Die Erfindung betrifft eine Zahnwelle gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß Patentanspruch 6, sowie ein Verfahren zu r Herstellung einer Funktionswelle gemäß Patentanspruch 11.

Bei der Herstellung von Wellen für verschiedene Anwendungen ist es notwendig, Funktionselemente wie Nocken oder Sensorringe fest auf der Welle zu montieren. Insbesondere bei der Montage von Nocken auf der Welle muss deren axiale Position und relative Winkelausrichtung dabei präzise festgelegt werden können. Insbesondere bei Nocken muss au ßerdem sichergestellt werden, dass die Nocken sich nach der Montage nicht gegen die Welle verdrehen lassen.

Daher werden Nockenwellen häufig in einem Stück aus Gusseisen gegossen. Nachteilig ist hierbei allerdings, dass diese Wellen ein hohes Gewicht aufweisen und die Flexibilität bei der Wahl des Nockenmaterials und der Nockenposition und -geometrie sehr eingeschränkt ist.

Es werden daher gebaute Nockenwellen eingesetzt, bei denen die Nocken und andere Funktionselemente auf einer vorgefertigten Welle befestigt werden.

Hierbei ergibt sich das eingangs genannte Problem, die Funktionselemente so an der Welle zu fixieren, dass diese ausreichend fest mit der Welle verbunden sind und sich nicht auf der Welle verschieben lassen oder gegen die Welle verdrehen lassen.

Es sind zur Lösung dieses Problems diverse Verfahren vorgeschlagen worden. Aus der WO 2012/031770 AI ist beispielsweise ein Verfahren zum Zusammenbau einer Nockenwelle bekannt, bei dem Nockenelemente mit einer Bohrung auf eine Welle aufgeschoben werden. Hier wird vorgeschlagen, die Welle zu kühlen oder die aufzusetzenden Elemente zu erwärmen, um durch die temperaturebedingte Materialkontraktion bzw. -ausdehnung ein Aufschieben der Elemente auf die Welle zu erleichtern. Bei der anschließenden Erwärmung der Welle oder

Abkühlung der aufgeschobenen Elemente wird dann eine Presspassung erreicht. Das bekannte Verfahren ist jedoch in mehrfacher Hinsicht nachteilig . Zum einen ist das Verfahren aufgrund der Erwärmungs- und Abkühlvorgänge zeitaufwändig. Zudem ist es schwierig, eine präzise Winkelausrichtung der aufgeschobenen Elemente sicherzustellen.

Der Erfindu ng liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Wel le anzugeben, mit der das Montageverfahren von Funktionselementen auf der Welle vereinfacht wird und mit dem eine hohe Verdrehfestigkeit der Funktionselemente auf der Welle geschaffen wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Zahnwelle gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß Anspruch 6, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Funktionswelle gemäß Anspruch 11 gelöst.

Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch eine Zahnwelle mit einem verzahnten Abschnitt, in dem Verzahnungen auf dem Mantel der Zahnwelle ausgebildet sind, die sich parallel zu einer Rotationsachse der Zahnwel le erstrecken, wobei an den verzahnten Abschnitt ein Montageabschnitt mit Verzahnungen angrenzt, wobei die Anzahl und die radiale Position der Verzahnungen in dem Montageabschnitt der Anzahl und der radialen Position der Verzahnungen in dem verzahnten Abschnitt entsprechen, und wobei wenigstens eine Zahndicke der Verzahnungen in dem Montageabschnitt größer ist als eine Zahndicke in dem verzahnten Abschnitt, oder wenigstens ein Fußkreisdurchmesser der Verzahnungen in dem Montageabschnitt größer ist als der Fußkreisdurchmesser in dem verzahnten Abschnitt, oder wenigstens ein Kopfkreisdurchmesser der Verzahnungen in dem Montageabschnitt größer ist als der Kopfkreisdurchmesser in dem verzahnten Abschnitt.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die erfindungsgemäße Zahnwelle eine einfache Montage von Funktionselementen auf der Welle ermöglicht. Die

Funktionselemente weisen dazu eine Bohrung mit einer Verzahnung auf, die komplementär zu der Verzahnung im verzahnten Abschnitt ist. Das

Funktionselement ist damit auf den verzahnten Abschnitt der Zahnwelle

aufschiebbar, durch die Formschlüssigkeit wird bereits ein Verdrehen des

Funktionselements gegen die Welle unterbunden. Aufgru nd der veränderten Geometrie der Verzahnung in dem Montageabschnitt kann das Funktionselement nun auf den Montageabschnitt aufgepresst werden. Dadurch wird eine belastbare, feste Verbindung zwischen dem Funktionselement und der Wel le bei optimaler Verdrehfestigkeit erreicht. Es werden keine zusätzlichen Komponenten zur Fixierung des Funktionselements benötigt. Ebenso ist mit der vorgeschlagenen Zahnwelle keine aufwändige Vorbehandlung der Welle und des Funktionselements notwendig. Da Zahnwellen als Standardbauteil leicht verfügbar sind, kann mit der Erfindung eine Zahnwelle mit befestigten Komponenten geschaffen werden, die flexibel gestaltbar und kostengünstig ist. Es wird hier die Zahnwelle an sich beansprucht. In einer bevorzugten Ausgestaltung gemäß der Unteransprüche wird auch die Anordnung eines Funktionselements auf der Zahnwelle beansprucht.

In einer Ausführungsform ist ein Flankenwinkel der Verzahnungen in dem

Montageabschnitt größer als der Flankenwinkel in dem verzahnten Abschnitt. Dadurch kann ein Funktionselement in die Zahnflanken eingepresst werden.

Damit ist die Festigkeit der Verbindung nochmals erhöht.

In einer weiteren Ausführungsform ist ein Funktionselement mit einer Bohrung, die komplementär zu den Verzahnungen des verzahnten Abschnitts der Zahnwelle verzahnt ist, auf den Montageabschnitt der Zahnwelle aufgepresst. Somit können mit der erfindungsgemäßen Zahnwelle beliebige Funktionswellen geschaffen werden. Vorzugsweise ist das Funktionselement durch eine Nocke oder einen Sensorring gebildet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Zahnwelle mehrere verzahnte Abschnitte mit angrenzenden Montageabschnitten zur Befestigung mehrerer Funktionselemente auf. Dadurch wird die Flexibilität bei der

Positionierung der Funktionselemente nochmals erhöht.

Im Rahmen der Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer

Zahnwelle angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Bereitstellen einer Zahnwelle mit mindestens einem verzahnten Abschnitt, in dem Verzahnungen auf dem Mantel der Zahnwelle ausgebildet sind, die sich parallel zu einer Rotationsachse der Zahnwelle erstrecken;

- Rollieren auf mindestens einem Teilabschnitt des mindestens einen verzahnten Abschnitts quer zur Achsrichtung der Zahnwelle zur Herstellung mindestens eines Montageabschnitts. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine einfache Möglichkeit zur

Herstellung einer Zahnwelle zur Verbindung mit Funktionselementen geschaffen. Es ist lediglich ein Arbeitsschritt notwendig, um die Montageabschnitte auf der Zahnwelle zu erzeugen . Das verwendete Bearbeitungsverfahren ist einfach durchzuführen und erfordert keinen hohen Zeit- oder Kostenaufwand . Die benötigte Rolliermaschine ist meist bereits verfügbar. Die Position des

Montageabschnitts lässt sich zudem frei bestimmen, so dass keine

Einschränkungen bei der Gestaltung der Welle gegeben sind .

Unter Rollieren wird ein spanloses Kaltumformungsverfahren verstanden, bei dem das vorhandene Oberflächenprofil der Zahnwelle plastisch verformt wird . Es wird ein Rollierwerkzeug mit mehreren Schneiden senkrecht zur Mantelfläche der Zahnwelle an die rotierende Zahnwelle angepresst. Die Kraft ist so gewählt, dass das Rollierwerkzeug nicht spanend arbeitet, sondern das Material lediglich verformt. Dabei findet ein Materialfluss von den Zähnen zwischen die Schneiden und zwischen die Zahnflanken statt.

Vorzugsweise wird durch das Rollieren eine Zahndicke der Verzahnu ngen in dem mindestens einen Montageabschnitt vergrößert. Dies ermöglicht ein Einpressen von Funktionselementen in die Zahnflanken des Montageabschnitts und verbessert die Verbindung zwischen Welle und Funktionselement.

Weiter vorzugsweise wird durch das Rollieren ein Fußkreisdurchmesser der Verzahnungen in dem mindestens einen Montageabschnitt vergrößert. So kann das Funktionselement auf den Montageabschnitt aufgepresst werden.

Es ist weiter bevorzugt, dass durch das Rollieren ein Kopfkreisdurchmesser der Verzahnungen in dem mindestens einen Montageabschnitt vergrößert wird. So kann das Funktionselement auf den Montageabschnitt aufgepresst werden.

Weiterhin ist bevorzugt, dass durch das Rollieren ein Materialfluss von

Verzahnungen zwischen die Zahnflanken der Verzahnung in dem mindestens einen Montageabschnitt bewirkt wird.

Im Rahmen der Erfindung wird weiter ein Verfahren zur Herstellung einer Funktionswelle angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst d ie folgenden Schritte: - Bereitstellen einer Zahnwelle;

- Aufschieben mindestens eines Funktionselements, insbesondere einer Nocke oder eines Sensorrings, mit einer Bohrung, die komplementär zu den

Verzahnungen des verzahnten Abschnitts der Zahnwelle verzahnt ist, auf mindestens einen verzahnten Abschnitt der Zahnwelle;

- Aufpressen des mindestens einen Funktionselements auf den mindestens einen Montageabschnitt.

Die so gebildete Funktionswelle lässt sich einfach und kostengünstig in wenigen Arbeitsschritten herstellen, kann aufgrund der freien Platzierbarkeit der

Montageabschnitte auf der Zahnwelle flexibel gestaltet werden und weist eine hohe Verdrehfestigkeit der aufgepressten Funktionselemente gegen die Zahnwelle auf.

Nachfolgend wird die Erfindung auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden.

Hierbei zeigen :

Fig. la eine Zahnwelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden

Erfindung mit einem Montageabschnitt;

Fig. lb einen Schnitt eines Funktionselements zur Anbringung

Zahnwelle in Fig. la;

Fig. 2a die Zahnwelle aus Fig. la mit aufgeschobenem Funktionselement;

Fig. 2b einen Schnitt entlang der Linie I-I in Fig. 2a;

Fig. 3a einen Querschnitt eines verzahnten Abschnitts der Zahnwelle aus

Fig. la zur Erläuterung relevanter geometrischen Größen der Verzahnung;

Fig. 3b eine Detailansicht des Querschnitts aus Fig. 3a; Fig. 4 eine Zahnwelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der

Erfindung mit mehreren verzahnten Abschnitten.

In Fig. la ist eine Zahnwelle 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Zahnwelle 1 hat einen verzahnten Abschnitt la, in dem Verzahnungen 2a auf dem Mantel der Zahnwelle 1 ausgebildet sind und sich parallel zur Rotationsachse der Zahnwelle 1 erstrecken. An den verzahnten Abschnitt la grenzt ein Montageabschnitt lb an, der weiter unten beschrieben wird.

In Fig. lb ist ein Funktionselement 3 im Schnitt gezeigt, das auf die Zahnwelle 1 aufschiebbar ist. Dazu weist das Funktionselement 3 eine Bohrung 3a auf, die komplementär zu der Verzahnung lb des verzahnten Abschnitts la der Zahnwelle 1 ausgebildet ist. So kann das Funktionselement 3 verdrehfest auf die Zahnwelle 1 aufgeschoben werden. Das Funktionselement 3 ist in der vorliegenden

Ausführungsform beispielsweise durch eine Nocke oder einen Sensorring gebildet.

In Fig. 2a ist das Funktionselement 3 auf die Zahnwelle 1 aufgeschoben. Hierbei ist das Funktionselement 3 bereits in den Montageabschnitt lb eingeschoben. Wie in Fig. la zu erkennen ist, weist der Montageabschnitt lb ebenfalls Verzahnungen 2b auf. Die Verzahnungen 2b entsprechen in Anzahl und radialer Position den Verzahnungen 2a im verzahnten Abschnitt la. Dies ist in Fig. 2b zu sehen, die einen Querschnitt entlang der Linie I-I in Fig. 2a zeigt. Somit ist es möglich, das Funktionselement 3 von dem verzahnten Abschnitt la in den Montageabschnitt lb zu schieben. Die Form der Verzahnungen 2b weicht im Montageabschnitt lb jedoch von der Form der Verzahnungen 2a im verzahnten Abschnitt la ab.

In Fig. 3a ist ein Querschnitt der Zahnwelle gezeigt, um die relevanten

Geometrieparameter der Verzahnungen 2a, 2b zu definieren. Der Index„a" bezeichnet Geometrieparameter des verzahnten Abschnitts la, der Index„b" bezeichnet Geometrieparameter des Montageabschnitts lb. Mit f _a und f _b ist der Fußkreisdurchmesser der Verzahnungen 2a und 2b bezeichnet, k _a und k _b bezeichnen den Kopfkreisdurchmesser der Verzahnungen 2a und 2b. In Fig. 3b ist eine Detailansicht der Verzahnungen 2a und 2b gezeigt. Auf der halben Höhe der Verzahnungen 2a, 2b ist die Zahndicke d _a , d _b definiert. Ferner ist der Flankenwinkel a _a , a _b der Verzahnungen 2a, 2b eingezeichnet.

Zur Herstellung der gezeigten Zahnwelle 1 wird eine Zahnwelle 1 mit einem verzahnten Bereich la bereitgestellt und auf einem Teilbereich der Verzahnung 2a rolliert, um den Montageabschnitt lb herzustellen. Durch das Rollieren wird eine Kaltumformung der Verzahnung 2b in dem Montageabschnitt lb bewirkt. Wird ein Rollierwerkzeug mit mehreren Schneiden verwendet, wird lokal Material der Verzahnung zwischen die Schneiden gepresst. In diesen Bereichen wird also der Kopfkreisdurchmesser k _b in dem Montageabschnitt lb gegenüber dem

Kopfkreisdurchmesser k _a des verzahnten Bereichs la vergrößert. Außerdem fließt durch das Rollieren Material zwischen die Zahnflanken der Verzahnung lb.

Dadurch wird lokal der Fußkreisdurchmesser f _b gegenüber dem

Fußkreisdurchmesser f _a des verzahnten Bereichs la vergrößert.

Die Anpresskraft des Rollierwerkzeugs an die Zahnwelle kann so gewählt werden, dass außerdem die Zahndicke d _b in dem Montageabschnitt gegenüber der

Zahndicke d _a in dem verzahnten Abschnitt vergrößert wird. Ebenso kann durch das Rollieren der Flankenwinkel a _b gegenüber dem Flankenwinkel a _a vergrößert werden.

Durch die veränderte Geometrie der Verzahnung 2b in dem Montageabschnitt lb kann das Funktionselement 3, dessen Bohrung 3a formschlüssig mit der

Verzahnung la ist, auf den Montageabschnitt lb aufgepresst werden. Ist in dem Montageabschnitt lb die Zahndicke d _b und/oder der Flankenwinkel a _b vergrößert, wird das Funktionselement in die Flanken der Verzahnung 2b eingepresst. Die komplementär zur Verzahnung la ausgebildete Bohrung 3a stellt bereits sicher, dass das Funktionselement 3 nicht gegen die Zahnwelle 1 verdrehbar ist. Durch das Auf- und/oder Einpressen in den Montageabschnitt lb wird das

Funktionselement 3 schließlich auf der Zahnwelle 1 fixiert. Die so gebildete Verbindung ist äußerst stabil und kann ohne aufwändige Bearbeitungsverfahren oder zusätzliche Elemente gebildet werden.

In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform der Zahnwelle 1 vor der Herstellung von Montageabschnitten lb gezeigt. Die in Fig. 4 gezeigte Zahnwelle 1 weist mehrere verzahnte Abschnitte la auf. So können mehrere Montageabschnitte lb durch Rollieren auf den jeweiligen verzahnten Abschnitten la hergestellt werden.

Mit dem beschriebenen Verfahren ist es natürlich möglich, mehrere

Montageabschnitte lb in einem verzahnten Bereich la herzustellen. So kann die Position der Funktionselemente 3 auf der Zahnwelle 1 frei bestimmt werden.

Mit den beschriebenen Zahnwellen 1 können durch Rollieren und anschließendes Aufpressen von Funktionselementen 3 verschiedene Funktionswellen hergestellt werden. Insbesondere können robuste Nockenwellen hergestellt werden, wenn als Funktionselemente 3 Nocken verwendet werden. Auf der Nockenwelle können weitere Funktionselemente 3 wie Sensorringe fixiert werden. Die genaue

Anordnung der Funktionselemente 3 kann dabei unmittelbar vor der Montage festgelegt werden, indem gezielt an den entsprechenden Positionen auf der Zahnwelle 1 rolliert wird. Insgesamt wird so die Herstellung beliebiger

Funktionswellen bei hoher Stabilität der fixierten Funktionselemente 3

kostengünstig bei geringem Aufwand ermöglicht.

Zur Herstellung des Montageabschnitts lb kann überdies ein Rollierwerkzeug verwendet werden, das aus einer oder mehreren glatten Rollen besteht. Auch mit einem solchen Rollierwerkzeug lässt sich durch Kaltumformung ein Materialfluss zwischen die Zahnflanken im Montageabschnitt lb erreichen, bei dem die

Geometrie der Verzahnung 2b so verändert wird, dass ein Funktionselement 3 wie oben beschrieben in dem Montageabschnitt lb fixiert werden kann.