CN110593978A - 凸轮轴单元和用于制造凸轮轴单元的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种凸轮轴单元，其具有至少一个第一构件(14)和第二构件，其中，第一构件(14)具有第一密封面(40)，第二构件具有第二密封面，并且其中，两个密封面(40)相互对置地布置，并且其中，密封元件(30)构造在两个密封面(40)之间。根据本发明，密封元件(30)在液态状态中可以施加到至少其中一个密封面(40)上，并且在组装两个构件(14)之前是可硬化的，其中，借助组装两个构件(14)可以获得其最终的形状。本发明此外还涉及用于制造凸轮轴单元的方法。

Description

凸轮轴单元和用于制造凸轮轴单元的方法
技术领域
本发明涉及凸轮轴单元和用于制造凸轮轴单元的方法。
背景技术
内燃机的凸轮轴单元是已知的。凸轮轴单元基本上涉及内燃机的用于控制内燃机的进气阀和排气阀的凸轮轴、用于改变凸轮轴相对内燃机的曲轴的位置的凸轮轴调节器和通常属于凸轮轴调节器的用于运行凸轮轴调节器的促动器。凸轮轴单元具有液压流体，并且至少相对于环境密封，从而流过凸轮轴单元的液压流体保留在设置的流体回路中，流体回路不必强制性地关闭。根据凸轮轴单元的结构同样也可能需要在凸轮轴单元内部的密封。换言之，结构组件或构件相对于另一结构组件或另一构件要密封。
为了密封，优选使用成形密封件，成形密封件在其初始状态中通常圆形地构造。也就是说，成形密封件必须在其组装在设置在相应的构件中的槽中期间被带到其轮廓中。然而根据其材料特性，成形密封件具有再次返回其初始形状的趋势。在组装期间，成形密封件借助滑块被带到槽中。基于成形密封件的再次返回其初始形状的趋势，在组装期间得到如下缺点，成形密封件完全或部分从槽中运动而出。这仅通过槽本身或通过其壁来限制。根据通过滑块定位成形密封件，且可能定位另外的构建元件，成形密封件因此每次稍微不同地匹配于槽的几何形状。由此可以形成密封的不可预见的薄弱处。
此外不能够排除成形密封件由于松弛地，即不安全地移入槽中或由于材料中的应力导致的倾斜。这产生如下危险，在固定具有密封件的构件时，例如在旋接盖和锁定盘与凸轮轴调节器的定子的情况下，轴向的预紧力作用到成形密封件的没有为此设计的区域上。由此，可以导致密封件损坏。密封件的倾斜和损坏包含如下危险，只有在内燃机的运行中的更长的负载阶段之后才出现液压流体的可察觉的泄漏，这是因为倾斜和/或损坏可能在所谓的End Of Line密封性检验中保持不可识别。
发明内容
本发明的任务是提供一种凸轮轴单元，其具有更好的和更廉价的密封件。另外的任务是说明一种用于制造凸轮轴单元的方法。
该任务根据本发明通过具有权利要求1的特征的凸轮轴单元解决。另外的任务通过具有权利要求10的特征的方法解决。本发明的另外的设计方案和适宜的和重要的改进方案在各自的从属权利要求中说明。
根据本发明的凸轮轴单元包括至少一个第一构件和第二构件。第一构件具有第一密封面，第二构件具有第二密封面。两个密封面相互对置地布置。在两个构件之间，并且因此在两个密封面之间构造有密封元件。根据本发明，密封元件在液态状态中可以施加到至少其中一个密封面上，并且在组装两个构件之前是可硬化的，其中，借助组装两个构件可以获得最终的形状。换言之，密封元件以液态形式施加，随后在组装两个构件之前可以硬化。并且借助组装才获得其最终的形状。优点可在密封元件的精确定位的可能性中看到，因为如果密封元件在精密的定量中施加到密封面上，那么密封元件精确地位于其施加的位置上。液态形式在该情况下理解为，密封元件由一种材料构成，该材料的表面应力禁止改变其在施加状态中，尤其是在硬化之前构造的形状。精确定位和形状保持因此消除例如密封元件的倾斜。此外，在密封元件与密封面之间作用有粘附力，粘附力阻止松开密封元件与密封面，并且因此不再能够出现在利用第二密封面隔断之前丢失密封元件的情况。
在根据本发明的凸轮轴单元的设计方案中，密封元件以力分流密封件的形式构造，其中，构造用于容纳密封件的容纳元件构造在第一构件的具有第一密封面的第一部分区段中和/或第二构件的具有第二密封面的第二部分区段中。密封元件在优选以槽的形式实施的容纳元件中的容纳支持密封元件的精确定位和其不易脱落性。
优选地，槽具有宽度和深度，其中，宽度大于深度。因为在尤其是在其液态状态中的密封元件与密封面之间，进而在密封元件与容纳元件的底部或基底之间存在粘附，所以不必须将深度构造为大于宽度用以精确定位和固定密封元件，如通常成形密封件要求的那样。这换言之意味着的是，密封元件和容纳元件也可以构造在具有很小的壁厚的构件上。此外，密封元件的材料的压缩极限更大，并且该密封元件因此可以更强地被压缩。因此，与现有技术相比，容纳元件的宽度尽可能更大，然而深度尽可能更小地构造。
有利地，密封元件以喷涂的条带的形式构造。这通常在机器人支持的喷射法中实现，从而条带可以具有恒定的厚度或恒定的直径。由此可以实现均匀的条带，并且因此在其周边上可以实现均匀的密封元件。
在根据本发明的凸轮轴单元的另外的设计方案中，密封元件最高在运行中贴靠在容纳元件的壁上地构造。优点是，在导致金属接触和/或塑料接触的情况下，构件的相互对置的密封面的在容纳元件的外部构造的区域安全地相互贴靠，由此，安全的密封借助密封元件获得。如果例如在不同的区域上压缩密封元件期间，密封元件可以从容纳元件逸出，换言之溢出，那么由于两个构件之间的接触的缺乏，在不同的区域中导致非密封性。也就是说，密封元件在运行期间可以膨胀，而不会导致两个密封面与其接触区域的脱离。
在根据本发明的凸轮轴单元的另外的设计方案中，密封元件借助电磁辐射是可硬化的。电磁辐射，例如红外线辐射或紫外线辐射允许非接触地和在短时间内硬化密封元件。借助紫外线辐射，换言之借助紫外线射束硬化的元件尤其具有高的寿命。
在根据本发明的凸轮轴单元的另外的设计方案中，密封元件构造为压缩密封元件。这意味着的是，密封元件的密封作用通过压缩才产生。在此，作为压缩密封元件，密封元件在容纳元件内的一定的线性压缩(Stauchung)是需要的，以便在负载状态中实现足够大的密封作用。
根据本发明的凸轮轴单元基于密封元件具有高的密封长期稳定性。尤其是可以利用由聚丙烯酸酯制成的密封元件导致尤其是相对于发动机油的并且在宽的温度范围内的高的长期稳定性。
本发明的第二方面涉及用于制造凸轮轴单元的方法，其中，凸轮轴单元具有至少一个第一构件和第二构件，并且其中，第一构件包括第一密封面，第二构件包括第二密封面，并且其中，两个密封面相互对置地布置。根据本发明，在两个密封面之间的密封借助密封元件构造，密封元件在液态状态下施加到其中至少一个密封面上，其中，密封元件在组装两个构件期间得到其最终的形状。该方法的优点是精密定位密封元件，以及基于密封面与密封元件之间的粘附力消除在组装期间的密封元件的脱离。
在根据本发明的方法的设计方案中，在第一步骤中，密封元件在液态状态中施加到至少其中一个密封面上。在第二步骤中，密封元件借助电磁辐射硬化，并且在第三步骤中，密封元件被压缩，其中，两个构件相互挤压。定量的密封元件的特性，如基于密封元件在液态状态中的施加是可能的，导致在凸轮轴单元组装过程中的过程安全性明显提高。这导致生产成本的减小。根据第二步骤有利地可以控制密封元件，这是因为构件的组装在硬化后才进行。在此，可以简单地识别有缺陷的密封元件。密封元件被移除，并且可以安装新的密封元件。也就是说，不提供因为有缺陷的密封元件而有缺陷的凸轮轴单元，从而也明显减小所谓的保修与商誉成本。
附图说明
本发明的另外的优点、特征和细节由随后对优选的实施例的描述以及借助附图给出。之前在描述中提到的特征和特征组合以及随后在附图描述中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合可以不仅在分别说明的组合中，而且也在另外的组合中或单独使用，而不会离开本发明的范围。给相同或功能相同的元件配属相同的附图标记。出于清晰性的原因可能的是，元件没有在所有附图中设有其附图标记，然而不会丢失其对应配属关系。其中：
图1以立体分解图示出根据现有技术的凸轮轴单元的凸轮轴调节器的定子和在其组装之前的密封元件，
图2以俯视图示出根据本发明的凸轮轴单元的凸轮轴调节器的定子，
图3以纵截面图示出根据图2的定子，
图4以俯视图示出根据图2的定子的部分IV，
图5以纵截面V-V示出根据图2的定子的部分IV，
图6以纵截面示出在容纳元件的区域中的根据本发明的凸轮轴单元的部分，
图7以原理图示出根据图6的密封部位，其具有在硬化状态中的密封元件，
图8以原理图示出根据图6的密封部位，其具有在压缩状态中的密封元件，
图9以立体分解图示出根据现有技术的凸轮轴单元的凸轮轴调节器。
具体实施方式
根据现有技术构造的凸轮轴单元10以凸轮轴调节器的形式构造，凸轮轴调节器的定子14根据图1构造。凸轮轴调节器10在未详细示出的内燃机的运行期间能够导致改变内燃机的换气阀的打开和关闭时间。
图9以分解图示出另一根据现有技术的凸轮轴调节器10。由此示例性地看到凸轮轴调节器1的常见的结构，其中，本发明然而并不局限于该结构。
为此，借助凸轮轴调节器10无级地改变内燃机的未详细示出的凸轮轴相对于内燃机的未详细示出的曲轴的相对角位置，其中，凸轮轴相对于曲轴扭转。通过凸轮轴的扭转推移换气阀的打开和关闭时间点，从而内燃机在相应的转速中可以产生其最佳的功率。
柱形构造的定子14抗扭地与内燃机的未详细示出的曲轴的示例性地在图9中示出的驱动轮11连接。驱动轮以链轮的形式构造，未详细示出的链作为驱动元件通过链轮引导。但驱动轮也同样可以是齿带轮，驱动带作为驱动元件通过齿带轮引导。通过此驱动元件和驱动轮11，定子14与曲轴驱动连接。
定子14具有柱形的定子基本体16，在定子基本体的内侧18以均匀的间距构造有径向向内延伸的接片20，从而在各两个相邻的接片20之间形成间隔22。在间隔22中借助未详细示出的液压阀受控地引入压力介质(通常是液压流体)。定子14构造为包括凸轮轴调节器10的在图9中示出的转子12。
定子基本体16原则上可以在本发明的范围内也一体式地构造有构造为链轮的驱动轮，并且在其端侧借助基本上盘形地构造的定子盖19、21密封。备选地，同样用作锁定盘的定子盖21可以如示例性地在图9中示出的那样一体式地设置有驱动轮11。定子盖19、21借助螺栓23与定子基本体16密闭地旋接，定子基本体分别在接片20中具有开口38，螺栓23穿过开口。
螺栓23利用特定的预紧力固定，从而定子盖19、21和定子基本体16形成摩擦配对件，在它们之间通过旋接出现静摩擦。
转子12的叶片13定位为伸入间隔22中，叶片布置在转子12的转子轮毂15上。根据间隔22的数量，转子轮毂15具有一定数量的叶片13。转子12具有未示出的旋转轴线，转子围绕旋转轴线可扭转地构造，其中，旋转轴线和定子14的纵轴线24同轴地构造。
因此，借助叶片13，间隔22分别被划分为第一压力腔和第二压力腔。为了减小第一压力腔和第二压力腔中的压力损耗，接片20利用其接片端侧26密闭地贴靠到转子轮毂15的外表面上地构造。叶片13同样利用其端侧17密闭地贴靠在内侧18的与外表面对置地定位的内壁28上。
转子12抗扭地与内燃机的凸轮轴连接。为了改变凸轮轴与曲轴之间的角位置，转子12相对于定子14围绕其与纵轴线24同轴地构造的旋转轴线转动。为此，根据选择的转动方向，将在第一压力腔或第二压力腔中的压力介质置于压力下，而第二压力腔或第一压力腔被去负荷。去负荷在未详细示出的罐输入端中进行。
为了凸轮轴调节器10的液压供应设置未详细示出的液压阀。这种液压阀是已知的，并且可以以不同的形式构造。
由于可被液压地流过的构造的压力腔，需要使凸轮轴调节器10设有密封元件30，密封元件获得压力腔的安全密封。
如图1所示的那样，根据现有技术构造的密封元件实施为成形密封元件30’。定子14在其端侧32和其背对端侧32构造的后侧34具有容纳元件36，容纳元件在定子14的周边上闭合地和波浪形地构造。容纳元件36优选以槽的形式构造在端侧32或后侧34的密封面40中。在凸轮轴调节器10的组装状态下，与第一密封面40对置地布置有未详细示出的第二密封面，其中，密封元件30’布置在两个密封面之间。
在组装之前，密封元件30’圆形地构造，如在图1中示出的那样。密封元件30’借助工具(通常是所谓的滑块)置入槽36中并且保持固定。随后，在此未详细示出的另外的凸轮轴调节器部件，如在图9中示出的定子盖19、21分别布置在端侧32或者后侧34上，并且借助未详细示出的容纳在定子14的开口38中的连接元件固定，从而在定子14和另外的凸轮轴调节器部件之间密闭地布置有密封元件30’。因为密封元件30’具有在置入槽36中后又返回其初始的圆形形状的趋势，和/或因为其没有固定在槽36中而可以倾斜，所以这可以导致凸轮轴调节器10的非密封性。
根据本发明的在实施例中以凸轮轴调节器的形式实施的凸轮轴单元10具有根据图2至图8构造的定子14。定子14在端侧32和后侧34具有形状为槽的容纳元件36。槽36设计用于容纳密封元件30，其中，密封元件30由直到最后的硬化状态改变其流动特性的材料构造。换言之，密封元件30在液态的状态中可以施加到密封面，第一密封面40和/或第二密封面中的至少其中一个上，并且只有通过组装两个构件(在该实施例中是定子14和另外的凸轮轴调节器部件，即盖或锁定盘)才可以获得其最后的形状。密封元件30以力分流密封件(Kraftnebenschlussdichtung)的形式构造。
槽36在其环绕的走向中波浪形地构造，其中，槽部分朝向内壁28的方向限界地包括开口38。因此禁止在该实施例中存在的形式为液压液体的流体通过开口38流出。定子14在其端侧32和在其后侧34具有槽36，从而定子在两侧密封地构造。端侧32或后侧34分别相应于第一密封面40，其与另外的凸轮轴调节器部件的未详细示出的第二密封面对置地布置，其中，密封面借助密封元件30沿径向和轴向方向在密封元件30的两侧被密封。
在图4至6中，槽36以细节视图示出。尤其是在根据图5的图示中指出了槽36的与开口38相比相对小的尺寸。槽36在第一密封面40上具有恒定的第一宽度B1，其中，槽底42具有小于第一宽度B1的第二宽度B2。槽底42在两侧由槽壁44限界，其中，在槽壁44与槽底42之间构造的过渡部46倒圆地实施。槽壁44相对正交于第一密封面40的虚拟面48倾斜地实施，其中，在虚拟面48与槽壁44之间构造有角度α，其中，角度α具有大约2°-8°，优选5°的值。
稍微倾斜地实施的槽壁44使引入密封元件30变得容易，槽壁在液态的状态中以条带的形式引入槽36中。在该液态状态中，密封元件30的材料具有流动特性，其相应于可流动的状态，其中，材料具有表面应力，从而条带直到另外的处理都保持其形状。材料基于聚丙烯酸酯构造。另外的处理是电磁辐射，其中，尤其是使用紫外线光，并且导致密封元件30的硬化。
槽36除了宽度B1、B2以外还具有深度T，其中尤其地，宽度B1大于深度T。密封元件30以条带的形式借助未详细示出的喷射工具以喷射法注入槽36中，换言之定位到槽底42上。喷射工具为了获得条带的特定的厚度D具有带有相应的直径的填充喷嘴，其中，该直径至少应该比至少第一宽度B1略微更小。为了将条带更好定位在槽36中，保持深度T尽可能小是有利的，相反尤其地，宽度B1为了密封元件30的膨胀在硬化状态中和在运行中相应大地实施。
在密封元件30完全硬化之后组装定子14和另外的凸轮轴调节器部件。在图7和8中，在硬化状态中或在组装后的其它的状态中的密封元件30，在压缩状态中示出。换言之，密封元件30具有弹性变形，其中，通过基于压缩的变形获得密封作用。换言之，密封元件30以压缩密封元件的形式构造。
在凸轮轴单元10的运行中，即在该实施例中尤其是在凸轮轴调节器10的运行中导致另外的负载(热负载)，其中，密封元件30可以进一步膨胀，并且可以贴靠和/或支撑在槽壁44上。换言之，密封元件30至少在运行中至少贴靠在第一密封面40上地构造，这是因为槽36位于第一密封面40中。为了借助密封元件30改进密封，该密封元件在运行中也贴靠在第二密封面上地实施。
密封元件30在液态状态下施加到端侧32的第一密封面40上，以及与第一密封面40对置的、属于另外的凸轮轴调节器部件的第二密封面上。
根据本发明的用于制造凸轮轴单元10的方法的特征在于，在两个密封面40之间的密封借助密封元件30构造，其中，密封元件30在组装两个构件期间得到其最终的形状。
在第一步骤中，密封元件30在液态状态中施加到至少其中一个密封面40上。在第二步骤中，其借助电磁辐射硬化，其中，辐射借助紫外线射束进行。最后，在第三步骤中压缩密封元件30，其中，两个构件在定子14和另外的凸轮轴调节器部件，例如盖的该实施例中至少相对地放置，其中，硬化的密封元件30挤压在一起。
如果例如密封元件30仅施加在其中一个密封面上，例如第一密封面40上，因此仅施加在定子14上，那么沿径向方向超过密封面40延伸的密封元件30通过相互贴靠放置两个构件并且关闭在构件之间基于密封元件30构造的间隙被压缩。如果两个构件具有密封元件30，即换言之每个构件具有密封元件30，那么两个对置地构造的密封元件30相互接触，并且通过关闭在两个构件之间基于沿径向方向延伸的密封件30构造的间隙被压缩。
根据本发明的在两个构件之间的密封并不局限于所描述的和示出的凸轮轴调节器。应用可能性同样在凸轮轴单元的另外的构件，例如促动器和液压阀中给出。根据本发明的在部件之间的，例如在凸轮轴调节器与促动器之间的密封同样是可想到的。

Claims (15)

1.一种凸轮轴单元，其具有至少一个第一构件(14)和第二构件，其中，第一构件(14)具有第一密封面(40)，第二构件具有第二密封面，并且其中，两个密封面(40)相互对置地布置，并且其中，密封元件(30)构造在两个密封面(40)之间，
其特征在于，密封元件(30)在液态状态中能够施加到至少其中一个密封面(40)上，并且在组装两个构件(14)之前是可硬化的，其中，借助组装两个构件(14)可以获得密封元件最终的形状。
2.根据权利要求1所述的凸轮轴单元，其特征在于，密封元件(30)以力分流密封件的形式构造，其中，设计用于容纳密封元件(30)的容纳元件(36)构造在第一密封面(40)和/或第二密封面中。
3.根据权利要求2所述的凸轮轴单元，其特征在于，容纳元件(36)具有宽度(B1；B2)和深度(T)，其中，宽度(B1；B2)大于深度(T)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的凸轮轴单元，其特征在于，密封元件(30)以喷涂的条带的形式构造。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的凸轮轴单元，其特征在于，密封元件(30)在运行时与容纳元件(36)的壁(44)间隔开地构造。
6.根据前述权利要求中任一项所述的凸轮轴单元，其特征在于，密封元件(30)借助电磁辐射是可硬化的。
7.根据权利要求6所述的凸轮轴单元，其特征在于，电磁辐射借助紫外线射束构造。
8.根据前述权利要求中任一项所述的凸轮轴单元，其特征在于，密封元件(30)构造为压缩密封元件。
9.根据前述权利要求中任一项所述的凸轮轴单元，其特征在于，第一构件(14)和第二构件分别是凸轮轴调节器的构件。
10.一种用于制造凸轮轴单元的方法，其中，所述凸轮轴单元(10)具有至少一个第一构件(14)和第二构件，并且其中，第一构件(14)具有第一密封面(40)，第二构件具有第二密封面，并且其中，两个密封面(40)相互对置地布置，
其特征在于，在两个密封面(40)之间的密封借助密封元件(30)构造，密封元件在液态状态中能够施加到至少其中一个密封面(40)上，其中，密封元件(30)在组装两个构件(14)期间得到其最终的形状。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在第一步骤中，密封元件(30)在液态状态中施加到至少其中一个密封面(40)上，在第二步骤中，密封元件(30)借助电磁辐射硬化，并且在第三步骤中，密封元件(30)被压缩，其中，两个构件相互挤压。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，密封元件(30)在力分流中构造。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，容纳元件(36)引入具有第一密封面(40)的第一构件(14)中，并且另一容纳元件引入具有第二密封面的第二构件中，并且密封元件(30)引入容纳元件(36)中，并且另一密封元件引入另一容纳元件中。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其特征在于，密封元件(30)和/或另一密封元件在喷射法中施加到第一密封面(40)和/或第二密封面上。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，通过对密封元件(30)进行紫外线辐射导致硬化。
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