WO2020233829A1 - VERFAHREN ZUM THERMISCHEN UND INSBESONDERE STOFFSCHLÜSSIGEN VERBINDEN, VORZUGSWEISE VERSCHWEIßEN, ZWEIER BAUTEILE - Google Patents

VERFAHREN ZUM THERMISCHEN UND INSBESONDERE STOFFSCHLÜSSIGEN VERBINDEN, VORZUGSWEISE VERSCHWEIßEN, ZWEIER BAUTEILE Download PDF

Info

Publication number
WO2020233829A1
WO2020233829A1 PCT/EP2020/000046 EP2020000046W WO2020233829A1 WO 2020233829 A1 WO2020233829 A1 WO 2020233829A1 EP 2020000046 W EP2020000046 W EP 2020000046W WO 2020233829 A1 WO2020233829 A1 WO 2020233829A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
auxiliary element
housing body
tubes
components
cover
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/000046
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alessandro Baldini
Jürgen Pampel
Original Assignee
Voltabox Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102019003511.9A external-priority patent/DE102019003511A1/de
Priority claimed from DE102020000543.8A external-priority patent/DE102020000543A1/de
Application filed by Voltabox Ag filed Critical Voltabox Ag
Publication of WO2020233829A1 publication Critical patent/WO2020233829A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K13/00—Welding by high-frequency current heating
    • B23K13/01—Welding by high-frequency current heating by induction heating
    • B23K13/02—Seam welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K13/00—Welding by high-frequency current heating
    • B23K13/01—Welding by high-frequency current heating by induction heating
    • B23K13/02—Seam welding
    • B23K13/025—Seam welding for tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/155—Lids or covers characterised by the material
    • H01M50/157—Inorganic material
    • H01M50/159—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/166—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
    • H01M50/169—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids by welding, brazing or soldering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/06—Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/14—Heat exchangers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B23K2103/20—Ferrous alloys and aluminium or alloys thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for thermal and in particular cohesive connection, preferably welding Shen, two components, which are each made of an aluminum material.
  • Laser welding is also used to manufacture multi-part housings made of aluminum in order to produce tight, in particular waterproof, welded connections between housing parts such as a housing body with an opening and a cover for closing the opening, and thus a correspondingly tight closure of the aluminum housing to reach the contact points or joints of the housing parts.
  • the object of the present invention is to create an improved method for the thermal and, in this case, in particular material connection, which is also referred to as thermal joining, preferably welding, of two components in order to enable the thermal connection or connection. Welding can be carried out more cost-effectively, especially with smaller production volumes.
  • an auxiliary element is arranged on and between the two components before the thermal connection, preferably welding, in a method for thermal and in particular material bonding, preferably welding Ver, two components, each made of an aluminum material, the auxiliary element at thermal connection, preferably welding, is heated by induction so that the two components are thermally connected, preferably welded.
  • the two components can be in direct contact with each other and / or indirectly via the auxiliary element ther mixed and here firmly connected to each other, preferably welded before.
  • an auxiliary element is used to effect a targeted energy input and, as a result, heat input into the two components, in particular at their contact points or joints that are in the area adjacent to the auxiliary element to connect these two components there directly to one another and / or in each case with the auxiliary element thermally and thus cohesively with one another, preferably to weld ver.
  • the auxiliary element is on and / or between the components positioned in such a way that the energy or heat input can take place in the area of the two components adjacent to the auxiliary element, in which the two components preferably touch and thus stand in contact, so that there is a direct material connection there between the two components.
  • auxiliary element and the two components can, however, also take place in such a way that, alternatively or in addition, a direct material connection can be created between the auxiliary element and the two components, in order to connect the two components to one another, preferably to weld them.
  • the auxiliary element is then heated by means of an induction coil.
  • the induction coil is used for this
  • Auxiliary element positioned so that the auxiliary element is heated by the electromagnetic field generated by the induction coil in order to effect the thermal and cohesive connection, in particular welding, of the two components and / or the auxiliary element at their contact or joint locations. It is also conceivable that the induction coil is placed directly on the auxiliary element arranged on and / or between the components to be welded.
  • the induction coil is preferably designed and positioned in such a way that it simultaneously heats the entire auxiliary element and thus effects the thermal joining process, preferably the welding process, along the entire auxiliary element.
  • the contour of the induction coil can correspond to the contour of the auxiliary element, so that the entire auxiliary element is covered or captured by the generated magnetic field during the thermal joining or welding process to effect the thermal joining or welding process along the entire auxiliary element or the associated contact points of the components to be joined.
  • tracking of the induction coil along the auxiliary element and thus sequential heating and in particular melting of the base material of the components and the sequential formation of joints can advantageously be avoided.
  • the two components are made of an aluminum material, in particular special aluminum alloys, and preferably by means of casting processes, in particular die casting processes, or made of aluminum sheet.
  • casting processes in particular die casting processes, or made of aluminum sheet.
  • other manufacturing processes are also possible.
  • the aluminum material used has a melting temperature of approx. 670 degrees C.
  • the two components can have any geometries.
  • the auxiliary element is made from a material that has a higher melting temperature than the aluminum material of the two components.
  • This can be metal, in particular ferrous metal, and preferably stainless steel.
  • the material of the auxiliary element is then designed so that it cannot melt at the temperatures caused by the induction and thus at the melting temperature of the two components, and in particular remains dimensionally stable. It is thus possible that only a material bond occurs between the components due to the welding. It is conceivable in this context for example, that the auxiliary element is heated to about 1000 to 1300 degrees C in a glowing red state.
  • the two components are pressed together during the thermal connection, preferably welding, by means of an additionally applied force.
  • This force can be generated by a weight or by a particularly hydraulic device.
  • the auxiliary element remains there after the thermal connection, preferably welding, of the two components, in particular between the two components, and thus becomes part of the arrangement formed from the two components.
  • the auxiliary element is removed again after the thermal connection, preferably welding, and thus creates the possibility that an auxiliary element for the thermal connection, preferably welding, can be used again.
  • the two components are preheated prior to their thermal connection, preferably welding, in order to avoid stress-induced cracks in particular.
  • the preheating of the components has the advantage that the temperature gradient between the heat-affected zone and the other areas of the two components is reduced and thus less stresses arise during cooling.
  • the cover is arranged in such a way that it spans the opening and is preferably in contact with the housing body, and is thermally connected to the housing body, preferably welded before, whereby prior to the thermal Ver bind, preferably welding, an auxiliary element on the cover and the Housing body is arranged, which is then heated by means of induction so that the cover is thermally connected to the housing body, preferably welded before.
  • the housing and in particular its housing body, opening and cover can have any geometries.
  • the approximately cuboid configuration of the housing which is described in more detail and shown schematically in the figures, is only one possible embodiment.
  • This also applies to the cross-sectional geometry of the auxiliary elements, which can easily be rectangular.
  • other cross-sections are also conceivable, for example, trapezoidal cross-sections or at least partially curved cross-sections.
  • an, in particular step-shaped, receptacle is formed in which the cover is at least partially arranged and in particular placed in order to span the opening.
  • the receptacle preferably comprises a web which extends inwardly away from the side wall and preferably horizontally in front and whose innermost edge with respect to the housing lies on the circumference of the opening and thereby delimits it.
  • Auxiliary element prior to the thermal connection preferably welding Ver
  • the auxiliary element can be arranged on an outer diameter of the cover, in particular on a peripheral surface of the cover pointing towards the housing body when the cover is put on or is inserted.
  • the auxiliary element is thus located at least partially in a gap between the cover and the housing body when the cover is inserted into the receptacle of the housing body.
  • other positions of the auxiliary element on or under the cover are also possible.
  • the auxiliary element is a, preferably closed, frame and at least in sections, preferably completely, encloses the opening of the housing body.
  • the frame can be in one piece or in more than one piece.
  • the cover during the thermal connection, preferably welding, to the housing body by means of an additional to the egg counterweight of the cover and the auxiliary element applied force is pressed against the housing body.
  • This force can be generated by a weight or by a device, in particular a hydraulic device. This can reduce warpage in the cover and thus the stresses in the joint, in particular the weld seam.
  • a corresponding cover can be thermally connected, preferably welded, to the housing body at each opening using the method described above, in order to create preferably tight material connections, in particular welded connections, between the housing parts and thus a closed one overall and to achieve tight housing.
  • the induction coil can also be positioned inside the housing body to close an opening (except for the last one) or the thermal connection, preferably welding, of the associated cover that takes place for this purpose, whereby the correspondingly required energy input takes place within the housing body.
  • the two components are tubes which are to be connected to one another and between whose ends to be welded in butt configuration the auxiliary element is arranged.
  • An auxiliary element can be used here, the thickness of which corresponds to that of the tubes.
  • the thickness of the auxiliary element can be less than that of the tubes.
  • the outer peripheral surface of the auxiliary element or the inner peripheral surface of the auxiliary element with the outer The catch surface of the tubes or the inner circumferential surface of the tubes are aligned.
  • the induction coil is arranged on the outer circumferential surface of the tube arrangement formed from the tubes and the auxiliary element in the area of the auxiliary element, the energy input into the auxiliary element can take place in the case of an auxiliary element whose outer circumferential surface is aligned with that of the tubes, without any noticeable shielding from the an aluminum material would occur.
  • the energy input into the auxiliary element can also take place in the case of an auxiliary element whose inner circumferential surface is flush with that of the tubes without any noticeable shielding by the tubes consisting of an aluminum material would occur.
  • an induction coil is arranged both on the outer circumferential surface and on the inner circumferential surface of the tube arrangement formed from the tubes and the auxiliary element in the region of the auxiliary element, the entry into the
  • Auxiliary element at least partially without noticeable shielding through the tubes made of an aluminum material he follows, depending on the requirement profile of the welding process, an adjustable, preferably high, energy input per unit of time can be implemented in a large range.
  • the auxiliary element which is used for the thermal connection, preferably the welding of the two plate elements, can be received in a recess which is formed by at least one of the two plate elements, preferably by both plate elements.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of an embodiment
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of the housing parts of the Ge according to the embodiment of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of the housing according to FIG. 2 and the positioning of the Indulementsspu le;
  • FIG. 4 is a schematic sectional illustration of the welding of the housing according to FIG. 2;
  • Fig. 5 is a schematic perspective view of the housing and an induction coil;
  • FIG. 7 is a sectional view of that shown in FIG.
  • Figure 9 is a sectional view of the tube assembly
  • FIG. 10 shows a schematic diagram of a further embodiment of the method according to the invention for connecting two tubes
  • FIG. 11 is a sectional view of the tube arrangement according to FIG.
  • FIG. 12 shows a schematic diagram of a further embodiment of the method according to the invention for connecting two tubes
  • FIG. 13 is a sectional view of the tube arrangement according to FIG.
  • FIG. 15 shows a sectional illustration of the tube arrangement according to FIG.
  • FIG. 16 shows a perspective exploded view of a further embodiment of the method according to the invention for connecting two plate elements
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an exemplary embodiment of a housing body 10, a cover 20 and an auxiliary element 30 for welding the cover 20 to the housing body 10.
  • a housing 1 results which is substantially cuboid in the illustrated embodiment.
  • the housing 1 is used in the present case in order to protect electrical assemblies arranged in its interior, in particular a high-voltage assembly 70, shown schematically and by way of example, from external environmental influences.
  • the housing body 10 comprises four closed and spaced apart and each vertically extending side walls 11.
  • side walls 11 In the sectional view of Figure 1, for the sake of simplicity, only two side walls 11 are shown, which run parallel to each other and at right angles to the plane of the drawing.
  • the two side walls 11, not shown, are at right angles to the called side walls 11 and accordingly also run parallel to one another.
  • the rectangular main surface of the side walls 11 results in a substantially cuboid design of the housing body 10.
  • the housing body 10 accordingly comprises a closed and horizontally extending, rectangular base 12, which is arranged at right angles to the side walls 11 and with them in the area of each other bordering lower edges is firmly connected.
  • the housing body 10 has an opening 14 on its side opposite the lower edges of the side walls 11.
  • This opening 14, which is arranged between the side walls 11, is bordered along its circumference or edge by a web 13 of the housing body 10 which extends, preferably horizontally, inwards and inwards extends away from the side walls 11.
  • the web 13 for the cover 20 forms a particularly step-shaped receptacle of the housing body 10 that delimits the opening 14.
  • the cover 20 is flat and cuboid, which is why it is shown rectangular in the sectional view of FIG. It is also conceivable that the cover 20 is provided with cooling ribs.
  • the housing body 10 and the cover 20 are each made of an aluminum material and are preferably designed as cast parts, for example by manufacturing using a die-casting process.
  • the housing body 10 in particular including its side walls 11 and its base 12, is then preferably designed as a one-piece cast part.
  • the auxiliary element 30 is preferably made of stainless steel, which has a higher melting point than the aluminum material of the housing body 10 and the cover 20 so that it does not melt when the aforementioned housing parts are welded and remains dimensionally stable.
  • the auxiliary element 30 is arranged on the outer diameter of the lid 20 on its circumferential surface and designed as a closed frame for this purpose, which surrounds the lid 20 on its peripheral surface.
  • the auxiliary element 30 in the present embodiment has a rectangular cross section.
  • the frame-shaped auxiliary element 30 is connected to the cover 20 in such a way that the cover 20 and the auxiliary element 30 can be inserted together in one assembly into the receptacle of the housing body 10 in order to rest on the web 13, to span the opening 14 and to close.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of the housing 1 formed by the housing parts according to the exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • the cover 20 and the auxiliary element 30 have already been arranged on the housing body 10 in FIG. 2, the cover 20 and the auxiliary element 30 on the web 13 or the limited reception thereof to lie ⁇ and thereby spans the opening 14 of the cover 20 and sealed.
  • the cover 20 and the auxiliary element 30 are preferably designed such that they are flush with the upper edges of the side walls 11 of the housing body 10.
  • the one on the circumferential surface of the de- Lid 20 arranged auxiliary element 30 is arranged in a gap between tween the lid 20 and the housing body 10 and above the web 13 of the housing body 10. In this way, the heat input can take place in an area in which the cover 20 and the housing body 10, in particular its web 13, are in contact, i.e. form a contact point or joint, and a material connection between these housing parts can arise there.
  • the auxiliary element 30 completely encloses the opening 14 of the housing body 10. This makes it possible to weld the cover 20 circumferentially around the opening 14 to the housing body 10 and thus to seal the housing 1, in particular waterproof and / or dust-tight, so that the contents can be protected in the housing. This makes it possible to protect electrical assemblies arranged in the housing 1, in particular the high-voltage assembly 70 shown as an example, from external environmental influences.
  • the cover 20 is pressed against the housing body 10 and thereby into the receptacle by means of a force applied in addition to the dead weight of the cover 20 and the auxiliary element 30.
  • this force is generated by an additional weight 40 placed on the cover 20.
  • FIG. 1 The remarks on FIG. 1 also apply to FIG. 2.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of the housing 1 according to FIG. 2 and the positioning of an induction coil 50 for heating the auxiliary element 30.
  • the induction coil 50 is positioned relative to the auxiliary element 30 in such a way that the auxiliary element 30 can be heated by the electromagnetic field 51 generated by the induction coil 50 (see FIG. 4) in such a way that the housing parts, ie the housing body 10, can be welded to the cover 20. It is also conceivable that the induction coil 50 is placed directly on the housing 1 or on the auxiliary element 30.
  • FIGS. 1 and 2 also apply to FIG. 3.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional illustration of the welding of the housing according to FIG. 2.
  • the auxiliary element 30 is heated by the electromagnetic field 51 generated by the induction coil 50 in such a way that the cover 20 with the housing body 10 in an area adjacent to the auxiliary element 30 , in particular its web 13, is welded.
  • the auxiliary element 30 is therefore used to bring about an energy input and the resulting heat input into the housing body 10, in particular its web 13, and the cover 20 in order to materially connect these housing parts to one another at their contact points or joints.
  • a liquid or molten weld material 60 is created, which is formed from the material of the housing parts to be joined and by means of which the material connection between the housing body 10 and the cover 20 takes place.
  • the auxiliary element 30 remains on the housing 1, in particular between the housing, after the cover 20 has been welded to the housing body 10. body 10 and the cover 20 and thus becomes part of the housing wall.
  • FIGS. 1, 2 and 3 also apply to FIG. 4.
  • FIG. 5 shows a schematic perspective representation of the housing 1 and the induction coil 50 positioned above it.
  • the cuboid shape of the housing 1 can be seen on the basis of this representation.
  • the cover 20 and the auxiliary element 30 shown in dashed lines are already arranged on the housing body 10 and inserted into the opening 14 be bordering receptacle.
  • the induction coil 50 is shown schematically by means of a rectangular loop, which reproduces the contour in the area above the auxiliary element 30. This makes it possible for the entire auxiliary element 30 to be heated at the same time.
  • FIG. 6 shows a basic illustration of a tube arrangement 2, the tubes 3, 4 of which are formed from an aluminum material.
  • the two tubes 3, 4 are to be connected or welded to one another at their mutually facing ends by means of an embodiment of the method according to the invention for thermal connection.
  • an auxiliary element 5 is arranged between the mutually facing ends of the tubes 3, 4.
  • both the tubes 3, 4 and the auxiliary element 5 have a zy-cylindrical cross section.
  • the method according to the invention can also be used with tubes or auxiliary elements that have a different cross-sectional shape.
  • the two tubes 3, 4 and the auxiliary element 5 are arranged in the manner shown in FIGS. 6 and 7 in order to realize the tube arrangement 2, as shown in FIGS. 6 and 7.
  • the two tubes 3, 4 of the tube arrangement 2 are each made of an aluminum material and are preferably designed as cast parts, for example by production using a die-casting process.
  • the auxiliary element 5 is preferably made of stainless steel Herge, which has a higher melting point than the aluminum material of the tubes 3, 4 has. This ensures that the auxiliary element 5 does not melt when the tubes 3, 4 are welded and remains dimensionally stable.
  • the auxiliary element 5 is arranged between the mutually facing joint ends of the tubes 3, 4 and rests against these joint ends.
  • the two tubes 3, 4 are pressed against one another or against the auxiliary element 5 during the welding.
  • the corresponding pressing force can be used in any way, e.g. by means of a jig or the like., Are applied.
  • an induction coil 6 is shown which surrounds the tube arrangement 2 at the point at which the one between the butt ends of the tubes 3, 4 is located
  • Auxiliary element 5 is located.
  • the auxiliary element 5 made of stainless steel is heated by means of the induction coil 6.
  • the induction coil 6 is posi tioned in relation to the auxiliary element 5 so that the auxiliary element 5 is caused by the electromagnetic field 7 generated by the induction coil 6, as shown in FIG Figure 9 is shown, can be heated so that a welding of the two tubes 3, 4 can take place. It is also conceivable that the induction coil 6 is placed directly on the tube arrangement 2 or the auxiliary element 5.
  • the welding of the tube arrangement 2 shown in FIGS. 6 and 7 is evident from the schematic sectional illustration according to FIG.
  • the auxiliary element 5 is heated by the electromagnetic field 7 generated by the induction coil 6 so that the auxiliary element is welded to the tubes 3, 4 in a region of the two tubes 3, 4 adjacent to the auxiliary element 5.
  • the auxiliary element 5 is thus used to cause an energy input and a resulting heat input resulting therefrom in the butt ends of the tubes 3, 4 to the butt ends of the tubes 3, 4 firmly with the
  • Welding material 8 which is formed from the material of the tubes 3, 4 to be connected to one another and by means of which connection with the auxiliary element 5 a firm connection between the two tubes 3, 4 is created.
  • the auxiliary element 5 remains between the butt ends of the two tubes 3, 4 and thus becomes part of the tube arrangement 2.
  • FIGS. 10 and 11 show a modified embodiment of the method according to the invention for thermal and cohesive connection or for welding the two Tubes 3, 4 shown.
  • auxiliary element 5 smaller than the diameter of the tubes 3, 4 of the tube arrangement 2.
  • the auxiliary element 5 is received within a recess 9 formed by the butt ends of the tubes 3, 4, which in the radially outward direction from protruding portions of the butt ends of the tubes 3, 4 is limited. This is aligned on its inner circumferential surface
  • FIG. 11 the welding of the two tubes 3, 4 to form the tube arrangement 2 is shown by means of a schematic sectional representation.
  • the auxiliary element 5 is heated by the electromagnetic field 7 generated by the induction coil 6 so that the butt ends of the tubes 3, 4 are welded in an area of the two butt ends of the tubes 3, 4 adjacent to the auxiliary element 5.
  • the auxiliary element 5 is thus used to bring about an energy input and a heat input resulting therefrom into the butt ends of the tubes 3, 4 in order to connect these butt ends to one another at their contact points or joints.
  • a liquid or molten weld metal 8 is created in the area adjacent to the auxiliary element 5, which is formed by the material of the tubes 3, 4 to be joined and by means of which the material connection between the two tubes 3, 4 takes place. This also remains in the case of this exemplary embodiment
  • the configuration of the induction coil 6 is also adapted to that of the auxiliary element 5 in the case of the embodiment of the method according to the invention according to FIGS. 10 and 11, so that a simultaneous and simultaneous Heating of the auxiliary element 5 is possible.
  • Tube arrangement 2 corresponds, but the inner diameter of the auxiliary element 5 is greater than that of the tubes 3, 4.
  • Auxiliary element 5 is taken up accordingly in a recess 17 which is formed in the radially outer region of the butt ends of the Röh Ren 3, 4. On its outer circumferential surface, the auxiliary element 5 is aligned with the outer circumferential surfaces of the tubes 3,
  • FIG. 13 shows a schematic sectional view of the welding of the two tubes 3, 4 to the auxiliary element 5 arranged in the recess 17 configured in the radially outer region.
  • the auxiliary element 5 is heated by the electromagnetic field 7 generated by the induction coil 6 so that it in a region of the butt ends of the tubes 3, 4 adjoining the auxiliary element 5, the two tubes 3, 4 are welded together.
  • the auxiliary element 5 is thus used to bring about an energy input and the resulting heat input into the butt ends of the tubes 3, 4 in order to bond these tubes 3, 4 to one another at their contact points or joints.
  • a liquid or molten weld metal 8 is created, which is formed by the material of the tubes 3, 4 to be joined and by means of which the material connection between the two tubes 3, 4 takes place.
  • the auxiliary element 5 remains in the tube arrangement 2 after the two tubes 3, 4 have been welded.
  • the inner diameter of the auxiliary element 5 corresponds essentially to that of the tubes 3, 4, wherein the outer diameter of the auxiliary element 5 is smaller than that of the tubes 3, 4.
  • the auxiliary element 5 is accordingly received in the recess 9, which is formed in the radial in neren area of the butt ends of the tubes 3, 4.
  • the auxiliary element 5 is aligned with the inner peripheral surfaces of the tubes 3, 4 of the tube arrangement 2.
  • the configuration of the induction coil 6 arranged on the outer circumferential surface of the tube arrangement 2 is adapted to that of the auxiliary element 5. Furthermore, in the case of this exemplary embodiment of the method according to the invention, a further induction coil 18, which is also adapted to the configuration of the auxiliary element 5, is arranged on the free inner peripheral surface of the auxiliary element 5.
  • an upper plate element 15 and a lower plate element 16 of a cooling plate 21 is provided, which is intended to be used for cooling battery modules, not shown in the figures.
  • a cooling channel 22 is formed in the lower plate element 16 in the figures, through which a cooling medium is passed for the purpose of dissipating thermal energy.
  • Both plate elements 15, 16 are made of an aluminum material ago.
  • an auxiliary element 5 is arranged between the upper plate element 15 and the lower plate element 16. For this purpose, as can be seen in particular from FIG. 17, on the outer edge regions of the two plate elements 15, 16 a
  • Auxiliary element 5 is heated by the electromagnetic field 7 generated by the induction coil 6 shown in section in FIG. 17 so that the two plate elements 15, 16 are welded to one another in an area of the two plate elements 15, 16 adjacent to the auxiliary element 5.
  • the auxiliary element 5 is therefore used to bring about an energy input and a resulting heat input into the edge region of the two plate elements 15, 16 in order to materially connect these plate elements 15, 16 to one another at their edge regions.
  • Auxiliary element 5 adjacent edge area of the two plate elements 15, 16 a liquid or molten weld metal 8, which is formed by the material of the two plate elements 15, 16 det is and by means of the fusion of the material connection between the two plate elements 15, 16 takes place.
  • the auxiliary element 5 remains between the two plate elements 15, 16 and thus becomes part of the cooling plate 21.
  • the induction coil 6, as it is used in the method according to FIGS. 16 and 17, is adapted in its contour to the contour of the auxiliary element 5 shown in FIG. 16, with the result that the
  • Auxiliary element 5 is heated evenly.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zum thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, zweier Bauteile (3, 4), die jeweils aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt sind, wird vor dem thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, ein Hilfselement (5) an und zwischen den beiden Bauteilen (3, 4) angeordnet, und wird das Hilfselement (5) beim thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, mittels Induktion so erhitzt, dass dadurch die beiden Bauteile (3, 4) thermisch verbunden, vorzugsweise verschweißt, werden.

Description

„Verfahren zum thermischen und insbesondere stoffschlüssigen
Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, zweier Bauteile"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen und ins besondere stoffschlüssigen Verbinden, vorzugsweise Verschwei ßen, zweier Bauteile, die jeweils aus einem Aluminiumwerk stoff hergestellt sind.
Aus der DE 11 2016 006 559 T5 ist bekannt, dass Werkstücke aus Aluminium mittels Laserpunktschweißen verbunden werden können .
Auch zur Herstellung von mehrteiligen Gehäusen aus Aluminium werkstoff wird Laserschweißen eingesetzt, um dichte, insbe sondere wasserdichte, Schweißverbindungen zwischen Gehäuse teilen wie beispielsweise einem Gehäusekorpus mit einer Öff nung und einem Deckel zum Verschließen der Öffnung herzustel len und damit ein entsprechend dichtes Verschließen des Alu miniumgehäuses an den Kontaktstellen beziehungsweise Füge stellen der Gehäuseteile zu erreichen.
Hiervon ausgehend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfin dung darin, ein verbessertes Verfahren zum thermischen und hierbei insbesondere stoffschlüssigen Verbinden, das auch als thermisches Fügen bezeichnet wird, vorzugsweise Verschweißen, zweier Bauteile zu schaffen, um das thermische Verbinden bzw. Verschweißen insbesondere bei kleineren Produktionsvolumina , kostengünstiger durchführen zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus gestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentan sprüchen 2 bis 16 sowie in der nachfolgenden Beschreibung an gegeben .
Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zum thermischen und insbesondere Stoffschlüssigen Verbinden, vorzugsweise Ver schweißen, zweier Bauteile, die jeweils aus einem Aluminium werkstoff hergestellt sind, vor dem thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, ein Hilfselement an und zwischen den beiden Bauteilen angeordnet, wobei das Hilfselement beim thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, mittels In duktion so erhitzt wird, dass dadurch die beiden Bauteile thermisch verbunden, vorzugsweise verschweißt werden. Die beiden Bauteile können hierbei unmittelbar in Kontakt stehend miteinander und/oder mittelbar über das Hilfselement ther misch und hierbei Stoffschlüssig miteinander verbunden, vor zugsweise verschweißt werden.
Mit anderen Worten wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Hilfselement dazu verwendet, einen gezielten Energieein trag und in der Folge Wärmeeintrag in die beiden Bauteile, insbesondere an deren Kontaktstellen bzw. Fügestellen, die in dem an das Hilfselement angrenzenden Bereich liegen, zu be wirken, um diese beiden Bauteile dort unmittelbar miteinander und/oder jeweils mit dem Hilfselement thermisch und damit stoffschlüssig miteinander zu verbinden, vorzugsweise zu ver schweißen. Hierzu wird das Hilfselement an und/oder zwischen den Bauteilen in der Weise positioniert, dass der Energie- bzw. Wärmeeintrag in dem an das Hilfselement angrenzenden Be reich der beiden Bauteile erfolgen kann, in dem die beiden Bauteile sich vorzugsweise berühren und somit in Kontakt ste hen, so dass dort eine unmittelbare Stoffschlüssige Verbin dung zwischen den beiden Bauteilen entstehen kann. Die Posi tionierung von Hilfselement und beiden Bauteilen relativ zu einander kann jedoch auch so erfolgen, dass alternativ oder zusätzlich eine unmittelbare Stoffschlüssige Verbindung zwi schen dem Hilfselement und den beiden Bauteilen entstehen kann, um dadurch die beiden Bauteile miteinander zu verbin den, vorzugsweise zu verschweißen.
Das Hilfselement wird anschließend mittels einer Induktions spule erhitzt. Hierfür wird die Induktionsspule so zum
Hilfselement positioniert, dass das Hilfselement durch das von der Induktionsspule erzeugte elektromagnetische Feld er hitzt wird, um hierüber das thermische und stoffschlüssige Verbinden, insbesondere Verschweißen, der beiden Bauteile und/oder des Hilfselements an deren Kontakt- bzw. Fügestellen zu bewirken. Es ist auch denkbar, dass die Induktionsspule unmittelbar auf das an und/oder zwischen den zu verschweißen den Bauteilen angeordnete Hilfselement gelegt wird.
Vorzugweise ist die Induktionsspule derart ausgebildet und positioniert, dass sie gleichzeitig das gesamte Hilfselement erhitzt und somit den thermischen Fügevorgang, vorzugsweise Schweißvorgang, entlang des gesamten Hilfselements bewirkt. Hierfür kann die Kontur der Induktionsspule der Kontur des Hilfselements entsprechen, so dass während des thermischen Füge- bzw. Schweißvorgangs das gesamte Hilfselement abgedeckt bzw. von dem erzeugten magnetischen Feld erfasst wird, um entlang des gesamten Hilfselements bzw. den zugehörigen Kon taktstellen der zu fügenden Bauteile den thermischen Füge- bzw. Schweißvorgang zu bewirken. Insbesondere ein Nachführen der Induktionsspule entlang des Hilfselements und somit ein sequenzielles Erwärmen und insbesondere Aufschmelzen des Grundwerkstoffs der Bauteile und sequenzielles Bilden von Fü gestellen kann so vorteilhaft vermieden werden.
Die beiden Bauteile sind aus einem Aluminiumwerkstoff, insbe sondere aus Aluminiumlegierungen, und vorzugsweise mittels Gussverfahren, insbesondere Druckgussverfahren, oder aus Alu miniumblech hergestellt. Andere Herstellverfahren sind jedoch ebenfalls möglich. Denkbar ist in diesem Zusammenhang bei spielsweise, dass der verwendete Aluminiumwerkstoff eine Schmelztemperatur von ca. 670 Grad C hat.
Die beiden Bauteile können beliebige Geometrien aufweisen.
Die näher beschriebenen und in den Figuren schematisch darge stellten Ausführungsformen der Bauteile sind lediglich bei spielhaft .
In besonders vorteilhafter Weise ist das Hilfselement aus ei nem Werkstoff hergestellt, der eine höhere Schmelztemperatur hat als der Aluminiumwerkstoff der beiden Bauteile. Hierbei kann es sich um Metall, insbesondere Eisenmetall, und vor zugsweise Edelstahl handeln. Der Werkstoff des Hilfselements ist dann also so ausgelegt, dass er bei den durch die Induk tion hervorgerufenen Temperaturen und damit bei der Schmelz temperatur der beiden Bauteile nicht schmelzen kann, insbe sondere formbeständig bleibt. Somit ist es möglich, dass durch das Verschweißen nur ein Stoffschluss zwischen den bei den Bauteilen erfolgt. Denkbar ist in diesem Zusammenhang beispielsweise, dass das Hilfselement auf ca. 1000 bis 1300 Grad C in einen glühroten Zustand erwärmt wird.
Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die beiden Bauteile während des thermischen Verbindens, vorzugsweise Verschweißens, mittels einer zusätzlich aufgebrachten Kraft zusammengedrückt werden. Diese Kraft kann durch ein Gewicht oder durch eine, insbesondere hydraulische, Vorrichtung er zeugt werden. Hierdurch kann ein Verzug in den beiden Bautei len und damit die Spannungen in der Fügestelle, insbesondere Schweißnaht, verringert werden.
Zudem kann vorgesehen sein, dass das Hilfselement nach dem thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, der beiden Bauteile dort verbleibt, insbesondere zwischen den beiden Bauteilen, und somit Bestandteil der aus den beiden Bauteilen gebildeten Anordnung wird. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Hilfselement nach dem thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, wieder entfernt und damit die Möglichkeit ge schaffen wird, dass ein Hilfselement für das thermische Ver binden, vorzugsweise Verschweißen, erneut eingesetzt werden kann. Dies ist beispielsweise denkbar, wenn das Hilfselement auf der zu verbindenden bzw. zu verschweißenden Kontaktstelle bzw. Fügestelle der beiden Bauteile aufliegt. Eine Entfernung des Hilfselements nach dem Verschweißen ist selbstverständ lich nur dann sinnvoll und möglich, wenn die beiden miteinan der zu verschweißenden Bauteile bzw. Fügepartner, die z.B. aus Aluminium ausgebildet sind, an der Fügestelle in unmit telbarem Kontakt sind, wobei das Hilfselement seinerseits an dieser unmittelbaren Kontaktstelle anliegt. Sofern keine un mittelbare Anlage zwischen den beiden miteinander zu verschweißenden Bauteilen bzw. Fügepartnern vorliegt, ist eine Entfernung des Hilfselements nach dem Verschweißen nicht mög lich .
Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die beiden Bauteile vor deren thermischen Verbinden, vorzugsweise Ver schweißen, vorgewärmt werden, um insbesondere spannungsindu zierte Risse zu vermeiden. Das Vorwärmen der Bauteile hat den Vorteil, dass der Temperaturgradient zwischen Wärmeeinfluss zone und den übrigen Bereichen der beiden Bauteile verringert wird und damit beim Abkühlen weniger Spannungen entstehen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum thermischen und insbesondere Stoffschlüssigen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, eines aus zumindest zwei Bauteilen bestehenden Gehäuses, das einen Gehäusekorpus mit einer Öffnung und einen Deckel zum Verschließen der Öff nung umfasst, die jeweils aus einem Aluminiumwerkstoff herge stellt sind, wird der Deckel so angeordnet, dass er die Öff nung überspannt und vorzugsweise in Kontakt zum Gehäusekorpus steht, und mit dem Gehäusekorpus thermisch verbunden, vor zugsweise verschweißt, wird, wobei vor dem thermischen Ver binden, vorzugsweise Verschweißen, ein Hilfselement an dem Deckel und dem Gehäusekorpus angeordnet wird, welches an schließend mittels Induktion so erhitzt wird, dass dadurch der Deckel mit dem Gehäusekorpus thermisch verbunden, vor zugsweise verschweißt wird.
Das Gehäuse und insbesondere dessen Gehäusekorpus, Öffnung und Deckel können beliebige Geometrien aufweisen. Die näher beschriebene und in den Figuren schematisch dargestellte, in etwa quaderförmige Ausgestaltung des Gehäuses ist lediglich ein mögliches Ausführungsbeispiel. Dies gilt auch für die Querschnittsgeometrie des Hilfsele ments, die in einfacher Weise rechteckig sein kann. Es sind jedoch auch andere Querschnitte denkbar, beispielsweise tra pezförmige Querschnitte oder zumindest abschnittsweise kurvi ge Querschnitte. Je nach gewähltem Querschnitt ergeben sich dann entsprechend komplementär ausgebildete Anlageflächen für das Hilfselement an der Umfangsfläche des Deckels beziehungs weise am Gehäusekorpus beziehungsweise dessen innerer Seiten wand .
In konstruktiv vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass an einer, vorzugsweise jeder, Seitenwand des Gehäusekorpus im Inneren des Gehäusekorpus eine, insbesondere absatzförmige, Aufnahme ausgebildet ist, in welcher der Deckel zumindest teilweise angeordnet und insbesondere aufgelegt wird, um die Öffnung zu überspannen. Die Aufnahme umfasst vorzugsweise ei nen Steg, der sich von der Seitenwand nach innen weg und vor zugsweise horizontal erstreckt und dessen in Bezug auf das Gehäuse innerste Kante am Umfang der Öffnung liegt und diese hierdurch begrenzt. Durch die Aufnahme kann eine Positionie rung des Deckels und gegebenenfalls des Hilfselements er leichtert werden, sofern letzteres in der Aufnahme und zwi schen dem Deckel und dem Gehäusekorpus angeordnet wird.
Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das
Hilfselement vor dem thermischen Verbinden, vorzugsweise Ver schweißen, mit dem Gehäusekorpus derart mit dem Deckel ver bunden wird, dass der Deckel und das Hilfselement gemeinsam in einer Baugruppe an dem Gehäusekorpus angeordnet und insbe sondere in die Aufnahme des Gehäusekorpus eingesetzt werden können. Hierdurch kann die Positionierung von Deckel und Hilfselement am Gehäusekorpus erleichtert werden. Es ist je- doch auch denkbar, dass das Hilfselement und der Deckel vor dem thermischen Verbinden, vorzugsweise Anschweißen, des De ckels unabhängig voneinander am Gehäusekorpus, insbesondere in der Aufnahme des Gehäusekorpus positioniert werden.
Das Hilfselement kann dabei an einem Außendurchmesser des De ckels, insbesondere auf einer bei auf- beziehungsweise einge setztem Deckel zum Gehäusekorpus zeigenden Umfangsfläche des Deckels angeordnet sein. Damit befindet sich das Hilfselement zumindest teilweise in einem Spalt zwischen Deckel und Gehäu sekorpus, wenn der Deckel in die Aufnahme des Gehäusekorpus eingesetzt ist. Aber auch andere Positionen des Hilfselements auf oder unter dem Deckel sind möglich.
In besonders vorteilhafter Weise ist das Hilfselement ein, vorzugsweise geschlossener, Rahmen und umschließt zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, die Öffnung des Gehäusekorpus. Hierbei kann der Rahmen einteilig oder mehr teilig sein. Bei einer vollständigen Umschließung der Öffnung des Gehäusekorpus ist es möglich, den Deckel umlaufend um die Öffnung mit dem Gehäusekorpus thermisch zu verbinden, vor zugsweise zu verschweißen, und so das Gehäuse an den Kontakt stellen beziehungsweise Fügestellen der genannten Gehäusetei- le, insbesondere wasserdicht und/oder staubdicht, abzudich ten. Dadurch kann der Inhalt im Gehäuse geschützt werden, wodurch es beispielsweise möglich ist, im Gehäuse angeordnete elektrische Baugruppen, insbesondere Hochvolt-Baugruppen vor äußeren Umgebungseinflüssen zu schützen.
Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass der Deckel während des thermischen Verbindens, vorzugsweise Verschwei ßens, mit dem Gehäusekorpus mittels einer zusätzlich zum Ei- gengewicht des Deckels und des Hilfselements aufgebrachten Kraft gegen den Gehäusekorpus gedrückt wird. Diese Kraft kann durch ein Gewicht oder durch eine, insbesondere hydraulische, Vorrichtung erzeugt werden. Hierdurch kann ein Verzug im De ckel und damit die Spannungen in der Fügestelle, insbesondere Schweißnaht, verringert werden.
Sofern ein Gehäusekorpus mehrere Öffnungen aufweist, kann mit dem zuvor beschriebenen Verfahren an jeder Öffnung ein ent sprechender Deckel mit dem Gehäusekorpus thermisch verbunden, vorzugsweise verschweißt, werden, um vorzugsweise dichte stoffschlüssige Verbindungen, insbesondere Schweißverbindun gen, zwischen den Gehäuseteilen und somit ein insgesamt ge schlossenes und dichtes Gehäuses zu erreichen. Hierbei kann die Induktionsspule zum Verschließen einer Öffnung (ausgenom men der letzten) beziehungsweise dem hierfür erfolgenden thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, des zugehö rigen Deckels auch im Innern des Gehäusekorpus positioniert werden, wodurch der entsprechend erforderliche Energieeintrag innerhalb des Gehäusekorpus erfolgt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemä ßen Verfahrens sind die beiden Bauteile miteinander zu ver bindende Röhren, zwischen deren in Stoßkonfiguration zu verschweißenden Enden das Hilfselement angeordnet wird.
Hierbei kann ein Hilfselement eingesetzt werden, dessen Dicke der der Röhren entspricht. Alternativ kann die Dicke des Hilfselements geringer sein als die der Röhren. Hierbei kann dann alternativ die Außenumfangsfläche des Hilfselements oder die Innenumfangsfläche des Hilfselements mit der Außenum- fangsfläche der Röhren bzw. der Innenumfangsfläche der Röhren fluchten .
Wenn die Induktionsspule an der Außenumfangsfläche der aus den Röhren und dem Hilfselement gebildeten Röhrenanordnung im Bereich des Hilfselements angeordnet wird, kann bei einem Hilfselement, dessen Außenumfangsfläche mit der der Röhren fluchtet, der Energieeintrag in das Hilfselement erfolgen, ohne dass eine spürbare Abschirmung durch die aus einem Alu miniumwerkstoff bestehenden Röhren aufträte.
Wenn die Induktionsspule an der Innenumfangsfläche der aus den Röhren und dem Hilfselement gebildeten Röhrenanordnung im Bereich des Hilfselements angeordnet wird, kann bei einem Hilfselement, dessen Innenumfangsfläche mit der der Röhren fluchtet, der Energieeintrag in das Hilfselement ebenfalls erfolgen, ohne dass eine spürbare Abschirmung durch die aus einem Aluminiumwerkstoff bestehenden Röhren aufträte.
Wenn sowohl an der Außenumfangsfläche als auch an der Innen umfangsfläche der aus den Röhren und dem Hilfselement gebil deten Röhrenanordnung im Bereich des Hilfselements eine In duktionsspule angeordnet wird, wird der Eintrag in das
Hilfselement zumindest teilweise ohne spürbare Abschirmung durch die aus einem Aluminiumwerkstoff bestehenden Röhren er folgen, wobei je nach Anforderungsprofil an den Schweißvor gang ein in einem großen Bereich einstellbarer, vorzugsweise hoher, Energieeintrag je Zeiteinheit realisierbar ist.
Des Weiteren ist es möglich, dass die beiden Bauteile, die miteinander thermisch verbunden bzw. verschweißt werden sol len, ein oberes Plattenelement und ein unteres Plattenelement einer Kühlplatte sind, die vorzugsweise zur Kühlung von Bat teriemodulen vorgesehen ist, wobei zwischen den beiden Plat tenelementen das Hilfselement angeordnet wird.
Das Hilfselement, welches dem thermischen Verbinden, vorzugs weise dem Verschweißen der beiden Plattenelemente dient, kann in einer Ausnehmung aufgenommen werden, die von zumindest ei nem der beiden Plattenelemente, vorzugsweise von beiden Plat tenelementen, ausgebildet wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausfüh
rungsbeispiels eines Gehäusekorpus, eines Deckels so wie eines Hilfselements zum Verschweißen des Gehäuse korpus und Deckels;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung des von den Ge häuseteilen gemäß des Ausführungsbeispiels nach Fig.
1 gebildeten Gehäuses, nachdem der Deckel und das Hilfselement am Gehäusekorpus angeordnet wurden;
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung des Gehäuses ge mäß Fig. 2 und die Positionierung der Induktionsspu le;
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung des Verschwei ßens des Gehäuses gemäß Fig. 2; Fig. 5 eine schematische perspektivische Darstellung des Ge häuses und einer Induktionsspule;
Fig. 6 zwei Röhren, die gemäß einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer
Stoßkonfiguration miteinander verbunden sind;
Fig. 7 eine Schnittdarstellung der in Figur 6 gezeigten
Röhrenanordnung;
Fig. 8 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Verbindung zweier Röhren zu der in den Figuren 6 und 8 gezeigten Röhrenanordnung;
Fig. 9 eine Schnittdarstellung der Röhrenanordnung
gemäß Figur 8;
Fig. 10 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbin dung zweier Röhren;
Fig. 11 eine Schnittdarstellung der Röhrenanordnung gemäß
Figur 10;
Fig. 12 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ver bindung zweier Röhren;
Fig. 13 eine Schnittdarstellung der Röhrenanordnung gemäß
Figur 12;
Fig. 14 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungs- form des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbin dung zweier Röhren;
Fig. 15 eine Schnittdarstellung der Röhrenanordnung gemäß
Figur 14;
Fig. 16 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbindung zweier Plattenelemente; und
Fig. 17 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Verbindung zweier Plattenelemente.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Aus führungsbeispiels eines Gehäusekorpus 10, eines Deckels 20 sowie eines Hilfselements 30 zum Verschweißen des Deckels 20 mit dem Ge häusekorpus 10. Durch das Verschweißen des Deckels 20 mit dem Ge häusekorpus 10 ergibt sich ein Gehäuse 1, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen quaderförmig ist. Es ist je doch auch denkbar, dass es zylindrisch oder andersartig ausgebil det ist. Das Gehäuse 1 wird vorliegend genutzt, um in seinem In nern angeordnete elektrische Baugruppen, insbesondere eine bei spielhaft und schematisch dargestellte Hochvolt-Baugruppe 70, vor äußeren Umgebungseinflüssen zu schützen.
Der Gehäusekorpus 10 umfasst vier geschlossene sowie voneinander beabstandete und sich jeweils vertikal erstreckende Seitenwände 11. In der Schnittdarstellung von Figur 1 sind der Einfachheit halber nur zwei Seitenwände 11 dargestellt, die parallel zueinan der und rechtwinklig zur Zeichenebene verlaufen. Die beiden nicht dargestellten Seitenwände 11 sind im rechten Winkel zu den vorge- nannten Seitenwänden 11 angeordnet und verlaufen dementsprechend auch parallel zueinander.
Aus der rechteckigen Hauptfläche der Seitenwände 11 ergibt sich eine im Wesentlichen quaderförmige Ausgestaltung des Gehäusekorpus 10. Der Gehäusekorpus 10 umfasst dementsprechend einen geschlosse nen und sich horizontal erstreckenden, rechteckigen Boden 12, der zu den Seitenwänden 11 rechtwinklig angeordnet und mit diesen im Bereich von deren aneinander grenzenden Unterkanten stoffschlüssig verbunden ist.
Der Gehäusekorpus 10 hat an seiner den Unterkanten der Seitenwände 11 gegenüberliegenden Seite eine Öffnung 14. Diese zwischen den Seitenwänden 11 angeordnete Öffnung 14 wird entlang ihres Umfangs beziehungsweise Rands von einem Steg 13 des Gehäusekorpus 10 be grenzt, der sich, vorzugsweise horizontal, nach innen und von den Seitenwänden 11 weg erstreckt. Zusammen mit dem inneren Teil der Seitenwände 11, der jeweils oberhalb des Stegs 13 angeordnet ist, bildet der Steg 13 für den Deckel 20 eine, insbesondere absatzför mige, und die Öffnung 14 begrenzende Aufnahme des Gehäusekorpus 10.
Der Deckel 20 ist flach und quaderförmig ausgebildet, weshalb er in der Schnittdarstellung von Figur 1 rechteckig dargestellt ist. Es ist auch denkbar, dass der Deckel 20 mit Kühlrippen versehen ist .
Der Gehäusekorpus 10 und der Deckel 20 sind jeweils aus einem Alu miniumwerkstoff gefertigt und vorzugsweise als Gussteile ausgebil det, beispielsweise durch Herstellung mittels eines Druckgussver fahrens. Hierbei ist dann vorzugsweise der Gehäusekorpus 10, ins besondere einschließlich seiner Seitenwände 11 und seines Bodens 12, als einteiliges Gussteil ausgebildet. Das Hilfselement 30 ist vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt, welches einen höheren Schmelzpunkt als der Aluminiumwerkstoff des Gehäusekorpus 10 und des Deckels 20 hat, damit es beim Verschwei ßen der vorgenannten Gehäuseteile nicht schmilzt und formbeständig bleibt. Das Hilfselement 30 ist am Außendurchmesser des Deckels 20 auf dessen Umfangsfläche angeordnet und hierzu als geschlos sener Rahmen ausgebildet, der den Deckel 20 an seiner Um fangsfläche umschließt. Das Hilfselement 30 hat im vorliegen den Ausführungsbeispiel einen rechteckigen Querschnitt.
Das rahmenförmige Hilfselement 30 ist dabei derart mit dem Deckel 20 verbunden, dass der Deckel 20 und das Hilfselement 30 gemeinsam in einer Baugruppe in die Aufnahme des Gehäuse korpus 10 eingesetzt werden können, um hierbei auf dem Steg 13 aufzuliegen, die Öffnung 14 zu überspannen und zu verschließen .
Die Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des von den Gehäuseteilen gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fi gur 1 gebildeten Gehäuses 1. Der Deckel 20 und das Hilfsele¬ ment 30 wurden in Figur 2 bereits am Gehäusekorpus 10 ange ordnet, wobei der Deckel 20 und das Hilfselement 30 auf dem Steg 13 beziehungsweise der hiervon begrenzten Aufnahme auf¬ liegen und dadurch die Öffnung 14 vom Deckel 20 überspannt und verschlossen wird. Der Deckel 20 und das Hilfselement 30 sind vorzugsweise so ausgelegt, dass sie bündig mit den Ober kanten der Seitenwände 11 des Gehäusekorpus 10 abschließen.
Es ist jedoch auch denkbar, dass diese sich auf unterschied lichen Höhen, sowohl zueinander als auch in Bezug auf die Oberkanten der Seitenwände 11, erstrecken.
Das an der Umfangsfläche des in die Aufnahme eingesetzten De- ckels 20 angeordnete Hilfselement 30 ist in einem Spalt zwi schen dem Deckel 20 und dem Gehäusekorpus 10 und oberhalb des Stegs 13 des Gehäusekorpus 10 angeordnet. Damit kann der Wär meeintrag in einem Bereich erfolgen, in dem der Deckel 20 und der Gehäusekorpus 10, insbesondere dessen Steg 13, sich be rühren, also eine Kontaktstelle beziehungsweise Fügestelle bilden, und dort eine Stoffschlüssige Verbindung zwischen diesen Gehäuseteilen entstehen kann. Zudem umschließt das Hilfselement 30 vollständig die Öffnung 14 des Gehäusekorpus 10. Dadurch ist es möglich, den Deckel 20 umlaufend um die Öffnung 14 mit dem Gehäusekorpus 10 zu verschweißen und so das Gehäuse 1, insbesondere wasserdicht und/oder staubdicht, abzudichten, sodass der Inhalt im Gehäuse geschützt werden kann. Damit ist es möglich, im Gehäuse 1 angeordnete elektri sche Baugruppen, insbesondere die beispielhaft dargestellte Hochvolt-Baugruppe 70, vor äußeren Umgebungseinflüssen zu schützen .
Der Deckel 20 wird während des Verschweißens mit dem Gehäuse korpus 10 mittels einer zusätzlich zum Eigengewicht des De ckels 20 und des Hilfselements 30 aufgebrachten Kraft gegen den Gehäusekorpus 10 und hierbei in die Aufnahme gedrückt. In vorliegendem Ausführungsbeispiel wird diese Kraft durch ein auf den Deckel 20 aufgesetztes Zusatzgewicht 40 erzeugt.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zur Figur 1 auch für die Figur 2.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Gehäuses 1 gemäß Figur 2 und die Positionierung einer Induk tionsspule 50 zum Erhitzen des Hilfselements 30. Die Indukti onsspule 50 wird so zum Hilfselement 30 positioniert, dass das Hilfselement 30 durch das von der Induktionsspule 50 er zeugte elektromagnetische Feld 51 (siehe Figur 4) so erhitzt werden kann, dass ein Verschweißen der Gehäuseteile, also des Gehäusekorpus 10 mit dem Deckel 20, erfolgen kann. Es ist auch denkbar, dass die Induktionsspule 50 unmittelbar auf das Gehäuse 1 beziehungsweise auf das Hilfselement 30 gelegt wird .
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den Figuren 1 und 2 auch für die Figur 3.
Die Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Verschweißens des Gehäuses gemäß Figur 2. Das Hilfselement 30 wird durch das von der Induktionsspule 50 erzeugte elektro magnetische Feld 51 so erhitzt, dass dadurch in einem an das Hilfselement 30 angrenzenden Bereich der Deckel 20 mit dem Gehäusekorpus 10, insbesondere dessen Steg 13, verschweißt wird. Das Hilfselement 30 wird also dazu verwendet, einen Energieeintrag und einen daraus resultierenden Wärmeeintrag in den Gehäusekorpus 10, insbesondere dessen Steg 13, und den Deckel 20 zu bewirken, um diese Gehäuseteile an ihren Kon taktstellen beziehungsweise Fügestellen stoffschlüssig mitei nander zu verbinden. In diesem Zusammenhang entsteht dort in dem an das Hilfselement 30 angrenzenden Bereich ein flüssiges beziehungsweise schmelzförmiges Schweißgut 60, das vom Mate rial der zu fügenden Gehäuseteile gebildet wird und mittels dessen Verschmelzen der Stoffschluss zwischen dem Gehäusekor pus 10 und dem Deckel 20 erfolgt.
Das Hilfselement 30 verbleibt im vorliegenden Ausführungsbei spiel nach dem Verschweißen des Deckels 20 mit dem Gehäuse korpus 10 an dem Gehäuse 1, insbesondere zwischen dem Gehäu- sekorpus 10 und dem Deckel 20 und wird somit Teil der Gehäu sewandung .
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den Figuren 1, 2 und 3 auch für die Figur 4.
Die Figur 5 zeigt eine schematische perspektivische Darstel lung des Gehäuses 1 und der oberhalb hiervon positionierten Induktionsspule 50. Anhand dieser Darstellung ist die quader förmige Form des Gehäuses 1 erkennbar. Der Deckel 20 und das gestrichelt dargestellte Hilfselement 30 sind bereits am Ge häusekorpus 10 angeordnet und in dessen die Öffnung 14 be grenzende Aufnahme eingesetzt. Die Induktionsspule 50 ist schematisch anhand einer rechteckig verlaufenden Schlaufe dargestellt, welche im Bereich über dem Hilfselement 30 des sen Kontur wiedergibt. Dadurch ist es möglich, dass das ge samte Hilfselement 30 gleichzeitig erhitzt wird.
Figur 6 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Röhrenanordnung 2, deren Röhren 3, 4 aus einem Aluminiumwerkstoff ausgebildet sind. Die beiden Röhren 3, 4 sollen mittels einer Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum thermischen Verbinden an ihren einander zügewandten Enden miteinander verbunden bzw. verschweißt werden. Hierzu ist, wie sich aus einer Zusammenschau der Figuren 6 und 7 ergibt, zwischen den einander zugewandten Stoßenden der Röhren 3, 4 ein Hilfsele ment 5 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel haben sowohl die Röhren 3, 4 als auch das Hilfselement 5 einen zy lindrischen Querschnitt. Grundsätzlich ist das erfindungsge mäße Verfahren jedoch auch bei Röhren bzw. Hilfselementen einsetzbar ist, die eine andere Querschnittsform aufweisen. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die beiden Röhren 3, 4 und das Hilfselement 5 in der in den Figuren 6 und 7 gezeigten Weise angeordnet, um die Röhrenan ordnung 2, wie sie in den Figuren 6 und 7 gezeigt ist, zu re alisieren .
Die beiden Röhren 3, 4 der Röhrenanordnung 2 sind jeweils aus einem Aluminiumwerkstoff gefertigt und vorzugsweise als Guss teile ausgebildet, beispielsweise durch Herstellung mittels eines Druckgussverfahrens.
Das Hilfselement 5 ist vorzugsweise aus Edelstahl herge stellt, der einen höheren Schmelzpunkt als der Aluminiumwerk stoff der Röhren 3, 4 hat. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Hilfselement 5 beim Verschweißen der Röhren 3, 4 nicht schmilzt und formbeständig bleibt. Das Hilfselement 5 ist zwischen den einander zugewandten Stoßenden der Röhren 3, 4 angeordnet und liegt an diesen Stoßenden an.
Die beiden Röhren 3, 4 werden während des Verschweißens in Anlage gegeneinander bzw. gegen das Hilfselement 5 gedrückt. Die entsprechende Andruckkraft kann in beliebiger Weise, z.B. mittels einer Spannvorrichtung od. dgl., aufgebracht werden.
In Figur 8 ist eine Induktionsspule 6 dargestellt, die die Röhrenanordnung 2 an derjenigen Stelle umgibt, an der sich das zwischen den Stoßenden der Röhren 3, 4 angeordnete
Hilfselement 5 befindet. Mittels der Induktionsspule 6 wird das aus Edelstahl bestehende Hilfselement 5 erhitzt. Die Induktionsspule 6 ist in Bezug auf das Hilfselement 5 so posi tioniert, dass das Hilfselement 5 durch das von der Indukti onsspule 6 erzeugte elektromagnetische Feld 7, wie dies in Figur 9 dargestellt ist, so erhitzt werden kann, dass ein Verschweißen der beiden Röhren 3,4 erfolgen kann. Es ist auch denkbar, dass die Induktionsspule 6 unmittelbar auf die Röh renanordnung 2 bzw. das Hilfselement 5 gelegt wird.
Aus der schematischen Schnittdarstellung gemäß Figur 9 geht das Verschweißen der in den Figuren 6 und 7 gezeigten Röhren anordnung 2 hervor. Das Hilfselement 5 wird durch das von der Induktionsspule 6 erzeugte elektromagnetische Feld 7 so er hitzt, dass dadurch in einem an das Hilfselement 5 angrenzen den Bereich der beiden Röhren 3, 4 das Hilfselement mit den Röhren 3, 4 verschweißt wird. Das Hilfselement 5 wird also dazu verwendet, einen Energieeintrag und einen daraus resul tierenden Wärmeeintrag in die Stoßenden der Röhren 3, 4 zu bewirken, um die Stoßenden der Röhren 3, 4 fest mit dem
Hilfselement 5 zu verbinden bzw. zu verschweißen und so die Röhren 3, 4 fest miteinander zu verbinden. In diesem Zusam menhang entsteht an den am Hilfselement 5 anliegenden Stoßen den der Röhren 3, 4 ein flüssiges bzw. schmelzförmiges
Schweißgut 8, das von dem Werkstoff der miteinander zu ver bindenden Röhren 3, 4 gebildet wird und mittels dessen Ver bindung mit dem Hilfselement 5 eine feste Verbindung zwischen den beiden Röhren 3, 4 geschaffen wird.
Das Hilfselement 5 verbleibt im vorstehend geschilderten Aus führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen den Stoßenden der beiden Röhren 3, 4 und wird somit Bestand teil der Röhrenanordnung 2.
In den Figuren 10 und 11 ist eine abgewandelte Ausführungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens zum thermischen und stoffschlüssigen Verbinden bzw. zum Verschweißen der beiden Röhren 3, 4 gezeigt. Im Unterschied zu dem anhand der Figuren 6 bis 9 geschilderten Verfahren ist der Durchmesser des
Hilfselements 5 geringer als der Durchmesser der Röhren 3, 4 der Röhrenanordnung 2. Entsprechend ist das Hilfselement 5 innerhalb einer von den Stoßenden der Röhren 3, 4 gebildeten Ausnehmung 9 aufgenommen, die in radial auswärtiger Richtung von vorstehenden Abschnitten der Stoßenden der Röhren 3, 4 begrenzt ist. An seiner Innenumfangsfläche fluchtet das
Hilfselement 5 mit der Innenumfangsfläche der beiden Röhren 3, 4. Im radial äußeren Bereich der Stoßenden der Röhren 3, 4 liegen diese Stoßenden somit unmittelbar aneinander an, wie dies in den Figuren 10 und 11 gezeigt ist.
In Figur 11 ist mittels einer schematischen Schnittdarstel lung das Verschweißen der beiden Röhren 3, 4 zu der Röhrenan ordnung 2 dargestellt. Das Hilfselement 5 wird durch das von der Induktionsspule 6 erzeugte elektromagnetische Feld 7 so erhitzt, dass dadurch in einem an das Hilfselement 5 angren zenden Bereich der beiden Stoßenden der Röhren 3, 4 die Sto ßenden der Röhren 3, 4 verschweißt werden. Das Hilfselement 5 wird also dazu verwendet, einen Energieeintrag und einen dar aus resultierenden Wärmeeintrag in die Stoßenden der Röhren 3, 4 zu bewirken, um diese Stoßenden an ihren Kontaktstellen bzw. Fügestellen Stoffschlüssig miteinander zu verbinden. In diesem Zusammenhang entsteht dort an dem an das Hilfselement 5 angrenzenden Bereich ein flüssiges bzw. schmelzförmiges Schweißgut 8, das vom Werkstoff der zusammenzufügenden Röhren 3, 4 gebildet wird und mittels dessen Verschmelzen der Stoff schluss zwischen den beiden Röhren 3, 4 erfolgt. Auch im Falle dieses Ausführungsbeispiels verbleibt das
Hilfselement 5 nach dem Verschweißen der beiden Röhren 3, 4 in der Röhrenanordnung 2.
Wie im Falle der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens gemäß den Figuren 6 bis 9 ist auch im Falle der Aus führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den Figu ren 10 und 11 die Konfiguration der Induktionsspule 6 an die des Hilfselements 5 angepasst, so dass eine gleichzeitige und simultane Erhitzung des Hilfselements 5 möglich ist.
Im Falle der in den Figuren 12 und 13 gezeigten weiteren Aus führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum thermischen und stoffschlüssigen Verbinden bzw. Verschweißen der beiden Röhren 3, 4 ist vorgesehen, dass zwar der Außendurchmesser des Hilfselements 5 im Wesentlichen dem der Röhren 3, 4 der
Röhrenanordnung 2 entspricht, jedoch der Innendurchmesser des Hilfselements 5 größer als der der Röhren 3, 4 ist. Das
Hilfselement 5 ist entsprechend in einer Ausnehmung 17 aufge nommen, die im radial äußeren Bereich der Stoßenden der Röh ren 3, 4 gebildet ist. An seiner Außenumfangsfläche fluchtet das Hilfselement 5 mit den Außenumfangsflächen der Röhren 3,
4 der Röhrenanordnung 2.
Auch im Falle des anhand der Figuren 12 und 13 beschriebenen alternativen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ver fahrens ist die Konfiguration der Induktionsspule 6 an die des Hilfselements 5 angepasst, so dass eine gleichmäßige und simultane Aufheizung des Hilfselements 5 ohne weiteres mög lich ist. Figur 13 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Verschweißens der beiden Röhren 3, 4 mit dem in der im radial äußeren Bereich ausgestalteten Ausnehmung 17 angeordneten Hilfselement 5. Das Hilfselement 5 wird durch das von der In duktionsspule 6 erzeugte elektromagnetische Feld 7 so er hitzt, dass dadurch in einem an das Hilfselement 5 angrenzen den Bereich der Stoßenden der Röhren 3, 4 die beiden Röhren 3, 4 miteinander verschweißt werden. Das Hilfselement 5 wird also dazu verwendet, einen Energieeintrag und einen daraus resultierenden Wärmeeintrag in die Stoßenden der Röhren 3, 4 zu bewirken, um diese Röhren 3, 4 an ihren Kontaktstellen bzw. Fügestellen Stoffschlüssig miteinander zu verbinden. In diesem Zusammenhang entsteht dort in dem an das Hilfselement 5 angrenzenden Bereich ein flüssiges bzw. schmelzförmiges Schweißgut 8, das vom Werkstoff der zusammenzufügenden Röhren 3, 4 gebildet wird und mittels dessen Verschmelzen der Stoff schluss zwischen den beiden Röhren 3, 4 erfolgt.
Auch bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah rens verbleibt das Hilfselement 5 nach dem Verschweißen der beiden Röhren 3, 4 in der Röhrenanordnung 2.
Im Falle der in den Figuren 14 und 15 gezeigten weiteren Aus führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum thermischen und stoffschlüssigen Verbinden bzw. Verschweißen der beiden Röhren 3, 4 ist vorgesehen, dass der Innendurchmesser des Hilfselements 5 im Wesentlichen dem der Röhren 3, 4 ent spricht, wobei der Außendurchmesser des Hilfselements 5 klei ner als der der Röhren 3, 4 ist. Das Hilfselement 5 ist ent sprechend in der Ausnehmung 9 aufgenommen, die im radial in neren Bereich der Stoßenden der Röhren 3, 4 gebildet ist. Auf seiner Innenumfangsfläche fluchtet das Hilfselement 5 mit den Innenumfangsflächen der Röhren 3, 4 der Röhrenanordnung 2.
Im Falle des anhand der Figuren 14 und 15 dargestellten al ternativen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfah rens ist die Konfiguration der an der Außenumfangsfläche der Röhrenanordnung 2 angeordneten Induktionsspule 6 an die des Hilfselements 5 angepasst. Des Weiteren ist im Falle dieses Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens an der freien Innenumfangsfläche des Hilfselements 5 eine weitere Induktionsspule 18 angeordnet, die ebenfalls an die Konfigu ration des Hilfselements 5 angepasst ist.
Mittels der an der Innenumfangsfläche des Hilfselements 5 an geordneten weiteren Induktionsspule 18 kann, ohne dass eine Abschirmwirkung der aus dem Aluminiumwerkstoff bestehenden Stoßenden der Röhren 3, 4 auftritt, Energie in das Hilfsele ment 5 eingetragen werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, bei der in den Figu ren 14 und 15 gezeigten Ausführungsform der Röhrenanordnung 2 ausschließlich eine am Innenumfang des Hilfselements 5 vorge sehene Induktionsspule 18 zu verwenden und auf die am Außen umfang der Röhrenanordnung 2 gezeigte Induktionsspule 6 zu verzichten, wobei dann der Energieeintrag in das Hilfselement 5 ausschließlich durch das von der Induktionsspule 18 erzeug te elektromagnetische Feld 19 erfolgt.
Bei der im Folgenden anhand der Figuren 16 und 17 näher er läuterten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum thermischen und insbesondere Stoffschlüssigen Verbinden zweier Bauteile sind als Bauteile, die mittels des Verfahrens miteinander verbunden werden sollen, ein oberes Plattenele ment 15 und ein unteres Plattenelement 16 einer Kühlplatte 21 vorgesehen, die der Kühlung von in den Figuren nicht gezeigten Batteriemodulen dienen soll. Hierzu ist im Falle des in den Figuren 16 und 17 gezeigten Ausführungsbeispiels der Kühlplatte 21 im in den Figuren unteren Plattenelement 16 ein Kühlkanal 22 ausgebildet, durch den hindurch ein Kühlmedium zwecks Abführung thermischer Energie geleitet wird. Beide Plattenelemente 15, 16 sind aus einem Aluminiumwerkstoff her gestellt. Zur Verbindung der beiden Plattenelemente 15, 16 miteinander wird zwischen dem oberen Plattenelement 15 und dem unteren Plattenelement 16 ein Hilfselement 5 angeordnet. Hierzu kann, wie insbesondere aus Figur 17 hervorgeht, an den äußeren Randbereichen der beiden Plattenelemente 15, 16 eine
Ausnehmung 23 ausgebildet sein, in der das Hilfselement 5 aufgenommen ist.
In Figur 17 ist schematisch das Verschweißen der beiden Plat tenelemente 15, 16 zur Kühlplatte 21 dargestellt. Das
Hilfselement 5 wird durch das von der in Figur 17 im Schnitt gezeigten Induktionsspule 6 erzeugte elektromagnetische Feld 7 so erhitzt, dass dadurch in einem an das Hilfselement 5 an grenzenden Bereich der beiden Plattenelemente 15, 16 diese miteinander verschweißt werden. Das Hilfselement 5 wird also dazu verwendet, einen Energieeintrag und einen daraus resultierenden Wärmeeintrag in den Randbereich der beiden Platten elemente 15, 16 zu bewirken, um diese Plattenelemente 15, 16 an ihren Randbereichen stoffschlüssig miteinander zu verbinden. In diesem Zusammenhang entsteht dort in dem an das
Hilfselement 5 angrenzenden Randbereich der beiden Platten elemente 15, 16 ein flüssiges bzw. schmelzförmiges Schweißgut 8, das vom Werkstoff der beiden Plattenelemente 15, 16 gebil- det wird und mittels dessen Verschmelzen der Stoffschluss zwischen den beiden Plattenelementen 15, 16 erfolgt.
Das Hilfselement 5 verbleibt bei dem anhand der Figuren 16 und 17 gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen den beiden Plattenelementen 15, 16 und wird somit Teil der Kühlplatte 21.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Induktionsspule 6, wie sie bei dem Verfahren gemäß den Figuren 16 und 17 eingesetzt wird, in ihrer Kontur an die in Figur 16 gezeigte Kontur des Hilfselements 5 angepasst ist, mit der Folge, dass das
Hilfselement 5 gleichmäßig erhitzt wird.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum thermischen und insbesondere Stoffschlüssi gen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, zweier Bauteile (10, 20; 3, 4; 15, 16), die jeweils aus einem Aluminiumwerk stoff hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, ein
Hilfselement (30; 5) an und zwischen den beiden Bauteilen (10, 20; 3, 4; 18, 19) angeordnet wird, und dass das
Hilfselement (30; 5) beim thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, mittels Induktion so erhitzt wird, dass dadurch die beiden Bauteile (10, 20; 3, 4; 18, 19) thermisch verbun den, vorzugsweise verschweißt, werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Hilfselement (30;
5) mittels einer Induktionsspule (50; 6) erhitzt wird, die derart ausgebildet ist und positioniert wird, dass das gesam te Hilfselement (30; 5) gleichzeitig erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Hilfselement (5) aus einem Werkstoff hergestellt ist, der eine höhere Schmelztemperatur hat als der Aluminiumwerkstoff der Bauteile (10, 20; 3, 4; 15, 16), insbesondere aus Metall, insbesondere aus Eisenmetall, vorzugsweise aus Edelstahl.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Bauteile (10, 20; 3, 4; 15, 16) während des thermischen Ver bindens, vorzugsweise Verschweißens, mittels einer zusätzlich aufgebrachten Kraft zusammengedrückt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Hilfselement (30; 5) nach dem thermischen Verbinden, vorzugs weise Verschweißen, der Bauteile (10, 20; 3, 4; 15, 16) an bzw. zwischen diesen verbleibt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Bauteile (10, 20; 3, 4; 15, 16) vor deren thermischen Verbin den, vorzugsweise Verschweißen, vorgewärmt werden, um insbe sondere spannungsinduzierte Risse zu vermeiden.
7. Verfahren zum thermischen und insbesondere Stoffschlüssi gen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, eines zumindest zweiteiligen Gehäuses (1), das einen Gehäusekorpus (10) mit einer Öffnung (14) und einen Deckel (20) zum Verschließen der Öffnung (14) umfasst, die jeweils aus einem Aluminiumwerk stoff hergestellt sind, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wo bei der Deckel (20) so angeordnet wird, dass er die Öffnung (14) überspannt und vorzugsweise in Kontakt zum Gehäusekorpus (10) steht, und mit dem Gehäusekorpus (10) thermisch verbun den, vorzugsweise verschweißt, wird, und wobei vor dem ther mischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, ein Hilfsele ment (30) an dem Deckel (20) und dem Gehäusekorpus (10) ange ordnet wird, welches anschließend mittels Induktion so er hitzt wird, dass dadurch der Deckel (20) mit dem Gehäusekor pus (10) thermisch verbunden, vorzugsweise verschweißt, wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem an einer, vorzugsweise jeder, Seitenwand (11) im Inneren des Gehäusekorpus (10) ei ne, insbesondere absatzförmige, Aufnahme ausgebildet ist, in welcher der Deckel (20) zumindest teilweise angeordnet und insbesondere aufgelegt wird, um die Öffnung (14) zu überspan nen
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Hilfselement (30) vor dem thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschwei ßen, derart mit dem Deckel (20) verbunden wird, dass der Deckel (20) und das Hilfselement (30) gemeinsam in einer Bau gruppe an dem Gehäusekorpus (10), insbesondere in dessen Auf nahme, angeordnet werden können.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das Hilfselement (30) ein, vorzugsweise geschlossener, Rahmen ist und zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, die Öffnung (14) des Gehäusekorpus (10) umschließt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem der Deckel (20) während des thermischen Verbindens, vorzugsweise Verschweißens, mit dem Gehäusekorpus (10) mittels einer zu sätzlich zum Eigengewicht des Deckels (20) und des Hilfselements (30) aufgebrachten Kraft gegen den Gehäusekorpus (10) gedrückt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die beiden Bauteile Röhren (3, 4) sind, zwischen deren in Stoß konfiguration zu verschweißenden Enden das Hilfselement (5) angeordnet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem ein Hilfselement (5) eingesetzt wird, dessen Dicke der der Röhren (3, 4) ent spricht oder dessen Dicke geringer ist als die der Röhren (3, 4) und dessen Außenumfangsfläche bzw. Innenumfangsfläche mit der Außenumfangsfläche der Röhren (3, 4) bzw. der Innenum fangsfläche der Röhren (3, 4) fluchtet.
14. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Induktions spule (6) an der Außenumfangsfläche und/oder der Innenum fangsfläche der Röhren (3, 4) bzw. des Hilfselements (5) an geordnet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die beiden Bauteile ein oberes Plattenelement (15) und ein unte res Plattenelement (16) einer Kühlplatte (21), vorzugsweise zur Kühlung von Batteriemodulen, sind, zwischen welchen Plat tenelementen (15, 16) das Hilfselement (5) angeordnet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Hilfselement (5) zum thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, der beiden Plattenelemente (15, 16) in einer von zumindest einem
Plattenelement (15, 16), vorzugsweise von beiden Plattenele menten (15, 16), ausgebildeten Ausnehmung (23) aufgenommen wird .
PCT/EP2020/000046 2019-05-17 2020-02-19 VERFAHREN ZUM THERMISCHEN UND INSBESONDERE STOFFSCHLÜSSIGEN VERBINDEN, VORZUGSWEISE VERSCHWEIßEN, ZWEIER BAUTEILE WO2020233829A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019003511.9 2019-05-17
DE102019003511.9A DE102019003511A1 (de) 2019-05-17 2019-05-17 Verfahren zum thermischen und insbesondere stoffschlüssigen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, von Aluminiumgehäuseteilen
DE102020000543.8A DE102020000543A1 (de) 2020-01-24 2020-01-24 Verfahren zum thermischen und insbesondere stoffschlüssigen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, zweier Bauteile
DE102020000543.8 2020-01-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020233829A1 true WO2020233829A1 (de) 2020-11-26

Family

ID=69740321

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/000046 WO2020233829A1 (de) 2019-05-17 2020-02-19 VERFAHREN ZUM THERMISCHEN UND INSBESONDERE STOFFSCHLÜSSIGEN VERBINDEN, VORZUGSWEISE VERSCHWEIßEN, ZWEIER BAUTEILE

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2020233829A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0764493A1 (de) * 1995-09-20 1997-03-26 I.S.C.-Industria Scambiatori Calore S.p.A. Induktionsschweissverfahren und System zur Herstellung einer flüssigkeitsdichten Verbinding zwischen Metallröhren
JPH1147920A (ja) * 1997-07-24 1999-02-23 Showa Alum Corp アルミニウム製電池ケースの接合方法
JPH1167161A (ja) * 1997-08-08 1999-03-09 Showa Alum Corp アルミニウム製電池ケースの接合方法
US20180304390A1 (en) * 2015-10-26 2018-10-25 Nippon Light Metal Company, Ltd. Method for manufacturing cooling unit
DE112016006559T5 (de) 2016-04-14 2018-11-29 Gm Global Technology Operations, Llc Laserpunktschweissen von sich überlappenden werkstücken aus aluminium
KR20190040860A (ko) * 2017-10-11 2019-04-19 이봉재 얇은 두께의 알루미늄 파이프의 브레이징 용접 연결 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0764493A1 (de) * 1995-09-20 1997-03-26 I.S.C.-Industria Scambiatori Calore S.p.A. Induktionsschweissverfahren und System zur Herstellung einer flüssigkeitsdichten Verbinding zwischen Metallröhren
JPH1147920A (ja) * 1997-07-24 1999-02-23 Showa Alum Corp アルミニウム製電池ケースの接合方法
JPH1167161A (ja) * 1997-08-08 1999-03-09 Showa Alum Corp アルミニウム製電池ケースの接合方法
US20180304390A1 (en) * 2015-10-26 2018-10-25 Nippon Light Metal Company, Ltd. Method for manufacturing cooling unit
DE112016006559T5 (de) 2016-04-14 2018-11-29 Gm Global Technology Operations, Llc Laserpunktschweissen von sich überlappenden werkstücken aus aluminium
KR20190040860A (ko) * 2017-10-11 2019-04-19 이봉재 얇은 두께의 알루미늄 파이프의 브레이징 용접 연결 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017202552A1 (de) Kühlerplatte und Verfahren zu deren Herstellung
DE102015110244B4 (de) Batteriezellengehäuse und Verfahren zu dessen Herstellung
EP2735432B1 (de) Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile und Bauteilverbund
EP1774147A1 (de) Abgasanlage sowie verfahren zum verbinden von komponenten einer abgasanlage
DE102012010870A1 (de) Schweißhilfsfügeteil und Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mit diesem Schweißhilfsfügeteil
EP2621659A1 (de) Verfahren zur herstellung eines hybridbauteils durch nieten und schweissen; schweissnietverbindung
DE102012000439A1 (de) Abgasanlage und Verfahren zum Verbinden von Komponenten einer Abgasanlage
EP2842608A2 (de) Druckentlastungsvorrichtung für ein explosionsgeschütztes Gehäuse und Verfahren zu deren Herstellung
DE102012221617A1 (de) Verfahren zum Verbinden von artungleichen metallischen Fügepartnern mittels einer Strahlungsquelle
EP3943327B1 (de) Batterieträger aus leichtmetallprofilen mit kalibrierten enden sowie verfahren zu dessen herstellung
WO2011020546A1 (de) Galvanische zelle mit rahmen und verfahren zu ihrer herstellung
WO2006005291A1 (de) Verfahren zum verbinden mindestens eines drahtes mit einem kontaktelement
EP2500161B1 (de) Vorrichtung zum Verbinden zweier aus Kunststoff bestehender Bauteile mittels eines Laserstrahls
EP2436897A2 (de) Kühler
EP1634344B1 (de) Akkumulator und verfahren zur herstellung einer dichten kontaktklemmendurchführung
EP3124162B1 (de) Verfahren zum herstellen von überlappungsstossschweissverbindungen und überlappungsstossschweissverbindung
DE19719363B4 (de) Kunstharzverbundanordnung
DE102010053608A1 (de) Schweißverbindung
EP1658148B2 (de) Verfahren zum umformen von blechen
WO2020233829A1 (de) VERFAHREN ZUM THERMISCHEN UND INSBESONDERE STOFFSCHLÜSSIGEN VERBINDEN, VORZUGSWEISE VERSCHWEIßEN, ZWEIER BAUTEILE
DE102019003511A1 (de) Verfahren zum thermischen und insbesondere stoffschlüssigen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, von Aluminiumgehäuseteilen
WO2008116551A1 (de) Verfahren zur fixierung strukturgeklebter werkstücke, insbesondere zum laserschweissen von geklebten werkstücken
DE102016208854A1 (de) Fügesystem
EP2753504B1 (de) Wärmeabschirmkörper mit temperaturfesten befestigungsstellen und verfahren zu dessen herstellung
EP1344630B1 (de) Verfahren zum Verschweissen zweier Bauteile aus Kunststoff

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20708431

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE2 Request for preliminary examination filed before expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20708431

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1