DE102018114246A1 - Housing with at least one cooling water channel and method for its production - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Gehäuse vorgeschlagen, dass insbesondere für wassergekühlte Elektromotoren geeignet ist. Das Gehäuse umfasst ein erstes Gehäuseteil, welches durch Gießen hergestellt wurde und ein zweites Gehäuseteil, welches durch Umformen hergestellt wurde. Beide Gehäuseteile werden durch Rührreibschweißen dichtend miteinander verbunden, so dass auf einfache Weise ein oder mehrere Kühlwasserkanäle ausgebildet werden können.A housing is proposed that is particularly suitable for water-cooled electric motors. The housing comprises a first housing part, which was produced by casting and a second housing part, which was produced by forming. Both housing parts are connected to each other by friction stir welding, so that one or more cooling water channels can be formed in a simple manner.
Description
Im Rahmen der Elektromobilität werden immer höhere Leistungsdichten bei Elektromotoren gefordert. Die beim Betrieb der Elektromotoren anfallende Abwärme kann am besten durch ein flüssiges Medium (Kühlwasser) abgeführt werden.As part of electromobility, ever higher power densities are demanded for electric motors. The waste heat generated during operation of the electric motors can best be dissipated using a liquid medium (cooling water).
Stand bisheriger Entwicklung sind Gehäuse von Elektromotoren mit Wasserkühlung, die vollständig aus einem oder mehreren Gussteilen bestehen.The current state of development is the housing of electric motors with water cooling, which consist entirely of one or more cast parts.
Wenn das Motorgehäuse aus einem Gussteil besteht, dann können der oder die Kühlkanäle nur mit Hilfe von verlorenen Kernen eingebracht werden. Das ist sehr aufwändig und nur bedingt großserientauglich. Trotz des großen Aufwands, sind die Querschnitte der Kühlkanäle fertigungsbedingt relativ groß. Dadurch ist das Kühlwasservolumen im Gehäuse relativ groß. In Folge dessen ist der Wärmeübergang vom Motorgehäuse auf das Kühlwasser nicht optimal und das große Kühlwasservolumen vergrößert das Systemgewicht.If the motor housing consists of a cast part, then the cooling channel (s) can only be introduced with the help of lost cores. This is very complex and only partially suitable for large-scale production. Despite the great effort, the cross-sections of the cooling channels are relatively large due to the manufacturing process. As a result, the cooling water volume in the housing is relatively large. As a result, the heat transfer from the motor housing to the cooling water is not optimal and the large cooling water volume increases the system weight.
Wenn die Einzelteile des Gehäuses im Druckguss-Verfahren hergestellt werden, dann bestehen mehr Freiheitsgrade bei der Gestaltung und Dimensionierung der Kühlwasserkanäle. Allerdings sind Druckgussteile mit komplexer Geometrie teuer in der Herstellung und die Einzelteile müssen anschließend flüssigkeitsdicht miteinander verbunden werden.If the individual parts of the housing are manufactured using the die-casting process, there are more degrees of freedom in the design and dimensioning of the cooling water channels. However, die-cast parts with complex geometries are expensive to manufacture and the individual parts must then be connected to one another in a liquid-tight manner.
Ein alternatives Herstellungsverfahren zum Erzeugen von Kühlwasserkanälen im Motorgehäuse sind eingegossene Rohre, welche die späteren Kühlkanäle bilden. Auch dieses Verfahren ist sehr aufwändig und nur bedingt großserientauglich.An alternative manufacturing method for creating cooling water channels in the motor housing are cast-in pipes, which form the later cooling channels. This process is also very complex and only suitable for large series to a limited extent.
Es besteht daher ein Bedarf an Motorgehäusen mit Wasserkühlung, insbesondere für Elektromotoren oder Generatoren, die kostengünstig, gut automatisierbar und in großen und größten Stückzahlen wirtschaftlich herstellbar sind.There is therefore a need for motor housings with water cooling, in particular for electric motors or generators, which are inexpensive, easy to automate and can be economically produced in large and large quantities.
Elektromotoren oder Generatoren werden nachfolgend unter dem Oberbegriff „elektrische Maschine“ zusammengefasst. Im Zusammenhang mit der Elektromobilität werden Elektromotoren während der Rekuperation auch als Generatoren eingesetzt. Auch wenn im Zusammenhang mit der Erfindung zur sprachlichen Vereinfachung oft nur von einem Elektromotor die Rede ist, so sind immer auch Generatoren umfasst.Electric motors or generators are summarized below under the generic term "electrical machine". In connection with electromobility, electric motors are also used as generators during recuperation. Even if only one electric motor is mentioned in connection with the invention to simplify the language, generators are always included.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Gehäuse umfassend ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil, wobei das erste Gehäuseteil durch Gießen hergestellt ist, wobei das zweite Gehäuseteil durch Umformen hergestellt ist, wobei das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil mindestens einen Kühlwasserkanal begrenzen und wobei das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil durch mindestens eine Schweißnaht, welche durch Rührreibschweißen erzeugt wurde, dichtend miteinander verbunden sind.The above object is achieved according to the invention by a housing comprising a first housing part and a second housing part, the first housing part being produced by casting, the second housing part being produced by shaping, the first housing part and the second housing part delimiting at least one cooling water channel and wherein the first housing part and the second housing part are sealingly connected to one another by at least one weld seam, which was produced by friction stir welding.
Auf diese Weise ist es möglich, die Vorteile des Gießens ohne (verlorenen bzw. Sand-) Kern, nämlich eine komplexe Geometrie relativ kostengünstig und prozesssicher in großen Stückzahlen herstellen zu können, auszunutzen. Bei dem erfindungsgemäßen Motorgehäuse werden die späteren Kühlkanäle als Vertiefungen in das erste Gehäuseteil eingegossen. Das zweite Gehäuseteil, welches erfindungsgemäß durch Umformen hergestellt wird und eine relativ einfache Geometrie aufweist, wird auf das erste Gehäuseteil aufgesetzt und mit diesem dichtend durch Rührreibschweißen verbunden.In this way it is possible to take advantage of casting without (lost or sand) core, namely to be able to produce a complex geometry in large numbers relatively inexpensively and reliably. In the motor housing according to the invention, the later cooling channels are cast into the first housing part as depressions. The second housing part, which is produced according to the invention by shaping and has a relatively simple geometry, is placed on the first housing part and connected to it in a sealing manner by friction stir welding.
Zum Gießen des ersten Gehäusteils, zum Beispiel im Druckgußverfahren, können durchaus Schieber oder andere beweglich Teile eingesetzt werden. Diese beweglichen werden nicht bei jedem neuen Gußteil ersetzt, sondern werden vielfach wiederverwendet, im Gegensatz zu einem verlorenen Kern. Dadurch entstehen geschlossene und bei Bedarf sehr kleine Kühlkanäle mit der gewünschten Geometrie. Es ist auch möglich die Kühlkanäle durch spanende Bearbeitung (Fräsen, Drehen, ...) in das erste Gehäuseteil einzubringen.
Der Aufwand zur Herstellung dieser Kühlkanäle ist vergleichsweise gering. Fertigungstechnisch ist das erfindungsgemäße hybride Motorgehäuse besonders vorteilhaft, weil es kostengünstig und prozesssicher hergestellt werden kann.To cast the first housing part, for example in the die casting process, slides or other movable parts can be used. These movable ones are not replaced with every new casting, but are often reused, in contrast to a lost core. This creates closed and, if necessary, very small cooling channels with the desired geometry. It is also possible to insert the cooling ducts into the first housing part by machining (milling, turning, ...).
The effort to manufacture these cooling channels is comparatively low. In terms of production technology, the hybrid motor housing according to the invention is particularly advantageous because it can be produced inexpensively and reliably.
Weil das zweite Gehäuseteil durch Umformen hergestellt wird, sind die Kosten für die Herstellung des zweiten Gehäuseteils vergleichsweise gering. Beispielsweise kann ein zweites Gehäuseteil durch einen Blechzuschnitt, der abgekantet oder gebogen ist, hergestellt werden. Es ist aber auch möglich, das zweite Gehäuseteil durch Ablängen eines extrudierten Rohres oder eines anderen extrudierten Hohlprofils herzustellen.Because the second housing part is produced by reshaping, the costs for producing the second housing part are comparatively low. For example, a second housing part can be produced by cutting a sheet metal that is folded or bent. However, it is also possible to produce the second housing part by cutting an extruded tube or another extruded hollow profile to length.
Das zweite Gehäuseteil kann auch aus einem Blech durch Tiefziehen oder durch Fließpressen hergestellt werden. All diese Umformverfahren sind seit Jahrzehnten bewährt und können insbesondere bei großen und größten Stückzahlen mit geringen Kosten und hoher Prozesssicherheit hergestellt werden.The second housing part can also be produced from sheet metal by deep drawing or by extrusion. All of these forming processes have been tried and tested for decades and can be produced in particular in large and large quantities with low costs and high process reliability.
Das Rührreibschweißen als zentrales Verfahren zum Fügen dieser beiden Gehäuseteile hat im Zusammenhang mit der Erfindung den besonderen Vorteil, dass die Schweißnähte flüssigkeitsdicht sind. Bei herkömmlichen Schweißverbindungen, wie z.B. Schutzgasschweißen, ist dies nicht der Fall. Außerdem ist der Wärmeeintrag in die Gehäuseteile und damit auch deren Verzug beim Rührreibschweißen vergleichsweise gering.Friction stir welding as the central method for joining these two housing parts has the particular advantage in connection with the invention that the weld seams are liquid-tight. This is not the case with conventional welded connections, such as inert gas welding. In addition, the heat input into the housing parts and so that the delay in friction stir welding is comparatively low.
Durch die Kombination der Vorteile eines gegossenen ersten Gehäuseteils, eines durch Umformen hergestellten zweiten Gehäuseteils und des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens ist es möglich, prozesssicher, kostengünstig eine optimale Geometrie der Kühlkanäle bereitzustellen, so dass das Gewicht des erfindungsgemäßen Gehäuses und das Volumen der in dem Gehäuse ausgebildeten Kühlwasserkanäle minimiert wird. Beide Aspekte sind vor dem Hintergrund der Forderung nach einem möglichst geringen Systemgewicht von großer Bedeutung.By combining the advantages of a cast first housing part, a second housing part produced by shaping and the welding method according to the invention, it is possible to provide an optimal geometry of the cooling channels in a process-reliable, cost-effective manner, so that the weight of the housing according to the invention and the volume of the cooling water channels formed in the housing is minimized. Both aspects are of great importance against the background of the demand for the lowest possible system weight.
Das erste und das zweite Gehäuseteil können auch aus verschiedenen Werkstoffen, wie zum Beispiel einem einer Al-Guß-Legierung und einer Al-Knetlegierung bestehen.The first and the second housing part can also consist of different materials, such as an aluminum casting alloy and an aluminum wrought alloy.
Besonders geeignet für die Herstellung im Druckgußverfahren sind folgende Legierungen; SilOMg(Fe); Sil2(Fe); Si9Cu3(Fe); Si12Cu1(Fe) und Al Mg9.The following alloys are particularly suitable for production in the die casting process; SilOMg (Fe); SIL2 (Fe); Si9Cu3 (Fe); Si12Cu1 (Fe) and Al Mg9.
Das erste Gehäuseteil kann bevorzugt aus Al-Legierungen, mit beispielsweise 6-14 Gewichts-Prozenten Silizium; 0-2 Gewichts-Prozenten Magnesium, gefertigt werden. Weitere mögliche Hauptlegierungselemente sind Kupfer, Eisen, Mangan. Generell gilt, dass bei dem ersten Gehäuseteil der Aluminiumanteil maximal etwa 95% ist und der Siliziumanteil meist über 5% liegt.The first housing part can preferably be made of Al alloys, for example 6-14 percent by weight silicon; 0-2 percent by weight magnesium. Other possible main alloying elements are copper, iron, manganese. In general, the aluminum portion of the first housing part is a maximum of about 95% and the silicon portion is usually over 5%.
Bei der Knetlegierung ist der Aluminiumanteil meist über 90% insbesondere über 95% insbesondere über 97%. Der Siliziumanteil ist hier meist deutlich unter 5% insbesondere unter 2%.In the wrought alloy, the aluminum content is usually over 90%, in particular over 95%, in particular over 97%. The silicon content is usually well below 5%, especially below 2%.
Bei der Gusslegierung gilt, dass diese ungewollt meist einen gewissen Wasserstoffanteil haben und daher z.B. nicht oder nur sehr miserabel mit Schmelzschweißprozessen gefügt werden können, da es sonst zu Porenbildung kommt. Diese Poren treten bei der Anwendung des Rührreibschweiß-Verfahrens nicht auf, so dass die Schweißnaht flüssigkeitsdicht ist.The rule for cast alloys is that they usually have a certain amount of hydrogen unintentionally and therefore e.g. cannot be joined, or only very poorly, with fusion welding processes, otherwise pores will form. These pores do not occur when using the friction stir welding process, so that the weld seam is liquid-tight.
Als Gießprozesse sind besonders geeignet der Druckguss und der Kokillenguss (low pressure die casting).Die casting and permanent mold casting (low pressure die casting) are particularly suitable as casting processes.
Das erste und das zweite Gehäuseteil können auch aus sehr verschiedenen Werkstoffen, wie zum Beispiel einem Eisengusswerkstoff und einer Al-Knetlegierung bestehen.The first and the second housing part can also consist of very different materials, such as an iron casting material and an aluminum wrought alloy.
Magnesiumdruckguss für das erste Gehäuseteil in Kombination mit Aluminiumblech (zweites Gehäusteteil) ist auch geeignet, wenn ein besonders leichtes Gehäuse gefordert ist.Magnesium die casting for the first housing part in combination with aluminum sheet (second housing part) is also suitable if a particularly light housing is required.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil mindestens bereichsweise konzentrisch/koaxial zueinander angeordnet und die mindestens eine durch Rührreibschweißen hergestellte Schweißnaht hat eine geschlossene Form, zum Beispiel die Form eines Kreises. Dann ist das Herstellen der mindestens einen Schweißnaht fertigungstechnisch am Einfachsten zu realisieren. In der Regel muss die mindestens eine Schweißnaht eine geschlossene Form haben, d. h. beim Herstellen der Schweißnaht wird der Anfangspunkt der Schweißnaht erneut erreicht und „überschweißt“. Dann ist sichergestellt, dass zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil keine Flüssigkeit aus dem oder den Kühlkanälen austreten kann. In der Regel sind bei einem erfindungsgemäßen Motorgehäuse mindestens zwei Schweißnähte vorhanden. Eine an dem ersten Ende des zweiten Gehäuseteils und eine zweite am entgegengesetzten Ende des zweiten Gehäuseteils.In a further advantageous embodiment of the invention, the first housing part and the second housing part are arranged at least in regions concentrically / coaxially with one another and the at least one weld seam produced by friction stir welding has a closed shape, for example the shape of a circle. Then the production of the at least one weld seam is easiest to implement in terms of production technology. As a rule, the at least one weld seam must have a closed shape, i. H. when the weld seam is made, the starting point of the weld seam is reached again and "overwelded". It is then ensured that no liquid can escape from the cooling channel or channels between the first housing part and the second housing part. As a rule, at least two weld seams are present in a motor housing according to the invention. One at the first end of the second housing part and a second at the opposite end of the second housing part.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die mindestens eine durch Rührreibschweißen hergestellte Schweißnaht als Überlapp-Naht ausgebildet ist. Dann können kleinere Fertigungstoleranzen sowohl bei dem ersten Gehäuseteil als auch bei dem zweiten Gehäuseteil ohne Qualitätsverlust kompensiert werden. Das ist vor allem von Vorteil, weil das erste Gehäuseteil als Gussteil ausgebildet ist und aus Kostengründen nach dem Gießen möglichst wenig spanend nachbearbeitet werden soll.It has proven to be advantageous if the at least one weld seam produced by friction stir welding is designed as an overlap seam. Then smaller manufacturing tolerances can be compensated for in both the first housing part and the second housing part without loss of quality. This is particularly advantageous because the first housing part is designed as a cast part and, for reasons of cost, should be machined as little as possible after casting.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das erste Gehäuseteil im Bereich der mindestens einen Schweißnaht einen Steg aufweist. Dieser Steg verläuft entlang der späteren Schweißnaht und stellt eine Materialanhäufung dar, die so geformt und dimensioniert ist, dass günstige technologische Voraussetzungen für das Verbinden der beiden Gehäuseteile durch Rührreibschweißen vorliegen. Die dadurch beim Gießen des ersten Gehäuseteils möglicherweise entstehenden Mehrkosten sind sehr gering.It has proven to be advantageous if the first housing part has a web in the region of the at least one weld seam. This web runs along the later weld seam and represents an accumulation of material that is shaped and dimensioned in such a way that favorable technological conditions exist for connecting the two housing parts by friction stir welding. The additional costs that may arise when casting the first housing part are very low.
Das Werkzeug zum Rührreibschweißen wird in der Regel durch das zweite Gehäuseteil auf dem zweiten Gehäuseteil angesetzt und durchstößt dann das zweite Gehäuseteil und dringt in den Steg des ersten Gehäuseteils ein.The friction stir welding tool is generally attached to the second housing part by the second housing part and then pierces the second housing part and penetrates into the web of the first housing part.
Um die Kostenvorteile des erfindungsgemäßen Gehäuses bestmöglich zu realisieren, ist vorgesehen, dass die Wandstärke des zweiten Gehäuseteils konstant ist. Dabei ist dieser Begriff so zu verstehen, dass beispielsweise durch Tiefziehen aus einem Blechzuschnitt hergestelltes zweites Gehäuseteil eine weitestgehend konstante Wandstärke aufweist. In order to realize the cost advantages of the housing according to the invention in the best possible way, it is provided that the wall thickness of the second housing part is constant. This term is to be understood in such a way that, for example, the second housing part produced by deep drawing from a sheet metal blank has a largely constant wall thickness.
Wenn nämlich die Wandstärke des zweiten Gehäuseteils stark variiert, dann ist es in der Regel nicht mehr möglich, das zweite Gehäuseteil aus Halbzeugen, wie Blechen, extrudierten Rohren oder Ähnlichem kostengünstig und prozesssicher herzustellen. If the wall thickness of the second housing part varies greatly, it is generally no longer possible to produce the second housing part from semi-finished products, such as sheet metal, extruded pipes or the like, cost-effectively and reliably.
Das zweite Gehäuseteil kann ein Blechzuschnitt, insbesondere ein einfach oder mehrfach gebogener Blechzuschnitt, sein. Das zweite Gehäuseteil kann auch durch Tiefziehen, Fließpressen oder Drücken hergestellt werden. Es ist ebenso möglich und in vielen Fällen vorteilhaft, das zweite Gehäuseteil aus einem extrudierten Halbzeug herzustellen.The second housing part can be a sheet metal blank, in particular a single or multiple bent sheet metal blank. The second housing part can also be produced by deep drawing, extrusion or pressing. It is also possible and in many cases advantageous to produce the second housing part from an extruded semi-finished product.
Um die Steifigkeit des erfindungsgemäßen Gehäuses zu erhöhen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil zusätzlich zu den durch Rührreibschweißen hergestellten Schweißnähten, welche der Abdichtung der Kühlkanäle dienen, an weiteren Stellen miteinander zu verbinden. Dabei können Schrauben, Nieten, aber auch das Schweißen eingesetzt werden. Dabei können auch andere Schweißverfahren als das Rührreibschweißen, beispielsweise das Schutzgasschweißen, eingesetzt werden.In order to increase the rigidity of the housing according to the invention, the invention provides for the first housing part and the second housing part to be connected to one another at additional points in addition to the weld seams produced by friction stir welding, which serve to seal the cooling channels. Screws, rivets, but also welding can be used. Welding methods other than friction stir welding, for example inert gas welding, can also be used.
Durch diese zusätzlichen Verbindungen zwischen erstem Gehäuseteil und zweitem Gehäuseteil erhöht sich die Steifigkeit des Motorgehäuses, so dass eine noch leichtere Konstruktion bei gleicher Festigkeit und Belastbarkeit realisierbar ist.These additional connections between the first housing part and the second housing part increase the rigidity of the motor housing, so that an even lighter construction can be realized with the same strength and load capacity.
Um sicherzustellen, dass die mindestens eine durch Rührreibschweißen hergestellte Schweißnaht dicht ist und eine geschlossene Form, beispielsweise in Form eines Kreises aufweist, ist an dem Ende der mindesten einen Schweißnaht eine Materialanhäufung vorgesehen, die an den Steg in dem ersten Gehäuseteil anschließt. Nachdem die in sich geschlossenen Rührreibschweißnaht fertiggestellt wurde, wird das Rührreibschweißwerk aus der geschlossenen Schweißnaht herausgeführt und in die Materialanhäufung geführt. Das Austrittsloch des Werkzeugs zum Rührreibschweißen liegt im Bereich dieser Materialanhäufung und nicht im Bereich der geschlossenen flüssigkeitsdichten Schweißnaht.In order to ensure that the at least one weld seam produced by friction stir welding is tight and has a closed shape, for example in the form of a circle, a material accumulation is provided at the end of the at least one weld seam which adjoins the web in the first housing part. After the self-contained friction stir weld has been completed, the friction stir welding unit is led out of the closed weld seam and guided into the material accumulation. The exit hole of the friction stir welding tool lies in the area of this material accumulation and not in the area of the closed, liquid-tight weld seam.
Die Vorteile der Erfindung werden ebenfalls verwirklicht durch ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Herstellen des ersten Gehäuseteils durch Gießen,
- Herstellen des zweiten Gehäuseteils durch Umformen,
- und Verbinden des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils durch Rührreibschweißen, so dass sie mindestens einen Kühlwasserkanal begrenzen.
- Producing the first housing part by casting,
- Producing the second housing part by forming,
- and connecting the first housing part and the second housing part by friction stir welding so that they delimit at least one cooling water channel.
Unter den Oberbegriff fallen Tiefziehen, Extrudieren, Biegen und anderes mehr. Nach dem Umformen und vor dem Verschweißen beider Gehäuseteile, können noch weitere Bearbeitungsschritte, wie Stanzen, Bohren, Schneiden etc., durchgeführt werden.The generic term includes deep drawing, extruding, bending and more. After forming and before welding both housing parts, further processing steps such as punching, drilling, cutting etc. can be carried out.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens eine in sich geschlossene Schweißnaht durch Rührreibschweißen hergestellt und, nachdem dies erfolgt ist, wird im weiteren Verlauf des Schweißvorgangs das Werkzeug zum Rührreibschweißen so geführt, dass es die in sich geschlossene Schweißnaht verlässt. Dadurch wird das verfahrensbedingte Austrittsloch des Werkzeugs zum Rührreibschweißen aus der in sich geschlossenen Schweißnaht heraus verlagert. In Folge dessen kann das Austrittsloch die Dichtheit der Verbindung zwischen erstem Gehäuseteil und zweitem Gehäuseteil nicht beeinträchtigen.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, at least one self-contained weld seam is produced by friction stir welding and, after this has been done, the tool for friction stir welding is guided in the further course of the welding process such that it leaves the self-contained weld seam. As a result, the process-related exit hole of the friction stir welding tool is shifted out of the self-contained weld seam. As a result, the exit hole cannot impair the tightness of the connection between the first housing part and the second housing part.
Eine fertigungstechnisch besonders vorteilhafte Form der Schweißnaht sieht vor, dass die Schweißnaht koaxial zu einer Längsachse eines Stators einer elektrischen Maschine, der später in das Gehäuse eingebaut wird, angeordnet ist. Dann nämlich ist es möglich, das Gehäuseteil, welches später den Stator aufnimmt, auf einem Dorn, welcher etwa den Durchmesser des späteren Stators hat, aufzunehmen und die Gehäuseteile durch eine Drehung dieses Dorns relativ zu dem radial zugestellten Werkzeug zum Rührreibschweißen zu bewegen.A form of the weld seam which is particularly advantageous in terms of production engineering provides that the weld seam is arranged coaxially with a longitudinal axis of a stator of an electrical machine, which is later installed in the housing. Then it is then possible to receive the housing part, which later receives the stator, on a mandrel, which has approximately the diameter of the later stator, and to move the housing parts by rotating this mandrel relative to the radially supplied tool for friction stir welding.
Es versteht sich von selbst, dass sowohl das erste Gehäuseteil als auch das zweite Gehäuseteil bei Bedarf nach dem Gießen bzw. nach dem Umformprozess durch spanende Bearbeitung noch weiter bearbeitet werden können. Aus Kostengründen wird man jedoch bestrebt sein, diese spanende Bearbeitung auf ein Minimum zu reduzieren.It goes without saying that both the first housing part and the second housing part can be further machined if necessary after the casting or after the shaping process. For cost reasons, however, efforts will be made to reduce this machining to a minimum.
Eine weitere sehr günstige Variante besteht darin, das zweite Gehäuseteil auf der Innenseite des ersten Gehäuseteils anzuordnen. Dies hat den Vorteil, dass die Außenseite des ersten Gehäuseteils (und damit auch des ganzen Gehäuses) nicht zylindrisch sein muss sondern an der Außenseite Krafteinleitungspunkte wie Flansche, Konsolen, Verdickungen, Rippen etc. angebracht werden können.Another very favorable variant consists in arranging the second housing part on the inside of the first housing part. This has the advantage that the outside of the first housing part (and thus also the entire housing) does not have to be cylindrical, but instead force points such as flanges, brackets, thickenings, ribs etc. can be attached to the outside.
Gleichzeitig ergibt sich der Vorteil, dass das zweite Gehäuseteil ein extrudiertes und bevorzugt kalibriertes Rohr sein kann, so dass aufgrund der kleinen Toleranzen keine oder nur eine minimale Nachbearbeitung im Inneren des Gehäuses notwendig ist, um die engen Toleranzen zum Aufnehmen des Stators einzuhalten.At the same time, there is the advantage that the second housing part can be an extruded and preferably calibrated tube, so that, due to the small tolerances, no or only minimal reworking inside the housing is necessary to comply with the tight tolerances for mounting the stator.
Bei dieser Variante sind zum Herstellen der Nuten zum bilden des Wassermantels unter Umständen aufgrund des sich ergebenden Hinterschnitts im Bereich der späteren Kühlwasserkanäle teilbare Kerne notwendig. Es ist jedoch auch möglich, die Nuten durch spanende Bearbeitung (Drehen. Fräsen, ..) herzustellen.In this variant, to produce the grooves for forming the water jacket, dividable cores may be necessary due to the resulting undercut in the area of the later cooling water channels. However, it is also possible to produce the grooves by machining (turning, milling, ..).
Alternativ dazu können in das Gussteil Längsnuten eingebracht werden, bei denen sich kein Hinterschnitt ergibt. Um dennoch einen flüssigkeitsdichten und gleichzeitig durchströmbaren Wassermantel zu ermöglichen, kann ein zweites Gehäuseteil zum Einsatz kommen, das vorne und ggf. hinten lokal aufgeweitet wird.As an alternative to this, longitudinal grooves can be introduced into the casting, in which there is no undercut. In order to nevertheless enable a water-tight and at the same time flowable water jacket, a second housing part can be used, which is locally expanded at the front and possibly at the rear.
Um eine gleichmäßige Verteilung des Kühlfluids im Motorengehäuse zu gewährleisten und gleichzeitig eine gute Herstellbarkeit der Kühlkanäle zu ermöglichen sind unter anderem folgende Varianten möglich:
- Eingängige schraubenförmige Kühlwasserkanäle.
- Catchy helical cooling water channels.
Mehrgängige schraubenförmige Kühlwasserkanäle, wobei eine Verbindung an dem der Anschlüsse entgegenliegenden Ende der Helix zwischen den beiden Spiralen für das Fluid vorliegt. Bei dieser Variante kann der Anschluss für Zu- und Ablauf auf der gleichen Seite angeordnet sein.Multi-course helical cooling water channels, wherein there is a connection at the end of the helix opposite the connections between the two spirals for the fluid. In this variant, the connection for inlet and outlet can be arranged on the same side.
Mäanderförmige Kühlkanäle mit Längsnuten, die an den Enden zumindest teilweise verbunden sind.Meandering cooling channels with longitudinal grooves that are at least partially connected at the ends.
Eine weitere Variante besteht darin, dass das Motorengehäuse aus fertigungstechnischen Gründen nur partiell gekühlt wird. Dies bietet die Möglichkeit, Konsolen, Verdickungen, Verrippungen und Krafteinleitungspunkte in den Gusskörper zu integrieren. Die Bereiche zwischen diesen Formelementen beinhalten dann die zunächst noch offenen Kühlkanäle. Diese werden über ein oder mehre ggf. entsprechend gebogene(s) Blech(e) abgedeckt und durch Schweißen zu einem Bauteil gefügt.Another variant is that the motor housing is only partially cooled for manufacturing reasons. This offers the possibility of integrating consoles, thickening, ribbing and force application points into the cast body. The areas between these shaped elements then contain the cooling channels which are initially still open. These are covered over one or more, if necessary, appropriately bent sheet metal (s) and joined to a component by welding.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous refinements of the invention can be found in the following drawing, its description and the patent claims.
Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All of the features disclosed in the drawing, its description and the patent claims can be essential to the invention both individually and in any combination with one another.
Figurenlistelist of figures
Es zeigen:
-
1 bis8 Ausführungsformen erfindungsgemäßer Gehäuse.
-
1 to8th Embodiments of the housing according to the invention.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In den Figuren wird vereinfacht und auf das Wesentliche beschränkt ein erfindungsgemäßes Gehäuse
An dem in
Links oben in der
Die erste Rührreibschweißnaht
Es versteht sich von selbst, dass nicht nur kreisförmige geschlossene Schweißnähte hergestellt werden können, sondern auch andere, nicht kreisförmige, aber geschlossene Schweißnähte in ähnlicher Weise hergestellt werden können, wenn die Geometrie von erstem Gehäuseteil
Das erste Gehäuseteil
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese Form eines wendelförmigen Kühlwasserkanals
Eine gesonderte Abdichtung zwischen den verschiedenen Gängen des wendelförmigen Kühlwasserkanals
Alternativ können das erste Gehäuseteil
Wenn das erste Gehäuseteil
Der Dorn
In der
In der
Selbstverständlich ist es auch möglich, den Flansch
Zwischen dem Flansch
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu der Schweißnaht
Wenn das erste Gehäuseteil
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das zweite Gehäuseteil
Bei allen erfindungsgemäßen Schweißvorgängen kommt es auf eine Relativbewegung des Werkzeugs
Der in der
In dieser Seitenansicht ist das Ende der Schweißnaht
In der
Nicht dargestellt ist in der
Den bislang dargestellten Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass das erste Gehäuseteil innen angeordnet ist und das zweite Gehäuseteil
Anhand der
Die Stege
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden das zweite Gehäuseteil
In der
In der
In der
An das Getriebegehäuse
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Insbesondere um die Schweißnähte
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018114246.3A DE102018114246A1 (en) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | Housing with at least one cooling water channel and method for its production |
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DE (1) | DE102018114246A1 (en) |
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