Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen zwei Bauteilen, wie z.B. zwischen einem Substrat und einem daran anzuordnenden Bauteil, mittels eines schichtweise, elektrophoretisch aufgebrach- ten, thermoplastischen oder thermoelastischen Polymermaterials, und ferner auf eine Vorrichtung, bei der ein Bauteil mittels eines schichtweise, elektrophoretisch aufgebrachten, thermoplastischen oder thermoelastischen Polymermaterials mit einem weiteren Bauteil bzw. einem Substrat verbunden ist. Für eine ganze Reihe von Anwendungen und Aufbauten ist eine mechanische Verbindung zweier Komponenten bzw. Bauteile erforderlich. Konventionell kann eine mechanische Verbindung beispielsweise lösbar, wie etwa durch Schraub-, Steck- oder Klickverbindungen, bzw. nicht lösbar, wie etwa durch Niet- oder Klebeverbindungen, umgesetzt werden. Einige mechanische Verbindungen können eine mechanische Veränderung oder Beein- trächtigung der Materialien erfordern, wenn etwa das Bohren eines Loches erforderlich ist. Insbesondere im Bereich kohlefaserverstärkter Kunststoffe kann dies unerwünscht sein, da lasttragende und/oder kraftführende Fasern beschädigt oder durchtrennt werden können. Auch können solche Verbindungsverfahren einen erheblichen Zeitaufwand benötigen. Klebverbindungen können eine exakte Dosierung des Klebstoffes sowie exakte Aus- heilprozesse erfordern.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine effiziente Vorgehensweise zum Herstellen einer zuverlässigen mechanischen Verbindung zwischen zwei Komponenten bzw. Bauteilen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Ferner sind erfindungsgemäße Weiterbildungen in den Unteransprüchen definiert. Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass eine zuverlässige mechanische Verbindung zwischen zwei Bauteilen effizient erhalten werden kann, indem ein z.B. thermoplastisches oder thermoelastisches Polymermaterial schichtweise auf einen Oberflächenbereich eines ersten Bauteils elektrophoretisch aufgebracht bzw. abgeschie- den wird, und durch einen Erwärmungs- (d.h. Verflüssigungs-) und nachfolgendem Abkühlungsvorgang (Wiederverfesfigungsvorgang) ein an dem aufgebrachten Polymermaterials angeordnetes zweites Bauteil mit dem ersten Bauteil mittels der dazwischenliegenden Polymermaterialschicht mechanisch fest verbunden werden kann.

Im Rahmen dieser Erfindung wird unter eine elektrophoretischen Aufbringung bzw. Deposition eine Aufbringung des thermoelastischen oder thermoplastischen Polymermaterials mittels Elektrophorese verstanden. Elektrophorese bezeichnet eine Bewegung von dispergierten, d. h. in einem Fluid gelösten, ggf. kolloidalen, Partikeln, die unter Einwirken eines elektrischen Feldes innerhalb des Fluids bewegt werden. Sind die Partikel bspw. positiv geladen, d. h. die Partikel sind Kationen, kann die Elektrophorese auch als Kataphoresis bezeichnet werden. Sind die Partikel negativ geladen, d. h., die Partikel sind Anionen, kann die Elektrophorese auch als Anaphorese bezeichnet werden.

Das elektrische Feld kann dabei bspw. durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen zwei Elektroden, zwischen denen das Fluid mit den dispergierten Partikeln angeordnet ist, erzeugt werden. Basierend auf dem elektrischen Feld wandern die Partikel ab- hängig von ihrer Ladung in Richtung der Anode oder der Kathode, um sich dort anzulagern. Dabei kann die Anode oder die Kathode von einem elektrisch leitenden, halbleitenden oder nichtleitenden Material bedeckt oder benachbart zu einem solchen Material angeordnet sein. In anderen Worten kann eine Substrat- oder Bauteiloberfläche leitend, halbleitend oder nichtleitend ausgebildet und benachbart zur jeweiligen Elektrode ange- ordnet sein, so dass das Substrat oder das Bauteil ganz oder teilweise durch die elektro- phoretische Deposition von dem thermoelastischen oder thermoplastischen Polymermaterial bedeckt wird.

Dabei kann das zweite Bauteil bereits vor dem Erwärmen des aufgebrachten Polymerma- terials an dem Polymermaterial angeordnet werden. Alternativ kann das zweite Bauteil auch während oder nach dem Erwärmen des aufgebrachten Polymermaterials an dem aufgebrachten Polymermaterial des ersten Bauteils angeordnet werden. Es ist also lediglich sicherzustellen, dass das an dem ersten Bauteil aufgebrachte Polymermaterial ausreichend erwärmt wird, um den Oberflächenbereich des daran angeordneten zweiten Bauteils zu benetzen, so dass bei einer Abkühlung des aufgebrachten Polymermaterials die mechanische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil über das Polymermaterial erhalten wird. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen somit ein Verfahren zum Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Bauteil, wobei ein (z. B. thermoplastisches oder thermoelastisches) Polymermaterial zumindest auf einen Oberflächenbereich des ersten Bauteils schichtweise elektrophoretisch aufgebracht bzw. abgeschieden wird. An dem aufgebrachten Polymermaterial wird das zweite Bauteil angebracht, wobei das aufgebrachte Polymermaterial erwärmt wird, um eine Änderung der Viskosität des aufgebrachten Polymermaterials zu erhalten. Basierend auf der geänderten Viskosität nach dem Erwärmen des aufgebrachten Polymermaterials und durch das Anordnen des zweiten Bauteils an dem aufgebrachten Polymermaterial wird auch ein Oberflächenbereich des zweiten Bauelements mit dem Polymermaterial benetzt. Nach Abkühlung des aufgebrachten Polymermaterials, das sich in Kontakt mit dem Oberflächenbereich des ersten Bauteils und dem entsprechenden Oberflächenbereich des zweiten Bauteils befindet, wird die mechanische Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil erhalten.

Dabei kann das Anordnen des zweiten Bauteils an dem aufgebrachten Polymermaterial des ersten Bauteils entweder vor dem Erwärmen des aufgebrachten Polymermaterials oder auch während bzw. nach dem Erwärmen des aufgebrachten Polymermaterials erfolgen.

Vorteilhaft an dieser Vorgehensweise ist, dass das mit dem aufgebrachten Polymermaterial versehene erste Bauteil als ein technisches Teilprodukt oder Zwischenprodukt vorgefertigt und transportiert werden kann, wie etwa von einem Herstellungsort des Teilprodukts zu einem Verarbeitungsort zum Zusammenfügen des ersten und zweiten Bauteils. Ferner kann die Herstellung der mechanischen Verbindung durch einen einfach zu kontrollierenden Erwärmungs- und Abkühlungsvorgang erfolgen, so dass keine komplexen Klebeprozesse mit einer Überwachung von Luftfeuchtigkeit und/oder Ausheilzeiten erforderlich sind, bzw. eine Beschädigung oder zusätzliche Bearbeitung der Bauteile vermieden werden kann.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt eine Vorrichtung, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, wobei zwischen einem ersten und einem zweiten Bauteil eine mechanische Verbindung mittels eines thermoplastischen oder thermoelastischen Polymermaterials vorgesehen ist. Vorteilhaft an diesen Ausführungsbeispielen ist, dass das Polymermaterial gezielt, z.B. an vorgegebenen Positionen und in einer vorgegebenen Konzentration, zusätzliche Bestandteile aufweisen kann, wie z.B. etwa optisch transparente, elektrisch leitfähige, magnetische oder thermisch leitfähige Funktionsmaterialien, so dass neben der zuverlässigen mechanischen Verbindung der beiden Bauteile ferner eine gezielte optische, elektrische, magnetische und/oder thermische Verbindung zwischen dem ersten Bauteil (z.B. einem Substrat) und dem zweiten Bauteil herstellbar ist.

Mögliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil durch ein thermoplastisches oder thermoelastisches Polymermaterial;

Fig. 2 eine schematische räumliche Ansicht einer Vorrichtung mit einem ersten

Bauteil, an dessen Oberfläche über eine thermoplastische oder ther- moelastische Polymerschicht ein zweites Bauteil angeordnet ist; und eine schematische räumliche Ansicht einer weiteren Vorrichtung mit dem ersten Bauteil, an dessen Oberfläche die Polymerschicht angeordnet ist.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente unter- einander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.

Fig. 1 zeigt beispielhaft ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen einem ersten Bauteil, z.B. einem Substrat, und einem zweiten Bauteil. In anderen Worten kann das erste oder das zweite Bauteil ein Substrat sein, an welchem ein weiteres Bauteil angeordnet wird. In einem ersten Schritt 102 wird ein thermoplastisches oder thermoelastisches Polymermaterial elekt- rophoretisch auf einen Oberflächenbereich des ersten Bauteils aufgebracht, d.h. zur Ab- scheidung des Polymermaterials an dem ersten Bauteil kann eine elektrophoretische Depositen (EPD) eingesetzt werden. Das Aufbringen kann in einer oder mehreren Schichten erfolgen. Die Dicken der einen oder mehreren Schichten können gleich oder voneinander verschieden sein, sodass die resultierende Gesamtdicke der Polymerschicht bzw. des Polymerschichtstapels variabel einstellbar ist. Bei dem ersten Bauteil kann es sich um eine beliebige Struktur handeln, wie z.B. um ein Schaltungssubstrat, ein Keramikbauelement, ein Gehäuseteil etc. Gleichermaßen sind auch andere Strukturen in einer i. W. beliebigen Größenordnung denkbar, wie etwa ein Flugzeugrumpf, eine Werkzeugmaschine, ein Windkraftflügel, eine Glasscheibe oder eine Holzverschalung, etc.

Das erste Bauteil kann aus einem oder mehreren Materialien, wie etwa verschiedenen Metallen. Legierungen, Halbleitern oder Halbleitermaterialien. Silikaten, wie etwa Glas, Polymeren, Keramikmaterialien oder Hölzern bzw. Holzlaminaten gebildet sein. In ande- ren Worten kann das erste Bauteil zumindest ein Teil einer beliebigen Struktur sein und aus einem oder einer Kombination beliebiger Materialien bestehen.

Bei dem thermoplastischen oder thermoelastischen Polymermaterial kann es sich beispielsweise um ein fluoriertes Polymermaterial handeln. Fluorierte Polymermaterialien können eine erhöhte chemische Beständigkeit verglichen mit anderen Polymermaterialien aufweisen. Dies kann vorteilhaft sein, wenn das erste Bauteil und/oder ein mit dem ersten Bauteil mechanisch verbundener Körper bzw. ein Substrat in einer chemisch aggressiven Umgebung betrieben wird, wie es beispielsweise bei chemischen Prozessen möglich ist. Ferner ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise an beliebigen Einsatzorten, wie z.B. auch bei Windkraftflügeln von Offshore-Windkraftanlagen, denkbar. Prinzipiell können jedoch auch andere thermoplastische oder thermoelastische Polymermaterialien an der Bauteiloberfläche aufgebracht werden.

Die Polymermaterialien können ferner zumindest bereichsweise oder im gesamten aufge- brachten Polymermaterial elektrisch leitende, thermisch leitfähige, magnetische, magneti- sierbare oder optisch aktive Stoffe oder Materialien umfassen, so dass das elektrophore- tisch aufgebrachte Polymermaterial beispielsweise elektrisch leitfähig, thermisch leitfähig, magnetisch (bzw. magnetisierbar) oder optisch ganz oder teilweise transparent oder alternativ opak ist. Das bedeutet, dass das Polymermaterial eine Kombination verschiede- ner Materialien aufweisen kann. Die verschiedenen Materialien können über verschiedene aufgebrachte Schichten des Polymermaterials und/oder innerhalb einer aufgebrachten Schicht des Polymermaterials variieren. So kann bspw. eine an dem ersten Bauteil angeordnete Schicht eine besonders gute Hafteigenschaft gegenüber dem ersten Bauteil und eine darauf angeordnete Schicht eine gewünschte elastische Eigenschaft aufweisen. Al- ternativ kann das Polymermaterial in einer Schicht bereichsweise verschiedene Eigenschaften aufweisen. So kann beispielsweise eine elektrische Kontaktierung des zweiten Bauteils durch ein oder mehrere Vias ermöglicht werden, wenn das Polymermaterial durch die ein oder mehreren Schichten hindurch bereichsweise leitend (z.B. mit einer elektrischen Leitfähigkeit σ > 5 oder σ > 100 S/m) ausgebildet ist. Beispielsweise kann so eine spannungsführende und eine Masseverbindung durch das Polymermaterial ausgebildet sein, wobei die beiden Verbindungen von einander durch das restliche Polymermaterial voneinander isoliert sind.

Dies ist gleichermaßen anwendbar auf zusätzliche Stoffe und Materialien mit einer erhöhten thermischen Leitfähigkeit. So kann beispielsweise alternativ oder zusätzlich zu einer elektrischen Kontaktierung der beiden Bauteile auch eine erhöhte Wärmeableitung zwischen den beiden Bauteilen erfolgen, falls eines der beiden Bauteile beispielsweise ein leistungselektronisches Element oder allgemein ein Abwärme erzeugendes Element aufweisen sollte, und diese Abwärme thermisch möglichst effizient abgeführt bzw. abgeleitet werden soll. So kann beispielsweise eine thermische Ableitung zu einer Wärmesenke zwischen den beiden Bauteilen ermöglicht werden, wenn das Polymermaterial durch die eine oder mehreren Schichten zumindest bereichsweise (oder vollständig) eine erhöhte thermische Leitfähigkeit (z.B. λ > 1 oder λ > 10 W/mK) aufweist. Beispielsweise kann so eine thermische Ableitung zwischen den beiden Bauteilen durch das Polymermaterial hindurch ausgebildet sein.

Darüber hinaus kann beispielsweise eine optische Verbindung der beiden Bauteile über das aufgebrachte Polymermaterial hinweg ermöglicht werden, wenn das Polymermaterial durch die eine oder mehreren Schichten hindurch zumindest bereichsweise optisch transparent ist. Beispielsweise kann so eine optische Verbindung durch das Polymermaterial hindurch zwischen den beiden Bauteilen gebildet werden.

Die obigen Ausführungen machen deutlich, dass durch das erfindungsgemäß genutzte Polymermaterial eine gezielte elektrische, thermische, magnetische und/oder optische Verbindung zwischen den beiden Bauteilen selektiv und bereichsweise eingestellt werden kann. Gleichermaßen kann durch das erfindungsgemäß genutzte Polymermaterial eine gezielte elektrische, thermische und/oder optische Isolierung (Trennung) zwischen den beiden Bauteilen bereichsweise und selektiv eingestellt werden kann.

Eine Aufbringung des Polymermaterials durch EPD kann eine Reduzierung von Fehlstel- len des Polymermaterials und/oder der Bauteil- bzw. Substratoberfläche ermöglichen. Aufgrund des großen Massestroms, welcher beim EPD einsetzbar ist, können beispielsweise Fehlstellen auf der Bauteiloberfläche, wie etwa Kratzer oder Lackschäden, ausgeheilt bzw. ausgeglichen werden, so dass leichte Unebenheiten der Bauteiloberfläche von einer Polymerschicht mit einer ebeneren Oberfläche bedeckt sind. In anderen Worten kann die EPD eine Kompensation von Topografieänderungen auf der Bauteiloberfläche ermöglichen. Ferner erlaubt die EPD sowohl dünne als auch gleichmäßige Schichtdicken mit einem ggf. gegenüber anderen Beschichtungsverfahren reduziertem Umfang von Fehlstellen. Schichtdicken können in einem Bereich von beispielsweise 0,01 bis 300 μητι liegen. Durch eine Kombination von Schichten können auch größere Materialdicken, beispielsweise im Millimeter-Bereich erzielt werden.

Zum Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil kann das Polymermaterial in Schicht- oder Materialdicken zwischen 0,005 - 300 pm, 0,007 - 200 μιη oder 0,01 - 100 μηη an dem ersten Bauteil aufgebracht werden.

EPD ermöglicht solch dünne Schichtdicken unter anderem aufgrund einer guten Steuer- barkeit des elektrostatischen Beschichtungsprozesses, d. h. der elektrostatischen Felder, welche für das Abscheiden des Polymermaterials genutzt werden.

Um das Polymermaterial an dem ersten Bauteil aufzubringen, kann ein elektrostatisches Feld zwischen dem ersten Bauteil bzw. einer daran oder benachbart dazu angeordneten Anode und einer korrespondierenden Kathode angelegt werden. So kann beispielsweise eine elektrisch leitfähige Komponente des ersten Bauteils die Anode bilden. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Anode und der Katode kann in einem Bad, welches das in Form von Partikeln in dem Bad gelöste Polymer aufweist, eine Beschich- tung des ersten Bauteils in dem Bereich der Anode mit dem Polymermaterialerfolgen. Die Partikel können kolloidal geformt sein, so dass die Ausbildung einer glatten Oberfläche des abgeschiedenen Polymers ermöglicht wird bzw. eine Oberflächenrauheit oder eine Anzahl von Fehlstellen in dem Polymermaterial reduziert wird.

Die Bauteiloberfläche kann ein leitendes, teilweise leitendes oder isolierendes Material aufweisen. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten Bauteil um ein metallisches oder Kohlenstofffaser-verstärktes Material handeln, auf welchem eine Lackschicht aufgebracht ist

Das thermoplastische oder thermoelastische Polymermaterial verändert oberhalb einer jeweils polymerspezifischen Glasübergangstemperatur bzw. Schmelztemperatur die Viskosität. Die Schmelztemperatur kann je nach Art und/oder ggf. einem Mischverhältnis verschiedener Materialbestandteile variieren. Eine zusätzliche Erhöhung der Temperatur durch ein weiteres Erwärmen kann zu einer weiteren Änderung bzw. Steigerung der Viskosität führen. Beispielhafte Erwärmungstemperaturen für z.B. Copolymere aus zumindest einer polyflu- orierten Polymerkomponente, die bevorzugt Chlortrifluorethylen und Ethylen und besonders bevorzugt ein 1 : 1 Copolymer aus Chlortrifluorethylen und Ethylen aufweisen, liegen in einem Temperaturbereich von etwa 150°C bis zu 350 °C, bevorzugt bei 200°C bis 280°C und besonders bevorzugt bei 220°C - 270°C. Dabei kann es sich bei der Verbin- dung um die Verbindung HALAR ECTFE von Solvay Solexis handeln.

Beispielhafte Temperaturen für Polyaryletherketone liegen bei 120°C bis 350°C, bevorzugt bei Temperaturen größer 140°C und kleiner 290°C. Dabei kann es sich um die Verbindung PEEK 450 der Fa. Victrex handeln. Beispielhafte Temperaturen von 40°C bis 140°C sind anwendbar für Polxstyrol, Polyethylen oder Polypropylen, auch in Form von Therm oelasten.

Bei Schritt 104 wird das an dem ersten Bauteil aufgebrachte (z.B. thermoplastische oder thermoelastische) Polymermaterial erwärmt, um eine Änderung der Viskosität des aufge- brachten Polymermaterials zu erhalten. Das Erwärmen des aufgebrachten Polymermaterials auf eine Erwärmungstemperatur wird durchgeführt, bis das aufgebrachte Polymermaterial zumindest auf dessen Glasübergangstemperatur oder bis auf dessen Schmelztemperatur erwärmt ist. Bei Überschreiten der Glasübergangstemperatur ist die Umwandlung eines festen Materials in eine gummiartige bis zähflüssige Schmelze zu beobachten. Dieser Punkt wird bei Polymermaterialien als Glasübergangstemperatur bezeichnet. Bei Erreichen der jeweiligen Schmelztemperatur des thermoplastischen oder thermoelastischen Polymermaterials kann dies beispielsweise in einen flüssigen (oder zumindest zähflüssigen) Zustand über- gehen. In anderen Worten wird das Polymermaterial aufgeschmolzen.

Bei Schritt 106 wird das zweite Bauteil an dem aufgebrachten Polymermaterial des ersten Bauteils angeordnet. Bezüglich der nachfolgenden Beschreibung wird darauf hingewiesen, dass das zweite Bauteil vor dem Erwärmen des an dem ersten Bauteil aufgebrachten Polymermaterials an dem aufgebrachten Polymermaterial angeordnet werden kann. Alternativ ist es ferner möglich, dass das zweiten Bauteil während oder nach dem Erwärmen des an dem ersten Bauteil aufgebrachten Polymermaterials an dem aufgebrachten Polymermaterial angeordnet werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass beide Vorgehensweisen gleichermaßen eingesetzt werden können, so dass die nachfolgende Beschreibung auf diese beiden Fälle entsprechend anwendbar ist.

So können beispielsweise die beiden Bauteile aneinander gedrückt oder gepresst werden, wobei dies entweder vor dem Erwärmen des aufgebrachten Polymermaterials oder auch nach bzw. während des Erwärmens des aufgebrachten Polymermaterials durchgeführt werden kann.

Beispielsweise kann das zweite Bauteil an das erste Bauteil (Substrat) oder das erste Bauteil an das zweite Bauteil gedrückt oder gepresst werden. Alternativ ist vorstellbar, dass eine Zugkraft genutzt wird, um das zweite Bauteil an dem erwärmten Polymermaterial anzuordnen. Ist das zweite Bauteil beispielsweise ein elektrischer Sensor mit einer Kabelverbindung, kann das Kabel durch das erste Bauteil hindurch oder in das erste Bauteil hinein geführt werden, so dass der Sensor über das Kabel an das erste Bauteil heran- gezogen werden kann. Die geänderte Viskosität des Polymermaterials ermöglicht eine Benetzung einer Oberfläche des zweiten Bauteils, wenn diese Oberfläche mit dem Polymermaterial in Verbindung kommt und das zweite Bauteil an das erste Bauteil gezogen oder gedrückt wird. Die Druck- oder Zugkraft kann von der durch das Erwärmen in dem Schritt 104 erreichten Viskosität des Polymermaterials abhängig sein. So ist vorstellbar, dass eine Erwärmung über die Schmelztemperatur zu einer vergrößerten Viskosität führt und eine Benetzung der Bauteiloberfläche durch ein einfaches Auflegen des Bauteils erreicht werden kann so dass auf das Einbringen einer zusätzliche Druck- oder Zugkraft zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil verzichtet werden kann. Bei einer Abkühlung des Polymermaterials, wie etwa durch eine aktive Kühlung in einer Kühl- oder Klimakammer oder eine passive Abkühlung durch Belassen des Polymermaterials bei Raum- bzw. Umgebungstemperatur kann das thermoplastische oder thermoelas- tische Polymermaterial eine erneute Änderung der Viskosität zeigen, wenn die Temperatur des Polymermaterials unterhalb der Schmelztemperatur sinkt. Das Abkühlen des Po- lymermaterials, bzw. die dadurch induzierte Veränderung der Viskosität führt zu der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil. Eine sol- che mechanische Verbindung kann das erste Bauteil unbeschädigt lassen und eine schnelle und/oder kostengünstige Form der Verbindung ermöglichen.

Das Polymermaterial kann so gewählt sein, dass die Viskosität des Polymermaterials ver- glichen mit der Viskosität vor dem Erwärmen 104 nach dem Abkühlen auf eine Ausgangstemperatur eine veränderte oder eine in etwa gleiche Viskosität aufweist. So ist vorstellbar, dass beispielsweise thermoaktive Bestandteile in dem möglicherweise gummiartigen Polymermaterial zu einer chemischen Reaktion während des Erwärmens 104 oder des Verbindens 106 mit dem Bauteil angeregt werden und nach einem Abkühlen des Poly- mermaterials eine teilweise kristalline Struktur bilden. Alternativ kann das Polymermaterial auch in etwa in seinen Ausgangszustand zurückkehren. Prinzipiell kann eine erneute Erwärmung des Polymermaterials mit einer erneuten Änderung der Viskosität möglich sein, um das zweite Bauteil von dem ersten Bauteil zu lösen oder das Bauteil zu verschieben. Ein Lösen der Verbindung kann zum Beispiel einen Austausch eines veralteten oder de- fekten Bauteils, wie etwa defekter Sensor, ermöglichen. Eine eventuelle Zug- oder Druckkraft zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil kann während des Abkühlens aufrecht erhalten, verändert oder zurückgenommen werden.

Ausführungsbeispiele zeigen Verfahren zum Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil, bei dem das Polymermaterial auf dessen Glasübergangstemperatur oder bis auf dessen Schmelztemperatur erwärmt wird, so dass die Anordnung des zweiten Bauteils ermöglicht ist. Nachfolgend wird das Polymer weiter erwärmt, bis eine Reaktionstemperatur von Bestandteilen des Polymermaterials erreicht ist, so dass diese Bestandteile eine kristalline Struktur bilden. Eine kristalline Struktur kann zu einer mechanischen Verbindung mit einer gegenüber anderen Bestandteilen des Polymermaterials größeren Festigkeit und/oder Steifigkeit führen.

Für manche Anwendungsfälle kann eine möglichst exakte Form oder Geometrie der Polymerschicht auf dem ersten Bauteil wünschenswert sein. Wird die mechanische Verbin- dung in einer späteren Anwendung beispielsweise von einem Medium, wie etwa Wasser, einer anderen Flüssigkeit oder Wind, umströmt, können Vorsprünge oder Materialüberhänge zu Angriffspunkte für eine Erosion bilden. Eine definierte geometrische Strukturierung der Polymerschicht kann diese Angriffspunkte reduzieren oder verhindern und ggf. Materialeinsparungen ermöglichen. Eine angestrebte Geometrie der Polymerschicht kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine Anodenform, die für das EPD eingesetzt wird, in etwa der Oberflächenform des Bauteils, welches später an dem ersten Bauteil bzw. der Struktur angeordnet werden soll, entspricht, so dass das Polymer bereits mit einer gewünschten oder ange- strebten Genauigkeit an dem ersten Bauteil abgeschieden werden kann. Alternativ ist ebenfalls vorstellbar, dass beispielsweise eine Maske an dem ersten Bauteil angeordnet wird, bevor oder während das EPD durchgeführt wird, so dass die Maske eine Ablagerung oder Abscheidung des Polymermaterials an unerwünschten Stellen auf dem ersten Bauteil verhindert und eine strukturierte Anordnung des Polymermaterials ermöglicht. Alterna- tiv ist ebenfalls vorstellbar, dass das Polymermaterial mit einer beliebigen oder zulässigen Ungenauigkeit an dem ersten Bauteil abgeschieden bzw. angeordnet wird und in einem nachfolgenden Prozessschritt, beispielsweise durch ein Ätzen oder Fräsen, nachbearbeitet wird, so dass eine gewünschte Geometrie der Polymerschicht an dem ersten Bauteil erhalten wird. In anderen Worten wird ein Teil der Polymerschicht entfernt und mithin die Polymerschicht strukturiert, so dass ein strukturierter Bereich der Bauteiloberfläche von dem Polymermaterial bedeckt ist.

Erfindungsgemäß kann also das Polymermaterial 16 strukturiert auf das erste Bauteil 13 aufgebracht wird, um eine strukturierte Schicht des aufgebrachten Polymermaterials 16 auf dem ersten Bauteil 13 zu bilden. Alternativ oder auch zusätzlich kann ein Teil der aufgebrachten Polymerschicht 16 entfernt werden, um die strukturierte Schicht des aufgebrachten Polymermaterials 16 auf dem ersten Bauteil 13 zu bilden.

Fig. 2 zeigt nun eine schematische, räumliche Ansicht einer Vorrichtung 10, das gemäß dem anhand der Fig. 1 dargestellten Verfahren zwei miteinander mechanisch verbundene Bauteile 13, 14 aufweist. So ist an einem Oberflächenbereich 12 des ersten Bauteils 13, z.B. eines Substrats, ein zweites Bauteil 14 angeordnet.

Bei dem zweiten Bauteil 14 kann es sich bspw. um eine Befestigung für ein Sensorele- ment handeln. Das zweite Bauteil 14 ist mit der Oberfläche 12 des ersten Bauteils 13 über ein Polymermaterial 16 verbunden. Bei dem Polymermaterial 16 kann es sich beispielsweise um ein thermoplastisches oder thermoelastisches. möglicherweise fluoriertes Polymermaterial handeln. Das Polymermaterial 16 kann durch elektrophoretische Deposition auf der Oberfläche 12 des ersten Bauteils 13 abgeschieden sein. Mechanische Elemente 18a und 18b des zweiten Bauteils 14 können beispielsweise Räume oder Kanäle für eine Energieversorgung eines an dem zweiten Bauteil 14 befestigten Sensors bilden, so dass in einem innenbereich der mechanischen Elemente 18a und/oder 18b eine Kabelverbin- dung angeordnet werden kann. Prinzipiell kann das zweite Bauteil 14 eine beliebige Form und/oder Funktion aufweisen.

Ist das Polymermaterial 16 beispielsweise elektrisch leitfähig und das zweite Bauteil 14 ein Sensor oder ein Aktuator, so kann das Gehäuse des Sensors oder Aktuators über das elektrisch leitfähige Polymermaterial 16 elektrisch mit der Oberfläche 12 des ersten Bauteils 13 verbunden und so möglicherweise geerdet werden.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist beispielsweise einsetzbar bei der Anordnung eines Drucksensors auf einer Fluidführung, eines Strömungssensors auf einer Fluidfüh- rung mit/ohne Fluidkontakt, eines RFID-Chips auf einem Endoskop, zweier oder mehrerer Teilsensoren zusammen zu einem Gesamtsensor, einem Inertialsensor auf einem Keramikgehäuse oder allgemein zweier Gehäuseteile untereinander. Bei dem ersten Bauteil 13 kann es sich beispielsweise auch um einen Windkraftflügel handeln, so dass das Po- lymermaterial 16 eine Anbringung eines Sensors an den Windkraftflügeln ermöglicht, ohne möglicherweise durch eine Bohrung die Struktur des Windkraftflügels zu beschädigen.

Die Elemente 18a, 18b in Fig. 2 können neben einer mechanischen Funktionalität zusätzlich oder alternativ eine elektrische, thermische, magnetische und/oder optische Leitungs- funktionalität zum Herstellen einer elektrischen, thermischen, magnetischen und/oder optischen Verbindung zwischen den beiden Bauteilen 12 und 14 aufweisen. Wie oben beschrieben, kann nun insbesondere auch das an die Elemente 18a, 18b angrenzende Polymermaterial ausgebildet sein, um entsprechend eine elektrische, thermische, magnetische und/oder optische Funktionalität aufzuweisen.

Ferner kann das vorgesehene Polymermaterial bzw. die verwendeten Polymermaterialien (und die einzelnen Polymerschichten) so gewählt sein, um etwaige unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material des ersten Bauteils und dem Material des zweiten Bauteils möglichst auszugleichen, so dass bei einem Einsatz der Vorrichtung 10 mit dem ersten und zweiten Bauteil bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen möglichst geringe Verspannungen in den beiden Bauteilen auftreten.

Ferner ist das erfindungsgemäße Konzept zur Herstellung einer mechanischen Verbindung zwischen zwei Bauteilen auf Bauteile mit beliebiger Größenordnung anwendbar und somit im Wesentlichen universell einsetzbar. Ferner kann das aufgebrachte, thermoplastische oder thermoelastische Polymermaterial auch magnetisch bzw. magnetisierbar sein. Fig. 3 zeigt eine schematische räumliche Ansicht einer Vorrichtung 20 mit dem ersten Bauteil 13, das die Oberfläche 12 aufweist, und der Polymerschicht 16, die an der Oberfläche 12 angeordnet ist. Das erste Bauteil 13 kann ein Halbzeug einer späteren Vorrichtung, wie beispielsweise Vorrichtung 10 sein. Das Abscheiden der Polymerschicht 16 mit- tels elektrophoretischer Deposition kann an einem Herstellungsort, beispielsweise einer Fabrik oder eines Beschichtungsunternehmens, erfolgen und anschließend gelagert oder an einen Ort transportiert werden, an dem das Halbzeug weiterverarbeitet wird, so dass möglicherweise während oder nach erfolgter Fertigstellung ein weiteres Bauteil über die Polymerschicht 16 an der Oberfläche 12 des ersten Bauteils 13 angeordnet wird.

Obwohl in vorangegangenen Ausführungsbeispielen eine Anordnung eines Bauteils über eine thermoplastische oder thermoelastische Polymerschicht beschrieben wurde, ist ebenfalls vorstellbar, dass ein Stapel aus ein oder mehreren Substratschichten und/oder ein oder mehreren Bauteilen mit zwei oder mehreren Polymerschichten aufbaubar ist. Beispielsweise kann ein Halteelement für einen Aktuator oder einen Sensor eine thermoplastische oder thermoelastische Polymerschicht an einer Oberfläche aufweisen. Das Halteelement kann an einem Substrat über eine thermoplastische oder thermoelastische Polymerschicht, etwa unter Anwendung des Verfahrens 100, angeordnet werden und an einer anderen Oberfläche die thermoplastische oder thermoelastische Polymerschicht aufweisen, so dass der jeweilige Sensor oder Aktuator an dem Halteelement, etwa unter Anwendung des Verfahrens 100, angeordnet wird.

Ein mehrschichtiger Stapel mit ein oder mehreren thermoplastischen oder thermoelasti- schen Polymerschichten kann alternativ oder zusätzlich in optischen Anwendungen ein- setzbar sein, wenn Linsenstrukturen aus zwei oder mehreren optischen Komponenten über teilweise oder vollständig transparente Polymerschichten verbunden werden. Bei der Polymerschicht 16 kann es sich um ein fluoriertes Polymermaterial handeln.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung. z.B. die Ablaufsteuerung des Verfahrens zum Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen einem zwei Bauteilen, in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.

Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.

Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.

Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Da- ten ström oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Da- tenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerpro- gramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.

Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.