CN103648678B - 凸轮轴以及用于生产该凸轮轴的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种凸轮轴（1）和一种用于生产该凸轮轴（1）的方法，凸轮轴（1）具有支撑管（10），包含至少一个凸轮（11）的部件（11、12、13）在所述支撑管（10）上被布置在预定的安装位置（14），其中所述支撑管（10）至少部分地延伸通过所述部件（11、12、13）中的孔（15），并且其中通过内部高压成形产生所述支撑管（10）与所述部件（11、12、13）之间的过盈配合装配。根据本发明，至少一个局部成形的材料模制件（16）被提供在所述支撑管（10）与所述孔（15）之间，通过所述材料模制件（16），以如下形式在期望的取向上相对于所述支撑管（10）将所述部件（11、12、13）保持在所述安装位置（14），即具有被放置的部件（11、12、13）的所述支撑管（10）可以被提供至所述内部高压成形。

Description

凸轮轴以及用于生产该凸轮轴的方法

技术领域

本发明涉及一种凸轮轴，其具有支撑管，包含至少一个凸轮的部件以预定的安装位置被布置在支撑管上，其中支撑管至少部分地延伸通过部件中的孔，并且其中通过内部高压成形产生支撑管与部件之间的过盈配合装配。

背景技术

DE102007012756A1提出了一种生产具有支撑管的一般凸轮轴的方法，其中，诸如凸轮、轴承座圈、尾端件、脉冲发生器凸轮、凸轮轴调节器、驱动小齿轮等的部件以预定的安装位置被布置在支撑管上。凸轮轴的生产要求在支撑管上的部件高尺寸精度和位置精度。在支撑管的纵向方向上以及在部件关于支撑管的旋转轴线的角度位置的取向上轴向地要求精度。为了定向部件，提出使用爪(jaws)，其被采用在成形工具中。其后，根据第一次提出的版本可以使用内部高压成形，以便使支撑管塑性变形。这样一来，产生支撑管与部件之间的过盈配合装配，并且可以提供这样的部件，其功能表面具有完成的功能表面，甚至在过盈配合装配的建立之前。

不利地，具有多个爪的成形工具的结构是精心制作的，并且在支撑管的轴向方向上不存在定位部件的有利可能性。

在DE10150092C1中还示出了一种用于生产一般凸轮轴的方法，并且预装配有部件的支撑管被放置到工具下部内，其中位置与功能方面适当地提供部件和支撑管定位。通过经由工具下部利用真空夹紧和/或吸紧部件而产生部件的精确位置。

因此，部件相对于支撑管的必要定位造成对成形工具构造所做的大量设计工作，并且在产生支撑管与部件之间的过盈配合装配之前，为部件提供已经完成的功能表面仅是有条件地成为可能的。通常，部件的功能表面的切削加工修改是必需的，反过来由于这个原因，部件在支撑管上的高精度定位似乎是多余的，因为通过切削过程完成部件的功能表面，无论如何都会补偿形状和位置偏差。

发明内容

因此，本发明的目的是产生一种凸轮轴和一种用于生产该凸轮轴的方法，借此克服现有技术的缺点，并且使简化的生产成为可能。

结合特性特征根据本发明以下技术方案，自凸轮轴开始解决该目的，所述技术方案为：一种凸轮轴，其具有支撑管，包含至少一个凸轮的部件在预定的安装位置被布置在所述支撑管上，其中所述支撑管至少部分地延伸通过所述部件中的孔，其中在所述支撑管与所述孔之间提供至少一个局部成形的材料模制件，通过所述材料模制件，所述部件在期望的取向上相对于所述支撑管被保持在所述安装位置中，其中所述材料模制件被引入所述支撑管的外表面和/或所述孔的内表面中，其中所述孔具有比所述支撑管的外直径更大的直径，其特征在于，通过所述材料模制件可以在所述支撑管与所述部件之间提供非刚性连接，以便在所述支撑管上在所述安装位置中的所述部件以预定位且旋转固定方式自保持地布置。在本发明的优选实施例中阐述了本发明的进一步特征和优势。

本发明包括在支撑管与孔之间提供至少一个局部成形的材料模制件的技术指导，通过该材料模制件，在安装位置的部件以如下方式相对于支撑管被保持在期望的取向上，即具有被放置的部件的支撑管可供给至内部高压成形。

本发明开始于以如下方式体现凸轮轴的想法，即，甚至在提供至内部高压成形之前，支撑管上的部件可以表现为至少在支撑管的纵向方向上是高度精确的位置。通过支撑管与部件中的孔之间局部成形的材料模制件，部件可以以自保持的方式被布置在支撑管上，部件的位置至少在支撑管的纵向方向上已经具有最终位置。当带有部件的支撑管随后被放置到内部高压成形的工具内时，内部高压成形过程可以通过支撑管的塑性膨胀受影响，而维持部件相对于支撑管的轴向位置和角位置。

材料模制件可以被引入支撑管的外表面中和/或部件中的孔的内表面中。然而利用特定优势，材料模制件可以被提供在支撑管的外表面中，因为从工具的角度来看，可以更容易地完成将材料模制件引入外表面中。本发明原则上提供，在内部高压成形之前，孔的直径大于支撑管的外直径。仅通过材料模制件可以产生支撑管与部件之间的至少非刚性连接(non-positiveconnection)，其中材料模制件能够造成配合面的塑性变形，即在材料模制件邻近的孔的内表面或支撑管的外表面中造成塑性变形，使得通过材料模制件还产生至少部分刚性连接。原则上，还可能在支撑管的外表面中以及另外在孔的内表面上提供材料模制件。然而，部件的孔中的材料模制件具有缺点，部件在支撑管的大部分长度上必须随着孔中的材料模制件被推动越过所述孔。

根据本发明的有利实施例，也可以采用滚花(knurling)，用于将材料模制件引入支撑管的外表面中，如果适当，同样也可以引入孔的内表面中。滚花描述了工件表面借助滚花工具的塑性变形，其中滚花工具的纹理形成在工具的表面中，即在支撑管的外表面中或在孔的内表面中。可以以如下方式形成滚花工具，即材料模制件被引入支撑管的安装位置的外表面中，并且基本上在支撑管的纵向方向上延伸。然而，材料模制件还可以具有通过滚花的尺寸，该尺寸例如在支撑管的纵向方向上以及在圆周方向上是相同的，例如圆形或矩形，特别是正方形材料模制件。优选地，材料模制件被体现为细长的形式，并且在具有长度的支撑管的纵向方向上延伸，所述长度例如可以对应于部件的宽度，或者材料模制件的长度例如对应于安装位置的宽度。

支撑管可以在安装位置上包含一个、优选两个并且特别优选三个材料模制件，具体地，该材料模制件被引入外表面中，均匀地分布在支撑管的圆周上。以相同的方式，一个、两个或优选三个材料模制件同样可以被引入部件中的孔的内表面中，以便实现以预定位的自保持方式将部件布置在支撑管上的相同效果。

因此，不优选以如下方式通过材料模制件将部件布置在支撑管上，即通过这样做已经实现已准备好运转的凸轮轴状态。原则上，材料模制件仅用于将部件预定位在支撑管上的正确位置，以便随后通过内部高压成形方法产生支撑管的塑性膨胀。仅通过塑性膨胀桥接支撑管与部件中的孔之间的径向间隙，并且在同时发生弹性膨胀的情况下，支撑管至少在安装位置经受塑性膨胀，该塑性膨胀如此大，以至于产生部件与支撑管之间的过盈配合装配。在这种情况下，用于布置部件的在安装位置之间的支撑管区域会经受甚至更大的塑性变形，使得安装位置之间的支撑管的其余直径大于安装位置所在位置处的支撑管的直径。

材料模制件可以具有0.1mm至大约1mm的高度，优选0.2mm至大约0.7mm的高度，并且最优选大约0.5mm的高度，并且也可以例如被钎焊或焊接作为填充材料。其也可以被形成为塑料模制件。特别地，当部件中的孔处于锻造状态时，孔可以具有大约0.3mm的径向尺寸公差。因此，锻造的凸轮的公差必须通过材料模制件补偿，以便始终获得支撑管与部件之间的可靠挤压。因此，可以以如下方式确定材料模制件的高度，即考虑公差宽度，产生至少0.1mm的重叠，这必须被弹性以及塑性地置换，以便能用所需的最小保持力将部件布置在支撑管上。特别地，在例如到内部高压成形的运输正在进行期间，作用在支撑管上的部件上的力必须通过部件的挤压被可靠地保持在支撑管上。

为了在支撑管与部件之间产生可靠的挤压，可以以三角形、梯形或截锥体的方式形成材料模制件的横截面形状。

另外，通过一种用于生产具有支撑管的凸轮轴的方法解决本发明的目的，在支撑管上，包含至少一个凸轮的至少一个部件被布置在预定的安装位置，其中提供至少以下步骤：提供支撑管和至少一个部件；将至少一个材料模制件引入在安装位置的区域中的支撑管的外表面中或引入部件的孔中，孔被引入部件中用于接收支撑管上的部件；通过在材料模制件的区域中形成部件与支撑管的至少非刚性连接，将部件以旋转固定的方式预定位在安装位置；受限于形成部件与支撑管之间所需的连接强度，通过内部高压成形产生支撑管与部件之间的过盈配合装配。

有利地，支撑管可以至少部分地延伸通过部件中的孔。例如，部件可以由尾端件形成，该尾端件就像凸轮一样将被布置在支撑管上。然而，尾端件中的孔不是通孔，但支撑管仅仅在一定程度上延伸到尾端件中的孔内。尾端件通过支撑管与尾端件中的孔之间的至少一个材料模制件的预定位可以以与凸轮和/或轴承座圈的预定位相同的方式受影响。

利用特定优势，通过滚花方法，材料模制件可以被引入支撑管的外表面中和/或孔中。例如，可以提供滚花滚轮形式的滚花工具，其可以在滚花过程中靠在支撑管上滚动。在滚花滚轮中可以布置至少一个凹部(depression)，并且当支撑管靠在滚花滚轮上滚动并具有足够高的接触压力时，在支撑管的材料中产生塑性变形，并且支撑管的材料可以被压入到滚花滚轮中的凹部内。由于该支撑管局部具有较大直径，因此在支撑管的外表面上形成材料模制件，并且借此可以产生部件在支撑管上的期望预定位。

进一步有利地，部件可以是锻造件，并且可以被放置在处于锻造状态的支撑管上，具体地，当部件被放置在支撑管上时，部件的孔可以具有锻造状态。这里，锻造状态描述了部件的表面并且特别是孔的表面，在通过锻造生产部件之后，所述表面不再例如以切削加工的方式进行再加工。

根据该方法的有利的进一步发展，部件可以包含功能表面，在通过内部高压成形在支撑管与部件之间产生过盈配合装配之后，通过切削加工方法对所述功能表面进行加工，特别是精加工。功能表面可以例如是凸轮的凸轮运行表面或轴承座圈的轴承运行表面。这样做实现的是，即使当在内部高压工具中该位置的径向预定位和保持已是充分的时候，在内部高压成形的方法之前或期间，部件在支撑管上的径向位置可以至少通过另外的手段保持不受控制，因为部件具有精加工的磨削余量，但该余量应当是极小的。然而，基于本发明，不必以高度精确的方式保持部件在内部高压工具中的径向位置，并且通过部件的切削精加工，例如通过磨削，仅产生功能表面的径向定向。因此，通过根据本发明的材料模制件将部件预定位在支撑管上，实现部件在支撑管上的至少径向定向，材料模制件在整个生产过程中保持完整无缺，并且可以实现直到切削精加工的生产的简化。

有利地，通过预定位，还可以最终确定部件相对于支撑管的角位置。

通过用于在支撑管与部件之间产生过盈配合装配的内部高压成形，在支撑管中的至少一个轴承位置可以通过塑性成形产生。组合方法因此可以成为可能，以便产生支撑管的径向膨胀，用于将部件压紧配合在支撑管上，以及用支撑管自身的材料形成至少一个轴承位置。

附图说明

接下来结合本发明的优选实施例的描述，更详细地示出了改进本发明的进一步措施。其示出了：

图1是被布置在内部高压成形工具中的凸轮轴的横向剖面图，

图2是凸轮轴的立体图，其中部件被部分地布置在凸轮轴上，材料模制件在支撑管的表面中，

图3a是通过材料模制件的第一布置将部件布置在支撑管上的示例性实施例的横截面视图，

图3b是通过材料模制件的第二布置将部件布置在支撑管上的示例性实施例的横截面视图，

图4是支撑管的布置和内部高压成形工具中的部件的横截面视图，以及

图5是在支撑管的内部高压成形完成之后部件在支撑管上的布置的横向剖面图。

具体实施方式

图1示出了具有支撑管10的凸轮轴1，部件11、12和13被布置在支撑管10上。部件11由凸轮11形成，其中部件12被形成为轴承座圈12，用于安装凸轮轴1。在支撑管10的端侧处，部件13被形成为尾端件13，例如驱动小齿轮、脉动发生器凸轮、凸轮轴调节器等被布置在尾端件13上。

凸轮轴1被布置在内部高压成形工具中，所述内部高压成形工具具有工具上部19和工具下部20，其中工具上部19和工具下部20可以彼此分离，并且可以在分离面中打开，其中分离面沿支撑管10的纵向方向17延伸。

在工具上部19中和在工具下部20中引入凹槽21，当凸轮轴1被放置在工具上部19和工具下部20中时，支撑管10上的部件11、12和13可以被接收在凹槽21中。这里，凹槽21在支撑管10的径向方向上以及在轴向方向上的尺寸大于部件11、12和13的外形尺寸。因此，在支撑管10通过内部高压成形的塑形变形发生之前或期间，内部高压成形工具没有实现部件11、12和13在支撑管10上的任何定位功能。

根据本发明，支撑管10包含材料模制件16，其被示出在支撑管10的上半部分中，在用于布置部件11、12和13的各个安装位置14的位置处。材料模制件16以局部有限的材料模制件的形式形成在支撑管10上，并且当部件11、12和13被推到支撑管10上时，通过材料模制件16实现各个部件11、12和13相对于孔15的保持效果，孔15被引入部件11、12和13中，并且支撑管10延伸通过孔15。具体地，在插入凸轮轴1之前，部件11、12和13可以达到支撑管10上的最终位置，并且通过支撑管10上的材料模制件16被保持在适当位置。因此，凸轮轴1能够以预装配的状态放置在内部高压成形工具中，而在内部高压成形过程期间或之后不需要部件11、12和13的另外的定位。

工具上部19和工具下部20还包含轴承位置18。当通过内部高压成形使支撑管10塑性膨胀时，支撑管10能够被描述为在工具的轴承位置18中。其后，支撑管10能够放置(ground)在轴承位置18的区域中，以便产生凸轮轴1的安装。

凸轮11均具有功能表面11a，并且轴承座圈12具有功能表面12a，在内部高压成形执行之后，可以以切削加工的方式对功能表面11a和12a进行精加工(finish-worked)。因此，实现功能表面11a和12a的径向精度，而不需要径向引导部件11、12和13通过工具上部19和工具下部20。

图2示出了凸轮轴1的示例性实施例的立体图，并且示出了支撑管10，其沿纵向方向17延伸。支撑管10包含用于布置部件11和12的多个安装位置，其中一个安装位置14被显示为未被占用，并且凸轮11和轴承座圈12被布置在另外的安装位置14上。这里，显而易见的是，材料模制件16被引入安装位置14的区域中，其被成形为支撑管10的表面中的隆起。当部件11被布置在安装位置14上时，部件11能够通过材料模制件16被固定在安装位置14上，正如例如由凸轮11所示，两个材料模制件16在凸轮11下面延伸。例如，材料模制件16能够被布置为以120°间隔的形式分布在安装位置14的圆周上，并且通过材料模制件16保持部件11。这里，支撑管10的外直径小于部件11中的孔，支撑管10延伸通过部件11中的孔。支撑管10仅通过内部高压成形塑形膨胀，以便实现支撑管10与部件11、12和13之间的最终的过盈配合装配。

图3a示出了支撑管10上的凸轮11的细节图，使得支撑管10延伸通过凸轮11中的孔15。这里，显而易见的是，支撑管10的外直径小于凸轮11中的孔15的直径。该径向间隙通过材料模制件16局部桥接，材料模制件16被引入支撑管10的外表面中。示例性地，仅仅一个材料模制件16被显示在代表性的截面中，然而能够提供分布在支撑管的圆周上的多个材料模制件16。当凸轮11被布置在支撑管10上指示的安装位置14上时，可能发生受到材料模制件16或甚至凸轮11中的孔15的内表面的弹性变形或优选轻微塑形变形。凸轮11和支撑管10之间的非刚性连接由此产生，借此凸轮11在安装位置14被保持支撑管10上。材料模制件16被示例性地显示在凸轮11的边缘上，并且因此在安装位置14的边缘上，然而在位于相对面的边缘区域中能够提供相同数量的材料模制件16。

图3b示出了凸轮11在具有材料模制件16的支撑管10上的另一布置，材料模制件16被大致形成在安装位置14的中部区域中。

图4通过截平面示出了凸轮轴1的横截面视图，支撑管10的纵向方向17相对于所述截平面垂直。截面在安装位置的区域中伸展，具有凸轮凸脊22的凸轮11示例性地被布置在安装位置上。这里，凸轮轴1位于具有工具上部19和工具下部20的内部高压成形工具中。工具上部19和工具下部20具有凹槽21，凹槽21具有比凸轮11的直径更大的直径。因此，凸轮11在工具19、20中的径向引导被省略，使得在内部高压成形期间，凸轮11保持可径向自由移动。仅在内部高压成形之后，如果适当，另外在部件的热处理之后，可以以切削加工的方式对凸轮11的功能表面11a进行精加工。

图5最后示出了凸轮11在支撑管10上的布置的详细视图，通过内部高压成形使支撑管10径向膨胀。通过支撑管10的径向膨胀，形成支撑管10与凸轮11之间的过盈配合装配，凸轮11被布置在工具上部19中和工具下部20中的凹槽21中。支撑管10在安装位置14外的区域包含膨胀，直至支撑管10的外表面靠在工具内表面23上。因此，支撑管10在安装位置14外具有比在安装位置14区域中更大的直径。

本发明在其实施例中不限于上述优选的示例性实施例。相反，使用所示方案甚至利用根本不同类型的实施例的多种变体是可想到的。源自权利要求书、说明书或包括设计细节或空间布局的附图的所有特征和/或优势自身以及任何组合对于本发明而言是实质性的。示例性地介绍了在示例性实施例中描述的凸轮11的布置，并且能够以与凸轮11相同的方式以及相同的优势，影响另外的部件12和13在支撑管10上的布置，另外的部件例如为轴承座圈12和尾端件13。

附图标记列表

1凸轮轴

10支撑管

11部件，凸轮

11a凸轮的功能表面

12部件，轴承座圈

12a轴承座圈的功能表面

13部件，尾端件

14安装位置

15孔

16材料模制件

17纵向方向

18轴承位置

19工具上部

20工具下部

21凹槽

22凸轮凸脊

23工具内表面

Claims (20)

1.一种凸轮轴(1)，其具有支撑管(10)，包含至少一个凸轮(11)的部件(11、12、13)在预定的安装位置(14)被布置在所述支撑管(10)上，其中所述支撑管(10)至少部分地延伸通过所述部件(11、12、13)中的孔(15)，

其中在所述支撑管(10)与所述孔(15)之间提供至少一个局部成形的材料模制件(16)，通过所述材料模制件(16)，所述部件(11、12、13)在期望的取向上相对于所述支撑管(10)被保持在所述安装位置(14)中，其中所述材料模制件(16)被引入所述支撑管(10)的外表面和/或所述孔(15)的内表面中，其中所述孔(15)具有比所述支撑管(10)的外直径更大的直径，

其特征在于，通过所述材料模制件(16)可以在所述支撑管(10)与所述部件(11、12、13)之间提供非刚性连接，以便在所述支撑管(10)上在所述安装位置(14)中的所述部件(11、12、13)以预定位且旋转固定方式自保持地布置。

2.根据权利要求1所述的凸轮轴(1)，其特征在于，通过所述外表面的滚花产生所述支撑管(10)的外表面中的所述材料模制件(16)。

3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述材料模制件(16)被引入所述支撑管(10)的所述安装位置(14)的所述外表面中，并且沿所述支撑管(10)的纵向方向(17)充分延伸。

4.根据权利要求1所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述支撑管(10)在安装位置(14)包含至少一个材料模制件(16)，所述材料模制件(16)被引入所述外表面中。

5.根据权利要求4所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述支撑管(10)在安装位置(14)包含两个或三个材料模制件(16)。

6.根据权利要求4或5所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述材料模制件(16)均匀地分布在所述支撑管(10)的圆周上。

7.根据权利要求1所述的凸轮轴(1)，其特征在于，通过所述支撑管(10)的局部塑性成形，形成所述材料模制件(16)。

8.根据权利要求1所述的凸轮轴(1)，其特征在于，通过所述支撑管(10)凭借滚花工具的滚花，形成所述材料模制件(16)。

9.根据权利要求1所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述材料模制件(16)具有0.1mm至1mm的高度。

10.根据权利要求1所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述材料模制件(16)具有0.2mm至0.7mm的高度。

11.根据权利要求1所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述材料模制件(16)具有0.5mm的高度。

12.根据权利要求1所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述材料模制件(16)的横截面形状是三角形、梯形或截锥形的形式。

13.一种用于生产具有支撑管(10)的凸轮轴(1)的方法，包含至少一个凸轮(11)的至少一个部件(11、12、13)在所述支撑管(10)上被布置在预定的安装位置(14)，其特征在于所述方法至少包括以下步骤：

a)提供所述支撑管(10)和所述至少一个部件(11、12、13)，

b)将至少一个材料模制件(16)引入在安装位置(14)的区域中的所述支撑管(10)的外表面中或引入所述部件(11、12、13)的孔(15)中，所述孔被引入所述部件(11、12、13)中，用于在所述支撑管(10)上接收所述部件(11、12、13)，

c)通过在所述材料模制件(16)的区域中形成所述部件(11、12、13)与所述支撑管(10)的至少非刚性连接，将所述部件(11、12、13)旋转固定地预定位在所述安装位置(14)中，

d)受限于形成所述部件(11、12、13)与所述支撑管(10)之间所需的连接强度，通过内部高压成形，产生所述支撑管(10)与所述部件(11、12、13)之间的过盈配合装配。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述支撑管(10)至少部分地延伸通过所述部件(11、12、13)中的孔(15)，其中所述材料模制件(16)被引入所述孔(15)中。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述材料模制件(16)通过滚花方法被引入所述支撑管(10)的所述外表面中和/或所述孔(15)中。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述部件(11、12、13)被放置在处于锻造状态的支撑管(10)上。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，当所述部件(11、12、13)被放置时所述孔(15)处于锻造状态。

18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述部件(11、12、13)具有功能表面(11a、12a)，在通过内部高压成形产生所述支撑管(10)与所述部件(11、12)之间的所述过盈配合装配之后，通过切削加工方法加工所述功能表面(11a、12a)。

19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述部件(11、12、13)具有功能表面(11a、12a)，在通过内部高压成形产生所述支撑管(10)与所述部件(11、12)之间的所述过盈配合装配之后，通过切削加工方法精加工所述功能表面(11a、12a)。

20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过用于在所述支撑管(10)与所述部件(11、12、13)之间产生所述过盈配合装配的所述内部高压成形，至少一个轴承位置(18)通过塑性成形被另外产生在所述支撑管(10)上。