用于生產(chǎn)輕量化設(shè)計(jì)的凸輪軸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)輕量化設(shè)計(jì)的凸輪軸的方法，以及通過(guò)這種方法所生產(chǎn)的凸輪軸。
【背景技術(shù)】
[0002]DE 102 60 115 B4公開(kāi)了一種凸輪軸，并且為了制造該凸輪軸，首先，管狀主體是由碳纖維復(fù)合材料制造的，其中設(shè)置了用于接收凸輪元件的管狀主體金屬套管。在制造該主體的過(guò)程中，相應(yīng)數(shù)量的金屬套管被定位在該主體的預(yù)先確定的設(shè)定點(diǎn)處，該金屬套管被層疊在碳纖維復(fù)合材料里。
[0003]在此方式中，輕量化設(shè)計(jì)的凸輪軸被制造出來(lái)，其具有由碳纖維復(fù)合材料制成的管狀主體，并且被定位在金屬套管上的凸輪被連接到該主體上。金屬套管被層疊成在作為保持裝置的該主體的碳纖維復(fù)合材料里。缺點(diǎn)由此產(chǎn)生，由于用于接收凸輪元件的金屬套管和所述碳纖維復(fù)合材料之間的傳遞力可以假設(shè)為高值，由此，在金屬/復(fù)合纖維材料的連接不具有永久的強(qiáng)度，特別是該強(qiáng)度取決于凸輪軸的機(jī)械和熱負(fù)荷。金屬套管具有中央通道，該主體的內(nèi)部部分延伸穿過(guò)該中央通道，取決于凸輪軸的使用條件，如果凸輪軸的負(fù)載超過(guò)定義的值，該主體并未形成充分的基底模塊(bedding module)，從而為金屬套管產(chǎn)生永久的可負(fù)載的基座。
[0004]進(jìn)一步的缺點(diǎn)是由于如下原因而出現(xiàn)的，即金屬套管必須通過(guò)復(fù)雜的手段被定位在由被啟動(dòng)卷繞工藝所形成的主體上，以便隨后繼續(xù)該卷繞方法。基于金屬套管必須通過(guò)已經(jīng)被啟動(dòng)的卷繞工藝被施加在主體上，但是該工藝會(huì)因定位而被中斷，因而(定位的)準(zhǔn)確性必須非常高，因?yàn)樵摻饘偬坠艿奈恢孟薅送馆喌脑诤笪恢谩?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是開(kāi)發(fā)一種用于制造輕量化設(shè)計(jì)的凸輪軸的方法，該方法可以被容易地執(zhí)行并且使得生產(chǎn)可承受高機(jī)械和熱負(fù)荷的凸輪軸成為可能。
[0006]通過(guò)執(zhí)行用于生產(chǎn)具有在權(quán)利要求1中所描述的特征的凸輪軸的方法，該目的得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明有益的開(kāi)發(fā)成果在從屬權(quán)利要求中被具體描述。
[0007]本發(fā)明包括如下技術(shù)教導(dǎo)，即該方法至少包括以下步驟:提供支撐管，推動(dòng)多個(gè)支撐元件到支撐管上，用至少一個(gè)纖維層卷繞包括支撐元件的支撐管，引入基體材料到纖維層里，以形成纖維復(fù)合材料，固化該纖維復(fù)合材料，以及至少包括凸輪元件的功能元件放置到支撐元件上，由此所述支撐元件被安置在功能元件中的通道里并且以保持方式接收該功能元件。在此，該纖維復(fù)合材料包括，特別是至少一個(gè)纖維束。
[0008]所提出的用于制造凸輪軸的方法取得了如下優(yōu)點(diǎn)，即用至少一個(gè)纖維層卷繞包括支撐元件的支撐管可獨(dú)立于支撐管的供應(yīng)。嵌入支撐元件會(huì)造成支撐元件以如下方式被固定在支撐管上，即該支撐元件被以準(zhǔn)確和機(jī)械可負(fù)載的方式固定在支撐管上。纖維復(fù)合材料可以通過(guò)隨后將基體材料引入到纖維層來(lái)形成，并且由于該纖維復(fù)合材料，在支撐管上的支撐元件的高強(qiáng)度可以由隨后固化該纖維復(fù)合材料的方式進(jìn)行制造。隨后，功能元件包括，尤其是可以被放置在所述支撐元件上的凸輪元件，以及功能元件，即例如凸輪元件，具有通路，由此，功能元件可以如下方式被放置在支撐元件上，即所述功能元件被保持在所述支撐元件上。纖維復(fù)合材料的固化可以通過(guò)硬化的方式，特別是在升高的溫度下實(shí)現(xiàn)。
[0009]根據(jù)該方法的實(shí)施例的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，間隔套管可以被推壓到支撐管上，該間隔套管被設(shè)置在支撐元件之間。特別是，支撐元件和間隔套管可以被交替地推壓到支撐管上，并且該間隔套管確保在支撐管的縱向軸線方向上的支撐元件的幾何形狀所需的間距。根據(jù)一個(gè)可能的變型實(shí)施例，支撐元件還可以與間隔套管配置在同一塊體上，由此，該間隔套管可以作為單獨(dú)的組件被分配。
[0010]如果具有支撐元件的間隔套管被交替地推壓到支撐管上，卷繞具有至少一個(gè)纖維層的支撐管也可以嵌入支撐元件；如果使用間隔套管時(shí)，它們同樣可以被嵌入其中。具體來(lái)說(shuō)，卷繞支撐管可以以如下方式發(fā)生，即纖維層被完全設(shè)置在支撐元件和/或間隔套管上，由此，卷繞支撐管可被理解為支撐元件和任選的間隔套管被卷繞而沒(méi)有纖維層的纖維被施加到支撐管的外表面上。在隨后固化具有被引入基體材料的纖維層的過(guò)程中，纖維復(fù)合材料被制備，其允許支撐元件與任選地在支撐管上的間隔套管的構(gòu)造為剛性和機(jī)械可負(fù)載的
目.0
[0011]支撐管可被提供用作由纖維復(fù)合材料制造的管狀體，特別是由碳纖維復(fù)合材料制成。在此，該管狀體可以已經(jīng)完全固化的形式被提供，從而具有凸輪軸構(gòu)造所要求的必要強(qiáng)度。在基體材料引入到纖維層的過(guò)程中，這僅發(fā)生在定位支撐元件和可能定位間隔套管到支撐管上之后，例如環(huán)氧樹(shù)脂，也可以盡量到達(dá)遠(yuǎn)離支撐管的位置，從而例如消除保持間距和空穴。
[0012]在支撐元件上設(shè)置功能元件可以包括至少進(jìn)一步以下步驟:在第一角度位置處推壓功能元件到支撐管上，該第一角度位置是繞著縱向軸線被定向到達(dá)盡可能遠(yuǎn)離期望的定位位置；其中，支撐管裝有支撐元件，該功能元件繞所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)至第二角度位置，并且正向鎖定和/或非正向鎖定推壓功能元件到形成有定位位置的支撐元件上。通過(guò)繞著縱向軸線旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，功能元件相對(duì)于支撐元件的不同的旋轉(zhuǎn)方向可以到達(dá)不同的位置，其中該功能元件可以被引導(dǎo)越到支撐管上的支撐元件，而無(wú)需功能元件與被定位在其之前的支撐元件之間的接觸力，該接觸力在實(shí)際定位位置之前為此目的必須要克服的；特別是，功能元件與被定位在其前面的支撐元件之間的接觸是能夠避免的。根據(jù)在支撐管和已經(jīng)被施加在其上的支撐元件的順序，功能元件可以依次地被引導(dǎo)到凸輪軸上，通過(guò)功能元件被定向在某一角度位置處，由此使得引導(dǎo)所述功能元件基本上無(wú)接觸地越過(guò)支撐元件成為可能。
[0013]所述支撐元件可具有在外周面上的纖維槽，纖維層的纖維被設(shè)置在該槽內(nèi)。該纖維層的纖維以相對(duì)于所述縱向軸線成40°至50°的角度并且特別是45°的角度被設(shè)置在支撐元件上，特別是進(jìn)入纖維槽內(nèi)中以及優(yōu)選地在間隔套管上，其具有纖維廓形。如果纖維槽被制造在支撐元件的外周面內(nèi)，該纖維層的纖維不會(huì)突出超過(guò)支撐元件的外周面，由此，該纖維層不阻礙功能元件定位到支撐元件上。特別地，所述功能元件可在相應(yīng)的角度位置上被引導(dǎo)到支撐元件上，基于纖維層的纖維而對(duì)功能元件在支撐元件上的安裝運(yùn)動(dòng)沒(méi)有干擾。
[0014]所述支撐元件可以包括在外周面上的保持槽，并且對(duì)應(yīng)于該保持槽，功能元件可以包括位于通道里的保持彈簧。在此，當(dāng)功能元件被推壓入支撐元件，該保持彈簧可以通過(guò)軸向運(yùn)動(dòng)的方式被推壓入保持槽里，特別是借助于夾緊力的施加。在此，當(dāng)功能元件被定向在用于安裝的角度位置處時(shí)，保持槽的位置恰好與保持彈簧的位置相一致，從而以保持方式推壓功能元件到支撐元件上。這個(gè)角度位置被啟動(dòng)，特別是僅在到達(dá)所期望的定位位置之前，即到達(dá)與功能元件相關(guān)聯(lián)的支撐元件之前。位于支撐元件和功能元件之間的夾緊力是可以產(chǎn)生的，例如借助于如下方式，即保持彈簧與保持槽具有在軸向方向上的傾斜形狀，由此，借助于施加推壓力而將功能元件推壓到支持元件上以產(chǎn)生該夾緊動(dòng)作。在此，推壓力可僅應(yīng)用于支撐元件和功能元件之間，特別是借助于相應(yīng)的工具，例如凸輪安裝鉗，由此，相對(duì)高的推壓力不是由支撐元件引入到纖維復(fù)合材料或支撐管中的。
[0015]將基體材料引入到至少一個(gè)纖維層可以在模具中執(zhí)行，特別是，該引入操作可以通過(guò)樹(shù)脂傳遞成型法進(jìn)行。
[0016]功能元件可形成凸輪元件，其重復(fù)多次地出現(xiàn)在支撐管上，從而形成上述凸輪軸。此外，功能元件也可包括，例如凸緣或軸承圈，并且凸緣可以被放在相關(guān)聯(lián)的支撐元件上，特別是在支撐管的端部處，并且所述軸承圈或這些軸承圈可以被推壓到位于支撐元件或間隔套管之間的支撐管上。
[0017]當(dāng)各個(gè)元件已經(jīng)被推壓到支撐管上時(shí)，纖維復(fù)合材料體已經(jīng)被固化，凸輪軸被產(chǎn)生出來(lái)，其可通過(guò)機(jī)加工的方法而進(jìn)行最終的機(jī)加工，例如通過(guò)研磨法。借助于該最終的研磨，可以不再受支撐元件定位到支撐管上以及纖維復(fù)合材料的影響而實(shí)現(xiàn)凸輪軸精確的尺寸；并且可以導(dǎo)致幾何位移和移動(dòng)，例如通過(guò)引入基體材料和/或借助于固化該纖維復(fù)合材料，其中位移和移動(dòng)可以通過(guò)對(duì)凸輪元件的最終研磨而被研磨出來(lái)，也包括對(duì)進(jìn)一步的功能元件的最終研磨。
[0018]此外，本發(fā)明涉及輕量化設(shè)計(jì)的凸輪軸，其已經(jīng)通過(guò)在上述文本中所描述的制造凸輪軸的方法被制造出來(lái)。結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法，所披露的進(jìn)一步的特征和相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)同樣被考慮用于制造根據(jù)該類(lèi)型的方法已經(jīng)制造的凸輪軸。
[0019]支撐元件、功能元件，特別是凸輪元件和軸承圈，可被有益地被配置為燒結(jié)型部件。間隔套管可以?xún)?yōu)選由塑料構(gòu)成，特別是由碳纖維復(fù)合材料。
【附圖說(shuō)明】
[0020]參照附圖并結(jié)合本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，用于改進(jìn)本發(fā)明的進(jìn)一步的措施將在隨后的文字中作進(jìn)一步地詳細(xì)介紹；其中:
[0021]圖1示出了支撐管的透視圖；
[0022]圖2示出了該支撐管、被推壓到支撐管上的支撐元件的透視圖；
[0023]圖3示出了具有多個(gè)支撐元件和被設(shè)置在支撐元件之間的多個(gè)間隔套管的支撐管的透視圖；
[0024]圖4示出了具有支撐元件和間隔套管以及已被施加到該支撐元件和該間隔套管的纖維復(fù)合材料的支撐管的透視圖；
[0025]圖5示出了該凸輪軸的透視圖；
[0026]圖6示出了在引入基體材料之前，支撐元件和具有被安置在其上的纖維層的間隔套管的詳細(xì)視圖；
[0027]圖7示出了具有支撐元件和在某一角度位置處具有功能元件的支撐管，其中該功能元件可被引導(dǎo)而無(wú)需作用在所示的支撐元件上的保持動(dòng)作；以及
[0028]圖8示出了根據(jù)圖7所示的裝置，被設(shè)置在某一角度位置處的所述功能元件可以固定的方式被接收在所示的支撐元件上。
【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1至4中的每一個(gè)都示出了支撐管10，它沿其縱向軸線18延伸。在此，