DE102016206400A1 - Actuator and method for producing an actuator - Google Patents

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DE102016206400A1
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transmission
laser beam
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Richard Guttenberger
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Buehler Motor GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb mit einem Elektromotor und einem Getriebe, wobei das Getriebe in einem Getriebegehäuse aus einem Kunststoffmaterial aufgenommen ist und das Getriebegehäuse einen Gehäusedeckel aus einem Kunststoffmaterial umfasst, wobei der Gehäusedeckel mit dem Getriebegehäuse verschweißt ist. Aufgabe der Erfindung ist es bei einem gattungsgemäßen Stellantrieb für eine einfach und wirtschaftlich herzustellende Gehäuseverbindung zu sorgen, die keine zusätzlichen Bauelemente benötigt und die hohe Designfreiheit erlaubt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst.The invention relates to an actuator with an electric motor and a transmission, wherein the transmission is accommodated in a transmission housing made of a plastic material and the transmission housing comprises a housing cover made of a plastic material, wherein the housing cover is welded to the transmission housing. The object of the invention is to provide in a generic actuator for a simple and economical to manufacture housing connection that requires no additional components and the high design freedom allowed. This object is achieved by the features of claims 1 and 7.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb mit einem Elektromotor und einem Getriebe, wobei das Getriebe in einem Getriebegehäuse aus einem Kunststoffmaterial aufgenommen ist und das Getriebegehäuse einen Gehäusedeckel aus einem Kunststoffmaterial umfasst, wobei der Gehäusedeckel mit dem Getriebegehäuse verschweißt ist. The invention relates to an actuator with an electric motor and a transmission, wherein the transmission is accommodated in a transmission housing made of a plastic material and the transmission housing comprises a housing cover made of a plastic material, wherein the housing cover is welded to the transmission housing.

Bei derartigen Stellantrieben dient ein Elektromotor kleiner Baugröße, hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment als Antrieb. Dessen Drehzahl ist für die meisten Anwendungen zu hoch und sein Drehmoment zu niedrig, weshalb in der Regel ein Untersetzungsgetriebe nachgeschaltet wird. Bei hohen Wirkungsgradanforderungen werden Stirnradgetriebe bevorzugt. Soll eine lineare Bewegung am Ausgang erzeugt werden, bieten sich Spindelgetriebe als letzte Getriebestufe an. Da Untersetzungsgetriebe empfindlich gegenüber Verschmutzungen und je nach Anwendung auch gegenüber dem Eindringen von Feuchtigkeit sind, werden diese Getriebe in ein Gehäuse eingebaut. Solche Gehäuse bestehen in der Regel aus einem Getriebegehäuse und einem Gehäusedeckel mit Durchführungen für Ein- und Ausgangswelle. In such actuators, an electric motor of small size, high speed and low torque is used as a drive. Its speed is too high for most applications and its torque too low, which is why usually a reduction gear is connected downstream. For high efficiency requirements spur gears are preferred. If a linear movement is to be generated at the output, spindle gears offer themselves as the last gear stage. Since reduction gear are sensitive to contamination and, depending on the application, also against the ingress of moisture, these transmissions are installed in a housing. Such housing usually consist of a gear housing and a housing cover with bushings for input and output shaft.

Aus der DE 10 2009 046 651 A1 ist ein gattungsgemäßer Stellantrieb bekannt. Dessen Gehäusedeckel ist durch Reibschweißen mit dem Getriebegehäuse verbunden. Um eine innige Verbindung von Getriebegehäuse und Gehäusedeckel durch Reibschweißen zu erreichen müssen die Gehäuseteile aneinander gepresst und durch Aneinanderreiben Wärme erzeugt werden. Dies kann durch eine Drehbewegung eines der Gehäuseteile am zweiten Gehäuseteil geschehen oder durch Erzeugung von Vibrationen. Dieses Verfahren ist nicht für alle Gehäusegeometrien geeignet, sondern erfordert plane Flächen oder Rotationssymmetrien. From the DE 10 2009 046 651 A1 is a generic actuator known. Whose housing cover is connected by friction welding to the transmission housing. In order to achieve an intimate connection of the gear housing and housing cover by friction welding, the housing parts pressed together and heat generated by rubbing together. This can be done by a rotational movement of one of the housing parts on the second housing part or by generating vibrations. This method is not suitable for all housing geometries, but requires plane surfaces or rotational symmetries.

Aufgabe der Erfindung ist es daher bei einem gattungsgemäßen Stellantrieb für eine einfach und wirtschaftlich herzustellende Gehäuseverbindung zu sorgen, die keine zusätzlichen Bauelemente benötigt und die hohe Designfreiheit erlaubt. The object of the invention is therefore to provide in a generic actuator for a simple and economical to manufacture housing connection, which requires no additional components and the high design freedom allowed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Es ist vorgesehen den Gehäusedeckel mit dem Getriebegehäuse durch ein Laser-Durchstrahl-Schweißverfahren miteinander zu verschweißen. Dieses Schweißverfahren erlaubt auch unsymmetrische Geometrien, weil keine nennenswerte Relativbewegung der Fügepartner zueinander erforderlich ist. Zudem ist es sehr wirtschaftlich und benötigt keine Zusatzbauteile wie Schrauben, Niete oder Zusatzhilfsmittel, wie Schweißdraht etc. oder es werden keine störenden Anformungen für Schnappmittel benötigt. This object is achieved by the features of claims 1 and 7. It is envisaged to weld the housing cover to the transmission housing by a laser transmission welding process. This welding method also allows asymmetrical geometries, because no appreciable relative movement of the joining partners to each other is required. In addition, it is very economical and requires no additional components such as screws, rivets or auxiliary aids, such as welding wire, etc., or it will be no annoying formations for snap means needed.

Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt. Es ist vorgesehen, dass der Gehäusedeckel und das Getriebegehäuse Lagerzapfen oder Lageraufnahmen umfasst. Bei einem derartigen Aufbau wäre die Verwendung eines Reibschweißverfahrens ungeeignet, weil hierdurch die Getriebebauteile beschädigt werden könnten oder eine undefinierte Einbaulage zu erwarten wäre. Reibungswärme durch Rotation des Gehäusedeckels könnte mit dieser Geometrie nicht erzeugt werden. Im Übrigen werden Laser-Durchstrahl-Schweißen keine Materialpartikel abgerieben, welche das Getriebe blockieren könnten, wie es beim Reibschweißverfahren möglich ist. Further developments of the invention are presented in the subclaims. It is envisaged that the housing cover and the gear housing bearing journals or bearing mounts. In such a construction, the use of a friction welding would be unsuitable, because this could damage the transmission components or an undefined installation position would be expected. Frictional heat by rotation of the housing cover could not be generated with this geometry. Incidentally, laser transmission welding does not abrade any material particles which could block the transmission, as is possible in the friction welding process.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein umlaufender Rand vorgesehen, welcher mit dem Gehäusedeckel oder auch mit dem Getriebegehäuse einstückig ist und an einer Innenwandung des Getriebegehäuses bzw. Gehäusedeckels unter Vorspannung anliegt. Durch die Vorspannung wird eine Voraussetzung für eine innige Schweißverbindung geschaffen, weil hierdurch eine geringfügige aber entscheidende Bewegung der Fügepartner aufeinander zu erreichbar ist. Die durch einen Laserstrahl erwärmten und aufgeschmolzenen Bereiche von Getriebegehäuse und Gehäusedeckel geben der vorher aufgebauten Spannung nach und vermischen sich. Nach dem Erkalten ergibt sich eine innige feste und dichte Verbindung. In a preferred embodiment, a peripheral edge is provided, which is integral with the housing cover or with the gear housing and bears against an inner wall of the gear housing or housing cover under bias. By biasing a condition for an intimate welded joint is created, because this is a minor but decisive movement of the joining partners to each other to reach. The heated and melted by a laser beam areas of gear housing and housing cover give the previously built voltage and mix. After cooling, there is an intimate solid and tight connection.

Um eine Vorspannung zu erzeugen ist eine vorspringende Wulst hilfreich, die am Rand des Gehäusedeckels angeordnet ist. Grundsätzlich kann die Wulst auch am Getriebegehäuse vorgesehen sein. Diese Wulst ist als Schweißbereich definiert, wobei die Breite eines Laserstrahls auf die Breite der Wulst abgestimmt ist. Es ist besonders wichtig, dass keine Barrieren, die ein Nachgeben der Vorspannung behindern, bestehen bleiben, deshalb ist die Wulst als Schweißbereich entsprechend sorgfältig auszuführen. Solche Barrieren würden beispielsweise dann bestehen bleiben, wenn der Laserstrahl zu schmal ist und nur einen Teilbereich aufschmelzen kann. Hierdurch würde nur eine oberflächliche Schweißverbindung entstehen, die größeren Kräften keinen ausreichenden mechanischen Widerstand entgegensetzen könnte. To create a bias, a protruding bead is helpful, which is arranged at the edge of the housing cover. In principle, the bead can also be provided on the transmission housing. This bead is defined as a welding area, wherein the width of a laser beam is matched to the width of the bead. It is particularly important that no barriers that impede a yielding of the bias remain, so the bead is to be executed as a welding area accordingly carefully. Such barriers would remain, for example, when the laser beam is too narrow and can melt only a portion. As a result, only a superficial weld would arise, the larger forces could not oppose sufficient mechanical resistance.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass ein Gehäuseteil, das Getriebegehäuse oder der Gehäusedeckel aus einem für die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts weitgehend durchlässigen Kunststoffmaterial besteht und das jeweils andere Gehäuseteil, der Gehäusedeckel oder das Getriebegehäuse aus einem dieselbe Wellenlänge absorbierenden Material besteht oder eine dieselbe Wellenlänge absorbierende Beschichtung aufweist. Hierbei kann der Laserstrahl durch die Wandung des äußeren Gehäuseteils hindurch bis zum Schweißbereich vordringen und das zweite gut absorbierende Teil im Randbereich aufheizen und aufzuschmelzen, wobei die Wärme des zweiten Gehäuseteils durch Wärmeleitung auch in das transparente Material geleitet wird und auch dieses aufschmilzt. Die beiden Gehäuseteile bewegen sich nach dem Aufschmelzen geringfügig aufeinander zu und vermischen sich ausgiebig und verbinden sich innig miteinander, so dass eine feste und dichte Verbindung entsteht. Conveniently, it is provided that a housing part, the gear housing or the housing cover consists of a plastic material for the wavelength of the laser light largely permeable plastic material and the other housing part, the housing cover or the gear housing consists of a same wavelength absorbing material or has a same wavelength absorbing coating , In this case, the laser beam through the wall of the outer housing part through to the welding area penetrate and heat the second well-absorbing part in the edge region and melt, wherein the heat of the second housing part is conducted by conduction in the transparent material and this also melts. The two housing parts move slightly towards each other after the melting and mix extensively and intimately connect with each other, so that a firm and tight connection is formed.

Eine alternative Ausführung sieht vor, dass beide Gehäuseteile, das Getriebegehäuse und der Gehäusedeckel aus demselben oder einem sehr ähnlichen Material bestehen, welche dieselben oder sehr ähnliche Transparenz- und Absorptionseigenschaften für die Wellenlänge des verwendeten Laserstrahls besitzen, wobei eine relativ hohe Transparenz beider Gehäuseteile vorgesehen ist. Hierdurch ist es nicht mehr unbedingt erforderlich mehrere Kunststoffmaterialien vorrätig zu halten. An alternative embodiment provides that both housing parts, the gear housing and the housing cover made of the same or a very similar material, which have the same or very similar transparency and absorption properties for the wavelength of the laser beam used, with a relatively high transparency of both housing parts is provided , As a result, it is no longer absolutely necessary to stock several plastic materials in stock.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch das Verfahren nach Anspruch 7 gelöst. Dabei wird ein vormontierter Stellantrieb, bei welchem der Gehäusedeckel im Gehäuse eingepresst ist oder während des folgenden Verfahrensschritts auf das Gehäuse gedrückt wird, mit einem Laserstrahl bestrahlt, während eine relative Vorschubbewegung in Umfangsrichtung des Gehäusedeckels (x-Richtung) ausgeführt wird. Dabei kann sich entweder der Laserstrahl oder der Stellantrieb bewegen. Bei einer rotationssymmetrischen Schweißnaht ist es am einfachsten den Stellantrieb rotieren zu lassen. Der Laserstrahl kann kontinuierlich oder intermittierend auf den Gehäusedeckel einstrahlen, um entweder eine dichte Gehäuseverbindung herzustellen oder eine ökonomische Verbindung mit geringer Taktzeit. The object of the invention is also achieved by the method according to claim 7. In this case, a preassembled actuator in which the housing cover is pressed in the housing or pressed during the following process step on the housing, irradiated with a laser beam, while a relative feed movement in the circumferential direction of the housing cover (x-direction) is performed. In this case, either the laser beam or the actuator can move. In a rotationally symmetrical weld, it is easiest to rotate the actuator. The laser beam can radiate continuously or intermittently on the housing cover to produce either a tight housing connection or an economic connection with a low cycle time.

Um eine hohe Qualität der Schweißverbindung zu erreichen ist vorgesehen, dass der Gehäusedeckel an seinem Rand eine Wulst aufweist, welche als Schweißbereich definiert ist, wobei die Breite eines Laserstrahls auf die Breite der Wulst abgestimmt ist, so dass keine nicht erwärmten Teilbereiche im Fügebereich möglich sind. In order to achieve a high quality of the welded joint, it is provided that the housing cover has at its edge a bead which is defined as a welding region, wherein the width of a laser beam is matched to the width of the bead, so that no unheated portions are possible in the joining region ,

Der Abstand der beiden Gehäuseteile im Schweißbereich soll sich gleichmäßig und gleichzeitig über den gesamten Schweißbereich oder zumindest einem Teil-Schweißbereich verringern können, um eine innige Verbindung mit dem Lagerschild einzugehen. Der Laserstrahl, welcher eine Vorschubbewegung entlang des Schweißbereichs (x-Richtung) ausführt, kann zu diesem Zweck eine rechtwinklig zu einer Vorschubbewegung modulierte Bewegung (hin- und hergehende Bewegung) parallel zur Oberfläche des Gehäusedeckels (y-Richtung) ausführen. The distance between the two housing parts in the welding area should be able to reduce uniformly and simultaneously over the entire welding area or at least a partial welding area, in order to enter into an intimate connection with the bearing plate. The laser beam, which performs a feed movement along the welding area (x-direction), for this purpose, a perpendicular to a feed movement modulated movement (reciprocating motion) parallel to the surface of the housing cover (y-direction).

Um eine noch sicherere Schweißverbindung zu erreichen ist weiter vorgesehen den Laserstrahl so zu beeinflussen, dass der Bereich höchster Energiedichte in z-Richtung moduliert wird. Zugleich muss darauf geachtet werden, dass die Oberfläche des Gehäusedeckels nicht verformt wird. Es darf also kein zu hoher Energieeintrag im oberflächennahen Bereich erfolgen. Die verwendete Schweißeinrichtung weist daher eine modulierbare Linsenmechanik auf, wobei eine Kollimationslinse oder eine Fokussierlinse eine Oszillationsbewegung entlang der z-Achse ausführt. Der Transmissions- bzw. Absorptionsgrad ist so zu wählen, dass eine ausreichende Erwärmung der Schweißstelle möglich ist ohne die Oberfläche des Gehäuses zu beschädigen. Dies kann bei einem Absorptionsgrad zwischen 10% und 20% der Fall sein. Für das beschriebene Schweißverfahren eignet sich ein Infrarotlaser aus dem Wellenlängenbereich zwischen 0,7 und 2,5 Mikrometer, ein Nd:YAG-Laser mit 1,064 Mikrometer oder ein CO2-Laser mit 10,6 Mikrometer. In order to achieve an even more secure welded connection, it is further provided to influence the laser beam in such a way that the region of maximum energy density in the z direction is modulated. At the same time, care must be taken that the surface of the housing cover is not deformed. It must therefore not be too high energy input in the near-surface area. The welding device used therefore has a modulatable lens mechanism, wherein a collimating lens or a focusing lens performs an oscillation movement along the z-axis. The degree of transmission or absorption should be selected so that adequate heating of the weld is possible without damaging the surface of the housing. This can be the case with an absorption of between 10% and 20%. For the described welding method, an infrared laser in the wavelength range between 0.7 and 2.5 microns, a Nd: YAG laser with 1.064 microns or a CO 2 laser with 10.6 microns is suitable.

Eine weitere wirkungsvolle Maßnahme besteht darin, den Laserstrahl durch eine Optik derart zu modifizieren, dass er an der Oberfläche einen Strahlquerschnitt aufweist, der bis zum Schweißbereich zu einer Kreisfläche oder einem Punkt fokussiert wird. In der Regel verlässt ein Laserstrahl die Strahlungsquelle mit einem Gauß’schen Strahlungsprofil, bei welchem das Maximum der Strahlung in der Strahlmitte ist. Wünschenswert ist in diesem Fall das Strahlungsmaximum in einem ringförmigen Bereich zu verschieben, wobei im Zentrum des Strahlungskegels ein Minimum der Strahlungsintensität vorherrscht. Auf der Oberfläche wird die Laserstrahlung daher auf einen großen Flächenbereich verteilt, sie trifft sich im Schweißbereich jedoch in einer kleinen Kreisfläche – idealisiert in einem Punkt. Auch bei einem geringen Absorptionsgrad von ca. 10 bis 20 % kann hierdurch genügend Wärme erzeugt werden um eine Schweißverbindung herzustellen. Another effective measure is to modify the laser beam by optics such that it has a beam cross-section on the surface, which is focused to the welding area to a circular area or a point. As a rule, a laser beam leaves the radiation source with a Gaussian radiation profile in which the maximum of the radiation is in the center of the beam. In this case, it is desirable to shift the radiation maximum in an annular region, wherein a minimum of the radiation intensity prevails in the center of the radiation cone. On the surface, the laser radiation is therefore distributed over a large surface area, but it meets in the welding area but in a small circular area - idealized in one point. Even with a low degree of absorption of about 10 to 20% can thereby be generated enough heat to produce a welded joint.

Es ist auch möglich mehr als einen Laserstrahl zu verwenden, die unter unterschiedlichen Einstrahlwinkeln auf den Schweißbereich gerichtet sind, wobei sich die Strahlquerschnitte der verschiedenen Laserstrahlen an der Oberfläche des Gehäuses nicht oder nur geringfügig überlappen, im Schweißbereich jedoch eine sich addierende Strahlungsintensität aufweisen, welche den Schweißbereich ausreichend für eine Schweißverbindung erwärmen kann. It is also possible to use more than one laser beam, which are directed at different angles of incidence on the welding area, wherein the beam cross sections of the different laser beams on the surface of the housing do not or only slightly overlap, but in the welding area have an adding radiation intensity, which Welding area can heat enough for a welded joint.

Zweckmäßigerweise sollten die beiden Laserstrahlen im Verbindungsbereich der beiden Gehäuseteile deckungsgleich sein um ein möglichst optimales Schweißergebnis zu erzielen. Conveniently, the two laser beams should be congruent in the connection region of the two housing parts in order to achieve the best possible welding result.

Eine besonders interessante Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, einen Laserstrahl schräg auf den Gehäusedeckel zu richten und dabei eine Art Präzessionsbewegung um die Schweißstelle auszuführen. Dabei wird stets die Schweißstelle bestrahlt, der Eintrittsbereich der Laserstrahlung an der Oberfläche und die Richtung, aus welcher diese eingestrahlt wird, ändert sich jedoch ständig, so dass die Gefahr einer Überhitzung und damit einer Verformung der Oberflächen vernachlässigbar gering ist. Der Laserstrahl überstreicht dabei eine Kegelmantelfläche. A particularly interesting further development of the invention is to obliquely direct a laser beam onto the housing cover, thereby performing a kind of precession movement around the weld. This is always the weld irradiated, the entrance area of the laser radiation on the surface and the direction from which it is irradiated, however, changes constantly, so that the risk of overheating and thus deformation of the surfaces is negligible. The laser beam sweeps over a conical surface.

An der Oberfläche verteilt sich die eingestrahlte Laserenergie durch Wärmeleitung weiter. Dennoch kann es unter Umständen erforderlich sein, dass die Oberfläche eines der Gehäusekörper gekühlt wird. In diesem Fall wird vorgeschlagen, dass die Oberfläche durch eine Kontaktfläche eines Kühlkörpers oder Kühleinrichtung durch Wärmeleitung gekühlt wird oder dass die Kühlung durch einen Gasstrom erfolgt. At the surface, the irradiated laser energy is distributed further by heat conduction. Nevertheless, it may be necessary to cool the surface of one of the housing bodies. In this case, it is proposed that the surface is cooled by a contact surface of a heat sink or cooling device by heat conduction or that the cooling is effected by a gas flow.

Als Gehäusematerialien eignen sich z. B. Polyamid, Polybutylenterephthalat, PEEK etc. Diese können auch mit Verstärkungsfasern gemischt sein. As housing materials are z. As polyamide, polybutylene terephthalate, PEEK, etc. These may also be mixed with reinforcing fibers.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stellantriebs, 1 a first embodiment of an actuator according to the invention,

2 eine Außenansicht des Stellantriebs gemäß 1, 2 an outside view of the actuator according to 1 .

3 eine Seitenansicht des Stellantriebs gemäß 1, 3 a side view of the actuator according to 1 .

4 eine Teilschnittansicht des Stellantriebs gemäß 1, 4 a partial sectional view of the actuator according to 1 .

5 eine zweite Ausführungsform des Stellantriebs, 5 a second embodiment of the actuator,

6 eine dritte Ausführungsform des Stellantriebs, 6 a third embodiment of the actuator,

7 ein geöffnetes Getriebegehäuse der zweiten Ausführungsform, 7 an opened gear housing of the second embodiment,

8 ein geöffnetes Getriebegehäuse der dritten Ausführungsform, 8th an opened transmission housing of the third embodiment,

9a eine stilisierte Darstellung einer Schweißstelle und 9a a stylized representation of a weld and

9b eine vergrößerte Einzelheit A aus 9a. 9b an enlarged detail A from 9a ,

Hinweis: Bezugszeichen mit Index und entsprechende Bezugszeichen ohne Apostroph bezeichnen namensgleiche Einzelheiten in den Zeichnungen und der Zeichnungsbeschreibung. Es kann sich darüber hinaus um die Verwendung in einer anderen Ausführungsform, dem Stand der Technik oder einer Variante handeln. Die Ansprüche, die Beschreibungseinleitung, die Bezugszeichenliste und die Zusammenfassung enthalten der Einfachheit halber nur Bezugszeichen ohne Index. Note: Reference numerals with an index and corresponding reference numerals without an apostrophe indicate the same details in the drawings and the description of the drawing. It may also be the use in another embodiment, the prior art or a variant. For the sake of simplicity, the claims, the introduction to the description, the list of reference symbols and the abstract contain only reference symbols without an index.

1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Stellantriebs 1a, mit einem Elektromotor 2, einem Getriebe 3, einem Getriebegehäuse 4a und einem Getriebedeckel 5a. Das Getriebe 3 ist als Stirnradgetriebe ausgebildet und umfasst mehrere Achsen, die sowohl im Getriebegehäuse 4a als auch im Gehäusedeckel 5a gelagert sind und eine Ausgangswelle 8, die parallel zur Motorachse aus dem Getriebegehäuse 4 austritt. Die Ausgangswelle 8 ist auf einem hülsenförmigen Lagerzapfen 6 des Gehäusedeckels 5a gelagert. Der Gehäusedeckel 5a umfasst einen Rand 7a, der sich ins Innere des Getriebegehäuses 4a erstreckt und an einer Innenwandung 10a des Getriebegehäuses 4a anliegt und mit diesem verschweißt ist. Zudem ist eine Wulst 9 gezeigt. 1 shows a first embodiment of an actuator 1a , with an electric motor 2 , a gearbox 3 , a gearbox 4a and a gearbox cover 5a , The gear 3 is designed as a spur gear and includes several axes, both in the transmission housing 4a as well as in the housing cover 5a are stored and an output shaft 8th , which are parallel to the motor axle from the gearbox 4 exit. The output shaft 8th is on a sleeve-shaped journal 6 of the housing cover 5a stored. The housing cover 5a includes a border 7a that goes inside the gearbox 4a extends and on an inner wall 10a of the gearbox 4a is present and welded to this. There is also a bead 9 shown.

2 zeigt eine Außenansicht des Stellantriebs 1a, mit dem Elektromotor 2, dem Getriebegehäuse 4a, dem Gehäusedeckel 5a und der Ausgangswelle 8. 2 shows an outside view of the actuator 1a , with the electric motor 2 , the gearbox 4a , the housing cover 5a and the output shaft 8th ,

3 zeigt eine Seitenansicht des Stellantriebs 1a, mit dem Elektromotor 2, dem Getriebegehäuse 4a und der Ausgangswelle 8. 3 shows a side view of the actuator 1a , with the electric motor 2 , the gearbox 4a and the output shaft 8th ,

4 zeigt eine Teilschnittansicht des Stellantriebs 1a, mit dem Elektromotor 2, dem Getriebegehäuse 4a, Getriebe 3, dem Gehäusedeckel 5a und dem Rand 7a, der sich in das Innere des Getriebegehäuses 4a erstreckt. Der Rand 7a ist mit einer Wulst 9a versehen, der an der Innenwandung 10a des Getriebegehäuses 4a anliegt und in diesem Bereich mit dem Getriebegehäuse 4a verschweißt ist. Die Wulst 9a ist hier vollumfänglich ausgeführt, um eine gute Dichtigkeit des Gehäuses zu erreichen. Die Wulst 9a kann aber auch unterbrochen sein, wenn keine hohen Dichtigkeitsanforderungen bestehen. Der Außendurchmesser der Wulst 9a ist in einem Vormontagezustand jeweils größer als der Innendurchmesser der Innenwandung 10 an derselben Stelle. Auf diese Weise ist stets eine Pressverbindung herstellbar. Beim Schweißvorgang wird das außen angeordnete Getriebegehäuse 4a im Bereich der Wulst 9a mit einem Laser bestrahlt. Das Gehäusematerial ist für die Wellenlänge dieses Lasers weitgehend transparent, so dass der Strahl bis zur Wulst 9a ohne größere Abschwächung vordringen kann. Das Material des Gehäusedeckels 5a weist, zumindest im Bereich der Wulst 9a, gute Absorptionseigenschaften für die Wellenlänge des verwendeten Laserstrahls auf. Dadurch erwärmt sich die Wulst 9a. Die Wärme wird durch Wärmeleitung auch auf das Getriebegehäuse 4a übertragen, so dass beide Fügepartner aufschmelzen. Durch die Vorspannung, aufgrund der Pressverbindung verringert sich der Durchmesser des Getriebegehäuse 4a geringfügig und beide Fügestellen bewegen sich aufeinander zu. Auf diese Weise ergibt sich eine innige Verbindung der beiden Gehäuseteile 4a, 5a im Bereich der Wulst 9a. Die Breite des Laserstrahls ist dabei auf die Breite der Wulst 9a abgestimmt, um ungewollte Barrieren zu verhindern. 4 shows a partial sectional view of the actuator 1a , with the electric motor 2 , the gearbox 4a , Transmission 3 , the housing cover 5a and the edge 7a that goes into the interior of the gearbox 4a extends. The edge 7a is with a bead 9a provided on the inner wall 10a of the gearbox 4a rests and in this area with the transmission housing 4a is welded. The bead 9a is here fully executed to achieve a good tightness of the housing. The bead 9a but can also be interrupted if no high tightness requirements exist. The outer diameter of the bead 9a is in a pre-assembly each greater than the inner diameter of the inner wall 10 at the same spot. In this way, always a press connection can be produced. During the welding process, the outside gear housing 4a in the area of the bead 9a irradiated with a laser. The case material is largely transparent to the wavelength of this laser, allowing the beam to bead up 9a can penetrate without major weakening. The material of the housing cover 5a points, at least in the area of the bead 9a , good absorption properties for the wavelength of the laser beam used. This heats up the bead 9a , The heat is also transferred to the gearbox by heat conduction 4a transferred so that both Melt joining partner. Due to the bias, due to the press connection reduces the diameter of the transmission housing 4a slightly and both joints move towards each other. In this way, an intimate connection of the two housing parts results 4a . 5a in the area of the bead 9a , The width of the laser beam is on the width of the bead 9a tuned to prevent unwanted barriers.

5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Stellantriebs 1b, mit einem Elektromotor 2, einem Getriebe 3, einem Getriebegehäuse 4b, einem Getriebedeckel 5b und mit einem Rand 7b. Die Schweißstelle befindet sich hier nicht radial am Rand 7b, sondern axial an einem Deckelflansch 11b und an einem stirnseitigen Gehäuserand 12b des Gehäuses 4b. Um für eine gute Schweißverbindung zu sorgen wird hier beim Schweißen eine axiale Kraft F auf den Deckelflansch 11b und damit auf den Gehäuserand 12b ausgeübt. 5 shows a second embodiment of an actuator 1b , with an electric motor 2 , a gearbox 3 , a gearbox 4b , a gearbox cover 5b and with a border 7b , The weld is not located radially at the edge here 7b but axially on a cover flange 11b and on a front edge of the housing 12b of the housing 4b , In order to ensure a good weld, an axial force F is applied to the cover flange during welding 11b and thus on the edge of the case 12b exercised.

6 zeigt eine dritte Ausführungsform des Stellantriebs 1c, welcher eine Variante der zweiten Ausführungsform ist. Auch hier ist die Schweißstelle an einem Gehäuserand 12c und an einem Deckelflansch 11c angeordnet. Am Gehäuserand 12c ist zusätzlich eine Wulst 9c vorgesehen, die wie in 8 zu erkennen, unterbrochen und daher nur abschnittsweise vorhanden ist. 6 shows a third embodiment of the actuator 1c , which is a variant of the second embodiment. Again, the weld is on a housing edge 12c and on a lid flange 11c arranged. At the edge of the case 12c is additionally a bead 9c provided, as in 8th to recognize, interrupted and therefore only partially available.

7 zeigt die zweite Ausführungsform des Stellantriebs 1b gemäß 5, mit dem Elektromotor 2, dem Getriebegehäuse 4b, dem Getriebe 3, der Ausgangswelle 8 und dem Gehäuserand 12b. Der Gehäuserand 12b dient als Fügepartner und ist mit dem Deckelflansch 11b verschweißt. Der Gehäuserand 12b ist durchgängig und vollumfänglich mit dem Deckelflansch 11b verschweißt, wobei die gebildete Schweißnaht auch als Dichtung dient. 7 shows the second embodiment of the actuator 1b according to 5 , with the electric motor 2 , the gearbox 4b , the transmission 3 , the output shaft 8th and the edge of the case 12b , The casing edge 12b serves as joining partner and is with the cover flange 11b welded. The casing edge 12b is continuous and complete with the cover flange 11b welded, wherein the formed weld also serves as a seal.

8 zeigt die dritte Ausführungsform des Stellantriebs 1c gemäß 6, mit dem Elektromotor 2, dem Getriebegehäuse 4c, dem Getriebe 3, der Ausgangswelle 8 und dem Gehäuserand 12c. Auf dem Gehäuserand 12c sind in vier voneinander beabstandeten Bereichen die Wülste 9c vorgesehen, die axial aus dem Gehäuserand 12c vorspringen. Weiter ist der Gehäusedeckel 5c mit seinem Rand 7c in einer Vormontagestellung zu erkennen. Der Rand dient lediglich als Führung für den Gehäusedeckel 5c, während der Deckelflansch 11c als Schweißpartner dient. 8th shows the third embodiment of the actuator 1c according to 6 , with the electric motor 2 , the gearbox 4c , the transmission 3 , the output shaft 8th and the edge of the case 12c , On the edge of the case 12c are in four spaced areas the beads 9c provided axially out of the casing edge 12c protrude. Next is the housing cover 5c with its edge 7c to recognize in a pre-assembly. The edge serves only as a guide for the housing cover 5c while the lid flange 11c serves as a welding partner.

9a zeigt eine stilisierte Darstellung einer Schweißstelle, mit einem ersten Getriebegehäuse 4d, einem Gehäusedeckel 5d, wobei diese in einem Überdeckungsbereich konzentrisch gefügt sind. Das Getriebegehäuse 4d und der Gehäusedeckel 5d bestehen aus einem für Laserlicht zu einem großen Teil transparenten Material. Ein erster Laserstrahl 13 trifft aus einer ersten Richtung auf das Getriebegehäuse 4d auf, durchläuft dieses und durchdringt anschließend den Gehäusedeckel 5d. Ein zweiter Laserstrahl 14 trifft aus einem zweiten Winkel auf das Getriebegehäuse 4d auf, durchläuft dieses und durchdringt anschließend den Gehäusedeckel 5d. Ein Teil der Strahlungsenergie des Lasers wird durch das Getriebegehäuse 4d und den Gehäusedeckel 5d absorbiert und in Wärme umgewandelt. In einer Überschneidungszone 15 (siehe 9b) addieren sich die absorbierten Strahlungsenergien der beiden Laserstrahlen 13 und 14 und erzeugen in diesem Bereich so viel Wärme, dass das Getriebegehäuse 4d und der Gehäusedeckel 5d aufschmelzen. Es ist vorgesehen, dass jeder der verwendeten Laserstrahlen aus einer Richtung in einem Winkelbereich α von etwa 10° bis 80° von einer Normalen 19 auf einen Brennpunkt 18 einstrahlt. 9a shows a stylized representation of a weld, with a first gear housing 4d a housing cover 5d , wherein these are joined concentrically in a covering area. The gearbox 4d and the housing cover 5d consist of a laser material for a large part transparent material. A first laser beam 13 hits the gearbox from a first direction 4d on, passes through this and then penetrates the housing cover 5d , A second laser beam 14 hits the gearbox from a second angle 4d on, passes through this and then penetrates the housing cover 5d , Part of the radiation energy of the laser is transmitted through the gearbox 4d and the housing cover 5d absorbed and converted into heat. In an overlapping zone 15 (please refer 9b ) add the absorbed radiation energies of the two laser beams 13 and 14 and generate in this area so much heat that the gearbox 4d and the housing cover 5d melt. It is contemplated that each of the laser beams used from one direction in an angular range α of about 10 ° to 80 ° from a normal 19 to a focal point 18 irradiates.

9b zeigt eine vergrößerte Einzelheit A aus 9a, mit dem Getriebegehäuse 4d, dem Gehäusedeckel 5d, dem ersten Laserstrahl 13, dem zweiten Laserstrahl 14 und der Überschneidungszone 15. Wie hier noch deutlicher erkennbar, weist die Überschneidungszone 15 sowohl von einer Oberfläche 16 des Getriebegehäuses 4d als auch von einer Oberfläche 17 des Gehäusedeckels 5d einen Abstand auf. Die Intensität der Laserstrahlen 13, 14 ist so gewählt, dass deren Energiedichte als einzelner Laserstrahl 13 oder 14 nicht für ein Aufschmelzen des Kunststoffmaterials des Getriebegehäuses 4d und des Gehäusedeckels 5d ausreicht. Dadurch kann zuverlässig verhindert werden, dass die Oberfläche 16, 17 eines des Getriebegehäuses 4d bzw. des Gehäusedeckels 5d verformt wird. 9b shows an enlarged detail A from 9a , with the gearbox 4d , the housing cover 5d , the first laser beam 13 , the second laser beam 14 and the overlap zone 15 , As can be seen more clearly here, the overlapping zone indicates 15 both from a surface 16 of the gearbox 4d as well as from a surface 17 of the housing cover 5d a distance up. The intensity of the laser beams 13 . 14 is chosen so that its energy density as a single laser beam 13 or 14 not for a melting of the plastic material of the gear housing 4d and the housing cover 5d sufficient. This can reliably prevent the surface 16 . 17 one of the gearbox housing 4d or the housing cover 5d is deformed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Stellantrieb actuator
2 2
Elektromotor electric motor
3 3
Getriebe transmission
4 4
Getriebegehäuse gearbox
5 5
Gehäusedeckel housing cover
6 6
Lagerzapfen pivot
7 7
Rand edge
8 8th
Ausgangswelle output shaft
9 9
Wulst bead
10 10
Innenwandung inner wall
11 11
Deckelflansch cover flange
12 12
Gehäuserand housing edge
13 13
erster Laserstrahl first laser beam
14 14
zweiter Laserstrahl second laser beam
15 15
Überschneidungszone overlap zone
16 16
erste Oberfläche first surface
17 17
zweite Oberfläche second surface
18 18
Brennpunkt focus
19 19
Normale normal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009046651 A1 [0003] DE 102009046651 A1 [0003]

Claims (16)

Stellantrieb (1) mit einem Elektromotor (2) und einem Getriebe (3), wobei das Getriebe (3) in einem Getriebegehäuse (4) aus einem Kunststoffmaterial aufgenommen ist und das Getriebegehäuse (4) einen Gehäusedeckel (5) aus einem Kunststoffmaterial umfasst, wobei der Gehäusedeckel (5) mit dem Getriebegehäuse (4) verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (5) mit dem Getriebegehäuse (4) durch ein Laser-Durchstrahl-Schweißverfahren verschweißt ist. Actuator ( 1 ) with an electric motor ( 2 ) and a transmission ( 3 ), whereby the transmission ( 3 ) in a transmission housing ( 4 ) is received from a plastic material and the transmission housing ( 4 ) a housing cover ( 5 ) comprises a plastic material, wherein the housing cover ( 5 ) with the transmission housing ( 4 ) is welded, characterized in that the housing cover ( 5 ) with the transmission housing ( 4 ) is welded by a laser transmission welding process. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) ein Stirnradgetriebe ist und der Gehäusedeckel (5) Lagerzapfen (6) oder Lageraufnahmen umfasst. Actuator according to claim 1, characterized in that the transmission ( 3 ) is a spur gear and the housing cover ( 5 ) Bearing journals ( 6 ) or bearing recordings. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (5) einen umlaufenden stetigen oder unterbrochenen Rand (7) aufweist, welcher an einer Innenwandung (10) des Getriebegehäuses (4) unter Vorspannung anliegt. Actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the housing cover ( 5 ) a circumferential continuous or interrupted edge ( 7 ), which on an inner wall ( 10 ) of the transmission housing ( 4 ) is applied under prestress. Stellantrieb nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (5) an seinem Rand (7) eine Wulst (9) aufweist, welche als Schweißbereich definiert ist, wobei die Breite eines Laserstrahls auf die Breite der Wulst (9) abgestimmt ist. Actuator according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the housing cover ( 5 ) at its edge ( 7 ) a bead ( 9 ), which is defined as the welding area, wherein the width of a laser beam is limited to the width of the bead (FIG. 9 ) is tuned. Stellantrieb nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuseteil, das Getriebegehäuse (4) oder der Gehäusedeckel (5) aus einem für die Wellenlänge des verwendeten Laserstrahls weitgehend durchlässigen Kunststoffmaterial besteht und das jeweils andere Gehäuseteil, der Gehäusedeckel (5) oder das Getriebegehäuse (4) aus einem dieselbe Wellenlänge absorbierenden Material besteht oder eine dieselbe Wellenlänge absorbierende Beschichtung aufweist. Actuator according to at least one of the preceding claims, characterized in that a housing part, the transmission housing ( 4 ) or the housing cover ( 5 ) consists of a plastic material which is largely permeable to the wavelength of the laser beam used, and the respectively other housing part, the housing cover ( 5 ) or the transmission housing ( 4 ) consists of a material absorbing the same wavelength or has a coating absorbing the same wavelength. Stellantrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Gehäuseteile, das Getriebegehäuse (4) und der Gehäusedeckel (5) aus demselben oder einem sehr ähnlichen Material bestehen, welche dieselben oder sehr ähnliche Transparenz- und Absorptionseigenschaften für die Wellenlänge des verwendeten Laserstrahls besitzen, wobei eine relativ hohe Transparenz beider Gehäuseteile (4, 5) vorgesehen ist. Actuator according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that both housing parts, the transmission housing ( 4 ) and the housing cover ( 5 ) consist of the same or a very similar material, which have the same or very similar transparency and absorption properties for the wavelength of the laser beam used, with a relatively high transparency of both housing parts ( 4 . 5 ) is provided. Verfahren zur Herstellung eines Stellantriebs (1) mit einem Elektromotor (2) und einem Getriebe (3), wobei das Getriebe (3) in einem Getriebegehäuse (4) aus einem Kunststoffmaterial aufgenommen ist und das Getriebegehäuse (4) einen Gehäusedeckel (5) aus einem Kunststoffmaterial umfasst, wobei der Gehäusedeckel (5) mit dem Getriebegehäuse (4) verschweißt ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Bereitstellen des vormontierten Stellantriebs (1); b) Bestrahlung des Gehäusedeckels (5) mit einem Laserstrahl, wobei der Laserstrahl eine relativen Vorschubbewegung in Umfangsrichtung des Gehäusedeckels (5) (x-Richtung) ausführt, wobei der Laserstrahl kontinuierlich oder intermittierend auf den Gehäusedeckel (5) strahlt, wobei der Gehäusedeckel (5) zumindest bei Anwendungen mit Geometrien ohne Pressverbindung zwischen Getriebegehäuse (4) und Gehäusedeckel (5) eine von außen auf den Gehäusedeckel (5) oder das Getriebegehäuse (4) einwirkende Kraft im Schweißbereich ausgeübt wird. Method for producing an actuator ( 1 ) with an electric motor ( 2 ) and a transmission ( 3 ), whereby the transmission ( 3 ) in a transmission housing ( 4 ) is received from a plastic material and the transmission housing ( 4 ) a housing cover ( 5 ) comprises a plastic material, wherein the housing cover ( 5 ) with the transmission housing ( 4 ) is welded, characterized by the following method steps: a) providing the preassembled actuator ( 1 ); b) Irradiation of the housing cover ( 5 ) with a laser beam, wherein the laser beam a relative feed movement in the circumferential direction of the housing cover ( 5 ) (x-direction), wherein the laser beam continuously or intermittently on the housing cover ( 5 ), wherein the housing cover ( 5 ) at least in applications with geometries without interference fit between transmission housing ( 4 ) and housing cover ( 5 ) from the outside on the housing cover ( 5 ) or the transmission housing ( 4 ) acting force is exerted in the welding area. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (5) an seinem Rand (7) eine Wulst (9) aufweist, welche als Schweißbereich definiert ist, wobei die Breite eines Laserstrahls auf die Breite der Wulst (9) abgestimmt ist. Method according to claim 7, characterized in that the housing cover ( 5 ) at its edge ( 7 ) a bead ( 9 ), which is defined as the welding area, wherein the width of a laser beam is limited to the width of the bead (FIG. 9 ) is tuned. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl während der Vorschubbewegung (x-Richtung) eine modulierte Bewegung entlang der Oberfläche des Gehäusedeckels (5) und rechtwinklig zur Vorschubbewegung (y-Richtung) ausführt. A method according to claim 7 or 8, characterized in that the laser beam during the feed movement (x-direction) a modulated movement along the surface of the housing cover ( 5 ) and at right angles to the feed motion (y-direction). Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl während des Schweißvorgangs eine modulierte Bewegung in z-Richtung ausführt. A method according to claim 7, 8 or 9, characterized in that the laser beam during the welding operation performs a modulated movement in the z-direction. Verfahren nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl durch eine Optik derart modifiziert wird, dass er an der Oberfläche einen ringförmigen Strahlquerschnitt aufweist, der bis zum Schweißbereich zu einer Kreisfläche oder einem Punkt fokussiert wird. A method according to claim 7, 8, 9 or 10, characterized in that the laser beam is modified by an optical system such that it has on the surface an annular beam cross-section, which is focused to the welding area to a circular area or a point. Verfahren nach Anspruch 7, 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Laserstrahl unter unterschiedlichen Einstrahlwinkeln auf den Schweißbereich gerichtet sind, wobei sich die Strahlquerschnitte der verschiedenen Laserstrahlen an der Oberfläche des Gehäusedeckels (5) nicht oder nur geringfügig überlappen. A method according to claim 7, 8, 9, 10 or 11, characterized in that more than one laser beam are directed at different angles of incidence on the welding area, wherein the beam cross sections of the different laser beams on the surface of the housing cover ( 5 ) or only slightly overlap. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen aus unterschiedlichen Laserlichtquellen ausgestrahlt werden oder aus einer einzigen Laserlichtquelle stammen und durch einen Strahlteiler auf mehr als einen Laserstrahl aufgeteilt sind. A method according to claim 12, characterized in that the laser beams are emitted from different laser light sources or originate from a single laser light source and are divided by a beam splitter to more than one laser beam. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen im Schweißbereich der beiden Gehäuseteile weitgehend deckungsgleich sind. A method according to claim 12 or 13, characterized in that the laser beams in the welding region of the two housing parts are largely congruent. Verfahren nach Anspruch 7 und zumindest einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserstrahl schräg auf den Gehäusedeckel (5) gerichtet ist und dabei eine Art Präzessionsbewegung um die Schweißstelle ausführt. A method according to claim 7 and at least one of the following, characterized in that a laser beam obliquely on the housing cover ( 5 ) and thereby performs a kind of precession movement around the weld. Verfahren nach Anspruch 7 und zumindest einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Gehäusedeckels (5) gekühlt wird, wobei ein Kühlkörper oder eine Gaskühlung verwendet wird. Method according to claim 7 and at least one of the following claims, characterized in that the surface of the housing cover ( 5 ) is cooled using a heat sink or gas cooling.
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