制造軸的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種制造具有至少一個基本呈環形的軸承座和至少一個失衡部段的軸的方法。本發明還涉及這樣一種具有至少一個基本呈環形的軸承座和至少一個失衡部段的軸。
【背景技術】
[0002]在現有技術中已知許多軸，它們具有不同的失衡部段和軸承座。尤其是在汽車領域，這樣的軸作為所謂的平衡軸被應用在內燃機中以便部分地或完全地補償自由慣性力。此時已知的是，所述軸在軸承座外表面處和在對置的軸端處設有軸承(尤其是滾動軸承或滾針軸承)。其中，使所述軸這樣旋轉，即，通過失衡部段至少實現自由慣性力的部分補償。這樣的軸承座通常以實心盤狀構件或桶狀構件的形式被設置于軸上，在軸承座外表面上設有軸承。此時，相對于該軸承座固定不動的失衡部段將導致主要負載施加在該軸承座朝向失衡部段的一側。與此相比，在該軸承座的與失衡部段對置的一側的負載較小。因而，呈實心狀的軸承座在其無負載區域或低負載區域內在機械上無論如何是超出尺寸的。結果，這導致具有這樣的軸的內燃機的較高的資源消耗，尤其是較高燃料消耗。鑒于該認知，在現有技術中已經研發出包括實心軸承座的軸，其中，在該軸承座的負載較低區域內切除或者省去材料以便能夠相應減輕軸承座重量。這樣的軸例如在文獻DE202007018991U1和DE102009035684A1中被公開，其中，以圓弧式切除材料，從而在軸承座中產生相應的溝槽。但這樣的軸承座具有以下缺點，即，為了將軸承設置在軸承座上，原則上須將一個單獨的軸承環布置在軸承座上以便能提供用于該軸承的連貫的接觸面。
[0003]此外，還期望的是，進一步減輕已知軸的且尤其是軸承座的重量，以便一方面因此節約制造材料，而另一方面減少配備有該軸的內燃機的燃料消耗。
【發明內容】
[0004]根據現有技術，本發明的任務在于，提供一種能夠制備軸的方法，該軸的軸承座具有減輕的重量。另外，應提供一種相應的軸。
[0005]這些任務和可能在閱讀以下描述時指出的或本領域技術人員可能已知的其它任務在獨立權利要求的主題中來完成。有利的改進方案在從屬權利要求中被提供。
[0006]根據本發明的用于制造包括至少一個基本呈環形的軸承座和至少一個失衡部段的軸(如平衡軸、曲軸等)的方法至少包括以下步驟:提供軸坯；形成所述至少一個失衡部段和至少兩個對置的軸承座支臂；利用殼套工具使所述至少兩個對置的軸承座支臂變形，所述軸承座支臂相向彎曲并由此形成所述至少一個基本呈環形的軸承座。
[0007]根據本發明這樣提供該軸承座，即:首先形成兩個對置的軸承座支臂，使得在軸承座處的橫截面形狀首先呈U形。在另一個步驟中，所述對置的軸承座支臂相向彎曲，直到產生一個基本呈環形的空心軸承座。這樣的環形空心軸承座相比于已知的軸承座具有明顯較小的重量。另外，存在以下可能性，即，形成一個閉合環形軸承座，使得在該優選實施方式中也無需單獨的軸承環。另外，通過與已知方法相對的環形空心軸承環(開口的或閉合的)能夠明顯節約材料，進而也節省制造成本，這又導致構件重量的減輕并進而導致旋轉的程度減小，由此(如在車輛平衡軸中)可降低燃料消耗。
[0008]此外，軸坯優選被設置為具有與待制造的軸的設定尺寸相匹配的圓形桿部段的形式。據此優選的是，該桿部段有不同的直徑。
[0009]優選在形成所述至少一個失衡部段和至少兩個對置的軸承座支臂的步驟之前在所述至少一個軸承座和至少一個失衡部段的區域內借助橫乳和/或輥鍛進行預變形加工。從而存在以下可能性，即，材料在一個或多個預變形步驟中已移入以下區域，即，在所述區域相應地需要材料來形成失衡部段或形成軸承座支臂。
[0010]用于形成至少一個失衡部段和至少兩個對置的軸承座支臂的成型方法優選是模鍛法。模鍛法特別適用于軸、尤其是平衡軸、曲軸等的加工，因為由此能夠在數量大的情況下達到所需的高的形狀精度。因為利用常見的模鍛法原則上無法加工出側凹結構，所以根據本發明的方法提供了一種特別有利的可能性，即，在使用模鍛法時制造環形空心軸承座，因為在形成軸承座支臂時不設置這樣的側凹結構。
[0011]軸坯優選在變形加工之前和/或變形加工的過程中以及/或者在模鍛過程中被感應加熱。還優選的是，在模鍛和/或變形加工所述至少兩個對置的軸承座支臂后(以機械方式)切除且優選修剪掉多余材料。
[0012]所述至少兩個對置的軸承座支臂的變形，S卩，相向彎曲，優選在熱變形步驟、半熱變形步驟或冷變形步驟中進行。
[0013]有利的是，這些軸承座支臂相向彎曲，使得軸承座支臂的端面能夠相互接觸并從而形成閉合的軸承座。有利的是，隨后將相互接觸的軸承座支臂的端面焊接。通過焊接這兩個軸承座支臂，在下一個用途中軸承座的形狀穩定性相應得以提高。
[0014]作為軸承座支臂端面相互接觸(和由此隨之而來地形成呈閉合環形的軸承座)的替代方式，這些軸承座支臂可相向彎曲，即，形成開放式的軸承座(即環形軸承座不閉合，而是在與失衡部段對置的一側是部分開放式的)。其中優選的是，該環形軸承座在5°至45°之間、更優選在10°至30°之間，且特別優選在15°至20°之間的角度范圍內是敞開的。根據軸的使用情況，這樣的軸承座開口設計能足以保證所需的軸承座的形狀穩定性。
[0015]優選的是，在這些軸承座支臂上設有鎖定機構，所述鎖定機構相互接合并鎖定。這樣的鎖定機構例如可被設置為尤其位于軸承座支臂端面上的對應的凸緣和側凹結構。例如可以在端面設置銷狀榫頭，可將該榫頭與相應構成的槽接合。從而存在以下可能，即，根據需要來進一步提高環形軸承座的形狀穩定性。
[0016]另外，尤其在具有開口軸承座的實施方式中或者當合攏的軸承座支臂的端面處于松弛的狀態時可能有利的是，首先在軸承座上設置至少一個優選是軸承環的固定機構，其中該固定機構優選通過熱壓配合被安裝到該軸承座上。這也是一項能提高環形軸承座的形狀穩定性和功能性(例如在開放式軸承座的情況下)的措施，尤其是在當前的應用需要這樣做時。
[0017]優選在軸承座形成之后至少在局部區域將該軸承座硬化，其中，尤其采用感應硬化法。與此相關的有利的是，使用鋼合金來制造該軸，鋼合金包含感應硬化所需要的含碳量。另外，也能夠想到其它的最終加工步驟，例如打磨和拋光。該軸此時優選以整體構件的形式構成。
[0018]環形軸承座有利地具有大小在2毫米至15毫米之間的、優選在4毫米至10毫米之間的且特別優選在5毫米至8毫米之間的壁厚，其中，軸承座的壁厚在周面上可以是可變的。軸承座的直徑優選在15毫米至150毫米之間，更優選是在20毫米至100毫米之間，尤其優選在25毫米至40毫米之間。
[0019]本發明還涉及一種根據上述方法制造的軸。
[0020]另外，本發明涉及一種軸尤其是平衡軸、曲軸等，其具有至少一個基本呈環形的軸承座和至少一個失衡部段。如上所述，該軸承座此時優選是閉合軸承座，其中該軸承座支臂優選被焊接起來。或者，該軸承座能作為開放式軸承座的形式來構成，其中該軸承座優選在5°至45°之間、更優選在10°至30°之間、特別優選在15°至20°之間的角度范圍內是敞開的。軸承座壁厚此時也優選在2毫米至15毫米之間，更優選在4毫米至10毫米之間，特別優選在5毫米至8毫米之間，其中，該軸承座在其周面上有利地具有不同的壁厚。還優選的是，軸承座的直徑在15毫米至150毫米之間，更優選在20毫米至100毫米之間，特別優選在25毫米至40毫米之間。最后優選的是，所述軸以整體構件的形式構成。
【附圖說明】
[0021]以下將給出對附圖的詳細描述，其中:
[0022]圖1是根據本發明的軸的一個優選實施方式的示意圖；
[0023]圖2是根據本發明的軸在兩個對置的軸承座支臂的區域內在變形加工之前的示意性橫截面圖；
[0024]圖3示出了如圖2所示的相互對置的軸承座支臂，其與殼套工具相接合；以及
[0025]圖4示出了在通過殼套工具成形之后的閉合的環形軸承座。
【具體實施方式】
[0026]圖1示出了根據本發明的軸10的一個優選實施例，該軸具有環形軸承座15和沿軸向方向觀察設置在其側面的失衡部段20、21。
[0027]本發明的軸10優選作為內燃機中的平衡軸被用于部分平衡或完全平衡自由慣性力和/或慣性矩。其中，軸10的徑向支承優選借助低摩擦的滾針軸承或滾動軸承(未示出)來實現。這些滾針軸承或滾動軸承被布置在環形軸承座15的環繞接觸面16上或者布置在位于該軸10的對置兩端30、31的接觸面的相應表面上。作為平衡軸的替代，也能夠想到所有其它具有軸承座和失衡部(即在軸的至少一個局部區域中非旋轉對稱地分布的質量；與該軸的重心是否位于其轉動軸線上無關)的已知類型的軸，例如像曲軸、凸輪軸等。
[0028]在所示的實施例中，其中一個所述支承端31也以本發明的軸承座形式構成。也能根據本發明作為替代方式或補充方式來構成另一支承端30或者其它中央軸承座。軸承座和失衡部段的數量、位置和尺寸也不受本發明限制。為了簡單起見，以下將局限為中央軸承座15來描述本發明，其中，這同樣能夠適用于所有其它的軸承座。
[0029]如圖1清楚所示，軸10的環形軸承座15以閉合空心環的形式構成。因為在運轉中出現的力不是徑向對稱地出現在軸10上，而是通過因失衡部段20、21引起的非對稱重量分布而相應地非對稱出現，所以原則上也能夠以開放方式構成軸承座15，并且確切地說，在沿徑向與失衡部段20、21的失衡部對置的一側。只要軸10的形狀穩定性因所出現的力而得以保證，則可通過開放式軸承座進一步減輕軸10的重量。
[0030]根據用途的不同，環形軸承座15的壁厚處于2毫米至15毫米之間，優選處于4毫米