CN107076290A - 具有轴向导引的滑动元件的凸轮轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有主轴(10)的凸轮轴(1)，至少一个滑动元件在主轴上被接纳为使得其能够沿着轴心线(12)轴向地移位，其中主轴(10)包括用于在主轴(10)与滑动元件(11)之间传递力矩的至少一个外齿(13)，外齿(13)接合到在滑动元件(11)的通道中制出的对应齿几何结构(14)中，其中滑动元件(11)在其轴向端侧上包括相应的轴承环(15)，轴承环(15)与主轴(10)一起形成滑动元件(11)在主轴(10)上的径向支承轴承(16)。根据本发明，主轴(10)包括用于形成支承轴承(16)的圆柱形支承部(17)，其中支承部(17)构造成具有比滑动元件(11)中的配合齿几何结构(14)的齿顶圆直径小的直径，齿顶圆直径突出至所述通道中。

Description

具有轴向导引的滑动元件的凸轮轴
技术领域
本发明涉及一种具有主轴的凸轮轴，在所述主轴上以能够沿着轴心线轴向地移位的方式接纳有至少一个滑动元件，其中，所述主轴包括用于在所述主轴与所述滑动元件之间传递力矩的至少一个外齿，所述外齿接合到形成于所述滑动元件的通道中的配合齿几何结构中，其中所述滑动元件在其轴向端面(Endseiten)上包括相应的轴承环(Lagerbünde)，所述轴承环与所述主轴一起形成所述滑动元件在所述主轴上的径向支承轴承。
背景技术
DE 10 2011 086 161 A1公开了一种具有主轴和滑动元件的凸轮轴，该滑动元件以能够沿着凸轮轴的轴心线轴向地移位的方式接纳在主轴上。该主轴包括具有多个外齿的外部纵向齿结构，该外齿接合到形成于滑动元件中的通道内的配合齿几何结构中。以此方式，该滑动元件能够沿轴心线的方向在主轴上轴向地移位，并且该滑动元件不能在主轴上转动，使得力矩能够从主轴传递至滑动元件。
当滑动元件被接纳在设置有外齿的主轴上时，产生了如何尽可能没有间隙地导引滑动构件的基本问题。为了确保升程信息以没有干扰的方式从滑动元件的凸轮轨道(Nockenlaufbahnen)连续地传递到挺杆元件(Abgriffselement)，滑动元件必须在主轴上尽可能没有径向间隙地导引。以最小间隙在主轴上导引滑动元件使滑动元件在主轴上的轴向偏移最小化，并且期望这种轴向偏移尽可能小。
为了确保滑动元件在主轴上的导引同为形成配合齿几何结构而在主轴的外齿与滑动元件中的内齿结构的啮合相分离，DE 10 2011 086 161 A1提出了在滑动元件上设置轴承环，滑动元件通过该轴承环在主轴上导引以使轴向偏移最小化。滑动元件上的轴承环在这种情况下抵着主轴的外齿的齿顶运转，然而由此会导致轴承环的早期磨损。如果在主轴上提供呈圆柱形形状的支承点，则滑动元件不再能够安装有配合的齿几何结构，这是因为滑动元件中的通道内的配合齿几何结构具有比用于导引滑动元件的形成于主轴上的圆柱形部小的最小直径。
发明内容
本发明的目的是开发一种可轴向移位的滑动元件在主轴上的轴向偏移最小化的凸轮轴，其中该滑动元件旨在经由轴承环抵着主轴被径向地导引。
该目的是根据权利要求1的前序部分的凸轮轴结合特征部分的特征来实现的。有利的拓展在从属权利要求中提出。
为了实现该目的，本发明提出了主轴包括用于形成支承轴承的圆柱形支承部，其中该圆柱形支承部构造成具有比滑动元件中的配合齿几何结构的齿顶圆直径小的直径，其中齿顶圆直径突出至所述通道中。
滑动元件在主轴上的支承轴承的创新性构型获得了如下优点：滑动元件可以被容易地安装在主轴上，并且支承轴承的轴承环不抵着主轴上的外齿的至少一个齿顶运转。主轴上的支承部可以构造成绕整个圆周都是圆柱形的，并且该支承部的直径可以例如小于或等于主轴上的至少一个外齿或数个外齿的齿根直径。根据主轴的圆柱形支承部的直径，轴承环也可以构造成具有大致相同的直径，并且轴承环的直径例如可以仅略微大于圆柱形支承部的直径，以形成具有常规轴承间隙(Lagerluft)的滑动轴承(Gleitlagerung)。
配合齿几何结构可以根据一个或多个外齿的构型和数量以不同的方式来构造。如果存在有数个外齿、尤其是在主轴上绕整个圆周存在有数个外齿并且由此形成外齿结构，则配合齿几何结构可以构造为内齿结构。配合齿几何结构的齿顶圆直径可以随后形成为内齿结构的齿顶圆直径，内齿结构的齿顶圆直径形成如下直径，齿顶通过该直径突出至滑动元件中的通道内。例如，如果外齿仅单独地设置，则配合齿几何结构也可以替代性地由其内形成有至少一个齿槽的中空圆筒形部形成，并且主轴的相应的外齿接合到齿槽中或接合到每个齿槽中。中空圆筒形部在这种情况下可以具有比滑动元件的通道中的轴承环的直径大的直径。换言之，滑动元件的轴承环可以具有比中空圆筒形部的内径小的轴承内径。以此方式，形成了用于将滑动元件支承在主轴上从而允许受限地导引滑动元件的彼此间隔开的两个支承点(Lagerstellen)。
此外，主轴的圆柱形支承部可以具有比滑动元件中的中空圆筒形部的内径小的外径。这确保了通过沿轴心线的方向将滑动元件推到主轴上能够使滑动元件安装在主轴上。为了在滑动元件中的中空圆筒形部不阻止滑动元件在主轴上的轴向前进的情况下使得轴承环被导引越过圆柱形支承部，滑动元件中的中空圆筒形部的直径被选择为大于主轴的圆柱形支承部的直径。
特别有利地，轴承环可以包括至少一个安装槽，当滑动元件被导引到主轴上时，主轴的外齿可以被导引通过所述至少一个安装槽。滑动元件可以仅在轴承环中形成有至少一个安装槽时被导引到主轴上，使得在推动滑动元件期间存在于主轴上的至少一个外齿能够轴向地移动通过该安装槽。因此，根据本发明的凸轮轴应包括至少一个外齿，但例如优选两个、三个或四个外齿，使得根据外齿的数量来限定安装槽的数量。例如，四个外齿可以安装在主轴上并且均匀地分布在圆周上，使得在轴承环中提供了均匀分布的四个安装槽。为了将滑动元件支承在主轴上，轴承环由此包括中断部(Unterbrechungen)，其中通过轴承环使滑动元件在主轴上的轴向导引不会受到安装槽的不利影响，该轴承环抵着主轴的圆柱形支承部运转。
特别有利地，滑动元件的中空圆筒形部中的齿槽与滑动元件的轴承环中的安装槽可以在轴心线的方向上彼此对准，使得齿槽和安装槽位于彼此相同的圆周位置。
沿轴心线的方向观察，主轴上的外齿可以短于滑动元件的轴承环之间的距离。特别地，在滑动元件的一个轴承环与配合齿几何结构、即中空圆筒形部之间，可以在滑动元件的通道中形成有至少两个闩锁凹槽，并且接纳在主轴上的闩锁元件能够闩锁到这些闩锁凹槽中。以此方式，可以在滑动元件被外部致动器调节到主轴上的一轴向位置时建立滑动元件在主轴上的限定轴向位置。该闩锁元件例如可以由被压缩弹簧压到所述闩锁凹槽中的球来形成。
出于制造的原因，如果主轴的布置外齿或多个外齿的部分的外径与支承部的外径构造成具有相同的尺寸是特别有利的。这获得了制造优势，特别是如果外齿与主轴不是一体形成的而是例如外齿比如通过力配合和/或形状配合接合或通过整体粘结随后布置在主轴上。
最后，滑动元件可以包括承载管，其中轴承环形成在承载管的轴向端面上。替代性地，可以将轴承环设置在至少一个凸轮元件上，该至少一个凸轮元件接纳在承载管上并且可以在轴心线的方向上突出超过承载管，并且该凸轮元件在内侧可以以其突出部形成轴承环。
根据改型的实施方式，滑动元件也可以是一体成型的。滑动元件的元件至少包括凸轮元件和例如调节元件，凸轮元件和调节元件可以由一件制成或可以通过结合接合方法接合到一起。在这种情况下，承载管可以被省略，并且滑动元件的通道中的配合齿几何结构可以形成在一件式本体中。由此，轴承环也可以形成在一件式滑动元件的通道中。
附图说明
改进本发明的另外的措施将在下文中参照附图结合对本发明的一个优选的示例性实施方式的描述更加详细地阐述，在附图中：
图1示出了根据本发明构造的具有径向支承轴承的凸轮轴的一部分的截面视图；
图2示出了具有本发明特征的凸轮轴的另一实施方式；
图2a示出沿着图2中的截面线I-I截取的截面视图；
图2b示出沿着图2中的截面线II-II截取的截面视图；
图3示出了根据图2的凸轮轴在绕轴心线转动的截面平面中的截面视图。
具体实施方式
图1示出了凸轮轴1的截面视图，凸轮轴1具有沿着轴心线12延伸的主轴10，其中，仅以示意性的且简化的方式示出的滑动元件11安装在主轴10上。滑动元件11包括凸轮轨道，升程信息经由该凸轮轨道传递至内燃机的气门。为了以不同的凸轮轨道控制气门，滑动元件11可以沿轴心线的方向在主轴11上移位，并且为了产生滑动元件11在主轴10上的不连续的轴向位置，使用了闩锁元件22，闩锁元件22被压缩弹簧24预加应力并且例如构成为闩锁球，该闩锁球能够闩锁到形成于滑动元件11中的通道内的闩锁凹槽21中。
为了在主轴10与滑动元件11之间传递力矩，主轴10包括示例性示出的外齿13，并且根据示出的实施方式，主轴10包括在90°位置成对地安装在主轴10的圆周上的八个外齿13。在外齿13于主轴10上的图示分布的改型中，外齿13也可以是单独双重地布置在主轴10上或者在彼此相对180度的位置处成对双重地布置在主轴10上，在这种情况下，例如，绕圆周以120°角间距均匀地分布的三重布置也可以是有利的。
外齿13接合在形成于滑动元件11中的配合齿几何结构14内，使得力能够经由外齿13的侧面以及配合齿几何结构14的侧面沿圆周方向传递。以此方式，力矩能够在主轴10与滑动元件11之间传递，使得滑动元件11在主轴10上不能转动，但滑动元件10能够在主轴10上沿轴心线的方向被轴向地导引。
这种导引是通过轴承环15来实现的，沿轴向方向观察，轴承环15邻近外侧形成在滑动元件11内。轴承环15抵着支承部17延伸，支承部是由主轴10的对应的圆柱形部形成的。支承部17构造为具有比滑动元件11中的配合齿几何结构14的最小直径小的直径。由于根据本发明构造的支承轴承16，获得了以下优点：滑动元件11能够沿轴心线的方向被推动到主轴10上，并且具有轴承环15——其呈大致圆筒形并且抵着圆柱形支承部17运转——的支承轴承16可以为在主轴10上导引滑动元件11提供具有最小间隙和最小磨损的滑动轴承。
轴承环15可以与主轴10上的外齿13的位置相对应地构造有安装槽20，安装槽20沿轴向方向平行地轴向延伸并且对应于外齿13的圆周位置。当滑动元件11被推动到主轴10上时，可以使外齿13与轴承环15中的安装槽20重合使得尽管外齿13的外径相对于轴承环15的直径较大但滑动元件11仍能够安装在主轴10上。基本构造为中空圆筒的具有安装槽20的轴承环15由于小的中断在其用于在主轴10上使滑动元件11径向地导引越过支承部17的导引功能方面未受到安装槽10的影响。
图2示出了通过具有主轴10和滑动元件11的凸轮轴1的截面，并且滑动元件11能够在主轴10上沿轴心线的方向轴向地移动。主轴10的截面视图示出了支承部7到主轴10的形成外齿13的区域的过渡部，该过渡部延伸至滑动元件11的配合齿几何结构14中。配合齿几何结构14在这种情况下包括齿槽19，齿槽19形成在中空圆筒形部中，该中空圆筒形部出于截面平面的原因未进行描绘并且可参照图3，在图3中示出了中空圆筒形部18。
滑动元件11的轴承环15抵着支承部17运转，并且该截面视图示出了安装槽20，安装槽20形成于轴承环中并且对应于外齿13的圆周位置，使得滑动元件11能够被推动到主轴10上。
图2a示出了沿着图2中示出的截面线I-I截取的截面视图。该截面视图示出了支承部17的区域中的主轴10，该截面视图还示出了在滑动元件11的轴承环15中均匀地分布在圆周上的四个安装槽20。尽管存在安装槽20，但是基本上还是以滑动轴承的方式在滑动元件11与主轴10之间产生了支承轴承16，该滑动轴承允许在主轴10上以最小的间隙和承载能力导引滑动元件11，而不是必须通过外齿13与配合齿几何结构14之间的啮合——其仅用于传递力矩——来导引滑动元件11。以此方式，实现了滑动元件11在主轴10上的特别良好的同轴精度(Rundlaufgenauigkeit)。
图2b示出了沿着图2中示出的截面线II-II截取的截面视图。主轴10被示出为在主轴10包括外齿13的区域中截取，并且外齿13延伸至形成于滑动元件11的中空圆筒形部18中的齿槽19中。配合齿几何结构14与中空圆筒形部18和齿槽19一起形成，并且四个齿槽19以均匀的分布方式设置在圆周上并且同样地对应于四个外齿13。齿槽19的圆周位置与安装槽20在轴承环15中的圆周位置相一致，如在图2a中所示的。
图3示出了根据图2的凸轮轴1在绕轴心线12转动的截面平面中的截面视图。该截面平面示出了位于滑动元件11的通道中的中空圆筒形部18，该通道横向地过渡至轴承环15中并且过渡至闩锁凹槽21中，该通道在其轴向连续方向上过渡至加宽的轴承环15中。
滑动元件11包括承载管23，在承载管23上形成有凸轮元件25和用于对滑动元件11进行轴向调节的调节构件26。用于形成支承轴承16的轴承环15从内部引入承载管23中，并且凸轮元件25和调节构件26可以单独地或一起被压到承载管23的外侧中。
图2的截面视图和图3的截面视图示出了主轴10的圆柱形支承部17构造成具有比滑动元件11中的配合齿几何结构14的最小直径小的直径。这使得滑动元件11能够被安装到主轴10上，而同时用于径向地导引滑动元件11的支承部17可以具有圆柱形构型，而在滑动元件11被安装到主轴10上时，仅轴承环15包括独特的安装槽20，外齿13能够行进通过安装槽20。通过仅在圆周上单独地设置外齿13和相关的齿槽19，滑动元件11能够以最小的磨损和负荷承载能力径向地支承在主轴1上，而不会使这种支承必须发生在主轴10的外齿几何结构的齿顶上。
本发明在其设计方面不限于上述的优选的示例性实施方式。而是能够设想使用所示出的解决方案的若干变型，甚至可以是根本上不同类型的实施方式。从权利要求、说明书或附图显现出的所有特征和/或优点——包括结构细节或空间布置——就其本身和各种各样的组合而言对于本发明可能都是必不可少的。
附图标记列表
1 凸轮轴
10 主轴
11 滑动元件
12 轴心线
13 外齿
14 配合齿几何结构
15 轴承环
16 支承轴承
17 支承部
18 中空的圆筒形部
19 齿槽
20 安装槽
21 闩锁凹槽
22 闩锁元件
23 承载管
24 压缩弹簧
25 凸轮元件
26 调节构件

Claims (10)

1.一种具有主轴(10)的凸轮轴(1)，在所述主轴上以能够沿着轴心线(12)轴向地移位的方式接纳有至少一个滑动元件(11)，其中，所述主轴(10)包括用于在所述主轴(10)与所述滑动元件(11)之间传递力矩的至少一个外齿(13)，所述外齿(13)接合到形成于所述滑动元件(11)的通道中的配合齿几何结构(14)中，其中所述滑动元件(11)在其轴向端面上包括相应的轴承环(15)，所述轴承环(15)与所述主轴(10)一起形成所述滑动元件(11)在所述主轴(10)上的径向支承轴承(16)，
其特征在于，所述主轴(10)包括用于形成所述径向支承轴承(16)的圆柱形支承部(17)，其中所述圆柱形支承部构造成具有比所述滑动元件(11)中的所述配合齿几何结构(14)的齿顶圆直径小的直径，所述齿顶圆直径突出至所述通道中。
2.根据权利要求1所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述配合齿几何结构(14)是由引入有至少一个齿槽(19)的中空圆筒形部(18)形成的，并且所述主轴(10)的外齿(13)接合到所述至少一个齿槽(19)中或接合到所述至少一个齿槽(19)中的每个齿槽中。
3.根据权利要求2所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述主轴(10)的所述轴承环(15)具有比所述中空圆筒形部(18)的内径小的轴承内径。
4.根据权利要求2或3所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述主轴(10)的所述圆柱形支承部(17)具有比所述滑动元件(11)中的所述中空圆筒形部(18)的内径小的外径。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述轴承环(15)包括至少一个安装槽(20)，当所述滑动元件(11)被导引到所述主轴(10)上时，所述主轴(10)的外齿(13)能够被导引通过所述至少一个安装槽(20)。
6.根据权利要求5所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述齿槽(19)和所述安装槽(20)位于所述滑动元件(11)中的彼此相同的圆周位置处并且在所述轴心线的方向上彼此对准。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述主轴(10)的所述外齿(13)在所述轴心线的方向上短于所述滑动元件(11)的所述轴承环(15)彼此之间的距离。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的凸轮轴(1)，其特征在于，在所述轴承环(15)与所述配合齿几何结构(14)之间，在所述滑动元件(11)的所述通道中引入有至少两个闩锁凹槽(21)，并且接纳在所述主轴(10)上的闩锁元件(22)能够闩锁到所述闩锁凹槽(21)中。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述主轴(10)的布置所述外齿(13)的部分的外径和所述圆柱形支承部(17)的外径构造成具有相同的尺寸。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的凸轮轴(1)，其特征在于，所述滑动元件(11)包括承载管(23)，其中所述轴承环(15)形成在所述承载管(23)的轴向端面上。
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