专利名称：用于周期地操纵可移动安装的元件的凸轮轴和制造这种凸轮轴的方法
由DE 0230731 B1公开了一种由空心的管形轴构成凸轮轴的方法和装置。上述轴插入凸轮的孔中，接着液压扩径，以便使上述轴的边界壁与凸轮的孔接触，从而将凸轮固定在轴上。这里凸轮件以及旋转支承凸轮轴的轴承安装在上述轴上。为了制造这种凸轮轴使用了多件的型箱，它由多个轴向相继的盘形段构成。在这些段中位置精确地形成空隙用于容纳轴承段或凸轮。
上述现有技术的优点是可以制造单独的和整体构成的凸轮件或支承件，接着借助于液压扩径固定在对于功能最佳的相对较轻的轴上。然而，这种凸轮件或支承件的制造要求很大的化费，因为对材料的选择、调质和表面质量都提出了很高的要求。
由DE 4423107 A1公开了一种不同于已知的由多个相继的扁平材料层构成的整体结构的凸轮。这种结构具有明显的制造费用和制造时间方面的优点，因为扁平材料层例如调质的钢冲制而成，接着可以叠合成可使用的凸轮。不需要其它的材料处理和表面加工。
本发明的任务在于提出一种周期地操纵可移动安装的元件的凸轮轴以及其制造方法，由此减少制造费用和制造时间。
上述任务的技术解决方案是由用于凸轮轴的权利要求1的特征以及用于其制造方法的权利要求6的特征实现的。
本发明有利的结构型式在从属权利要求中说明。
按照本发明建议，凸轮轴由一个空心圆柱形的基轴以及借助于液压扩张而固定在其上的功能件构成，其中功能件，例如凸轮盘或支承段分别由多个扁平材料层组成。本发明的优点在于，凸轮轴的不同功能件可以在费用相当低的制造工艺中由扁平材料层构成，接着可以将功能件在同样低费用的过程中固定在基轴上。这样，相对于已知的装置和方法实现了明显的节省，同时不以任何方式忽略功能特征。
在本发明的一个有利的结构中，要叠合的扁平材料层安放在模具的相应的空隙中，然后基轴插入板叠的通孔中。接着进行基轴的液压扩张，从而将板叠固定在基轴上。型箱的各个空隙可以设置成其相对位置是可以相互转动的，这样最终实现凸轮或支承件的功能正确的位置配置。
在另一优选实施例中，基轴设有一个至少通入其端侧的、在其外表面沿纵向延伸的槽，功能件设有一个相应的伸入通孔中的凸起部，这样在凸起部啮合入槽中的情况下功能件接着可以推到轴上。尤其在凸轮件中，凸起部最好具有相对于最大的凸轮凸起相互错开的位置，这样尽管是单一的、简单地和低费用地制作的槽也能使每个凸轮件占据其预定的相对位置。这里，由于上述位置已经沿每个元件的周向确定，因此型箱最好不需要相对精确地构成的槽。
在上述两个实施例中最好规定，在基轴的液压扩张之后，基轴在相邻的功能件之间的外径选择得要大于基轴在功能件范围的外径。这样，除了通过扩张而固定功能件之外，通过在直径的突变处形成凸肩而保证了功能件在轴向的保险。在上述凸肩范围内的径向扩张是通过在型箱中相应形成的止挡限制的。
与此不同也可以采取相对于直径已旋转的配置，即基轴在液压扩张之后在功能件之间具有一个较小的外径。
为了避免在各扁平材料层的直径突变的过渡区中的应力尖峰，可以规定，限制径向扩张的止挡包括盘形件或角形件，它们紧贴在功能件的两侧，用于按照距离每个外面的扁平材料层的确定的轴向间距实现直径的突变。
在另一有利的实施例中可以规定，功能件的通孔具有一个齿，它与基轴的液压扩张一起作用，用来附加地、形状连接地夹紧功能件。
此外，作为补充或另一种方案，通孔可以不同于圆形，这样同样可以起到形状连接的作用，以克服转动。
此外，优选规定，除了已经提到的凸轮件或支承件之外可以在基轴上设置其它的功能件，例如所谓的头部构件或端件，它们本身又可以带有例如齿轮或链轮用来传动凸轮轴。
本发明的凸轮轴优选应用在汽车的内燃机中，并操纵可移动地安装在汽缸头中的作为换气阀构成的零件。
此外也可以设想其它一系列的应用，例如用在稳定运行的机器或自动机上，以便机械控制周期性重复的过程。
本发明其它的优点和特征由权利要求书以及下面借助于附图对实施例的说明给出。其中
图1表示在液压扩张后位于型箱中的凸轮轴，部分剖开；图2表示沿着图1中的线II-II的本发明实施例的剖面图；图3表示沿图2中的箭头X方向的视图；图4表示图3中的放大的细节Y；图5表示用于凸轮盘的多个扁平材料层；图6表示在液压扩张后带止挡的凸轮盘；图7表示在液压扩张后带另一止挡的凸轮盘。
凸轮轴主要由一根基轴1和多个轴向相互隔开地安装在基轴上的功能件2构成。这些功能件2分别由多个扁平材料层3构成，后者组合成一板叠，例如一作为凸轮盘4构成的功能件2或者作为支承环5构成的功能件2。
每一功能件2都具有一整体由扁平材料层3的叠片中的所有孔7构成的通孔6。
基轴1穿过通孔6，其中基轴首先被设计为外径略小于通孔6的最小直径的空心圆柱体。在所有的功能件2在基轴1的预定的轴向相互隔开的段8中定位后，基轴在模具10中在其内部用液压加载。
在本身已知的方法中，例如将一种液态介质注入基轴中，接着用足够的压力加载。由于超压，基轴径向扩张，由此使基轴1的外表面接近通孔6的圆周，并最终贴紧在上述圆周上。由此使功能件2固定在基轴1上，从而构成整个凸轮轴。
在图1的实施例中，首先通过将多个扁平材料层3的叠合而组成凸轮盘4或支承环5，接着将上述板叠位置精确地固定在模具10的各功能件的空隙11中。然而，将其内圆周和外圆周被设计成圆柱形的空心基轴1穿过通孔6，接着按上述方法加压。在模具10中，在支撑功能件2的段8之间构成的段12附近设置径向作用的止挡13。在液压扩张时，基轴1的径向膨胀在段8的范围由通孔6的圆周和在段12的范围由止挡13限制。由此而确定的基轴1的直径是这样的，即段8范围内的外径D1小于止挡13范围内的外径D2。功能件2的侧向端面15靠在D1和D2之间的直径突变所构成的凸肩14上作为轴向位置保险。
按照图6或7的实施例，止挡13可以具有盘形件15或角形件16并且在液压扩张时用于在轴向与各外面的扁平材料层3间隔的凸肩14的范围形成D1和D2之间的直径突变。为此可靠地避免了叠层范围的应力尖峰。
为了提高可靠性以克服功能件2在已制成的凸轮轴上的转动，每个孔7都设有齿20，其中径向指向孔7的齿20在基轴1的液压扩张期间进入基轴中并用于传递高的转扭。
在本发明的另一实施例中，模具10的空隙11是非必需的，因为基轴1在其外表面上设有至少一个通入基轴1的端侧22中的槽23，而每个扁平材料层3设有一个径向指向孔7并与槽23相应的凸起部24。按照这一实施例，功能件2在凸起部24与槽23啮合的情况下推到基轴1上，并接着液压扩张。借助于凸起部24在通孔6或孔7的相对位置保证了功能件2在凸轮轴上的精确的圆周定位。
如图5所示，凸起部24的位置相对于扁平材料层3的每个凸轮凸起25相互错开。只是为了更好地理解，在图5中关于右下方所示的扁平材料层3表示了与基轴1和其槽23的共动作用。
此外，图5表示了由冷轧钢板例如CK70制成的扁平材料带30。由这一在冲床中从左向右移动的带材借助于适合的冲裁工具例如冲裁出四个沿着倾斜的列31排列的扁平材料层3。在本发明的这一实施例中也可以设有齿20。
图5的上半部示例性表示用于首先描述的没有槽23和凸起部24的实施例的扁平材料层3。此外表示了每一扁平材料层3的穿孔32和33。这些穿孔用于减轻重量，因此可以根据要求设置比图示多的穿孔。较大尺寸的穿孔32同样可以用来容纳未图示的销子，以便改善扁平材料叠合。
多个扁平材料层3的叠合可以通过粘接、铆接、压紧或激光焊接而相互叠合。铆钉例如可以穿过穿孔32和/或33。激光焊接例如可以在上述设置的槽34中进行，槽34表示在图5中的单一的扁平材料层3旁，相对于孔7径向向外延伸。
如果计划将基轴1直接支承在机器零件中，则可以取消图1中所示的支承环5，例如位于该段的基轴1的外表面用作支承面。借助于上述的液压扩张和相应的空隙11保证了所需要的高的精度。
除了形状为凸轮盘4和支承环5的上述的功能件2外，凸轮轴可以具有图1左侧的未图示的头部构件和位于右侧的端件40。上述头部构件或端件40可以通过液压扩张与基轴1形成形状连接和力连接，例如可以传动由凸轮轴驱动的法兰连接的装置或可以安装传动凸轮轴的成带轮或链轮。
与图示的大体为圆形的孔7不同，孔7也可以通过简单地改变冲裁工具而具有例如椭圆形的或近似三角形的形状，其中在使用最为初为圆形的基轴1时实现了功能件2的附加的形状连接的夹紧。
除了已经所述的制造时间和材料费用的优点外，这样制成的凸轮轴由于相互面对的扁平材料层3的边界面之间的内部摩擦而具有良好的声学性能。
权利要求
1.周期性操纵可移动安装的零件的凸轮轴，具有一个空心的基轴(1)以及借用于液压扩张而固定在基轴(1)上的、带容纳基轴(1)的通孔(6)的功能件(2)，其特征为，功能件(2)由多个扁平材料层(3)组合而成。
2.按照权利要求1的凸轮轴，其特征为，至少一个功能件(2)由一个设有通孔(6)的支承环(5)组成，以便支承凸轮轴。
3.按照权利要求1或2的凸轮轴，其特征为，基轴(1)在通孔(6)的范围的外径(D1)要比直接紧邻功能件(2)的侧端面(15)的基轴(1)的外径(D2)小。
4.按照权利要求1～3中之一的凸轮轴，其特征为，基轴(1)在其外表面上具有一个沿纵向延伸的槽(23)，功能件(2)的相应设计成伸入通孔(6)的凸起部(24)扣入上述槽中。
5.按照权利要求4的凸轮轴，其特征为，设计为凸轮盘(4)的功能件(2)设置在基轴(1)上，其凸起部(24)的位置相对于凸轮凸起(25)相互错开。
6.用于制造如权利要求1所述的凸轮轴的方法，具有下述步骤a)在轴向相互间隔的基轴(1)的预定的段(8)上安装多个由扁平材料层(3)构成的板叠，b)至少在支承板叠的段(8)中液压扩张基轴(1)，以便抗转动地固定在基轴(1)上。
7.按照权利要求6的方法，其特征为，在步骤a)之前，在基轴(1)中加工一沿纵向延伸的槽(23)，它至少通入基轴(1)的端侧(22)中，扁平材料层(3)设有相应的凸起部(24)；在步骤a)中使凸起部(24)啮合在槽(23)中。
8.按照权利要求6的方法，其特征为，至少在步骤a1)中将要叠合的扁平材料层(3)安装在模具(10)的功能件的各空隙(11)中，然后在步骤a2)中基轴(1)插入通孔(b)，从而使板叠相对于基轴(1)的预定的段(8)定位。
9.按照权利要求7或8的方法，其特征为，在一个容纳凸轮轴的模具(10)中实现液压扩张，该模具借助于止挡(13)将基轴(1)的径向扩张这样限定在位于支撑板叠的段(8)之间的段(12)中，即在段(12)中液压扩张后的外径(D2)要大于支撑板叠的段(8)的外径(D1)。
10.按照权利要求9的方法，其特征为，止挡(13)是这样形成的，即与每一外部的扁平材料层(3)轴向间隔地由从外径(D1)到外径(D2)的过渡区形成凸肩(14)。
全文摘要
为了费用合理和缩短制造时间而简单地制造凸轮轴,本发明建议,在基轴(1)上安装由多个扁平材料层(3)构成的功能件(2),接着基轴(1)通过液压扩张而变形,使得功能件(2)固定在基轴(1)上。
文档编号F01L1/047GK1251154SQ98803648
公开日2000年4月19日 申请日期1998年3月19日 优先权日1997年3月25日
发明者C·库鲁斯, A·贝尔 申请人:大众汽车有限公司