用于凸轮轴的混合型轴承座的制作方法

本发明涉及用于将凸轮轴安装在内燃发动机的气缸盖中的轴承元件，其中，轴承元件围绕轴承环，凸轮轴以可旋转的方式安装在轴承环中，其中，轴承元件由第一材料制成，该第一材料的膨胀系数大于制成轴承环的第二材料的膨胀系数。本发明还涉及由轴承元件、轴承环和凸轮轴构成的系统。

背景技术：

安装在滑动轴承中的凸轮轴早已是公知的，而且该凸轮轴在设计方面不需要特别高的花费。然而，为了减重的目的，越来越多的内燃发动机零件由特别轻质的材料、比如铝或者甚至塑料制成，所以必须特别注意不同材料制成的部件之间的过渡。在凸轮轴的情况下，例如轴承元件由轻质材料制成而凸轮轴自身仍然由合金钢制成。

如已知的，轻质材料的膨胀系数(铝：纵向膨胀系数α＝23.1*10^-6K^-1)大于合金钢的膨胀系数，合金钢的纵向膨胀系数约为轻质材料的纵向膨胀系数的一半。事实上，空间膨胀系数γ甚至可以为γ＝3*α。由于由钢制成并被安装在由铝制成的轴承中的凸轮轴的这些不同的膨胀系数，轴承游隙随着发动机升温而改变，使得轴承间隙增加。随着发动机升温，增大的轴承间隙导致油通过量相应地增加。在本文中，该效果不取决于轴承的设计，具体地无论其是以轴承座模块的形式还是如常规的安装在气缸盖中或导引架中都会产生这种效果。在该情况下，轴承通道是分开的还是闭合的并不重要。

DE 10 2012 007 334 A1公开了用作轴承支承件的塑料凸轮轴模块，该塑料凸轮轴模块铸造或注模在单独生产的钢轴承环周围。然而，该轴承环不能适当地保持在塑料中。

因此，本发明的目的是提出一种具有简单的结构并且在生产方面成本有效的轴承元件，该轴承元件是轻质的并且是足够稳定的，并且具有在内燃发动机的整个温度范围内相对于凸轮轴尽可能恒定的轴承游隙，因此减小了油通过量。本发明的另一目的是提出一种由轴承元件和凸轮轴构成的相应的系统。

这些目的通过如权利要求1所要求保护的轴承元件和如权利要求7所要求保护的系统来实现。在相应的从属权利要求中描述了有利的实施方式。

根据权利要求的措词，本发明利用了材料配对属性以及因此得到的制成轴承元件和轴承环的材料的不同的膨胀系数，以利用不同的膨胀来促进轴承元件和轴承环的相互支撑。特别优选的材料配对包含由钢或灰口铸铁、特别是GJL(灰铸铁)制造的轴承环和凸轮轴，而围绕着轴承环的轴承元件由较轻质的材料、比如铝或镁合金制成。为了实现均匀的膨胀，有利地，使制成轴承环的第二材料的膨胀系数与制成待被容纳在轴承环中的凸轮轴的材料的膨胀系数至少近似相等。

本发明的重要方面在于在轴承元件与轴承环之间形成的过渡表面的特定造型部。在本文中，造型部被理解为轴承环上的轮廓与轴承元件上的配合轮廓的配对。根据本发明，造型部的两侧包括将轴承环和轴承元件保持在一起的保持结构。根据本发明，这些保持结构设计成使得它们利用在加热时不同膨胀的效果来进一步增强相互的接合，而不是使相互的接合减弱。因此，膨胀使保持结构的支撑更强。根据本发明的造型部实现了在所插入的轴承环的附着性方面以及轴承环与轴承元件之间的力的定向传递方面的一些改进。

因此，根据本发明的系统包括轴承元件，该轴承元件由第一材料制成，并且由第二材料制成的轴承环以形状配合的方式保持在该轴承元件中。以可旋转的方式安装在轴承环中的凸轮轴为该系统的另一部分并且由第三材料制成。根据本发明，轴承元件的第一材料的膨胀系数大于第二材料的膨胀系数和第三材料的膨胀系数。

根据本发明，轴承环的外表面设置有以形状配合的方式与形成在轴承元件的围绕轴承环的内表面上的配合轮廓相接合的轮廓，其中，由轮廓和配合轮廓形成的造型部形成保持结构，所述保持结构在热膨胀的情况下支撑彼此。在本文中，第二材料的膨胀系数至少近似等于第三材料的膨胀系数。

例如通过形成底切的保持结构可以实现优化的保持效果和良好的力传递效果，所述底切可以在一定程度上补偿不同的材料膨胀。在本文中，如果由此形成的造型部凹入到轴承环的外表面中以作为包括凹部的结构，并且造型部以轴对称的型式围绕轴承环，则是有利的。然后，形成在轴承元件上的配合轮廓对应地接合在凹部中。

替代地或进一步地，保持结构也可以形成突出至相应的其它材料中的一个或更多个锚定部/锚固部。在这种情况下，如果造型部从轴承环的外表面延伸出来使得造型部在轴承环的外表面上方隆起并且形成接合在轴承元件中的至少一个锚定部，则是有利的。

另一可能方案包括设置由沿轴向方向和周向方向两者延伸的齿状部组成的保持结构，其中有利地可以通过机械工艺或化学工艺、例如使用阿尔芬工艺来使表面粗糙化，从而增加表面面积。

然而，所有的这些实施方式都包含下述事实：轴承环的外表面设置有与形成在轴承元件的围绕轴承环的内表面上的配合轮廓以形状配合的方式接合的轮廓。根据本发明，由轮廓和配合轮廓形成的造型部使得轮廓和配合轮廓形成为在热膨胀的情况下支撑彼此的保持结构。

除了改进轴承环在轴承元件中的固位以外，此支撑还确保轴承环在加热情况下不会比安装在轴承环中的凸轮轴膨胀得更宽。因此，通过有目的地利用形成凸轮轴的配对部的座架的混合型材料系统的不同热膨胀也实现了凸轮轴与轴承环之间的恒定的轴承游隙，并且因此实现润滑油的恒定的、低的消耗。混合型材料系统也使以成本有效的方式制造轻质的且还足够稳定的简单轴承元件成为可能。

在特别的优选实施方式中，凸轮轴座架具有模块化的整体结构。为此，如果根据本发明的形成有轮廓的轴承环被保持在以轴承座的形式的模块中，则是有利的。理想地，轴承环通过镶铸在特别是由铝或镁合金制成的轴承座中而一体地形成。

由于凸轮轴模块通常包括两个平行的凸轮轴，因此在两个轴承环被连接至共用锚定部——该共用锚定部被设计为呈“双轴承板”的形式的桥元件——的情况下，则是特别有利的。在一个有利的实施方式中，因此形成的双轴承板被镶铸在轴承元件中。因此，根据本发明的混合型结构可应用于双轴承座。该实施方式的特别的优点在于，当齿型轮坐置在凸轮轴上时，由于这种双轴承板的材料具有相同的膨胀系数，使得无论在什么温度下齿面游隙都保持恒定。这样减少了噪音的排放。

具体实施方式

以下参照附图对根据本发明的模块的实施方式进行更详细地阐述，其中：

图1示出了具有底切的轴承环，该轴承环被注模到轴承座中；

图2示出了力从轴承座向轴承环的传递；

图3示出了具有形成有轮廓的轴承环的轴承座；

图4示出了具有已注模的包括侧向孔眼的轴承环的轴承座；

图5示出了具有已注模的包括锚定部的轴承环的轴承座；

图6示出了注模到轴承座中的双轴承板。

图1a示出了单独的轴承座1，该轴承座1与被注模或镶铸在轴承座1中的轴承环2一起形成用于内燃发动机的气缸盖中的凸轮轴(未示出)的座架。轴承座1由铝铸造并且包括两个螺纹孔3，轴承座1通过所述两个螺纹孔3被紧固至凸轮轴模块的基部。还可看到油道4，该油道4采用了从下方穿过轴承座1和轴承环2通入到滑动轴承中(还参见图1b)孔的形式。图1b示出了穿过图1a的轴承座1的截面。图1b示出了表示轴承环2的外护套的具有两个底切6的轮廓5，所述两个底切6通过呈M状外形的凸起部形成。轴承座1的材料接合在底切的后面。

图2a以截面图的方式示出了轴承座1和镶铸进去的轴承环2的相似的组合。在这种情况下，造型部为切入到轴承环的外护套中的楔形凹部6。图2b详细地示出了凹部6的楔形外形。另外，箭头示出了在轴承环2上的正在冷却中的轴承座1的力流(force flow)。可以看到，该力流沿径向向内。在加热时，铝制轴承座1比钢制轴承环2膨胀的多，从而产生沿轴向方向的张力。

图3a和图3b示出了变型实施方式，其中设置有采用轴向延伸的凹部7和周向延伸的凹槽8的形式的保持结构。在该情况下，通过使用阿尔芬(alfin)工艺使表面面积增加，以便产生较好的附着性。

图4以剖开状态示出了实施方式，其中，轴承环2的保持结构形成了多个锚定部，所述多个锚定部伸入到轴承座1的材料中并且被轴承座1的材料围绕，由此处于形状配合的型式。在本文中，在轴承环2的螺纹接合平面的两侧上模制有两个模制的孔眼9，该两个模制的孔眼9的尺寸设定成使得孔眼9的孔与侧向的螺纹孔3在一条直线上，该孔眼9用作锚定部。如果轴承座通过插入到螺纹孔3的螺钉螺纹连接至凸轮轴模块上，则螺钉也穿过孔眼9。图3所示的实施方式的情况也是这样，在轴承环2中设置有周向延伸的凹槽8并且凹槽8提供了额外的稳定性。可以注意到，该实施方式也具有通入到轴承环2中的油道4。

在图5的示例性实施方式中，油道4被引入到模制在轴承环2上并且沿竖向向下突出的锚定部10中。在本文中，被轴承座的材料底切的另一种轴向凸出部11可以如图5中所示地设置在轴承环2的上端部处。

在图6的示例性实施方式中，两个轴承环2经由呈桥元件12的形式的共用锚定部连接，并且因此形成“双轴承板”13。以该方式形成的双轴承板再被镶铸在轴承元件1中。

附图标记列表

1 轴承座

2 轴承环

3 螺纹孔

4 油道

5 轮廓

6 底切

7 凹部

8 凹槽

9 孔眼

10 锚定部

11 凸出部

12 桥元件

13 双轴承板