CN112384321A

CN112384321A - 用于制造焊接结构组件的方法和焊接结构组件

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Publication number: CN112384321A
Application number: CN201980045500.8A
Authority: CN
Inventors: 多米尼克·芬腾; 米夏埃尔·舒尔策; 朱利安·施米特; 拉尔夫·卡尔特霍夫
Original assignee: Bozewalsburg Automotive Parts Europe
Current assignee: Bozewalsburg Automotive Parts Europe; Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2018-05-14
Filing date: 2019-05-13
Publication date: 2021-02-19
Also published as: DE102018207439A1; WO2019219591A1; KR20210005276A; US20210178519A1

Abstract

本发明涉及用于制造焊接结构组件(2、8)、尤其是电机(1)的壳体的方法。在此，提供经冷改型的第一接合配对件(2)，该第一接合配对件由能冷改型的硅含量少的第一铝合金形成，并且提供第二接合配对件(8)，该第二接合配对件由硅含量相比第一铝合金提高了的第二铝合金形成。借助激光束焊接将该第一和第二接合配对件接合。第二铝合金的硅含量以相比第一铝合金提高了的方式调整，使得在第一与第二接合配对件(2、8)之间的焊接区(74)中产生至少约为3％的硅含量。

Description

用于制造焊接结构组件的方法和焊接结构组件

技术领域

本发明涉及一种用于制造焊接结构组件的方法，焊接结构组件的接合配对件尤其分别由铝合金形成。本发明还涉及这种焊接结构组件，尤其是电机的壳体。

背景技术

当要避免使用附加的构件(例如诸如螺钉的连接元件)时，通常采用焊接结构组件。这是因为在某些情况下由这种附加的连接元件会不期望地引起整个结构组件的重量增加。此外，在该使用情况下，焊接连接部也会更能承受载荷。

在焊接结构组件由铝构件形成的情况下，经常出现不同的所要考虑的问题。因此，例如对于各个构件的批量生产来说，从经济方面来看通过冷改型、尤其是冷挤压成型来制造这些构件是适宜的。由此，在得到较高的表面质量和无返工或较少返工的同时能够实现相对较高的尺寸精度。但是，诸如AlMg3之类的易焊接的铝合金无法以足够高的自由度来借助冷改型进行加工。特别好地适用于冷改型的铝合金虽然原则上是能焊接的，但是经常会导致形成所谓的热裂纹，这在运行中将会导致焊接结构组件的损坏。对于硅质量份额约为1％的铝合金来说尤其如此。在具有这样的硅含量的情况下，铝合金将具有更高的热裂纹的趋势。

因此，例如在两个分别具有约为1％硅含量的构件之间建立焊接连接部时，通常将焊接添加材料输送给焊接区(也被称为：“熔化区”)，以便使之合金化超过该临界的硅含量。但是，由于通常必须以线材的方式输送添加材料，所以在自动化制造中通常需要对线材输送进行相机监控，因此这伴随有相对较高的附加耗费。

发明内容

本发明的任务是简化焊接结构组件的制造。

根据本发明，该任务通过具有权利要求1的特征的方法来解决。此外，根据本发明，该任务通过具有权利要求6的特征的焊接结构组件来解决。本发明的另外的有利的且具有创造性的实施方式和改进方案在从属权利要求和以下描述中加以陈述。

根据本发明的方法用于制造焊接结构组件，尤其是电机的壳体。根据方法，在此提供了经冷改型的(优选经冷挤压成型的)第一接合配对件，该第一接合配对件由能冷改型的、尤其适用于冷挤压成型的硅含量少的第一铝合金形成。此外，提供了第二接合配对件，该第二接合配对件由第二铝合金形成，该第二铝合金相比第一铝合金具有提高的硅含量。然后，借助激光束焊接将第一和第二接合配对件尤其是直接地(也就是说尤其是在中间没有添加构件的情况下)彼此接合。在此，第二铝合金的硅含量以相比第一铝合金提高了的方式调整(优选选择)，使得在第一和第二接合配对件之间的焊接区中产生至少约3％(尤其是质量百分比)的硅含量。

特别优选地，调整(选择)第二铝合金的硅含量，使得在激光束焊接之后，在焊接区中存在至少约为4％的硅含量。

术语“约”在(质量相关的)合金份额的百分比说明方面在这里和下文中尤其是被理解为可以存在+/-0.5％的公差范围。

通过使用激光束焊接有利地能够实现的是，让两个接合配对件能够相对彼此自由地取向，尤其是不必考虑固定地在其中至少一个接合配对件上设置诸如螺钉孔、定位销等的接合元件。尤其地，由此能够实现的是，可以补偿尤其与接合配对件彼此间的定位(或：取向)有关的位置公差。因此，例如在由两个接合配对件形成轴承保持部时可以特别容易补偿或调整同轴度、偏心度或同心度等。

在焊接过程中众所周知的是，两个接合配对件在其接合位置处熔化，并且因此两个接合配对件的材料也发生局部混合。在硅含量约从3％起的情况下，将降低形成热裂纹的风险。由于将第二铝合金关于其铝含量以及在焊接区中的所伴随生成的合金化部的硅含量按上述选定、尤其调整为至少大约3％、优选4％，使得可以有利地降低或者甚至避免形成热裂纹的风险。尤其地，因此也能够实现的是，将特别好地适合于冷改型的通常具有特别低的(例如2％以下的)硅含量并且因此极为容易形成热裂纹的铝合金作为第一铝合金用于第一接合配对件。由此，可以经济地制造第一接合配对件，并且尽管如此仍然能够降低在以焊接技术进行接合时形成热裂纹的风险，而不提高制造耗费。后者有利地尤其通过如下方式能够实现，即，由于通过第二铝合金让焊接区进行上述合金化，使得可以取消使用具有高硅含量的焊接添加材料。

在特别优选的方法变型方案中，也在没有这种焊接添加材料的情况下执行激光束焊接。由此有利地取消了用于线材输送的耗费以及对焊接过程在线材输送方面的有关监控以及用于焊接添加材料的原料成本。

在另外优选的方法变型方案中，针对第二接合配对件(进而作为第二铝合金)，采用具有至少约为8％的、优选至少为10％的硅含量的铝合金、尤其是铸铝合金。在该硅含量的情况下，尤其能够以相对较高的过程可靠性实现上述的焊接区合金化。在此例如将AlSi12(也被命名为EN AC 44300)或AlSi12Cu1(也被命名为EN AC 47100)用作第二铝合金。

在同样优选的方法变型方案中，采用具有约为1％的硅含量的铝合金、尤其是可锻铝合金作为第一铝合金(也就是说用于第一接合配对件)。例如，将铝合金AlMgSi1(也命名为EN AW 6082)用作第一铝合金。

在适宜的方法变型方案中，借助铝压铸来制造第二接合配对件。由此针对第二接合配对件在经济地批量生产的同时(尤其是在构件几何形状方面)得到特别高的设计自由度。

根据本发明的焊接结构组件尤其形成电机的壳体，例如电动马达的壳体。焊接结构组件在此包括上述的经冷改型的第一接合配对件，该第一接合配对件由能冷改型的硅含量低的第一铝合金形成。此外，焊接结构组件包括借助激光束焊接过程与第一接合配对件接合的第二接合配对件，该第二接合配对件由具有提高的硅含量的第二铝合金形成。在此将第二铝合金的提高的硅含量选择成使得在第一与第二接合配对件之间的焊接区中构造出至少约为3％、优选至少约为4％的硅含量。也就是说，根据本发明的焊接结构组件尤其是借助上述方法来制造的。

因此，焊接结构组件具有由上述方法得到的所有(物理)特征。因此，该方法和焊接结构组件也具有上述相应的优点。

在本发明的适宜的实施方案中，第一接合配对件是壳体箱，该壳体箱尤其形成电机的壳体的罐状的部分。在该情况下，第二接合配对件是在端侧封闭壳体箱的轴承端盖。轴承端盖在此尤其用于保持用于电机的转子轴的轴承，在电机的按规定装配状态下，该转子轴在壳体箱的内部与转子连接并且以能相对于定子转动的方式受支承。

电机优选是机动车辆的组成部分，并且尤其是机动车辆的诸如调节驱动器的辅助机组的组成部分。尤其地，电机是泵的组成部分，例如是润滑剂泵的、尤其是发动机油泵或传动装置油泵的组成部分。对此替选地，电机是水泵的、空调压缩机的或加热器风机(HVAC)的组成部分。对此替选地，电机是电动车窗升降器的、电动马达式的座椅调节部的、电动马达式的尾盖的或电动滑动天窗的组成部分。在另外的替选方案中，电机是车辆座椅的按摩装置的组成部分。特别优选地，电机是电动马达，例如同步马达。例如，电动马达是有刷的整流子马达。然而，特别优选地，电动马达被设计为无刷，尤其是被设计为无刷的直流马达(BLDC)。特别优选地，电机是转向部马达并且因此是机动车的转向设备的组成部分。在此，转向杆作为调节部分在运行中尤其借助电动马达来运动。

附图说明

下面参照附图更详细地解释本发明的实施例。其中：

图1以立体的前视图示意性地示出形成电机的壳体的焊接结构组件；

图2以立体的后视图示出根据图1的焊接结构组件；

图3示出焊接结构组件的示意性的纵截面；并且

图4以示意性的流程图表示出用于制造焊接结构组件的方法。

在所有附图中，彼此相应的部分总是设有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1和2中立体地示出了电机，具体说是电动马达1。电动马达1具有壳体箱，具体是罐形的壳体部分(其被称为“壳体罐2”)，该壳体罐具有成形在其上的B侧的轴承端盖4(参见图2)，在该B侧的轴承端盖***支承有第一滚动轴承，具体是滚珠轴承6。在其上成形有B侧的轴承端盖4的壳体罐2在其余侧借助A侧的轴承端盖8(其同样形成壳体部分)封闭，该A侧的轴承端盖承载有第二滚动轴承(具体是滚珠轴承10)。壳体罐2由第一铝合金借助冷改型、具体是借助冷挤压成型制成。A侧的轴承端盖8由第二铝合金作为铝压铸件制成。

电动马达1具有转子轴12，该转子轴借助两个滚珠轴承6和10以能围绕转动轴线14旋转的方式受支承。为了在从动侧与下游的传动装置耦合，转子轴12在端部侧设计成具有外齿部。A侧的轴承端盖8还具有指离壳体2的凹腔16，该凹腔被用于部分容纳下游的传动装置。在B侧的轴承端盖4的侧上，在壳体罐2上形成有突出的凸缘18。在凸缘18内部形成的空间20被用于容纳转动编码器以及电动马达1的驱控电子器件。

在转子轴12上，在两个滚珠轴承6和10之间抗相对转动地保持有叠片组22，在该叠片组中定位有永磁体。具有永磁体的叠片组22与转子轴12一起形成电动马达1的转子24。叠片组22被布置在壳体罐2的内壁上的定子26包围，该定子包括多个电线圈28。

A侧的轴承端盖8以下面参考图4更详细描述的方法借助激光束焊接与壳体罐2接合。壳体罐2在此形成第一接合配对件，并且A侧的轴承端盖8相应地形成第二接合配对件。因此，由壳体罐2和A侧的轴承端盖8构成的壳体是焊接结构组件，第一铝合金(也就是说壳体罐2的第一铝合金)具有的硅含量具体为大约1％。具体地，它是可锻铝合金，例如AlMgSi1，其特别适用于冷挤压成型。第二铝合金(即A侧的轴承端盖8)具体地具有大于10％的硅含量。具体地，第二铝合金是铸铝合金，例如是AlSi12。

在图4中所示的方法的第一方法步骤40中，提供具有定子26的壳体罐2。在第一方法步骤40之前，在冷挤压成型方法中由第一铝合金制成壳体罐2，将定子26放置在壳体罐2内部并使之与该壳体罐的内壁相接。另外，将第一滚珠轴承6与B侧的轴承端盖4相接。

在第二方法步骤50中，将转子24引入到壳体罐24中并且因此引入到定子26中。在此，转子轴12被引导穿过第一滚珠轴承6，从而使得转子轴12探伸进入到空间20中。

在第三方法步骤60中，将承载第二滚珠轴承10的A侧的轴承端盖8安置在壳体罐2上。转子轴12在此穿入第二滚珠轴承10中。A侧的轴承端盖8起初粗粗地并且仅松散地安置在壳体罐2的与B侧的轴承端盖4和空间20相对置的端侧上。随后，(可选迭代地)使A侧的轴承端盖8相对壳体罐2取向，使得存在转子24相对于定子26尽可能无干扰的支承。具体地，通过获知干扰变量，例如转子24相对于定子26的偏心度、转子24的齿槽力矩和/或在对其中一部分电线圈8通电时出现的作用到转子24上的(电动马达式的)力，让A侧的轴承端盖8横向于转动轴线14移动，从而使得转子24的叠片组22与定子26的线圈28之间的距离也改变。这再次导致上述干扰变量的变化。

在随后的方法步骤70中，将A侧的轴承端盖8在干扰变量足够小的定位中紧固在壳体罐2上。为此，将A侧的轴承端盖8与壳体罐2激光焊接起来，从而沿着(示意性地指出的)焊缝72在A侧的轴承端盖8与壳体罐2之间得到材料锁合的连接部。焊缝72在此被气密地设计，从而防止了外来颗粒在A侧的轴承端盖8与壳体罐2的汇聚边缘的区域内侵入到壳体中。

在激光束焊接时，在碰到两个接合配对件上的激光束周围构成的焊接区74中在第一铝合金与第二铝合金之间产生混合合金。由于针对A侧的轴承端盖8选择了硅含量大于10％的第二铝合金，因此在焊接区74中产生的硅含量与第一铝合金(其具有约1％的硅含量)相比合金化成降低了第一铝合金的合金固有的热裂纹趋势。具体地，由于将第二铝合金用于A侧的轴承端盖8，使得焊接区74中的硅含量提升到至少约为4％。因此，可以取消焊接添加材料的耗费高的且成本高昂的使用，并且尽管如此仍可以有效地降低热裂纹形成的风险。

由于A侧的轴承端盖8和壳体罐2的取向，此外也不需要在壳体2与A侧的轴承端盖8之间的连接位置处对构件公差提出特别的要求。以该方式，使得A侧的轴承端盖8以及壳体罐2的制造变得更廉价。此外，由于焊缝72不需要密封元件，使得进一步降低了制造成本。

本发明的主题不限于上述实施例。相反，本领域技术人员可以从以上描述中推导出本发明的另外的实施方式。

附图标记列表

1 电动机

2 壳体罐

4 B侧的轴承端盖

6 滚珠轴承

8 A侧的轴承端盖

10 滚珠轴承

12 转子轴

14 转动轴线

16 凹腔

18 凸缘

20 空间

22 叠片组

24 转子

26 定子

28 线圈

40 方法步骤

50 方法步骤

60 方法步骤

70 方法步骤

72 焊缝

74 焊接区

Claims

1.用于制造焊接结构组件(2、8)、尤其是电机(1)的壳体的方法，其中，

-提供经冷改型的第一接合配对件(2)，所述第一接合配对件由能冷改型的硅含量少的第一铝合金形成，

-提供第二接合配对件(8)，所述第二接合配对件由硅含量相比所述第一铝合金提高了的第二铝合金形成，并且，

-借助激光束焊接将第一和第二接合配对件(2、8)接合，

其中，所述第二铝合金的硅含量以相比所述第一铝合金提高了的方式调整，使得在第一与第二接合配对件(2、8)之间的焊接区(74)中产生至少约3％的硅含量。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，针对所述第二接合配对件(8)采用具有至少约8％的、尤其是至少为10％的硅含量的铝合金。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其中，针对所述第一接合配对件(2)采用具有约为1％的硅含量的铝合金。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，

其中，在没有焊接添加材料的情况下执行激光束焊接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，

其中，借助铝压铸来制造所述第二接合配对件(8)。

6.焊接结构组件(2、8)、尤其是电机(1)的壳体，所述焊接结构组件具有：

-经冷改型的第一接合配对件(2)，所述第一接合配对件由能冷改型的硅含量低的第一铝合金形成，

-第二接合配对件(8)，所述第二接合配对件由硅含量相比所述第一铝合金提高了的第二铝合金形成，

其中，第一和第二接合配对件(2、8)借助激光束焊接过程彼此接合，并且其中，所述第二铝合金的硅含量以相比所述第一铝合金提高了的方式选择，使得在第一与第二接合配对件(2、8)之间的焊接区(74)中构造出至少约为3％的硅含量。

7.根据权利要求6所述的焊接结构组件(2、8)，

其中，所述第二接合配对件(8)由具有至少为8％的、尤其是至少为10％的硅含量的铝合金形成。

8.根据权利要求6或7所述的焊接结构组件(2、8)，

其中，所述第一接合配对件(2)由具有约为1％的硅含量的铝合金形成。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的焊接结构组件(2、8)，

其中，所述第二接合配对件(8)构造为铝压铸件。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的焊接结构组件(2、8)，

其中，所述第一接合配对件是所述电机(1)的壳体的壳体箱(2)，并且其中，所述第二接合配对件是在端侧闭合所述壳体箱(2)的轴承端盖(8)。