CN117020422A - 用于制造凸轮轴的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造凸轮轴的方法，其中，‑提供轴管(9)和堵头(3)，‑将轴管(9)和堵头(3)对准并保持，‑经由激光焊接连接(8)将堵头(3)固定在凸轮轴(1)的轴管(9)上。由此可以制成廉价的、轻的且节省资源的凸轮轴(1)。

Description

用于制造凸轮轴的方法

技术领域

本发明涉及用于制造凸轮轴的方法。本发明还涉及根据该方法制成的凸轮轴以及具有这样的凸轮轴的内燃机。

背景技术

在凸轮轴的传统制造方法中，在纵向端部侧与这样的凸轮轴连接的堵头，如支承堵头，通常经由压配合与凸轮轴的轴管紧固在一起。为了可以确保所要求的堵头的转矩传输，尤其是如果该堵头例如被构造为驱动或从动堵头，则在此必须以预先限定的过盈进行压装。为此，各自的堵头的轴向延续部以在其外径方面相对于凸轮轴的轴管的内径的略微过盈来制成并被压装到轴管中。由于在轴管的这种纵向端部区域中通常还存在支承部位，所以这可能导致在堵头、尤其是支承堵头或驱动或从动堵头被压装后，由于通过压装所发生的扩张，使得轴管必须在其支承部位处再次进行磨削或重新加工。压装这种堵头也会对已经结合在凸轮轴的轴管上的已经磨削过的凸轮产生负面影响，并且在堵头压装后还必须对凸轮再次进行磨削。

发明内容

因此，本发明涉及的问题是说明一种用于制造凸轮轴的方法，借助该方法，尤其可以克服上述的缺点。

根据本发明，该问题通过独立权利要求1的主题来解决。有利的实施方式是从属权利要求的主题。

本发明基于如下总体构想，在凸轮轴的轴管与在纵向端部侧安装在轴管上的堵头(例如支承堵头或驱动或从动堵头)之间的连接并不像迄今常见地经由压配合来建立，而是经由激光焊接连接来建立，激光焊接连接使得前面提到的缺点，也就是说尤其是对支承部位或凸轮轴上的凸轮的重新加工成为不必要的。在根据本发明的用于制造凸轮轴的方法中，首先提供堵头，该堵头例如可以被构造为支承堵头或驱动或从动堵头。随后，将轴管和堵头彼此进行对准、保持并相对彼此进行固定。随后再次地，经由激光焊接连接将堵头固定在轴管上。在此，根据本发明的方法的最大优点在于，与迄今的堵头相比，可以使轴向延续部明显更短，也就是说在轴向方向上更短，并因此也被更轻地构成，或者甚至可以取消该轴向延续部。因此，原则上，使得堵头也可以没有轴向延续部地实施。由此可以实现显著的重量节省。除了该重量节省外，根据本发明的方法还主要具有很大的优势是，不再需要将堵头以过盈压装到凸轮轴的轴管中以及不再出现轴管伴随发生的扩张，由此使得凸轮轴本身已经可以完全被预制，尤其是在凸轮或支承部位的区域内也可以已经被磨削好，而不必像迄今那样，在这样的堵头被压装后需进行再加工或精磨削。尽管如此，利用这种经由激光焊接连接接合的堵头仍可以传输高转矩。根据本发明使用的激光焊接连接的另外的较大的优势在于，在激光焊接过程中没有施布附加的焊接材料并因此也没有焊道，焊道可能会导致不平衡并因此必须进行再加工、例如磨削。此外，经由激光焊接连接也只产生局部强烈的有限的热输入，这导致没有或只有可有可无的且能容忍的热变形或结构性能的变化。根据本发明的方法的另外的较大的优势在于，对于这样的堵头和这样的轴管不需要遵守压配合所要求的较小的尺寸公差，从而能更廉价地制造各个部分，具体是轴管和堵头。

在根据本发明的方法的有利的改进方案中，提供了具有轴向延续部和径向台阶的堵头，该堵头利用其轴向延续部有间隙地插入到凸轮轴或其轴管的纵向端部中。这样的轴向延续部与迄今的压配合所需的轴向延续部相比明显更短地构成，由此使得堵头更轻。在与轴管接合的流程中，该轴向延续部便于堵头本身的对准和接合，由此防止可能发生的错误装配。

在根据本发明的方法的另外的有利的实施方式中，堵头被插入到凸轮轴的轴管中，直到堵头经由其径向台阶贴靠在轴管的端侧。由此有可能的是，提供了在触觉上能感知到的最终安装定位，该最终安装定位明确预给定了堵头相对凸轮轴的轴向的相对位置。

在根据本发明的方法的另外的有利的实施方式中，激光焊接连接在至少两个圆周部位处同时开始。由此有可能的是，使得在建立激光焊接连接时输入热的情况下，防止或至少最小化堵头相对于轴管发生无意的倾斜，由此能借助激光焊接连接容易地固定堵头相对轴管进而是相对凸轮轴的精确对准的位置。在构件相对于轴轴线出现不期望的倾斜时，可能会在焊缝相对置的一侧上出现开裂。当然，激光焊接连接不一定是全圆周的，即不必在轴管与堵头之间的连接部位或焊缝的整个圆周上建立，而是也能是仅圆周段状的焊接。

在这种情况下，特别优选地，激光焊接连接在圆周方向上错开180°的两个圆周部位处同时开始。由此可以可靠地确保堵头在激光焊接方法开始时不相对于凸轮轴发生扭转，这尤其在堵头例如被用作针对真空泵的驱动或从动堵头或被用作信号发送器时具有很大的优势。

适宜地，使用具有纵向长度L为2.0mm≤L≤等于5.0mm、尤其是轴向长度L约为4.0mm的轴向延续部的堵头。这代表了所置入的堵头的轴向延续部长度的明显减少，这是因为迄今的堵头具有的轴向延续部的轴向长度大约是轴内径的大小加上数毫米范围内的小长度余量，以用于减少功能上相关的接合重叠部。由于压配合和所需的转矩传输能力，使得轴向延续部的如此大的长度是必要的。通过显著减少轴向延续部的轴向长度L，可以以明显优化重量、明显节省资源和也明显更廉价的方式制造堵头，这对使用根据本发明的方法制造的根据本发明的凸轮轴的总体成本有正面影响。

在根据本发明的方法的另外的有利的实施方式中，使用驱动或从动堵头或具有经磨削的支承部位的支承堵头作为堵头。例如，驱动或从动堵头可以具有形式为外齿轮的驱动或从动元件，经由该驱动或从动元件可以驱动泵、尤其是真空泵。如果使用具有已经磨削的支承部位的支承堵头，则这具有很大的优势，即，支承堵头上的支承部位在装配在轴管上之前，即在与轴管激光焊接连接之前就已经可以磨削好。这在制造技术上明显能比在安装到凸轮轴上的最终位置上要更容易。通过激光焊接连接也不需要对支承部位进行事后磨削。

适宜地，在凸轮轴的纵向端部侧设置有支承部位，在激光焊接堵头之前对该支承部位进行磨削。总的来说，根据本发明的方法具有的优点是，在堵头经由激光焊接连接与凸轮轴的轴管连接之前，凸轮轴连带可能其上布置的支承部位或凸轮就可以已经完成磨削。这在迄今经由压配合的连接中是不可能的，这是因为在堵头被压装到凸轮轴中时，后者将扩张，并且例如布置在该区域中的支承部位必须事后被重新磨削。

在激光焊接堵头之前，可以将至少一个凸轮接合在凸轮轴上。例如，这可以经由热接合配合(Fügesitz)来实现。在此，在堵头与轴管之间建立激光焊接连接之前，优选同样对至少一个凸轮进行磨削，从而在堵头经由激光焊接连接被焊接在凸轮轴之前，该凸轮轴本身就已经完全被预制。

本发明另外基于这样的总体构思，即，说明一种利用根据前述段落的根据本发明的方法制成的凸轮轴。因此，利用被如此制成的凸轮轴，使得根据本发明的方法的优点可以转移到凸轮轴上。具体来说，这些优点在于降低了重量，这是因为在与凸轮轴接合的堵头上的轴向延续部可以明显更短且因此更轻地构成，或者甚至可以取消。同时不需要在堵头接合后由于通过压配合发生的轴管扩张而对凸轮轴进行耗费且成本高昂的再加工。尤其地，在此例如可以取消事后对凸轮轴的纵向端部区域中的支承部位的磨削。

本发明还基于这样的总体构想，即，说明一种具有这样的凸轮轴的内燃机，由此，先前针对凸轮轴描述的优点可以转移到内燃机上。

本发明的另外重要的特征和优点由从属权利要求、附图和所属的结合附图进行的附图描述得出。

应理解，上述的和将在下面还要解释的特征不仅能以分别说明的组合使用，而且也能以其他组合方式或单独使用，而不偏离本发明的范围。

附图说明

本发明的优选的实施例在附图中示出，并将在下面的描述中更详细地解释，其中，相同的附图标记涉及相同或相似或功能上相同的部件。

其中分别示意性地：

图1示出穿过根据传统方法制成的传统的凸轮轴的剖图；

图2示出如图1中的图示，但是利用根据本发明的方法制成的根据本发明的凸轮轴；

图3示出按照根据本发明的方法制成的凸轮轴的剖图和视图，其中，与图2相比堵头不同。

具体实施方式

根据图1，根据现有技术，凸轮轴1'具有凸轮2'以及在纵向端部侧布置在凸轮轴中的堵头3'，该堵头具有轴向延续部4'和径向台阶5'，其中，堵头3'在其轴向延续部4'的区域中经由压配合6'与凸轮轴1'或其轴管9'接合。当堵头3'被压装到轴管9'中时，压配合6'引起轴管、尤其是支承部位7'发生扩张，这使得有必要在堵头3'被压装到凸轮轴1'中之后对支承座7'进行磨削，以便可以遵守那里所需的尺寸公差。

图2和图3中现在示出了根据本发明的凸轮轴1，该凸轮轴利用根据本发明的方法制造。附图标记在与图1类似地应用，但没有撇号。

在根据本发明的用于制造凸轮轴1的方法中，堵头3并未经由压配合6'压装到凸轮轴1的轴管9中，或者也不是经由这样的压配合6'与轴管9接合，而是首先提供具有或不具有轴向延续部4(在此是具有轴向延续部4和径向台阶5)的堵头3，紧接着随后将堵头3利用其轴向延续部4有间隙地插入到轴管9的纵向端部中。所谓的“有间隙”地插入应被理解为，在轴向延续部4与轴管9之间的区域不存在压配合。

随后，将轴管9和堵头3相互对准并保持或固定在对准好的位置中，紧接着随后将堵头3经由激光焊接连接8固定在凸轮轴1的轴管上。由于取消了压配合6'，使得当按照根据本发明的方法将堵头3接合到凸轮轴1上时，轴管9不发生扩张，并因此位于外部的支承部位7也不扩张，从而不需要对该支承部位重新进行磨削，而是在接合堵头3之前就可以磨削好支承部位7和/或凸轮2。

具体来说，这提供的优点是，使得堵头3的将堵头3嵌入到凸轮轴1或其轴管9中的轴向延续部4可以具有明显减少的轴向长度L，并因此不仅可以节约资源而且还可以更廉价地且特别是更轻地构成。理论上，该轴向延续部4甚至可以完全取消，由此可以实现再一次的减重。轴向延续部4在此可以具有2.0至5.0mm之间的、尤其是大约为4.0mm的轴向长度L。相反，迄今针对压配合6'所需的长度L'则要长得多。

为了可以在触觉上检测出堵头3在凸轮轴1或其轴管9中的能确凿无疑探测到的安装位，堵头3被插入到凸轮轴1或其轴管9中，直到它经由其径向台阶5贴靠在凸轮轴1或轴管9的端侧上。

激光焊接连接8优选在至少两个在圆周方向上彼此错开的位置处同时开始，例如在两个在圆周方向上错开180°的圆周部位处同时开始，由此可以可靠地避免堵头3相对于凸轮轴1或轴管9的无意的倾斜。堵头3相对于轴管9的这种不期望的倾斜例如可能会在焊接过程仅在一个圆周部位处起始时发生。

根据图2，在此，堵头3被构造为驱动或从动堵头3a，而根据图3，堵头被构造为具有支承部位7a的支承堵头3b。当然，支承堵头3b同样可以仍具有驱动或从动元件10。被构造为支承堵头3b的支承部位7a在此可以在建立激光焊接连接8之前就已经磨削好，从而在此也可以取消事后的再加工、尤其是磨削。凸轮2也可以在接合堵头3、3a、3b之前完成磨削。

图3中所示的支承堵头3b也可以只在支承部位7a的区域中进行预加工。该构件解决方案的背景是在支承堵头3b中的内螺纹12的大直径，而在内螺纹12部分地定位在堵头的接合轴颈中的传统的解决方案中，这将导致在该区域中壁厚较小。一方面，由此将损害堵头在轴管中的紧密配合，即使得堵头和与管之间的连接的用来传递更高的或高转矩的能力被限制或降低。另一方面，由于堵头在轴管中的接合配合(压配合)，使得内螺纹发生更大程度的变形，以此提升了拧入力矩，并可能使螺钉无法拧紧直到与功能相关的最终定位。

根据本发明制成的凸轮轴1在此可以是根据本发明的内燃机11的组成部分。

利用根据本发明制成的凸轮轴1，其中，堵头3经由激光焊接连接8与凸轮轴1或其轴管9连接，可以实现减重、节省资源并且就再加工耗费而言尤其可以实现明显改善的制造。

通过激光焊接连接8还可以取消了否则在压配合6'中所需的转矩测试，由此能实现进一步的成本优势。

Claims (12)

1.用于制造凸轮轴(1)的方法，其中，

-提供轴管(9)和堵头(3)，

-将所述轴管(9)和所述堵头(3)对准并保持，

-经由激光焊接连接(8)将所述堵头(3)固定在所述凸轮轴(1)的轴管(9)上。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

-提供具有轴向延续部(4)和径向台阶(5)的堵头(3)，

-使所述堵头(3)利用其轴向延续部(4)有间隙地插入到所述凸轮轴(1)的轴管(9)的纵向端部中。

3.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，

将所述堵头(3)插入到所述轴管(9)中，直到所述堵头经由其径向台阶(5)贴靠在所述轴管(9)的端侧上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述激光焊接连接(8)在至少两个圆周部位处同时开始。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述激光焊接连接(8)在两个在圆周方向上错开180°的圆周部位上同时开始。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，

其特征在于，

使用具有轴向长度L为2.0mm≤L≤5.0mm、尤其是轴向长度L为4.0mm的轴向延续部(4)的堵头(3)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

使用驱动或从动堵头(3a)或具有经磨削的支承部位(7a)的支承堵头(3b)作为堵头(3)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在所述凸轮轴(1)的纵向端部侧在轴管(9)上设置有支承部位(7)，在激光焊接所述堵头(3)之前磨削所述支承部位。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在激光焊接所述堵头(3)之前，将至少一个凸轮(2)接合在所述轴管(9)上。

10.根据权利要求9所述的方法，

其特征在于，

磨削所述至少一个凸轮(2)。

11.凸轮轴(1)，所述凸轮轴根据前述权利要求中任一项所述的方法制成。

12.内燃机(11)，所述内燃机具有根据权利要求11所述的凸轮轴(1)。