專利名稱：用于噴油泵的凸輪環的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于內燃機噴油泵的凸輪環，其具有用于可偏心傳動 的軸段的圓孔和至少一個削平的外部段，噴油泵的壓排元件可以支撐在該 外部段上，其中在凸輪環的孔內設有用于支承軸段的套筒形滑動軸承件。
背景技術：
在公知的凸輪環中，滑動軸承件以滑動軸承襯套的方式由鋼/塑料的復 合材料構成。它包括鋼的支撐層(鋼背)和在支撐層上構成的大多由青銅 組成多細孔承載層，在其孔內^V以聚合物基為基礎的滑動層材料。這種 滑動軸承襯套由環形的帶鋼材料制造，v^坯中切斷并巻起，從而形成接 縫。它們以最低壓緊力壓入凸輪環的孔內，以便使其在噴油泵工作時的任 何工作條件下均保持緊密配合，也就是不會在孔內分離。這種軸承襯套的 壓入一方面導致襯套的接縫端之間表面壓力，其在襯套材料內沿襯套的周 向作用。另一方面，由此在凸輪環的材料上施加徑向力，其造成削平的外 部段徑向向外#^，從而削平的外部段剖面上在孔或襯套的縱向中心線方 向上觀察不再是平面，而是弧形彎曲并具有一個拱頂。如果壓排元件利用 根部段或者底部段支撐于該彎曲面，那么不再保證通過其接觸面將力均勻 地導入壓排元件內。因此不存在滿足要求的均勻的平面接觸，而是導致增 加點狀或者線狀的力導入。隨之而來的是增加了磨損和材料疲勞。發明內容本發明的目的在于消除這種目標沖突，也就是說， 一方面保證滑動軸 承件在凸輪環孔內的緊密配合，而另 一方面確保從凸輪環向壓排元件耐疲 勞和耐磨損的力導入。該目的在一種所述類型的凸輪環方面依據本發明以如下方式得以實 現，即滑動軸承材料包括具有降低摩擦的填料的聚合物基的滑動層材料， 其直接涂覆在凸輪環的限定孔的表面上。通過依據本發明將滑動層材料直接涂覆在凸輪環的限定孔的表面上和依據本發明取消作為滑動層材料栽體的鋼背，或者換言之，凸輪環本身 用作滑動層材料的載體或支撐體，可以解決造成過快疲勞和過高磨損的問 題，即凸輪環由于滑動軸承襯套的高壓入力而形成的M。按照本發明一 種優選的實施方式，滑動層材料噴鍍在表面上或者按照另 一種實施方式由滑動層材料制造薄膜材料并且需要時在使用特別是PFA基的增附劑情況 下涂敷在表面上，這樣不會出現造成凸輪環或平面外部段^的徑向力。已證明有利的是，凸輪環的限定孔的表面為此具有至少Rz4的表面粗 糙度，特別是至少Rz6和進一步優選至少Rz8的表面粗乾變。在本發明思想的改進方案中已證明有利的是，表面上附加地進行磷化 處理。按照另一發明思想已證明有利的是，表面采用鋼丸噴射處理。情況表 明，由此不僅可以達到保證滑動層材料良好附著有利的表面粗糙度，而且 表面附加通過脈沖作用致密并由此提高表面現變。因此該表面更適用于吸但伴隨本發明而來的還有另一個非常明顯的優點。通過取消滑動軸承 件上的金屬支撐層或承載層可以節省徑向結構空間，這意味著，凸輪環在 相同的外徑情況下可以更加堅固地構成。按照相應的方式，可以將結構空 間未受金屬載體耗用的深度用于提高滑動層材料的厚度。總而言之，可以按照本發明的方式生產一種承受在如機組啟動時混合 摩擦下最高負荷的噴油泵。凸輪環適合于例如在壓力范圍1000至2000 bar 的直噴式柴油發動機的高壓噴油泵上使用，這種壓力范圍的要求不能與在 200與300 bar之間工作的那種傳統的汽油發動;W目比。按照依據本發明的凸輪環的優選的實施方式，滑動層材料以PEEK基 為基礎。這一點意味著，至少體積百分比為50。/。的聚合物部分由PEEK組 成。滑動層材料整體上，也就是包括填料在內，優選地包括重量百分比為 至少50。/。的PEEK。作為耐磨*^，滑動層材料此外有利地包括重量百分 比為5%至15%的TK)2。該材料此外有利地包括重量百分比為5%至15 %的硫化鋅和/或者硫酸鋇，其中，特別是對于混合摩擦狀態來說，這是一 種非常適用的固體潤滑材料。此外證明有利的是，滑動層材料包括重量百 分比為5o/。至15%的石墨。此外證明有利的是包括重量百分比為5%至15 0/。的碳素纖維。硫化鋅是一種良好的固體潤滑材料，其對干燥不敏感。與此相關比較 敏感的石墨相反則具有良好的導熱能力，并能夠將出現的摩擦熱向軸承金 屬層和金屬支撐層的方向傳導。氧化4M目反則提供必需的耐磨強度。因此， 利用這些成分產生一種M擦學上看在混合摩擦(高負荷、出現摩擦熱、 干燥)條件下也非常適用的系統。碳素纖維有助于傳導摩擦熱并在表面方 向上提供穩定性，它們因此有利于均勻導入和吸收剪切力。已證明特別適用的是，滑動層材料具有100至250 jim的層厚度，其 中在這種情況下這是完成加工的凸輪環的層厚度。在直接制造時，層厚度 留有約150 nm的加工余量，也就是250至400jim，其然后在最終加工和 精加工時減到所述的范圍。按照依據本發明的凸輪環另 一實施方式，滑動層材料包括PAI基(聚 酰胺亞胺)上的潤滑漆膜。在這種情況下，涂敷、特別是噴鍍或者通過浸 漬涂覆無加工余量的層厚度15至40 jim,特別是15至25 nm。依據本發明的滑動層材料的優選成分包括重量百分比為60 %的 PEEK、重量百分比為10%的石墨、重量百分比為10%的碳素纖維、重量 百分比為10%的Ti()2和重量百分比為10%的ZnS。潤滑漆膜的優選成分包括重量百分比為60 %的PAI、重量百分比為 10%的石墨、重量百分比為10%的碳素纖維、重量百分比為10 %的Ti02 和重量百分比為10%的ZnS;已證明，無碳素纖維的實施方式也是適用的。按照另一發明思想，凸輪環的限定孔的表面具有肉眼可見的表面輪 廓，其在周向上形成底切并因此有助于卡住滑動層材料。通過這種肉眼可 見的表面輪廓特別是可以更佳地吸收在工作時試圖分離滑動軸承材料的 切向出現的剪切力，從而在任何工作條件下均可以保證滑動軸承材料的緊 密配合。這種肉眼可見的表面輪廓包括槽形的凹陷部或者橋形的凸起部， 它們可以沿襯套形孔的縱向延伸或者相對于縱向傾斜地延伸，特別是螺旋 形延伸。也可以想到，表面輪廓通過滾花圖案形成，其優選地基本上在凸輪環 的限定孔的整個表面上延/f申。按照另 一種非從屬和獨立要求保護的發明思想，削平的外部段上i殳有 直接涂覆在表面上的具有降^f擦的填料的聚合物基的滑動層材料，其構 成用于壓排元件的基本上平面的接觸面。這種要求獨立保護的結構可以取現。情況表明，通過削平外部段的這種變化可以彌補對凸輪環 Mt外凸的 不利影響。在本發明思想的改進方案中，滑動層材料具有100至250 jim的層厚 度并且幾乎板狀地構成。為此也可以在凸輪環的削平外部段上設有板狀的 凹陷部，滑動層材料幾乎齊平地*^該凹陷部內。至少原則上也可以想到，取代這種措施或者與這種措施附加地，壓排 元件朝向凸輪環的段具有帶有滑動層材料的這種涂層。涂覆在凸輪環削平外部段上的滑動層材料的結構和成分以有利的方 式可相應于滑動層材料的上述成分。
本發明的其他特征、細節和優點來自所附的權利要求和附圖以及依據 本發明的凸輪環優選實施方式的下列說明。其中圖l示出沿縱向中心軸線方向所見依據本發明的凸輪環的視圖；圖2示出圖1剖面平面II-II的剖面圖；圖3示出依據本發明的凸輪環(尚無孔涂層)的另一實施方式的透視 圖；以及圖4示出依據本發明的凸輪環的另一實施方式的透視圖。
具體實施方式
圖1和2示出特別是在柴油內燃機的高壓噴油泵上使用的依據本發明 的凸輪環2的兩個視圖。凸輪環2是實心的并最常見地構成套管形。它具 有用于未示出的可^偏心傳動軸段的中心孔4。凸輪環2在其外圓周上 具有三個削平的平面外部段6，噴油泵的壓排元件(活塞件)可分別支撐 在所述外部段上。通過所述的軸段的《^偏心傳動，各個壓排元件沿雙箭 頭8的方向往復運動，其中各個壓排元件緊靠于外部段6的根部沿削平外 部段6的平面方向相對于外部段進行滑動運動(參見雙箭頭10 )。在凸輪環的孔4內設有用于支承未示出的可偏心傳動的軸段的滑動軸 承件12。滑動軸承件12依據本發明不是具有壓入孔4內的金屬承載層的巻起的滑動軸承襯套，而是由具有降低摩擦的填料的聚合物基的滑動層材料組成，該滑動層材料直接涂覆在凸輪環2限定孔4的表面16上。為此按 照本發明一種優選的實施方式，表面16此前特別是通過鋼丸噴射打毛。已 證明特別有利的是，表面M度至少為Rz8，特別是RzlO。也可以附加對 此前打毛的表面進行磷化處理。按照這種方式，聚合物基的滑動層材料即 使在凸輪環2周向上的剪應力情況下也可以非常良好地保持在表面16上。 滑動層材料可以有利的方式噴鍍在表面上。但也可以想到，由此加工出一 種薄膜材料，然后將其特別是粘貼在表面上。沿徑向涂覆的滑動層材料12的層厚度在精加工后特別為100至250 jim;最初的層厚度包括約150 jim的附加加工余量。優選噴鍍的滑動層材料例如包括重量百分比為60 %的PEEK、重量百 分比為10%的石墨、重量百分比為10%的碳素纖維、重量百分比為10% 的TK)2和重量百分比為10%的ZnS。按照本發明的另一實施方式，也可以噴鍍一種無加工余量的情況下層 厚度15至45nm，特別是15至25fim、 PAI基的潤滑漆膜。潤滑漆膜舉 例和優選的成分包括重量百分比為60%的PAI、重量百分比為10%的石 墨、重量百分比為10%的碳素纖維、重量百分比為10%的Ti02和重量百 分比為10%的ZnS。圖3示出一種相應的凸輪環2,在其內表面16上設有沿縱向延伸的凹 陷部22形式的肉眼可見的表面輪廓20。作為對此的替代或者補充，示出 螺旋形的凹陷部24或者在表面上構成的滾花圖案26。這些措施可以單獨 或者組合在切線方向上或周向上構成涂覆有滑動層材料的底切，從而其可 以更佳地吸收剪應力并傳遞到凸輪環2上，而不與表面16分離。圖4最后示出本發明的另一實施方式，其中直接在削平的外部段6上 涂覆薄層聚合物基的滑動層材料30。正如從圖4所看到的那樣，削平的外 部段6上構成與層厚度相應的凹陷部32，在該凹陷部內幾乎齊平地"滑 動層材料30。滑動層材料30然后形成噴油泵未示出的壓排元件的支承層。正如前面結合圖1至3所介紹的那樣，凸輪環2的孔4內設有依據本 發明的滑動層材料，或者在這里壓入由鋼/塑料復合材料制成的傳統滑動軸 承襯套。通過削平外部段6利用直接涂覆在凸輪環2鋼材料上的滑動層材 料30的結構,相對于壓排元件直接緊靠于凸輪環2削平外部段6的鋼制表面上的情況，凸輪環的外凸具有更小的不利影響,
權利要求
1.一種用于內燃機噴油泵的凸輪環(2)，具有用于可偏心傳動的軸段的圓孔(4)和至少一個削平的外部段(6)，所述噴油泵的壓排元件能夠支撐在所述外部段上，其中在所述凸輪環(2)的孔(4)內設有用于支承軸段的套筒形滑動軸承件(12)，其特征在于，所述滑動軸承件(12)包括具有降低摩擦的填料的聚合物基的滑動層材料(14)，其直接涂覆在所述凸輪環(2)的限定所述孔(4)的表面(16)上。
2.如權利要求l所述的凸輪環，其特征在于，所述滑動層材料(14) 噴鍍在所i!4面上。
3. 如權利要求l所述的凸輪環，其特征在于，所述滑動層材料(14) 設置為薄膜材料并安裝在所ii^面上。
4. 如權利要求l、 2或3所述的凸輪環，其特征在于，所述表面(16) 為此具有至少Rz4的表面粗糙度。
5. 如前述權利要求中任一項所述的凸輪環，其特征在于，所述滑動層 材料(14)以PEEK基為基礎。
6. 如前述權利要求中任一項所述的凸輪環，其特征在于，所述滑動層 材料(14)包括重量百分比為5 %至15 %的Ti02。
7. 如前述權利要求中任一項所述的凸輪環，其特征在于，所述滑動層 材料(14)包括重量百分比為5 %至15 %的ZnS。
8. 如前述權利要求中任一項所述的凸輪環，其特征在于，所述滑動層 材料(14)包括重量百分比為5 %至15 %的石墨。
9. 如前述權利要求中任一項所述的凸輪環，其特征在于，所述滑動層 材料(14 )包括重量百分比為5 %至15 %的碳素纖維。
10. 如前迷權利要求中任一項所述的凸輪環，其特征在于，所迷滑動 層材料(14)具有100至250 nm的層厚度。
11. 如前述權利要求中任一項所述的凸輪環，其特征在于，所述滑動 層材料(14)包括PAI基的潤滑漆膜。
12. 如權利要求ll所述的凸輪環，其特征在于，所述滑動層材料(14) 具有15至40 nm的層厚度。
13. 如前述權利要求中任一項所述的凸輪環，其特征在于，所述凸輪 環(2)的限定孔(4)的表面(16)具有肉眼可見的表面輪廓(20),其在 周向上構成底切并因此有助于卡住所述滑動層材料(14)。
14. 如權利要求13所述的凸輪環，其特征在于，所述表面輪廓(20) 包括槽形的凹陷部(22)或者橋形的凸起部。
15. 如權利要求13或14所述的凸輪環，其特征在于，所述表面輪廓 (20)包括滾花圖案(24)。
16. —種用于內燃機噴油泵的凸輪環，具有用于可偏心傳動的軸段的 圓孔(4 )和至少一個削平的外部段(6),噴油泵的壓排元件可以支撐在所 述外部段上，其中，特別是如權利要求1至15中任一項所述，在所述凸輪 環(2)的孔(4)內設有用于支承軸段的套筒形滑動軸承件(12),其特征 在于，在所述削平的外部段(6)上設有直接涂覆在所述凸輪環(2)表面 上的具有降低摩擦的填料的聚合物基的滑動層材料(30 )，其構成所述壓排元件的基本上平面的接觸面。
17.如權利要求16所述的凸輪環，其特征在于，所述滑動層材料(30) 具有100至250 nm的層厚度。
全文摘要
本發明涉及一種用于內燃機噴油泵的凸輪環(2)，其具有用于可偏心傳動的軸段的圓孔(4)和至少一個削平的外部段(6)，噴油泵的壓排元件可以支撐在所述外部段上，其中在所述凸輪環(2)的孔(4)內設有用于支承軸段的套筒形滑動軸承件(12)；為了減少滑動軸承件壓入孔內的不利影響，所述凸輪環構成為使得所述滑動軸承件(12)包括具有降低摩擦的填料的聚合物基的滑動層材料(14)，其直接涂覆在所述凸輪環(2)的限定孔(4)的表面(16)上。
文檔編號F04B1/00GK101223360SQ200680026244
公開日2008年7月16日 申請日期2006年7月14日 優先權日2005年7月21日
發明者烏韋·尼格林, 呂迪格·比克勒, 沃爾夫岡·比克勒 申請人:Ks滑動軸承有限公司;西門子公司