可調節的凸輪軸的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于內燃機的氣門驅動裝置的可調節的凸輪軸(1)，具有外軸(10)和穿過外軸(10)延伸的內軸(11)，其中在外軸(10)上，布置有至少一個凸輪元件(12)且至少一個凸輪元件(12)不可旋轉地連接至內軸(11)，其中凸輪元件(12)包括具有內部軸承表面(13)的軸通道，所述內部軸承表面(13)與外軸(10)的外側上的軸承表面(14)形成滑動支承，用于在外軸(10)上可旋轉地布置凸輪元件(12)。根據本發明，至少一個軸承表面(13、14)的至少部分為球形形狀。
【專利說明】
可調節的凸輪軸
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于內燃機的氣門驅動裝置的可調節的凸輪軸，具有外軸并具有穿過外軸延伸的內軸，其中，在外軸上，布置有至少一個凸輪元件，該凸輪元件共同旋轉地連接至內軸，其中凸輪元件包括具有內部軸承表面的軸通道，其與外軸的外側的軸承表面一起形成用于外軸上的凸輪元件的可旋轉布置的滑動軸承裝置。
【背景技術】
[0002]DE 10 2012 103 581 Al顯示了普通的具有外軸和內軸的可調節的凸輪軸，內軸穿過外軸延伸，外軸為管狀的形式，所述內軸在所述外軸中可以旋轉。可旋轉地保持在外軸上的凸輪元件通過螺栓共同旋轉地連接至內軸，從而在內軸相對于外軸旋轉的情況下，實現凸輪元件在外軸上的相位角的改變。
[0003]在外軸上可以旋轉的凸輪元件與凸輪元件中的軸通道一起在外軸的外側上形成滑動軸承裝置，該滑動軸承裝置經由內軸與外軸之間的間隙供應潤滑油。
[0004]凸輪元件與氣門驅動裝置的敏感元件接觸，由此經常有徑向不對稱力作用于凸輪元件上的情況。這能夠引起凸輪元件相對于凸輪軸的縱向軸線傾斜，并引起在軸承表面的外側區域的負載增大，這可以導致所謂的邊緣荷載。如果在凸輪元件在其它的圓柱形外軸上傾斜的情況下，只有軸通道的軸承表面的邊緣區域(即例如在縱向軸線方向的外側的局部有限區域)或外軸上的座裝點的邊緣區域承受凸輪元件上的全部操作力的話，這就會發生。最后，這種邊緣荷載導致磨損增加，以及凸輪元件與外軸之間的摩擦增加，因此必須避免。
[0005]DE 100 54 622 Al已公開一種氣門致動元件，且提供滾動支承安裝的外環，該外環與凸輪元件的凸輪輪廓接觸。外環通過內環成為滾動支承安裝的構造，由外環和內環形成的軸承單元以可傾斜的樣式安裝在軸承螺栓上。為此目的，軸承螺栓為球形形式。由于運行的外環的傾斜運動所獲得的自由度，所述外環能夠抵靠凸輪元件的凸輪輪廓被引導從而與其線性接觸，而不會在凸輪輪廓與敏感元件(即外環)之間產生邊緣荷載。然而在此情況下，以可傾斜的樣式安裝在軸承螺栓上的滾動軸承單元的裝置不能容易地實施，以用于在可調節的凸輪軸的外軸上安裝凸輪元件。
【發明內容】
[0006]本發明的目的為進一步開發用于內燃機的氣門驅動裝置的可調節的凸輪軸，在凸輪軸的外軸上改進地安裝凸輪元件。特別地，本發明的目的為防止外軸上的凸輪軸的滑動軸承裝置中的所謂的邊緣荷載。
[0007]本發明的目的通過根據權利要求1的前序部分及區別特征的可調節的凸輪軸而實現。本發明的優勢改進在從屬權利要求中具體說明。
[0008]本發明包含的技術教導為，形成至少一個軸承表面，該軸承表面至少部分為球冠形狀。
[0009]通過至少一個軸承表面的球形形狀，對于凸輪元件在外軸上繞著縱向軸線的旋轉移動，實現其它的自由度以用于凸輪元件在外軸上進行的輕微的傾斜運動。除了在任何情況下設置在滑動軸承裝置中的軸承間隙之外，還通過球形形狀實現徑向間隔在軸承表面的軸向長度上的至少一側向外增大。如果凸輪元件在外軸上輕微地傾斜，那么在彼此上滑動的軸承表面的更長的軸向區域進行承載作用，由此防止邊緣荷載的形成。無論凸輪元件的傾斜運動如何，由于軸承表面不是圓柱形形狀，因此在任何傾斜方向上，甚至是在操作力相反地非對稱地引入至凸輪元件的情況下，都不可能是軸承表面的僅僅有限的區域進行承載作用。
[0010]在此，至少一個軸承表面的根據本發明的球形形狀描述的是這樣的軸承表面的形狀:其為旋轉對稱形式并在兩個軸承表面之間產生軸承間隙，該軸承間隙在軸承表面的軸向長度上變化。在此情況下球形形狀形成為使得軸承間隙(即軸承表面之間的余留的徑向間隙)朝向軸承表面的至少一個外側變大。因此根據本發明，球形形狀與圓柱形形狀形成偏離，從而軸通道中的表面和/或外軸的外側朝著各自的相對的軸承表面成圓頂狀，并形成徑向間隔收縮部。
[0011 ]在可調節的凸輪軸的操作的過程中，因此凸輪單元可以實現周期的傾斜運動，該周期的傾斜運動跟隨由敏感元件同樣周期施加的力，借此傾斜運動甚至可以產生將潤滑油栗送進入軸承表面之間的間隔的效果。以此方式，可以改進潤滑油供應進入軸承表面之間的軸承間隙，特別地，避免存在于軸承間隙中的潤滑油變得過度老化且不能替換為新鮮的潤滑油的情況。
[0012]軸承表面的形狀與圓柱形形狀的幾何偏離在此情況下很小從而凸輪元件的凸輪軌道與敏感元件之間的接觸不會受到不利地影響。特別地，甚至可以實現凸輪元件以改進的方式相對于敏感元件保持線性接觸，而邊緣荷載也不會在所述線性接觸中產生。特別地，球形形狀為極小的形式，從而在軸通道中的軸承表面與外軸的外側上的軸承表面之間不會產生固體接觸，甚至在凸輪元件傾斜布置在外軸的外側上的情況下保持承載潤滑膜。
[0013]在一個有利的實施方案中，外軸的外側上的軸承表面可以具有球形形狀，其中特別地，球形形狀的寬度可以至少與滑動軸承裝置在縱向軸線(凸輪軸沿著該軸向軸線延伸)的方向上的長度相對應。在此，球形形狀的寬度可以對應于滑動軸承裝置的軸向長度，不過還可以設置為球形形狀的寬度比滑動軸承裝置的軸向長度更大。以此方式，可以特別地實現，軸承表面中通過球形形狀產生的半徑可以構造為非常大，這在制造方面產生優勢。
[0014]在進一步的可能的實施方案中，軸通道中的軸承表面可以至少部分具有球形形狀，從而軸通道的直徑在內部比在邊界處更小。然而在此根據本發明，球形形狀還可以設置在兩個軸承表面中，由此，基于兩個球形形狀，在滑動軸承裝置的邊界的方向上的徑向間隔放大可以進行合計。
[0015]在至少一個軸承表面中的球形形狀可以有利地以各種方式形成。例如，球形形狀可以為相對于凸輪軸的縱向軸線的對稱形式。因此，設置具有在彼此上滑動的軸承表面的滑動軸承裝置，滑動軸承裝置具有在軸向方向上的軸承表面的長度上在中間實現的徑向間隔收縮部。因此凸輪元件可以以同樣的方式在兩個相對的傾斜方向上傾斜。例如，軸承表面之間的最小的徑向間隙的區域可以在凸輪元件的凸輪軌道的下方在中間布置。然而，凸輪元件還可以具有凸輪套環，產生凸輪元件的在軸向上的更長的設計。在此，徑向間隔收縮部的區域可以在軸承表面的整個長度上在中間形成，其由具有凸輪套環的凸輪元件的軸向長度限定。
[0016]在進一步的變體中，至少一個軸承表面中的球形形狀還可以為不對稱的形式。不對稱形式的球形形狀可以特別地用于具有凸輪套環的凸輪元件的情況下，球形形狀可以既在軸通道的軸承表面中形成又在外軸的外側中形成，特別地在用于安裝凸輪元件的座裝點處。球形形狀可以在至少一個軸承表面中不對稱地形成，從而軸承表面之間的徑向間隔收縮部在凸輪套環的部分中形成或優選地毗鄰凸輪套環的部分形成。將力引入至凸輪元件基本上經由凸輪元件的凸輪軌道發生，由此凸輪元件可以實現在外軸上的輕微的周期的傾斜運動。由于至少一個軸承表面的對稱或不對稱的球形形狀，軸承表面在彼此上滾動以便實現傾斜運動，并且由于根據本發明的球形形狀，在傾斜運動的終點不會產生邊緣荷載。
[0017]在此，不需要在軸承表面的整個軸向長度上形成至少一個軸承表面中的球形形狀。例如，至少一個軸承表面可以具有毗鄰球形形狀形成的至少一個圓柱形部分。還可以由此設置為圓柱形部分形成徑向間隔收縮部的區域的軸向延長部分，從而在一側或兩側上，球形形狀跟隨圓柱形部分，由此軸承表面發展至邊界。這樣的軸承表面的輪廓外形具有優選地布置在中間的圓柱形部分和在側向發展的球形形狀，特別有利地防止在凸輪元件傾斜的情況下產生邊緣荷載，但是，基于徑向間隔收縮部的變寬區域，用于承受凸輪元件的操作力的承載區域在外軸上的得以實現，該承載區域可以承受高的機械負載。在至少一個邊界的方向上的球形形狀可以在此情況下過渡至邊界半徑，軸承表面通過該半徑形成滑動軸承裝置的軸向末端。
[0018]球形形狀的徑向高度可以為例如I μπι至15μηι，優選為2μηι至I Ομπι，特別優選為4μηι至6μπι。因此軸承表面與圓柱形形狀的偏離非常小，且可以例如限制為軸承間隙的尺寸范圍。
【附圖說明】
[0019]改進本發明的進一步的措施將在附圖的基礎上與本發明的優選示例性實施方案的說明一起在下文中更具體的呈現，在附圖中:
[0020]圖1顯示了具有由外軸的外側形成的軸承表面的可調節的凸輪軸的示例性實施方案，軸承表面具有球形形狀，
[0021]圖2顯示了具有由外軸的外側形成的軸承表面的可調節的凸輪軸的示例性實施方案，軸承表面具有球形形狀，球形形狀比凸輪元件的寬度更寬，
[0022]圖3顯示了在凸輪元件的軸通道中具有內部軸承表面的可調節的凸輪軸的示例性實施方案，內部軸承表面具有球形形狀，
[0023]圖4顯示了具有由凸輪元件的軸通道形成的內部軸承表面的可調節的凸輪軸的示例性實施方案，其中軸承表面具有不對稱的球形形狀，
[0024]圖5顯示了在凸輪元件的軸通道中具有球形的內部軸承表面的可調節的凸輪軸的示例性實施方案，其中軸承表面具有圓柱形部分，
[0025]圖6顯示了具有球形形狀的軸承表面的可調節的凸輪軸的示例性實施方案，該軸承表面由凸輪元件的軸通道形成，其中球形形狀為不對稱的樣式。
【具體實施方式】
[0026]圖1至圖6顯示了用于內燃機的氣門驅動裝置的可調節的凸輪軸I的不同的示例性實施方案，具有外軸10并具有穿過外軸10延伸的內軸11。內軸11可以在外軸10中繞著縱向軸線15旋轉，在每種情況下只顯示沿著縱向軸線15延伸的可調節的凸輪軸I的一段。在所示的一段中，凸輪軸元件12位于外軸10的外側上，凸輪軸元件12例如為具有凸輪套環16的套環凸輪的形式，并利用螺栓19共同旋轉地連接至內軸11。如果內軸11相對于外軸10旋轉，那么凸輪元件12同樣在外軸10的外側上旋轉。
[0027]軸通道形成于凸輪元件12中用于引入外軸10，軸通道形成內部軸承表面13，該內部軸承表面13與外軸10的外側上的軸承表面14形成滑動軸承裝置。通過所述滑動軸承裝置，凸輪元件12在外軸10上繞著縱向軸線15旋轉預定的角度部分。
[0028]如下的示例性實施方案顯示凸輪元件12的軸通道中的各種軸承表面13和外軸10的外側上的各種軸承表面14，其中軸承表面13和14具有以不同方式形成的球形形狀。
[0029]圖1顯示了在外軸10的外側上具有球形形狀的軸承表面14的可調節的凸輪軸I的示例性實施方案。球形形狀為對稱的形式并具有與凸輪元件12的寬度近似對應的寬度，從而球形形狀具有凸輪元件12在外軸10的外側的座裝點的寬度。當力作用在凸輪元件12上的時候，由于凸輪元件12與內燃機的氣門驅動裝置的敏感元件接觸，所述凸輪元件能夠實現最小的相對于縱向軸線15的傾斜運動，從而在傾斜運動的過程中，凸輪元件12的軸通道中的軸承表面13實現在外軸10的外側上的球形軸承表面14上的滾動運動。在此情況下凸輪元件12通過螺栓19與內軸11的連接不需要具有無限剛度，從而盡管凸輪套環16壓配合連接于螺栓19，但是也可以通過凸輪元件12來實現較小的運動。球形形狀可以由半徑R來限定，由于球形形狀的有限的寬度，半徑R比在下文呈現的參考圖2的示例性實施方案中的半徑更小。
[0030]作為所示的球形形狀(其由繞著空間的固定點的單一的半徑R來限定)的可選擇的形式，特別優選地除其以外，軸承表面14的相對于縱向軸線15的球形形狀還可以由一個接一個形成的多個半徑來限定，多個半徑可以為彼此不同大小。相應地，球形形狀還可以例如以包括在縱向軸線15的方向上彼此毗鄰的多個半徑的多邊形的形式形成。特別地，根據圖示的中間的半徑R可以比邊緣的半徑更大，邊緣的半徑可以以無棱邊或無階梯的樣式接入到外軸1的圓柱形表面。
[0031]圖2顯示了具有球形形狀的軸承表面14的可調節的凸輪軸I的進一步的示例性實施方案，其具有寬度B，在該示例性實施方案中，寬度B比凸輪元件12的寬度更大。以此方式，限定球形形狀的半徑R可以用更大值來限定。因此，徑向間隔收縮部17的區域也擴大，引起滑動軸承裝置的承載能力增大。如同結合圖1已陳述的，特別地根據該示例性實施方案，球形形狀還可以可選擇地以多邊形的形式形成，該多邊形由在縱向軸線15的方向上一個接一個毗鄰的多個半徑構成。
[0032]圖3顯示了在凸輪元件12的軸通道中具有球形形狀的內部軸承表面13的可調節的凸輪軸I的示例性實施方案。球形形狀具有近似對稱的形式，從而在機械載荷施加至凸輪元件12上的情況下，所述凸輪元件可以實現相對于縱向軸線15的傾斜運動，傾斜運動從示出的中間位置開始在兩個不同的傾斜方向上均等地發生。
[0033]圖4顯示了在凸輪元件12的軸通道中具有球形輪廓的軸承表面13的可調節的凸輪軸I的示例性實施方案，其中，在根據圖3的示例性實施方案的變型中，球形形狀的軸承表面13為不對稱的形式，從而徑向間隔收縮部17在凸輪套環16的方向上形成。凸輪元件12具有凸輪套環16，其中隨著徑向間隙朝著圖示的平面中的左側增大，球形形狀的尺寸增大。因此，軸承表面13和14之間的軸承間隙朝著左側敞開。如果力作用在凸輪元件12上，凸輪元件12可以通過軸承表面13在軸承表面14上滾動來實現輕微的傾斜運動。
[0034]圖5顯示了具有軸承表面13的可調節的凸輪軸I的實施方案，該軸承表面13具有圓柱形部分18。圓柱形部分18的兩側鄰接凸輪元件12的軸通道中的軸承表面13的球形部分。所述球形部分與半徑過渡地形成軸通道的末端，從而由于顯示的軸承表面13的球形形式，可以以特別的方式避免邊緣荷載，其中球形區域之間的圓柱形部分18可以實現滑動軸承裝置的高承載能力。這里，球形部分可以特別地以無棱邊或無階梯的樣式過渡至圓柱形部分18，從而避免增大的機械應力區域。
[0035]圖6以圖5的示例性實施方案的變型顯示了凸輪元件12的軸通道中的球形形狀的軸承表面13的不對稱設計。在此，示出的徑向間隔收縮部17的區域位于凸輪元件12的凸輪輪廓的下方，毗鄰凸輪套環16，從而顯示不對稱的球形形狀的軸承表面13的可能的示例性實施方案。如果凸輪元件12的軸通道中的軸承表面13以不對稱的球形形狀形成，那么在此情況下徑向間隔收縮部17的區域還可以位于凸輪套環16的下方。
[0036]如圖1至圖6所示，軸承表面13和14中的球形形狀以非常夸張的形式形象地示出，軸承表面13和14中的不是真實比例的球形形狀的圖示僅用于球形形狀的形象化。事實上，球形形狀極其微小且顯示出球形形狀的幾微米范圍的徑向高度偏差，例如Iym至15μπι。
[0037]本發明的實施方案并不限制于上述詳細說明的優選示例性實施方案。當然，可以利用示出的方案想到許多變體甚至是從根本上不同類型的實施方案。從權利要求書、從說明書或從附圖顯現的包括結構細節和/或空間布置的所有特征和/或優點既可以單獨地又可以以各種組合的形式為本發明的要點。
[0038]附圖標記列表
[0039]I可調節的凸輪軸
[0040]10 外軸
[0041]11 內軸
[0042]12凸輪元件
[0043]13軸承表面
[0044]14軸承表面
[0045]15縱向軸線
[0046]16凸輪套環
[0047]17徑向間隔收縮部
[0048]18圓柱形部分
[0049]19 螺栓
[0050]B球冠形狀的寬度
[0051]R 半徑。
【主權項】
1.一種用于內燃機的氣門驅動裝置的可調節的凸輪軸(I)，具有外軸(10)和穿過外軸(10)延伸的內軸(11)，其中在外軸(10)上，布置有至少一個凸輪元件(12)且至少一個凸輪元件(12)共同旋轉地連接至內軸(11)，其中凸輪元件(12)包括具有內部軸承表面(13)的軸通道，所述內部軸承表面(13)與外軸(10)的外側上的軸承表面(14) 一起形成用于外軸(10)上的凸輪元件(12)的可旋轉布置的滑動軸承裝置， 其特征在于，形成至少一個軸承表面(13、14)，該軸承表面至少部分具有球形形狀。2.根據權利要求1所述的可調節的凸輪軸(I)，其特征在于，外軸(10)的外側上的軸承表面(14)具有球形形狀，其中特別地，球形形狀具有寬度(B)，所述寬度(B)至少與在縱向軸線(15)的方向上的滑動軸承裝置的長度對應，凸輪軸(I)沿著所述縱向軸線(15)延伸。3.根據權利要求1或2所述的可調節的凸輪軸(I)，其特征在于，軸通道中的軸承表面(13)至少部分具有球形形狀，從而軸通道在內部的直徑比在邊界處的直徑更小。4.根據權利要求1至3中的任一項所述的可調節的凸輪軸(I)，其特征在于，至少一個軸承表面(13、14)的球形形狀為相對于縱向軸線(15)的對稱形式。5.根據權利要求1至3中的任一項所述的可調節的凸輪軸(I)，其特征在于，至少一個軸承表面(13、14)的球形形狀為不對稱形式。6.根據前述權利要求中的任一項所述的可調節的凸輪軸(I)，其特征在于，凸輪元件(12)形成為具有凸輪套環(16)，其中至少一個軸承表面(13、14)中的球形形狀為不對稱形式，從而軸承表面(13、14)之間的徑向間隔收縮部(17)在凸輪套環(16)的部分中形成，或優選地毗鄰凸輪套環(16)的部分形成。7.根據前述權利要求中的任一項所述的可調節的凸輪軸(I)，其特征在于，至少一個軸承表面(13、14)具有至少一個圓柱形部分(18)，該圓柱形部分(18)毗鄰球形形狀形成。8.根據前述權利要求中的任一項所述的可調節的凸輪軸(I)，其特征在于，球形形狀的徑向高度為Iwn至15μηι，優選為2μηι至I Ομπι，特別優選為4μηι至6μηι。
【文檔編號】F01L1/047GK105940191SQ201480074229
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2014年11月27日
【發明人】M·萊曼, B·曼, M·昆茨, U·迪特爾, J·莫伊澤爾, M·穆斯特爾, M·尼德爾萊納, M·柯利克
【申請人】蒂森克虜伯普利斯坦技術中心股份公司