齿轴、用于制造齿轴的方法和用于制造功能轴的方法与流程

本发明涉及根据权利要求1所述的齿轴、根据权利要求6所述的用于制造齿轴的方法以及根据权利要求11所述的用于制造功能轴的方法。

背景技术：

在制造用于不同应用的轴的过程中，必须将功能元件(比如凸轮或传感器环)牢固地安装在轴上。特别是在轴上组装凸轮的过程中，在这种情况下必须能够精确地确定其轴向位置和相对角度取向。特别是在凸轮的情况下，必须进一步确保在组装之后凸轮不能与轴反向地旋转。

因此，凸轮轴通常由铸铁铸造成一体。然而，在这种情况下，不利的是这些轴很重，并且选择凸轮材料以及凸轮位置和几何形状的灵活性非常有限。

因此，使用凸轮和其他功能元件固定在预制轴上的构造的凸轮轴。这涉及引入以下情况所提及的问题：将功能元件固定到轴上使得其足够牢固地连接到轴上并且不能在轴上移位或者与轴反向地旋转。

为了解决这个问题，已经提出了各种方法。例如，wo2012/031770a1公开了一种用于组装凸轮轴的方法，其中具有孔的凸轮元件被安装在轴上。在这种情况下提议轴被冷却或者待定位的元件被加热，以便由于材料因温度变化而收缩或膨胀而更容易将元件推到轴上。在随后加热轴或冷却配合元件期间，然后实现压配合。

然而，已知的方法在某些方面是不利的。首先，由于加热和冷却操作，该方法是耗时的。其次，难以确保装配元件的精确角度取向。

因此，本发明的目的是提供一种轴，通过该轴简化了将功能元件组装在轴上的方法，并且通过该轴能够高水平地防止功能元件在轴上旋转。

技术实现要素：

该目的通过根据权利要求1的所述齿轴、根据权利要求6所述的制造方法和根据权利要求11所述的用于制造功能轴的方法来实现。

该目的具体地通过一种具有齿部的齿轴来实现，其中齿构造在齿轴的外表面(demmantel)上形成并且平行于齿轴的旋转轴线延伸，其中具有齿构造的组装部邻接齿部，其中，组装部中的齿构造的数量和径向位置对应于齿部中的齿构造的数量和径向位置，并且其中，齿构造的至少一个齿厚在组装部中大于齿部分中的齿厚，或者，组装部中的齿构造的至少一个齿根圆直径大于齿部中的齿根圆直径，或者，组装部中的齿构造的至少一个齿顶圆直径大于齿部中的齿顶圆直径。

本发明的优点是根据本发明的齿轴允许简单地在轴上组装功能元件。为此，功能元件包括具有齿构造的孔，该齿构造与齿部中的齿构造互补。因此，功能元件可以被推到齿轴的齿部上，并且由于用于正锁定连接的能力，已经防止了功能元件与轴反向旋转。由于组装部中的齿构造的几何形状改变，功能元件现在可以被压在组装部上。由此以最佳的防旋转水平实现了功能元件与轴之间的耐用的、牢固的连接。不需要额外的部件来固定功能元件。类似地，对于所提出的齿轴，不需要对轴和功能元件进行复杂的预处理。由于齿轴可容易地作为标准部件获得，因此通过本发明，可以提供具有固定部件的齿轴，该齿轴可以被灵活地配置并且具有成本效益。这里，要求保护齿轴本身。在根据从属权利要求的优选实施例中，还要求保护功能元件在齿轴上的布置。

在一个实施例中，齿构造的牙侧角在组装部中大于齿部中的牙侧角。由此可以将功能元件压入到齿面中。因此，进一步提高了连接强度。

在另一个实施例中，具有孔的功能元件被压在齿轴的组装部上，孔以与齿轴的齿部的齿构造互补的方式形成齿。因此，任何功能轴都可以设置有根据本发明的齿轴。优选地，所述功能元件由凸轮或传感器环形成。

在另一个优选实施例中，齿轴具有多个齿部，齿部具有用于固定多个功能元件的邻接组装部。由此进一步增加了功能元件定位期间的灵活性。

在本发明的上下文中，进一步阐述了用于制造齿轴的方法。根据本发明的方法包括以下步骤：

-提供具有至少一个齿部的齿轴，其中在齿轴的外表面上形成有平行于齿轴的旋转轴线延伸的齿构造；

-横向于齿轴的轴向在至少一个齿部的至少一个片段部分上滚压(rollieren)以便产生至少一个组装部。

根据本发明的方法提供了一种制造用于连接到功能元件的齿轴的简单方法。为了在齿轴上制造组装部，仅需要一个操作步骤。所使用的加工方法易于实施，并且不是非常耗时或昂贵。所需的滚压机通常已经可用。可以进一步自由地确定组装部的位置，使得在配置轴时没有限制。

术语“滚压”旨在被理解为非切割冷成形方法，其中呈现的齿轴的表面轮廓发生塑性变形。具有多个刀片的滚压工具垂直于齿轴的覆盖面抵靠在旋转的齿轴上。以这样的方式选择力，使得滚压工具不以切割方式操作，而是仅仅使材料变形。在这种情况下，发生从刀片之间和齿面之间的来自齿的材料流动。

优选地，通过滚压，增加了至少一个组装部中的齿构造的齿厚。这允许功能元件被压入到组装部的齿面中并改善轴和功能元件之间的连接。

更优选地，通过滚压，增加了至少一个组装部中的齿构造的齿根圆直径。因此，功能元件可以被压在组装部上。

进一步优选的是，通过滚压，增加至少一个组装部中的齿构造的齿根圆直径。因此，功能元件可以被压在组装部上。

此外，优选的是，通过滚压，引起在至少一个组装部中的齿构造的齿面之间的来自齿构造的材料流动。

在本发明的上下文中，进一步阐述了用于制造功能轴的方法。根据本发明的方法包括以下步骤：

-提供齿轴；

-在齿轴的至少一个齿部上推动具有孔的至少一个功能元件特别是凸轮或传感器环，该孔以与齿轴的齿部的齿构造互补的方式形成齿；

-将至少一个功能元件压在至少一个组装部上。

以这种方式形成的功能轴可以在较少的操作步骤中以简单且成本有效的方式制造，可以以灵活的方式配置(由于将组装部定位在齿形轴上的自由能力)并且高水平地防止压紧功能元件与齿轴反向地旋转。

附图说明

下面还将参照附加特征、优点和实施例描述本发明，将参照说明更加详细地解释这些附加特征、优点和实施例。

在图中：

图1a示出了根据本发明的实施例的具有组装部的齿轴；

图1b是用于装配到图1a中的齿轴上的功能元件的剖视图；

图2a示出了图1a中的具有装配的功能元件的齿轴；

图2b是沿图2a中的线i-i截取的剖视图；

图3a是穿过图1a的齿轴的齿部的剖视图，以便解释齿构造的相关几何形状变量；

图3b是图3a的剖视图的详细视图；

图4示出了根据本发明的另一实施例的具有多个齿部的齿轴。

具体实施方式

图1a示出了根据本发明的实施例的齿轴1。齿轴1具有齿部1a，其中在齿轴1的外表面上形成有齿构造2a并且齿构造平行于齿轴1的旋转轴延伸。下面描述的组装部1b邻接齿部1a。

图1b是可以被推到齿轴1上的功能元件3的一部分。为此，功能元件3具有孔3a，该孔形成为与齿轴1的齿部1a的齿构造1b互补。因此，功能元件3可以以旋转固定的方式被推到齿轴1上。在本实施例中，功能元件3例如通过凸轮或传感器环形成。

在图2a中，功能元件3被推到齿轴1上。在这种情况下，功能元件3已经被推入组装部1b中。如图1a所示，组装部1b也具有齿构造2b。齿构造2b在数量和径向位置上对应于齿部1a中的齿构造2a。这可以在图2b中看到，该图是沿图2a中的线i-i截取的剖视图。因此，可以将功能元件3从齿部1a推入组装部1b中。然而，组装部1b中的齿部2b的形状与齿部1a中的齿构造2a的形状不同。

图3a是齿轴的剖视图，以便限定齿构造2a、2b的相关几何形状参数。下标“a”表示齿部1a的几何形状参数，下标“b”表示组装部1b的几何形状参数。齿构造2a和2b的齿根圆直径表示为fa和fb，并且齿构造2a和2b的齿顶圆直径表示为ka和kb。

图3b是齿构造2a和2b的详细视图。齿厚da、db被定义为齿构造2a、2b的高度的一半。此外，示出了齿构造2a、2b的牙侧角αa、αb。

为了制造所示的齿轴1，齿轴1被设置为具有齿形区域1a并且在齿构造2a的片段区域上滚压以便制造组装部1b。通过滚压产生组装部1b中的齿构造2b的冷成形。如果使用具有多个刀片的滚压工具，则在刀片之间局部地挤压齿构造的材料。因此，在这些区域中，组装部1b中的齿顶圆直径kb相对于齿形区域1a的齿顶圆直径ka增加。此外，材料由于滚压而在齿构造1b的齿面之间流动。由此，齿根圆直径fb相对于齿形区域1a的齿根圆直径fa局部增大。

可以选择滚压工具对齿轴的压力，使得组装部中的齿厚db相对于齿部中的齿厚da进一步增加。类似地，由于滚压，牙侧角αb可以相对于牙侧角αa增大。

由于组装部1b中齿构造2b的几何形状改变，功能元件3(其孔3a相对于齿构造1a正锁定)可以被压在组装部1b上。如果齿厚db和/或牙侧角αb在组装部1b中增大，则功能元件被压入齿构造2b的齿面。形成为与齿构造1a互补的孔3a已经确保功能元件3不能与齿轴1反向地旋转。由于按压在组装部1b上和/或中，功能元件3最后被固定在齿轴1上。以这种方式形成的连接极其稳定，并且可以在没有复杂的加工方法或附加元件的情况下形成。

图4示出了在制造组装部1b之前的齿轴1的替代实施例。图4中所示的齿轴1具有多个齿部1a。因此，可以通过在各个齿部1a上滚压来制造多个组装部1b。

利用所述方法当然可以在齿形区域1a中产生多个组装部1b。因此，可以自由地确定功能元件3在齿轴1上的位置。

通过滚压和随后按压功能元件3，所述的齿轴1可以产生不同的功能轴。特别地，如果凸轮用作功能元件3，则可以产生稳健的凸轮轴。附加的功能元件3，比如传感器环，可以被固定在凸轮轴上。在这种情况下，功能元件3的精确布置可以在组装之前通过选择性地在齿轴1上的相应位置处进行滚压来直接确定。通常，因此允许以任何成本有效的方式几乎不复杂地制造具有高水平稳定性的固定功能元件3的任何功能轴。

此外，包括一个或多个光滑辊的滚压工具可以用于制造组装部1b。利用这种滚压工具，还能够通过冷成形在组装部1b中的齿面之间实现材料流动，其中，齿构造2b的几何形状被改变，使得功能元件3可以如上所述被固定在组装部1b中。