凸轮轴调节装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有凸轮轴调节器(4)的凸轮轴调节装置(19)，该凸轮轴调节装置包括：定子(36)；能相对定子(36)绕旋转轴线(74)相对扭转的转子(38)；布置在转子(38)或定子(36)上的具有容纳套筒(62)的轮毂(52)；以及具有容纳在容纳套筒(62)中的凸轮轴(12)。在此设置的是，凸轮轴(12)在容纳套筒(62)中通过至少三个间隔元件(64)径向地固定。这类凸轮轴调节装置(19)能简单且成本低廉地制造。
【专利说明】凸轮轴调节装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有凸轮轴调节器的凸轮轴调节装置，该凸轮轴调节装置包括:定子；能相对定子绕旋转轴线相对扭转的转子；布置在转子或定子上的具有容纳套筒的轮毂；以及具有容纳在容纳套筒中的凸轮轴。本发明尤其研究了凸轮轴调节器在凸轮轴上定中心的主题。
【背景技术】
[0002]上文提到的类型的凸轮轴调节装置的凸轮轴调节器通过轮毂抗相对转动地与内燃机的曲轴连接。通过转子相对定子的相对的可扭转性能够调整曲轴和凸轮轴之间的相位。
[0003]由DE 101 617 01 Al公知了一种凸轮轴调节装置，在该凸轮轴调节装置中，凸轮轴为了与凸轮轴调节器定中心而容纳在凸轮轴调节器的转子中的容纳套筒中。轮毂的容纳套筒设计为具有不中断的圆形面的定中心开口。为了定中心，定中心开口额外地包括在直径上减小的区域。凸轮轴通过转子上的中心螺栓来固定。
【发明内容】
[0004]本发明的任务在于，提出一种凸轮轴调节装置，其能简单且成本低廉地制造并且尽可能地允许了凸轮轴的或凸轮轴调节器在凸轮轴上的可靠的定中心。
[0005]根据本发明，对于上文提到的类型的凸轮轴调节装置该任务通过如下方式来解决，即，在容纳套筒中的凸轮轴通过至少三个间隔元件径向地固定。
[0006]本发明在第一步骤中以如下的考虑为出发点，S卩，轮毂的容纳套筒必须以极小的公差来制造或加工，以便使置入的凸轮轴不产生相对于凸轮轴调节器的旋转轴线的不平衡，凸轮轴定中心地置入该容纳套筒中。通过费力的制造或再加工在制造技术上实现了所要求的低公差。因此，容纳套筒例如必须车削，以便在圆周线上实现用于定中心所需要的低公差。这不利地提高了用于制造的成本和周期时间。
[0007]在第二步骤中从本发明看出的是，在凸轮轴调节器上定中心地容纳凸轮轴时，根据卡盘(Spannfutter)的工作原理可以放弃车削。如果凸轮轴通过至少三个间隔元件在容纳套筒中径向地固定，那么容纳套筒本身不再需要以所要求的低公差来制造。更确切地说，间隔元件固定凸轮轴的径向位置。换而言之，设置有中断的定中心面，从而为了制造而不再需要容纳套筒的车削。仅少量的间隔元件必须关于它们的径向支撑面或支撑点限定地来制造。
[0008]本发明尤其允许的是，非切削地例如通过成本低廉的烧结来制造具有容纳套筒的轮毂或者具有容纳套筒的转子或定子。在此，相应的单个零件以粉末冶金方式首先以成形件挤压成生坯并且随后进行烧结。仅中断的定中心面，也就是间隔元件的径向支撑面或支撑点以及必要时是作为凸轮轴的轴向反作用支承件的容纳套筒的底部，随后借助模具在其公差尺寸内来调整。模具例如可以是芯棒、冲头(Stempel)或底模(Matrize)。公差尺寸的调整也以概念“校正”而公知。
[0009]换而言之，本发明也说明了一种用于制造上文提及的类型的凸轮轴调节装置的方法，其中，提供了转子和定子并且它们能相对彼此转动地装配成凸轮轴调节器，并且其中，凸轮轴调节器在凸轮轴上定中心。在此，根据本发明设置的是，为转子或为定子以粉末冶金方式制造具有容纳套筒和至少三个间隔元件的轮毂，从而使间隔元件的径向公差尺寸借助校正来调整，并且使凸轮轴在通过间隔元件径向固定的情况下引入容纳套筒中。
[0010]可以以粉末冶金方式制造转子或定子本身或仅相应的轮毂部分。间隔元件优选与容纳套筒一起制成并且借助校正来调整与容纳套筒一起制成的间隔元件的径向公差尺寸。但是，也可以实现的是，单独地制成间隔元件并且随后置入容纳套筒中。间隔元件也可以安装在凸轮轴上或与其一起制成。间隔元件例如可以施装到承载件或类似物上，其可以作为不依赖于凸轮轴调节器的构件装入容纳套筒中。以这种方式，可以实现具有不依赖于凸轮轴调节器的其余组件的准确度的定中心。也可以实现的是，间隔元件完全没有紧固地径向引入容纳套筒的壁与凸轮轴之间。在调整间隔元件的径向公差尺寸之后，凸轮轴在径向固定的情况下引入容纳套筒中。
[0011]在本发明的优选的设计方案中，至少两个间隔元件沿轴向方向彼此错开地布置。通过该措施使凸轮轴沿其轴向指向牢靠地固定，尤其沿着旋转轴线无倾斜地指向。在凸轮轴分别点状支撑在布置于轴向平面的间隔元件上时，必要时由于机械上的变形而出现凸轮轴沿轴线方向的不确定性。
[0012]在有利的改进方案中，间隔元件沿轴向方向延伸。这允许了凸轮轴沿轴线方向的具体固定，因为凸轮轴沿轴向方向例如在多个点上或在沿着间隔元件的面或棱边上引导。
[0013]有利的是，间隔元件在向着凸轮轴的径向方向上逐渐变细，以便使间隔元件与凸轮轴之间起作用的贴靠面保持得尽可能小，从而在单个间隔元件中本身不再产生多个用于凸轮轴的支撑点，这些支撑点与凸轮轴的定中心相一致。在此，优选在保持一定轴向延展的情况下间隔元件的厚度在垂直于轴向方向的平面中逐渐减小，从而在间隔元件上分别得到向着凸轮轴的轴向接触线。
[0014]在附加的改进方案中，间隔元件沿轴向方向延伸直至容纳套筒的底部，其中，凹部引入底部中，所述凹部分别环绕间隔元件。换而言之，凹部直接布置在间隔元件的根部区域中。在间隔元件的根部区域中的凹部同样可以通过烧结和/或挤压来提供。凹部可以实现凸轮轴的端侧平坦地贴靠容纳套筒的底部，而不会出现必要时凸轮轴的带有棱边的外边缘撞击到根部区域中的半径过渡部上。在接下来拉紧如此装配在根部区域中的棱边底座上的凸轮轴时(例如借助中心螺栓)，接下来该凸轮轴会以不期望的方式倾斜或扭转，这会导致不可忽视的间接损害。
[0015]此外有利的是，至少一个形状锁合元件布置在容纳套筒的底部上，该形状锁合元件利用互补的形状锁合元件抗相对转动地联接在凸轮轴的端面上。通过端面与容纳套筒的底部的附加的形状锁合能够比在平坦的接触面的情况下传递更高的转动力矩。此外，这类形状锁合也允许了对凸轮轴的角度编码安装。为此，形状锁合元件以如下方式来设计，即，凸轮轴可以仅以唯一的限定的角位置引导穿过容纳套筒直至底部。由此，例如随着装配已经可以预先给定凸轮轴调节器上的凸轮轴的相位。
[0016]布置在底部上的形状锁合元件尤其也可以沿轴向方向逐渐变细，从而其在凸轮轴调节器上拉紧凸轮轴时(例如借助中心螺栓)，钻入、埋入或切入端侧，由此在必要时来补偿存在的公差。
[0017]在本发明的改进方案中，间隔元件布置在容纳套筒的内周面上并且可以特别优选地与内周面单件式地构造。以这种方式，转子或定子可以通过简单的烧结过程来制造，其中，按照烧结过程通过校正使单个间隔元件达到用于凸轮轴的定中心所需要的公差尺寸。
[0018]在有利的设计方案中，容纳套筒布置在凸轮轴调节器的转子上。在此，凸轮轴调节器与凸轮轴的转子一起安置，其中，该凸轮轴定中心地容纳在转子的容纳套筒中。定子尤其借助链条传动由曲轴来驱动。通过转子相对定子的相位来调整凸轮轴与曲轴之间的角度。当定子必须相对于凸轮轴居中地或定中心地来容纳时，那么容纳套筒可以备选地布置在定子中。定子直接与凸轮轴接合或径向地支承在其上。这例如是在如下情况的凸轮轴，该凸轮轴包括内轴和与其同心的外轴，其中，定子与内轴连接并且转子与外轴连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面结合附图对本发明的实施例进行更详细的阐述。其中:
[0020]图1示出具有凸轮轴调节器的内燃机的示意性视图；
[0021]图2示出图1的凸轮轴调节器的径向截面视图；
[0022]图3示出图2的凸轮轴调节器的轴向截面视图；
[0023]图4示出图2的凸轮轴调节器的备选的转子的轮毂的轴向俯视图；
[0024]图5示出图4的轮毂的立体视图；并且
[0025]图6示出图4的轮毂的剖开的立体视图。
[0026]在附图中，相同的元件设有相同的附图标记并且仅描述一次。
【具体实施方式】
[0027]参照图1，其示出具有凸轮轴调节器4的内燃机2的示意性视图。
[0028]内燃机2以本身已知的方式包括燃烧室6，其可以通过阀门8来打开和关闭。阀门通过相应的凸轮轴12上的凸轮10来驱控。此外，往复式活塞14容纳在燃烧室6中，该往复式活塞驱动曲轴16。曲轴16的旋转在其轴向端部通过传动机构18传递到凸轮轴调节器4上。在本示例中，传动机构可以是链条或皮带。
[0029]凸轮轴调节器4分别轴向地安置在凸轮轴12上，吸收传动机构18的旋转能量并将其输出给凸轮轴12。在此，凸轮轴调节器4可以暂时使凸轮轴12相对于曲轴16的转动减速或加速，以便改变凸轮轴12相对曲轴16的相位。
[0030]参考图2和图3，其以径向和轴向截面视图示出图1的其中一个凸轮轴调节器4。
[0031]凸轮轴调节器4安置在凸轮轴12上。凸轮轴调节器4和凸轮轴12共同构成凸轮轴调节装置19。在这里的描述中，凸轮轴12的其上安置有凸轮轴调节器4的轴向端部定义为“前”，而与该轴向端部对置的端部定义为“后”。
[0032]凸轮轴12具有多个A-供应接口 20和未示出的径向地引导穿过凸轮轴的孔的形状的B-供应接口。两个供应接口 20可以以对于本领域技术人员已知的方式例如通过4/3换向阀与未示出的压力接口和未示出的油箱接口连接。此外，轴向止挡部22轴向地构造在A-供应接口之前，通过该轴向止挡部凸轮轴可以轴向支承在未示出的支承架中。
[0033]此外，凸轮轴12具有分级的轴向中心孔24，其中，分级的中心孔24的分级部26轴向地构造在A-供应接口 20与未示出的B-供应接口之间。在分级部26之后，内螺纹28构造在中心孔24中，具有外螺纹31的中心螺栓或中心阀体30拧入该内螺纹中。通过中心螺栓或中心阀体30，凸轮轴调节器4以仍待描述的方式紧固在凸轮轴12上。
[0034]轴向地在分级部26之前，环形的中间空间32构造在中心螺栓30与中心孔24的壁之间。未示出的B-供应接口以未示出的方式延伸到该环形的中间空间24中。
[0035]此外，四个沿凸轮轴12的周向方向等距间隔的轴向孔34径向地在中心孔24上穿过凸轮轴12，这些轴向孔在其前面的轴向端部分别与其中一个A-供应接口 20连接。
[0036]凸轮轴调节器4具有定子36和能转动地容纳在定子36中的转子38。
[0037]定子36具有环形的外部40，多个分隔元件42从该外部径向向内地伸出。在图2中仅示出这些分隔元件42中的一个。螺栓44轴向地穿过分隔元件42，所述螺栓为了将前盖46紧固在定子36的前侧上且为了将密封盖48紧固在定子36的后侧而设置。以这种方式轴向地封闭由环形的外部围绕的内部空间。齿50构造在环形的外部40的径向外侧，传动机构18可以嵌接在这些齿中。
[0038]转子38如已提及的那样能转动地容纳在定子36中，该转子通过中心螺栓或中心阀体30抗相对转动地与凸轮轴12连接。转子38具有轮毂52，径向叶片54从该轮毂52伸出，这些径向叶片沿凸轮轴调节器4的周向方向可见地嵌接在定子36的分隔元件42之间。以这种方式构造出压力室，经由该压力室通过泵入液压液体可以相对定子36来调节转子38。沿凸轮轴调节器4的转动方向可见的是，在叶片54之前的压力室被称为滞后调节室并且在叶片54之后的压力室被称为提前调节室。在图2中示出应假定为滞后调节室56的压力室。
[0039]中间空间32在转子38中继续延伸。径向的滞后调节孔58从中间空间出发地穿过轮毂52，所述径向的滞后调节孔延伸到滞后调节室56中。在图2中仅示出这些滞后调节孔58中的两个。若干穿过凸轮轴12的轴向孔34同样在转子36中继续延伸。径向的提前调节孔60从轴向孔34出发地穿过轮毂52，所述径向的提前调节孔60延伸到未示出的提前调节室中。在图2中仅示出这些提前调节孔60中的一个。如果以此通过A-供应接口将液压液体20泵送至凸轮轴调节器4中，那么未示出的提前调节室将置于压力下并且使凸轮轴12相对于通过传动机构18与定子36连接的曲轴16加速。相反地，当将液压液体通过未示出的B-供应接口泵送至滞后调节室54中，则使凸轮轴12减速。
[0040]为了使凸轮轴调节器4在凸轮轴12转动期间不发生不平衡，凸轮轴调节器4必须相对于旋转轴线74定中心地安置在凸轮轴12上。为此，转子38的轮毂52具有从凸轮轴调节器4的后侧轴向加深的容纳套筒62，凸轮轴12置入该容纳套筒中。在容纳套筒62的内部，凸轮轴12通过三个间隔元件64支撑，这些间隔元件相对转子38进而相对凸轮轴调节器4径向地固定凸轮轴12。具有容纳套筒62和布置在容纳套筒62的内壁上的间隔元件64的轮毂52通过烧结来制造。间隔元件64的径向尺寸在烧结过程后通过校正来调整。
[0041]结合图4至图6应对间隔元件64进行更详细的讨论。
[0042]在图4至图6中，以轴向俯视图、立体视图、剖开的立体视图示出用于凸轮轴调节器4的转子38的轮毂52的另一示例。
[0043]在图4至图6中，轮毂52具有五个叶片凹槽66，叶片54能推入到这些叶片凹槽中。以这种方式，可以与相应的、具有五个分隔元件42的定子36—起构造五个提前调节室和五个滞后调节室56。这些调节室相应地由五个提前调节孔60和五个滞后调节孔58来供应液压液体。在此，五个轴向孔34相应地向着五个提前调节孔60延伸，所述五个轴向孔在图2中所描述的方式的范围内能与A-供应接口连接。五个滞后调节孔58延伸到图2的范围内所描述的中间空间32中，该中间空间能与B-供应接口连接。
[0044]此外，轴向锁止针孔68构造在轮毂52中，未示出的所示锁止针可以在该轴向锁止针孔中引导，该锁止针可以以本领域技术人员已知的方式确保定子36相对转子38的特定的转动位置。
[0045]在本实施方案中，间隔元件64径向向内逐渐变细地实施并且分别以120°的夹角70彼此间隔。间隔元件64沿轴向方向延伸。针对每个间隔元件得出轴向延伸线作为用于大致圆柱形的凸轮轴12的接触面。通过三个间隔元件64来明确地确定凸轮轴12的轴向位置和相位。沿轴向方向，间隔元件64的径向高度72以未示出的方式逆着凸轮轴12的接合方向逐渐减小。以这种方式，间隔元件64可以在凸轮轴12置入容纳套筒62中时卡嵌凸轮轴12并且相对于中点74或者说轮毂的旋转轴线74定中心。
[0046]绕着平放在容纳套筒62的底部63上的底座或者间隔件元件64的根部区域引入轴向凹部76。这些轴向凹部76可以实现凸轮轴12的端面在底部63上的平坦的放置。避免了凸轮轴12的外边缘不期望地撞击到间隔元件64的根部区域中的半径过渡部上。
[0047]相应于图5，形状锁合元件65布置在容纳套筒62的底部63上，该形状锁合元件在置入凸轮轴12时与在凸轮轴的端面的、互补的形状锁合元件形成形状锁合。由此在置入的凸轮轴12的端面上形成的形状锁合允许了传递更高的转动力矩。此外，通过唯一的形状锁合元件65可以实现仅在具体的转动位置将凸轮轴12装配在容纳套筒62中。
[0048]为了制造示出的轮毂52可以首先烧结出具有间隔元件64的轮毂52。随后，间隔元件64的径向高度72例如可以通过利用合适的模具的非切削加工来校正。为了制造转子38，可以在轮毂52中将叶片54推入叶片凹槽66中。在将转子38装配到定子36中之后(参见图2)，可以在径向固定的情况下将凸轮轴12引入容纳套筒62中。接着，凸轮轴12可以借助中心螺栓或中心阀体30轴向地拉紧。
[0049]附图标记列表
[0050]2内燃机
[0051]4凸轮轴调节器
[0052]6燃烧室
[0053]8 阀门
[0054]10 凸轮
[0055]12凸轮轴
[0056]14往复式活塞
[0057]16 曲轴
[0058]18传动机构
[0059]19凸轮轴调节装置
[0060]20 A-供应接口
[0061]22轴向止挡部
[0062]24中心孔
[0063]26轴向分级部
[0064]28内螺纹
[0065]30中心螺栓
[0066]31外螺纹
[0067]32中间空间
[0068]34轴向孔
[0069]36定子
[0070]38转子
[0071]40外部
[0072]42分隔元件
[0073]44螺栓
[0074]46前盖
[0075]48密封盖
[0076]50齿
[0077]52轮毂
[0078]54叶片
[0079]56滞后调节室
[0080]58滞后调节孔
[0081]60提前调节孔
[0082]62容纳套筒
[0083]63底部
[0084]64间隔元件
[0085]65形状锁合元件
[0086]66叶片凹槽
[0087]68轴向锁止针孔
[0088]70夹角
[0089]72径向高度
[0090]74旋转轴线
[0091]76轴向凹部
【权利要求】
1.一种凸轮轴调节装置(19)，具有凸轮轴调节器(4)，该凸轮轴调节器包括定子(36)、能相对所述定子(36)绕旋转轴线(74)相对扭转的转子(38)及布置在所述转子(38)或所述定子(36)上的具有容纳套筒(62)的轮毂(52);以及具有容纳在所述容纳套筒(62)中的凸轮轴(12)，其特征在于，所述凸轮轴(12)在所述容纳套筒(62)中通过至少三个间隔元件(64)径向地固定。
2.根据权利要求1所述的凸轮轴调节装置(19)， 其特征在于，至少两个所述间隔元件(64)沿轴向方向彼此错开地布置。
3.根据权利要求1或2所述的凸轮轴调节装置(19)， 其特征在于，所述间隔元件(64)沿轴向方向延伸。
4.根据权利要求3所述的凸轮轴调节装置(19)， 其特征在于，所述间隔元件(64)沿轴向方向延伸直至所述容纳套筒(62)的底部(63)，并且凹部(76)引入所述底部中，所述凹部分别环绕所述间隔元件(64)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的凸轮轴调节装置(19)， 其特征在于，所述间隔元件￠4)沿径向方向向着所述凸轮轴(12)变细。
6.根据上述权利要求中任一项所述的凸轮轴调节装置(19)， 其特征在于，所述凸轮轴(12)与相应的间隔元件￠4)之间的接触区域大致构造为轴向接触线。
7.根据上述权利要求中任一项所述的凸轮轴调节装置(19)， 其特征在于，至少一个形状锁合元件(65)布置在所述容纳套筒(62)的底部(63)上，所述形状锁合元件与在所述凸轮轴(12)的端面上的、互补的形状锁合元件抗相对转动地联接。
8.根据上述权利要求中任一项所述的凸轮轴调节装置(19)， 其特征在于，所述间隔元件￠4)布置在所述容纳套筒￠2)的内壁上。
9.根据上述权利要求中任一项所述的凸轮轴调节装置(19)， 其特征在于，所述容纳套筒￠2)布置在所述转子(38)上。
10.一种用于制造凸轮轴调节装置(19)的方法，其中，提供转子(38)和定子(36)并且将它们能相对彼此转动地装配成凸轮轴调节器(4)，并且其中，所述凸轮轴调节器(4)在凸轮轴(12)上定中心，其特征在于，为所述转子(38)或为所述定子(36)以粉末冶金方式制造具有容纳套筒(62)和至少三个间隔元件(64)的轮毂(52)，借助校正来调整所述间隔元件(64)的径向公差尺寸，并且将所述凸轮轴(12)在通过所述间隔元件(64)径向地固定的情况下引入所述容纳套筒￠2)中。
【文档编号】F01L1/344GK104350240SQ201380027058
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年3月22日 优先权日:2012年5月22日
【发明者】于尔根·韦伯, 罗伯特·海內曼 申请人:舍弗勒技术有限两合公司