CN103732865A - 凸轮轴，特别是用于汽车发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种凸轮轴，特别是用于汽车发动机，其包括：中空的外轴（1）和同轴设置于所述外轴（1）内的并且相对该外轴（1）可旋转地支承的内轴（2）；抗扭转地设置在所述外轴（1）上的第一凸轮（3a）和可转动地设置于所述外轴（1）上并固定在所述内轴（2）上的第二凸轮（3b）。根据本发明，在所述内轴（2）的至少一个末端区域设有一支承件（7），该支承件沿径向超过所述外轴（1）凸出，其中，所述外轴（1）的外周面（8）与所述支承件（7）的对应的、面向内侧的面（9）共同构成一径向轴承。

Description

凸轮轴,特别是用于汽车发动机
技术领域
本发明涉及一种凸轮轴，特别是用于汽车发动机，其包括：中空的外轴和同轴设置于所述外轴内的并且相对该外轴可旋转地支承的内轴；抗扭转地设置在所述外轴上的第一凸轮和可转动地设置于所述外轴上并固定在所述内轴上第二凸轮。
背景技术
通过相对第二凸轮调节第一凸轮，能够可变地控制汽车发动机的气门。若利用可彼此调节的凸轮的不同分组一方面操作进气门以及另一方面操作排气门，由可以例如依据负荷和依据转速来改变进气时间与排气时间的比例。
为了实现对凸轮的精确定位以及同时实现内轴相对外轴的轻捷的可调节性，这两根轴必须以合适的方式可旋转地彼此支承。例如已知的是，在依DE3943426C1具有文首述及特征的这种类型的凸轮轴中，在彼此交错起来的轴件的端部上设有用于实现支承的支承套。在这种情况下产生如下缺点：一方面为了避免间隙以及另一方面为了保证轻捷的旋转性，必须以很高的配合精度设置所述支承套。必须对外轴的内径及内轴的外径进行精确制造加工，而针对外轴内面的加工只有以高额的加工费用才可实现。由EP1963625B1已知一种类似的支承设计方案，其中一个末端侧的、与内轴相连的止动件沿径向支撑于外轴的内周面上。
发明内容
在此背景下，本发明的目的是：提供一种可调节的、可以以较小花费制造的凸轮轴。
从具有文首述及特征的凸轮轴出发，上述目的根据本发明通过如下方式得以实现：在内轴的至少一个末端区域设置一支承件，该支承件沿径向超过外轴凸出，其中，所述外轴的外周面与所述支承件的对应的、面向内侧的面共同构成一径向轴承。
根据本发明，内轴和外轴的径向支撑在利用了外轴之外周面的情况下得以实现，该外周面在制造时可以较为简单和经济地加工。
根据本发明，支承件与外管的一个部段搭接，从而一个在内轴与外轴之间形成的环状间隙在那里按照迷宫式密封装置的方式相对外部被密封。若与此相关地，为润滑之目的，向内轴与外轴之间的环状间隙中加入了油，则该支承件还能有助于防止油从环状间隙中不受控地流出。
在本发明的范围内，支承件可以与内轴的在外轴内部延伸的基体共同构成一体。该支承件于是便构成了内轴的末端侧的加粗部，其中，为了容纳外管的端面以及为了形成面向内侧的面，可以在该支承件中构造一个环槽。
但是根据本发明的一种优选的设计，支承件制成一个独立的部件并且固定在内轴的一末端上。在此方面，材料接合的连接如熔焊、钎焊和粘接以及力锁合的连接如收缩接合/热压配合、螺纹件连接以及生成横向/纵向联接是适合的。原则上也可以采用所述的材料接合和力锁合的连接方式的组合。
为了将支承件以简单方式固定在内轴的预定位置上，沿轴向方向看的话，也可以设置一种形状锁合的支撑。这样，内轴为了固定支承件例如可以具有一个形式上为直径缩小结构的台阶，于是支承件的紧固段便套装在这个台阶上。当然，也可以考虑其他的形状锁合的轮廓，例如支承件的一个圆柱形的紧固段可以类似于螺栓那样嵌入到内轴的一个套筒形的安装座（Aufnahme）中。
根据本发明的一种优选的发展设计，支承件同时也是凸轮轴的一个功能部件。例如在一种合适的构造设计中，该支承件还可以用作滚动轴承的轴承元件或者传感器轮，整个凸轮轴相对汽缸盖可转动地支撑在其上。如果支承件同时还是凸轮轴的功能部件的话，这个支承件通常在其外周具有功能面和/或功能轮廓。特别是如果有很大的扭矩施加于作为功能部件的支承件上的话，也可以在该支承件与内轴之间设置一种形状锁合的连接，该连接能够在转动时实现扭矩传递或者提高可传递的扭矩。
在本发明的范围内，对于支承件的进一步设计获得了各种不同的可能性。这样，支承件例如可以按照盖子的方式套装到内轴和外轴的对应末端上。在这种情况下，特别优选的是，支承件的紧固段在外轴内部延伸，由此总体上可以实现很小的结构空间。或者，作为可选方案，内轴在凸轮轴的所论及的末端上也可以从外轴中伸出，于是紧固件便环形地固定在内轴的外表面上。
支承件可以由陶瓷、塑料、金属、复合材料或者这些材料的组合构成。就此而论，可以考虑所有类型的复合材料，即特别是颗粒复合材料、纤维复合材料和层式复合材料。在选择支承件所用的材料时，只需考虑如下因素：这种材料能够耐受运行物料（也就是例如油和液压流体）以及耐受在运行过程中出现的温度，并且具有充分的稳定性。
若支承件按照本发明的一种优选设计被制成独立的部件，则对于这种较小型的部件还更加易于保持精确的尺寸规定值和/或实施精密的成形加工以及表面精制处理。
共同构成径向轴承的外轴的外表面和/或支承件的面向内侧的面可以配置有表面精制处理部。作为表面精制处理，例如可以考虑精磨、硬化、涂覆耐磨层等等。原则上，为了制成精密的外表面，也可以为外管设置一个附加的、由高级材料构成的环，于是这个环便作为外轴的外表面构成径向轴承的一部分。被事后例如通过热装（收缩套装）固定的环可以容易地达到尺寸标准或者采用其他方式加工来达到。
根据本发明的另一方面，外轴在支承件的区域内具有纵向槽口，其中，外轴的在这些纵向槽口之间构成的舌片穿过支承件的开口延伸。在这种构造设计的范围内，支承件中的开口必须如此之大，即，沿周向要留有间隙，该间隙允许内轴相对外轴旋转。在这种构造设计的范围内，外轴和支承件的构成滑动轴承的、共同作用的面可以设置在外轴的舌片上和/或与这些舌片相连的、沿周向封闭的区域上。
第二凸轮与内轴的固定可以以本身已知的方式利用销钉、螺栓或者其他合适的连接件来实现。为了提供用于内轴和外轴旋转的调节行程，这些连接件被引导通过外轴的长孔。
本发明的主题还包括用于制造所述凸轮轴的方法。在加工顺序方面存在各种不同的设计可能性，其中，根据本方法的第一种设计，将制造成独立的部件的支承件固定在内轴上，然后将内轴插入外轴中，以及随后使第二凸轮通过外轴的开口与内轴连接。作为可选方案，也可以首先将内轴插入外轴中，然后使第二凸轮通过外轴的开口与内轴连接，以及随后将支承件固定在内轴上。如果支承件在第二凸轮与内轴连接并且内轴定心之后才被固定的话，则可以降低支承件在外轴上歪斜和卡住的危险。
在制造方法的范围内，在安置内轴之前可以简单地对外轴的构成径向轴承的一部分的外周面进行加工。在内轴和外轴相互连接之前，还必须对第一和第二凸轮进行设置和固定或者预定位。为此适宜将所有凸轮都套装到外管上，然后再使第一凸轮在预定的轴向位置上以及在预定的角位中与外管连接，此时第二凸轮依然保持未固定状态。若根据一种可选的设计，第一凸轮例如通过内高压成形直接由外管的材料形成，则首先要将第二凸轮设置在相应的位置上，也就是例如在两个第一凸轮之间。位于轴末端处的第二凸轮也可以在事后进行套装。
如已经在开始时阐述的那样，支承件也能够有助于防止油不受控地流出。适宜的是，用油加注于在内轴和外轴之间构成的间隙，以便持久地确保内轴相对外轴的轻捷的可运动性。
附图说明
下文将参照示出仅仅一个实施例的附图对本发明加以阐述。附图中：
图1a为凸轮轴的末端区域的纵剖视图；
图1b为图1a所示出的结构设置的透视图；
图2为按一种可选设计的凸轮轴的末端区域；
图3为另一个可选设计的透视图；
图4为图3所示出的结构设置的顶视图；
图5a为按照图4中的线A-A的纵剖视图；
图5b为按照图4中的线B-B的纵剖视图；
图6为图5b所示出的、在外轴上具有一个滚动轴承环的附加轴承元件的结构设置。
具体实施方式
图1a和1b示出的是一个凸轮轴的末端区域的纵剖视图或透视图，其特别是用于汽车发动机，包括一个中空的外轴1和一个同轴地设置于所述外轴1内的并且相对该外轴1可旋转地支承的内轴2。在外轴1上设置有抗扭转地（drehfest，即二者不能相对转动）布置的第一凸轮3a。第二凸轮3b相对外轴1可转动地设置并且利用连接件4（在本实施例中利用销钉）与内轴2抗扭转地连接。为了实现外轴1相对于内轴2的转动，外轴1在连接件4的区域内具有沿周向延伸的长孔5。
按照本发明，在内轴2的末端区域设有一个通过连接面6抗扭转地连接着的支承件7，该支承件沿径向超过外轴1凸出，其中，外轴1的外周面8与支承件7的对应的、面向内侧的面9构成一个径向轴承。
从图1a中可以得知，支承件7以一个紧固段10伸入到外轴1之中，其中，外轴1的端面容纳于支承件7的环槽11内。另外，从图1a中可以看出，在内轴2与外轴1之间以及在支承件7的紧固段10与外轴1之间留有径向间隙12。此外，在外轴1的端面与支承件7的槽11之间也设置有一间隙。而在外轴1的外周面8上以及支承件7的对应的面9上则设有一种滑动支承。这些作为滑动轴承共同作用的面可以配有特殊的表面精制处理部，例如进行精加工处理、淬硬处理或涂层处理。原则上也可以考虑设置一个由特殊合适材料构成的环，借以在这个环上构成外轴1的外周面8。
图2示出的是本发明的一种变型方案，其中，支承件7不是以紧固段10伸入外轴中，而是固定在此外为圆柱形的内轴2的突出部上。
在图3中示例地示出：支承件7也可以是凸轮轴的一个功能件。在所示出的实施例中，该支承件7还用作传感器轮，为此，在支承件7的外周上设置有形式上为齿13的功能轮廓。在所示出的设计中，外轴1沿轴向方向超出内轴2延伸。外轴1在支承件7的区域内具有一些纵向槽口14，其中，在纵向槽口14之间构成有外轴1的一些舌片15，这些舌片通过支承件7的开口16延伸。
图5a和5b示出的是沿图4的线A-A或线B-B的剖视图。在此可以看到，支承件7在连接面6处与内轴2连接。在槽11的区域内，支承件7的构成滑动轴承的一部分的面9仅仅通过一个沿轴向方向看比较短的区域贴靠在外轴1的对应的表面上（图5a）。而在开口16的区域内（图5b），在支承件7的相应的面9与外轴1的对应的外周面8之间则设有可靠的滑动支承。
图6示出这样一种设计，其中，在如图3、4、5a和5b所示出的结构设置中，在支承件7的侧向有一个附加的环17轴向固定地设置在外轴1上并且构成了整个凸轮轴的轴承的一部分。
利用该环17，除了实现内轴2的径向支承之外，还可以实现其轴向支承。这样，沿轴向方向考察的话，支承件7在其中一侧上可以支承于槽11的区域内（图5a），以及在另一侧上可以支承于环17的端面上。

Claims (10)

1.凸轮轴，特别是用于汽车发动机，其包括：
中空的外轴（1）和同轴设置于所述外轴（1）内的并且相对该外轴（1）可旋转地支承的内轴（2），
抗扭转地设置在所述外轴（1）上的第一凸轮（3a）和可转动地设置于所述外轴（1）上并固定在所述内轴（2）上的第二凸轮（3b），
其特征在于：在所述内轴（2）的至少一个末端区域设有一支承件（7），该支承件沿径向超过所述外轴（1）凸出，其中，所述外轴（1）的外周面（8）与所述支承件（7）的对应的、面向内侧的面（9）共同构成所述内轴（2）的径向轴承。
2.如权利要求1所述的凸轮轴，其特征在于：所述支承件（7）通过形状锁合的和/或力锁合的和/或材料接合的连接固定在所述内轴（2）的一个末端上。
3.如权利要求1或2所述的凸轮轴，其特征在于：所述内轴（2）为了固定所述支承件（7）而具有台阶。
4.如权利要求1至3之任一项所述的凸轮轴，其特征在于：所述支承件（7）以一紧固段（10）设置在所述外轴（1）的内部。
5.如权利要求1至4之任一项所述的凸轮轴，其特征在于：所述支承件（7）由凸轮轴的功能部件构成。
6.如权利要求1至5之任一项所述的凸轮轴，其特征在于：所述外轴（1）的端面容纳于所述支承件（7）的一环槽（11）内。
7.如权利要求1至6之任一项所述的凸轮轴，其特征在于：共同构成径向轴承的所述外轴（1）的外表面（8）和/或所述支承件（7）的面向内侧的面（9）配置有表面精制处理部。
8.如权利要求1至7之任一项所述的凸轮轴，其特征在于：所述外轴（1）在所述支承件（7）的区域内具有纵向槽口（14），其中，所述外轴（1）的在这些纵向槽口（14）之间构成的舌片（15）穿过所述支承件（7）的开口（16）延伸。
9.用于制造如权利要求1至8之任一项所述的凸轮轴的方法，其中，
将所述支承件（7）固定在所述内轴（2）上，
然后将所述内轴（2）插入所述外轴（1）中，以及，
随后使所述第二凸轮（3b）通过所述外轴（1）的开口与所述内轴（2）连接。
10.用于制造如权利要求1至8之任一项所述的凸轮轴的方法，其中，
将所述内轴（2）插入所述外轴（1）中，
然后使所述第二凸轮（3b）通过所述外轴（1）的开口与所述内轴（2）连接，以及
随后将所述支承件（7）固定在所述内轴（2）上。
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