組裝式多路凸輪的製作方法

2023-04-25 03:23:06

專利名稱：組裝式多路凸輪的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1所述的組裝式多路凸輪，一種如權利要求11所述的具有至少一個組裝式多路凸輪的凸輪軸以及如權利要求12、13和14所述的用於加工具有至少一個組裝式多路凸輪的凸輪軸的方法。
在氣門控制的內燃機領域中的發展總是對用於控制氣門的凸輪軸提出更多的要求。一個重要的趨勢是使用可變控制氣門控制時間的技術。在這方面最近已經創立了系統，其中氣門的升程通過兩個相互間不同的凸輪輪廓控制，因此可以在兩個不同的氣門升程之間轉換。為此使用具有多路凸輪的凸輪軸，在其上構成至少兩個不同的凸輪輪廓。作為這種系統的示例可以給出系統「VarioCam Plus」，它應用於Porsche公司的汽車。對於這個系統使用所謂的可切換的杯形頂杆，其工作原理對於相關技術領域的專業人員是公知的。
為了改善作用力在凸輪與凸輪組件(例如一個可切換的杯形頂杆)之間的力流中的分布通常使凸輪分成三個部分，其中在兩個相同的、相互間軸向間隔的具有相同凸輪輪廓的外部凸輪之間設置一個具有一個第二凸輪輪廓的內部的第二凸輪，它與外部凸輪的凸輪輪廓是不同的。由現有技術已知，這種多路凸輪可以例如通過銑削成一個工件構成或者通過將三個獨立的凸輪組裝到一起構成。
由DE 196 06 732 C2已知多路凸輪，它們由多個單個部件組成，它們在軸向組裝到一起。在此單個部件通過局部非圓的管段構成，它們在相互面對的端部上具有同心的環形臺階。這些臺階被推到一起，用於由單個部件組成一個多路凸輪。這些同心的環形臺階在橫截面中圓形地構成並且約是管段壁厚的一半。由此使得在將單個部件推到一起以後在推上到一起的臺階部位中也呈現管段的全部壁厚。
由DE 196 06 732 C2已知的多路凸輪存在缺陷，單個部件之間在同心的環形截段處的連接是相對薄弱的。尤其是在單個部件之間的連接不足以不可相對轉動。因此在DE 196 06 732 C2中公開的多路凸輪只能適用於按照內部高壓變形工藝加工的凸輪軸。
本發明的任務是，提供一種組裝式多路凸輪，它可以成本經濟地加工並靈活地使用並且在軸向需要微少的結構空間。它尤其能夠藉助於簡單的接合方法接合到凸輪軸的支承軸上並且可以用於不是按照內部高壓變形工藝加工的組裝式凸輪軸。本發明的任務還要提供一種凸輪軸，它可以成本經濟地加工並且適用於具有不同的凸輪組件的氣門傳動機構中，例如可切換的杯形頂杆、滾輪槓桿或類似機構。最後本發明的目的還要提供一種方法，通過它可以加工這種組裝式凸輪軸。
關於多路凸輪，這個任務按照本發明通過一個具有權利要求1特徵的多路凸輪得以實現。關於凸輪軸，這個任務通過一個具有權利要求11特徵的凸輪軸得以實現。關於加工方法所述任務通過權利要求12，13和14得以實現。
按照本發明的多路凸輪由三個單個部件組成，即，兩個分凸輪和一個使這些分凸輪相互連接的環。每個單個部件以大批量工藝成本經濟地加工。不僅分凸輪而且環都在其外表面上具有凸輪輪廓。通過將環推到分凸輪接合輪廓的外表面上，用於在這三個構件之間連接所需的連接機構徑向設置在環下面並且無需附加的軸向結構空間。通過這種結構得到一個多路凸輪，它在軸向上需要一個微小的結構空間。
所述多路凸輪的單個部件可以相互獨立地以完全不同的方式加工。因此可以使分凸輪例如不僅通過燒結技術而且通過冷變形或熱變形(鍛造)產生。也可以設想，通過切削加工方法(銑削、車削)加工分凸輪。因此可以根據凸輪在發動機運行中的負荷選擇分凸輪的加工方法和材料。所述環或者可以由鋼環、例如一個拉制管段製成或者由熱成形件或冷成形件或者由燒結件製成。也可以使環直接由實心體通過切削加工工藝製成。對於環也可以通過選擇加工工藝和材料使其與發動機運行所需的強度相匹配。
所述分凸輪和環可以分別以單獨的方式硬化並在需要時回火處理。同時可以使用和自由組合所有的熱處理和調質工藝，因為三個構成多路凸輪的單個部件不必共同地進行處理。例如可以使分凸輪感應地硬化而使環在等離子中滲氮或者作為鬆散材料熱處理。
對於按照本發明的多路凸輪所述環具有一個非圓的內輪廓。相應地也使分凸輪的接合輪廓以相同的方式非圓地構成，用於能夠推上環。通過這種方式在環與分凸輪之間實現在圓周方向上有效的形狀配合連接。這種形狀配合連接保證多路凸輪在將單個部件一起推上後在圓周方向上不可相對轉動地預裝配。
在環與分凸輪之間有效的連接機構有利地由壓配合構成。為了實現這種壓配合例如以公知的方式確定分凸輪的接合輪廓與環的內輪廓的加工公差尺寸，使得相互推上的表面構成壓配合。通過這種方式使用於預裝配多路凸輪的工作費用保持較少，因為除了將環推到分凸輪的接合輪廓上以外無需其它的用於在構件之間實現所期望的固定連接的獨立工作步驟。
在完成凸輪軸的組裝工作以後，通過磨削產生凸輪的最終輪廓。為了也可以容易地實現環的凸輪輪廓的磨削，使環的凸輪輪廓與分凸輪的凸輪輪廓具有一個軸向間距是有利的。這個軸向間距也稱為自由位置。為了以簡單的方式實現這個自由位置，至少一個分凸輪在從接合輪廓到凸輪輪廓的過渡部位中具有一個凸肩，它在徑向上突出於分凸輪的外表面。這個凸肩在將環推到接合輪廓上時起到間隔體的作用，它產生環的凸輪輪廓與分凸輪的凸輪輪廓之間的所期望的軸向距離。通過確定凸肩的軸向長度尺寸可以使這個距離的大小按照具體情況的需要進行調整。所述凸肩可以是分凸輪的一個集成組成部件(例如一個半徑和一個燒結稜角)或者通過一個單獨的構件如一個適配於分凸輪接合輪廓的環形元件構成。也可以使自由位置是中間環的一個集成組成部件。
為了使加工成本和加工分凸輪時的費用保持較少，希望在多路凸輪組裝狀態中相互面對的分凸輪端面不必再機械加工(例如通過磨削)。如果分凸輪的上述端面在組裝狀態不接觸，即當在其之間保留一個間隙，則可以取消這種機械加工。一個這樣的間隙以簡單的方式通過使環具有一個軸向長度得以實現，該長度大於分凸輪接合輪廓的軸向長度之和。通過這種方式環將分凸輪的上述端面相互間分開。
為了使環與分凸輪之間的連接達到特別好的強度並且易於實現環與分凸輪之間的接合操作有利地在分凸輪接合輪廓的外表面上和/或在環內輪廓的內表面上設有一個溝槽紋。這個溝槽紋例如通過滾壓或滾花實現。由此在將環推到分凸輪的接合輪廓上時以專業人員公知的方式產生環在分凸輪接合輪廓上的傳力連接和/或形狀配合連接，這使構件相互間產生一個特別可靠的連接。此外有利的是，通過這個溝槽紋可以明顯降低對多路凸輪(分凸輪和環)的單個部件的公差要求。如果以燒結工藝加工分凸輪，則可以使這個溝槽紋直接在燒結時由鋸齒形的、在軸向上延伸的具有徑向向外指向的齒尖的齒部構成。在這種情況下可以使環附加地具有一個溝槽紋，它例如通過滾花或滾壓製成。同樣可以使分凸輪由沒有溝槽紋的燒結部件製成並且只在環上設有溝槽紋。
為了易於將環推到分凸輪的接合輪廓上，環的內輪廓有利地在其軸向端部上具有一個徑向擴寬部分。以類似的方式如果分凸輪的孔具有一個內輪廓，則使預裝配的多路凸輪或分凸輪易於推到支承軸上，該內輪廓在首先推到支承軸上的那個端面部位中或者在推到支承軸上的端部上與孔相比漏鬥形地擴寬。
一個支承一個或多個按照本發明的多路凸輪的凸輪軸本身由於多路凸輪的成本經濟的可加工性可以成本經濟地製成。該凸輪軸由於多路凸輪的微少軸向結構空間需求尤其適用於操縱可切換的杯形頂杆，公知地在軸向非常有限的空間上安置兩個具有不同凸輪輪廓的凸輪，用於實現不同大小的閥升程。但是使用一個按照本發明的凸輪軸不局限於「可切換的杯形頂杆」的使用情況。它可以靈活且有利地也用於操縱其它的凸輪組件如滾輪槓桿。
對於本發明有利的是，所述多路凸輪可以沒有其它構件的輔助措施地通過將三個構件「第一分凸輪」、「環」和「第二分凸輪」推上到一起進行預裝配。在此使預裝配的多路凸輪的構件可靠地相互連接，使得多路凸輪為了繼續組裝凸輪軸可以可靠地運輸。
通過這樣的多路凸輪可以通過簡單的方式由此實現凸輪軸的組裝，將預裝配的多路凸輪推到一個支承軸上直到支承軸的一個給定的截段上並且在推上時或緊接著推上將多路凸輪軸向且不可相對轉動地固定在支承軸的這個給定截段上。在此所述固定可以通過不同的方法實現。例如可以通過將多路凸輪通過一個射線焊接工藝、例如雷射或電子射線焊接固定焊接在支承軸上。也可以選擇使固定以公知的方式通過傳力連接和/或形狀配合連接實現。為此可以使多路凸輪或者推到一個事先通過滾壓或滾花擴寬的支承軸段上或者使支承軸在多路凸輪部位在其定位後通過內部高壓變形擴寬。滾壓或滾花擴寬不僅可以用於空心的而且可以用於實心的支承軸，而通過內部高壓變形擴寬只能使用空心支承軸。最後也可以通過磨削或滾軋在支承軸中帶來直徑差並使多路凸輪固定在具有較大直徑的軸向位置上。
在權利要求13中給出一個與上述加工方法不同的加工方法。按照這個加工方法製備一個支承軸，它具有至少一個截段，該截段通過滾壓或滾花進行表面加工，使得它具有一個與不加工的支承軸段相比加大的外直徑。然後在這個支承軸上將第一分凸輪、環和第二分凸輪依次推到該支承軸的一個截段上，其外徑沒有通過滾壓或滾花加大並且它靠近具有加大外徑的截段。在此這樣實現推上，使得分凸輪的接合輪廓面對環並且將分凸輪和環相對於支承軸調整到所期望的角位置。然後接著通過一起推上這些構件使第一分凸輪、環和第二分凸輪頂壓到支承軸的滾壓或滾花截段上，其中將環通過其內表面推到分凸輪的外表面上，由此構成多路凸輪並且傳力連接和/或形狀配合連接地軸向且不可相對轉動地固定在規定位置上、即在支承軸的規定截段上。
上述的將分凸輪和環一起推上的方法的優點是，只需要一個工作過程，用於構成多路凸輪同時將它固定在支承軸的規定位置上。當然也可以使單個構件分別且依次地推到支承軸的滾壓或滾花的截段上。
在另一實施方式中以上述方式也構成具有多於3個凸輪輪廓的多路凸輪。使分凸輪分別具有一個用於控制一個凸輪組件的凸輪輪廓和在軸向與該凸輪輪廓錯開的兩個接合輪廓。因此構成一個由多個環和多個分凸輪組成的多路凸輪。只具有一個接合輪廓的分凸輪分別構成多路凸輪的軸向終端。
此外也可以使接合輪廓在分凸輪上並且使內輪廓在環上基本上圓形地構成。在此可以使接合輪廓與支承軸同心地構成。
下面藉助於附圖詳細描述本發明的實施例。附圖中

圖1以軸向截面圖示出一個按照本發明的多路凸輪的單個部件，圖2以透視圖示出一個按照本發明的多路凸輪的單個部件，圖3以軸向截面圖示出一個組裝的多路凸輪，它推到一個支承軸的一個給定截段上，圖4以立體圖示出一個預裝配的按照本發明的多路凸輪。
圖1示出一個分凸輪1，它具有一個孔12、一個外凸輪輪廓4和一個接合輪廓7。以類似的方式分凸輪2具有一個孔12、一個凸輪輪廓5和一個接合輪廓8。附加地在分凸輪2上設有一個凸肩13，它與分凸輪2組合地構成。該分凸輪1，2的孔12的大小是相同的。環3具有一個外凸輪輪廓6以及一個內輪廓9，它具有一個內表面9a。如果要由在圖1中所示的單個部件組裝成一個多路凸輪，則將環3通過其內表面9a推到接合輪廓7，8的外表面7a，8a上。在推上到時在內表面9a與接合輪廓7，8的外表面7a，8a之間構成壓配合。為了使這個壓配合達到一個特別高的強度，使接合輪廓7，8的外表面7a，8a和/或環3的內表面9a配有溝槽紋，它們例如通過滾壓或滾花實現。
在圖2中清楚地看到，所述分凸輪1，2的接合輪廓7，8與環3的內輪廓9同樣非圓地構成。通過這種方式使環3的內輪廓9構成與分凸輪1，2的接合輪廓7，8的形狀配合連接。通過這種方法保證構件在圓周方向上相互間不可相對轉動地定位。
在圖3的軸向截面圖中示出的支承軸10具有一個截段14，它在推上預裝配的多路凸輪之前通過滾壓或滾花進行過表面處理，因此在這個截段14上呈現一個比支承軸10的其餘直徑加大的外徑。為了使多路凸輪軸向且不可相對轉動地布置在支承軸10的截段14上，首先與支承軸10無關地預裝配多路凸輪。為此首先將環3推到分凸輪2上。接著將環3推到分凸輪1的相應接合輪廓7上，由此實現預裝配的多路凸輪。然後這個多路凸輪推到支承軸10的一個來滾壓或未滾花的部位上並推到滾壓或滾花的截段14上。在此所述分凸輪1，2的孔12的內表面可以具有一個齒部，其齒尖在軸向上延伸。在此齒深約為0.01至0.1mm是有利的。此外該孔12至少在推向支承軸10上的端部上具有一個漏鬥形擴寬部分，它使相關的分凸輪易於推到支承軸10上。對於孔12的這種直徑擴寬的適合數值適配於通過滾壓所實現支承軸擴寬地在0.05mm至0.33mm的範圍裡面。如果將上述尺寸用於齒深或直徑擴寬，則能夠實現一種形狀配合連接或傳力連接。
在將預裝配的多路凸輪推向以上述方式製備的截段14上後，可以將多路凸輪推到截段14上。在此在支承軸10與多路凸輪的分凸輪1，2之間構成形狀配合連接和/或傳力連接。對此要指出，按照本發明的多路凸輪具有一個相對較大的接合長度，由此提高連接強度並且減少分凸輪1，2在接合過程中的負荷。
對於上述的將多路凸輪固定在支承軸10的截段14上的方式和方法也可以選擇通過射線焊接實現多路凸輪的固定。在這種情況下對於在圖3中所示的結構使焊接射線有利地沿著縫隙16導引。由此在多路凸輪不與凸輪組件(未示出)接觸的部位中實現焊接連接。在圖3中通過以X表示的線表示焊接射線。如果通過射線焊接進行多路凸輪在支承軸10上的固定，則只在一個或在兩個分凸輪1，2上構成凸肩13是不重要的。同樣不重要的是，凸肩13是否與分凸輪2一體地構成或者是否由單獨的構件構成，如圖3所示的那樣。
在圖4中以透視圖示出一個預裝配的多路凸輪15。以上述方式得到這個預裝配的多路凸輪15，方式是通過將環3推上到接合輪廓7，8上使在圖1和2中所示的單個部件(分凸輪1、環3和分凸輪2)組合到一起。
附圖標記列表1. 分凸輪2. 分凸輪3. 環4. 凸輪輪廓5. 凸輪輪廓6. 凸輪輪廓7. 接合輪廓7a 外表面8. 接合輪廓8a 外表面9. 內輪廓9a 內表面10 支承軸12 孔12a 內輪廓12b 內輪廓13 凸肩14 截段15 多路凸輪16 縫隙X 焊接射線
權利要求
1.用於凸輪軸的組裝式多路凸輪，包括·第一分凸輪(1)，它具有孔(12)、凸輪輪廓A(4)和軸向設置在這個凸輪輪廓旁邊的具有外表面(7a)的接合輪廓(7)，·第二分凸輪(2)，它具有孔(12)、凸輪輪廓A(5)和軸向設置在這個凸輪輪廓旁邊的具有外表面(8a)的接合輪廓(8)，·環(3)，它具有與凸輪輪廓A不同的凸輪輪廓B(6)和具有內表面(9a)的內輪廓(9)，其中該環(3)通過其內表面(9a)可以推到分凸輪(1，2)的外表面(7a，8a)上，·以及連接機構，它們在環(3)與分凸輪(1，2)之間作用並且保證這些構件之間固定的連接。
2.如權利要求1所述的組裝式多路凸輪，其特徵在於，所述環(3)的內輪廓(9)和分凸輪(1，2)的接合輪廓(7，8)非圓形。
3.如權利要求1或2所述的組裝式多路凸輪，其特徵在於，優選使在環(3)與分凸輪(1，2)之間作用的連接機構由壓配合和/或形狀配合連接構成。
4.如權利要求1至3中所述的組裝式多路凸輪，其特徵在於，在兩個分凸輪(1，2)的至少一個分凸輪上在從接合輪廓(7，8)到凸輪輪廓(4，5)的過渡部位中設置凸肩(13)，它在徑向上突出於分凸輪(1，2)的外表面(7a，8a)。
5.如權利要求4所述的組裝式多路凸輪，其特徵在於，所述凸肩(13)與分凸輪(1，2)一體地、例如以半徑或稜角構成。
6.如上述權利要求中任一項所述的組裝式多路凸輪，其特徵在於，所述環(3)的軸向長度大於接合輪廓(7，8)的軸向長度之和。
7.如上述權利要求中任一項所述的組裝式多路凸輪，其特徵在於，所述外表面(7a，8a)配有例如通過滾壓或滾花設置的溝槽紋。
8.如上述權利要求中任一項所述的組裝式多路凸輪，其特徵在於，所述內部環表面(9a)具有溝槽紋或一個軸向延伸的齒部。
9.如上述權利要求中任一項所述的組裝式多路凸輪，其特徵在於，所述環(3)的內輪廓(9)在其軸向端部上具有徑向的擴寬部分。
10.如上述權利要求中任一項所述的組裝式多路凸輪，其特徵在於，所述孔(12)在至少一個分凸輪(1，2)的至少一個端部上具有相對於孔(12)漏鬥形地擴寬的內輪廓(12a，12b)。
11.組裝式凸輪軸，其具有至少一個如權利要求1至10中任一項所述的組裝式多路凸輪。
12.用於加工具有至少一個如權利要求1至10中任一項所述的多路凸輪(15)的組裝式凸輪軸的方法，其特徵在於下列方法步驟a組裝多路凸輪(預裝配)b將預裝配的多路凸輪推到支承軸(10)上直到支承軸(10)的一個給定截段(14)，c將多路凸輪軸向且不可相對轉動地固定在支承軸(10)的這個給定截段(14)上。
13.用於加工具有至少一個如權利要求1至10中任一項所述的多路凸輪(15)的組裝式凸輪軸的方法，其特徵在於下列方法步驟a製備支承軸(10)，它具有至少一個截段(14)，該截段通過滾壓或滾花已經進行表面加工，使得它具有與支承軸(10)的未加工截段相比更大的外徑，b將第一分凸輪(1)、環(3)和第二分凸輪(2)推到支承軸(10)的一個截段上，該截段的外徑不通過滾壓或滾花加大並且它靠近表面加工過的截段(14)，其中接著推入，使得分凸輪(1，2)的接合輪廓(7，8)面對環(3)並且調定分凸輪(1，2)和環(3)相對於支承軸(10)的所期望的角位置，c壓上第一分凸輪(1)、環(3)和第二分凸輪(2)，將這些構件一起推到支承軸(10)的表面加工過的截段(14)上，其中環(3)通過其內表面(9a)推到分凸輪(1，2)的外表面(7a，8a)上，由此構成多路凸輪並且傳力連接和/或形狀配合連接地軸向且不可相對轉動地固定在給定位置(截段14)上。
14.用於加工組裝式凸輪軸的方法，該凸輪軸具有一個支承軸(10)、例如管或杆，凸輪軸具有至少一個對應於權利要求1至10中任一項所述的多路凸輪(15)，該多路凸輪具有至少三個軸向相鄰設置的凸輪輪廓，其特徵在於，分別交替地且直到達到所需的凸輪輪廓數量地·首先將具有凸輪輪廓的第一分凸輪(1)、·其次將具有凸輪輪廓的環(3)、·然後將具有凸輪輪廓的另一分凸輪(2)推到支承軸(10)上並接著以在支承軸(10)上以給定徑向角度軸向且不可相對轉動地固定在給定的軸向位置上來形成多路凸輪(15)。
15.如權利要求12或14所述的用於加工組裝式凸輪軸的方法，其特徵在於，為了固定至少一個分凸輪(1，2)使焊接射線(X)、例如雷射射線或電子射線穿過分凸輪(1，2)徑向傳導到軸向位置上，在該軸向位置上所述環(3)與要被焊接的分凸輪(1，2)以縫隙(16)間隔，並由此使分凸輪(1，2)與支承軸(10)至少點焊。
全文摘要
本發明涉及一種組裝式多路凸輪，它可以成本經濟地加工並且靈活地應用並且在軸向上需要一個微少的結構空間。為此建議，所述組裝式多路凸輪包括下列構件一個第一分凸輪(1)，它具有一個孔(12)、一個凸輪輪廓A(4)和一個軸向設置在這個凸輪輪廓旁邊的具有一個外表面(7a)的接合輪廓(7)，還包括一個第二分凸輪(2)，它具有一個孔(12)、一個凸輪輪廓A(5)和一個軸向設置在這個凸輪輪廓旁邊的具有一個外表面(8a)的接合輪廓(8)，還包括一個環(3)，它具有一個與凸輪輪廓A不同的凸輪輪廓B(6)和一個具有內表面(9a)的內輪廓(9)，其中該環(3)通過其內表面(9a)可以推到分凸輪(1，2)的外表面(7a，8a)上，以及包括連接機構，它們在環(3)與分凸輪(1，2)之間是有效的並且在這些構件之間建立一個可靠的連接。本發明還公開了一種可以加工一個組裝式凸輪軸的方法，該凸輪軸具有至少一個按照本發明的組裝式多路凸輪。
文檔編號F16H53/02GK1922389SQ200580005632
公開日2007年2月28日 申請日期2005年2月10日 優先權日2004年2月23日
發明者T·瓦爾茨 申請人:泰森克魯普汽車股份公司