DE102020110050A1 - Method for welding metal components for an EMC shielding, EMC shielding for a battery cover and welding device for welding metal components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von Metallbauteilen für eine EMV-Abschirmung, wobei ein erstes Metallbauteil einen ersten Konnektierungsbereich und ein zweites Metallbauteil einen zweiten Konnektierungsbereich aufweist, mit folgenden Schritten:- Aufbringen einer Prägung auf den ersten Konnektierungsbereich des ersten Metallbauteils und/oder auf den zweiten Konnektierungsbereich des zweiten Metallbauteils,- Übereinanderlegen des ersten Konnektierungsbereiches des ersten Metallbauteils und des zweiten Konnektierungsbereiches des zweiten Metallbauteils, und- Verschweißen der beiden Konnektierungsbereiche mittels einer Ultraschallsonotrode, sodass ein einteilig verbundenes Metallbauteil vorliegt.Des Weiteren betrifft die Erfindung eine EMV-Abschirmung für eine Batterievorrichtung und eine Schweißvorrichtung zum Verschweißen von Metallbauteilen für eine EMV-Abschirmung.The invention relates to a method for welding metal components for EMC shielding, wherein a first metal component has a first connection area and a second metal component has a second connection area, with the following steps: applying an embossing to the first connection area of the first metal component and / or the second connection area of the second metal component, - superimposing the first connection area of the first metal component and the second connection area of the second metal component, and- welding the two connection areas by means of an ultrasonic sonotrode, so that a one-piece connected metal component is present. Furthermore, the invention relates to an EMC shield for a battery device and a welding device for welding metal components for an EMC shield.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von Metallbauteilen für eine EMV-Abschirmung, wobei ein erstes Metallbauteil einen ersten Konnektierungsbereich und ein zweites Metallbauteil einen zweiten Konnektierungsbereich aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine EMV-Abschirmung für eine Batterieabdeckung, wobei die EMV-Abschirmung mindestens zwei Metallbauteile aufweist, sowie eine Schweißvorrichtung zum Verschweißen von Metallbauteilen für eine EMV-Abschirmung.The invention relates to a method for welding metal components for EMC shielding, wherein a first metal component has a first connection area and a second metal component has a second connection area. The invention also relates to an EMC shield for a battery cover, the EMC shield having at least two metal components, and a welding device for welding metal components for an EMC shield.
Üblicherweise muss eine Batterieabdeckung beispielsweise für ein Automobil EMV-geschützt sein. Durch die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) wird mittels einer EMV-Abschirmung gewährleistet, dass andere Geräte im Motorraum nicht durch ungewollte elektrische und/oder elektromagnetische Effekte gestört werden und/oder die Batterie oder deren Elektronik selbst durch andere Geräte gestört wird.Typically, a battery cover for an automobile, for example, must be EMC-protected. Electromagnetic compatibility (EMC) ensures that other devices in the engine compartment are not disturbed by unwanted electrical and / or electromagnetic effects and / or that the battery or its electronics itself is disturbed by other devices.
Eine Batterieabdeckung und somit eine EMV-Abschirmung der Batterieabdeckung sind üblicherweise komplex dreidimensional geformt, welches auch durch die beengte Einbausituation in einem Motorraum und/oder KFZ-Fahrzeug bedingt ist.A battery cover and thus an EMC shielding of the battery cover are usually shaped in a complex three-dimensional manner, which is also due to the cramped installation situation in an engine compartment and / or motor vehicle.
Die komplexen dreidimensionalen Geometrien und/oder notwendige Radien einer EMV-Abschirmung können nur bedingt und häufig nicht mit der notwendigen geometrischen Genauigkeit durch konventionelles Tiefziehen eines Bleches hergestellt werden. Insbesondere muss hierzu für jede unterschiedlich geformte EMV-Abschirmung ein eigenes Tiefziehwerkzeug gefertigt werden, welches entsprechende Kosten verursacht. Durch die mehrteilige Auslegung der Bauteile kann eine durchgängige Verbindung der Bauteile und somit die vollflächige Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung nicht gewährleistet werden.The complex three-dimensional geometries and / or necessary radii of an EMC shielding can only be produced to a limited extent and often not with the necessary geometric accuracy by conventional deep drawing of a sheet metal. In particular, a separate deep-drawing tool must be produced for each differently shaped EMC shielding, which causes corresponding costs. Due to the multi-part design of the components, a continuous connection of the components and thus the full-surface shielding against electromagnetic radiation cannot be guaranteed.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.The object of the invention is to improve the state of the art.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Verschweißen von, insbesondere dünnen, Metallbauteilen für eine EMV-Abschirmung gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 beschrieben. Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch eine EMV-Abschirmung für eine Batterieabdeckung gemäß dem Anspruch 8 und durch eine Schweißvorrichtung zum Verschweißen von Metallbauteilen für eine EMV-Abschirmung gemäß den Ansprüchen 9 und 10.The object is achieved by a method for welding, in particular thin, metal components for EMC shielding according to claim 1. Further advantageous embodiments of the method are described in subclaims 2 to 7. Furthermore, the object is achieved by an EMC shield for a battery cover according to claim 8 and by a welding device for welding metal components for an EMC shield according to claims 9 and 10.
Somit wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem Metallbauteile, insbesondere dünne Metallfolien, durch Verschweißen mittels Ultraschall zu einem einzigen, einteiligen Metallbauteil verbunden werden, welches als EMV-Abschirmung nutzbar ist.A method is thus provided in which metal components, in particular thin metal foils, are connected by ultrasonic welding to form a single, one-piece metal component which can be used as EMC shielding.
Damit sind mittels des Verfahrens große metallische EMV-Abschirmungen, beispielsweise mit einer Seitenlänge von Im oder 2m, fertigbar.With this method, large metallic EMC shields, for example with a side length of 1 m or 2 m, can be produced.
Es ist besonders vorteilhaft, dass auf den jeweiligen Konnektierungsbereich des ersten Metallbauteils und des zweiten Metallbauteils eine Prägung und somit eine Struktur in den jeweiligen Konnektierungsbereich eingebracht wird und die derart geprägten Konnektierungsbereiche anschließend übereinanderliegend durch Ultraschallschweißen dauerhaft verbunden werden. Dadurch wird insbesondere sichergestellt, dass auch an den Schweißnähten selbst eine EMV-Verträglichkeit besteht. Bevorzugt handelt es sich hierbei um eine Kalottenprägung, bei der in den Konnektierungsbereich des jeweiligen Metallbauteils eine Vielzahl von Hohlformen jeweils ausgebildet in Form einer Kugelkalotte getrieben wird.It is particularly advantageous that an embossing and thus a structure is introduced into the respective connecting area on the respective connection area of the first metal component and the second metal component and the connection areas embossed in this way are then permanently connected one above the other by ultrasonic welding. This ensures in particular that there is EMC compatibility at the weld seams themselves. This is preferably a spherical cap embossing in which a plurality of hollow shapes, each designed in the form of a spherical cap, are driven into the connection area of the respective metal component.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, durch Aufbringen einer Prägung auf die jeweiligen Konnektierungsbereiche zweier Metallbauteile und durch Ultraschallverschweißen der übereinandergelegten Konnektierungsbereiche mittels einer Ultraschallsonotrode ein EMV-verträgliches einteiliges Metallbauteil zu fertigen, welches mittels der Ultraschallsonotrode bereits beim Prägen und/oder Ultraschallverschweißen geometrisch ausgeformt wird.An essential idea of the invention is based on producing an EMC-compatible one-piece metal component by applying an embossing to the respective connecting areas of two metal components and ultrasonic welding of the superposed connecting areas using an ultrasonic sonotrode, which is geometrically shaped by the ultrasonic sonotrode during embossing and / or ultrasonic welding .
Hierbei kann die Prägung zuvor auf die Konnektierungsbereiche mittels eines Prägeprofils aufgebracht werden oder die Ultraschallsonotrode weist das Prägeprofil auf, sodass das Prägen und Verschweißen der Konnektierungsbereiche mittels der Ultraschallsonotrode zeitgleich erfolgt.In this case, the embossing can be applied to the connection areas beforehand by means of an embossing profile or the ultrasonic sonotrode has the embossing profile so that the embossing and welding of the connection areas by means of the ultrasonic sonotrode take place at the same time.
Dadurch, dass die Ultraschallsonotrode beim Verschweißen auf die Prägung und/oder Kalottenprägung draufdrückt und sich in eine Richtung oder in zwei Richtungen bewegt, werden die Hohlformen und somit die Täler und Berge der Prägung und/oder Kalottenprägung teilweise, aber insbesondere nicht vollständig, geglättet. Diese trotz Drücken der Ultraschallsonotrode stehenbleibenden Unregelmäßigkeiten und/oder teilweisen Hohlräume verbessern gerade das Ultraschallschweißen. Somit ist es insbesondere vorteilhaft, dass die aufgebrachte Prägung in den Konnektierungsbereichen nur teilweise mittels der Ultraschallsonotrode ausgedrückt wird.Because the ultrasonic sonotrode presses on the embossing and / or dome embossing during welding and moves in one direction or in two directions, the hollow shapes and thus the valleys and peaks of the embossing and / or dome embossing are partially, but in particular not completely, smoothed. These irregularities and / or partial cavities, which remain in place in spite of the pressing of the ultrasonic sonotrode, just improve the ultrasonic welding. It is therefore particularly advantageous that the embossing applied in the connection areas is only partially expressed by means of the ultrasonic sonotrode.
Durch Wahl der Art und Geometrie der Ultraschallsonotrode, insbesondere des Sonotrodendurchmessers, ist eine Anpassung an bestimmte gewünschte Geometrien des gefertigten einteilig verbundenen Metallbauteils ermöglicht. Insbesondere erfolgt durch das Verfahren zum Verschweißen mittels Ultraschallsonotrode eine Optimierung von Radien des einteilig verbundenen Metallbauteils und somit der EMV-Abschirmung.By choosing the type and geometry of the ultrasonic sonotrode, in particular the sonotrode diameter, an adaptation to certain enables desired geometries of the manufactured one-piece connected metal component. In particular, the method for welding by means of an ultrasonic sonotrode optimizes the radii of the integrally connected metal component and thus the EMC shielding.
Es ist besonders vorteilhaft, dass die Ausformung des einteilig verbundenen Metallbauteils direkt mittels der Ultraschallsonotrode und/oder einer Halteaufnahme erfolgt, welche als Gegenauflage beim Gegendrücken der Metallbauteile gegen diese Halteaufnahme Verschweißen mittels der Ultraschallsonotrode dient. Folglich ist eine komplexe geometrische Struktur des einteilig verbundenen Bauteils und somit der EMV-Abschirmung direkt beim Ultraschallschweißen ausformbar.It is particularly advantageous that the integrally connected metal component is formed directly by means of the ultrasonic sonotrode and / or a holding receptacle, which serves as a counter support when the metal components are pressed against this holding receptacle by welding by means of the ultrasonic sonotrode. As a result, a complex geometric structure of the one-piece connected component and thus of the EMC shielding can be formed directly during ultrasonic welding.
Um verschiedene Schweißnähte und/oder Nahtbilder zu erzielen, können jeweils Ultraschallsonotroden mit unterschiedlichen Prägungsprofilen und/oder weiteren unterschiedlichen Eigenschaften eingesetzt werden.In order to achieve different weld seams and / or seam patterns, ultrasonic sonotrodes with different embossing profiles and / or other different properties can be used.
Somit wird ein optimales Ultraschallverschweißen von geprägten Metallbauteilen und insbesondere geprägten Aluminiumfolien bereitgestellt.This provides an optimal ultrasonic welding of embossed metal components and in particular embossed aluminum foils.
Hierbei können die Metallbauteile und/oder die Aluminiumfolien auch PT SMC pulverbeschichtet sein. Zur späteren Fixierung der EMV-Abschirmung an der Batteriebox, welche üblicherweise aus SMC hergestellt wird, kann die Aluminiumfolie in einem vorgelagerten Prozessschritt mit einem entsprechenden Pulverklebstoff, beispielsweise PT SMC, beschichtet werden.The metal components and / or the aluminum foils can also be PT SMC powder-coated. To later fix the EMC shielding to the battery box, which is usually made of SMC, the aluminum foil can be coated with a corresponding powder adhesive, for example PT SMC, in a preceding process step.
Um eine optimale Schweißnaht an den Konnektierungsbereichen zu fertigen, ist es besonders vorteilhaft, dass die Ultraschallsonotrode beim Verschweißen quer zu ihrer Schweißrichtung hin- und herbewegt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Konnektierungsbereiche in einer ausreichenden Verschweißbreite miteinander verbunden werden, und folglich wird gewährleistet, dass auch die Schweißnaht selbst durchgängig ist und somit später eine EMV-Abschirmung gewährleistet. Zudem werden durch die Hin- und Herbewegung zumindest teilweise Noppen und/oder Hohlformen der Prägung der Metallbauteile glatt gedrückt.In order to produce an optimal weld seam at the connection areas, it is particularly advantageous that the ultrasonic sonotrode is moved back and forth transversely to its welding direction during welding. This ensures that the connection areas are connected to one another with a sufficient weld width, and consequently it is ensured that the weld itself is also continuous and thus later ensures EMC shielding. In addition, the to and fro movement at least partially presses knobs and / or hollow shapes of the embossing of the metal components smooth.
Somit ist mittels des Verfahrens eine EMV-Abschirmung, beispielsweise aus Teilsegmenten von Aluminiumfolien als ein einteiliges Bauteil fertigbar.Thus, by means of the method, EMC shielding can be produced as a one-piece component, for example from subsegments of aluminum foils.
Eine derart gefertigte EMV-Abschirmung ist nicht nur für eine konventionelle Batterieabdeckung, sondern auch für eine Abdeckung von neuartigen Akkumulatoren für Elektroautos anwendbar.EMC shielding produced in this way can be used not only for a conventional battery cover, but also for a cover for novel accumulators for electric cars.
Das Verfahren und die Fertigung der EMV-Abschirmung ist in einer Schweißvorrichtung durchführbar, welche eine automatisiert führbare Ultraschallsonotrode und eine Halteaufnahme für mindestens zwei Metallbauteile aufweist.The method and the production of the EMC shielding can be carried out in a welding device which has an ultrasonic sonotrode that can be guided in an automated manner and a holding receptacle for at least two metal components.
Bei einer Schweißvorrichtung kann es sich insbesondere um eine automatisierte Schweißzelle mit einer Führung der Ultraschallsonotrode mittels Roboterarm handeln. Eine derartige automatisierte Schweißzelle weist beispielsweise eine Taktzeit von 40-50 Sekunden zur Fertigung des einteilig durch Ultraschallschweißen verbundenen Metallbauteils und somit der EMV-Abschirmung auf. Die Halteaufnahme der Schweißvorrichtung dient zum Halten der einzelnen vorgeformten Metall- und/oder Aluminiumbauteile zum Verschweißen. Hierbei weist die Schweißvorrichtung bevorzugt für jedes zu fertigende einteilig durch Ultraschallschweißen zu verbindende Metallbauteil eine individuelle Halteaufnahme für die einzelnen Metallbauteile und/oder eine entsprechend ausgeformte Gegenlage auf, gegen welche die Ultraschallsonotrode beim Verschweißen drückt.A welding device can in particular be an automated welding cell with guidance of the ultrasonic sonotrode by means of a robot arm. Such an automated welding cell has, for example, a cycle time of 40-50 seconds for manufacturing the metal component connected in one piece by ultrasonic welding and thus the EMC shielding. The holding receptacle of the welding device is used to hold the individual preformed metal and / or aluminum components for welding. Here, the welding device preferably has an individual holding receptacle for the individual metal components and / or a correspondingly shaped counter-surface against which the ultrasonic sonotrode presses during welding for each metal component to be manufactured in one piece to be connected by ultrasonic welding.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Schweißvorrichtung einen schwenkbaren Aufnahmetisch aufweist, welcher beispielsweise in einer Einlegeposition zum Einlegen der einzelnen Metall- und/oder Aluminiumbauteile um einen Winkel von 50° nach vorne geschwenkt ist und zum Verschweißen beispielsweise in die horizontale Lage zurückgeschwenkt wird.Furthermore, it is advantageous if the welding device has a pivotable receiving table which, for example, is pivoted forward by an angle of 50 ° in an insertion position for inserting the individual metal and / or aluminum components and is pivoted back into the horizontal position for welding, for example.
Um die Taktzeit weiter zu verringern, kann die Schweißvorrichtung einen um 360° drehbaren Wechseltisch aufweisen.In order to further reduce the cycle time, the welding device can have a changing table that can be rotated through 360 °.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
-
1 eine stark schematische dreidimensionale Darstellung eines Ausschnittes aus einer Schweißzelle mit einer Ultraschallsonotrode.
-
1 a highly schematic three-dimensional representation of a section from a welding cell with an ultrasonic sonotrode.
Eine in
Die Ultraschallsonotrode
Entsprechend der Form des Gegenhalters
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 101101
- SchweißzelleWelding cell
- 103103
- UltraschallsonotrodeUltrasonic sonotrode
- 105105
- PrägeprofilEmbossing profile
- 107107
- erste Lage Aluminiumfoliefirst layer of aluminum foil
- 109109
- zweite Lage Aluminiumfoliesecond layer of aluminum foil
- 111111
- GegenhalterCounterholder
- 113113
- VerfahrrichtungDirection of travel
- 115115
- Auf- und AbwärtsbewegungUp and down movement
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102020110050.7A DE102020110050A1 (en) | 2020-04-09 | 2020-04-09 | Method for welding metal components for an EMC shielding, EMC shielding for a battery cover and welding device for welding metal components |
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