CN112292915A

CN112292915A - 电子器件用的壳体的制造方法

Info

Publication number: CN112292915A
Application number: CN201980043603.0A
Authority: CN
Inventors: C·索尔福; P·斯特利特
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2021-01-29
Anticipated expiration: 2039-05-27
Also published as: KR20210023880A; EP3815477A1; MX2020014009A; CN112292915B; DE102018210773A1; WO2020001881A1

Abstract

本发明涉及一种用于制造壳体（10）、特别是电子器件（18）用的壳体（10）的方法，电子器件特别是用于控制电动马达，其中，壳体（10）由第一壳体元件（12）和第二壳体元件（14）形成，其中，壳体元件（12、14）包括铝或铝合金，并且壳体元件（12、14）中的至少一个壳体元件借助压铸方法制造。建议，壳体元件（12、14）至少部分借助多层激光束焊接、特别是双层激光束焊接彼此流体密封地连接。

Description

电子器件用的壳体的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造电子器件用的壳体的方法和一种按本发明的电子器件壳体。

背景技术

已经公知一种用于制造电子器件用的壳体的方法，所述壳体带有第一壳体元件和第二壳体元件。公知的用于制造壳体的方法借助螺旋连接将壳体元件连接起来。密封通过一种布置在第一和第二壳体元件之间的密封装置完成。为了制造，需要多个方法步骤，这又伴随提高的制造成本。

也公知的是，借助单层激光束焊接连接壳体元件。但这种方法容易产生焊接缺陷，随之而来的是壳体缺失密封性。在此提到类型的焊接缺陷可以具有多种多样的起因。特别是在焊接铝压铸合金时面临着特殊的挑战。因此可能例如引起材料中的在激光焊期间打开的空气夹杂物、焊缝中的缺口。此外，可能在激光束方法期间释放氢气夹杂物和合金元素并且在焊缝中形成气孔。

发明内容

本发明基于一种用于制造壳体、特别是电子器件用的壳体的方法，电子器件特别是用于控制电动马达，其中，壳体由第一壳体元件和第二壳体元件形成，其中，壳体元件包括铝或铝合金，并且壳体元件中的至少一个壳体元件能借助压铸方法制造。建议，壳体元件至少部分借助多层激光束焊接、特别是双层激光束焊接彼此流体密封地连接。

带有独立权利要求的特征的按本发明的用于制造壳体的方法和借助这种方法制造的电子器件壳体具有的优点是，可以提供在壳体元件之间的成本低廉并且同时流体密封的连接。通过这种多层激光焊缝能有利地提高密封性。在这期间布置在壳体中的电子器件最小地受到激光束焊的狭窄的热影响区的影响。另外的焊缝层的设置可能特别有利且灵活地在第一焊缝层的确认了或怀疑有不密封性的区域中进行。以这种方式能附加地减少安装时间并且随之而来减少构件成本。

若熔化物或液态的铝或液态的铝合金在表面处接触湿气或来自空气的水，那么这可能导致畸形、气孔或气体夹杂物。来自空气的水与液态的铝反应生成氧化铝和氢气。氢气在熔化物中溶解。氢气极易溶于在液态的铝。在铝溶液凝固时，氢气的可溶性骤降，并且在组织中可能产生填充有氢气的气孔。这些氢气夹杂物可能在激光焊接第一焊缝层时被释放并且因此在焊缝本身中引起开口和气孔，开口和气孔可以有利地用紧接着的焊缝层封闭，因而可以在壳体中提供流体密封的电子器件空间。

释放的空气夹杂物、来自组织的合金元件的气体析出物、在壳体元件表面处的氧化层中的氢气沉积物以及从压铸合金的铸造过程起留在表面处的油和脂，可能在连接铝制的壳体元件时导致在第一焊缝层中密封性的缺失。如已经阐释的那样，这些焊接缺陷用布置在第一激光焊缝层上的一个或多个附加的激光焊缝层封闭，因而可以提供在壳体元件之间的流体密封的连接。根据期望的激光焊缝品质，还可以规定，在引入第二激光焊缝层之后，将一个或多个另外的焊缝层施加在第二焊缝层上。

壳体元件的至少部分多层激光束焊接因此使得能有利地提供精确的、狭窄的激光焊缝，所述激光焊缝特别是基本上构造成无气孔的。同时可以通过多层激光束焊接相比其它焊接方法的较小的热量输入而有利地最小化或防止对电子器件的不期望的热影响。壳体元件借助多层激光束焊接的连接还是一种对布置在壳体中的电子器件有最小的热影响的特别简单和成本低廉的用于流体密封连接的方法。

在本发明的范畴内，压铸方法可以指的是这样一种铸造方法，在该铸造方法中，熔化物在高压下被压入到永久模中，其中，在凝固期间优选维持所述压力。在压铸方法中制造的壳体元件由铝、特别是由铝合金、优选AlSi12（Fe）、合金230构成。

通过在从属权利要求中提及的措施得出了在独立权利要求中说明的特征的有利的扩展设计和改进方案。

按照本发明的一种有利的扩展设计还规定，多层激光束焊接的至少一个焊缝层借助激光束振荡执行。通过激光束振荡并且随之而来的重新覆盖已经熔化的材料，能以有利的方式有效减少焊缝中的气孔，这导致了多层激光焊缝的很高的表面品质。通过激光焊进给运动与圆周形的振荡轨道的重叠，可以这样来改进局部的能量输入，使得能提供在壳体元件之间的一种特别是密封的和尽可能无缺陷的连接。除了这种圆周形的振荡轨道外，也可以想到的是，激光束振荡追随基本上正弦形的曲线。也可以想到激光束的其它的轨道，例如椭圆形的或横8字形的或竖8字形的激光束振荡形状。激光束振荡使得能有针对性地调整局部的热量输入并且随之而来地调整诸如焊缝宽度和焊缝深度之类的焊缝参数。

在本发明的范畴内，激光束的激光束振荡指的是进给运动与通常沿一个或多个空间方向有固定振幅的谐振的重叠。

按照本发明的一种特别有利的实施方式，由至少一个第一焊缝层和至少一个第二焊缝层构造的多层焊缝，基本上无气孔地构造在焊缝层的面朝多层焊缝的自由表面的区域中、特别是第二焊缝层的区域中。此外，气孔和夹杂物的数量相比单一的激光焊缝层明显减少，其中，术语“明显”优选指的是气孔或夹杂物可以减少了至少一半、特别是优选减少了超过80%。

本发明的一种特别优选的实施方式规定，在激光束的单位为“mm/s”的进给速度和单位为“Hz”的重叠的激光束振荡之间的比例构造在0.2（mm/s）/Hz和0.4（mm/s）/Hz之间、特别是基本上在0.25（mm/s）/Hz和0.35（mm/s）/Hz之间。这种比例实现了最优的局部的热量输入，所述热量输入基于圆周形的振荡轨道中的变化的轨道速度决定性地取决于在进给速度和激光束振荡频率之间的比例。以这种方式能提供有优化的组织结构的高质量的、流体密封的激光焊缝。特别是在进给速度与激光束振荡之间的比例处在0.25（mm/s）/Hz和0.35（mm/s）/Hz之间的范围中时，可以确保，提供两次连续相继的振荡的充分的重叠，以便提供这样优化的组织结构。

按照本发明的一种有利的实施方式，还可以规定，第一焊缝层的焊缝的宽度构造成小于第二焊缝层的焊缝的的宽度和/或第一焊缝层的焊缝的深度构造成大于第二焊缝层的焊缝的深度。以这种方式可以确保，第二焊缝层完全覆盖第一焊缝层的自由的表面并且可以保证对侵入到壳体中的流体或液体的密封。焊缝层的宽度和深度这种调整可以尤其是提供，借助激光束振荡、特别是圆周形的激光束振荡执行激光束方法。

本发明的一种有利的扩展设计规定，仅在激光焊缝走向呈角构造的区域中，焊缝才构造成多层激光焊缝。以这种方式能减少第一焊缝重新覆盖（überfahren）到下述区域上，在所述区域中有更大概率出现焊接缺陷。以这种方式能有利地降低制造成本。在这种相互关系下，有角的焊缝走向优选指的是这样一种走向，其使得激光头的进给方向需要超过45°的方向改变。焊缝在焊缝走向基本上追随S形曲线的区域中特别优选构造成多层激光焊缝。

特别是由此能在对布置在壳体中的电子器件的影响最小的同时提供壳体元件的流体密封的连接，即，第二焊缝层的基本上圆周形的激光束轨道的半径比第二焊缝层的基本上圆周形的激光束轨道的半径更大，特别是大20%和40%之间、优选大30%和35%之间。这种焊缝形状实现了第一焊缝层与第二焊缝层的安全的叠加并且随之而来的是在提供狭窄的焊缝的同时最小化了多层焊缝的易缺陷性。

按照本发明的一种有利的实施方式，第二壳体元件构造成用于第一壳体元件的盖，其中，第一壳体元件具有被第二壳体元件遮盖的留空部。以这种方式能通过借助按本发明的激光束方法或多层激光束方法连接两个壳体元件在没有附加的壳体元件或附加引入的材料的情况下，提供用于电子器件的密封的壳体内部空间。为了这个目的，构造成盖的第二壳体元件优选在多层激光束焊接之前就基本上无隙地接触性地贴靠在第一壳体元件上。

本发明的一种有利的实施方式规定，第一壳体元件和第二壳体元件彼此布置在角接口中、特别是凸缘接口中。此外还规定，多层激光焊缝构造成端部扁缝。特别是可以由此来提供这种凸缘接口，即，构造成盖的第二壳体元件沿激光束延伸方向伸出于第一壳体元件的轮廓，其中，盖基本上构造成槽形。弯曲的、板材形的盖的伸出的盖边缘（凸缘）在此可以有利地用作焊接料并且在激光束焊接期间随之熔化。

本发明的另一种有利的实施方式规定，第二焊缝层构造成有不同的边的焊缝，其中，焊缝的长边构造成面朝借助压铸方法制造的壳体元件。尤其在由锻造合金构造的盖中，优选在借助压铸方法制造的壳体元件的区域中出现了诸如气孔和孔洞之类的焊缝缺陷。第一焊缝层与相应的第二焊缝层在借助压铸方法制造的壳体元件的区域中的变大的重合，使得能有利地扩大在较大概率出现焊接缺陷的区域中的连接。

特别有利的是，至少一个壳体元件借助成形方法制造。壳体元件有利地通过拉深成形。用于借助拉深制造壳体元件的原材料是一种锻造合金、特别是无缺陷的和无气孔的锻造合金。按照所述方法的拉深允许了制造无缺陷的、特别是无气孔的、薄壁的、轻便的壳体元件。被视作是另外的优点的是，拉深是用于制造壳体元件的一种简单的和成本低廉的方法。由锻造合金经拉深后的壳体元件优选包括铝、特别是铝合金、优选AlMg3或AlSi1,2Mg0.4。有利的是，合金中的铜含量很小、特别是小于0.3%。也能使用其它铝合金。

优选地，借助压铸方法制造的壳体元件由在引入到压铸模之前特别是经充分放气的熔化物制造，其中，压铸方法在一种保护气氛中、特别是氮气构成的气氛中执行。通过对熔化物放气，防止了熔化物在铸造过程中例如与另外的气体或与从熔化物出来的气体发生反应。通过组合经放气的熔化物和压铸方法在氮气气氛中的执行，在多层激光束焊接之前就已经能减少畸形、气体夹杂物或气孔。

按照本发明的一种有利的实施方式，电子器件在多层激光束焊接之前布置在其中一个壳体元件中。电子器件优选居中地布置在第一壳体元件的凹部内，因而可以提供电子器件与激光焊缝的热影响区的最大的间距。

优选使用固体激光器、特别是优选有在1800W和2000W之间的功率的Nd: YAG-激光器用于多层激光束焊接。

附图说明

实施例在附图中示出并且在随后的说明书中更为详细地阐释。图中：

图1是接合前的壳体的分解图；

图2a是图1的壳体在多层激光束焊接之前的一种实施方式的剖面图；

图2b是图1的壳体在多层激光束焊接之后的一种实施方式的剖面图。

具体实施方式

在图1中示出了按本发明的壳体10的分解图。壳体10包括第一壳体元件12和第二壳体元件14。在图1中示出的壳体10适用于容纳用于控制电动马达的电子器件18。但在此要明确提出的是，用于这样的壳体10的应用也是可以想到的，只要针对这些应用需要流体密封地密封的壳体内部空间。如在图1中可以明显看到的是，第一壳体元件12具有凹部16，凹部内在已安装的状态下布置有电子器件18。凹部16相应于电子器件18的轮廓具有基本上矩形的形状。按照本发明规定，壳体元件12、14包括铝或铝合金，并且壳体元件12、14中的至少一个壳体元件借助压铸方法制造。

如在图1中可以看到的是，按照本发明的在此示出的实施方式，第一壳体元件12借助压铸方法制造并且在其表面处具有多个冷却肋20。借助冷却肋20可以排出在电子器件18的运行中产生的热量。热量从电子器件18传递给壳体10。热量从壳体10借助经由壳体10的表面和冷却肋20的表面的对流排出。壳体10为了这个目的有利地布置在运动的空气流中。壳体10优选布置在通过电动马达驱动的通风器的空气流中，其中，如已经在本文开头阐释的那样，电动马达通过电子器件8控制。

如在图1中可以清楚地看到的那样，第二壳体元件14构造成盖，盖在安装时在电子器件18置入到第一壳体元件12的留空部16中之后布置在留空部16上并且完全遮盖这个留空部。在此在已安装状态下在第一壳体元件12和第二壳体元件14之间留出了电子器件空间。这种盖按照本发明的一种优选的实施方式通过锻造合金的拉深制造。图1中示出的盖14具有基本上矩形的、扁平的轮廓，其中，盖边缘24环绕式地弯曲了基本上90°，因而盖14具有基本上槽形的形状。

如在图1中可以看到的那样，第一壳体元件12具有环绕的外罩26。在外罩26的凹部28处或中例如布置有连接插头，用于电子器件18的驱控和/或供能或者用于马达的驱控和/或供能。电子器件18在第二壳体元件14置放到第一壳体元件12上之前布置在电子器件空间中并且特别是紧固在那里。按照本发明的另一种实施方式，电子器件18在壳体10中通过紧固元件、特别是接触点、优选在壳体元件12、14处的止挡来进行紧固。两个壳体元件12、14紧接着完全环绕式地沿着壳体边缘24的延伸在第一焊缝中进行激光焊接。如图1可以清楚看到的那样，第二壳体元件14和随之而来追随壳体边缘24的激光焊缝走向具有区段26，在该区段中，激光器为了追随盖边缘24的弯曲必须两次改变进给方向约90°。在这个区段26中，本文开头所阐释的焊接缺陷在第一焊缝层中多次出现，这可能导致电子器件空间的密封缺失。现在，按照本发明规定，通过第一焊缝层的重新覆盖将至少一个另外的焊缝层施加在第一焊缝层上。优选进行另外的一个焊缝层或多个焊缝层在区段26中或另外的区段27中的施加，在所述区段中，激光器进给方向为了设置相应的焊缝而必须改变约90°。

多层激光焊缝建立起了在两个壳体元件12、14之间的金属的连接，通过所述连接可以达到在两个壳体元件12、14之间的良好的导热并且因此达到了壳体10或电子器件18的有效散热。与之相反的是，湿密封如其由现有技术公知的那样防止或最小化了在壳体元件12、14之间的热流的形成，因而仅能有限地进行热交换。通过两个接合部分12、14的直接的和环绕的金属的接触，还达到了针对电子器件18的正的电连接。因此例如可以改进电磁的兼容性。当应当保护电子器件18不受电磁场或马达的辐射的影响或者保护周围环境不受电子器件18的电磁辐射或电磁场的影响时，这一点特别重要。

图2a在剖面图中示出了在多层激光束焊接之前按照第一种实施方式的壳体10的一个截面。按照本发明的在图2a中示出的实施方式，两个壳体元件12、14彼此布置在一个凸缘接口中。为了这个目的，第二壳体元件14具有壳体边缘24，该壳体边缘基本上构造成从第二壳体元件14的延伸平面弯曲90°。但在此要明确提及的是，也能想到其它的实施方式，因此例如也可以想到将两个壳体元件12、14彼此布置在一个角接口中。

第一壳体元件12具有布置在内侧的留空部16，该留空部尤其作为阶梯构造在第一壳体元件12的外罩26的边缘中。阶梯在此不仅形成了用于置入的盖元件14的轴向的止挡和也形成了径向的止挡。阶梯32的径向的高度30按照本发明的一种有利的扩展设计基本上环绕地恒定不变。本发明的一种有利的扩展设计还规定，第二壳体元件14的环绕的壳体边缘24具有优选大于阶梯32的径向高度30的径向高度36，因而壳体边缘24在置入的状态中沿着激光束延伸方向34或沿径向超过第一壳体元件12的轮廓。突出部38可以有利地在激光束焊接期间熔化并且起到附加的焊接剂的作用。

如已经在本文开头提到的那样，壳体元件12、14由铝或铝合金制造，其中，两个壳体元件12、14中的至少一个壳体元件在压铸方法中制造。压铸方法涉及原始成形方法，这就是说，由液态的原材料、特别是熔化物来制造固体。为此使用特别是高熔点的铝制的合金，其在高压下注射到尺寸精确的、能重复使用的模具中、特别是钢模中，以达到对铸模的完全的填充。硬化的铸件以很高的精度呈现出铸模的模具空腔的细节和形状。压铸的优点在于高度的造型自由度。用于电子器件18的壳体10的壳体元件12、14对导热和密封性有很高的要求。压铸方法尤其允许了构造冷却肋并且使壳体内部的几何形状与处在那里的电子器件18最佳地匹配。

受用于制造壳体元件12、14的压铸方法所限，通常无法避免导致气孔的缺陷和气体夹杂物。缺陷在焊接时在第一焊缝层中导致了不密封的部位，所述部位防止了完全密封壳体10。如已经提及的那样，这些焊接缺陷经常出现在激光焊缝走向呈角构造的区域26、27中。本发明的一种有利的实施方式现在规定，在这些区域26、27中布置有按本发明的多层焊缝40。这种多层焊缝40在图2b中示出。

如在图2a和2b中可以看到的那样，在按本发明的多层激光束焊接中，激光束优选居中地在两个壳体元件12、14之间导引，其中，激光束延伸方向34基本上沿壳体10的径向延伸。按照本发明，现在规定，在第一方法步骤中，第一焊缝层42借助激光束焊接施加。第一焊缝层42按照本发明的一种有利的实施方式可以借助本文开头所述类型的激光束的激光束振荡施加。紧接着将第二焊缝层44施加在第一焊缝层42上。通过设置第二焊缝层44能以有利的方式封闭诸如第一焊缝层42的气孔和夹杂物之类的焊接缺陷。

第一焊缝层42的焊缝的宽度48按照在图2b中示出的实施方式构造成小于第二焊缝层44的焊缝的宽度46。以这种方式能确保，在相应的区域26、27中，整个第一焊缝层42都被第二焊缝层44覆盖并且因此改进了壳体的密封性。按照本发明的一种有利的扩展设计，可以附加或备选地规定，第一焊缝层42的深度50构造成大于第二焊缝层44的深度52。

Claims

1.用于制造壳体（10）的方法，特别是用于制造电子器件（18）用的壳体（10）的方法，电子器件特别是用于控制电动马达，其中，壳体（10）由第一壳体元件（12）和第二壳体元件（14）形成，其中，所述壳体元件（12、14）包括铝或铝合金，并且壳体元件（12、14）中的至少一个壳体元件借助压铸方法制造，其特征在于，壳体元件（12、14）至少部分借助多层激光束焊接、特别是双层激光束焊接而彼此流体密封地连接。

2.按照权利要求1所述的用于制造壳体（10）的方法，其特征在于，多层激光束焊接的至少一个焊缝层（42、44）借助激光束振荡、特别是借助基本上圆周形的激光束轨道执行。

3.按照前述权利要求中任一项所述的用于制造壳体（10）的方法，其特征在于，多层焊缝（40）在面朝多层焊缝（40）的自由的表面的所述焊缝层（42、44）的区域中基本上构造成没有气孔。

4.按照前述权利要求中任一项所述的用于制造壳体（10）的方法，其特征在于，在激光束的进给速度和激光束的激光束振荡之间的比例构造在0.2（mm/s）/Hz和0.4（mm/s）/Hz之间、特别是基本上在0.25（mm/s）/Hz和0.35（mm/s）/Hz之间。

5.按照前述权利要求中任一项所述的用于制造壳体（10）的方法，其特征在于，所述第一焊缝层（42）的宽度（48）构造成小于所述第二焊缝层（44）的宽度（46）和/或所述第一焊缝层（42）的深度（50）构造成大于所述第二焊缝层（44）的深度（52）。

6.按照前述权利要求中任一项所述的用于制造壳体（10）的方法，其特征在于，在激光焊缝走向呈角构造的区域（62、67）中，所述焊缝（40）构造成多层激光焊缝。

7.按照前述权利要求中任一项所述的用于制造壳体（10）的方法，其特征在于，所述第二焊缝层（42）的基本上圆周形的激光束轨道的半径构造成比所述第二焊缝层（44）的基本上圆周形的激光束轨道的半径更大、特别是大20%和40%之间、大30%和35%之间。

8.按照前述权利要求中任一项所述的用于制造壳体（10）的方法，其特征在于，所述第二壳体元件（14）构造成用于所述第一壳体元件（12）的盖，其中，所述第一壳体元件（12）具有被所述第二壳体元件（14）遮盖的留空部（16）。

9.按照前述权利要求中任一项所述的用于制造壳体（10）的方法，其特征在于，所述第一壳体元件（12）和所述第二壳体元件（14）在激光焊接区域中彼此布置在角接口中、特别是凸缘接口中。

10.按照前述权利要求中任一项所述的用于制造壳体（10）的方法，其特征在于，构造成盖的第二壳体元件（14）沿激光束延伸方向（34）在突出部（38）中伸出于所述第一壳体元件（12）的轮廓，其中，盖基本上构造成槽形。

11.按照前述权利要求中任一项所述的用于制造壳体（10）的方法，其特征在于，所述第二焊缝层（44）构造成有不同的边的焊缝，其中，所述第二焊缝层（44）的长边面朝借助压铸方法制造的壳体元件（12、14）构造。

12.按照前述权利要求中任一项所述的用于制造壳体（10）的方法，其特征在于，所述第二壳体元件（14）借助成形、特别是通过锻造合金的拉深来制成。

13.按照前述权利要求中任一项所述的用于制造壳体（10）的方法，其特征在于，所述借助压铸方法制造的壳体元件（12、14）由在引入到压铸模之前特别是经充分排气的熔化物制造，其中，压铸方法在保护气氛中、特别是氮气制的气氛中执行。

14.按照前述权利要求中任一项所述的用于制造壳体（10）的方法，其特征在于，所述电子器件在多层激光束焊接之前布置在其中一个壳体元件（12、14）中。

15. 按照前述权利要求中任一项所述的用于制造壳体（10）的方法，其特征在于，使用固体激光器、特别是Nd: YAG-激光器用于激光束焊接。

16.根据按照前述权利要求中任一项或多项所述的方法来制造的电子器件壳体，其特征在于，电子器件壳体具有至少一个第一壳体元件（12）和第二壳体元件（14），其中，壳体元件（12、14）包括铝或铝合金，并且壳体元件（12、14）中的至少一个壳体元件借助压铸方法制造，并且其中，壳体元件（12、14）借助激光焊接彼此流体密封地连接并且在第一壳体元件（12）和第二壳体元件（14）之间至少部分地构造多层激光焊缝（40）。