vorrichtung erfolgen.
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Vorteilhaft kann vorgesehen werden, dass die Manipulationsvorrichtung die Fügeteile nicht nur gegeneinander bewegt sondern auch in der einjustierten Position solange abstützt bis der Fixierkleber ausgehärtet ist.
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Für eine Nutzung des Klebeverfahrens in der industriellen Massenfertigung ist es vorteilhaft, wenn der Fixierkleber für die Zeitdauer des Justiervorgangs flüssig bleibt, und danach möglichst schnell aushärtet, damit die fertige Baugruppe schnell etwa der Manipulationsvorrichtung entnommen werden und die Fertigung der nächsten Baugruppe erfolgen kann.
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Hierzu kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Fixierkleber ein Mehrkomponentenkleber ist, der nach dem Zusammenfügen seiner Komponenten nach einer vorher bekannten Zeit fest wird. Besonders vorteilhaft ist, wenn diese Zeit, beispielsweise durch die Vorgabe eines Mischungsverhältnis der Kleberkomponenten, passend zur Dauer eines Justiervorgangs festlegbar ist.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn das Aushärten des Fixierklebers am Ende des Justiervorgangs durch eine äußere Einwirkung induziert werden kann, etwas durch Einwirkung von Wärme oder einer anderen elektromagnetischen Strahlung, die innerhalb oder außerhalb des optischen Wellenlängenbereichs liegen kann. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn entweder die Werkstücke und/oder das oder die Verbindungsteile für die verwendete Strahlungsart transparent ist/sind, so dass die Strahlung jeweils durch mindestens ein Werkstück oder ein Verbindungsteil an jede Klebefläche gelangen kann.
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Besonders vorteilhaft ist, dass alle erforderlichen Klebeverbindungen der Baugruppe an Justierflächen hergestellt werden können und somit flächenhafte Klebeverbindungen ausbilden. Hierdurch erreicht man allein mit einem sparsam einsetzbaren Fixierkleber für viele Anwendungsfälle ausreichend stabile Klebeverbindungen, so dass aufwändige zusätzliche stabilisierende Verbindungsmittel, etwa mechanische Befestigungselemente oder ein zusätzlicher Klebstoff, in der Regel nicht benötigt werden.
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Für Anwendungsfälle, in denen dennoch eine zusätzlich verstärkte Verbindung erwünscht oder erforderlich ist, kann diese besonders vorteilhaft durch ein Schweißverfahren, wie zum Beispiel je nach zu verbindendem Material, durch Strom- oder Laserschweißen, hergestellt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen jeweils Werkstücke und Verbindungsteile, die miteinander montiert hier als Baugruppe beispielhaft jeweils eine Kameraanordnung ausbilden. Erläutert werden mehrere Ausführungsbeispiele einer mindestens ein Objektiv und eine Bildsensorplatine aufweisenden Kameraanordnung, die insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein kann.
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Die 1 und 2 zeigen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch eine erste Kameraanordnung aus zwei unterschiedlichen Perspektiven. Die 1 zeigt die Kameraanordnung in einer Seitenansicht. Die beiden durch das Verfahren zu verbindenden Werkstücke W1, W2 sind hier beispielhaft das Gehäuse W1 eines Kameraobjektivs O, sowie eine Leiterplatte W2, auf deren Oberfläche ein planer Bildsensor S angeordnet ist.
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Zum Erreichen einer optimalen Funktion ist es erforderlich, dass die Mittelachse M des Kameraobjektivs O zur Erfassungsebene des Bildsensors S sowohl senkrecht ausgerichtet als auch zentriert ist. Bei einer für solche Kameras üblichen festen Brennweite des Kameraobjektivs O ist zudem der Abstand des Kameraobjektivs zum Bildsensor S, oder entsprechend zur Oberfläche der Leiterplatte W2, auf einen bestimmten Wert einzustellen. Es sei hier der Einfachheit halber angenommen, dass das Kameraobjektiv O in einer festen Verbindung zum Objektivgehäuse W1 steht, so dass eine Ausrichtung des Objektivgehäuses W1 zugleich das Kameraobjektiv O relativ zur Leiterplatte W2 einjustiert.
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Solche Kameras sind oftmals Teil eines komplexeren Aufbaus und weisen dann aus Kostengründen kein eigenes Gehäuse auf. Zur Befestigung und genauen Ausrichtung von Objektivgehäuse W1 und Leiterplatte W2 aneinander sind daher mechanische Verbindungmittel einzusetzen.
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Zur Verbindung der beiden Werkstücke Kameraobjektivgehäuse W1 und Leiterplatte W2 ist hier beispielhaft ein quaderförmiges Verbindungsteil V vorgesehen. Zur mechanischen Anbindung an das Objektivgehäuse W1 und an die Leiterplatte W2 wird jeweils eine Stirnfläche F1 und eine Seitenfläche F2 des Verbindungsteils V dünn mit einem hier nicht dargestellten Fixierkleber bestrichen. Die beiden Werkstücke W1 und W2 werden anschließend händisch oder mit Hilfe einer Haltevorrichtung oder mittels einer mehrachsigen Manipulationsvorrichtung in eine ungefähr montagerichtige Position zueinander gebracht, in der sich das Kameraobjektiv O oberhalb des Bildsensorchips S befindet. Das Verbindungsteil V wird danach mit den mit dem Fixierkleber bestrichenen Justierflächen F1, F2 an parallele Justierflächen (die in dieser Zeichnung nicht durch eigene Bezugszeichen bezeichnet sind) der beiden Werkstücke W1, W2 angedrückt. Nach diesen Verfahrensschritten ist der in den 1 und 2 dargestellte Montagezustand hergestellt.
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Wie besonders deutlich in der 2 erkennbar ist, liegt eine Stirnfläche F1 des Verbindungsteils V auf der Oberfläche der Leiterplatte W2 auf, während eine Seitenfläche F2 des Verbindungsteils V an einer Außenfläche des Objektivgehäuses W1 anliegt. Durch eine sehr dünn aufgetragene Fixierkleberschicht entstehen sehr enge Klebespalte zwischen den miteinander verbundenen Justierflächen von dem Verbindungsteil V und den Werkstücken W1, W2, wodurch an den Justierflächen F1, F2 zwischen diesen Teilen jeweils adhäsive Kräfte wirksam werden.
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Diese Adhäsionskräfte bewirken speziell, dass das Verbindungsteil V in den Richtungen senkrecht zu den Justierflächen F1, F2 nur sehr schwer von den Werkstücken W1, W2 zu trennen ist, so dass in diesen Richtungen bereits durch die Adhäsionskräfte ein stabiler Zusammenhalt zwischen den Werkstücken W1, W2 und dem Verbindungsteil V gegeben ist.
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Der Fixierkleber ist so gewählt, dass er nicht unmittelbar nach dem Auftragen aushärtet. Dadurch ist es möglich, die adhäsiv verbundenen Justierflächen relativ leicht parallel zueinander zu verschieben und zu verdrehen, wodurch die Werkstücke W1, W2 relativ zum Verbindungteil V und damit auch relativ zueinander einjustiert werden können, ohne dabei die geringe Breite der mit Fixierkleber gefüllten Klebespalte zwischen diesen Teilen zu verändern.
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Die möglichen Justierrichtungen und Justierwinkel sind in der 2 durch eingezeichnete Pfeile angedeutet. So kann die Stirnfläche F1 des Verbindungsteils V auf der Oberfläche der Leiterplatte W2 entlang von zwei zueinander senkrechten Richtungen x und y verschoben und zusätzlich um einen Winkel α um die Richtung senkrecht zur Justierfläche F1 verdreht werden.
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Zudem ermöglicht die Verbindung der Seitenfläche F2 des Verbindungsteils V mit der Außenfläche des Objektivgehäuses W1 den Ausgleich einer möglichen Verkippung des Objektivgehäuses W1 durch eine Drehung um einen Winkel β um die Richtung senkrecht zur Justierfläche F2. Zusätzlich kann durch eine Verschiebung entlang der eingezeichneten z-Richtung der vertikale Abstand zwischen den beiden Werkstücken W1, W2 einjustiert werden, wodurch zugleich der Abstand zwischen dem Kameraobjektiv O und dem Bildsensor S eingestellt wird.
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Die derart einjustierten Positionen der Werkstücke W1, W2 und dem Verbindungsteil V relativ zueinander, werden danach bis zum Aushärten des Fixierklebers durch hier nicht dargestellte mechanische Mittel abgestützt. Zu diesen mechanischen Mittel können etwa trennbare Verbindungen vom Verbindungsteil V und von den Werkstücken W1, W2 zu einem Kunststoffhalterahmen gehören oder aber eine computergesteuerte Manipulationsvorrichtung, durch welche auch der eigentliche Justiervorgang vollautomatisch durchgeführt werden kann.
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Haben die Werkstücke W1, W2 ihre vorgesehene relative Positionierung zueinander erreicht, so werden die Werkstücke W1, W2 in ihren Positionen gehalten, bis der Fixierkleber ausgehärtet ist und die Teile damit fest miteinander verbunden sind. Da die Fixierkleberverbindungen flächenhaft ausgebildet sind, sind in vielen Anwendungsfällen zusätzliche stabilisierende Maßnahmen danach nicht erforderlich.
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Das Aushärten des Fixierklebers kann, je nach Wahl des Fixierklebers, nach einer vorbekannten Zeit erfolgen, die etwa dadurch bestimmt ist, dass ein Lösungsmittel des Fixierklebers verdunstet ist oder ein Mehrkomponentenklebstoff eine ausreichende Vernetzung erreicht hat.
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Für industrielle Anwendungen mit hohen Stückzahlen ist es vorteilhaft, wenn der Aushärtungsprozess durch äußere Einflüsse, beispielsweise durch Einwirkung einer Wärme- oder UV-Strahlung, eingeleitet werden kann. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Werkstücke W1, W2 und/oder der oder die Verbindungsteile V für die entsprechende Strahlungsart transparent ausgeführt ist/sind, so dass die Strahlung an alle mit Fixierkleber versehene Justierflächen F1, F2 gelangen kann.
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Erweiterte Justiermöglichkeiten bietet das in der 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer justierbaren Kameraanordnung. Im Unterschied zu der in den 1 und 2 dargestellten Kameraanordnung sind hier die Werkstücke W1, W2 über zwei Verbindungsteile V1, V2 miteinander verbunden, wobei das erste Verbindungsteil V1 direkt nur mit dem Objektivgehäuse W1 und das zweite Verbindungsteil V2 direkt nur mit der Leiterplatte W2 in Verbindung steht.
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Zwischen den beiden Verbindungsteilen V1, V2 ergibt sich eine weitere Justierfläche F3, welche eine zusätzliche Justiermöglichkeit durch eine Verdrehung um die Normale der Justierfläche F3, in der 3 angedeutet durch den Drehwinkel γ, ermöglicht. Damit können Verkippungen des Objektivgehäuses W1 um zwei zueinander senkrechten Richtungen ausgeglichen werden.
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Selbstverständlich können, anders als hier dargestellt, auch mehr als zwei Verbindungsteile vorgesehen werden, um zwei oder auch mehr Werkstücke gegeneinander zu justieren und zu fixieren. Es können überdies auch weitere Verbindungsteile vorgesehen werden, die erst am Ende der Justierschritte als zusätzliche stabilisierende Mittel mit den Werkstücken klebend verbunden werden.
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Wesentlich ist, dass in jedem Fall die genaue Positionierung der Werkstücke durch Verbindungsteile erfolgt, die an zueinander parallelen Flächen miteinander verbunden sind, welche mit einer dünnen Schicht eines Fixierklebers versehen sind und vor dem Aushärten des Fixierklebers die Teile bereits adhäsiv verbinden.
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Das oder die Verbindungsteile müssen selbstverständlich nicht, wie hier zu einfacheren Erläuterung dargestellt, unbedingt quaderförmig ausgebildet sein, sondern können auch, dem jeweiligen Anwendungszweck angepasste Formen aufweisen. Infrage kommen dabei beliebige Polyederformen oder auch Freiformen, die mindestens zwei Randflächen aufweisen, die zu Randflächen von anfügbaren Werkstücken oder Verbindungsteilen zumindest abschnittsweise parallel verlaufen.
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Die 4 bis 6 zeigen, korrespondierend zur schematischen Darstellung der 3, eine konkreter dargestellte Ausführung einer Kameraanordnung. Die 4 zeigt eine Ansicht schräg von oben auf die Baugruppe; die 5 und 6 stellen zur weiteren Verdeutlichung jeweils eine Schnittansicht durch die gleiche Baugruppe dar.
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Im Unterschied zur 3 sind hier zweimal zwei Verbindungsteile V1, V2 vorgesehen, die jeweils paarweise an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Objektivgehäuses W1 anliegen, um einen besonders stabilen Aufbau zu schaffen. Das Verfahren zum Justieren der Werkstücke W1, W2 bleibt dabei aber grundlegend gleich. Die beiden Verbindungsteile V2 stehen jeweils mit der Oberfläche der Leiterplatte W2 und mit einer Seitenfläche eines Verbindungsteils V1 in Kontakt. Eine weitere Seitenfläche jedes Verbindungsteils V1 bildet mit dem Objektivgehäuse W1 zusammen eine Justierfläche aus.
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Als weitere Besonderheit ist hier ein viereckiger, oben und unten offener Halterahmen H vorgesehen, der mit Seitenkanten einer offenen Seite auf der Oberfläche der Leiterplatte W2 aufliegt und mit seinen verbundenen Seitenwänden das Objektivgehäuse W1 von vier Seiten umgibt. An Innenflächen der Seitenwände weist der Halterahmen H als elastische Elemente mehrere angeformte Federarme E auf, die sich federnd in Richtung auf das Objektivgehäuse W1 erstrecken.
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Mit den freien Endabschnitten der Federarme E sind die Verbindungsteile V1, V2 verbunden, welche dadurch durch die Federarme E gegen die Seitenflächen des Objektivgehäuse W1 gedrückt werden.
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Die mit dem Halterahmen H verbundenen Federarme E und Verbindungsteile V1, V2 können vorteilhafterweise einstückig mit dem Halterahmen H ausgebildet und hergestellt sein, und so als vormontierte Einheit an die Werkstücke W1 und W2 angefügt werden. Vorteilhafterweise kann diese Einheit so ausgebildet sein, dass die Verbindungsteile V1, V2 schon ungefähr positionsgenau an das Objektivgehäuse W1 angefügt werden können, so dass bezüglich der relativen Lage der Werkstücke W1, W2 und der Verbindungsteile V1, V2 danach lediglich eine Feinjustierung vorgenommen werden muss, die durch das hier beschriebene Verfahren auf vorteilhafte Weise erfolgen kann.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die Federarme E die Verbindungsteile V1, V2 gegen Verschiebungen senkrecht zu den Justierflächen, bewirkt etwa durch das Eigengewicht der Verbindungsteile V1, V2, sichert, was vorteilhaft ist, da die durch den Fixierkleber erzeugten Adhäsionskräfte nur schwach in den Richtungen parallel zu den Justierflächen wirken.
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Zum Aneinanderfügen der gegenseitigen Justierflächen der Verbindungsteile V1, V2 können, in den Figuren nicht dargestellte Gleitfedern als zusätzliche elastische Elemente vorgesehen werden, welche jeweils zwischen dem Halterahmen H und den Verbindungsteilen V1, V2 wirksam werden und die die mit dem Fixierkleber versehenen Justierflächen der Verbindungsteile V1, V2 aneinander pressen.
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Der Halterahmen H stellt damit eine sehr wirksame Hilfe bei der Montage und Justage der in den 4 bis 6 dargestellten Baugruppe dar.
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Nach dem Aushärten des Fixierklebers können die Federarme E von den Verbindungsteilen V1, V2 abgetrennt und zusammen mit dem Halterahmen H entfernt werden. Alternativ kann der Halterahmen H aber auch durch Kleben auf der Leiterplatte W2 befestigt werden und nach Abschluss der Montage als Bestandteil der gefertigten Baugruppe auf der Leiterplatte W2 verbleiben.
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Eine weitere Ausführungsmöglichkeit einer Baugruppe wird durch die 7 bis 9 verdeutlicht. Die 7 und 8 zeigen in jeweils einer Explosionsansicht die Bestandteile einer Baugruppe, und zwar einmal in einer Einzelteildarstellung und einmal mit teilweise vormontierten Komponenten. Um einen einfacheren Vergleich mit den zuvor beschriebenen Beispielen zu ermöglichen, sind funktionell vergleichbare Komponenten hier mit den bisher verwendeten Bezugszeichen bezeichnet worden.
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In der 7 ist ein Kameraobjektiv O erkennbar ist, das bei der Montage fest mit einem Gehäuseteil G verbunden wird und mit diesem zusammen ein Objektivgehäuse in Form eines einheitlichen Werkstück W1 ausbildet. Ein zweites Werkstück W2 ist hier wiederum eine Leiterplatte mit einem elektronischen Bildsensor S.
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Die Verbindungselemente V1, V2 sind hier durch jeweils zwei zueinander komplementär geformte Gehäuseteile G11, G12; G21, G22 ausgebildet, die durch jeweils ein elastisches Element E1, E2, die als Gummiringe ausgeführt sind, zusammengehalten werden.
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Nach dem Zusammenfügen entstehen aus den Gehäuseteilen G11, G12; G21, G22 und den elastischen Elementen E1, E2 zwei kastenartige Verbindungsteile V1, V2, die in der 8 dargestellt sind. In die 8 ist als Hilfsmittel zur Erläuterung ein Koordinatendreibein eingezeichnet, auf dessen Achsen sich die nachfolgenden Richtungsangaben beziehen.
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Das Werkstück W1 wird bei der Montage in den durch das kastenförmige Verbindungsteil V1 gebildeten Hohlraum eingesetzt. Dabei wird das Werkstück W1 entlang der y-Richtung durch die Gehäuseteile G11, G12 des Verbindungsteils V1 eingespannt, da das elastische Element E1 des Verbindungsteils V1 die Innenflächen der Gehäuseteile G11, G12 an Außenflächen des Werkstücks W1 anpresst.
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Wenigstens zwei der so aneinandergefügten Flächen dienen als Justierflächen F21, F22 und werden vor dem Zusammenfügen des Werkstück W1 mit dem Verbindungsteils V1 mit einer dünnen Schicht eines Fixierklebers versehen.
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Die Justierfläche F22 des Verbindungsteils V1 weist sowohl in der x- als auch in der z-Richtung ein Übermaß gegenüber der Justierfläche F21 des Werkstücks W1 auf, so dass das Werkstück W1 entlang der x- und der z-Richtung gegen das Verbindungteil V1 verschoben werden kann, solange der Fixierkleber nicht ausgehärtet ist. Des Weiteren ist auch ein Verdrehen des Werkstück W1 gegen das Verbindungteil V1 innerhalb der xz-Ebene, oder anders gesagt, um die y-Richtung möglich.
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Auf analoge Weise kann das Verbindungsteil V1 relativ zum Verbindungsteil V2 einjustiert werden. Das Verbindungsteil V1 wird dazu in das größere Verbindungsteil V2 eingesetzt und darin durch dessen elastisches Element E2 zwischen den Gehäuseteilen G21 und G22 des Verbindungsteils V2 eingeschlossen. Das erste Verbindungsteil V1 ist so entlang der x-Richtung elastisch fixiert. Als Justierflächen, die mit einem Fixierkleber versehen werden, dienen hier mindestens eine äußere Stirnfläche F31 des ersten Verbindungsteil V1 und mindestens eine innere Stirnfläche F32 des zweiten Verbindungsteils V2. Die Justierfläche F32 weist hier wiederum ein Übermaß gegenüber der Justierfläche F31 des ersten Verbindungsteils V1 auf, so dass das erste Verbindungsteil V1 hier entlang der y- und der z-Richtung relativ zum zweiten Verbindungsteil V2 verschoben und zusätzlich auch innerhalb der yz-Ebene gedreht werden kann. Die sich so ergebene Freiheitsgrade ermöglicht ein vollständiges Ausrichten des Kameraobjektivs O zum Bildsensor S, welches danach durch das Aushärten des Fixierklebers endgültig fixiert wird.
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Die 9 zeigt die in den 7 und 8 in Einzelteilen dargestellte Baugruppe im fertig montierten Zustand.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, zwei oder mehr Werkstücke, über ein oder auch mehrere Verbindungsteile miteinander zu verbinden, einzujustieren und auch miteinander zu verkleben. Da die Klebeabstände überall sehr klein bleiben, entstehen nachträglich keine nennenswerten Abstandsveränderungen durch Klebeschrumpf. Der vor dem Aushärten einjustierten relativen Werkstückpositionen bleiben daher auch nach dem Festwerden des Fixierklebers mit guter Genauigkeit erhalten. Das erfindungsgemäße Klebeverfahren ermöglicht eine Justierung und Montage von Werkstücken über Verbindungsmittel mit einem relativ geringeren Aufwand und einer hohen Genauigkeit.
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Bezugszeichen
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- E, E1, E2
- Elastische Elemente
- F1, F2, F3
- Justierflächen
- F21, F22, F31, F32
- Justierflächen
- G, G11, G12, G21, G22
- Gehäuseteile
- H
- Halterahmen
- M
- Mittelachse
- O
- Kameraobjektiv
- S
- Bildsensor
- V, V1, V2
- Verbindungsteile
- W1
- erstes Werkstück (Objektivgehäuse)
- W2
- zweites Werkstück (Leiterplatte)
- α, β, γ
- Winkel
- x, y, z
- Richtungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005006753 A1 [0006, 0008]