(57)【要約】【課題】実際に一定荷重を満たす溶接結合がコスト的に有利に達成されえるカム軸を提供することにある。【解決手段】軸が第一の低炭化鋼からなり、カムが高炭化鋼からなる硬化された又は硬化可能な揺動当接面（２）を有している、軸（９）上に少なくともそれぞれ一つの溶接部（１１）により固定された複数のカム（１）を備えた組立式のカム軸（１０）において、上記カム自体が、少なくとも二つの異なる材料から構成されており、少なくとも一つの溶接に関する領域にて、それぞれ上記軸の鋼と良好に溶接可能な第二の低炭素鋼が使用されている。【選択図】図２
2004528521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸上に少なくとも一つの溶接によりそれぞれ固定された複数のカムを備え、前記軸が第一の低炭化鋼からなり、かつ、前記カムが高炭化鋼からなる硬化されたまたは硬化可能な揺動当接面を有している、組立式のカム軸であって、
前記カム自体が、少なくとも二つの異なる材料から構成されており、かつ、前記軸の鋼と良好に溶接可能な第二の低炭素鋼が、溶接に関する少なくとも一つの領域にて、各場合において使用されることを特徴とするカム軸。
【請求項２】
前記カムの異なる材料が、ハンダ付け，板金，形状接合，力学接合，形状・力学接合，接着，リベット及び／又は溶接により、特に抵抗圧接及び／又は摩擦溶接により、互いに連結されていることを特徴とする請求項１記載のカム軸。
【請求項３】
前記カムが、前記揺動当接面を含みかつ高炭素鋼からなり、さらに、前記軸と溶接され第二の低炭素鋼からなる、少なくとも二つのリング状及び／又は部分リング状の要素の間に設けられた、コアを有することを特徴とする請求項１又は２記載のカム軸。
【請求項４】
前記カムが、少なくとも二つの殻の構造を有し、さらに、前記揺動当接面を含み高炭素鋼からなる外殻を有し、かつ、前記軸と溶接され第二の低炭素鋼からなる少なくとも一つの内殻を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカム軸。
【請求項５】
前記カムが、前記軸と溶接され第二の低炭素鋼からなり、さらに、前記軸方向であって、前記揺動当接面を含み高炭素鋼からなる二つのリング状の要素の間に設けられた、コアを有することを特徴とする請求項１又は４記載のカム軸。
【請求項６】
第二の低炭素鋼からなる前記カムの一又は二以上の部分が、全周にて前記軸と溶接されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のカム軸。
【請求項７】
前記カムの揺動当接面を構成し又は含む部分が、それぞれ少なくとも一つの湾曲した型材から製造されており、前記一又は二以上の型材が、好ましくは前記カムの先端の領域にて、それぞれ前記軸から離反していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のカム軸。
【請求項８】
前記一又は二以上の型材の互いに当接する端部が、互いに特に抵抗圧接溶接により溶接されていることを特徴とする請求項７記載のカム軸。
【請求項９】
前記一又は二以上の型材の互いに当接する端部が、第二の低炭素鋼からなる前記カムの一又は二以上の部分上でのみ互いに連結されていることを特徴とする請求項７記載のカム軸。
【請求項１０】
前記一又は二以上の型材の互いに当接する端部が、周囲方向に互いにオーバーラップするように設計されたことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のカム軸。
【請求項１１】
前記カムの揺動当接面を構成し又は含む部分が、一つの部材で構成され、かつ、前記軸を好ましくは全周にわたって適宜に包囲することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のカム軸。
【請求項１２】
溶接に関する領域の少なくとも一つに、一又は二以上の部分が第二の低炭素鋼からなる軸に隣接して脚リングが備えられており、かつ、前記溶接がこの脚リングを介して実施されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のカム軸。
【請求項１３】
前記軸のために使用される第一の低炭素鋼及び／又は前記カムのために使用される第二の低炭素鋼が、０．５％以下の炭素含有量を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のカム軸。
【請求項１４】
前記カムの揺動当接面のために使用される高炭素鋼が、０．５％以上、しかしながら特に０．７５％以上の炭素含有量を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のカム軸。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載のカム軸の製造方法であって、
前記カムが、接合の前に硬化され、付加的に場合によっては焼き戻しされることを特徴とするカム軸の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜１４のいずれかに記載のカム軸の製造方法であって、
前記カムを軸上に固定するための溶接が、互いに溶接すべき部分の周囲温度で実施されることを特徴とするカム軸の製造方法。
【請求項１７】
請求項１〜１４のいずれかに記載のカム軸の製造方法であって、
前記カムを軸上に固定するための溶接が、レーザーにより行なわれることを特徴とするカム軸の製造方法。
【請求項１８】
前記カムを軸上に固定するための溶接が、２ｍ／ｓ以上、しかしながら特に４ｍ／ｓ以上の溶接速度で実施されることを特徴とする請求項１５記載のカム軸の製造方法。
【請求項１９】
請求項１〜１４のいずれかに記載のカム軸の製造方法であって、
前記カムが、前記軸との溶接の前に、第二の低炭素鋼からなる前記軸と溶接される要素が前記軸と固定されることによって、軸上に予備固定されることを特徴とするカム軸の製造方法。
【請求項２０】
上記請求項１〜１４のいずれかに定義されることを特徴とするカム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸が第一の低炭素鋼からなり、カムが高炭素鋼からなる硬化されたまたは硬化可能な揺動当接面を有している、軸上に少なくともそれぞれ一つの溶接により固定された複数のカムを備えた、組立式のカム軸に関する。
【０００２】
本発明は、このようなカム軸のための製造方法及びこの目的のために必要なカムにも関する。
【背景技術】
【０００３】
軸上に溶接により固定されたカムを備えた組立式のカム軸は、従来技術においては、既にいくつも記述されている。ＵＳ４９８３７９７  Ａ１号公報およびＤＥ３４３３５９５  Ａ１号公報から、溶接結合の製造のためのレーザーの使用も知られている。上述した公報は、溶接がより大きな問題を引き起こさないことから明らかに出発しており、とにかくそれらはこのような問題にはっきりとは言及していない。
【０００４】
しかしながら、実際には、カムのために使用されるべき材料、一般には高炭素の硬化可能な鋼に関する溶接が、完全には容易でなく、耐久性のある内燃機関内での必要条件を満たす結合がすぐには製造されえないことが示されている。したがって、組立式のカム軸における溶接結合は、従来も普及するにはいたりえない。使用において、個々のカムは、形状接合技術，熱技術，及び／又は内部高圧法の使用により、軸上に固定されるが、ブロックから鍛造技術により製造されるカム軸等は、常に非常に高価である。
【０００５】
ＤＥ３７４３８１６  Ｃ２号公報から、カム先端に硬質金属挿入物が埋め込まれている組立式のカム軸のためのカムが知られており、それは、残りのカム材料とハンダ付けされ、カム先端の領域におけるより高い面圧に良好に耐えている。軸上へのカムの固定に関しては実施されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、冒頭に述べた種類の組立式のカム軸におけるように、実際に一定荷重を満たす溶接結合がコスト的に有利に達成されえることを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、カム軸に関して、本発明によれば請求項１に特徴づけられた対策により解決される。したがって、本発明による解決法は、少なくとも二つの異なる材料から構成され、少なくとも一つの溶接に関する領域にてそれぞれ軸の鋼と良好に溶接可能な第二の低炭素鋼が使用されるカムの使用にある。
【発明の効果】
【０００８】
上記カムの異なる材料は、ハンダ付け，板金，形状接合，力学接合，形状・力学接合，接着，リベット及び／又は溶接により、しかしながら特に、抵抗圧接及び／又は摩擦溶接により、互いに接合されえる。抵抗圧接及び／又は摩擦溶接の場合には、その際使用される圧力のもとで、特に微小亀裂及び／又は巨大亀裂の形成が回避される。
【０００９】
第一の好適な実施形態によれば、カムは、揺動当接面を含みかつ高炭素鋼からなり、さらに、軸と溶接され第二の低炭素鋼からなる、少なくとも二つのリング状及び／又は部分リング状の要素の間に設けられた、コアを有する。
【００１０】
逆に、カムが、軸と溶接され第二の低炭素鋼からなるコアを有し、このコアが、軸方向であって、揺動当接面を含み高炭素鋼からなる二つのリング状の要素の間に設けられている。
【００１１】
他の実施形態によれば、カムは、少なくとも二つの殻で構成され、揺動当接面を含む高炭素鋼からなる外殻と、少なくとも一つの軸と溶接された第二の低炭素鋼からなる内殻と、を有していてもよい。
【００１２】
最後に、これらの変形例の間の過渡的形態も可能である。
【００１３】
好ましくは、カムの第二の低炭素鋼からなる部分が、全周にて軸と溶接されている。これにより、カムの高い安定性が達成される。
【００１４】
特に経済的には、カムの揺動当接面を構成し又は含む部分は、湾曲した型材から製造され、その際上記型材は、重量および材料節約のために好ましくはカム先端の領域にてそれぞれ軸から離反している。この場合、上記型材の互いに当接する端部は、互いに特に抵抗圧接溶接により溶接される。しかしながら、互いに当接する端部がカムの第二の低炭素鋼からなる部分上でのみ互いに連結されてもよい。その際、互いに当接する端部が周囲方向に互いにオーバーラップして構成されると、特に有利である。
【００１５】
他の実施形態によれば、カムの揺動当接面を構成し又は含む部分が一つの部材で形成され、軸を例えば全周にわたって適宜に包囲するようにしてもよい。
【００１６】
上記カムの軸上への固定のための溶接の実施は、溶接に関する領域の少なくとも一つにおいて、第二の低炭素鋼からなり軸に隣接する部分にて、脚リングが備えられ、溶接がこの脚リングを介して実施されることにより、容易になされる。
【００１７】
軸のために使用される第一の低炭素鋼及び／又はカムのために使用される第二の低炭素鋼は、０．５％以下の炭素含有量を有するべきである。これに対して、カムの揺動当接面のために使用される高炭素鋼は、良好にそして十分に硬化可能であるために、０．５％以上、しかしながら特に０．７５％以上の炭素含有量を有する。
【００１８】
製造方法の観点においては、上述した課題は、本発明によれば、請求項１５〜１９による方法の少なくとも一つによって解決される。
【００１９】
請求項１５による方法においては、カムの揺動当接面は、接合前に既にそのいわゆる反発硬さ（例えば６４ＨＲC++）に硬化され、付加的に必要であれば焼き戻しされる。これにより、有利には、軸変形となるカム軸全体の熱的負荷が回避される。
【００２０】
第二の低炭素鋼からなるカムと軸の低炭素鋼との材料における低い炭素含有率のために、その溶接の際に、溶接継ぎ目の領域又はいわゆる熱影響ゾーンにおける硬化が回避される。これにより、微小亀裂の発生と結び付いた接合スリットの拡大にもならない。請求項１６によれば、溶接は、これによって互いに溶接すべき部分の周囲温度で実施される。高過ぎる熱応力を回避するための軸の予熱は、必要ではない。また接合されたカム軸の高過ぎる溶接継ぎ目硬度を低減するための追加の加熱も必要ではなく、それにより最終的にカムの先行して硬化された揺動当接面の硬度の変更が回避される。カムの溶接は、上述したように工程的に確実に実施可能である。溶接継ぎ目の品質は、運転中に検査される必要はない。
【００２１】
請求項１７によれば、カムの軸への固定のための溶接は、レーザーにより行なわれる。
【００２２】
第二の低炭素鋼からなるカムと軸の低炭素鋼との材料の良好な溶接可能性のために、カムの軸への固定のための溶接は、請求項１８による方法によれば、２ｍ／ｓ以上、しかしながら特に４ｍ／ｓ以上の溶接速度で実施される。これにより、高い製造速度が達成され、レーザー溶接装置が使用される際の高価な設備が最適に利用される。
【００２３】
請求項１９によれば、本発明によるカム軸の製造の際に、カムが、その軸に溶接される前に、第二の低炭素鋼からなるその軸と溶接すべき要素が軸と固定されることによって、軸上に予備固定される。これは、例えば簡単なペンチ圧によって行なわれ、続く溶接を容易にし、その際カムが軸上に正確に固定保持されなくてもよく、カムが予備固定された軸は、接合溶接するための光線を受けながら回転させられる。
【００２４】
本発明の客体は、請求項２０によれば、それがカム軸に全体として用意された請求項からその構成が与えられるような個々のカムでもある。
【００２５】
本発明の一般的な利点は、カム材料がカムと軸との間の溶接接合に関係なく、実際に自由に選択可能であるということにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、以下に図面と関連した実施形態にもとづいてより詳細に説明される。
【実施例１】
【００２７】
図１のカム１は、揺動当接面２を含み高炭素鋼からなるコア３を有しており、それは軸方向にて低炭素鋼からなる二つの円環状の要素４の間に設けられている。上記コアは、見られるように、その周囲に、基本的に一様で円環状の要素４の幅ｂに一致する厚さδを有する。上記コア３により、カム凸部又はカム先端５が構成される。揺動当接面２に沿って、上記コア３が硬化される。対応する表面硬化ゾーンは、符号６により示されている。
【００２８】
それが互いにオーバーラップしているところで、上記コア３および二つの円環状の要素４は、部品の相互当接のもとで実施された抵抗溶接部７によって互いに連結される。このような連結技術によって、二つの異なる鋼が、気孔なしに、かつ、亀裂なしに、互いに溶接される。
【００２９】
図２は、その貫通開口８を有し低炭素鋼からなる軸９に挿入され、軸９がカム軸１０を形成するように溶接された図１のカム１を示しており、溶接部１１は、それぞれ二つの円環状の要素４と軸９との間の継ぎ目に沿って３６０度を超えて全周に延びるように、特にレーザー溶接により実施される。軸９と二つの円環状の要素４は低炭素鋼から構成されているので、それらは、良好に、そして部品の周囲温度においてすら気孔なしにかつ亀裂なしに互いに溶接可能である。
【００３０】
カム１の貫通開口８の特に円環状の要素４の内径により決まる直径ｄは、軸９の外径Ｄと一致しているので、上記カム１は、軸９上に実質的に隙間なく載っている。これは、それがカム先端５の領域にて軸９から中空部１２を形成しながら離反しない限りは、カム３に関しても当てはまる。
【００３１】
図３は、図２ａ）の一種の拡大断面にて、二つの円環状の要素４の特別の実施形態を示しており、これらは、それぞれリング状の溝１３を備えている。そのリング状の溝１３により、一種の溶接脚１４が生じ、それにより図３の右側部分にて溶接部１１が実施される。溶接脚１４の存在によって、リング状の要素４と軸９との間の有利な幅広い溶接横断面が生じ、それは非常に安定的でありかつ高負荷に耐えることが可能である。図３の左側部分においては、溶接部１１は、溶接脚１４をより良好に見えるようにするために、省略されている。
【００３２】
図１のカム１の上述した実施形態においては、コア３は、その全周に亘って一様な厚さδを有しており、それによってカム先端５の領域にて、コア３と軸９との間の間隙又は中空部１２が生ずる。図４は、ａ）にてこの構成におけるコア３を再び示している。しかしながら、これは、後に詳細に説明されるようなコアが型材から曲げにより製造される場合に、特別に有利である可能性のみである。しかしながら、上記コア３は、図４の例えばｂ）で示すように、カム先端の領域にて同様に良好により大きな厚さを有していてもよく、そこでは、貫通開口８が円筒状であって、要するに中空部１２が回避される。この場合、このことは、中実のコアカムにもいえる。図４ｂ）の実施方法は、図４ａ）のものに対してカム先端５の領域により高い曲げ剛性を有していると推測される。しかしながら、これに対して、図４ａ）の実施形態は、より僅かなカム重量により，より僅かな材料消費量により，回転時のより僅かなアンバランスにより，そしてより簡単な製造可能性により傑出している。図４ｃ）は、図４ａ）および図４ｂ）による実施形態の間の過渡的形態を示している。そこでは、コア３は、それぞれ中空部１２への移行領域に、軸表面に密着してカム先端５に対して一定の補強作用を有する肉厚部１５を備えている。しかしながら、他方で、これらが確かに全周にわたって軸と接触するので、カム先端５の同様の補強が、二つのリング状の要素４にも作用する。場合によっては、この追加の補強作用は、実際に図４ａ）によるコア３を構成しえるためには、リング状の要素４により十分である。
【００３３】
カム先端５の剛性をさらに高める処置は、リング状の要素４を、円環状の代わりに、その形態に関して図４ｂの中実コアの横断面形状に対応して形成し、それを全周に亘って図４ａ）によるコア３と図５のａ）およびｂ）が示すように連結することによってもなしえる。その際、カム先端５も、二つのそのように形成され打ち抜き技術によりそのまま製造可能である要素４を介して軸上に支持され、付加的に横方向の力に対して安定するであろう。
【００３４】
既に述べたように、前述したカム１のコアは、簡単な方法で曲げにより、例えばより長い型材から切り出される一つ又は多数の型材から製造される。図６は、ａ）により単一の型材２０を、ｂ）により上記型材２０の両端の曲げにより生ずるようなカム１のためのコア２１を示している。続いて、両端が互いに連結され、それによってコア２１が閉じられる。このために、特に再び抵抗圧接溶接が適している。その際常に生ずる溶接こぶは、後に除去されなければならない。
【００３５】
図６は、ｃ）により、一様でない厚さの型材２２を示しており、それからその端部の曲げによって、ｄ）により示されたカムコア２３が製造可能であり、図４ｃ）のそれと一致している。
【００３６】
図６は、ｅ）により、二つのそれぞれ半殻２５，２６に曲げられた型材から構成されているカムコア２４を示している。二つの半殻２５，２６の双方の当接位置は、再び互いに溶接される。この実施形態は、型材があまり強く曲げられなくてもよく、それによって材料がより僅かな負荷を受けるという利点を有している。図６は、ｆ）により、二つの半殻２７，２８から、例えば図４ｂ）による中実コア２９も同様に製造可能であるということを示している。
【００３７】
図６のすべての実施形態において、当接位置は、カム周囲に沿って、他の位置にも、特にそれが図６ｅ）および６ｆ）の比較からも生ずるように、それぞれ１８０度又は９０度だけずれて、配置される。
【００３８】
曲げ加工により製造された図６のカムコアの当接位置が、円環状の要素４が両側に追加されることによって連結され、それによりコアの閉鎖がいずれにせよ行なわれることにより、そしてその限りにおいて、場合によっては、前述したような当接端部の先行する連結が放棄される。しかしながら、この場合、コアの当接端部を周囲方向に僅かに互いにオーバーラップさせることが有利であろう（例えば斜め断面）。逆に、閉じたリング要素４の代わりに、単に部分リングを使用して、例えばその当接位置をコアにより連結することも可能であろう。
【００３９】
図７は、ａ）〜ｇ）により、本発明によるカムのさらなる実施形態を示している。
【００４０】
図７ａ）の変形例においては、高炭素鋼からなるコア３０は、その両側に配置されそれと形状接合によりそして例えば抵抗圧接溶接により連結され、断面がｃ字状の二つの低炭素鋼からなるリング要素３１によって、挟持されている。図７ｂ）の変形例においては、高炭素鋼からなるコア３２の両側に設けられた二つの低炭素鋼からなるリング状要素３３の幅ｂは、コア３２の厚さδより小さく選定されているので、これらは半径方向外側に向かって要素３３を超えて突出する。図７ｃ）の変形例においては、幅ｂと厚さδに関する関係が逆になっている。この場合も、コア３４とリング状要素３５は、それぞれ軸方向にオーバーラップしている。図７ｄ）の変形例においては、図７ｂ）に対応するリング状の要素３６が、コア３７の側方の溝内に埋め込まれ、あるいはコア３７が両側で外側に向かってリング状要素３６を超えてその端面にまで引き出されている。同様のことが、図７ｅ）による変形例に対して当てはまり、この場合リング状要素３８が断面にて三角形状である。図７ｆ）の実施形態においては、低炭素鋼からなる単一のリング状要素３９のみがあって、それが完全に低炭素鋼からなるコア４０の下方に設けられている。これにより、カムは、二殻構造に保持される。最後に、図７ｇ）の実施形態においては、低炭素鋼からなるコア４１の両側に、二つの高炭素鋼からなるリング状要素４２が設けられている限りにおいて、上記関係が逆である。カム軸の軸との溶接は、この場合、例えばコア４１を介して行なわれなければならない。
【００４１】
すべての前述した実施形態においては、上述した抵抗圧接溶接の他に一方で高炭素鋼からなる部品と他方で低炭素鋼からなる部品とを連結するために、他の連結技術、例えばハンダ付け，板金，形状接合，力学接合，形状・力学接合，接着，リベット及び／又は摩擦溶接による方法も使用される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明にかかるカムの第一実施形態であり、ａ）は端面図であり、ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１によるカムを備えた本発明によるカム軸であり、ａ）は縦断面図であり、ｂ）はＢ−Ｂ横断面図である。
【図３】溶接脚を備えた本発明によるカムの特別な実施形態であり、図２ａ）による拡大断面図である。
【図４】本発明にかかるカムのためのコアの異なる形態を示す図である。
【図５】閉じられた中空カムであり、ａ）は正面図であり、ｂ）はＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】ａ）〜ｆ）は、本発明にかかるカムのためのコアのさらなる実施形態を示す図である。
【図７】ａ）〜ｇ）は、本発明かかるカムのさらなる実施形態の断面図および拡大図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    カム
２    揺動当接面
３    コア
４    円環状の要素
５    カム先端
６    表面硬化ゾーン
７    抵抗溶接部
８    貫通開口
９    軸
１０    カム軸
１１    溶接部
１２    中空部
１３    溝
１４    溶接脚
２０，２２    型材
２１    コア
２３，２４    カムコア
２５，２６    半殻
２７，２８    半殻
２９    中実コア
３０    コア
３１    リング要素
３２，３４，３７，４０，４１    コア
３３，３５，３６，３８，３９，４２    リング状要素
【国際公開パンフレット】
2004528521.tif 000003
2004528521.tif 000004
2004528521.tif 000005
2004528521.tif 000006
2004528521.tif 000007
2004528521.tif 000008
2004528521.tif 000009
2004528521.tif 000010
2004528521.tif 000011
2004528521.tif 000012
2004528521.tif 000013
2004528521.tif 000014
2004528521.tif 000015
2004528521.tif 000016
2004528521.tif 000017
2004528521.tif 000018
2004528521.tif 000019
2004528521.tif 000020
2004528521.tif 000021
【国際調査報告】
2004528521.tif 000022
2004528521.tif 000023
2004528521.tif 000024
2004528521.tif 000025