安装滚动轴承的轴的制作方法

安装滚动轴承的轴的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种安装滚动轴承的轴(1)，包括具有外轴面的轴管(2)，并包括热接合于所述轴管(2)上的至少一个功能性元件，所述外轴面在一些区域中形成为旋转体延伸面(3)。本发明的要点在于所述轴管(2)形成为经焊接然后经拉伸的管，并具有质量含量>0.45％的碳。
【专利说明】安装滚动轴承的轴

【技术领域】
[0001]根据权利要求1的前序部分，本发明涉及安装滚动轴承的轴，该安装滚动轴承的轴包括具有外轴面的轴管，该外轴面在一些区域内形成为旋转体延伸表面。本发明还涉及包括这种安装滚动轴承的轴作为凸轮轴的内燃机。

【背景技术】
[0002]迄今为止，通常将经焊接并拉伸的管用于内置凸轮轴，这些管已利用相应的滑动轴承安装在内燃机中。迄今为止经焊接然后经拉伸的管不能用于安装滚动轴承的内置凸轮轴，因为滚动轴承的旋转体直接在外轴面上延伸，且迄今为止只能借由具有较高碳含量的无接缝的拉伸管来达到必需的表面硬度值。在此情况下，形成旋转体延伸面的外轴面必须经硬化，对此绝对必要的是轴管材料的碳质量含量高于0.45%。然而，焊接具有如此高碳含量的管是不可能的。
[0003]因此，本发明致力于以下问题:为普通类型的安装滚动轴承的轴提供改善的实施方式，其特别能实现轴的经济有效，同时高质量的生产。
[0004]根据本发明该问题通过独立权利要求的主题解决。有利的实施方式形成从属权利要求的主题。


【发明内容】

[0005]本发明基于以下总体思想:现将经焊接然后经拉伸的轴管用于具有轴管的安装滚动轴承的轴，该经焊接然后经拉伸的轴管也具有高于0.45%质量含量的碳。当然本发明还涉及轴管的材料。现今能用一种新的制造方法来生产所述具有高碳含量的经焊接并拉伸的管，并将它们例如用于凸轮轴。使用一种专门的高频感应焊接法来使这种焊接工艺成为可能。与以前的无接缝的拉伸管相比，根据本发明焊接然后拉伸的管提供最经济且成本有效的制造以及相对高的碳含量的可能性。同时，还能提高质量，因为可降低内径和外径处的可实现的直径公差。这提供了例如将插销接合至轴而不另外加工轴的内径的可能性。同时，也能产生更好的内径和外径的同心性，由此必然能实现接合的插销较少摆振，从而用于后续加工的尺寸过大更少。因此，也能使得内径上导向必需的斜角更小。进一步特别有利的是由于室温成型(拉伸工艺)而发生更少的边缘脱碳作用，从而需要更少地打磨过大的外径尺寸。由于较小的打磨公差，较小的硬度穿透深度也是必然的。经焊接的管的较低边缘脱碳作用产生较高的表面硬度。
[0006]在根据本发明方案的有利发展中，轴管具有体积含量低于0.025%的磷。根据本发明的轴管中硫含量也被限定为体积低于0.025%。硫含量和磷含量的同时限定产生振动疲劳强度和可容忍的赫兹应力的增大。
[0007]在根据本发明方案的另一有利实施方式中，至少旋转体延伸表面的区域被表面渗碳硬化，特别是感应硬化。感应硬化特别使得能将部分区域，即轴管的外轴面上的限定面积加热至必需的硬化温度，然后将它们淬火。此外，整个横截面未被硬化(渗碳硬化)，因此凸轮轴的韧度得以保持。如果热能快速流动至余下的仍然冷却的工作件中，即流入余下的仍然冷却的轴中，理论上淬火甚至可一起分配。借助于部分硬化，该部分硬化例如可通过激光硬化来进行，轴的高质量以及成本有效的硬度也是可能的。感应硬化的穿透深度取决于交流电压的频率。电压的频率越高，穿透深度越低，由此硬度穿透深度也越低。加热程度可利用安培数和供电期间影响。然而，为了使循环次数保持尽可能短，并避免使工件被完全硬化，供电期间较短。
[0008]在根据本发明方案的有利发展中，轴管的壁厚被提供为2?4mm，特别是小于3mm。较薄的壁厚特别能实现轻质得到凸轮轴设计。
[0009]所述轴有利地形成为凸轮轴，或具有可调节内轴的凸轮轴，或平衡轴。在第一种情况下，热接合至其上的功能性元件可例如形成为凸轮、轴承环、定位辅助装置或齿轮，而在第二种情况下它们通常形成为平衡锤。具体地，将按照滚动轴承的轴用作凸轮轴提供能成本有效但最高质量的方式制造凸轮轴的大优点。
[0010]本发明的其它重要特征和优点可发现于子权利要求、附图以及利用附图的相关【专利附图】

【附图说明】。
[0011]上述特征以及下文将要解释的特征不仅能以分别列举的组合使用，还能以其它组合使用，或单独使用，而不背离本发明的范围，这是不言自明的。

【专利附图】

【附图说明】
[0012]本发明的优选示例性实施方式在附图中示出，并在以下说明中解释。
[0013]单个图1示出了根据本发明的安装滚动轴承的轴的截面图，该轴形成为凸轮轴。

【具体实施方式】
[0014]根据图1，根据本发明的安装滚动轴承的轴I包括具有外轴面的轴管2，该外轴面在一些区域中形成为旋转体延伸面3。在当前情况下，轴I形成为凸轮轴，并具有多个热接合其上的凸轮4。当然，其它功能性元件，诸如轴承、定位辅助装置或齿轮也可热接合至轴管2，而不是凸轮4。例如，如果轴I形成为平衡轴，则形成为平衡锤的功能性元件布置于其上。根据本发明，轴管2然后形成为经焊接然后拉伸的管，并具有质量含量>0.45%的碳。由此能使轴管2在其外表面上，即旋转体延伸面3的区域中硬化，特别是感应硬化，从而能在第一位置实现旋转体5在轴管2的旋转体延伸面3上的直接、无磨损旋转。为了这种应用，质量含量>0.45%的碳是必要的，以前焊接这种管是不可能的。然而，现今能是由于新的制造方法，用于制造具有超过0.45%质量含量的碳的经焊接并拉伸的管，并将它们例如用作凸轮轴。为此，使用高频感应焊接法。
[0015]与具有无接缝的拉伸轴管的常规轴相比，根据本发明的轴I提供经济从而成本有效的制造的巨大优点。此外，更好的直径公差可同时形成在轴管2的外径和内径上。由于大幅减小的制造公差，还能将插销接合在轴管2的内径中而无需另外的加工。此外，还可制得更好的轴管2的内径与外径的同心性，产生的接合插销的摆振更少。由于减小的公差和减少的边缘脱碳作用，还可减少用于后续加工的尺寸过大，特别是已知为打磨余量。引导必须的轴管2的内径上的斜角也可变得更小。
[0016]通常，轴管2具有质量含量〈0.025%的磷和硫。这种低的磷含量和硫含量增强了轴管的振动疲劳强度和可容忍的赫兹应力。
[0017]如上所述，至少旋转体延伸面3的区域被表面渗碳硬化，例如感应硬化，并具有>58HRC的表面硬度。由于旋转体延伸面3的硬化，外轴面上的旋转体5、滚动轴承6的直接、无磨损旋转是可能的，由此滚动轴承6本是可保持简单。轴管2的壁厚为2?4_。
[0018]当然，轴1，特别是如果其形成为凸轮轴，可以与平衡轴相似的方式接合在模块中，当然还容易想到凸轮轴具有固定的凸轮4和在内侧的内轴，该内轴与可旋转地安装在外轴上，即该情况下在轴管2上的凸轮连接。
【权利要求】
1.一种安装滚动轴承的轴(I)，包括具有外轴面的轴管(2)，并包括热接合于所述轴管(2)上的至少一个功能性元件，所述外轴面在一些区域中形成为旋转体延伸面(3)； 其特征在于， 所述轴管(2)形成为经焊接然后经拉伸的管，并具有质量含量>0.45%的碳。
2.根据权利要求1所述的轴，其特征在于，所述轴管(2)具有质量含量〈0.025%的磷。
3.根据权利要求1或2所述的轴，其特征在于，所述轴管(2)具有质量含量〈0.025%的硫。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的轴，其特征在于，至少旋转体延伸面(3)的区域被硬化，特别是感应硬化。
5.根据权利要求4所述的轴，其特征在于，经硬化的所述旋转体延伸面(3)的表面硬度>58HRC。
6.根据前述权利要求中任一项所述的轴，其特征在于，所述轴管(2)的壁厚为2?4mm,特别小于3mm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的轴，其特征在于，所述轴(I)形成为凸轮轴，特别形成为可调节的凸轮轴的外轴，或形成为平衡轴。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的轴，其特征在于，功能元件形成为凸轮(4)、轴承环、定位辅助装置、齿轮或平衡锤。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的轴，其特征在于，所述轴管(2)通过高频感应焊接制造。
10.一种内燃机，包括根据权利要求1至9中任一项所述的形成为凸轮轴的轴(1)，其中所述轴借由滚动轴承(6)安装，所述滚动轴承￠)的旋转体(5)直接在所述轴(I)的外轴面上旋转。
【文档编号】F16C3/02GK104343806SQ201410327994
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】托马斯·弗伦德尔, 米夏埃尔·克赖斯格, 安东尼奥·梅农纳, 法尔克·施奈德, 斯特凡·斯泰彻尔 申请人:马勒国际有限公司