凸轮轴特别是用于机动车发动机的凸轮轴的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种凸轮轴、特别是用于机动车发动机的凸轮轴，其包含：第一轴和第二轴，所述第二轴和第二轴构成一个空心的外轴（1）和一个同轴地设置在外轴（1）中的且相对于外轴（1）可旋转的内轴（2）；不可相对旋转地设置在外轴（1）上的第一凸轮（3a）；以及可旋转地设置在外轴（1）上的且固定在内轴（2）上的第二凸轮（3b）。根据本发明规定，第一轴和第二轴沿着轴向方向（x）通过形锁合成型部（5）相互支承，其中第一轴在轴向方向（x）上看在形锁合成型部（5）的一侧上具有第一接触面（6a）并且在形锁合成型部（5）的另外一侧上具有第二接触面（6b），以经由形锁合成型部（5）将第二轴可旋转运动地支承。
【专利说明】凸轮轴特别是用于机动车发动机的凸轮轴
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种凸轮轴、特别是用于机动车发动机的凸轮轴，其包含:第一轴和第二轴，所述第二轴和第二轴构成一个空心的外轴和一个同轴地设置在外轴中的且相对于外轴可旋转的内轴；不可相对旋转地设置在外轴上的第一凸轮和可旋转地设置在外轴上的且固定在内轴上的第二凸轮。在本发明的范围，根据第一轴的设计，第一轴可以是外轴或内轴，其中第二轴相应地是内轴或外轴。
【背景技术】
[0002]通过第一凸轮相对于第二凸轮的移位可以实现内燃机的阀门的可变的控制。从而例如进入时间和排气时间的比例可以例如与负载和转速相关地改变，其中进气阀一方面和排气阀另外一方面利用彼此可相对调整的凸轮组操作。内轴和外轴的旋转通常通过调节装置实现，其也称为相位调节机构。
[0003]为了可以实现凸轮的精确定位以及同时实现内轴相对于外轴的轻易的可移位性，两个轴必须以合适的方式可相对旋转地支承。从而例如在同类型的具有上述特征的根据DE3943426C1已知的凸轮轴中，在彼此嵌套的轴元件的端部上设置支承套筒，其除了实现径向支承之外还实现轴向固定。产生这样的缺点，即轴向支承通过彼此分离的远离的元件提供，因此除了提闻制造费用之外，还存在提闻的故障风险。为了精确的轴向定位，也有利的是，在支承面上设置形状稳定的材料，它们优选也具有类似的热膨胀系数。通常经由软的密封件或类似件不足以实现轴向支承。
【发明内容】
[0004]在此背景下，本发明的任务在于提供一种具有内轴和外轴的可调节的凸轮轴，其中以简单地方式实现在轴向方向上的精确的且可靠的支承。
[0005]从具有开头所述特征的凸轮轴出发，上述任务根据本发明如此解决，即第一轴和第二轴沿着轴向方向通过形锁合成型部相互支承，其中第一轴在轴向方向上看在形锁合成型部的一侧上具有第一接触面并且在形锁合成型部的另外一侧上具有第二接触面，以经由形锁合成型部将第二轴可旋转运动地支承。在本发明的范围内轴不仅理解成管状的或棒状的基体，而且可以理解成由多个不可相对旋转地连接的部件构成的元件。形锁合成型部可以根据构造设置用于滑动的支承以及按照滚动轴承用于滚动的支承，其中适宜地设置多个彼此单独的形锁合成型部。
[0006]根据该根据本发明的其中一个实施方式，用于轴向支承内轴和外轴的支承位置设置在其中一个轴端部上。形锁合成型部通常是第二轴的构件，从而形锁合成型部作为第二轴的构件与第一轴的在轴向方向上在两侧邻接的接触面协同作用。在这样的观察的范围内，第一轴和第二轴针对于外轴和内轴的配设仍然未确定。
[0007]根据一个优选的进一步构造由此出发设置，S卩，内轴在一个凸轮轴端部上延伸越过外轴的管状的基体并且在那儿具有形锁合成型部，该形锁合成型部在径向方向上越过基体的内直径伸出。
[0008]在上述设计的范围内得到特别简单的结构，当形锁合成型部(例如环绕的环形凸起)在一侧上支承在外轴的环形的基体的端面上，其中而后第二接触面由与该基体沿轴向固定连接的外轴部分提供时。这样的部分可以例如以一个直径扩大部从外部套到基体上并且以合适的方式固定。
[0009]在这样的工作方式中也得到这样的优点，即该部分(其原则上也可以是凸轮轴的功能元件)在装配时利用一个力被轴向推套到基体上，其中一方面可以实现最小的间隙并且另外一方面可以在不卡住的情况下实现足够的可旋转性。
[0010]在本发明的范围内有利的是，协同作用用于轴向支承的表面、即两个接触面以及形锁合成型部的所配设的表面设有表面调质。除了精磨之外，附加地或替代地也可以考虑硬化、涂层或类似。
[0011]根据一个替代的另外的本发明的设计，形锁合成型部作为内轴的构件在轴向方向上看在两侧上支承在外轴的一个与基体轴向固定连接的部分的对置的各接触面上或支承在外轴的两个与基体连接的部分的接触面上。特别是可以规定，形锁合成型部在一侧上支承在一个部分上，其也是凸轮轴的功能元件，而在另外一侧上为了轴向封闭在功能元件中插入一个单端部环。
[0012]当形锁合成型部设计成内轴的径向凸起时，该形锁合成型部可以构成在一个管状的或棒状的内轴基体上或者构成在一个与内轴基体连接的部分上。在棒状的内轴基体上产生形锁合成型部例如在铸造或锻压方法中是可能的。此外，形锁合成型部也可以通过切削加工、例如车削产生。当根据所述另外描述的替代方案形锁合成型部由一个单独的与内轴基体至少轴向固定连接的部分构成时，得到这样的优点，即内轴基体自身可以非常简单地作为直线延伸的棒、作为管或类似件设计，其中而后特别是简单和便宜制造内轴基体是可能的。
[0013]当内轴的形锁合成型部根据上述特别简单的设计设置在外轴的基体的端面以及与该基体轴向固定连接的部分之间时，该部分也可以设计成套筒。
[0014]在之前描述的根据本发明的方案中，支承在轴端部的区域内实现。一个替代的根据本发明的设计相反可以实现在凸轮轴的任意位置上的轴向支承。根据该替代的根据本发明的设计规定，内轴和外轴在一个支承位置上从一个在内轴和外轴之间的环形间隙出发分别具有呈凹部、圆周槽或开口形式的回缩轮廓，其中，设置至少一个嵌入到回缩轮廓中的单独的形锁合元件作为形锁合成型部。
[0015]形锁合成型部可以固定在内轴或外轴上。即使当外轴和内轴可以由多个彼此固定连接的部分构成时，在本发明的范围内即使形锁合元件在与其中一个轴固定连接时也被看成作为单独的元件，其通常仅仅用于轴向支承。
[0016]根据该设计的第一方案规定，在支承位置上外轴具有至少一个开口并且内轴具有一个槽，其中至少一个形锁合元件嵌入所述开口中并且嵌入到该槽中。在这样的设计的范围内，形锁合元件也可以事后插入，其中而后形锁合元件在内轴或外轴上的固定是可能的。形锁合元件可以例如作为平面的薄板按照槽块的形式设计，其中然而设置该形锁合元件的一定的固定。形锁合元件可以在此固定在内轴或外轴上，其中而后相应另一轴在形锁合元件的两侧上提供沿轴向方向作用的接触面。[0017]为了确保良好的支承，优选多个形锁合元件围绕圆周分布地设置。
[0018]当外轴设有在径向方向上贯通的开口时，该区域也可以利用环覆盖。该环可以作为保护防止机械损坏和污染。此外通过一个环防止了，大量的油通过外轴的开口流出。特别是在本发明的范围内可能的是，在内轴和外轴之间的环形间隙利用油加载，以便确保足够的润滑和良好的活动性。
[0019]当形锁合元件具有薄板、滑动件或槽块的形式时，在外轴中设置通常在圆周方向上延伸的纵向槽作为开口。
[0020]当单个球或多个球作为形锁合元件设置时，在外轴中设置一个单个的圆形的孔就足以使得球在组装时可以从外部插入。所述球而后与孔的边缘以及与内轴的凹部共同作用。内轴可以特别是一个呈圆弧形的滚动面形式的凹部，从而达到滚珠轴承形式的支承。为了将所述至少一个球或所述多个球保持在设定的位置上并且防止掉落，在外轴中的贯通的开口的情况下设置一个限定球的环。该方案的另外一个优点在于，环和球也可以形成内轴的径向支承。
[0021]根据一个替代设计设置，外轴从环形间隙出发具有呈槽形式的回缩轮廓。外轴在这样的设计的范围内在圆周面上是封闭的，从而所述至少一个形锁合元件在装配时必须从内部导入槽内。为此特别是设置，形锁合元件在内轴上径向可移动地设置并且利用弹性的压力元件加载。从而例如球形式的形锁合元件利用设置在下方的弹簧被插入内轴的盲孔中。替代地两个对置的球可以具有设置在它们之间的弹簧。
[0022]在装配时球如此被压入到开口中，使得内轴可以被推入到外轴中。在达到槽时，球被弹簧向外压，由此达到期望的在轴向方向上的固定并且在合适的结构时也达到在径向上的固定。为了可以实现在径向方向上的支承，在具有两个球的设计中它们必须彼此脱离耦合。在该具有连贯的弹簧的设计中弹簧必须相应地在其中心处固定在内轴上。
[0023]根据另外一个方案，内轴在支承位置上具有一个开口，其中外轴在开口的两个侧面上分别具有一个沿着圆周方向延伸的长孔并且设置一个嵌入开口中的销作为形锁合元件。与利用销简单固定第二凸轮的情况下不同，在此销设置用于精确的轴向支承。除了简单的圆柱形的销之外，也可以的是，销在至少一个端部上具有侧向平面的表面，其设置用于轴向支承。替代点状的或线状的支承，也达到面状的支承，由此磨损倾向即使在凸轮轴长时间应用的情况下也可以被减小。
[0024]在各种不同的描述的实施例中，附加于轴向支承原则上也可以设置径向支承，如果在径向方向上形锁合成型部也与第一轴的相应的径向接触面相互作用的话。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]本发明接下来借助于示出仅仅一个实施例的附图进行阐述。附图示出:
[0026]图1a通过根据本发明的可调节的凸轮轴的纵向剖视图；
[0027]图1b根据图1a的布置的透视图；
[0028]图2凸轮轴的一个替代设计的纵向剖视图；
[0029]图3a凸轮轴的一个替代设计的纵向剖视图，其中内轴和外轴分别由基体或由内轴基体以及固定在其上的部分构成；
[0030]图3b图3a的替代的细节设计；[0031]图4和5根据本发明的凸轮轴的替代设计；
[0032]图6a根据本发明的凸轮轴的一个替代设计的透视图；
[0033]图6b在图6a中示出的凸轮轴的仅仅内轴的视图；
[0034]图7在图6中示出的凸轮轴的端部的视图；
[0035]图8a沿着图7的线A-A的剖视图；
[0036]图8b沿着图7的线B-B的剖视图；
[0037]图9a凸轮轴的一个替代设计的透视图；
[0038]图9b根据图9a的凸轮轴的横截面；
[0039]图9c沿着图9b的线C-C的纵向剖视图；
[0040]图1Oa至IOc在根据图9a至9c视图中的凸轮轴的一个替代设计；
[0041]Ila至Ilc根据图9a至9c的视图中的凸轮轴的一个替代设计；
[0042]图12凸轮轴的一个替代设计的纵向剖视图；
[0043]图13凸轮轴的一个替代设计的纵向剖视图；和
[0044]图14凸轮轴的一个替代设计的纵向剖视图。
【具体实施方式】
[0045]本发明涉及一种可调节的凸轮轴，其根据基础构造包括一个第一轴和一个第二轴，所述第一轴和第二轴构成一个空心的外轴I和一个同轴地设置在空心的外轴I中的且相对于外轴可旋转地支承的内轴2。由图1a可以看出，第一凸轮3a固定设置在外轴I上，第二凸轮3b可旋转地设置在外轴I上并且利用合适的固定装置4、特别是销固定在内轴2上。图1a示出这样的凸轮轴的一个端部。
[0046]本发明致力于外轴I和可旋转地支承在外轴中的内轴2的轴向支承。在轴向支承时应注意，在内轴2和外轴I之间沿着轴向方向应当不存在任何间隙，其中然而应当达到滑动的无卡住的支承。
[0047]为此目的，根据本发明设置沿着轴向X的形锁合固定和支承。通常第一轴和第二轴在轴向方向X上通过形锁合成型部5相互支承,其中第一轴在轴向方向上在形锁合成型部5的一侧上具有一个第一接触面6a并且在形锁合成型部5的另外一侧上具有一个第二接触面6b，以用于经由形锁合成型部5将第二轴可旋转运动地支承。
[0048]从根据本发明的基础原理出发，根据图1a和Ib的设计示出一个凸轮轴，其中形锁合成型部5构成为内轴2的环绕的凸起。形锁合成型部5在此直接由内轴2的一体的内轴基体7构成。在外轴I的管状的基体8上固定设置齿轮形状的功能元件9，以驱动凸轮轴。功能元件9可以利用通常的措施例如焊接、摩擦焊接、钎焊、粘结、收缩、螺纹连接、产生横向/纵向接合、产生形锁合或上述的措施的组合来固定。根据固定方式，各种不同的材料是适合的，其然而必须经受得住在凸轮轴上存在的运行材料以及在内燃机中的温度。
[0049]根据图la，环绕的凸起形式的形锁合成型部在一侧上在作为第一接触面6a的外轴I的管状基体8的端面上支承。对置的接触面6b由功能元件9的一个表面构成。在制造时在功能元件9被固定在外轴I的基体8上之前，首先将内轴2推入外轴I的基体8中。在此在轴向方向上在功能元件9上施加一个力，其一方面可以实现在形锁合成型部5和接触面6a、6b之间的间隙的最小化并且另外一方面可以实现内轴2相对于外轴I的轻易的可旋转性。
[0050]图2示出在图1中示出的实施例的变型，其中功能元件9在形锁合成型部5区域内的内直径与形锁合成型部5的外直径这样适配，使得附加地还提供一个径向的接触面10用于构成径向支承。也可以考虑的是内轴2在外轴I上的径向支承。在此，功能元件9的构成表面6b的凸起作用到内轴上(见图la)。
[0051]附图3a和3b示出一个替代设计，其中形锁合成型部5不是设置在内轴的基体上，而是设置在内轴2的一个附加的内轴端部件11上，该内轴端部件至少沿轴向固定地与内轴基体7连接。根据附图3a和3b示出的方案，内轴端部件11或者可以固定在内轴基体7的外圆周上(图3a)或者可以固定在内轴基体7的端面上(图3b)。内轴基体7可以构成为实心棒或构成为管。在设计成管的情况下得到这样的优点，即还有其它的装置(例如用于相位调节机构的油输入装置)可以整合到凸轮轴中。此外得到重量减小。
[0052]在附图3a和3b中与根据图1a的设计的区别在于第一接触面6a由功能元件9构成，而为了提供第二接触面6b将单独的端部环12插入到功能元件9中并且在功能元件9上固定。由于清楚性原因，在附图3b中未示出外轴I的相应部分。
[0053]图4和5示出另外一种设计，其中替代功能元件9设置一个单套筒13，其提供第二接触面6b。如之前结合图1a和2阐述的，形锁合成型部5可以仅仅用于轴向支承(图4)或当形锁合成型部5上的外直径与套筒13在相应的区域内的内直径相适配时，附加地也用于径向支承(图5)。在套筒13的构成第二接触面6b的凸起和内轴2之间也可以实现径向支承。
[0054]在上述描述的具体设计中，可以在制造时首先将内轴2推入到外轴I的基体8中，在接下来将功能元件(图1a和图2)、端部环12 (图3a)或套筒13 (图4和图5)套上并且与外轴I的基体8连接之前。根据附图6b、7、8a和Sb的设计基于相同的原理，其中为了提高内轴2的外直径设置一种齿部。在内轴2上构成的齿14在装配时穿过功能元件9的自由空间引导，其中自由空间仅仅具有一个对于装配必要的过盈。为了然而也在功能元件9与外轴I的基体8固定连接之后可以实现内轴2相对于外轴I的旋转，根据附图6b (其仅仅示出内轴2)在齿14和形锁合成型部5之间设置一个环绕的凹部15。形锁合成型部的轴向支承根据附图8a类似于在附图1a的设计中在外轴I的基体8的端面(作为第一接触面)上以及在由功能元件9构成的第二接触面6b上实现。由比较观察附图6a和6b可以看出，第二接触面6b在自由空间上中断。
[0055]特别是由附图8a和Sb附加可以看出，外轴I的管状的基体8具有一个直径扩宽部。除了基体8的扩宽之外，对于直径扩宽而言也考虑多件式的设计。
[0056]在该至今描述的设计中形锁合成型部5在凸轮轴的轴端部的区域设置，接下来的阐述涉及这样的设计，其中用于轴向支承的支承位置可以在凸轮轴的任意位置上实现。由于实践原因，然而在此在轴向方向上的支承优选至少在凸轮轴的端部的区域内实现。
[0057]根据附图9a，外轴I具有长孔16形式的开口。在该长孔16中设置各单独的形锁合元件17作为形锁合成型部5。比较观察附图9b和9c可以看出，内轴2具有一个圆周槽18，在其中嵌入三个以规则的角度间隔围绕圆周设置的形锁合元件17。通过形锁合元件17，精确的轴向支承是可能的，其中内轴2相对于外轴I保持可旋转的。为了确保形锁合元件17防止污染和/或掉落，可以设置一个环19，其在外轴I上覆盖形锁合元件17。可选的环19在附图9c中示出。
[0058]附图1Oa至IOc示出一个设计，其中内轴2在支承位置上具有一个开口 20，在其中嵌入销形式的形锁合元件17’。在开口 20的区域内，外轴I具有长孔16，以便在内轴2相对于外轴I移位时允许实现形锁合元件17’的运动。在一个单个的圆柱形的销作为形锁合元件17’的情况下，在形锁合元件17’和两个接触面6a、6b之间得到线性的接触，这两个接触面由长孔16的边缘构成。
[0059]为了由此出发减小磨损，可以根据图1la至Ilc设置一个销形式的形锁合元件17’，其在头部21上具有侧面平面的表面。
[0060]在图1Oa至IOc以及图1la至Ilc的实施方式中可以为了保护和为了避免提高的油损失而设置一个环19。
[0061]图12最后示出一个设计，其中设置一个单独的球形式的形锁合元件17’ ’，其中外轴I仅仅具有一个位于内部的圆周槽18’。球作为形锁合元件17’ ’由此在位于内轴2和外轴I之间的环形间隙22的区域内被最佳地防止外部的影响，其中在支承区域内不会出现任何漏油。然而在外轴I内部产生位于内部的圆周槽18’是需要提高费用的。
[0062]在此背景下图13示出一个替代设计，其中替代圆周槽在外轴中设置长孔16。长孔16可以实现内轴2相对于外轴I的旋转。为了在此确保油密封性，设置环19作为覆盖体。
[0063]最后图14示出之前描述的设计的进一步发展，其中至少一个优选多个球设置作为形锁合元件17"或多个形锁合元件17"。球设置在外轴I的钻孔23中。内轴具有一个优选环绕的槽用于容纳球。
[0064]在该进一步改进中环19用作球的支座并且可以此外确保油密封性。
【权利要求】
1.一种凸轮轴、特别是用于机动车发动机的凸轮轴，其包含:第一轴和第二轴，所述第二轴和第二轴构成一个空心的外轴(I)和一个同轴地设置在外轴(I)中的且相对于外轴(I)可旋转的内轴(2);在外轴(I)上不可相对旋转地设置的第一凸轮(3a);以及在外轴(I)上可旋转地设置的且固定在内轴(2)上的第二凸轮(3b)，其特征在于，第一轴和第二轴沿着轴向方向通过形锁合成型部(5)相互支承，其中第一轴在轴向方向(X)上看在形锁合成型部(5)的一侧上具有第一接触面(6a)并且在形锁合成型部(5)的另外一侧上具有第二接触面(6b)，以经由形锁合成型部(5)将第二轴可旋转运动地支承。
2.按照权利要求1所述的凸轮轴，其特征在于，形锁合成型部(5)是第二轴的组成部分。
3.按照权利要求1或2所述的凸轮轴，其特征在于，内轴(2)在一个凸轮轴端部上延伸越过外轴(I)的管状的基体(8)并且在那儿具有所述形锁合成型部(5)，该形锁合成型部在径向方向上越过基体(8)的内直径伸出。
4.按照权利要求3所述的凸轮轴，其特征在于，形锁合成型部(5)在轴向方向(X)上在一侧上支承在基体(8)的端面上并且在另外一侧上支承在外轴(I)的一个与基体(8)轴向固定地连接的部分上。
5.按照权利要求3所述的凸轮轴，其特征在于，形锁合成型部(5)在轴向方向(X)看在两侧上支承在外轴的一个与基体(8)轴向固定地连接的部分的各接触面(6a，6b)上或支承在外轴(I)的两个与基体(8 )轴向固定地连接的部分的接触面(6a，6b )上。
6.按照权利要求4或5所述的凸轮轴，其特征在于，外轴(I)的所述部分或至少其中一个部分是凸轮轴的功能元件(9 )。
7.按照上述权利要求4至6之一项所述的凸轮轴，其特征在于，外轴(I)的所述部分或至少其中一个部分通过形锁合和/或材料锁合和/或力锁合的连接固定在基体(8)上。
8.按照上述权利要求1至7之一项所述的凸轮轴，其特征在于，内轴(2)具有管状的或棒状的内轴基体(7 )以及内轴端部件(11)，其中形锁合成型部(5 )构成在内轴端部件(11)上。
9.按照上述权利要求1至8之一项所述的凸轮轴，其特征在于，形锁合成型部(5)在径向方向上也支承在所述第一轴上。
10.按照权利要求1所述的凸轮轴，其特征在于，内轴(2)和外轴(I)在一个支承位置上从一个在内轴(2)和外轴(I)之间的环形间隙(22)出发分别具有呈凹部、圆周槽(18，18’ )或开口(20)形式的回缩轮廓，其中，设置至少一个嵌入到回缩轮廓中的单独的形锁合元件(17，17’，17")作为形锁合成型部(5)。
11.按照权利要求10所述的凸轮轴，其特征在于，在该支承位置上外轴(I)具有至少一个开口并且内轴具有一个圆周槽(18)，其中，至少一个形锁合元件(17’，17")嵌入所述开口中并且嵌入到所述圆周槽(18)中。
12.按照权利要求11所述的凸轮轴，其特征在于，外轴的所述至少一个开口是沿着圆周方向延伸的长孔(16)。
13.按照权利要求11所述的凸轮轴，其特征在于，设置球作为形锁合元件(17")。
14.按照权利要求10所述的凸轮轴，其特征在于，外轴(I)从环形间隙(22)出发具有呈圆周槽(18’)形式的回缩轮廓，其中形锁合元件(17〃)径向可移动地设置在内轴(2)上并且利用弹性的压力元件加载。
15.按照权利要求10所述的凸轮轴，其特征在于，内轴(2)在支承位置上具有开口(20)并且外轴(I)在开口(20)的两侧上分别具有在圆周方向上延伸的长孔(16)，嵌入所述开口中的销设置作为形锁合元件(17’)。
16.按照权利要求15所述的凸轮轴，其特征在于，所述销在至少一个端部上具有侧向平面的表面。
【文档编号】F01L1/047GK103732866SQ201280040175
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年8月1日 优先权日:2011年8月18日
【发明者】M·昆茨, B·曼恩, M·梅尔泽, J·莫伊泽尔 申请人:蒂森克虏伯普利斯坦技术中心股份公司