CN103775605B - 一种复合凸轮及制造所述复合凸轮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于内燃机凸轮轴（2）构建的复合凸轮（1）及制造该复合凸轮的方法，该复合凸轮至少有两个凸轮型线（3,4），其中至少一个第一凸轮型线（3）设定用于滑动啮合，并且至少一个第二凸轮型线（4）设定用于滚动啮合。混合啮合的复合凸轮（1）能由此首次实现。

Description

一种复合凸轮及制造所述复合凸轮的方法
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机凸轮轴构建的复合凸轮。本发明还涉及制造所述复合凸轮的方法。
背景技术
复合凸轮通常用于可切换的凸轮随动件，复合凸轮的第一凸轮型线在第一切换阶段啮合，第二凸轮型线在第二切换阶段啮合。已知的复合凸轮通常设定用于滚动或滑动啮合并且制造起来相对复杂且昂贵。
发明内容
本发明处理的问题是为复合凸轮提供一种改进的实施方式，该方式尤其有增进的功能性和经济的制造方式。
这个问题根据本发明通过独立权利要求的主题解决。有利的实施方式形成从属权利要求的主题。
本发明基于以下总构思，按如下方式设定根据本发明本身已知的复合凸轮，使得滑动啮合和滚动啮合，即混合啮合在其上可行。根据本发明用于内燃机的凸轮轴构建的所述复合凸轮因此有至少两个凸轮型线，其中第一凸轮型线设定用于滑动啮合，并且至少一个第二凸轮型线设定用于滚动啮合。根据本发明的所述构造能首次实现混合啮合，使得能对相应的滑动或滚动啮合相异地制备各个所述凸轮型线。
所述第一凸轮型线有利地经过涂布，尤其是用DLC（类金刚石的碳）涂层。DLC涂层有良好的硬度和相对较高的耐磨损性和低摩擦，并且因此尤其适用于所述凸轮轴区域的滑动啮合。DLC涂层通常是有着出色的耐磨损、摩擦和耐腐蚀特性的碳涂层。为了将所述DLC涂层或通常另一种涂层尽可能经济地应用到根据本发明的所述复合凸轮上，所述复合凸轮在锻造或铸造之后先机械的用机械加工过，例如以切割方法，并在之后放置入掩模状的堆叠装置，所述掩模状的堆叠装置覆盖所述复合凸轮的各个所述第二凸轮型线并且只露出各个所述第一凸轮型线。所述单独复合凸轮的遮蔽因此通过所述堆叠装置发生。所述堆叠装置的所述复合凸轮之后，例如甚至同时在各个所述第一凸轮型线上涂布，所述堆叠装置的所述掩模防止此涂层涂覆至所述第二凸轮型线。根据本发明的所述复合凸轮能被涂布，并且因此相对经济地制得。
根据本发明的所述复合凸轮有利地在所述第一凸轮型线区域内具有和在所述第二凸轮型线区域内不同的金属结构。当铸造所述复合凸轮时，例如淬铁能置入例如砂模的铸模中，在其中铁与所述复合凸轮的所述第一凸轮型线接触并且从而快速冷却并且因此在此区域内硬化所述复合凸轮。通过对根据本发明的所述复合凸轮在所述第一凸轮型线区域内的此类硬化，该硬化发生在铸造期间，在此制得用于滑动啮合的所述复合凸轮。
在根据本发明的所述复合凸轮的另一可选实施方式中，该复合凸轮在所述第二凸轮型线区域中承载型钢。滚动啮合通常发生在所述第二凸轮型线区域，滚动啮合就耐磨损而言有着远低于滑动啮合的意义。通过在所述第二凸轮型线区域提供型钢，能在此区域简单地制备所述复合凸轮用于滚动啮合。所述型钢能热接合至所述复合凸轮或机械压至其上；或者也容易想到各个所述型钢也可放置入所述复合凸轮的铸模并且铸入所述复合凸轮。有这两种可选的实施方式，所述复合凸轮能以极高质量制造，尤其还在所述单独凸轮型线的对准方面。
至少两个复合凸轮能有利地通过焊接彼此连接。单独预制的复合凸轮能因此接合在一起形成凸轮堆叠体并且彼此例如通过摩擦焊接来连接。所述凸轮堆叠体之后作为一个整体推至相关凸轮轴上，例如压制。在焊接至彼此之前，所述单独复合凸轮就它们的角位置而言必然相对于彼此对准。
在根据本发明方案的进一步有利的实施方式中，所述复合凸轮能在它们的第二凸轮型线区域磨削，来尤其使滚动啮合尤其流畅。在此区域内磨削允许连续且安静的凸轮随动，其相应地对所述内燃机的无故障操作有利。
本发明更重要的特性和优点能从所附权利要求、附图和通过图的相关附图说明体现。
显然的，上述特征和在接下来仍将进行解释的那些特征不仅能以每种情况中给出的组合使用，还能以其它组合或单独使用，只要不背离本发明的范围。
附图说明
本发明的优选示例性实施方式在附图中示出并且在以下的说明中更详细地解释，相同的附图标记指代相同或相似或功能相同的部件。
在图中，
图1示意性示出了在铸模中的根据本发明的复合凸轮，
图2示意性示出了在掩模堆叠装置中的多个复合凸轮，
图3示意性示出了在凸轮轴上的根据本发明的复合凸轮的另一实施方式，
图4示意性示出了如图3所示的图，但是没有凸轮轴，
图5示意性示出了根据本发明的具有铸入型钢的复合凸轮，
图6示意性示出了根据本发明的型钢压至其上和热接合的复合凸轮，
图7示意性示出了通过具有根据本发明复合凸轮的凸轮轴的截面图，
图8示意性示出了如图7的图，但具有可调节的凸轮轴，
图9示意性示出了能沿轴向放置在凸轮轴上的复合凸轮。
具体实施方式
根据图1，根据本发明用于内燃机凸轮轴2构建的复合凸轮1具有至少两个凸轮型线3和4，该内燃机的其他部件未示出。第一凸轮型线3设定用于滑动啮合，然而第二凸轮型线4设定用于滚动啮合，所以根据本发明的复合凸轮1适用于混合啮合（滑动和滚动啮合）。为了应对第一凸轮型线3区域和第二凸轮型线4区域的各个负载，下面提出几种制造方法，该方法允许用不同的凸轮型线3,4来经济制造根据本发明的复合凸轮1。
根据图1，复合凸轮1以例示的方式设定为铸件，并且在相应的铸模5中，例如砂模铸造。为了能使第一凸轮型线3比两个第二凸轮型线4更硬，在第一凸轮型线3区域的铸模5内放置淬铁6，淬铁允许快速冷却并且因此在铸造期间硬化第一凸轮型线3区域中的复合凸轮1。以此种方法硬化的第一凸轮型线3，因为其含碳化物的结构能长期实现滑动啮合，而无需复合凸轮1必需在第一凸轮型线3区域中被后机械加工。由于用作复合凸轮1的材料以此种方法铸造，冷硬铸铁尤其适合，因此上述组成和铸造测量确保碳在固化期间在外部区域与铁原子保持键合成为碳化铁，然而反之它作为石墨在铁结构中析出，通常以薄片或结节的形式。冷硬铸铁材料和淬铁6的直接接触导致快速冷却，这防止石墨析出。在外壳形成之后，核内进一步固化的速度限制在如下程度，使得能发生石墨析出。由于冷硬铸铁，因此生产的铸件由两种完全不同的材料组成，外壳是硬的并且耐磨损，而核有着灰口铸铁的良好机械加工性。在这中间存在强度或大或小的过渡区域。硬化和外壳的形成不止发生在第一凸轮型线3的区域中，也以弱化的形式发生在第二凸轮型线4的区域中，在后一情况下因为铸模5，例如砂模，在第一凸轮型线3区域的冷却速度相比淬铁6降低。
在第二凸轮型线4的区域内，复合凸轮1能例如经磨削并在之后感应硬化，因此产生马氏体。相比之下，莱氏体结构在第一凸轮型线3的区域中由冷硬铸铁形成，其结构由冷硬铸铁通过淬铁6快速冷却的液相产生。莱氏体也能随后由熔融成液相的各个区域产生，并且之后由淬铁因此迅速发生。与马氏体结构相比，只有淬铁发生时的起始温度高于莱氏体形成时。复合凸轮1因此在第一凸轮型线3区域中具有不同的，即比在第二凸轮型线4区域中更硬的金属结构。附图标记1至4类似地应用于图2至9。
通常，复合凸轮1能由整体制造，例如固体材料，并且使用锻造方法生产，因此复合凸轮1随后经机械加工，尤其是以切割方式。如在该情况中，复合凸轮1在第一和第二凸轮型线3,4上均匀相同的特性，第一凸轮型线3区域能经另外加工，例如被涂布，DLC涂层或氮化物可作为涂层8提供。为了以成本经济的方式实现这种加工，多个复合凸轮1能放置入堆叠装置7（参见图2），该堆叠装置7同时形成掩模并且覆盖复合凸轮1的每个第二凸轮型线4，所以只有第一凸轮型线3被涂布。氮化是已知的使用氮气以表面硬化的方法。DLC涂层是有着良好硬度和高耐磨损性的碳层，并且能使用产生微晶层或纳米晶层的特定化学气相沉积法制备，这种DLC涂层的摩擦系数极低并且因此特别适用于滑动啮合。
从图3和图4能看出，根据本发明的复合凸轮1也能由多个单独的凸轮部件9a、9b和9c组成。单独的凸轮部件9a、9b和9c能彼此焊接，例如通过摩擦焊接法或激光焊接法来彼此连接。这样尤其产生了令极端不同的材料彼此配对的可能性，例如被涂布的凸轮部件和未被涂布的凸轮部件或具有不同结构或硬度的凸轮部件配对。至凸轮轴2的连接例如能由热接合或压配，即它们被压至凸轮轴2上。
通常，复合凸轮1也能由至少两个由单独的凸轮部件9、9a、9b、9c，例如彼此焊接的凸轮部件9、9a、9b、9c形成。至少一个凸轮部件9、9a、9b、9c能通过烧结法烧结或制备。烧结尤其能增强硬度和力度。
根据图5，示出了根据本发明的复合凸轮1，该复合凸轮1在第二凸轮型线4区域中承载型钢10。型钢10被铸入复合凸轮1，并且因此与其不可拆离的连接。所述型钢10使其不必后机械加工在第二凸轮型线4区域中的根据本发明的复合凸轮1。根据本发明的复合凸轮1的相似实施方式在图6示出，在这种情况下型钢10在第二凸轮型线4区域中热接合至复合凸轮1或压至其上。
根据本发明的复合凸轮1能以已知方式加入传统的凸轮轴2，例如通过图7的例子示出；也容易想到可与可调节的凸轮轴2一起使用，如图8所示。在此情况下，复合凸轮1通过销钉11钉入凸轮轴2的内轴12。根据本发明的复合凸轮1的一种实施方式也是容易想到的（参见图9），即凸轮以平移方式可调节地安装至凸轮轴2；在这种情况下，凸轮随动件13能通过复合凸轮1沿着凸轮轴2的轴向位移啮合所有凸轮型线3,4。根据图9的复合凸轮1的制造类似于图1和图2示出的方法是容易想到的。
借由根据本发明的复合凸轮1，提供了耐磨损和制造经济的复合凸轮1，其能用于多种凸轮轴2的实施方式并且首次实现混合啮合。

Claims (7)

1.一种用于内燃机凸轮轴(2)构建的复合凸轮(1)，所述复合凸轮(1)具有至少两个凸轮型线(3,4)，其中至少一个第一凸轮型线(3)设定用于滑动啮合，并且至少一个第二凸轮型线(4)设定用于滚动啮合；
所述复合凸轮(1)在所述第一凸轮型线(3)的区域中具有与所述第二凸轮型线(4)的区域中不同的金属结构；
所述复合凸轮(1)在所述第一凸轮型线(3)的区域中被硬化；
所述复合凸轮(1)设定为铸件，其中所述第一凸轮型线(3)的区域中的所述金属结构在铸造期间通过淬铁(6)硬化；
所述复合凸轮(1)在所述第二凸轮型线(4)的区域中承载型钢(10)；
所述型钢(10)热接合至所述复合凸轮(1)或被压至其上，或
所述型钢(10)被铸入所述复合凸轮(1)中。
2.根据权利要求1所述的复合凸轮，其特征在于，
所述第一凸轮型线(3)具有涂层(8)，或者所述第一凸轮型线(3)被氮化。
3.根据权利要求2所述的复合凸轮，其特征在于，
所述涂层(8)为DLC涂层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合凸轮，其特征在于，
所述复合凸轮(1)在所述第二凸轮型线(4)的区域中被磨削。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的复合凸轮，其特征在于，
至少两个复合凸轮(1)或多个凸轮部件(9,9a,9b,9c)彼此通过焊接连接，和/或
至少两个凸轮部件(9,9a,9b,9c)彼此连接以形成复合凸轮(1)。
6.根据权利要求5所述的复合凸轮，其特征在于，
至少一个所述凸轮部件(9,9a,9b,9c)使用烧结法烧结。
7.一种制造根据权利要求1或2所述的复合凸轮(1)的方法，其中，
复合凸轮(1)被锻造并且之后以切割方式用机械加工；
多个复合凸轮(1)被置入掩模状堆叠装置(7)，该堆叠装置(7)覆盖各个所述第二凸轮型线(4)，并且只露出所述第一凸轮型线(3)；
所述复合凸轮(1)被涂布在所述堆叠装置(7)的相应的所述第一凸轮型线(3)上。
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