CN110710340B - 用于电气设备的、具有紧密模制的壳体部件的壳体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电气设备、特别是电机的壳体。所述壳体包围空腔。所述壳体具有壳体斗和壳体部件。例如通过封闭元件、特别是壳体盖构成的壳体部件构造为与所述壳体斗尤其可分离地或不可分离地连接或者封闭所述壳体斗。根据本发明，所述壳体斗、特别是壳体斗的壳体壁具有开口。所述壳体斗至少在环绕所述开口构造的壳体斗边缘的区域中由金属、特别是钢或铝制成。所述壳体部件优选由塑料制成。所述壳体优选具有特别是管状的适配器，所述适配器用于将所述壳体斗与所述壳体部件连接。所述适配器在所述壳体斗边缘的纵向区段处被注塑或被熔化。所述适配器在与所述壳体斗相反的端部处具有包围适配器开口的、尤其接片状的适配器边缘，所述适配器边缘与所述壳体部件特别是紧密地粘接或焊接在一起。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电气设备、特别是电机的壳体。所述壳体包围空腔。所述壳体具有壳体斗和壳体部件。例如由封闭元件、特别是壳体盖构成的壳体部件构造为与壳体斗尤其可分离地或不可分离地连接，或者构造为封闭所述壳体斗。
发明内容
根据本发明，所述壳体斗、特别是壳体斗的壳体壁具有开口。所述壳体斗至少在围绕开口形成的壳体斗边缘的区域中由金属、特别是由钢或铝制成。所述壳体部件优选地由塑料制成。壳体优选地具有特别是管状的适配器，所述适配器用于将壳体斗与壳体部件连接。所述适配器在所述壳体斗边缘的纵向区段处被注塑或被熔化。所述适配器在与所述壳体斗相反的端部处具有包围适配器开口的、尤其接片状的适配器边缘，所述适配器边缘构造为与所述壳体部件特别是紧密地粘接或焊接在一起。通过所述适配器能够有利地将壳体部件与壳体斗紧密地连接，所述壳体部件构造为用于容纳控制器或者电气部件，其中，所述适配器例如朝向壳体部件在适配器开口的区域中具有用于壳体部件的、特别是标准化的接口。壳体、特别是壳体斗可以进一步有利地借助于壳体部件以介质密封的方式封闭，从而使得诸如水或油的介质不会在壳体部件和壳体斗之间的接合部位处渗透到壳体内部中。
通过适配器不仅指向壳体斗边缘的适配器边缘可以具有包围开口的曲线，该曲线优选通过适配器材料的熔化变形适配壳体边缘的形状。与此无关地或除此之外，指向壳体部件、特别是指向封闭元件的适配器边缘可以具有适配所述壳体部件的曲线。
在一种优选的实施方式中，壳体、特别是壳体壁具有至少一个圆弧。例如在一种简单的实施方式中，壳体、优选至少所述壳体斗是圆柱形的。进一步优选地，壳体斗由圆柱形的壳体斗、特别是金属斗形成。壳体本身特别是可以稳定地构造为电动机的壳体，其中壳体部件、例如用于容纳控制器的壳体盖由塑料制成，并且因此能够以较小的重量和低廉的成本来提供。
在另一种实施方式中，壳体和/或壳体边缘是多边形的或多角形的。所述适配器能够有利地通过成型在壳体边缘处而形成紧密的、无螺纹的连接，即使壳体边缘具有非旋转对称的壳体边缘形状。
在一种优选的实施方式中，所述壳体斗边缘朝向适配器具有包围开口的曲线，该曲线具有至少一个圆弧和/或至少一个拐角。
优选地，所述适配器与壳体斗边缘相对应地构造，其中适配器边缘形成闭合的曲线。
有利地，所述适配器能够使得由例如用于控制器的壳体部件构成的设备壳体适配于多个金属壳体斗形状和壳体斗尺寸。有利地，封闭元件也可以借助于适配器紧密地封闭壳体斗，因为在没有适配器的情况下，在封闭元件和壳体之间的密封部否则会形成一个薄弱部位。
在一种优选的实施方式中，适配器的朝向壳体部件、优选朝向壳体盖的开口是圆形的、特别是圆环形的。壳体部件能够以简单且紧密的方式放置在适配器开口上，并且与适配器粘接或焊接。例如，所述适配器可以使具有圆形开口的壳体部件多角的壳体相适配。
在一种优选的实施方式中，壳体斗边缘的纵向区段具有尤其通过铣削产生的空隙或者尤其借助于激光射线产生的凹部。优选地，适配器、特别是适配器材料形状配合地接合到所述空隙或凹部中。
所述空隙或凹部优选借助于激光射线产生。因此，适配器可以有利地形状配合地并且进一步有利地紧密地与金属壳体牢固连接。有利地，通过重熔过程突出的上部结构和底切部可以在壳体边缘中产生。
所述空隙或凹部例如借助于材料去除或材料成形，特别是借助于激光熔化，切割或铣削或化学蚀刻产生。所述凹部例如可以具有在5微米至500微米之间的深度延伸部。
借助于激光射线、尤其是脉冲激光射线产生的结构例如特别是横向于壳体边缘的表面具有在150微米至500微米之间的深度，该结构包括凹部或者附加地包括凸起。优选通过激光射线产生以下结构，即该结构是由彼此相邻地并且彼此重叠地布置的凸起和凹部构成的组合，从而由此形成多个几何形状的底切部。
例如在文献DE 10 2007 023 418 A1中描述了一种用于产生凹部的方法。
在一种优选的实施方式中，通过所述空隙或凹部在壳体边缘的平面中形成一种图案、特别是交错图案。该交错图案优选地包括一条或多条曲线。为此，激光或铣削工具例如能够在侵入到壳体的壳体边缘中时尤其以交错的圆周运动沿彼此不同的方向进入到壳体边缘的纵向区段的内部，其中，壳体沿着纵向延伸部在重熔时转动经过激光射线和/或激光射线围绕壳体边缘运动。借助于该交错图案，对于交错图案的、由凹部形成的曲线来说优选不会形成优先取向。
在壳体的一种优选的实施方式中，所述适配器在适配器边缘的区域中借助于热接合方法，比如红外焊接、热气体焊接、加热镜焊接(Heizspiegelschweiβen)、超声波焊接或激光焊接、特别是激光透射焊接与壳体部件连接。由此，壳体部件尤其不可分离地与壳体斗连接。
优选地，所述适配器至少在适配器边缘的区域中由仅仅很少地或者不吸收激光射线、特别是红外射线的塑料制成，从而所述适配器在适配器边缘的区域中对于激光射线来说是半透明的，该区域形成用于与壳体盖连接的连接区段。激光射线于是可以穿过适配器边缘传输并且到达壳体部件，并在那里被吸收。于是壳体部件、例如壳体盖能够与适配器边缘融合在一起。
用于产生这种结构、特别是凹部和/或空隙的激光射线优选是脉冲激光射线，优选是具有优选在20至50纳秒之间的纳秒范围中的脉冲。激光射线的波长优选在1000至1200纳米之间、特别优选为1030纳米。激光射线优选熔化壳体的材料并进行成型。该结构可以有利地是在壳体边缘的平面中形成的图案。由此，也可以在凹部的区域中产生与凹部相邻的熔化凸缘，该熔化凸缘可以由构成形状配合的适配器材料包围并且被嵌入。有利的是，适配器材料可以在成型期间、特别是在注塑或热成型期间渗透到壳体边缘的表面结构的底切部中，从而产生特别是多维的形状配合，并且因此在适配器和壳体边缘之间形成牢固的连接。在适配器和壳体边缘之间的密封性通过由表面结构形成的迷宫结构实现，方法为：针对介质的泄漏路径通过多次转向在适配器和壳体边缘之间的接触区域中的底切部处具有足够的长度。
优选地，在壳体部件上形成环绕的突出区域，特别是环、接片或凸缘。该突出区域设计用于吸收激光射线、特别是红外线，从而借此进行熔化。因此，壳体盖能够以过盈配合被压入到适配器开口中。该突出区域于是可以通过尤其沿径向向内指向的激光射线从外侧熔化并且与适配器连接。相对于适配器的连接部例如是材料配合的连接部或粘合连接部。在突出区域熔化期间，可以通过熔化流出(Schmelzaustrieb)来减小压应力。压应力在焊接过程中有利地用作支持的接合力。
在一种优选的实施方式中，所述适配器由热塑性塑料制成。热塑性塑料例如是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS)或聚酰胺。
在一种优选的变型方案中，所述适配器由彼此不同的塑料制成，其中适配器边缘由用于激光透射焊接的塑料制成，并且适配器的与壳体边缘连接的保持区段由纤维增强的塑料制成。该纤维例如是玻璃纤维。该玻璃纤维优选如此短地构造，以至于它们可以至少以一纵向区段或完全地渗透到上述凹部中。
优选地，适配器和壳体部件由相同的塑料材料、例如热塑性塑料制成。适配器边缘或壳体部件可以由激光透明的塑料制成。适配器边缘优选构造用于与壳体部件接合在一起，其中适配器边缘形成接合部位。优选地，适配器边缘的开口边缘形成闭合的折线，其中壳体部件的开口与此相应地成型，从而使得壳体部件和适配器在适配器边缘的区域中彼此紧密地贴靠在一起。
电气设备优选是电机。壳体部件优选构造用于容纳控制器，该控制器用于电机或电气设备的电气部件。
本发明还涉及一种用于连接壳体部件、特别是壳体盖与壳体斗的方法。在该方法中，借助于激光射线在壳体斗的壳体壁中产生凹部。在另一步骤中，在壳体、特别是壳体斗的壳体斗边缘处成型有塑料适配器，其中塑料渗透到空隙和/或底切部中，于是适配器牢固地并且紧密地与壳体斗连接。在适配器上构造有包围适配器开口的适配器边缘。在另一步骤中，该适配器边缘与所述壳体部件连接，例如像之前在焊接的实施例中所描述的那样，并且壳体尤其液体密封地和/或气体密封地被封闭。于是电机、特别是电动机和/或发电机相对于液体、特别是诸如油或水的介质被密封。
对于该方法来说优选的是，尤其是在适配器在壳体斗处成型之前借助于激光射线在壳体壁中通过材料熔化产生凹部、底切部或附加地产生突起、特别是凸缘，从而适配器在成型时在壳体边缘处与壳体不可相对转动地和抗拉地连接。有利地，适配器尤其也能够通过适配器的彼此不同的膨胀系数引起壳体的热膨胀，并且使壳体壁、适配器不会从壳体边缘脱开。
在一种优选的实施方式中，壳体部件或壳体盖以及适配器的适配器边缘通过激光射线彼此焊接在一起。
由此，壳体部件或壳体盖与适配器液体密封地和/或气体密封地连接。优选地，壳体部件、特别是壳体盖以及适配器具有相同的热膨胀系数。有利地，壳体部件和适配器之间的焊接部位即使在热负荷下也不会断裂，从而使得壳体部件与适配器材料配合地并且抗断裂地进而紧密地连接。
附图说明
以下参考附图和其他实施例描述本发明。其他有利的实施变型方案由在附图中和/或在从属权利要求中描述的特征的组合得出。
图1示出了一种用于电气设备的实施例，其中壳体斗借助于注塑在壳体斗处的适配器与壳体盖连接；
图2示出了在壳体边缘中借助于激光射线产生的凹部和底切部。
具体实施方式
图1示意性地示出了电气设备1的实施例，在该实施例中，电气设备是电机，特别是发电机或电动机。设备1具有壳体2，所述壳体在该实施例中具有壳体斗27。所述壳体2包围空腔3。在该实施例中，电动机容纳在空腔3中，其中示出了定子15和转子16。转子16的转子轴17沿电气设备1的纵向轴线18延伸。
在该实施例中由金属壳体斗、特别是铝壳体斗形成的壳体斗27具有壳体斗边缘4，所述壳体斗边缘包围朝向空腔3的开口10。壳体2还具有形成壳体盖的壳体部件9，所述壳体部件构造为容纳设备1的电气部件。
在该实施例中，在壳体斗27的壳体壁处模制有横向地并且径向向内延伸的分隔壁5。所述分隔壁5将在其中容纳有电动机的空腔3与由壳体部件9包围的空腔29隔开。所述壳体部件9在该实施例中也构造为封闭开口10的封闭元件。在该实施例中，控制器22作为设备1的电气部件容纳在空腔29中。控制器22由接片24保持，所述接片模制在壳体部件9处。在该实施例中，控制器22具有转子位置传感器25，该转子位置传感器25布置在转子轴17的端部区段26的有效区域中。转子位置传感器25例如是霍尔传感器，GMR传感器(GMR＝Giant-Magneto-Resistive：巨磁阻)或AMR传感器(AMR＝Anisotrope-Magneto-Resistive：各向异性磁阻)。端部区段26例如具有永磁体，从而所述转子位置传感器25能够检测转子16的转子位置并且能够产生相应的转子位置信号，以便通过控制器22触发定子15。
壳体2还具有适配器6。在该实施例中，通过塑料壳体部件形成的壳体部件9借助于适配器6与壳体斗27连接。
在该实施例中，适配器6通过适配环形成，该适配环注塑在壳体斗边缘4处。为此，适配器6具有保持区段7，该保持区段7构造为在纵向区段30上包围壳体斗27的壳体斗边缘4。纵向区段30沿纵向轴线18延伸。
壳体斗边缘4在纵向区段30上具有借助于激光射线产生的凹部、底切部或凸起、特别是突出的熔化凸缘射线。
在壳体斗边缘4上，凹部12形成在壳体斗边缘的径向向内指向的表面上。凹部13形成与其对置的、向外指向的表面上。凹部14形成在壳体斗边缘4的端面上。凹部12、13和14例如通过激光射线产生。凹部一起形成凹部图案，该凹部图案例如在壳体斗边缘4的平面中形成交错图案(Taumelmuster)。特别是在保持区段7的区域中，形成适配器6的塑料材料在生产过程中、例如在注塑适配器时渗入到所述凹部中，并且将所述凹部填充。适配器6与壳体斗边缘4牢固咬合地连接。适配器6的塑料材料接合到所述凹部中。
除了凹部之外，能够通过激光射线在所述凹部附近产生熔化凸缘，其能够由塑料材料包围，并且适配器6能够附加地保持在熔化凸缘上。凹部能够形成在壳体斗边缘4的内侧面、端面或外侧面上或者形成在壳体斗边缘的侧面的组合上。
在该实施例中构造为适配环的适配器6具有模制在保持区段7上的连接区段8，该连接区段8在该实施例中是环状的、特别是空心柱状的。连接区段8形成以上提到的适配器边缘。
如已经提到的，在另一种实施方式中，适配器可以不是旋转对称的，并且对此例如具有用于环绕壳体斗边缘4的保持区段，其根据壳体边缘形成闭合的曲线。该曲线能具有圆形的区段和/或角形的区段。
连接区段8沿纵向轴线18的方向延伸并且构造为借助于激光射线20与壳体部件9焊接。还示出了激光器19，其构造用于产生激光射线20。适配器6的连接区段8构造为对于激光射线是半透明的，从而激光射线20可以至少在连接区段8的区域中穿透适配器6，而激光射线20基本上不被吸收。然后激光射线20在穿透连接区段8之后能到达壳体盖9的边缘并且在那里熔化壳体部件9，从而使得壳体盖9和适配器6的连接区段8能够彼此熔融连接。
因此可以保护壳体2免受湿气或油的渗透并且对其进行紧密的封闭。
在一种变型方案中，连接区段8和保持区段7由相互不同的塑料、优选热塑性塑料制成。例如，连接区段8由对于激光射线20来说半透明的塑料制成，并且所述连接区段由尤其颗粒填充的或者纤维强化的、尤其是借助于玻璃纤维或碳纤维强化的塑料制成，其具有与壳体2的金属相似的热膨胀系数。
为此，适配器6例如可以借助于多部件注塑制造，其中这些部件尤其以材料锁合的方式彼此连接。
图2示意性地示出了在图1中已经示出的壳体斗边缘4，其中细节地示出了借助于激光射线40产生的凹部。凹部31垂直于壳体斗边缘4的向外指向的表面延伸，从而使得激光射线40在形成凹部图案时可以垂直地到达壳体斗边缘4的表面。在向内指向的表面上产生的凹部32横向于纵向轴线18伸延。在一种变型方案中，空隙32’倾斜于壳体斗边缘4的向内指向的表面伸延。由此适配器6、特别是保持部7能够形状配合地通过这样制造的底切部与壳体斗边缘4连接。
在图1所示的实施例中，凹部14形成在壳体斗边缘4的端面上，在图2中示例性地构造有凹部33，其例如垂直于端侧表面并且平行于纵向轴线18地借助于激光射线40成型。在一种变型方案中，该凹部可以倾斜于端面的表面产生，从而形成底切部，并且塑料材料可以在形成适配器6时流入到所述凹部中。所述底切部可以附加地或独立于倾斜地到达表面的激光射线地通过熔化凸缘形成，该熔化凸缘突出凹部或伸入到凹部中。通过如此形成的啮合部，适配器6牢固地与壳体4形状配合地连接。
Claims (16)
1.一种用于电气设备(1)的壳体(2)，
其中，所述壳体(2)包围空腔(3)，并且所述壳体(2)具有壳体斗(27)和壳体部件(9)，所述壳体部件构造为与所述壳体斗(27)牢固地连接或者封闭所述壳体，
其特征在于，
所述壳体斗(27)具有开口(10)，并且所述壳体斗(27)至少在环绕所述开口(10)构造的壳体斗边缘(4)的区域中由金属制成，并且所述壳体部件(9)由塑料制成，并且所述壳体(2)具有由塑料制成的适配器(6)，所述适配器用于将所述壳体斗(27)与所述壳体部件(9)连接，其中所述适配器(6)在所述壳体斗边缘(4)的纵向区段(30)处被注塑或被熔化，所述壳体斗边缘(4)的纵向区段具有借助于激光射线(40)产生的凹部(12、13、14、31、32、33)和/或底切部，适配器材料流入到所述凹部和/或底切部中，并且所述适配器(6)形状配合地接合到所述凹部和/或底切部中；并且所述适配器(6)在与所述壳体斗(27)相反的端部处具有包围适配器开口(11)的适配器边缘(8)，所述适配器边缘构造为与所述壳体部件(9)紧密地粘接或焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的壳体(2)，
其特征在于，
所述壳体(2)是圆柱形的。
3.根据权利要求1所述的壳体(2)，
其特征在于，
所述壳体斗(27)是圆柱形的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的壳体(2)，
其特征在于，
所述适配器(6)的朝向所述壳体部件(9)开口(11)是圆形的。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的壳体(2)，
其特征在于，
所述壳体斗边缘(4)朝向所述适配器(6)具有包围所述开口(10)的曲线，该曲线具有至少一个圆弧和/或至少一个拐角。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的壳体(2)，
其特征在于，
所述适配器(6)在适配器边缘(8)的区域中借助于激光焊接与所述壳体部件(9)连接。
7.根据权利要求6所述的壳体(2)，
其特征在于，
所述适配器(6)在适配器边缘(8)的区域中借助于激光透射焊接与所述壳体部件(9)连接。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的壳体(2)，
其特征在于，
所述适配器(6)由彼此不同的塑料制成，其中所述适配器边缘(8)由为了进行激光透射焊接而构造的塑料制成，并且所述适配器(6)的与所述壳体斗边缘(4)连接的保持区段(7)由纤维强化的塑料制成。
9.根据权利要求1所述的壳体(2)，
其特征在于，
所述电气设备(1)是电机或者电动机。
10.根据权利要求1所述的壳体(2)，
其特征在于，
所述壳体斗(27)至少在环绕所述开口(10)构造的壳体斗边缘(4)的区域中由铝制成。
11.根据权利要求1所述的壳体(2)，
其特征在于，
所述适配器(6)是管状的适配器。
12.一种用于将前述权利要求中任一项所述的壳体(2)的壳体部件(9)与壳体斗(27)连接的方法，其中
在所述壳体斗(27)的壳体壁中借助于激光射线(20)产生凹部或附加地产生底切部(12，13，14，31，32，33)，并且在所述壳体斗(27) 处模制有适配器(6)、即塑料适配器，其中所述适配器(6)的塑料渗透到凹部(12、13、14、26、27、28)中，并且所述适配器(6)与所述壳体斗(27)牢固地连接，
并且所述适配器(6)具有适配器边缘(8)，并且在所述适配器边缘(8)处与壳体部件(9)连接，并且所述壳体斗(27)被紧密地封闭。
13.根据权利要求12所述的方法，
其中借助于激光射线(40)在壳体壁的表面中产生交错图案。
14.根据权利要求12或13所述的方法，
其中所述壳体部件(9)和所述适配器(6)的适配器边缘(4)借助于激光射线(20)彼此焊接在一起。
15.根据权利要求14所述的方法，其中借助于激光射线(20)熔化所述壳体部件(9)上的突出区域(34)，从而能够减小所述突出区域(34)所产生的挤压应力。
16.根据权利要求12所述的方法，
其中所述壳体部件是壳体盖。
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