WO2019086536A1 - Elektromechanische kraftfahrzeuglenkung mit einer stabilen, kompakten und dichten mechanischen verbindung von gehäuseteilen durch reibrührschweissen - Google Patents

Elektromechanische kraftfahrzeuglenkung mit einer stabilen, kompakten und dichten mechanischen verbindung von gehäuseteilen durch reibrührschweissen Download PDF

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friction stir
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Katrin BLANK
Andreas Münster
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
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    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics

Definitions

  • the present invention relates to an electromechanical motor vehicle steering system with the features of the preamble of claim 1 and a
  • Electromechanical motor vehicle power steering systems have servo units which act as auxiliary power assist devices on a pinion or on a pinion
  • the servo unit has an electronic control unit (ECU) for calculating the steering assistance.
  • ECU electronice control unit
  • US 2016 065 027 AI a multi-part electric motor housing, which is connected to an ECU housing to connect mechanically via a plurality of bolts. This solution proves to be disadvantageous since dirt and water can penetrate via leaky areas and damage the components. Furthermore, a lot of space is required for such a connection.
  • an electromechanical motor vehicle steering system comprising an electric motor and an electronic control unit
  • the electromechanical motor vehicle steering system is at least partially surrounded by housing parts, and at least two of the housing parts are connected to one another by means of friction stir welding.
  • the resultant stable mechanical connection is thus as short as possible in the axial and radial directions and thus does not represent a spatial restriction for the design of the housing parts.
  • the connection process is simple, less susceptible to process fluctuations and also easy to monitor.
  • the housing parts are made of aluminum. It is also conceivable and possible that the housing parts are made of other materials, such as steel or steel alloys.
  • housing parts of the same materials or a combination of different materials can be firmly connected to each other, so for example a plastic housing part with a steel housing part.
  • the housing parts preferably have a butt joint or a lap joint or a combination of butt and lap joint, whereby a simple relative positioning of the housing parts to each other is made possible and different housing shapes can be firmly connected together.
  • a motor housing surrounding the electric motor with a housing part surrounding the electronic control unit by means of
  • Friction stir welding connected. This allows a closed electronic control unit and achieves a seal in which additional Seals can be dispensed with. It is advantageous if the motor housing has a peripheral edge which is mounted on a peripheral edge of the housing surrounding the electronic control unit, wherein the edge of the housing surrounding the electronic control unit has an annular shoulder, so that the annular shoulder or an inner area the edge forms a radial support for the edge of the motor housing. The radial support prevents that during friction stir welding, the motor housing is deformed and allows a higher
  • the edge of the housing surrounding the motor housing has an annular shoulder, so that the annular shoulder or an inner region of the edge forms a radial support for the edge of the housing surrounding the electronic control unit.
  • the shoulder can be formed on the entire circumference of the edge or can be provided only in sections along the circumference. Furthermore, it is conceivable and possible that for the positioning of both housing parts projections or lugs are provided to a
  • the seam depth of the friction stir weld seam is less than 4 mm, more preferably less than 3 mm or more preferably less than 1 mm in the radial direction.
  • the forming weld is stable and strong, so even a small seam depth sufficient to withstand the weight of the control unit, the engine, as well as occurring vibrations and thus permanently connect the engine and the control unit stable.
  • the friction stir welding connects the two housing parts and allows a stable, compact and tight connection. Furthermore, accessibility for the tool is easier to implement.
  • the housing parts are made of aluminum.
  • the housing parts have in one embodiment a butt joint, a lap joint or a combination of butt and lap joint.
  • the two housing parts are a motor housing surrounding the electric motor and a housing surrounding the electronic control unit. It is advantageous if the motor housing has a peripheral edge which is mounted on a peripheral edge of the housing surrounding the electronic control unit, wherein the edge of the housing surrounding the electronic control unit has an annular shoulder, so that the annular shoulder or an inner area the edge of a radial
  • one of the housing parts may have a gradation, so that the respective other housing part can be better supported in the connected state.
  • an open end of a respective housing part is understood, so that the housing parts can be connected to one another at their respective open ends by means of friction stir welding.
  • the tool for friction stir welding can be delivered so particularly easy in the radial direction to the joint of the two housing parts. It is advantageous if the friction stir welding is carried out such that the resulting seam depth of the friction stir weld seam is less than 4 mm, more preferably less than 3 mm or more preferably less than 1 mm in the radial direction.
  • Figure 1 a spatial representation of an electromechanical power steering
  • Figure 2 is a schematic representation of the arrangement of the electric motor of the electromechanical power steering on the rack;
  • 3a shows a schematic representation of a friction stir welding connection of a housing of the electric motor with a housing of a control unit by means of a tool;
  • FIG. 3b shows a three-dimensional representation of a housing of the electric motor with a housing of a control unit of an electric motor with an electrical control unit;
  • Figure 4 a longitudinal section through the housing of the electric motor and the
  • FIG. 5 a detailed view of the connection between the housing parts of
  • FIG. 1 shows an electromechanical motor vehicle power steering system 1 with a steering wheel 2, which is non-rotatably coupled to a steering shaft 3.
  • the torque is then transmitted via the steering shaft 3 to a steering pinion 5.
  • the pinion 5 meshes in a known manner with a toothed segment of a
  • the steering pinion 5 forms together with the rack 6, a steering gear 40th
  • the steering shaft 3 has on the input side a connected to the steering wheel 2 input shaft 30 and the output side connected to the rack 6 via the steering pinion 5 output shaft 31.
  • the input shaft 30 and the output shaft 31 are not torsionally elastic over one in the figure 1
  • a torque introduced by the driver via the steering wheel 2 into the input shaft 30 results in a relative rotation of the input shaft 30 relative to the output shaft 31
  • Relative rotation between input shaft 30 and output shaft 31 can be determined via a rotation angle sensor.
  • the steering shaft 3 according to FIG. 1 furthermore comprises one or more
  • Cardan joints 32 by means of which the course of the steering shaft 3 in the motor vehicle can be adapted to the spatial conditions.
  • the steering intermediate shaft of the steering shaft 3, which is arranged in the illustrated example between two cardan joints 32 and the output shaft 31 connects to the steering pinion 5 of the steering gear 40 is formed as a variable length steering shaft 3.
  • the rack 6 is slidably mounted in a steering housing 60 in the direction of its longitudinal axis. At its free end, the rack 6 is connected to tie rods 7 via ball joints, not shown.
  • the tie rods 7 themselves are connected in a known manner via steering knuckles, each with a steered wheel 8 of the motor vehicle.
  • a rotation of the steering wheel 2 leads via the connection of the steering shaft 3 and the pinion 5 to a longitudinal displacement of the rack 6 and thus to a pivoting of the steered wheels 8.
  • the steered wheels 8 learn about a roadway 80 a reaction, which counteracts the steering movement. For pivoting the wheels 8 consequently a force is required, which is a corresponding
  • a servo unit 10 of an electric motor 9 and an electronic control unit 13 is provided to assist the driver in this steering movement.
  • the servo unit 10 may be coupled either with a steering shaft 3, the steering pinion 5 or the rack 6.
  • the respective power assistance contributes an auxiliary torque in the steering shaft 3, the steering pinion 5 and / or in the rack 6, whereby the driver is assisted in the steering work.
  • the three different auxiliary power supports 10, 100, 101 shown in FIG. 1 show alternative positions for their arrangement. Usually only one of the shown positions is occupied by a power assistance.
  • the servo unit can be used as a superposition steering on the
  • FIG. 2 shows an electromechanical motor vehicle steering system 1 with an electric motor 9, which acts on a ball nut of a ball screw drive 11.
  • an electric motor 9 which acts on a ball nut of a ball screw drive 11.
  • Figure 2 only the housing of the ball screw and the steering gear 40 is shown.
  • the ball nut is connected via revolving balls with a ball screw into engagement, which on the outer circumference of the
  • FIG. 3b shows the electric motor 9 with the motor shaft 12 and an electronic control unit (ECU) 13 connected to the electric motor 9
  • Motor housing 90 of the electric motor 9 is connected to the housing part 130 of the electronic control unit 13 by means of friction stir welding.
  • FIG. 3 b shows the weld seam 14 resulting from the friction stir welding between the two housing parts 90, 130.
  • the two housing parts 90,130 are formed of aluminum.
  • Friction stir welding which is also used as friction stir welding and in
  • a rotating tool 141 is interposed at a joint or joining gap 143 or a joining section between two workpieces, in this example
  • the motor housing 90 and the housing part 130 of the ECU 13 are referred to as the (weld) joint where the welding parts are united together
  • the wear-resistant rotating tool has a profiled pin 142 and a shoulder with a larger diameter than The pen length is the same
  • the tool is moved along the joint, while the shoulder is pressed onto the workpiece surface to the material plasticized by the resulting frictional heat
  • FIGs 4 and 5 show in detail the connection between the two housing parts 90, 130th
  • the motor housing 90 is pot-shaped in an upper area 15 near the electronic control unit 13. On a peripheral edge 16, which forms an open end in the direction of the electronic control unit, this area 15 allows the electronic control unit 13
  • the housing part 130 surrounding the electronic control unit 13 likewise has a pot-shaped area 131 with a circumferential edge 18 projecting perpendicularly from the housing bottom 17 and forms an open end there.
  • the edge 18 of the housing part 130 of the control unit which in the following as
  • Connecting portion is referred to, has an annular shoulder 19 which divides the connecting portion 18 in the assembled state into an inner region 180 and an outer region 181.
  • the outer portion 181 of the edge 18 is located with its end face 20 on the end face 21 of the edge 16 of the cup-shaped portion 15 of the motor housing 90 and the inner portion 180 of the rim 18 and the paragraph 19 is located on the inside 22 of the edge sixteenth of
  • cup-shaped portion 15 of the motor housing 90 forms a radial support for the friction stir welding process.
  • the support ensures a higher dimensional stability of the connection, because the housing is not or only slightly deformed depending on the depth of the seam.
  • the type of joint chosen here is a combination of butt and lap joint. It is advantageous because it facilitates the relative positioning of the housing parts 90, 130 and thus the joining of the two parts before welding. In principle, however, different types of shocks are possible.
  • the friction stir welding has the advantage that a stable, tight mechanical connection is formed. Even a seam that is only a few millimeters wide and even less than a millimeter deep fulfills the requirements for mechanical stability. The space requirement is correspondingly low. In addition, since only the radial accessibility has to be ensured in the region of the joint, there are no restrictions on the housing design. On Cylindrical design is possible and advantageous, since the welding process can be very uniform (constant feed, simple relative movement of the combination of motor housing and ECU housing relative to the tool). Depending on the choice of electrical connection technology, a closed ECU can be implemented. Another advantage of friction stir welding is the good
  • connection of a motor housing to a housing for the electronic control unit by means of friction stir welding described above with reference to the drawings is only one example of the present invention.
  • the invention generally relates to a connection of housing parts in an electromechanical power steering by means of friction stir welding. It is therefore also conceivable to use the method for connecting a multi-part steering gear housing, a worm housing with a motor housing, or a sensor housing with a pinion housing, etc.
  • a multi-part steering gear housing a worm housing with a motor housing
  • a sensor housing with a pinion housing etc.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung (1) umfassend einem Elektromotor (9) mit einer elektronischen Steuereinheit (13), wobei die elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung (1) zumindest teilweise von Gehäuseteilen (90, 130) umgeben ist, und wobei mindestens zwei der Gehäuseteile (90, 130) mittels Reibrührschweißen miteinander verbunden sind.

Description

Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung mit einer stabilen,
kompakten und dichten mechanischen Verbindung von Gehäuseteilen durch Reibrührschweißen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein
Verfahren zum Verbinden von Gehäuseteilen einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7. Elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkungen weisen Servoeinheiten auf, die als Hilfskraftunterstützungseinrichtung an einem Ritzel oder einer
Zahnstange des Lenkgetriebes angeordnet sein können. Die Servoeinheit weist dabei neben einem Elektromotor eine zur Berechnung der Lenkunterstützung elektronische Steuereinheit (ECU) auf. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, beispielsweise aus der Offenlegungsschrift US 2016 065 027 AI, ein mehrteiliges Elektromotorgehäuse, welches mit einem ECU-Gehäuse verbunden ist, über mehrere Bolzen mechanisch zu verbinden. Als nachteilig erweist sich diese Lösung, da über undichte Bereiche Schmutz und Wasser eindringen und die Komponenten schädigen kann. Weiterhin wird für eine derartige Verbindung viel Bauraum benötigt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten mechanischen Verbindung zwischen den Gehäuseteilen einer elektromechanischen Kraftfahrzeugservolenkung anzugeben, das eine stabile, kompakte und dichte Verbindung ermöglicht, die in ihrer Herstellung einfach und gut überwachbar ist. Diese Aufgabe wird von einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren zum Verbinden von Gehäuseteilen einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Demnach ist eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung umfassend einen Elektromotor und eine elektronische Steuereinheit vorgesehen, wobei die elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung zumindest teilweise von Gehäuseteilen umgeben ist, und mindestens zwei der Gehäuseteile mittels Reibrührschweißen miteinander verbunden sind . Die resultierende stabile mechanische Verbindung ist in axialer und radialer Richtung dadurch so kurz wie möglich und stellt somit keine räumliche Einschränkung für das Design der Gehäuseteile dar. Der Verbindungsprozess ist einfach, wenig anfällig für Prozessschwankungen und zudem gut überwachbar.
Vorzugsweise sind die Gehäuseteile aus Aluminium hergestellt. Es ist auch denkbar und möglich, dass die Gehäuseteile aus anderen Materialien hergestellt sind, wie beispielsweise Stahl bzw. Stahl-Legierungen. Mittels der Reibrührschweißverbindung können Gehäuseteile gleicher Materialien oder eine Kombination aus unterschiedlichen Materialien miteinander fest verbunden werden, also beispielsweise ein Kunststoffgehäuseteil mit einem Stahlgehäuseteil . Die Gehäuseteile weisen bevorzugt einen Stumpfstoß oder einen Überlappstoß oder eine Kombination aus Stumpf- und Überlappstoß auf, wodurch ein einfaches relatives Positionieren der Gehäuseteile zueinander ermöglicht wird und unterschiedliche Gehäuseformen fest miteinander verbunden werden können.
Bevorzugt ist ein den Elektromotor umgebendes Motorgehäuse mit einem die elektronische Steuereinheit umgebenden Gehäuseteil mittels
Reibrührschweißen verbunden. Dadurch wird eine geschlossene elektronische Steuereinheit ermöglicht und eine Abdichtung erzielt, bei der auf zusätzliche Dichtungen verzichtet werden kann. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Motorgehäuse einen umlaufenden Rand aufweist, der auf einem umlaufenden Rand des die elektronische Steuereinheit umgebenden Gehäuseteils aufgesetzt ist, wobei der Rand des die elektronische Steuereinheit umgebenden Gehäuseteils einen ringförmigen Absatz aufweist, so dass der ringförmige Absatz oder ein innerer Bereich des Randes eine radiale Abstützung für den Rand des Motorgehäuses bildet. Die radiale Abstützung verhindert, dass beim Reibrührschweißen das Motorgehäuse verformt wird und ermöglicht eine höhere
Stabilität. Es ist selbstverständlich denkbar und möglich, dass der Rand des das Motorgehäuse umgebenden Gehäuseteils einen ringförmigen Absatz aufweist, so dass der ringförmige Absatz oder ein innerer Bereich des Randes eine radiale Abstützung für den Rand des die elektronische Steuereinheit umgebenden Gehäuseteils bildet. Der Absatz kann am kompletten Umfang des Randes ausgebildet sein oder nur abschnittsweise entlang des Umfangs vor- gesehen sein. Weiterhin ist es denkbar und möglich, dass zur Positionierung beider Gehäuseteile Vorsprünge oder Nasen vorgesehen sind, um ein
Verschieben oder Verrutschen beider Gehäuseteile zueinander zu verhindern.
Vorzugsweise ist die Nahttiefe der Reibrührschweißnaht kleiner als 4 mm, weiter bevorzugt kleiner als 3 mm oder weiter bevorzugt kleiner als 1 mm in radialer Richtung . Die sich ausbildende Schweißnaht ist stabil und fest, sodass schon eine geringe Nahttiefe ausreicht, um das Eigengewicht der Steuereinheit, des Motors, sowie auftretende Schwingungen auszuhalten und somit den Motor und die Steuereinheit dauerhaft stabil zu verbinden.
Es ist weiterhin ein Verfahren zum Verbinden von Gehäuseteilen einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung umfassend einen Elektromotor und eine elektronische Steuereinheit mit folgenden Schritten vorgesehen :
• Bereitstellen zweier Gehäuseteile;
• Positionieren des ersten Gehäuseteiles auf dem zweiten Gehäuseteil, so dass sich ein Stoß ausbildet; · Entlangfahren eines sich drehenden Werkzeuges am Stoß zur
Ausbildung einer Reibrührschweißnaht; • Am Nahtende Herausziehen des Werkzeuges aus dem Stoß der beiden Gehäuseteile.
Das Reibrührschweißen verbindet die beiden Gehäuseteile und ermöglicht eine stabile, kompakte und dichte Verbindung. Weiterhin ist eine Zugänglichkeit für das Werkzeug leichter umsetzbar.
Vorzugsweise sind die Gehäuseteile aus Aluminium hergestellt. Die Gehäuseteile weisen in einem Ausführungsbeispiel einen Stumpfstoß, einen Überlappstoß oder eine Kombination aus Stumpf- und Überlappstoß auf. Bevorzugt sind die beiden Gehäuseteile ein den Elektromotor umgebendes Motorgehäuse und ein die elektronische Steuereinheit umgebendes Gehäuseteil. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Motorgehäuse einen umlaufenden Rand aufweist, der auf einem umlaufenden Rand des die elektronische Steuereinheit umgebenden Gehäuseteils aufgesetzt ist, wobei der Rand des die elektronische Steuereinheit umgebenden Gehäuseteils einen ringförmigen Absatz aufweist, so dass der ringförmige Absatz oder ein innerer Bereich des Randes eine radiale
Abstützung für den Rand des Motorgehäuses bildet. Oder in anderen Worten im Verbindungsbereich zwischen Motorgehäuse und dem Gehäuseteil der Steuereinheit kann eines der Gehäuseteile eine Abstufung haben, sodass das jeweils andere Gehäuseteil im verbundenen Zustand besser abgestützt werden kann. Als Rand wird dabei ein offenes Ende eines jeweiligen Gehäuseteils verstanden, sodass die Gehäuseteile an ihren jeweiligen offenen Enden mittels Reibrührschweißen miteinander verbunden werden können. Vorzugsweise sind das Motorgehäuse und der die elektronische Steuereinheit umgebende
Gehäuseteil zylindrisch ausgebildet, so dass sich der Stoß ringförmig entlang des Umfanges erstreckt. Das Werkzeug zum Reibrührschweißen kann so besonders einfach in radialer Richtung auf den Stoß der beiden Gehäuseteile zugestellt werden. Es ist vorteilhaft, wenn das Reibrührschweißen derart ausgeführt wird, dass die resultierende Nahttiefe der Reibrührschweißnaht kleiner als 4 mm, weiter bevorzugt kleiner als 3 mm oder weiter bevorzugt kleiner als 1 mm in radialer Richtung ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleichen Funktionen tragen gleiche Bezugszeichen. Es zeigen :
Figur 1 : eine räumliche Darstellung einer elektromechanischen Servolenkung;
Figur 2 : eine schematische Darstellung der Anordnung des Elektromotors der elektromechanischen Servolenkung an der Zahnstange; Figur 3a : eine schematische Darstellung einer Reibrührschweißverbindung eines Gehäuses des Elektromotors mit einem Gehäuse einer Steuereinheit mittels eines Werkzeugs;
Figur 3b: eine räumliche Darstellung eines Gehäuses des Elektromotors mit einem Gehäuse einer Steuereinheit eines Elektromotors mit elektrischer Steuereinheit;
Figur 4: ein Längsschnitt durch das Gehäuse des Elektromotors und der
elektrischen Steuereinheit; sowie
Figur 5 : eine Detailansicht der Verbindung zwischen den Gehäuseteilen des
Elektromotors und der elektrischen Steuereinheit. In der Figur 1 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkung 1 mit einem Lenkrad 2, das mit einer Lenkwelle 3 drehfest gekoppelt ist,
schematisch dargestellt. Über das Lenkrad 2 bringt der Fahrer ein
entsprechendes Drehmoment als Lenkbefehl in die Lenkwelle 3 ein. Das Drehmoment wird dann über die Lenkwelle 3 auf ein Lenkritzel 5 übertragen. Das Ritzel 5 kämmt in bekannter Weise mit einem Zahnsegment einer
Zahnstange 6. Das Lenkritzel 5 bildet zusammen mit der Zahnstange 6 ein Lenkgetriebe 40.
Die Lenkwelle 3 weist eingangsseitig eine mit dem Lenkrad 2 verbundene Eingangswelle 30 und ausgangsseitig eine mit der Zahnstange 6 über das Lenkritzel 5 verbundene Ausgangswelle 31 auf. Die Eingangswelle 30 und die Ausgangswelle 31 sind drehelastisch über einen in der Figur 1 nicht
dargestellten Drehstab miteinander verbunden. Ein vom Fahrer über das Lenkrad 2 in die Eingangswelle 30 eingeleitetes Drehmoment führt zu einer Relativdrehung der Eingangswelle 30 bezüglich der Ausgangswelle 31. Diese Relativdrehung zwischen Eingangswelle 30 und Ausgangswelle 31 kann über einen Drehwinkelsensor ermittelt werden.
Die Lenkwelle 3 gemäß Figur 1 umfasst weiterhin ein oder mehrere
kardanische Gelenke 32, mittels welchen der Verlauf der Lenkwelle 3 im Kraftfahrzeug an die räumlichen Gegebenheiten angepasst werden kann. Die Lenkzwischenwelle der Lenkwelle 3, die in dem dargestellten Beispiel zwischen zwei kardanischen Gelenken 32 angeordnet ist und die Ausgangswelle 31 mit dem Lenkritzel 5 des Lenkgetriebes 40 verbindet, ist als längenveränderbare Lenkwelle 3 ausgebildet. Die Zahnstange 6 ist in einem Lenkungsgehäuse 60 in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. An ihrem freien Ende ist die Zahnstange 6 mit Spurstangen 7 über nicht dargestellte Kugelgelenke verbunden. Die Spurstangen 7 selbst sind in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad 8 des Kraftfahrzeugs verbunden. Eine Drehung des Lenkrades 2 führt über die Verbindung der Lenkwelle 3 und des Ritzels 5 zu einer Längsverschiebung der Zahnstange 6 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 8. Die gelenkten Räder 8 erfahren über eine Fahrbahn 80 eine Rückwirkung, die der Lenkbewegung entgegen wirkt. Zum Verschwenken der Räder 8 ist folglich eine Kraft erforderlich, die ein entsprechendes
Drehmoment am Lenkrad 2 erforderlich macht. Eine Servoeinheit 10 aus einem Elektromotor 9 und einer elektronischen Steuereinheit 13 ist vorgesehen, um dem Fahrer bei dieser Lenkbewegung zu unterstützen. Die Servoeinheit 10 kann dabei entweder mit einer Lenkwelle 3, dem Lenkritzel 5 oder der Zahnstange 6 gekoppelt sein. Die jeweilige Hilfskraftunterstützung trägt ein Hilfskraftmoment in die Lenkwelle 3, das Lenkritzel 5 und/oder in die Zahnstange 6 ein, wodurch der Fahrer bei der Lenkarbeit unterstützt wird . Die drei unterschiedlichen in Figur 1 dargestellten Hilfskraftunterstützungen 10, 100, 101 zeigen alternative Positionen für deren Anordnung . Üblicherweise ist nur eine einzige der gezeigten Positionen mit einer Hilfskraftunterstützung belegt. Die Servoeinheit kann dabei als Überlagerungslenkung an der
Lenksäule oder als Hilfskraftunterstützungseinrichtung an dem Ritzel 5 oder der Zahnstange 6 angeordnet sein. In der Figur 2 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung 1 mit einem Elektromotor 9 dargestellt, der auf eine Kugelmutter eines Kugelgewindetriebs 11 wirkt. In Figur 2 ist lediglich das Gehäuse des Kugelgewindetriebs und des Lenkgetriebes 40 dargestellt. Die Kugelmutter steht über umlaufende Kugeln mit einem Kugelgewinde in Eingriff, welches am äußeren Umfang der
Zahnstange 6 angeordnet ist. Eine Drehung der Kugelmutter bewirkt eine axiale Verlagerung der Zahnstange 6, wodurch eine Lenkbewegung des Fahrers unterstützt wird . Bevorzugt ist der Kugelgewindetrieb 11 über einen Zahnriemen mit dem Elektromotor 9 gekoppelt. Figur 3b zeigt den Elektromotor 9 mit der Motorwelle 12 und eine mit dem Elektromotor 9 verbundene elektronische Steuereinheit (ECU) 13. Das
Motorgehäuse 90 des Elektromotors 9 ist mit dem Gehäuseteil 130 der elektronischen Steuereinheit 13 mittels Reibrührschweißen verbunden. In der Figur 3b ist die aus dem Reibrührschweißen resultierende Schweißnaht 14 zwischen den beiden Gehäuseteilen 90,130 dargestellt. Bevorzugt werden die beiden Gehäuseteile 90,130 aus Aluminium gebildet.
Das Reibrührschweißen, welches auch als Rührreibschweißen und im
englischen als„friction stir welding" bezeichnet wird und als Synonym verwendet werden kann, ist ein Pressschweißverfahren und ist in Figur 3a dargestellt. Ein sich drehendes Werkzeug 141 wird an einem Stoß oder einem Fügespalt 143 oder einem Fügeabschnitt zwischen zwei Werkstücken, in diesem Beispiel zwischen dem Motorgehäuse 90 und dem Gehäuseteil 130 der ECU 13, entlang geführt. Als (Schweiß-) Stoß wird der Bereich bezeichnet, in dem die Schweißteile miteinander vereinigt werden. Das verschleißfeste drehende Werkzeug hat einen profilierten Stift 142 und eine Schulter mit einem größeren Durchmesser als der Stift. Die Stiftlänge gleicht der
erforderlichen Schweißnahttiefe. Das Werkzeug wird entlang des Stoßes verfahren, während die Schulter auf die Werkstückoberfläche gepresst wird, um den durch die entstehende Reibwärme plastifizierten Werkstoff
zusammenzustauchen, sodass die Schweißnaht 14 gebildet wird . Am Nahtende wird das Werkzeug aus dem Verbindungsbereich herausgezogen. Die
Schweißnaht ist unmittelbar belastbar. Die Figuren 4 und 5 zeigen im Detail die Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 90, 130.
Das Motorgehäuse 90 ist in einem oberen, der elektronischen Steuereinheit 13 nahen Bereich 15 topfförmig ausgestaltet. Auf einem umlaufenden Rand 16, welcher in Richtung der elektronischen Steuereinheit ein offenes Ende bildet, dieses Bereichs 15 lässt sich das die elektronische Steuereinheit 13
umgebende Gehäuseteil 130 aufsetzten. Dazu weist das die elektronische Steuereinheit 13 umgebende Gehäuseteil 130 ebenfalls einen topfförmigen Bereich 131 mit einem umlaufenden und senkrecht vom Gehäuseboden 17 abstehenden Rand 18 auf und bildet dort ein offenes Ende. Der Rand 18 des Gehäuseteils 130 der Steuereinheit, welcher im Folgenden als
Verbindungsabschnitt bezeichnet wird, weist einen ringförmigen Absatz 19 auf, der den Verbindungsabschnitt 18 im zusammengebauten Zustand in einen inneren Bereich 180 und einen äußeren Bereich 181 aufteilt. Im
zusammengesetzten Zustand liegt der äußere Bereich 181 des Randes 18 mit seiner Stirnseite 20 auf der Stirnseite 21 des Randes 16 des topfförmigen Bereichs 15 des Motorgehäuses 90 auf und der innere Bereich 180 des Randes 18 bzw. der Absatz 19 liegt an der Innenseite 22 des Randes 16 des
topfförmigen Bereichs 15 des Motorgehäuses 90 an und bildet somit eine radiale Abstützung für den Reibrührschweißprozess. Die Abstützung sorgt für eine höhere Formstabilität der Verbindung, weil das Gehäuse je nach Nahttiefe nicht oder nur wenig verformt wird.
Die hier gewählte Stoßart ist eine Kombination aus Stumpf- und Überlappstoß. Sie ist vorteilhaft, weil dadurch die relative Positionierung der Gehäuseteile 90,130 und damit das Fügen der beiden Teile vor dem Schweißen vereinfacht wird . Prinzipiell sind aber verschiedene Stoßformen möglich.
Das Reibrührschweißen hat den Vorteil, dass eine stabile, dichte mechanische Verbindung entsteht. Schon eine Naht die nur wenige Millimeter breit und sogar weniger als einen Millimeter tief ist, erfüllt die Anforderungen an die mechanische Stabilität. Der Platzbedarf ist dementsprechend gering . Da außerdem im Bereich des Stoßes nur die radiale Zugänglichkeit sichergestellt werden muss, gibt es keine Einschränkungen für das Gehäusedesign. Ein zylindrisches Design ist möglich und vorteilhaft, da der Schweißprozess sehr gleichmäßig erfolgen kann (konstanter Vorschub, einfache relativ Bewegung der Kombination aus Motorgehäuse und ECU-Gehäuse gegenüber dem Werkzeug). Je nach Wahl der elektrischen Verbindungstechnik ist eine geschlossene ECU umsetzbar. Ein weiterer Vorteil von Reibrührschweißen ist die gute
Überwachbarkeit des Verfahrens. Anhand der Prozessparameter, wie z. B. der aufgebrachten Kraft, kann auf die Eigenschaften der Schweißnaht geschlossen werden. Es ist daher keine aufwändige Kontrolle der Schweißnaht durch z. B. Röntgen notwendig. Zusätzlich ermöglicht die dadurch geschaffene stoff- schlüssige Verbindung, dass auf Dichtelemente, wie beispielsweise einen O- Ring, verzichtet werden kann. Dichtelemente können durch Wechselwirkungen mit anderen Stoffen, wie beispielsweise Fett, Öl oder Benzin, zur
Verschlechterung der Dichtfunktion bis hin zu technischen Ausfällen führen. Darüber hinaus sind Dichtflächen korrosionsanfällig, sodass zusätzliche
Schutzmaßnahmen getroffen werden müssen.
Die zuvor mit Hilfe der Zeichnungen beschriebene Verbindung eines Motorgehäuses mit einem Gehäuse für die elektronische Steuereinheit mittels Reibrührschweißen ist nur ein Beispiel für die vorliegende Erfindung . Die Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Verbindung von Gehäuseteilen in einer elektromechanischen Servolenkung mittels Reibrührschweißen. Es ist daher auch denkbar das Verfahren zur Verbindung eines mehrteiligen Lenkgetriebegehäuses, eines Schneckengehäuses mit einem Motorgehäuse, oder eines Sensorgehäuses mit einem Ritzelgehäuse, usw. einzusetzen. Je nach
Einsatzbereich können verschiedene Stoßarten verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung (1) umfassend einen Elektromotor (9) und eine elektronische Steuereinheit (13), wobei die elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung (1) zumindest teilweise von Gehäuseteilen (90, 130) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens zwei der Gehäuseteile (90, 130) mittels Reibrührschweißen miteinander verbunden sind.
2. Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (90, 130) aus Aluminium hergestellt sind .
3. Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (90,130) einen
Stumpfstoß, einen Überlappstoß oder eine Kombination aus Stumpf- und Überlappstoß aufweisen.
4. Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein den
Elektromotor (9) umgebendes Motorgehäuse (90) mit einem die elektronische Steuereinheit (13) umgebenden Gehäuseteil (130) mittels Reibrührschweißen verbunden ist.
5. Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (90) einen umlaufenden Rand (16) aufweist, der auf einem umlaufenden Rand (18) des die
elektronische Steuereinheit (13) umgebenden Gehäuseteils (130) aufgesetzt ist, wobei der Rand (18) des die elektronische Steuereinheit (13) umgebenden Gehäuseteils (130) einen ringförmigen Absatz (19) aufweist, so dass der ringförmige Absatz (19) des Randes (18) eine radiale Abstützung für den Rand (16) des Motorgehäuses (90) bildet. Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nahttiefe der Reibrührschweißnaht (14) kleiner als 4 mm oder kleiner als 3 mm oder kleiner als 1 mm in radialer Richtung ist.
Verfahren zum Verbinden von Gehäuseteilen einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung (1) umfassend einen Elektromotor (9) und eine elektronischen Steuereinheit (13), dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte vorgesehen sind :
• Bereitstellen zweier Gehäuseteile (90,130);
• Positionieren des ersten Gehäuseteiles (90) auf dem zweiten
Gehäuseteil (130), so dass sich ein Stoß ausbildet;
• Entlangfahren eines sich drehenden Werkzeuges am Stoß zur
Ausbildung einer Reibrührschweißnaht (14);
• Am Nahtende Herausziehen des Werkzeuges aus dem Stoß der
beiden Gehäuseteile (90,130).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Gehäuseteile (90, 130) aus Aluminium hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (90, 130) einen Stumpfstoß, einen Überlappstoß oder eine Kombination aus Stumpf- und Überlappstoß aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuseteile (90, 130) ein den Elektromotor (9) umgebendes Motorgehäuse (90) und ein die elektronische Steuereinheit (13) umgebendes Gehäuseteil (130) sind .
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (90) einen umlaufenden Rand (16) aufweist, der auf einem umlaufenden Rand (18) des die elektronische Steuereinheit (13) umgebenden Gehäuseteils (130) aufgesetzt ist, wobei der Rand (18) des die elektronische Steuereinheit (13) umgebenden Gehäuseteils (130) einen ringförmigen Absatz (19) aufweist, so dass der ringförmige Absatz (19) des Randes (18) eine radiale Abstützung für den Rand (16) des Motorgehäuses (90) bildet.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (90) und der die elektronische Steuereinheit (13) umgebende Gehäuseteil (130) zylindrisch ausgebildet sind und der Stoß sich ringförmig entlang des Umfanges erstreckt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibrührschweißen derart ausgeführt wird, dass die resultierende Nahttiefe der Reibrührschweißnaht (14) kleiner als 4 mm oder kleiner als 3 mm oder kleiner als 1 mm in radialer Richtung ist.
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