DE102017125830A1 - Electromechanical vehicle steering system with a stable, compact and tight mechanical connection of housing parts by friction stir welding - Google Patents

Electromechanical vehicle steering system with a stable, compact and tight mechanical connection of housing parts by friction stir welding Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung (1) umfassend einem Elektromotor (9) mit einer elektronischen Steuereinheit (13), wobei die elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung (1) zumindest teilweise von Gehäuseteilen (90,130) umgeben ist, und wobei mindestens zwei der Gehäuseteile (90,130) mittels Reibrührschweißen miteinander verbunden sind.

Figure DE102017125830A1_0000
The invention relates to an electromechanical motor vehicle steering system (1) comprising an electric motor (9) with an electronic control unit (13), wherein the electromechanical motor vehicle steering (1) is at least partially surrounded by housing parts (90, 130), and at least two of the housing parts (90, 130) Friction stir welding are connected together.
Figure DE102017125830A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Verbinden von Gehäuseteilen einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.The present invention relates to an electromechanical motor vehicle steering system having the features of the preamble of claim 1 and to a method for connecting housing parts of an electromechanical motor vehicle steering system having the features of the preamble of claim 7.

Elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkungen weisen Servoeinheiten auf, die als Hilfskraftunterstützungseinrichtung an einem Ritzel oder einer Zahnstange des Lenkgetriebes angeordnet sein können. Die Servoeinheit weist dabei neben einem Elektromotor eine zur Berechnung der Lenkunterstützung elektronische Steuereinheit (ECU) auf.Electromechanical automotive power steering systems have servo units that can be arranged as auxiliary power assistance device on a pinion or a rack of the steering gear. In addition to an electric motor, the servo unit has an electronic control unit (ECU) for calculating the steering assistance.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, beispielsweise aus der Offenlegungsschrift US 2016 065 027 A1 , ein mehrteiliges Elektromotorgehäuse, welches mit einem ECU-Gehäuse verbunden ist, über mehrere Bolzen mechanisch zu verbinden. Als nachteilig erweist sich diese Lösung, da über undichte Bereiche Schmutz und Wasser eindringen und die Komponenten schädigen kann. Weiterhin wird für eine derartige Verbindung viel Bauraum benötigt.It is known from the prior art, for example from the published patent application US 2016 065 027 A1 to mechanically connect a multi-part electric motor housing, which is connected to an ECU housing, via a plurality of bolts. This solution proves to be disadvantageous since dirt and water can penetrate via leaky areas and damage the components. Furthermore, a lot of space is required for such a connection.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten mechanischen Verbindung zwischen den Gehäuseteilen einer elektromechanischen Kraftfahrzeugservolenkung anzugeben, das eine stabile, kompakte und dichte Verbindung ermöglicht, die in ihrer Herstellung einfach und gut überwachbar ist.It is therefore an object of the present invention to provide a method for producing an improved mechanical connection between the housing parts of an electromechanical motor vehicle power steering, which allows a stable, compact and sealed connection, which is easy and easy to monitor in their manufacture.

Diese Aufgabe wird von einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren zum Verbinden von Gehäuseteilen einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.This object is achieved by an electromechanical motor vehicle steering system with the features of claim 1 and a method for connecting housing parts of an electromechanical motor vehicle steering system with the features of claim 7.

Demnach ist eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung umfassend einen Elektromotor und eine elektronische Steuereinheit vorgesehen, wobei die elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung zumindest teilweise von Gehäuseteilen umgeben ist, und mindestens zwei der Gehäuseteile mittels Reibrührschweißen miteinander verbunden sind. Die resultierende stabile mechanische Verbindung ist in axialer und radialer Richtung dadurch so kurz wie möglich und stellt somit keine räumliche Einschränkung für das Design der Gehäuseteile dar. Der Verbindungsprozess ist einfach, wenig anfällig für Prozessschwankungen und zudem gut überwachbar.Accordingly, an electromechanical motor vehicle steering system comprising an electric motor and an electronic control unit is provided, wherein the electromechanical motor vehicle steering system is at least partially surrounded by housing parts, and at least two of the housing parts are connected to one another by means of friction stir welding. The resultant stable mechanical connection is thus as short as possible in the axial and radial directions and thus does not represent a spatial restriction for the design of the housing parts. The connection process is simple, less susceptible to process fluctuations and also easy to monitor.

Vorzugsweise sind die Gehäuseteile aus Aluminium hergestellt. Es ist auch denkbar und möglich, dass die Gehäuseteile aus anderen Materialien hergestellt sind, wie beispielsweise Stahl bzw. Stahl-Legierungen. Mittels der Reibrührschweißverbindung können Gehäuseteile gleicher Materialien oder eine Kombination aus unterschiedlichen Materialien miteinander fest verbunden werden, also beispielsweise ein Kunststoffgehäuseteil mit einem Stahlgehäuseteil. Die Gehäuseteile weisen bevorzugt einen Stumpfstoß oder einen Überlappstoß oder eine Kombination aus Stumpf- und Überlappstoß auf, wodurch ein einfaches relatives Positionieren der Gehäuseteile zueinander ermöglicht wird und unterschiedliche Gehäuseformen fest miteinander verbunden werden können.Preferably, the housing parts are made of aluminum. It is also conceivable and possible that the housing parts are made of other materials, such as steel or steel alloys. By means of the friction stir welding joint housing parts of the same materials or a combination of different materials can be firmly connected to each other, so for example a plastic housing part with a steel housing part. The housing parts preferably have a butt joint or a lap joint or a combination of butt and lap joint, whereby a simple relative positioning of the housing parts to each other is made possible and different housing shapes can be firmly connected together.

Bevorzugt ist ein den Elektromotor umgebendes Motorgehäuse mit einem die elektronische Steuereinheit umgebenden Gehäuseteil mittels Reibrührschweißen verbunden. Dadurch wird eine geschlossene elektronische Steuereinheit ermöglicht und eine Abdichtung erzielt, bei der auf zusätzliche Dichtungen verzichtet werden kann. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Motorgehäuse einen umlaufenden Rand aufweist, der auf einem umlaufenden Rand des die elektronische Steuereinheit umgebenden Gehäuseteils aufgesetzt ist, wobei der Rand des die elektronische Steuereinheit umgebenden Gehäuseteils einen ringförmigen Absatz aufweist, so dass der ringförmige Absatz oder ein innerer Bereich des Randes eine radiale Abstützung für den Rand des Motorgehäuses bildet. Die radiale Abstützung verhindert, dass beim Reibrührschweißen das Motorgehäuse verformt wird und ermöglicht eine höhere Stabilität. Es ist selbstverständlich denkbar und möglich, dass der Rand des das Motorgehäuse umgebenden Gehäuseteils einen ringförmigen Absatz aufweist, so dass der ringförmige Absatz oder ein innerer Bereich des Randes eine radiale Abstützung für den Rand des die elektronische Steuereinheit umgebenden Gehäuseteils bildet. Der Absatz kann am kompletten Umfang des Randes ausgebildet sein oder nur abschnittsweise entlang des Umfangs vorgesehen sein. Weiterhin ist es denkbar und möglich, dass zur Positionierung beider Gehäuseteile Vorsprünge oder Nasen vorgesehen sind, um ein Verschieben oder Verrutschen beider Gehäuseteile zueinander zu verhindern.Preferably, a motor housing surrounding the electric motor is connected to a housing part surrounding the electronic control unit by means of friction stir welding. As a result, a closed electronic control unit is made possible and a seal is achieved in which additional seals can be dispensed with. It is advantageous if the motor housing has a peripheral edge which is mounted on a peripheral edge of the housing surrounding the electronic control unit, wherein the edge of the housing surrounding the electronic control unit has an annular shoulder, so that the annular shoulder or an inner area the edge forms a radial support for the edge of the motor housing. The radial support prevents that during friction stir welding, the motor housing is deformed and allows a higher stability. It is of course conceivable and possible that the edge of the housing surrounding the motor housing has an annular shoulder, so that the annular shoulder or an inner region of the edge forms a radial support for the edge of the housing surrounding the electronic control unit. The shoulder may be formed on the entire circumference of the edge or may be provided only in sections along the circumference. Furthermore, it is conceivable and possible that for the positioning of both housing parts projections or lugs are provided to prevent displacement or slipping of the two housing parts to each other.

Vorzugsweise ist die Nahttiefe der Reibrührschweißnaht kleiner als 4 mm, weiter bevorzugt kleiner als 3 mm oder weiter bevorzugt kleiner als 1 mm in radialer Richtung. Die sich ausbildende Schweißnaht ist stabil und fest, sodass schon eine geringe Nahttiefe ausreicht, um das Eigengewicht der Steuereinheit, des Motors, sowie auftretende Schwingungen auszuhalten und somit den Motor und die Steuereinheit dauerhaft stabil zu verbinden.Preferably, the seam depth of the friction stir weld seam is less than 4 mm, more preferably less than 3 mm or more preferably less than 1 mm in the radial direction. The forming weld is stable and strong, so even a small seam depth sufficient to withstand the weight of the control unit, the engine, as well as occurring vibrations and thus permanently connect the engine and the control unit stable.

Es ist weiterhin ein Verfahren zum Verbinden von Gehäuseteilen einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung umfassend einen Elektromotor und eine elektronische Steuereinheit mit folgenden Schritten vorgesehen:

  • • Bereitstellen zweier Gehäuseteile;
  • • Positionieren des ersten Gehäuseteiles auf dem zweiten Gehäuseteil, so dass sich ein Stoß ausbildet;
  • • Entlangfahren eines sich drehenden Werkzeuges am Stoß zur Ausbildung einer Reibrührschweißnaht;
  • • Am Nahtende Herausziehen des Werkzeuges aus dem Stoß der beiden Gehäuseteile.
It is also a method for connecting housing parts of an electromechanical motor vehicle steering system comprising an electric motor and an electronic control unit provided with the following steps:
  • • providing two housing parts;
  • • Positioning the first housing part on the second housing part, so that forms a shock;
  • • traversing a rotating tool at the joint to form a friction stir weld;
  • • At the seam end, pull out the tool from the joint of the two housing parts.

Das Reibrührschweißen verbindet die beiden Gehäuseteile und ermöglicht eine stabile, kompakte und dichte Verbindung. Weiterhin ist eine Zugänglichkeit für das Werkzeug leichter umsetzbar.The friction stir welding connects the two housing parts and allows a stable, compact and tight connection. Furthermore, accessibility for the tool is easier to implement.

Vorzugsweise sind die Gehäuseteile aus Aluminium hergestellt. Die Gehäuseteile weisen in einem Ausführungsbeispiel einen Stumpfstoß, einen Überlappstoß oder eine Kombination aus Stumpf- und Überlappstoß auf. Bevorzugt sind die beiden Gehäuseteile ein den Elektromotor umgebendes Motorgehäuse und ein die elektronische Steuereinheit umgebendes Gehäuseteil. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Motorgehäuse einen umlaufenden Rand aufweist, der auf einem umlaufenden Rand des die elektronische Steuereinheit umgebenden Gehäuseteils aufgesetzt ist, wobei der Rand des die elektronische Steuereinheit umgebenden Gehäuseteils einen ringförmigen Absatz aufweist, so dass der ringförmige Absatz oder ein innerer Bereich des Randes eine radiale Abstützung für den Rand des Motorgehäuses bildet. Oder in anderen Worten im Verbindungsbereich zwischen Motorgehäuse und dem Gehäuseteil der Steuereinheit kann eines der Gehäuseteile eine Abstufung haben, sodass das jeweils andere Gehäuseteil im verbundenen Zustand besser abgestützt werden kann. Als Rand wird dabei ein offenes Ende eines jeweiligen Gehäuseteils verstanden, sodass die Gehäuseteile an ihren jeweiligen offenen Enden mittels Reibrührschweißen miteinander verbunden werden können. Vorzugsweise sind das Motorgehäuse und der die elektronische Steuereinheit umgebende Gehäuseteil zylindrisch ausgebildet, so dass sich der Stoß ringförmig entlang des Umfanges erstreckt. Das Werkzeug zum Reibrührschweißen kann so besonders einfach in radialer Richtung auf den Stoß der beiden Gehäuseteile zugestellt werden. Es ist vorteilhaft, wenn das Reibrührschweißen derart ausgeführt wird, dass die resultierende Nahttiefe der Reibrührschweißnaht kleiner als 4 mm, weiter bevorzugt kleiner als 3 mm oder weiter bevorzugt kleiner als 1 mm in radialer Richtung ist.Preferably, the housing parts are made of aluminum. The housing parts have in one embodiment a butt joint, a lap joint or a combination of butt and lap joint. Preferably, the two housing parts are a motor housing surrounding the electric motor and a housing surrounding the electronic control unit. It is advantageous if the motor housing has a peripheral edge which is mounted on a peripheral edge of the housing surrounding the electronic control unit, wherein the edge of the housing surrounding the electronic control unit has an annular shoulder, so that the annular shoulder or an inner area the edge forms a radial support for the edge of the motor housing. Or in other words in the connection region between the motor housing and the housing part of the control unit, one of the housing parts may have a gradation, so that the respective other housing part can be better supported in the connected state. As an edge, an open end of a respective housing part is understood, so that the housing parts can be connected to one another at their respective open ends by means of friction stir welding. Preferably, the motor housing and the housing surrounding the electronic control unit part are cylindrical, so that the shock extends annularly along the circumference. The tool for friction stir welding can be delivered so particularly easy in the radial direction to the joint of the two housing parts. It is advantageous if the friction stir welding is carried out such that the resulting seam depth of the friction stir weld seam is less than 4 mm, more preferably less than 3 mm or more preferably less than 1 mm in the radial direction.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleichen Funktionen tragen gleiche Bezugszeichen. Es zeigen:

  • 1: eine räumliche Darstellung einer elektromechanischen Servolenkung;
  • 2: eine schematische Darstellung der Anordnung des Elektromotors der elektromechanischen Servolenkung an der Zahnstange;
  • 3a: eine schematische Darstellung einer Reibrührschweißverbindung eines Gehäuses des Elektromotors mit einem Gehäuse einer Steuereinheit mittels eines Werkzeugs;
  • 3b: eine räumliche Darstellung eines Gehäuses des Elektromotors mit einem Gehäuse einer Steuereinheit eines Elektromotors mit elektrischer Steuereinheit;
  • 4: ein Längsschnitt durch das Gehäuse des Elektromotors und der elektrischen Steuereinheit; sowie
  • 5: eine Detailansicht der Verbindung zwischen den Gehäuseteilen des Elektromotors und der elektrischen Steuereinheit.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same components or components with the same functions bear the same reference numerals. Show it:
  • 1 a spatial representation of an electromechanical power steering;
  • 2 a schematic representation of the arrangement of the electric motor of the electromechanical power steering on the rack;
  • 3a a schematic representation of a friction stir welding connection of a housing of the electric motor with a housing of a control unit by means of a tool;
  • 3b a spatial representation of a housing of the electric motor with a housing of a control unit of an electric motor with electrical control unit;
  • 4 a longitudinal section through the housing of the electric motor and the electrical control unit; such as
  • 5 : A detailed view of the connection between the housing parts of the electric motor and the electric control unit.

In der 1 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkung 1 mit einem Lenkrad 2, das mit einer Lenkwelle 3 drehfest gekoppelt ist, schematisch dargestellt. Über das Lenkrad 2 bringt der Fahrer ein entsprechendes Drehmoment als Lenkbefehl in die Lenkwelle 3 ein. Das Drehmoment wird dann über die Lenkwelle 3 auf ein Lenkritzel 5 übertragen. Das Ritzel 5 kämmt in bekannter Weise mit einem Zahnsegment einer Zahnstange 6. Das Lenkritzel 5 bildet zusammen mit der Zahnstange 6 ein Lenkgetriebe 40.In the 1 is an electromechanical automotive power steering 1 with a steering wheel 2 that with a steering shaft 3 rotatably coupled, shown schematically. About the steering wheel 2 the driver brings a corresponding torque as a steering command in the steering shaft 3 on. The torque is then transmitted via the steering shaft 3 on a steering pinion 5 transfer. The pinion 5 meshes in a known manner with a toothed segment of a rack 6 , The steering pinion 5 forms together with the rack 6 a steering gear 40 ,

Die Lenkwelle 3 weist eingangsseitig eine mit dem Lenkrad 2 verbundene Eingangswelle 30 und ausgangsseitig eine mit der Zahnstange 6 über das Lenkritzel 5 verbundene Ausgangswelle 31 auf. Die Eingangswelle 30 und die Ausgangswelle 31 sind drehelastisch über einen in der 1 nicht dargestellten Drehstab miteinander verbunden. Ein vom Fahrer über das Lenkrad 2 in die Eingangswelle 30 eingeleitetes Drehmoment führt zu einer Relativdrehung der Eingangswelle 30 bezüglich der Ausgangswelle 31. Diese Relativdrehung zwischen Eingangswelle 30 und Ausgangswelle 31 kann über einen Drehwinkelsensor ermittelt werden.The steering shaft 3 has on the input side one with the steering wheel 2 connected input shaft 30 and on the output side one with the rack 6 over the steering pinion 5 connected output shaft 31 on. The input shaft 30 and the output shaft 31 are torsionally elastic about one in the 1 not shown torsion bar connected to each other. One from the driver over the steering wheel 2 in the input shaft 30 initiated torque leads to a relative rotation of the input shaft 30 with respect to the output shaft 31 , This relative rotation between input shaft 30 and output shaft 31 can be determined via a rotation angle sensor.

Die Lenkwelle 3 gemäß 1 umfasst weiterhin ein oder mehrere kardanische Gelenke 32, mittels welchen der Verlauf der Lenkwelle 3 im Kraftfahrzeug an die räumlichen Gegebenheiten angepasst werden kann. Die Lenkzwischenwelle der Lenkwelle 3, die in dem dargestellten Beispiel zwischen zwei kardanischen Gelenken 32 angeordnet ist und die Ausgangswelle 31 mit dem Lenkritzel 5 des Lenkgetriebes 40 verbindet, ist als längenveränderbare Lenkwelle 3 ausgebildet.The steering shaft 3 according to 1 also includes one or more gimbal joints 32 , By means of which the course of the steering shaft 3 can be adapted in the motor vehicle to the spatial conditions. The steering intermediate shaft of the steering shaft 3 , which in the example shown between two gimbals 32 is arranged and the output shaft 31 with the steering pinion 5 of steering gear 40 connects, is as a variable length steering shaft 3 educated.

Die Zahnstange 6 ist in einem Lenkungsgehäuse 60 in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. An ihrem freien Ende ist die Zahnstange 6 mit Spurstangen 7 über nicht dargestellte Kugelgelenke verbunden. Die Spurstangen 7 selbst sind in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad 8 des Kraftfahrzeugs verbunden. Eine Drehung des Lenkrades 2 führt über die Verbindung der Lenkwelle 3 und des Ritzels 5 zu einer Längsverschiebung der Zahnstange 6 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 8. Die gelenkten Räder 8 erfahren über eine Fahrbahn 80 eine Rückwirkung, die der Lenkbewegung entgegen wirkt. Zum Verschwenken der Räder 8 ist folglich eine Kraft erforderlich, die ein entsprechendes Drehmoment am Lenkrad 2 erforderlich macht. Eine Servoeinheit 10 aus einem Elektromotor 9 und einer elektronischen Steuereinheit 13 ist vorgesehen, um dem Fahrer bei dieser Lenkbewegung zu unterstützen. Die Servoeinheit 10 kann dabei entweder mit einer Lenkwelle 3, dem Lenkritzel 5 oder der Zahnstange 6 gekoppelt sein. Die jeweilige Hilfskraftunterstützung trägt ein Hilfskraftmoment in die Lenkwelle 3, das Lenkritzel 5 und/oder in die Zahnstange 6 ein, wodurch der Fahrer bei der Lenkarbeit unterstützt wird. Die drei unterschiedlichen in 1 dargestellten Hilfskraftunterstützungen 10, 100, 101 zeigen alternative Positionen für deren Anordnung. Üblicherweise ist nur eine einzige der gezeigten Positionen mit einer Hilfskraftunterstützung belegt. Die Servoeinheit kann dabei als Überlagerungslenkung an der Lenksäule oder als Hilfskraftunterstützungseinrichtung an dem Ritzel 5 oder der Zahnstange 6 angeordnet sein.The rack 6 is in a steering housing 60 slidably mounted in the direction of its longitudinal axis. At its free end is the rack 6 with tie rods 7 connected via ball joints, not shown. The tie rods 7 themselves are in a known manner via steering knuckle, each with a steered wheel 8th connected to the motor vehicle. A turn of the steering wheel 2 leads through the connection of the steering shaft 3 and the pinion 5 to a longitudinal displacement of the rack 6 and thus to a pivoting of the steered wheels 8th , The steered wheels 8th learn about a roadway 80 a reaction that counteracts the steering movement. For pivoting the wheels 8th Consequently, a force is required, the corresponding torque on the steering wheel 2 required. A servo unit 10 from an electric motor 9 and an electronic control unit 13 is provided to assist the driver in this steering movement. The servo unit 10 can either with a steering shaft 3 , the steering pinion 5 or the rack 6 be coupled. The respective auxiliary power assistance carries an auxiliary torque in the steering shaft 3 , the steering pinion 5 and / or in the rack 6 a, whereby the driver is assisted in the steering work. The three different in 1 illustrated auxiliary power assistance 10 . 100 . 101 show alternative positions for their arrangement. Usually only one of the shown positions is occupied by a power assistance. The servo unit can be used as superposition steering on the steering column or as an auxiliary power assistance device on the pinion 5 or the rack 6 be arranged.

In der 2 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung 1 mit einem Elektromotor 9 dargestellt, der auf eine Kugelmutter eines Kugelgewindetriebs 11 wirkt. In 2 ist lediglich das Gehäuse des Kugelgewindetriebs und des Lenkgetriebes 40 dargestellt. Die Kugelmutter steht über umlaufende Kugeln mit einem Kugelgewinde in Eingriff, welches am äußeren Umfang der Zahnstange 6 angeordnet ist. Eine Drehung der Kugelmutter bewirkt eine axiale Verlagerung der Zahnstange 6, wodurch eine Lenkbewegung des Fahrers unterstützt wird. Bevorzugt ist der Kugelgewindetrieb 11 über einen Zahnriemen mit dem Elektromotor 9 gekoppelt.In the 2 is an electromechanical vehicle steering system 1 with an electric motor 9 shown on a ball nut of a ball screw 11 acts. In 2 is only the housing of the ball screw and the steering gear 40 shown. The ball nut is engaged by circumferential balls with a ball screw, which on the outer circumference of the rack 6 is arranged. A rotation of the ball nut causes an axial displacement of the rack 6 , whereby a steering movement of the driver is supported. The ball screw is preferred 11 via a toothed belt with the electric motor 9 coupled.

3b zeigt den Elektromotor 9 mit der Motorwelle 12 und eine mit dem Elektromotor 9 verbundene elektronische Steuereinheit (ECU) 13. Das Motorgehäuse 90 des Elektromotors 9 ist mit dem Gehäuseteil 130 der elektronischen Steuereinheit 13 mittels Reibrührschweißen verbunden. In der 3b ist die aus dem Reibrührschweißen resultierende Schweißnaht 14 zwischen den beiden Gehäuseteilen 90,130 dargestellt. Bevorzugt werden die beiden Gehäuseteile 90,130 aus Aluminium gebildet. 3b shows the electric motor 9 with the motor shaft 12 and one with the electric motor 9 connected electronic control unit (ECU) 13 , The motor housing 90 of the electric motor 9 is with the housing part 130 the electronic control unit 13 connected by friction stir welding. In the 3b is the weld resulting from the friction stir welding 14 between the two housing parts 90 . 130 shown. Preference is given to the two housing parts 90 . 130 made of aluminum.

Das Reibrührschweißen, welches auch als Rührreibschweißen und im englischen als „friction stir welding“ bezeichnet wird und als Synonym verwendet werden kann, ist ein Pressschweißverfahren und ist in 3a dargestellt. Ein sich drehendes Werkzeug 141 wird an einem Stoß oder einem Fügespalt 143 oder einem Fügeabschnitt zwischen zwei Werkstücken, in diesem Beispiel zwischen dem Motorgehäuse 90 und dem Gehäuseteil 130 der ECU 13, entlang geführt. Als (Schweiß-) Stoß wird der Bereich bezeichnet, in dem die Schweißteile miteinander vereinigt werden. Das verschleißfeste drehende Werkzeug hat einen profilierten Stift 142 und eine Schulter mit einem größeren Durchmesser als der Stift. Die Stiftlänge gleicht der erforderlichen Schweißnahttiefe. Das Werkzeug wird entlang des Stoßes verfahren, während die Schulter auf die Werkstückoberfläche gepresst wird, um den durch die entstehende Reibwärme plastifizierten Werkstoff zusammenzustauchen, sodass die Schweißnaht 14 gebildet wird. Am Nahtende wird das Werkzeug aus dem Verbindungsbereich herausgezogen. Die Schweißnaht ist unmittelbar belastbar.The friction stir welding, which is also known as friction stir welding and in English as "friction stir welding" and can be used as a synonym, is a pressure welding process and is in 3a shown. A rotating tool 141 becomes at a push or a joint gap 143 or a joining section between two workpieces, in this example between the motor housing 90 and the housing part 130 the ECU 13 , guided along. The (welding) shock is the area in which the welded parts are joined together. The wear-resistant rotating tool has a profiled pin 142 and a shoulder with a larger diameter than the pin. The pin length equals the required weld depth. The tool is moved along the joint while the shoulder is pressed onto the surface of the workpiece to compress the material softened by the resulting frictional heat, so that the weld seam 14 is formed. At the seam end, the tool is pulled out of the connection area. The weld is directly loadable.

Die 4 und 5 zeigen im Detail die Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 90,130.The 4 and 5 show in detail the connection between the two housing parts 90,130.

Das Motorgehäuse 90 ist in einem oberen, der elektronischen Steuereinheit 13 nahen Bereich 15 topfförmig ausgestaltet. Auf einem umlaufenden Rand 16, welcher in Richtung der elektronischen Steuereinheit ein offenes Ende bildet, dieses Bereichs 15 lässt sich das die elektronische Steuereinheit 13 umgebende Gehäuseteil 130 aufsetzten. Dazu weist das die elektronische Steuereinheit 13 umgebende Gehäuseteil 130 ebenfalls einen topfförmigen Bereich 131 mit einem umlaufenden und senkrecht vom Gehäuseboden 17 abstehenden Rand 18 auf und bildet dort ein offenes Ende. Der Rand 18 des Gehäuseteils 130 der Steuereinheit, welcher im Folgenden als Verbindungsabschnitt bezeichnet wird, weist einen ringförmigen Absatz 19 auf, der den Verbindungsabschnitt 18 im zusammengebauten Zustand in einen inneren Bereich 180 und einen äußeren Bereich 181 aufteilt. Im zusammengesetzten Zustand liegt der äußere Bereich 181 des Randes 18 mit seiner Stirnseite 20 auf der Stirnseite 21 des Randes 16 des topfförmigen Bereichs 15 des Motorgehäuses 90 auf und der innere Bereich 180 des Randes 18 bzw. der Absatz 19 liegt an der Innenseite 22 des Randes 16 des topfförmigen Bereichs 15 des Motorgehäuses 90 an und bildet somit eine radiale Abstützung für den Reibrührschweißprozess. Die Abstützung sorgt für eine höhere Formstabilität der Verbindung, weil das Gehäuse je nach Nahttiefe nicht oder nur wenig verformt wird.The motor housing 90 is in an upper, the electronic control unit 13 near area 15 designed cup-shaped. On a circumferential edge 16 , which forms an open end in the direction of the electronic control unit, this area 15 can this be the electronic control unit 13 surrounding housing part 130 touched down. For this, this has the electronic control unit 13 surrounding housing part 130 also a pot-shaped area 131 with a circumferential and vertical from the case back 17 protruding edge 18 and forms an open end there. The edge 18 of the housing part 130 the control unit, which is referred to below as the connecting portion, has an annular shoulder 19 on top of the connecting section 18 in the assembled state in an inner area 180 and an outer area 181 divides. In the assembled state lies the outer area 181 of the edge 18 with his front side 20 on the front side 21 of the edge 16 of the cup-shaped area 15 of the motor housing 90 on and the inner area 180 of the edge 18 or the paragraph 19 lies on the inside 22 of the edge 16 of the cup-shaped area 15 of the motor housing 90 and thus forms a radial support for the friction stir welding process. The support ensures a higher dimensional stability of the connection, because the housing is not or only slightly deformed depending on the depth of the seam.

Die hier gewählte Stoßart ist eine Kombination aus Stumpf- und Überlappstoß. Sie ist vorteilhaft, weil dadurch die relative Positionierung der Gehäuseteile 90,130 und damit das Fügen der beiden Teile vor dem Schweißen vereinfacht wird. Prinzipiell sind aber verschiedene Stoßformen möglich. The type of joint chosen here is a combination of butt and lap joint. It is advantageous because it facilitates the relative positioning of the housing parts 90, 130 and thus the joining of the two parts before welding. In principle, however, different types of shocks are possible.

Das Reibrührschweißen hat den Vorteil, dass eine stabile, dichte mechanische Verbindung entsteht. Schon eine Naht die nur wenige Millimeter breit und sogar weniger als einen Millimeter tief ist, erfüllt die Anforderungen an die mechanische Stabilität. Der Platzbedarf ist dementsprechend gering. Da außerdem im Bereich des Stoßes nur die radiale Zugänglichkeit sichergestellt werden muss, gibt es keine Einschränkungen für das Gehäusedesign. Ein zylindrisches Design ist möglich und vorteilhaft, da der Schweißprozess sehr gleichmäßig erfolgen kann (konstanter Vorschub, einfache relativ Bewegung der Kombination aus Motorgehäuse und ECU-Gehäuse gegenüber dem Werkzeug). Je nach Wahl der elektrischen Verbindungstechnik ist eine geschlossene ECU umsetzbar. Ein weiterer Vorteil von Reibrührschweißen ist die gute Überwachbarkeit des Verfahrens. Anhand der Prozessparameter, wie z. B. der aufgebrachten Kraft, kann auf die Eigenschaften der Schweißnaht geschlossen werden. Es ist daher keine aufwändige Kontrolle der Schweißnaht durch z. B. Röntgen notwendig. Zusätzlich ermöglicht die dadurch geschaffene stoffschlüssige Verbindung, dass auf Dichtelemente, wie beispielsweise einen O-Ring, verzichtet werden kann. Dichtelemente können durch Wechselwirkungen mit anderen Stoffen, wie beispielsweise Fett, Öl oder Benzin, zur Verschlechterung der Dichtfunktion bis hin zu technischen Ausfällen führen. Darüber hinaus sind Dichtflächen korrosionsanfällig, sodass zusätzliche Schutzmaßnahmen getroffen werden müssen.The friction stir welding has the advantage that a stable, tight mechanical connection is formed. Even a seam that is only a few millimeters wide and even less than a millimeter deep fulfills the requirements for mechanical stability. The space requirement is correspondingly low. In addition, since only the radial accessibility has to be ensured in the region of the joint, there are no restrictions on the housing design. A cylindrical design is possible and advantageous because the welding process can be very uniform (constant feed, easy relative movement of the motor housing and ECU housing combination to the tool). Depending on the choice of electrical connection technology, a closed ECU can be implemented. Another advantage of friction stir welding is the good process controllability. Based on the process parameters, such. As the applied force can be closed on the properties of the weld. It is therefore no time-consuming control of the weld by z. B. X-ray necessary. In addition, the cohesive connection created thereby makes it possible to dispense with sealing elements, for example an O-ring. Sealing elements can lead to deterioration of the sealing function through to technical failures through interactions with other substances, such as grease, oil or gasoline. In addition, sealing surfaces are susceptible to corrosion, so that additional protective measures must be taken.

Die zuvor mit Hilfe der Zeichnungen beschriebene Verbindung eines Motorgehäuses mit einem Gehäuse für die elektronische Steuereinheit mittels Reibrührschweißen ist nur ein Beispiel für die vorliegende Erfindung. Die Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Verbindung von Gehäuseteilen in einer elektromechanischen Servolenkung mittels Reibrührschweißen. Es ist daher auch denkbar das Verfahren zur Verbindung eines mehrteiligen Lenkgetriebegehäuses, eines Schneckengehäuses mit einem Motorgehäuse, oder eines Sensorgehäuses mit einem Ritzelgehäuse, usw. einzusetzen. Je nach Einsatzbereich können verschiedene Stoßarten verwendet werden.The connection of a motor housing to a housing for the electronic control unit by means of friction stir welding described above with reference to the drawings is only one example of the present invention. The invention generally relates to a connection of housing parts in an electromechanical power steering by means of friction stir welding. It is therefore also conceivable to use the method for connecting a multi-part steering gear housing, a worm housing with a motor housing, or a sensor housing with a pinion housing, etc. Depending on the application, different types of impact can be used.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (13)

Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung (1) umfassend einen Elektromotor (9) und eine elektronische Steuereinheit (13), wobei die elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung (1) zumindest teilweise von Gehäuseteilen (90,130) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Gehäuseteile (90,130) mittels Reibrührschweißen miteinander verbunden sind.Electromechanical motor vehicle steering system (1) comprising an electric motor (9) and an electronic control unit (13), wherein the electromechanical motor vehicle steering (1) is at least partially surrounded by housing parts (90, 130), characterized in that at least two of the housing parts (90, 130) are joined together by means of friction stir welding are connected. Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (90,130) aus Aluminium hergestellt sind.Electromechanical motor vehicle steering according to Claim 1 , characterized in that the housing parts (90,130) are made of aluminum. Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (90,130) einen Stumpfstoß, einen Überlappstoß oder eine Kombination aus Stumpf- und Überlappstoß aufweisen.Electromechanical motor vehicle steering according to Claim 1 or 2 , characterized in that the housing parts (90,130) have a butt joint, a lap joint or a combination of butt and lap joint. Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Elektromotor (9) umgebendes Motorgehäuse (90) mit einem die elektronische Steuereinheit (13) umgebenden Gehäuseteil (130) mittels Reibrührschweißen verbunden ist.Electromechanical motor vehicle steering system according to one of the preceding claims, characterized in that a motor housing (90) surrounding the electric motor (9) is connected to a housing part (130) surrounding the electronic control unit (13) by means of friction stir welding. Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (90) einen umlaufenden Rand (16) aufweist, der auf einem umlaufenden Rand (18) des die elektronische Steuereinheit (13) umgebenden Gehäuseteils (130) aufgesetzt ist, wobei der Rand (18) des die elektronische Steuereinheit (13) umgebenden Gehäuseteils (130) einen ringförmigen Absatz (19) aufweist, so dass der ringförmige Absatz (19) des Randes (18) eine radiale Abstützung für den Rand (16) des Motorgehäuses (90) bildet.Electromechanical motor vehicle steering according to Claim 4 , characterized in that the motor housing (90) has a peripheral edge (16) which on a peripheral edge (18) of the electronic control unit (13) surrounding the housing part (130) is placed, wherein the edge (18) of the electronic Control unit (13) surrounding the housing part (130) has an annular shoulder (19), so that the annular shoulder (19) of the edge (18) forms a radial support for the edge (16) of the motor housing (90). Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nahttiefe der Reibrührschweißnaht (14) kleiner als 4 mm oder kleiner als 3 mm oder kleiner als 1 mm in radialer Richtung ist.Electromechanical motor vehicle steering system according to one of the preceding claims, characterized in that the seam depth of the friction stir weld seam (14) is less than 4 mm or less than 3 mm or less than 1 mm in the radial direction. Verfahren zum Verbinden von Gehäuseteilen einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung (1) umfassend einen Elektromotor (9) und eine elektronischen Steuereinheit (13), dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte vorgesehen sind: • Bereitstellen zweier Gehäuseteile (90,130); • Positionieren des ersten Gehäuseteiles (90) auf dem zweiten Gehäuseteil (130), so dass sich ein Stoß ausbildet; • Entlangfahren eines sich drehenden Werkzeuges am Stoß zur Ausbildung einer Reibrührschweißnaht (14); • Am Nahtende Herausziehen des Werkzeuges aus dem Stoß der beiden Gehäuseteile (90,130).Method for connecting housing parts of an electromechanical motor vehicle steering system (1) comprising an electric motor (9) and an electronic control unit (13), characterized in that the following steps are provided: • providing two housing parts (90, 130); • Positioning the first housing part (90) on the second housing part (130), so that forms a shock; • traversing a rotating tool at the joint to form a friction stir weld (14); • At the seam end, pull out the tool from the joint of the two housing parts (90,130). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (90,130) aus Aluminium hergestellt werden.Method according to Claim 7 , characterized in that the housing parts (90,130) are made of aluminum. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (90,130) einen Stumpfstoß, einen Überlappstoß oder eine Kombination aus Stumpf- und Überlappstoß aufweisen.Method according to Claim 7 or 8th , characterized in that the housing parts (90,130) have a butt joint, a lap joint or a combination of butt and lap joint. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuseteile (90,130) ein den Elektromotor (9) umgebendes Motorgehäuse (90) und ein die elektronische Steuereinheit (13) umgebendes Gehäuseteil (130) sind.Method according to one of Claims 7 to 9 , characterized in that the two housing parts (90,130) are a motor housing (90) surrounding the electric motor (9) and a housing part (130) surrounding the electronic control unit (13). Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (90) einen umlaufenden Rand (16) aufweist, der auf einem umlaufenden Rand (18) des die elektronische Steuereinheit (13) umgebenden Gehäuseteils (130) aufgesetzt ist, wobei der Rand (18) des die elektronische Steuereinheit (13) umgebenden Gehäuseteils (130) einen ringförmigen Absatz (19) aufweist, so dass der ringförmige Absatz (19) des Randes (18) eine radiale Abstützung für den Rand (16) des Motorgehäuses (90) bildet.Method according to Claim 10 , characterized in that the motor housing (90) has a peripheral edge (16) which on a peripheral edge (18) of the electronic control unit (13) surrounding the housing part (130) is placed, wherein the edge (18) of the electronic Control unit (13) surrounding the housing part (130) has an annular shoulder (19), so that the annular shoulder (19) of the edge (18) forms a radial support for the edge (16) of the motor housing (90). Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (90) und der die elektronische Steuereinheit (13) umgebende Gehäuseteil (130) zylindrisch ausgebildet sind und der Stoß sich ringförmig entlang des Umfanges erstreckt.Method according to Claim 10 or 11 , characterized in that the motor housing (90) and the electronic control unit (13) surrounding housing part (130) are cylindrical and the joint extends annularly along the circumference. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibrührschweißen derart ausgeführt wird, dass die resultierende Nahttiefe der Reibrührschweißnaht (14) kleiner als 4 mm oder kleiner als 3 mm oder kleiner als 1 mm in radialer Richtung ist.Method according to one of Claims 7 to 12 characterized in that the friction stir welding is performed such that the resulting seam depth of the friction stir weld (14) is less than 4 mm or less than 3 mm or less than 1 mm in the radial direction.
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