WO2016066471A1

WO2016066471A1 - Herstellungsverfahren von elektronikgehäusen

Info

Publication number: WO2016066471A1
Application number: PCT/EP2015/074198
Authority: WO
Inventors: Reiner Ramsayer; Wolfgang Glueck; Klaus Eppel; Michael Schermann
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2016-05-06
Also published as: DE102014222006A1; CN114745878A; US20170332503A1; CN107113987A; US11026339B2

Abstract

Die Erfindung betriff ein Verfahren (5) zur Herstellung eines Gehäuses (1) für eine Elektronik, die zur Steuerung eines Elektromotors verwendet wird, wobei das Gehäuse (1) durch ein erstes Gehäuseelement (30) und ein zweites Gehäuseelement (40) gebildet wird. Erfindungsgemäß bestehen die Gehäuseelemente (30, 40) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Ferner wird mindestens eines der Gehäuseelemente (30, 40) mittels eines Druckgussverfahrens (52) erstellt. Die Gehäuseelemente (30, 40) werden mittels Schweißen (60) dicht, insbesondere fluidundurchlässig, miteinander verbunden.

Description

Beschreibung Titel

Herstellungsverfahren von Elektronikgehäusen Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikgehäuses nach Gattung des Hauptanspruchs sowie ein Elektronikgehäuse, welche gemäß dem Verfahren hergestellt ist.

Es ist schon ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Elektronik, mit einem ersten Gehäuseelement und einem zweiten Gehäuseelement bekannt. Die bekannten Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses verbinden die

Gehäuseelemente mittels einer Schraubverbindung. Die Abdichtung verfolgt durch eine Dichtung, die zwischen dem ersten und dem zweiten

Gehäuseelement angeordnet ist. Für die Herstellung wird eine Vielzahl von Verfahrensschritte, welche die Herstellungskosten erhöhen, benötigt.

Offenbarung der Erfindung

Bei der Entwicklung von Vorrichtungen oder Verfahren, zur Herstellung von Vorrichtungen für die Anwendung im Kraftfahrzeug, stellen beispielsweise das Gewicht, der Bauraum, die Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse und die Kosten der Vorrichtungen und/oder die Kosten des Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung wichtige Faktoren dar. Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass ein fluiddichtes und damit gegenüber Umwelteinflüssen beständiges Gehäuse, insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen, einfach hergestellt werden kann. Als weiteren Vorteil ist anzusehen, dass die Gehäuseelemente aus Aluminium oder einer

Aluminiumlegierung einfach herstellbar, leicht und dennoch entsprechend der Anforderungen stabil sind. Auch ist Aluminium ein Werkstoff mit guten wärmeleitenden Eigenschaften, wodurch eine gute Wärmeabfuhr erreicht wird. Ferner kann mittels Schweißen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine insbesondere fluiddichte Verbindung zwischen den Gehäuseelementen einfach und schnell erreicht werden. Somit ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine insbesondere einfache und kostengünstige Herstellung eines leichten, dennoch stabilen und gegenüber Fluiden, bzw. Umwelteinflüssen abgedichteten Gehäuses möglich. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.

Besonders vorteilhaft ist, dass zumindest ein Gehäuseelement mittels eines Umformverfahrens hergestellt wird. Vorteilhaft wird ein Gehäuseelement durch

Tiefziehen geformt. Das Ausgangsmaterial zur Herstellung des

Gehäuseelements mittels Tiefziehen ist eine, insbesondere fehlerfreie und porenfreie, Knetlegierung. Das Tiefziehen gemäß dem Verfahren erlaubt die Herstellung eines fehlerfreien, insbesondere porenfreien, dünnwandigen, leichten, Gehäuseelements. Als weiteren Vorteil ist anzusehen, dass das

Tiefziehen ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Gehäuseelements darstellt.

Vorteilhaft ist, dass das Druckgussverfahren zur Herstellung mindestens eines der Gehäuseelemente in einer gasreduzierten Umgebung durchgeführt wird.

Vorteilhaft wird das Innere der Gussform, also der Teil der Gussform, der mit der Schmelze in Berührung kommt, gasreduziert. Bei einer gasreduzierten

Umgebung oder Gussform kann verhindert oder minimiert werden, dass die Schmelze, welche in erstarrtem Zustand das Gehäuseelement bildet, mit Gasen, welche die Bildung von Poren, Gaseinschlüssen und/oder Fehlstellungen verstärken, in Berührung kommt, bzw. reagiert.

Ferner ist besonders vorteilhaft, dass das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement mittels eines Vakuumdruckgussverfahrens, eines

vakuumunterstützten Druckgussverfahrens oder eines Vacural-Gussverfahrens hergestellt werden. Die Herstellung mindestens eines der Gehäuseelemente mittels eines Vakuumdruckgussverfahrens, eines vakuumunterstützten

Druckgussverfahrens oder eines Vacural-Gussverfahrens minimiert,

vorzugsweise verhindert die Bildung von Poren, Gaseinschlüssen und/oder Fehlstellungen. Somit wird die Herstellung eines Gehäuseelements mit minimierter Anzahl von Fehlstellungen, Gaseinschlüssen und/oder Poren ermöglicht.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass das Druckgussverfahren in einer

Schutzatmosphäre, insbesondere aus Stickstoff, Helium und oder Argon, durchgeführt wird. Durch die Verwendung einer Schutzatmosphäre beim Druckgussverfahren kann die Bildung möglicher Fehlstellungen, Gaseinschlüsse oder Poren minimiert werden. Das Schutzgas verhindert insbesondere die Reaktion von Gasen mit dem Gussmaterial des Gehäuseelements und damit die Bildung von Gaseinschlüssen, Poren oder Fehlstellungen.

Als vorteilhaft ist anzusehen, dass mittels eines Gases, insbesondere Stickstoff, die beim Druckgussverfahren entstehenden Gase, wie insbesondere

Wasserstoff, aus dem Gehäuseelement ausgetrieben werden, insbesondere weggeblasen werden. Durch das Wegblasen der entstehenden Gase, kann die

Anzahl möglicher Fehlbildungen oder die Entstehung von mit Gasen gefüllten Poren, bzw. die Entstehung von Gaseinschlüssen minimiert oder verhindert werden. Die Herstellung eines Gehäuseelements für ein fluiddichtes Gehäuse kann somit vereinfacht und die Qualität des Gehäuses verbessert werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Druckgussverfahren zur Herstellung zumindest eines Gehäuseelements in einem feuchtigkeitsarmen, insbesondere trockenen Medium durchgeführt wird. Die Herstellung zumindest eines Gehäuseelements in einer feuchtigkeitsarmen Umgebung erlaubt, insbesondere die Erstellung eines Gehäuseelements mit minimierten

Fehlbildungen, Gaseinschlüssen oder Poren in dem Gehäuseelement.

Ferner ist vorteilhaft, dass die Schmelze vor dem Gussprozess ausreichend entgast wird. Somit wird verhindert, dass die Schmelze beim Gussprozess, beispielsweise mit weiteren Gasen oder mit aus der Schmelze austretenden

Gasen reagiert. Die Entgasung der Schmelze erfolgt vorteilhaft vor dem Einbringen, insbesondere dem Einspritzen der Schmelze in die Druckgussform. Es wird eine Reduzierung des Gasgehalts im Gussstück erreicht, und bis zum Vergießen auf diesem Niveau gehalten. Hierdurch können Fehlbildungen, Gaseinschlüsse oder Poren minimiert oder verhindert werden.

Ferner ist vorteilhaft, dass die Gussform optimal temperiert ist. Durch die optimale Temperierung wird ein zu frühes Abkühlen der Schmelze oder ein zu Bildung von Wasserdampf, das mit dem Aluminium zu Wasserstoff reagiert, verhindert.

Weiterhin ist vorteilhaft den Formtrennstoff zu minimieren. Durch die Minimierung des Formtrennstoffs kann die Bildung von einer großen Gasmenge aufgrund der Verdampfung des Formtrennstoffs bei Berührung mit der heißen Schmelze verhindert werden. Auch ist vorteilhaft den Kolbenschmierstoff in optimaler Art und Menge zu verwenden.

Besonders vorteilhaft ist, dass das Schweißen mittels eines

Strahlschweißverfahrens erfolgt. Strahlschweißverfahren, insbesondere

Laserstrahlschweißen oder Elektronenstrahlschweißen ermöglicht eine hohe Schweißgeschwindigkeit und schmale, schlanke, präzise Schweißnähte, sowie geringen Wärmeeintrag und geringen thermischen Verzug der

Gehäuseelemente. Durch den geringen Wärmeeintrag wird eine (thermische) Beeinflussung der Elektronik minimiert, bzw. verhindert. Ferner wird das

Strahlschweißverfahren vorteilhaft ohne zusätzlichen Werkstoff ausgeführt. Es stellt eine stabile und gleichmäßige Verbindung der beiden Gehäuseelemente her. Als weiteren Vorteil ist anzusehen, dass die Schweißnaht, die mittels Strahlschweißverfahren erstellt wurde Korrosionsbeständig ist. Auch lassen sich mittels Strahlschweißverfahren komplexe Geometrien schweißen. Vorteilhaft ist, dass das Schweißen mit Schutzgas erfolgt, wobei insbesondere das Schutzgas Argon, Stickstoff oder Helium ist. Das Schutzgas verhindert den Kontakt, bzw. die Reaktion der warmen Schweißnaht während dem Schweißen mit einem Gas, insbesondere der Atmosphäre, und ganz besonders Wasser. Fehlstellungen, Gaseinschlüsse oder Poren, welche die Schweißnaht, bzw. das Gehäuse undicht machen, werden somit minimiert, insbesondere verhindert. Vorteilhaft ist, dass die Elektronik vor dem Schweißen, insbesondere

Strahlschweißen, vorzugsweise Laserstrahlschweißen in einem der

Gehäuseelemente angeordnet wird. Die Anordnung der Elektronik vor dem Schweißen ermöglicht ein einfaches Platzieren der Elektronik in dem Gehäuse.

Gehäuse für eine Elektronik erstellt nach einem Verfahren gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Verfahrensschritte.

Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht auf eines mittels eines im Stand der Technik bekannten Verfahrens hergestellten Gehäuses,

Figur 2 eine Schnittdarstellung des Gehäuses aus Figur 1,

Figur 3 eine Draufsicht eines mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren

hergestellten Gehäuses,

Figur 4 eine Schnittdarstellung des Gehäuses aus Figur 3 ohne eine

Schweißverbindung (vor dem Schweißen),

Figur 5 eine Schnittdarstellung der Ausführungsform gemäß Figur 4 mit einer Schweißverbindung,

Figur 6 eine Schnittdarstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Gehäuses ohne eine Schweißverbindung,

Figur 7 eine Schnittdarstellung der Ausführungsform des Gehäuses gemäß Figu 6 mit einer Schweißverbindung,

Figur 8 eine Schnittdarstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Gehäuses ohne eine Schweißverbindung und größerem

Übergangsradius, Figur 9 eine Schnittdarstellung der weiteren Ausführungsform des Gehäuses gemäß Figur 7 mit einer Schweißverbindung,

Figur 10 eine Schnittdarstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Gehäuses ohne eine Schweißverbindung,

Figur 11 eine Schnittdarstellung der Ausführungsform des Gehäuses gemäß Figur 10 mit einer Schweißverbindung und

Figur 12 eine Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Figur 1 ist die Draufsicht eines Gehäuses 2, welches mittels eines im Stand der Technik bekannten Verfahrens hergestellten wurde, dargestellt. Das

Gehäuse 2 umfasst ein erstes Gehäuseelement 10 und ein zweites

Gehäuseelement 15. Das zweite Gehäuseelement 15 wird in der Figur 1 von dem ersten Gehäuseelement 10 verdeckt. Das erste Gehäuseelement 10 weist Schraubstellen 12a, 12b, 12c, bzw. Schraubdome auf. Das zweite

Gehäuseelement 15 weist Schraubstellen 17a, 17b, 17c auf, die in Figur 1 von den Schraubstellen 12a, 12b, 12c des ersten Gehäuseelements 10 verdeckt werden. Die beiden Gehäuseelemente 10, 15 werden mittels der Schraubstellen 12a, 12b, 12c und 17a, 17b, 17c durch Schrauben miteinander verbunden.

Das zweite Gehäuseelement 15 weist Befestigungsbereiche, insbesondere drei Befestigungsbereiche 16a, 16b, 16c auf. Die Befestigungsbereiche 16a, 16b, 16c dienen zur Anbringung des Gehäuses 2 an einer Komponente des Fahrzeugs, insbesondere zur Anbringung an einer Zarge.

Ferner weist das erste Gehäuseelement 10 eine am Rand des Gehäuseelements 10 umlaufende Nut 13 auf. Die Nut 13 dient zur Aufnahme einer Nassdichtung 20. Mittels Adhäsion der Nassdichtung 20 soll das Eindringen von Fluiden in das Gehäuse 2 verhindert werden.

In Figur 2 sind das erste Gehäuseelement 10 und das zweite Gehäuseelement 15 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Das erste Gehäuseelement 10 bildet einen Deckel für das zweite Gehäuseelement 15. Das erste Gehäuseelement 10 weist eine Nut 13 entsprechend der Figur 1 auf. Innerhalb der Nut 13 ist die Nassdichtung 20 angeordnet. Das zweite Gehäuseelement 15 weist einen in Längsrichtung verlaufenden, umlaufenden Mantel 18 auf. Bei einem montierten Gehäuse 2 ist der Rand des Mantels 18 entsprechend einer Nut- Feder- Verbindung im Bereich oder innerhalb der Nut 13 angeordnet, insbesondere greift der Rand in die Nut ein. Zwischen dem ersten Gehäuseelement 10 und dem zweiten Gehäuseelement 15 ist die Nassdichtung 20 angeordnet. Durch eine Schraubverbindung und die Schraubstellen 12, 17 werden die beiden Gehäuseelement 10, 15 miteinander verbunden. Dabei wird die Nassdichtung 20 zusammengepresst. Die Nassdichtung 20 sollte somit eine adhäsive, fluiddichte Verbindung zwischen dem ersten Gehäuseelement 10 und dem zweiten

Gehäuseelement 15 herstellen. Vor der Herstellung der Verbindung müssen das erste und das zweite Gehäuseelement 10, 15 gereinigt werden, um eine

Adhäsion der Nassdichtung 20 zu ermöglichen. Insbesondere führen

Verschmutzung, beispielsweise durch Öl, oder Unreinheiten im Bereich der Nassdichtung 20 dazu, dass sich Leckagestellen bilden. Die Leckagestellen ermöglichen ein Eindringen von Fluiden in das Gehäuse 2. Die Reinigung bildet bei der Montage einen zusätzlichen Arbeitsschritt und verursacht damit zusätzliche Kosten. In Figur 3 ist die Draufsicht eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Gehäuses 1 dargestellt. Das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Gehäuse 1 weist ein erstes Gehäuseelement 30 und ein zweites Gehäuseelement 40 auf. Das zweite Gehäuseelement 40 wird in der Figur 3 größtenteils von dem ersten Gehäuseelement 30 verdeckt. Das zweite Gehäuseelement 40 weist beispielhaft Befestigungsbereiche, insbesondere drei

Befestigungsbereiche 42a, 42b, 42c auf. Die Befestigungsbereiche 42a, 42b, 42c dienen zur Anbringung des Gehäuses 1 an einer Komponente des Fahrzeugs, insbesondere zur Anbringung des Elektronikgehäuses 1 an einer Zarge. Ferner weist das zweite Gehäuseelement 40 Kühlrippen 44 auf. Mittels der

Kühlrippen 44 kann die im Betrieb der Elektronik entstehende Wärme abgeführt werden. Die Wärme wird von der Elektronik an das Gehäuse 1, insbesondere das Elektronikgehäuse 1 weitergeleitet. Von dem Gehäuse 1 wird die Wärme mittels Konvektion über die Oberfläche des Gehäuses 1 und die Oberfläche der Kühlrippen 44 abgeführt. Das Gehäuse 1 ist hierzu vorteilhaft in einem bewegten Luftstrom angeordnet. Insbesondere ist das Gehäuse 1 im Luftstrom eines Lüfters angeordnet. Der Lüfter wird beispielsweise durch einen Elektromotor, der von der Elektronik in dem Gehäuse 1 gesteuert wird, angetrieben. Gegenüber dem im Stand der Technik bekannten Gehäuse 1 der Figur 1 können die Schraubstellen 12a, 12b, 12c an dem ersten Gehäuseelement 10, bzw. 30 und die Schraubstellen 17a, 17b, 17c an dem zweiten Gehäuseelement 15, bzw. 40 entfallen. Somit wird die Komplexität des Gehäuses 1 verringert, was eine Senkung der Kosten für die Herstellung der Gehäuseelemente zur Folge hat. Anstelle der Schraubstellen 12a, 12b, 12c, 17a, 17b, 17c können zusätzliche

Kühlrippen 45 an dem Gehäuse, insbesondere dem zweiten Gehäuseelement 40 angeordnet werden oder ausgebildet sein. Die zusätzlichen Kühlrippen 45 bewirken eine Erhöhung der Konvektionsoberfläche der Kühlwirkung des Gehäuses 1 und damit eine verbesserte Kühlung der Elektronik innerhalb des Gehäuses 1, insbesondere des Elektronikgehäuses. Die Elektronik, bzw. das

Gehäuse kann somit auch für Motoren mit höheren Leistungen eingesetzt werden, womit sich das Einsatzspektrum erhöht. Auch die Montage wird vereinfacht, da das Verbinden der Gehäuseelemente 30, 40 mittels

Schraubenverbindungen entfällt.

Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung des Gehäuses 1 aus Figur 3 mit dem ersten Gehäuseelement 30 und dem zweiten Gehäuseelement 40. Die beiden

Gehäuseelement 30, 40 berühren sich. Beispielsweise wird bei der Montage des Gehäuses 1 das erste Gehäuseelement 30 auf das zweite Gehäuseelement 40 gelegt.

Das zweite Gehäuseelement 40 weist in Längsrichtung des Gehäuses einen umlaufenden Abschnitt 46, insbesondere einen Mantel auf. An bzw. in einer Ausnehmung 41 des Mantels 46 ist beispielsweise ein Anschlussstecker, zur Ansteuerung und/ oder Energieversorgung der Elektronik oder zur Ansteuerung und/oder Energieversorgung des Motors angeordnet. Ferner weist das zweite Gehäuseelement 40 einen Bodenabschnitt 48 auf. Der Bodenabschnitt 48 und der Mantel 46 sind einteilig ausgebildet. Der Abschnitt 46, bzw. der Mantel ist gegenüber dem Bodenabschnitt 48 des zweiten Gehäuseelements 40 erhöht. Durch den erhöhten Mantelabschnitt 46 gegenüber dem Bodenabschnitt 48 ergibt sich ein Elektronikbereich 43. In dem Elektronikbereich wird insbesondere die Elektronik angeordnet. Das zweite Gehäuseelement 40 bildet einen Deckel für das erste Gehäuseelement 30. Die Elektronik wird vor dem Auflegen des ersten Gehäuseelements 30 auf das zweite Gehäuseelement 40 in dem

Elektronikbereich angeordnet und insbesondere dort fixiert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Fixierung der Elektronik im Gehäuse 1 durch Fixierungselemente, insbesondere Berührpunkt, vorzugsweise Anschläge an den Gehäuseelemente 30, 40. Das erste und das zweite Gehäuseelement 30, 40 sind aneinander angeordnet, insbesondere berühren sich. Die Anordnung, bzw. Berührung erfolgt

insbesondere über den Mantel 46 des zweiten Gehäuseelements 40 und einen Randbereich des ersten Gehäuseelements 30. Erfindungsgemäß kann das erste Gehäuseelement 30 ebenfalls einen Mantel aufweisen. Auch können beide Gehäuseelemente 30, 40 im Bereich der Verbindung keinen Mantel aufweisen.

Die Verbindung der beiden Gehäuseelemente 30, 40 erfolgt mittels Schweißen, insbesondere Strahlschweißen, vorzugsweise Elektrostrahlschweißen oder Laserstrahlschweißen. Das Schweißen stellt eine metallische Verbindung, insbesondere eine Schweißverbindung, zwischen den beiden

Gehäuseelementen 30, 40 her. Durch die metallische Verbindung der beiden Gehäuseelemente 30, 40 wird eine gute Wärmeleitung zwischen den beiden Gehäuseelemente 30, 40, und somit eine effektive Entwärmung des Gehäuses 1, bzw. der Elektronik erreicht. Im Gegensatz hierzu verhindert oder minimiert die Nassdichtung gemäß dem Stand der Technik eine Ausbildung eines

Wärmestroms zwischen den Gehäuseelementen 30, 40. Es kann somit nur bedingt ein Wärmeaustausch zwischen den Gehäuseelementen 30, 40 erfolgen.

Das Strahlschweißen verbindet die Gehäuseelemente 30, 40 mittels einer metallischen Verbindung miteinander, wobei insbesondere die metallische

Verbindung umlaufend verläuft. Durch den direkten und umlaufenden

metallischen Kontakt der beiden Fügepartner, bzw. der Gehäuseelemente 30, 40 wird zudem eine für die Elektronik positive elektrische Verbindung erzielt.

Beispielsweise kann die EMV verbessert werden. Dies ist insbesondere wichtig, wenn die Elektronik vor elektromagnetischen Feldern oder Strahlung des Motors oder die Umgebung vor elektromagnetischer Strahlung oder Feldern der Elektronik geschützt werden soll.

Ferner wird durch die direkte metallische Verbindung der beiden

Gehäuseelemente 30, 40 der Bauraum optimiert. Die Länge in Längsrichtung, bzw. die Bauhöhe des Gehäuses 1 ist verkleinert. Insbesondere kann Bauhöhe aufgrund des Fehlens der Nut und der Nassdichtung eingespart werden.

Auch ergibt sich durch die Schweißverbindung eine nahezu ideale Abtropfkante und eine spaltfreie Verbindung. Die Beaufschlagung mit korrosiven Medien wird auf einem Minimum reduziert.

Figur 5 zeigt eine Schnittdarstellung des Gehäuses 1 aus Figur 4 mit dem ersten Gehäuseelement 30 und dem zweites Gehäuseelement 40 und der

Schweißverbindung, insbesondere der Schweißnaht. Das erste Gehäuseelement 30 ist mittels Schweißen, insbesondere Strahlschweißen, vorzugsweise

Elektrostrahlschweißen oder Laserstrahlschweißen mit dem zweiten

Gehäuseelement 40 verbunden. Das Gehäuse 1 wird mittels des

erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt. Ferner wird gemäß dem Verfahren eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige sowie eine fluidundurchlässig Verbindung 50 zwischen dem ersten Gehäuseelement 30 und dem zweiten Gehäuseelement 40 erzeugt. Die Schweißnaht 50 bildet gleichzeitig eine Abrundung der Außenkante des ersten Gehäuseelements 30. Der Strahl des Strahlschweißverfahrens trifft gegenüber der Manteldicke des Mantels 46 mittig auf. Durch Abbrand und Schmelzen bildet sich die Schweißnaht gemäß Figur 5 aus. Die Schweißnaht weist eine abgerundete Kante auf. Die Verrundung der Kante ist abhängig von der Dicke des ersten Gehäuseelements 30 und der Position des Auftreffens des Schweißstrahls.

In Figur 6 ist eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des Gehäuses ohne eine Schweißnaht dargestellt. Das Gehäuse 1 weist ein erstes Gehäuseelement 30 und ein zweites Gehäuseelement 40 auf. Das zweite Gehäuseelement 40 weist einen Mantel 46 auf. Der Mantel 46 weist an dem ersten Gehäuseelement 30 zugeordneten Rand des Mantels 46 eine innenseitige Aussparung 47 auf. Die Aussparung 47 ist insbesondere als Stufe in dem Rand des Mantels 46 ausgebildet. Sie verläuft umlaufend innenseitig im Mantel 46 des zweiten Gehäuseelements 40. Die Aussparung 47 bildet eine Auflagefläche für das erste Gehäuseelement 30. Das Niveau der umlaufenden Aussparung 47, insbesondere der Stufe ist im Wesentlichen konstant. Die Aussparung 47 ist dem ersten Gehäuseelement 30 zugeordnet. Das erste Gehäuseelement 30 ist bei

Draufsicht kleiner als das zweite Gehäuseelement 40 ausgebildet. Das erste Gehäuseelement 30 bildet einen Deckel für das zweite Gehäuseelement 40. Die Bauhöhe ist gegenüber einem Gehäuse 1 mit Nassdichtung 20 und Nut 13 minimiert. Gemäß Figur 5 entspricht die Tiefe der Ausnehmung in Längsrichtung im Wesentlichen der Dicke des ersten Gehäuseelements 30.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 1 können das erste Gehäuseelement 30 und das zweite Gehäuseelement 40 miteinander verbunden werden. Die Schweißverbindung 50, insbesondere die Dichtschweißnaht 50, befindet sich zwischen dem ersten Gehäuseelement 30 und dem zweiten Gehäuseelement 40. In Figur 7 ist beispielhaft die Ausbildung einer Schweißnaht 50 zur metallischen Verbindung der Gehäuseelemente 30, 40 dargestellt.

Vorteilhaft muss nicht durch die ganze Materialstärke des ersten

Gehäuseelements 30 geschweißt werden. Es wird somit ein geringerer

Wärmeeintrag benötigt, wodurch die Erwärmung der Elektronik ebenfalls geringer ist. Ferner ist eine verbesserte Qualität der Schweißnaht zu erwarten.

In Figur 8 ist eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des Gehäuses 1 dargestellt. Die Ausführungsform gemäß Figur 8 weist entsprechend den Ausführungsformen gemäß den Figuren 6 und 7 eine im Randbereich des zweiten Gehäuseelements 40 umlaufende Aussparung 47 auf. Die Aussparung 47 bildet eine Auflage für das erste Gehäuseelement 30. Die Auflage verläuft auf einer Innenseite des Randbereichs des zweiten Gehäuseelements 40. Die Aussparung 47 ist vorteilhaft als Stufe ausgebildet, insbesondere einer auf einem konstanten Niveau umlaufenden Stufe des Randbereichs des zweiten

Gehäuseelements 40. Die Aussparung 47, bzw. die Auflage ist dem ersten Gehäuseelement 30 zugeordnet, bzw. zugerichtet. Das erste Gehäuseelement 30 und das zweite Gehäuseelement 40 gehen bündig ineinander über. Die Tiefe der Aussparung 47 entspricht der Dicke des ersten Gehäuseelements 30. Ferner weist der Randbereich des Mantels 46 außenseitig eine vergrößerte Abrundung mit einem Übergangsradius 49 auf. Der Übergangsradius 49 hat eine Verbesserung der Fluidführung zur Kühlung des Gehäuses 1 zur Folge. In Figur 9 ist die Schnittdarstellung gemäß Figur 8 mit einer Schweißverbindung gezeigt.

In Figur 10 und 11 ist eine Schnittdarstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Gehäuses 1 dargestellt. Das erste Gehäuseelement 30 weist in Längsrichtung einen umlaufenden Abschnitt 32, insbesondere einen

Mantel 32 auf. Ferner weist das erste Gehäuseelement 30 einen Bodenabschnitt 34 auf. Der Bodenabschnitt 34 des ersten Gehäuseelements 30 und der Mantel 32 des ersten Gehäuseelements 30 sind einteilig ausgebildet. Der Abschnitt 32, bzw. der Mantel 32 ist gegenüber dem Bodenabschnitt 34 des ersten

Gehäuseelements 30 erhöht. Das erste Gehäuseelement 30 bildet einen Deckel für das zweite Gehäuseelement 40.

Das zweite Gehäuseelement 40 ist im Wesentlichen gleich wie in Figur 6, 7, 8 oder 9 ausgebildet. Das erste Gehäuseelement 30 bildet einen Deckel für das zweite Gehäuseelement 40. Die Schweißverbindung, bzw. Schweißnaht ist als

Stumpfstoß (I-Naht) ausgebildet.

Die Gehäuseelemente 30, 40 sind aus einer Aluminium oder einer

Aluminiumlegierungen mittels dem Druckgussverfahren hergestellt. Beim

Druckgussverfahren handelt es sich um ein Urformverfahren, d.h. es wird aus einem flüssigen Ausgangsmaterial, insbesondere eine Schmelze, ein fester Körper hergestellt. Dazu werden, insbesondere hochschmelzende, Legierungen aus Aluminium verwendet, die unter hohem Druck in eine maßgenaue, wiederverwertbare Form, insbesondere eine Stahlform eingespritzt werden, um eine vollständige Befüllung der Gussform zu erzielen. Das erhärtete Gußteil nimmt die Details und Form des Formhohlraums der Gussform mit hoher Präzision an. Der Vorteil des Druckgießens liegt in der hohen Gestaltungsfreiheit. Ein Gehäuseelement 30, 40 für ein Gehäuse 1 einer Elektronik stellt hohe Anforderungen an die Wärmeleitung und Dichtheit. Insbesondere erlaubt das Druckgussverfahren die Ausbildung von Kühlrippen und eine optimale Anpassung der Geometrie des Gehäusesinneren an die dort befindliche

Elektronik.

Bedingt durch die bisherigen Verfahren zur Herstellung der Gehäuseelemente 10, 15 lassen sich Fehlstellen und Gaseinschlüsse, die zu Poren führen, in den Gehäuseelementen 10, 15 nicht vermeiden. Die Fehlstellungen führen beim späteren Schweißen zu undichten Stellen, die eine vollständige Abdichtung des Gehäuses 1 verhindern. Damit eine ideale fluiddichte Verbindung zwischen den Gehäuseelementen 30, 40 erreicht wird, muss verhindert werden, dass es zu Fehlstellungen, Poren oder Gaseinschlüssen kommt.

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt sich aus drei wichtigen Komponenten zusammen. Die Verwendung von geeigneten Aluminiumlegierungen, die richtige und fehlerfreie Herstellung der Gehäuseelemente 30, 40 und die richtige

Verbindung der Gehäuseelemente 30, 40.

Bei der Herstellung mindestens eines Gehäuseelements 30, 40 mit einem Druckgussverfahren ist darauf zu achten, dass es zu keinen Gaseinschlüssen, Fehlerbildungen oder Poren kommt. Das kann verhindert werden in dem verhindert wird, dass bei der Schmelzbehandlung ungewünschte Gase oder Feuchtigkeit mit der Schmelze in Kontakt kommen. Auch die Temperatur der Schmelze sollte konstant gehalten werden. Die Gussform selbst wird so temperiert, dass eine Verdampfung der Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, die sich beispielsweise in dünnwandigen Konturen sammeln, erfolgt. Die Temperatur der Form beträgt vorteilhaft zirka 200°C. Mittels eines Vakuumsystems kann das verdampfende Wasser zusätzlich aus der Gussform gesaugt werden. Die Schmelze muss vorsichtig in den Gießkolben geschüttet werden, um einen übermäßigen Kontakt mit der Atmosphäre zu verhindern. Auch hierbei muss ein Kontakt mit Feuchtigkeit oder einem sich negativ auswirkenden Gas verhindert werden. Der Gießkolben benötigt einen Schmierstoff. Dieser sollte für das Verfahren geeignet gewählt werden. Die Schmelze wird von dem Gießkolben in die Gussform gedrückt, insbesondere gespritzt. Beim Einspritzen der Schmelze in den Formraum ergibt sich ein Freistrahl, was eine sehr starke Vergrößerung der Oberfläche der Schmelze zur Folge hat. Über die große Oberfläche kann eine starke Begasung aus der Atmosphäre im Formraum erfolgen. Daraus können verstärkt Gaseinschlüsse und Poren resultieren.

Hat die Schmelze, bzw. das flüssige Aluminium oder die flüssige

Aluminiumlegierungen an der Oberfläche Kontakt mit Feuchtigkeit, bzw. Wasser aus der Luft, so kann dies zu Fehlbildungen, Poren oder Gaseinschlüsse führen. Das Wasser aus der Luft reagiert mit dem flüssigen Aluminium zu Aluminiumoxid und Wasserstoff. Der Wasserstoff geht in der Schmelze in Lösung. Wasserstoff ist in flüssigem Aluminium sehr gut löslich. Bei der Erstarrung der

Aluminiumschmelze nimmt die Löslichkeit des Wasserstoffs sprunghaft ab, und es entstehen mit Wasserstoff gefüllte Poren im Gefüge.

In Figur 12 ist das Verfahren 5 gemäß Anspruch 1 dargestellt. In Schritt 52 wird zumindest eines der Gehäuseelemente 30, 40 mittels eines Druckgussverfahrens hergestellt. Das Gehäuseelement 30, 40 besteht aus Aluminium, insbesondere einer Aluminiumlegierung. Erfindungsgemäß wird das Gehäuseelement 30, 40 mittels eines Druckgussverfahrens, insbesondere dem

Vakuumdruckgussverfahren oder einem vakuumunterstützten

Druckgussverfahren, insbesondere eines Vacural-Gussverfahrens hergestellt. Hierbei werden Gase und/oder die Luft aus dem Formraum der Gussform während des Gießvorgangs evakuiert. Somit kommt das Gussmaterial, bzw. das Aluminium oder die Aluminiumlegierung nicht mit Wasser aus der Luft oder Gasen in Berührung. Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Gussverfahren in einer

Schutzatmosphäre. Die Schutzatmosphäre wird insbesondere durch Stickstoff, Helium oder Argon gebildet. Auch kann ein Gas in die Gussform eingeblasen werden. Das eingeblasene Gas verdrängt die Luft oder den entstehenden Wasserstoff, wodurch dieser nicht mit dem Aluminium reagieren kann..

Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Herstellung des

Gehäuseelements 30, 40 in einer trockenen Umgebung, beispielsweise in einer entfeuchteten Luft, wodurch das Gussmaterial, bzw. die Schmelze nicht mit Wasser in Berührung kommt. Es kann sich somit kein Wasserstoff bilden, der zu Gaseinschlüssen, Poren oder Fehlstellungen im Gefüge führt. Erfindungsgemäß können die einzelnen Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden.

Vorteilhaft wird das von der Geometrie komplexere zweite Gehäuseelement 40 als Druckgusselement hergestellt.

In Schritt 54 wird ein Gehäuseelement 30, 40 aus einer Knetlegierung erstellt. Knetlegierungen werden im Hüttenwerk unter idealen Erstarrungsbedingungen zu Brammen vergossen, und anschließend zu Blechen gewalzt. Dabei werden vor dem Walzen die Ränder, in denen sich noch Verunreinigungen befinden, entfernt. Somit sind Bleche aus Knetlegierungen frei von Fehlstellen,

Gaseinschlüssen, Poren und Inhomogenität.

Die Gehäuseelemente 30, 40 aus Knetlegierungen werden durch Umformen, insbesondere eines Blechumformverfahrens, vorzugsweise Tiefziehen umgeformt. Es erfolgt keine Zustandsänderung des Werkstoffes während der Umformung des Blechs zu dem Gehäuseelement 30, 40. Somit bleibt der nach dem Walzen erreichte, fehlerfreie Zustand des Materials auch am

Gehäuseelement 30, 40 erhalten. Das Tiefziehen erfolgt insbesondere mittels Formwerkzeugen, wie Ziehring, Stempel und/oder Blechhalter, aber auch mittels Wirkmedien wie Gasen oder Flüssigkeiten, beispielsweise hydromechanisches Tiefziehen, oder Verfahren mit hoher Wirkenergie wie beispielsweise

Hochgeschwindigkeitsumformverfahren.

Vorteilhaft wird das geometrisch einfachere erste Gehäuseelement 30 als Tiefziehteil aus einer Knetlegierung erstellt.

In Schritt 56 wird die Elektronik in einem der Gehäuseelemente 30, 40 angeordnet. Vorzugsweise wird die Elektronik in dem zweiten Gehäuseelement 40 angeordnet.

In Schritt 58 werden das erste Gehäuseelement 30 und das zweite

Gehäuseelement 40 aneinander angeordnet. Die Anordnung erfolgt entsprechend der Geometrie der Gehäuseelemente 30, 40. Beispiele für Geometrie wurden zuvor anhand der Figuren 3 bis 11 erläutert.

In Schritt 60 werden die beiden Gehäuseelement 30, 40 fluiddicht miteinander verbunden. Die Verbindung erfolgt mittels Schweißen. Beim Schweißen wird eine metallische Verbindung, insbesondere eine Schweißverbindung, zwischen den Gehäuseelementen 30, 40 erzeugt. Die Erwärmung des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung beim Schweißen und der Kontakt an der Oberfläche mit Feuchtigkeit, bzw. Wasser aus der Luft führen zur Bildung von Poren,

Gaseinschlüssen und/oder Fehlstellungen. Das Wasser aus der Luft reagiert mit dem flüssigen Aluminium zu Aluminiumoxid und Wasserstoff. Der Wasserstoff geht in der Schmelze in Lösung. Wasserstoff ist in flüssigem Aluminium sehr gut löslich. Bei der Erstarrung der Aluminiumschmelze nimmt die Löslichkeit des Wasserstoffs sprunghaft ab, und es entstehen mit Wasserstoff gefüllte Poren im Gefüge.

Um eine fluiddichte Schweißverbindung 50, insbesondere Schweißnaht 50 zu erhalten müssen insbesondere schmale schnell erstarrende Schweißnähte erzeugt werden. Bei schmalen schnell erstarrenden Schweißnähten ist wenig Zeit für eine Reaktion der Schmelze mit der Luft, so dass relativ wenige Poren oder Gaseinschlüsse in der Schweißnaht entstehen. Solch schmale schnell erstarrende Schweißnähte können mittels Strahlschweißverfahren, insbesondere Laserstrahlschweißen oder Elektrostrahlschweißen erzeugt werden.

Zudem besteht die Möglichkeit die Schweißung unter Schutzgas, insbesondere Argon, Stickstoff oder Helium durchzuführen, und somit den Kontakt mit der Luft zu vermeiden. Dadurch ist eine weitere Reduktion der Poren in der Schweißnaht möglich.

Auch ermöglicht ein Strahlschweißverfahren durch die schmalen schnell erstarrenden Schweißnähte eine minimale Aufschmelzung des Gußmaterials. Somit wird ein Minimum der im Gussmaterial befindlichen randnahen Poren und/oder Gaseinschlüssen geöffnet, so dass die Anzahl der Poren in der Schweißnaht selbst minimiert ist und eine dichte Schweißnaht erreicht wird. Die aus Druckguß hergestellten Gehäuseelemente 30, 40 bestehen aus

Aluminium, insbesondere einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise AISil2(Fe), Legierung 230. Die aus einer Knetlegierung tiefgezogenen Gehäuseelemente 30, 40 bestehen aus Aluminium, insbesondere einer Aluminiumlegierung,

vorzugsweise AIMg3 oder AISil,2MgO,4. Vorteilhaft ist, dass der Kupfergehalt der Legierungen gering, insbesondere kleiner als 0,3 % ist. Auch ist der Einsatz von anderen Aluminiumlegierungen möglich.

Gemäß der Erfindung kann das Gehäuse 1 beliebig viele Gehäuseelemente 30, 40 aufweisen. Die Gehäuseelemente können dabei mittels des

erfindungsgemäßen Verfahrens fluiddicht miteinander verbunden werden.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren (5) zur Herstellung eines Gehäuses (1) für eine Elektronik, insbesondere zur Steuerung eines Elektromotors, wobei das Gehäuse (1) durch ein erstes Gehäuseelement (30) und ein zweites Gehäuseelement (40) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseelemente (30, 40) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen, und mindestens eines der Gehäuseelemente (30, 40) mittels eines

Druckgussverfahrens (52) hergestellt wird, und das die Gehäuseelemente (30, 40) mittels Schweißen (60) dicht, insbesondere fluidundurchlässig, miteinander verbunden werden.

2. Verfahren (5) zur Herstellung eines Gehäuses (1) für eine Elektronik gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Gehäuseelemente (30, 40) mittels Umformen, insbesondere durch das Tiefziehen einer Knetlegierung, erstellt wird.

3. Verfahren (5) zur Herstellung eines Gehäuses (1) für eine Elektronik gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass das Druckgussverfahren zur Herstellung mindestens eines der Gehäuseelemente (30, 40) in einer gasreduzierten Umgebung durchgeführt wird, wobei insbesondere die Gussform, vorzugsweise das innere der Gussform gasreduziert ist.

4. Verfahren (5) zur Herstellung eines Gehäuses (1) für eine Elektronik gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (30) und das zweite Gehäuseelement (40) mittels eines Vakuumdruckgussverfahrens oder eines vakuumunterstützten Druckgussverfahrens, insbesondere eines Vacural-Gussverfahrens erstellt wird.

5. Verfahren (5) zur Herstellung eines Gehäuses (1) für eine Elektronik gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass das Druckgussverfahren in einer

Schutzatmosphäre, insbesondere einer Atmosphäre aus Stickstoff, durchgeführt wird.

6. Verfahren (5) zur Herstellung eines Gehäuses (1) für eine Elektronik gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass mittels eines Gases, insbesondere Stickstoff, Helium oder Argon, das beim Druckgussverfahren entstehende Gas weggeblasen, insbesondere aus dem Gehäuseelement (30, 40) ausgetrieben wird.

7. Verfahren (5) zur Herstellung eines Gehäuses (1) für eine Elektronik gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass eines der Gehäuseelemente (30, 40) mittels des Druckgussverfahrens in einer feuchtigkeitsarmen Atmosphäre, insbesondere einem trockenen Medium, insbesondere entfeuchteter Luft, erstellt wird.

8. Verfahren (5) zur Herstellung eines Gehäuses (1) für eine Elektronik gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass mindestens eines der Gehäuseelemente (30, 40) mittels des Druckgussverfahrens aus einer vor dem Einbringen in eine Druckgussform, insbesondere ausreichend, entgasten Schmelze hergestellt wird.

9. Verfahren (5) zur Herstellung eines Gehäuses (1) für eine Elektronik gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass das Schweißen (60), insbesondere als

Strahlschweißen, vorzugsweise als Elektronenstrahlschweißen oder als Laserstrahlschweißen erfolgt.

10. Verfahren (5) zur Herstellung eines Gehäuses (1) für eine Elektronik gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen (60) mit Schutzgas, insbesondere mit Argon als Schutzgas erfolgt.

11. Verfahren (5) zur Herstellung eines Gehäuses (1) für eine Elektronik gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Elektronik vor dem Schweißen (60), insbesondere Laserschweißen in einem der Gehäuseelemente (30, 40) angeordnet wird.

12. Elektronikgehäuse (1) hergestellt nach einem Verfahren (5) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche.