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CN106413980A - 用于生产凸轮轴组件的方法 - Google Patents

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CN106413980A
CN106413980A CN201580026598.4A CN201580026598A CN106413980A CN 106413980 A CN106413980 A CN 106413980A CN 201580026598 A CN201580026598 A CN 201580026598A CN 106413980 A CN106413980 A CN 106413980A
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约尔格·沙特兹尔
马提亚尔·丹特斯
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Abstract

本发明涉及一种用于生产用于对内燃机的气门进行控制的备好待用的凸轮轴(1)的方法，凸轮轴(1)具有承载轴(10)和多个凸轮元件(12)，在承载轴(10)上布置有端部部件(11)，端部部件(11)例如为驱动轮、相位调整器、或相位调整器的一部分，多个凸轮元件(12)以位置固定的方式被附接至承载轴(10)，其中，该方法至少包括以下步骤：a)提供承载轴(10)和端部部件(11)，b)将端部部件(11)接合至承载轴(10)，c)至少磨削承载轴(10)以形成凸轮座(13)，从而达到备好待用的状态，d)在第一凸轮座(13)上形成表面轮廓(14)，e)提供具有备好待用特性的凸轮元件(12)，f)将凸轮元件(12)坐置在设有表面轮廓(14)的凸轮座(13)上，以及g)以与所需要的凸轮元件(12)的数量相对应的次数重复步骤d)至f)。

Description

用于生产凸轮轴组件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于生产用于对内燃机的气门进行控制的备好待用的凸轮轴的方法，所述凸轮轴具有承载轴和多个凸轮元件，在所述承载轴上设置有端部部件，端部部件例如为驱动轮、相位调整器、或相位调整器的一部分，所述多个凸轮元件以位置固定的方式被附接至所述承载轴。
背景技术
用于生产备好待用的凸轮轴的方法例如在WO 2012/031770A1是已知的，其中，为了将多个凸轮元件接合至承载轴，要执行对承载轴的冷却和对凸轮元件的加热，从而能够推动承载轴通过凸轮轴的孔。承载轴随后要被再次加热，并且凸轮元件被再次冷却。结果，凸轮元件借助干涉配合被紧固在承载轴上，这种干涉配合是由于形状热变化而产生的。然而，加热以及随后的冷却是不利的，其在工装方面需要高支出，并且尤其在例如在用于布置在内燃机的气缸盖上的凸轮轴模块中提供连续的未敞开(nicht offenbare)的支承通道——承载轴必须被推动通过该支承通道——的情况下实施上述加热以及随后的冷却。通常，为了将多个凸轮元件对准在承载轴上需要另外的加工步骤，这种另外的加工步骤也必须被避免。
DE 3717190A1提出了用于将凸轮元件安装在形成于承载轴的外表面上的制备好的凸轮座上的方法的基本原理。该凸轮座形成若干部段，这些部段相比于承载轴的未形成凸轮座的部段具有增大的直径。在此，其提出了凸轮元件借助在套筒连接(Nabenverbindung)中发生的塑性变形被推动至凸轮座上。在这种情况下凸轮座是通过滚光工艺或滚压工艺来生产的，并且可以例如形成环形的通道结构。用于形成凸轮座的加宽区域要使用芯轴工具生产，由此仅能实现较低的精度。为了生产备好待用的凸轮轴，由烧结材料制成的凸轮元件随后必须实施方式如通过磨削工艺和/或抛光工艺进行精加工。
通常，凸轮轴包括端部部件、例如为用于牵引机构的驱动轮，也就是说，该牵引机构例如像链轮、带轮、或用于带轮的连接凸缘。该端部部件可以被紧固至承载轴并且可以例如形成相位调整器或者至少相位调整器的一部分。这样的端部部件必须与准确地对准，并且通常的情况是在不同的卡紧安装中需要多个切削加工步骤来提供端部部件和承载轴，从而尤其能避免相对于彼此的位置误差和同心度误差。
发明内容
本发明的目的是改进用于生产备好待用的凸轮轴的方法，该方法不包括热接合步骤，并且试图能够通过最少的步骤容易地设置备好待用的凸轮轴。
所述目的是通过按照权利要求1的前序部分结合该权利要求的特征部分生产备好待用的凸轮轴的方法来实现的。本发明的有利的改进在从属权利要求中进行说明。
为了实现该目的，根据本发明的方法至少包括以下步骤：
a)提供承载轴和端部部件，
b)将所述端部部件接合至所述承载轴，
c)磨削至少所述承载轴以形成多个凸轮座，从而达到备好待用的状态，
d)在第一凸轮座上引入表面轮廓，
e)提供具有备好待用特性的凸轮元件，
f)将所述凸轮元件坐置在设有所述表面轮廓的所述凸轮座上，并且
g)以与所需要的凸轮元件的数量相对应的次数重复步骤d)至f)。
通过使用根据本发明的方法，能够以简单的方式生产备好待用的凸轮轴，该方法不涉及热接合方法。特别地，能够通过已经被实施了精加工的多个凸轮元件。通过磨削至少承载轴，并磨削端部部件，从而达到备好待用的状态，能够实现以下优点，例如，承载轴上的支承点也通过磨削加工被预先加工，使得通过步骤d)至f)生产的具有相应数量的凸轮元件的凸轮轴不必被提供任何另外的加工。在最后的凸轮元件已被安装至最后的凸轮座之后，凸轮轴能够被设置成备好待用的，例如用于安装至汽缸盖或者被安装至罩模块。没有提到间隔元件、轴承环等的装配，上述元件能够通过步骤d)至步骤f)连同凸轮元件一起被设置。
特别地，步骤c)适合用于端部部件的加工、尤其端部部件的磨削加工，以达到备好待用的状态。由于端部部件在被磨削以达到备好待用状态之前被接合至承载轴的事实，能够例如在一个磨削设备中通过一次卡紧安装使承载轴和端部部件在被组装的状态下通过磨削加工过程实施精加工以达到备好待用的状态。
承载轴的磨削可包括对多个凸轮座的加工和对形成在承载轴上的支承点的精加工，这些支承点是在凸轮座之间或者邻近于凸轮座形成的。特别地，对承载轴、尤其对端部部件进行磨削以达到备好待用的状态是在磨削设备上实施的，随后，可以将由磨削的承载轴和端部部件组成的组件转移至凸轮坐置设备，并且可以借助凸轮坐置设备来实施至少表面轮廓的引入和对凸轮元件的坐置。表面轮廓的形成可以例如通过滚光工具(Rollierwerkzeug)实施。由于凸轮座已经通过磨削加工工艺制备好的事实，能够通过对表面轮廓的相应准确的加工，对凸轮元件的坐置能够以相应的准确度实施，从而不必实施额外的精加工，例如最终磨光和/或抛光步骤。通过利用滚光工具对凸轮座进行磨削加工并且有针对性地形成表面轮廓，从而能够提供已经被实施了精加工的凸轮元件。
为了通过凸轮坐置设备引入表面轮廓并且坐置凸轮元件，可以将端部部件夹紧在凸轮坐置设备中，并且还可以在与端部部件相反的一侧借助尾座夹紧承载轴。
为了设置凸轮元件并且将凸轮元件坐置在设有表面轮廓的凸轮座上，将凸轮元件引导通过尾座并且因此容易地将凸轮元件拧到承载轴上，使得在所有凸轮元件的接合过程中尾座保持被布置在承载轴上。通过这种方式，极大简化了将凸轮元件坐置在凸轮座上的过程。为此，尾座可以具有比凸轮元件中的孔的直径小的直径。
由于在每次凸轮元件的坐置过程之前凸轮座已经实施了表面加工的事实，能够实现以下优点：凸轮元件能够在不受力、并且尤其在不接触的情况下被引导通过在前的凸轮座。在这种情况下，表面轮廓的引入是在第一凸轮座处实施的，该第一凸轮座例如在承载轴上朝向端部部件。凸轮元件可以经由承载轴的安装有尾座的自由端被拧到承载轴上，而不必推动凸轮元件通过未经表面加工的凸轮座。仅在将凸轮元件安装至相关的凸轮座之前，滚光工具作用于凸轮座并且形成表面轮廓，使得凸轮元件能够以固位的方式被安装至——尤其被压至——具有表面轮廓的凸轮座上。
根据本发明的方法的特定优点在于以下事实，即，为了提供具有备好待用特性的凸轮元件，在将凸轮元件坐置在承载轴上之前，可以先将凸轮元件磨削至其最终尺寸和/或实施表面加工，并且凸轮元件尤其可以包括与随后在承载轴上的取向相对应的旋转取向(rotatorische Ausrichtung)。仅在很少的情况下，如果经滚光得到的直径的重复精确度不能达到要求，那么使用机电轴或标定工具才可能是必要的。然而根据本发明的方法，基本上能够实现在安装凸轮元件之后，凸轮轴具备满足使用要求的精确度。特别地，如果不使用会导致变形或表面变化的热接合方法，则可以提供已经实施了精加工并且可能被施加涂层的部件。与凸轮元件类似，可以对要被施加至承载轴的另外元件、比如轴承环实施表面精加工和/或施加涂层。
通过使用相对较新的技术，能够将充分磨削的凸轮元件安装至承载轴，并且通过该方式，能够在组装工艺之前实施所有的与凸轮元件相关的工艺步骤。在这个背景下，在将凸轮元件压至承载轴之前，凸轮元件可以不仅被磨削，而且例如可以被施加涂层。在实施该方法的情况下，多个凸轮元件在作为组装体(Paket)彼此相邻定位的情况下例如被磨削，并且如果需要则例如通过涂层工艺进行精加工。随后能够使凸轮元件作为组装体被施加涂层，也就是说在已经例如被拧至芯轴或者某些其他承载元件从而定位成彼此相邻的情况下被施加涂层，因此仅滚道被施加涂层，而侧表面未施加涂层。在施加涂层之后，可以直接提供凸轮元件以便被安装至具有表面轮廓的凸轮座。
涂层可以例如包括DLC涂层，其也被称为“类金刚石碳涂层”。
例如，在对凸轮座进行磨削以达到备好待用状态的过程中，可以设置一体地形成在所述凸轮座上的插入斜面，由此使得凸轮元件被更容易地推动通过不具有表面轮廓的凸轮座。
附图说明
下文将基于附图结合对在本发明的示例性实施方式的上下文中的优选方法的说明更加详细地讨论对本发明进行改进的其他措施。在附图中：
图1示出了例如可以根据方法步骤a)提供的具有非磨削表面的承载轴，
图2示出了例如在方法步骤b)中说明的具有非磨削表面并且具有布置在承载轴的端部侧上的端部部件的承载轴的视图，
图3示出了在承载轴已被磨削以达到备好待用状态由此凸轮座已经形成在承载轴上的状态下由承载轴和端部部件组成的组件，
图4示出了承载轴与端部部件的组件，其中，通过未详细示出的方式，端部部件被夹紧在凸轮坐置设备中，并且其中，承载管在与端部部件相反的一侧被尾座保持，并且
图5示出了带有端部部件的承载轴，并且凸轮元件已经被安装至承载轴上，其中，在凸轮座上引入表面轮廓，为此示例性地示出了滚光工具。
具体实施方式
图1示例性地示出了具有非磨削表面18的承载轴10，其中承载轴10为中空轴的形式并且包括沿中心轴线17延伸的空腔19。由此承载轴10形成关于中心轴线17旋转对称地延伸的重量最小化的管，并且承载轴10可以例如由材料棒切割成一定的长度。
图2示出了由承载轴10和端部部件11构成的组件，并且端部部件11可以例如是驱动轮、相位调整器或者相位调整器的一部分，并且在本发明的上下文中，端部部件11是备好待用的凸轮轴的一部分。为了紧固端部部件11，端部部件11包括突出部20，突出部20例如可以插入承载轴10的空腔19中，其中，端部部件11还可以通过一些其他方式、例如通过粘着接合工艺或者通过连接元件被紧固至承载轴10。在此，承载轴10包括非磨削表面18，其中端部部件11还可以包括非磨削的、尤其未经处理的表面。例如，端部部件11可以以简单的方式接合至承载轴10，而不考虑位置和尺寸公差，这是因为如下文所述的，承载轴10和端部部件11在组装状态下的磨削加工是在共同的卡紧安装中执行的。
图3示出了由处于磨削状态下的承载轴10和端部部件11组成的组件。由于磨削加工，使得支撑轴10和端部部件11处于备好待用的状态，在承载轴10的外侧上示出了一系列凸轮座13。通过示例，还示出了两个支承点15，并且支承点15具有比凸轮座13的直径小的直径。以未详细示出的方式，还可以对端部部件11实施切削加工，并且端部部件11例如形成驱动轮、传感器盘、相位调整器的一部分等。
在对根据图3的承载轴10和端部部件11组成的组件的改进方案中，图4示出了位于凸轮坐置设备(Nockensetzanlage)上的处于卡紧安装状态的组件，其中通过未详细示出的方式，端部部件11可以被夹紧，并且在与端部部件11相反的一侧，承载轴10被保持在尾座16上。尾座16例如在端部侧被插入空腔19中。在这种卡紧安装的状态下，由承载轴10和端部部件11组成的组件能够被设定为绕中心轴线17转动。
最后，图5示出了由承载轴10和端部部件11组成的组件，并且第一凸轮座13已经通过示例性地示出的滚光工具21加工并且被装配有凸轮元件12，其中，邻近于端部部件11的位于左手侧的凸轮座13包括表面轮廓14。滚光工具21例如示出为具有沟槽结构，通过在承载轴10被设定为绕中心轴线17转动的同时将例如以双重(zweifacher)布置的方式示出的滚光工具21压在凸轮座13上，沟槽结构被再现(abgebildet)在凸轮座13上。滚光工具21通过示例的方式被示出在已经具有表面轮廓14的第二凸轮座13上。
凸轮元件12被示出为已被安装在第一凸轮座13上，并且另外的凸轮元件12通过示例的方式被示出在尾座16之上并且被布置在该位置。当已经通过滚光工具21在下一个凸轮座13上形成表面轮廓14时，能够将另一凸轮元件12安装到相应的凸轮座13上。
在此，凸轮元件12可以已经实施了精加工，例如已经被施加涂层，从而达到备好待用的状态。
用于生产备好待用的凸轮轴1的方法能够以图1至图5的顺序基于示出的示例性实施方式描述如下。
在方法步骤a)中，提供了如图1示出的承载轴10，并且在另一方法步骤b)中，如图2所示，可以将端部部件11接合至承载轴10。
在方法步骤c)中，可以执行至少对承载轴10进行磨削，由此达到备好待用的状态，从而形成如图3所示的凸轮座13。在此，在为达到备好待用状态而进行磨削的过程中，不仅承载轴11、而且端部部件11可被实施磨削加工。在此，为达到备好待用状态进行的磨削还包括形成支承点15以达到备好待用的状态。
在图4中，将由承载轴10和端部部件11组成的组件从磨削设备(图3)转移至凸轮坐置设备(图4和图5)。在此，图4示出了尾座16，尾座16作为凸轮坐置设备的一部分被用于卡紧安装，并且以未详细示出的方式，端部部件11能够被夹紧，从而实现对由承载轴10和端部部件11组成的组件的限定的卡紧安装。
在另外的方法步骤d)、e)、f)、和g)中，如图5所示，能够首先通过滚光工具21执行表面轮廓14的引入，其中该表面轮廓14被施加至通过磨削加工工艺制备好的凸轮座13。随后，提供具有备好待用特性的凸轮元件12，如在尾座16的区域所示出的，并且能够沿着箭头方向将凸轮元件12引导通过承载轴10，并且根据方法步骤f)，可以执行将凸轮元件12坐置在设有表面轮廓14的凸轮座13上。
根据方法步骤g)，可以重复步骤d)至步骤f)，直到已经在承载轴10上安装了相应数量的凸轮元件12，并且例如，在所示出的实施方式中由于设有四个凸轮座13，因此可以总共执行四次这种安装。
本发明的实施方式不限于已经在上文列出的优选的示例性实施方式。反而，可以设想甚至在根本不同的实施方式中使用本解决方案。由权利要求、说明书或附图得出的所有的特征和/或优点——包括构造单元、空间布置，其自身或其不同的组合对于本发明是不可或缺的。
附图标记列表
1 凸轮轴
10 承载轴
11 端部部件
12 凸轮元件
13 凸轮座
14 表面轮廓
15 支承点
16 尾座
17 中心轴线
18 非磨削表面
19 空腔
20 突出部
21 滚光工具

Claims (9)

1.一种用于生产用于对内燃机的气门进行控制的备好待用的凸轮轴(1)的方法，所述凸轮轴(1)具有承载轴(10)和多个凸轮元件(12)，在所述承载轴(10)上布置有端部部件(11)，所述端部部件(11)例如为驱动轮、相位调整器、或相位调整器的一部分，所述多个凸轮元件(12)以位置固定的方式附接至所述承载轴(10)，其中，所述方法至少包括以下步骤：
a)提供所述承载轴(10)和所述端部部件(11)，
b)将所述端部部件(11)接合至所述承载轴(10)，
c)至少磨削所述承载轴(10)以形成凸轮座(13)，从而达到备好待用的状态，
d)在第一凸轮座(13)上引入表面轮廓(14)，
e)提供具有备好待用特性的凸轮元件(12)，
f)将所述凸轮元件(12)坐置在设有所述表面轮廓(14)的所述凸轮座(13)上，以及
g)以与所需要的凸轮元件(12)的数量相对应的次数重复步骤d)至f)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c)包括对所述端部部件(11)的加工、尤其对所述端部部件(11)的磨削加工，以达到备好待用的状态。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对所述承载轴(10)的磨削包括对所述凸轮座(13)的加工和对形成在所述承载轴(10)上的支承点(15)的精加工，并且所述支承点(15)是在所述凸轮座(13)之间或邻近于所述凸轮座(13)形成的。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，对所述承载轴(10)、尤其所述端部部件(11)进行磨削以达到备好待用状态是在磨削设备上执行的，并且至少引入所述表面轮廓(14)和坐置所述凸轮元件(12)是在凸轮坐置设备上执行的。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，为了在凸轮坐置设备上引入所述表面轮廓(14)以及坐置所述凸轮元件(12)，将所述端部部件(11)夹紧在所述凸轮坐置设备中，并且借助尾座(16)在与所述端部部件(11)相反的一侧将所述承载轴(10)夹紧。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，为了设置所述凸轮元件(12)并且使所述凸轮元件(12)坐置在设有所述表面轮廓(14)的所述凸轮座(13)上，引导所述凸轮元件(12)通过所述尾座(16)，使得在所有凸轮元件(12)的接合过程中所述尾座(16)保持被布置在所述承载轴(10)上。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，为了提供具有备好待用特性的凸轮元件(12)，在所述凸轮元件(12)坐置在所述承载轴(10)上之前，将所述凸轮元件(12)磨削成其最终尺寸并且/或者对所述凸轮元件(12)进行表面精加工，并且所述凸轮元件(12)尤其包括与随后在所述承载轴(10)上的取向相对应的旋转取向。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，为了提供具有备好待用特性的凸轮元件(12)，在所述凸轮元件(12)坐置在所述承载轴(10)上之前，对所述凸轮元件(12)施加涂层。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述凸轮元件(12)具有孔，所述孔的直径略微大于借助磨削制成从而处于备好待用状态的凸轮座(13)的直径。
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