用于生产轻量化设计的凸轮轴的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于生产轻量化设计的凸轮轴的方法，以及通过这种方法所生产的凸轮轴。
【背景技术】
[0002]DE 102 60 115 B4公开了一种凸轮轴，并且为了制造该凸轮轴，首先，管状主体是由碳纤维复合材料制造的，其中设置了用于接收凸轮元件的管状主体金属套管。在制造该主体的过程中，相应数量的金属套管被定位在该主体的预先确定的设定点处，该金属套管被层叠在碳纤维复合材料里。
[0003]在此方式中，轻量化设计的凸轮轴被制造出来，其具有由碳纤维复合材料制成的管状主体，并且被定位在金属套管上的凸轮被连接到该主体上。金属套管被层叠成在作为保持装置的该主体的碳纤维复合材料里。缺点由此产生，由于用于接收凸轮元件的金属套管和所述碳纤维复合材料之间的传递力可以假设为高值，由此，在金属/复合纤维材料的连接不具有永久的强度，特别是该强度取决于凸轮轴的机械和热负荷。金属套管具有中央通道，该主体的内部部分延伸穿过该中央通道，取决于凸轮轴的使用条件，如果凸轮轴的负载超过定义的值，该主体并未形成充分的基底模块(bedding module)，从而为金属套管产生永久的可负载的基座。
[0004]进一步的缺点是由于如下原因而出现的，即金属套管必须通过复杂的手段被定位在由被启动卷绕工艺所形成的主体上，以便随后继续该卷绕方法。基于金属套管必须通过已经被启动的卷绕工艺被施加在主体上，但是该工艺会因定位而被中断，因而(定位的)准确性必须非常高，因为该金属套管的位置限定了凸轮的在后位置。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是开发一种用于制造轻量化设计的凸轮轴的方法，该方法可以被容易地执行并且使得生产可承受高机械和热负荷的凸轮轴成为可能。
[0006]通过执行用于生产具有在权利要求1中所描述的特征的凸轮轴的方法，该目的得以实现。本发明有益的开发成果在从属权利要求中被具体描述。
[0007]本发明包括如下技术教导，即该方法至少包括以下步骤:提供支撑管，推动多个支撑元件到支撑管上，用至少一个纤维层卷绕包括支撑元件的支撑管，引入基体材料到纤维层里，以形成纤维复合材料，固化该纤维复合材料，以及至少包括凸轮元件的功能元件放置到支撑元件上，由此所述支撑元件被安置在功能元件中的通道里并且以保持方式接收该功能元件。在此，该纤维复合材料包括，特别是至少一个纤维束。
[0008]所提出的用于制造凸轮轴的方法取得了如下优点，即用至少一个纤维层卷绕包括支撑元件的支撑管可独立于支撑管的供应。嵌入支撑元件会造成支撑元件以如下方式被固定在支撑管上，即该支撑元件被以准确和机械可负载的方式固定在支撑管上。纤维复合材料可以通过随后将基体材料引入到纤维层来形成，并且由于该纤维复合材料，在支撑管上的支撑元件的高强度可以由随后固化该纤维复合材料的方式进行制造。随后，功能元件包括，尤其是可以被放置在所述支撑元件上的凸轮元件，以及功能元件，即例如凸轮元件，具有通路，由此，功能元件可以如下方式被放置在支撑元件上，即所述功能元件被保持在所述支撑元件上。纤维复合材料的固化可以通过硬化的方式，特别是在升高的温度下实现。
[0009]根据该方法的实施例的进一步的优点，间隔套管可以被推压到支撑管上，该间隔套管被设置在支撑元件之间。特别是，支撑元件和间隔套管可以被交替地推压到支撑管上，并且该间隔套管确保在支撑管的纵向轴线方向上的支撑元件的几何形状所需的间距。根据一个可能的变型实施例，支撑元件还可以与间隔套管配置在同一块体上，由此，该间隔套管可以作为单独的组件被分配。
[0010]如果具有支撑元件的间隔套管被交替地推压到支撑管上，卷绕具有至少一个纤维层的支撑管也可以嵌入支撑元件；如果使用间隔套管时，它们同样可以被嵌入其中。具体来说，卷绕支撑管可以以如下方式发生，即纤维层被完全设置在支撑元件和/或间隔套管上，由此，卷绕支撑管可被理解为支撑元件和任选的间隔套管被卷绕而没有纤维层的纤维被施加到支撑管的外表面上。在随后固化具有被引入基体材料的纤维层的过程中，纤维复合材料被制备，其允许支撑元件与任选地在支撑管上的间隔套管的构造为刚性和机械可负载的
目.0
[0011]支撑管可被提供用作由纤维复合材料制造的管状体，特别是由碳纤维复合材料制成。在此，该管状体可以已经完全固化的形式被提供，从而具有凸轮轴构造所要求的必要强度。在基体材料引入到纤维层的过程中，这仅发生在定位支撑元件和可能定位间隔套管到支撑管上之后，例如环氧树脂，也可以尽量到达远离支撑管的位置，从而例如消除保持间距和空穴。
[0012]在支撑元件上设置功能元件可以包括至少进一步以下步骤:在第一角度位置处推压功能元件到支撑管上，该第一角度位置是绕着纵向轴线被定向到达尽可能远离期望的定位位置；其中，支撑管装有支撑元件，该功能元件绕所述纵向轴线旋转至第二角度位置，并且正向锁定和/或非正向锁定推压功能元件到形成有定位位置的支撑元件上。通过绕着纵向轴线旋转相应的角度，功能元件相对于支撑元件的不同的旋转方向可以到达不同的位置，其中该功能元件可以被引导越到支撑管上的支撑元件，而无需功能元件与被定位在其之前的支撑元件之间的接触力，该接触力在实际定位位置之前为此目的必须要克服的；特别是，功能元件与被定位在其前面的支撑元件之间的接触是能够避免的。根据在支撑管和已经被施加在其上的支撑元件的顺序，功能元件可以依次地被引导到凸轮轴上，通过功能元件被定向在某一角度位置处，由此使得引导所述功能元件基本上无接触地越过支撑元件成为可能。
[0013]所述支撑元件可具有在外周面上的纤维槽，纤维层的纤维被设置在该槽内。该纤维层的纤维以相对于所述纵向轴线成40°至50°的角度并且特别是45°的角度被设置在支撑元件上，特别是进入纤维槽内中以及优选地在间隔套管上，其具有纤维廓形。如果纤维槽被制造在支撑元件的外周面内，该纤维层的纤维不会突出超过支撑元件的外周面，由此，该纤维层不阻碍功能元件定位到支撑元件上。特别地，所述功能元件可在相应的角度位置上被引导到支撑元件上，基于纤维层的纤维而对功能元件在支撑元件上的安装运动没有干扰。
[0014]所述支撑元件可以包括在外周面上的保持槽，并且对应于该保持槽，功能元件可以包括位于通道里的保持弹簧。在此，当功能元件被推压入支撑元件，该保持弹簧可以通过轴向运动的方式被推压入保持槽里，特别是借助于夹紧力的施加。在此，当功能元件被定向在用于安装的角度位置处时，保持槽的位置恰好与保持弹簧的位置相一致，从而以保持方式推压功能元件到支撑元件上。这个角度位置被启动，特别是仅在到达所期望的定位位置之前，即到达与功能元件相关联的支撑元件之前。位于支撑元件和功能元件之间的夹紧力是可以产生的，例如借助于如下方式，即保持弹簧与保持槽具有在轴向方向上的倾斜形状，由此，借助于施加推压力而将功能元件推压到支持元件上以产生该夹紧动作。在此，推压力可仅应用于支撑元件和功能元件之间，特别是借助于相应的工具，例如凸轮安装钳，由此，相对高的推压力不是由支撑元件引入到纤维复合材料或支撑管中的。
[0015]将基体材料引入到至少一个纤维层可以在模具中执行，特别是，该引入操作可以通过树脂传递成型法进行。
[0016]功能元件可形成凸轮元件，其重复多次地出现在支撑管上，从而形成上述凸轮轴。此外，功能元件也可包括，例如凸缘或轴承圈，并且凸缘可以被放在相关联的支撑元件上，特别是在支撑管的端部处，并且所述轴承圈或这些轴承圈可以被推压到位于支撑元件或间隔套管之间的支撑管上。
[0017]当各个元件已经被推压到支撑管上时，纤维复合材料体已经被固化，凸轮轴被产生出来，其可通过机加工的方法而进行最终的机加工，例如通过研磨法。借助于该最终的研磨，可以不再受支撑元件定位到支撑管上以及纤维复合材料的影响而实现凸轮轴精确的尺寸；并且可以导致几何位移和移动，例如通过引入基体材料和/或借助于固化该纤维复合材料，其中位移和移动可以通过对凸轮元件的最终研磨而被研磨出来，也包括对进一步的功能元件的最终研磨。
[0018]此外，本发明涉及轻量化设计的凸轮轴，其已经通过在上述文本中所描述的制造凸轮轴的方法被制造出来。结合根据本发明的方法，所披露的进一步的特征和相关联的优点同样被考虑用于制造根据该类型的方法已经制造的凸轮轴。
[0019]支撑元件、功能元件，特别是凸轮元件和轴承圈，可被有益地被配置为烧结型部件。间隔套管可以优选由塑料构成，特别是由碳纤维复合材料。
【附图说明】
[0020]参照附图并结合本发明的一个优选实施方式，用于改进本发明的进一步的措施将在随后的文字中作进一步地详细介绍；其中:
[0021]图1示出了支撑管的透视图；
[0022]图2示出了该支撑管、被推压到支撑管上的支撑元件的透视图；
[0023]图3示出了具有多个支撑元件和被设置在支撑元件之间的多个间隔套管的支撑管的透视图；
[0024]图4示出了具有支撑元件和间隔套管以及已被施加到该支撑元件和该间隔套管的纤维复合材料的支撑管的透视图；
[0025]图5示出了该凸轮轴的透视图；
[0026]图6示出了在引入基体材料之前，支撑元件和具有被安置在其上的纤维层的间隔套管的详细视图；
[0027]图7示出了具有支撑元件和在某一角度位置处具有功能元件的支撑管，其中该功能元件可被引导而无需作用在所示的支撑元件上的保持动作；以及
[0028]图8示出了根据图7所示的装置，被设置在某一角度位置处的所述功能元件可以固定的方式被接收在所示的支撑元件上。
【具体实施方式】
[0029]图1至4中的每一个都示出了支撑管10，它沿其纵向轴线18延伸。在此，