DE102018208925A1

DE102018208925A1 - Verfahren zum Abschirmen von Bauteilen

Info

Publication number: DE102018208925A1
Application number: DE102018208925.6A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Wagener
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-06-06
Filing date: 2018-06-06
Publication date: 2019-12-12
Also published as: US11596089B2; CN112005623A; US20210243924A1; CN112005623B; WO2019233694A1

Abstract

Verfahren zum Abschirmen von Bauteilen, umfassend die Schritte:- Bereitstellen eines Bauteils;- Aufbringen zumindest eines Beschichtungsbereichs auf das Bauteil, welcher zur Abschirmung magnetischer und/oder elektrischer Felder ausgelegt ist, mittels eines thermischen und/oder kinetischen Spritz- oder Sprühverfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschirmen von Bauteilen, ein Gehäuse sowie eine Fahrzeugkomponente.
Bei den in Rede stehenden Bauteilen handelt es sich insbesondere um Fahrzeugbauteile, wie Fahrwerkskomponenten oder Gehäuse von oder für Fahrzeugkomponenten, wie insbesondere elektrische und/oder mechanische Antriebskomponenten sowie etwaiger Zusatz- oder auch Fahrwerkskomponenten. Darunter fallen z. B. Elektromotoren, Hochvolt-Speicher, die Leistungselektronik, Getriebe etc. Bei der Entwicklung von Gehäusen beispielsweise wird zunehmend versucht, immer mehr Komponenten zu integrieren. Hintergrund ist die Möglichkeit, dadurch Bauraum zu sparen, die Montage zu vereinfachen, das Gewicht zu reduzieren bzw. die Kosten zu senken. Einhergehend mit der Elektrifizierung des Antriebsstrangs führt dies aber nicht selten zu Problemen, da die beim Betrieb der Komponenten entstehenden elektrischen bzw. magnetischen Felder etwaige angrenzende Komponenten stören können bzw. umgekehrt. Um diesem Problem zu begegnen, wird oftmals mit Abschirmblechen oder dergleichen gearbeitet. Diese beanspruchen allerdings Bauraum, stellen Zusatzkosten dar, insbesondere in der Montage, erhöhen das Gewicht und erfordern zudem weitere Arbeitsschritte bei der Montage etc., wodurch auch die Zahl möglicher Fehlerquellen steigt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Abschirmen von Bauteilen, ein Gehäuse sowie eine Fahrzeugkomponente anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile beseitigen und dabei kostengünstig herstellbar bzw., insbesondere auch in der Großserie, realisierbar sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Gehäuse gemäß Anspruch 6 sowie eine Fahrzeugkomponente gemäß Anspruch 12 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und der beigefügten Figur.
Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Abschirmen von Bauteilen die Schritte:

- Bereitstellen eines Bauteils;
- Aufbringen zumindest eines Beschichtungsbereichs auf das Bauteil, welcher zur Abschirmung magnetischer und/oder elektrischer Felder ausgelegt ist, mittels eines thermischen und/oder kinetischen Spritz- oder Sprühverfahrens.

Vorteilhafterweise wird eine elektrische und/oder magnetische Abschirmung nicht über die Anordnung von Abschirmblechen oder dergleichen realisiert, sondern positionsgenau und zielgerichtet über einen oder mehrere Beschichtungsbereiche, welche direkt und unmittelbar auf das Bauteil aufgebracht sind. Eine maximale Flexibilität ist insbesondere dadurch gegeben, dass zum Aufbringen ein thermisches und/oder kinetisches Spritz- oder Sprühverfahren verwendet wird, wodurch auch komplizierteste Geometrien zum Aufbringen der Beschichtungsbereiche geeignet sind. Überdies können auch schwer zugängliche Stellen erreicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Spritz- oder Sprühverfahren insbesondere ein thermisches bzw. kinetisches Spritz- bzw. Beschichtungsverfahren, wie besonders bevorzugt Lichtbogendrahtspritzen, oder auch Kaltgasspritzen. Beide Verfahren haben sich als sehr robust erwiesen und ermöglichen vorteilhafterweise extrem kurze Taktzeiten.
Gemäß einer Ausführungsform weist der zumindest eine Beschichtungsbereich eine Dicke in einem Bereich von etwa 50-800 µm, besonders bevorzugt in einem Bereich von etwa 200-600 µm, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von etwa 250 µm, auf. Die unmittelbare Beschichtung des jeweiligen Bauteils bietet den Vorteil, dass eine Stärke bzw. Dicke der Beschichtung individuell und in Abhängigkeit der auftretenden Störsignale, der elektromagnetischen Felder etc. ausgelegt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

- Beschleunigen eines Beschichtungswerkstoffs auf eine Geschwindigkeit größer 100 m/s.

Es hat sich gezeigt, dass mit diesen Werten beste Ergebnisse erzielt werden können. Abhängig vom verwendeten Verfahren können die Geschwindigkeiten auch deutlich höher liegen. So werden beispielsweise beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen Geschwindigkeiten in einem Bereich von 1000 m/s und mehr erreicht, ebenso beim Kaltgasspritzen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

- Aufbringen mehrerer Beschichtungsbereiche unterschiedlicher Dicke und/oder Größe.

Mit Vorteil können Bauteile dadurch individuell und zeitsparend abgeschirmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:

- Simulieren/Berechnen der elektrischen und/oder magnetischen Felder;
- Positionsgenaues Aufbringen des zumindest einen Beschichtungsbereichs, insbesondere in Abhängigkeit der Simulations- und/oder Berechnungsergebnisse.

Mit Vorteil wird also nur dort beschichtet, wo es gemäß der Simulation/Berechnung notwendig ist. Durch das Verfahren kann auf die Anordnung von Abschirmblechen etc. verzichtet werden. Damit können sowohl Kosten bei der Herstellung als auch bei der Montage reduziert werden. Zudem wird nicht unnötig Bauraum verschwendet.
Erfindungsgemäß umfasst ein Gehäuse eine Gehäusewand, wobei das Gehäuse gemäß einer Ausführungsform insbesondere aus einem Leichtmetall, wie Aluminium und/oder Magnesium, geformt ist, welche eine Vielzahl von Anordnungsräumen formt oder ausbildet, wobei die Anordnungsräume zur Anordnung einer Vielzahl von Komponenten ausgelegt sind, von welchen zumindest im Betrieb elektrische und/oder magnetische Felder emittiert werden bzw. werden können, und wobei die Gehäusewand zumindest einen Beschichtungsbereich aufweist, welcher zur Abschirmung der Felder vorgesehen ist, und wobei der zumindest eine Beschichtungsbereich derart positionsgenau angeordnet und dimensioniert ist, dass zumindest einer der Anordnungsräume gegenüber den Feldern abgeschirmt ist oder diese Felder zumindest deutlich abgelenkt werden, wodurch zumindest ein Schutzraum gebildet ist, und wobei der zumindest eine Beschichtungsbereich durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist. Gemäß einer Ausführungsform bildet das Gehäuse drei Anordnungsräume aus, wobei ein erster Anordnungsraum für einen Elektromotor vorgesehen ist, ein zweiter Anordnungsraum für ein dem Elektromotor nachgelagertes Getriebe und ein dritter Anordnungsraum für die zugehörige Leistungselektronik. Bei dem Elektromotor kann es sich beispielsweise um einen stromerregten Synchronmotor oder um einen permanenterregten Motor handeln. Auf jeden Fall können die beim Betrieb auftretenden elektromagnetischen Felder, z. B. bei sich stark ändernden Lastfällen, ggf. die Leistungselektronik stören. Mit Vorteil ist nun die Gehäusewand derart mit Beschichtungsbereichen versehen bzw. beschichtet, dass beispielsweise der Raum, in welchem sich die Leistungselektronik befindet, zielgerichtet von etwaigen Störsignalen, elektromagnetischen Feldern etc. abgeschirmt ist, dieser mit anderen Worten also als der Schutzraum ausgebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der zumindest eine Beschichtungsbereich innen an der Gehäusewand angeordnet bzw. ausgebildet. Mit „innen“ ist der Bereich des Anordnungsraums gemeint, welcher zu der darin angeordneten Komponente gerichtet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der zumindest eine Beschichtungsbereich außen an der Gehäusewand angeordnet bzw. ausgebildet. Entsprechend ist es auch möglich, sowohl innen als auch außen an der Gehäusewand Beschichtungsbereiche vorzusehen und sozusagen ggf. auch „hintereinander“ zu schalten. Insofern können, ohne zusätzlichen Bauraum zu beanspruchen, sehr wirksame und effiziente Abschirmungen realisiert werden, bei gleichzeitig sehr dünnen Beschichtungsbereichen.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass als Beschichtungswerkstoff bevorzugt eine Keramik, wie Al2O3, oder Magnesium verwendet wird. Diese Werkstoffe sind auch besonders gut mit den vorgenannten Beschichtungsverfahren zu verwenden.
Wie bereits erwähnt, ist in dem Schutzraum bevorzugt eine Leistungselektronik angeordnet, welche in idealer Weise von störenden Einflüssen aus der Umgebung geschützt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gehäusewand aus einem Aluminiumwerkstoff bzw. einer Aluminiumlegierung gefertigt, da mit diesem Werkstoff geringe Bauteilgewichte realisierbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse gegossen, insbesondere im Metallguss hergestellt. Mögliche Gießverfahren sind dabei beispielsweise Schwerkraft-, Niederdruck- oder Druckguss etc.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse insbesondere einteilig bzw. integral ausgebildet. Mit anderen Worten werden die Anordnungsräume durch die Gehäusewand ausgeformt. Alternativ kann das Gehäuse aber auch zusammengesetzt bzw. aus Einzelteilen montiert sein.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine Fahrzeugkomponente, insbesondere eine Fahrwerkskomponente, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt bzw. beschichtet ist. Bevorzugt ist die Fahrzeugkomponente aus Leichtmetall, wie Aluminium und/oder Magnesium. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich dabei auch um ein Gussteil oder um ein Umformteil, beispielsweise ein mittels Innhochdruck umgeformtes Teil. Für eine Fahrwerkskomponente eignet sich das Verfahren besonders, da im Zuge der Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen zunehmend induktive Ladeverfahren eingesetzt werden. Hierbei wird das Fahrzeug über einer entsprechenden Spule, welche beispielsweise im Boden angeordnet ist, positioniert. Durch den oder die Beschichtungsbereiche können Fahrzeugkomponenten gezielt und kostengünstig abgeschirmt werden, ggf. sogar im verbauten Zustand, wodurch eine ungewollte Wechselwirkung beim induktiven Laden, beispielsweise ein etwaiges elektrisches Aufladen, vermieden werden kann.
Die im Zusammenhang mit der Fahrzeugkomponente und dem Gehäuse erwähnten Vorteile und Merkmale gelten analog und entsprechend auch für das Verfahren, sowie umgekehrt und untereinander.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer schematischen Ansicht einer Ausführungsform eines Gehäuses mit Bezug auf die beigefügte Figur.
Es zeigt:

1: eine schematische Skizze einer Ausführungsform eines Gehäuses.

1 zeigt beispielhaft ein Gehäuse 10, umfassend einen Anordnungsraum 21, einen Anordnungsraum 22 und einen Anordnungsraum 23. Der Anordnungsraum 21 dient beispielsweise der Anordnung eines (hier nicht gezeigten) Elektromotors, der Anordnungsraum 22 der Anordnung eines Getriebes. Der Anordnungsraum 23 ist als Schutzraum 30 ausgebildet. Dieser dient beispielsweise der Anordnung einer Leistungselektronik, welche möglichst vor etwaigen elektromagnetischen Feldern aus dem Anordnungsraum 21 geschützt werden soll. Hierzu sind Beschichtungsbereiche 40 vorgesehen, welche direkt auf eine Gehäusewand 12 des Gehäuses 10 aufgetragen sind.
Insbesondere ist die Gehäusewand 12 mittels eines Spritz- oder Sprühverfahrens, insbesondere eines thermischen Beschichtungsverfahrens, wie Lichtbogendrahtspritzen oder auch Kaltgasspritzen, beschichtet. Die Gehäusewand 12 ist beispielsweise aus Aluminium gefertigt, während die Beschichtungsbereiche 40 aus einer Keramik (Al2O3) oder einem Magnesiumwerkstoff gebildet sind. Mit Vorteil ist das Gehäuse 10 gegossen, insbesondere integral bzw. einteilig gegossen, mit anderen Worten also nicht zusammengesetzt. Zu erkennen ist, dass die Beschichtungsbereiche 40 sowohl innen als auch außen an der Gehäusewand 12 angeordnet sein können, wodurch nicht nur hinsichtlich der Positionierung, sondern auch hinsichtlich der Effektivität der Abschirmung quasi keine Grenzen gesetzt sind.
Bezugszeichenliste

10: Bauteil, Gehäuse
12: Gehäusewand
21: Anordnungsraum
22: Anordnungsraum
23: Anordnungsraum
30: Schutzraum
40: Beschichtungsbereich

Claims

Verfahren zum Abschirmen von Bauteilen, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Bauteils (10); - Aufbringen zumindest eines Beschichtungsbereichs (40) auf das Bauteil (10), welcher zur Abschirmung magnetischer und/oder elektrischer Felder ausgelegt ist, mittels eines thermischen und/oder kinetischen Spritz- oder Sprühverfahrens.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Spritz- oder Sprühverfahren Lichtbogendrahtspritzen oder Kaltgasspritzen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zumindest eine Beschichtungsbereich (40) eine Dicke in einem Bereich von 50 bis 800 µm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: - Beschleunigen eines Beschichtungswerkstoffs auf eine Geschwindigkeit größer 100 m/s.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: - Simulieren/Berechnen der elektrischen/magnetischen Felder; - Positionsgenaues Aufbringen des zumindest einen Beschichtungsbereichs (40).
Gehäuse (10), umfassend eine Gehäusewand (12), welche eine Vielzahl von Anordnungsräumen (21, 22, 23) formt oder ausbildet, wobei die Anordnungsräume (21, 22, 23) zur Anordnung einer Vielzahl von Komponenten ausgelegt sind, von welchen zumindest im Betrieb elektrische und/oder magnetische Felder emittiert werden können, und wobei die Gehäusewand (12) zumindest einen Beschichtungsbereich (40) aufweist, welcher zur Abschirmung der Felder vorgesehen ist, und wobei der zumindest eine Beschichtungsbereich (40) derart positionsgenau angeordnet und dimensioniert ist, dass zumindest einer der Anordnungsräume (21, 22, 23) gegenüber den Feldern abgeschirmt ist, wodurch zumindest ein Schutzraum (30) gebildet ist, und wobei der zumindest eine Beschichtungsbereich (40) durch ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
Gehäuse (10) nach Anspruch 6, wobei der zumindest eine Beschichtungsbereich (40) innen an der Gehäusewand (12) angeordnet/ausgebildet ist.
Gehäuse (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der zumindest eine Beschichtungsbereich (40) außen an der Gehäusewand (12) angeordnet/ausgebildet ist.
Gehäuse (10) nach einem der Ansprüche 6-8, wobei in dem Schutzraum (30) eine Leistungselektronik angeordnet ist.
Gehäuse (10) nach einem der Ansprüche 6-9, wobei das Gehäuse (10) gegossen ist.
Gehäuse (10) nach Anspruch 10, wobei das Gehäuse (10) einteilig ausgebildet ist.
Fahrzeugkomponente, insbesondere Fahrwerkskomponente, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.