DE102016209120A1

DE102016209120A1 - Gear and method for producing a gear

Info

Publication number: DE102016209120A1
Application number: DE102016209120.4A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Aichele; Sven Robert Raisch; Karim Bahroun
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2017-11-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad (10; 10a), mit einem in Bezug zu einer Drehachse (15) des Zahnrads (10; 10a) radial äußeren Zahnbereich (14; 14a) und einem radial inneren Nabenbereich (16; 16a), wobei der Zahnbereich (14; 14a) und der Nabenbereich (16; 16a) aus unterschiedlichem Material bestehen, und wobei der Nabenbereich (16; 16a) Kunststoff enthält und als Spritzgussteil ausgebildet ist.The invention relates to a toothed wheel (10; 10a) having a radially outer tooth region (14; 14a) with respect to a rotation axis (15) of the toothed wheel (10; 10a) and a radially inner hub region (16; 16a), the tooth region (14; 14a) and the hub portion (16; 16a) are made of different material, and wherein the hub portion (16; 16a) contains plastic and is formed as an injection molded part.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads nach dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs.The invention relates to a gear according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for producing a gear according to the preamble of the independent method claim.

Ein Zahnrad sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrads nach den Oberbegriffen der beiden unabhängigen Ansprüche ist aus der DE 10 2013 220 800 B3 der Anmelderin bekannt. Das bekannte Zahnrad weist mehrere Funktionsbereiche auf, wobei die Funktionsbereiche aus unterschiedlichen Materialien in Form von unterschiedlichen Kunststoffen bestehen. Die unterschiedlichen Kunststoffe werden über verschiedene Anspritzstellen gleichzeitig in ein (Spritzguß-)Werkzeug zur Herstellung des Zahnrads eingespritzt, wobei ein Übergangsbereich zwischen zwei Funktionsbereichen entsteht, in dem das Material der beiden Kunststoffe miteinander vermischt ist. Ein derartiges Zahnrad hat den Vorteil, dass die jeweiligen Funktionsbereiche hinsichtlich ihrer Eigenschaften optimiert werden können. So ist es beispielsweise im Bereich des radial äußeren Zahnbereichs, der dazu ausgebildet ist, mit Zähnen eines entsprechenden Gegenzahnrads oder ähnlichem zu kämmen, möglich, einen besonders verschleißfesten Kunststoff zu verwenden. Demgegenüber genügt beispielsweise in dem radial inneren Nabenbereich des Zahnrads ein hinsichtlich seiner Festigkeit eine geringere Festigkeit aufweisendes Material. Hier kann beispielsweise ein Material verwendet werden, das besonders preiswert ist oder eine relativ geringe Dichte aufweist, um ein relativ geringes Gesamtgewicht des Zahnrads zu erzielen.A gear and a method for producing a gear according to the preambles of the two independent claims is known from DE 10 2013 220 800 B3 the applicant known. The known gear has a plurality of functional areas, wherein the functional areas consist of different materials in the form of different plastics. The different plastics are injected simultaneously via different Anspritzstellen in a (injection molding) tool for the production of the gear, wherein a transition region between two functional areas arises in which the material of the two plastics is mixed together. Such a gear has the advantage that the respective functional areas can be optimized in terms of their properties. For example, in the region of the radially outer tooth region, which is designed to mesh with teeth of a corresponding counter gear or the like, it is possible to use a particularly wear-resistant plastic. In contrast, sufficient, for example, in the radially inner hub portion of the gear with respect to its strength a lower strength exhibiting material. Here, for example, a material can be used which is particularly inexpensive or has a relatively low density in order to achieve a relatively low total weight of the gear.

Grundsätzliches Ziel von aus mehreren unterschiedlichen Materialen bzw. Bereichen bestehenden Zahnrädern ist es, einerseits die gewünschten Festigkeits- und/oder Verschleißeigenschaften insbesondere im Zahnbereich sicherzustellen, und andererseits insgesamt gesehen beispielsweise ein möglichst geringes Gewicht sowie relativ geringe Herstellkosten realisieren zu können. The basic aim of gears consisting of several different materials or regions is, on the one hand, to ensure the desired strength and / or wear properties, in particular in the tooth region, and, on the other hand, overall to be able to realize, for example, the lowest possible weight and relatively low production costs.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das Zahnrad sowie das Verfahren zum Herstellen eines Zahnrads mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass alternative Ausbildungen des Zahnrads bzw. des Herstellverfahrens bei Verwendung von unterschiedlichen Materialien für einen Zahnbereich und für einen Nabenbereich des Zahnrads realisiert werden können. The gear and the method for producing a gear having the features of the independent claims has the advantage over the prior art that alternative embodiments of the gear or the manufacturing process using different materials for a tooth region and a hub portion of the gear can be realized can.

Der Erfindung liegt die grundsätzliche Idee zugrunde, im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem der Zahnbereich und der Nabenbereich gleichzeitig im Spritzgußverfahren hergestellt werden, den Zahnbereich unabhängig von dem Nabenbereich zu fertigen und den Nabenbereich mit dem Zahnbereich bei der Fertigung des Nabenbereichs in einem Werkzeug für das Zahnrad im Spritzgußverfahren zu verbinden. Ein derartiges Zahnrad bzw. ein derartiges Verfahren zum Herstellen eines Zahnrads ermöglicht es insbesondere, zur Herstellung des Zahnbereichs Verfahren bzw. Materialien einsetzen zu können, die sich nicht im Spritzgußverfahren verarbeiten lassen. Insbesondere ist es damit auch möglich, beispielsweise andere als Kunststoffmaterialien für den Zahnbereich einzusetzen und/oder den Zahnbereich durch seine separate Fertigung weiteren Bearbeitungsschritten zuzuführen, die beispielsweise die Verbindung mit dem Nabenbereich verbessern.The invention is based on the basic idea, in contrast to the prior art, in which the tooth region and the hub region are produced simultaneously by injection molding, to manufacture the tooth region independently of the hub region and the hub region with the tooth region in the manufacture of the hub region in a tool for the gear to be injection-molded. Such a gear or such a method for producing a gear wheel makes it possible, in particular, to be able to use methods or materials for producing the toothed area which can not be processed by injection molding. In particular, it is thus also possible, for example, to use other than plastic materials for the tooth area and / or to supply the tooth area with its separate production to further processing steps which, for example, improve the connection to the hub area.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Zahnrads sowie des Verfahrens zum Herstellen des Zahnrads sind in den jeweiligen Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous developments of the gear according to the invention and the method for producing the gear are listed in the respective subclaims.

In einer ersten bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung des Zahnrads, die einerseits eine besonders hohe Verschleißfestigkeit des Zahnbereichs bzw. der (äußeren) Oberfläche des Zahnbereichs ermöglicht, und andererseits zusätzlich besonders gute Festigkeitseigenschaften insbesondere im Zahnbereich aufweist, ist es vorgesehen, dass der Zahnbereich auf der dem Nabenbereich abgewandten Seite eine aus Kunststoff bestehende Außenschicht als Gleitschicht aufweist, die auf der dem Nabenbereich zugewandten Seite mit einer aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Verstärkungsschicht verbunden ist. Die Verstärkungsschicht dient somit der Verbindung zwischen der relativ dünnen Außenschicht und dem Nabenbereich. Dabei wird durch die Verwendung von faserverstärktem Kunststoff eine besonders hohe Festigkeit des Zahnbereichs ermöglicht. Unter einem faserverstärktem Kunststoff wird dabei insbesondere, und nicht einschränkend die Verwendung von Kohle-, Glas- oder Aramitfasern verstanden, die in einer thermoplastischen Kunststoffmasse eingebunden sind. Bei der Außenschicht handelt es sich insbesondere um eine Schicht, die aus PTFE (Polytetrafluorethylen) oder PEEK (Polyetheretherketon) besteht. In a first preferred constructive embodiment of the toothed wheel, which on the one hand enables a particularly high wear resistance of the toothed area or the (outer) surface of the toothed area, and on the other hand additionally particularly good strength properties, in particular in the tooth area, it is provided that the toothed area on the hub area side facing away from an existing plastic outer layer has a sliding layer, which is connected on the side facing the hub region with a reinforcing layer made of fiber reinforced plastic. The reinforcing layer thus serves for the connection between the relatively thin outer layer and the hub region. In this case, the use of fiber-reinforced plastic allows a particularly high strength of the tooth region. A fiber-reinforced plastic is understood to mean, in particular, and not restricting, the use of carbon fibers, glass fibers or aramid fibers, which are incorporated in a thermoplastic synthetic material. In particular, the outer layer is a layer consisting of PTFE (polytetrafluoroethylene) or PEEK (polyetheretherketone).

In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags unter Verwendung einer Verstärkungsschicht kann es vorgesehen sein, dass die Verstärkungsschicht als vorgefertigtes Bauteil ausgebildet ist. In diesem Fall wird das ringförmige Verstärkungselement nach dem Anordnen bzw. Ausbilden der Außenschicht in das Werkzeug für das Zahnrad eingelegt. Durch anschließendes Spritzgießen des Nabenbereichs wird die Verstärkungsschicht radial nach außen gedrückt und mit der Außenschicht verbunden und gleichzeitig verbindet sich die dem Nabenbereich zugewandte Seite bzw. Fläche des Verstärkungselements mit dem Material des Nabenbereichs.In a further development of the proposal made last using a reinforcing layer, it can be provided that the reinforcing layer is formed as a prefabricated component. In this case, the annular reinforcing member is inserted after arranging the outer layer in the tool for the gear. Subsequent injection molding of the hub portion causes the reinforcing layer to deflect radially Pressed outside and connected to the outer layer and at the same time connects the hub region facing side or surface of the reinforcing member with the material of the hub portion.

In einer Abwandlung des Zahnrads kann es auch vorgesehen sein, dass der Zahnbereich durch ein zumindest teilweise aus keramischem Material bestehendes Bauteil gebildet ist. Es wird somit ein Verbundzahnrad, bestehend aus einem teilweise keramischen Zahnbereich und einem aus Kunststoff bestehenden Nabenbereich ausgebildet. Der Vorteil bei der Verwendung von Keramik für den Zahnbereich besteht insbesondere darin, dass sich keramische Materialen durch eine besonders hohe Widerstandsfestigkeit gegenüber Abrasion, Korrosion und auch thermischer Beanspruchung auszeichnen und auch typische metallische Verschleißmerkmale, wie sie bei Verwendung von metallischen Materialien, wie Kalt- oder Warmfresser, Rosten, Verzundern, Ausglühen, Heißlaufen oder Deformationen bestehen, nicht vorhanden sind. In a modification of the toothed wheel, provision may also be made for the tooth region to be formed by a component consisting at least partly of ceramic material. Thus, a composite gear consisting of a partially ceramic tooth portion and a hub portion made of plastic is formed. The advantage of using ceramic for the tooth area is in particular that ceramic materials are characterized by a particularly high resistance to abrasion, corrosion and thermal stress and also typical metallic wear characteristics, such as when using metallic materials such as cold or Hot eaters, rusting, scaling, annealing, hot running or deformations exist, are not present.

Auch der Nabenbereich muss nicht zwangsläufig aus ein und demselben Material bestehen bzw. homogen aufgebaut sein. Insbesondere kann es bei der Verwendung von keramischem Material für den Zahnbereich vorgesehen sein, dass der Nabenbereich wenigstens einen faserverstärkten ersten Bereich aufweist. Dieser faserverstärkte Bereich ist dabei vorzugsweise auf der dem keramischen Material bzw. dem Zahnbereich zugewandten Seite angeordnet, während sich in Richtung der Drehachse des Zahnrads ein zweiter Bereich ohne Faserverstärkung anschließt. Also, the hub area does not necessarily consist of one and the same material or be constructed homogeneously. In particular, when using ceramic material for the tooth region, it may be provided that the hub region has at least one fiber-reinforced first region. In this case, this fiber-reinforced region is preferably arranged on the side facing the ceramic material or tooth region, while in the direction of the axis of rotation of the toothed wheel a second region without fiber reinforcement adjoins.

Zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten, insbesondere bei Verwendung von keramischem Material und Kunststoff, kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass insbesondere bei thermisch hoch beanspruchten Zahnrädern zwischen einem faserverstärkten Bereich und einem Bereich ohne Faserverstärkung eine Zwischenschicht aus einem volumenkompressiblen Material angeordnet ist.To compensate for different thermal expansion coefficients, in particular when using ceramic material and plastic, it may moreover be provided that an intermediate layer of a volume-compressible material is arranged between a fiber-reinforced region and a region without fiber reinforcement, in particular in the case of thermally highly stressed gears.

Unabhängig von der konstruktiven Ausbildung des Zahnbereichs bzw. dessen Material kann es zur Verbesserung der Anbindung des Nabenbereichs an den Zahnbereich vorgesehen sein, dass der Zahnbereich auf der dem Nabenbereich zugewandten Seite oberflächenbehandelt ist. Unter einer Oberflächenbehandlung wird dabei beispielhaft, und nicht einschränkend, eine Plasmabehandlung, eine Laserstrukturierung oder ähnliches verstanden, die beispielsweise die aus Kunststoff bestehende Fläche zum Nabenbereich hin zur Erzielung eines besseren Kraftschlusses, eines verbesserten Formschlusses oder eines Stoffschlusses behandelt. Weiterhin wird erwähnt, dass es durch ein geeignetes Material des faserverstärkten Bereichs und des Materials für den Nabenbereich, bei dem die Schmelzpunkte der Materialien aufeinander abgestimmt sind, möglich ist, eine Schweißverbindung im Verbindungsbereich zwischen den beiden Bereichen zu erzeugen.Regardless of the structural design of the toothed area or its material, it can be provided to improve the connection of the hub area to the tooth area, that the tooth area is surface-treated on the side facing the hub area. A surface treatment is understood to mean, by way of example and not limitation, a plasma treatment, a laser structuring or the like which treats, for example, the surface made of plastic to the hub region in order to achieve a better frictional connection, an improved form fit or a material bond. Furthermore, it is mentioned that it is possible by means of a suitable material of the fiber-reinforced region and of the material for the hub region, in which the melting points of the materials are matched to one another, to create a welded connection in the connection region between the two regions.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Zahnrads sowie dessen Verfahren zum Herstellen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the gear according to the invention and its method for manufacturing will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.

Diese zeigt in:This shows in:

1 einen Teilausschnitt in Form eines Viertelschnitts einer ersten Ausführungsform eines Zahnrads unter Verwendung einer aus Kunststoff bestehenden Gleitschicht im Zahnbereich, 1 a partial section in the form of a quarter section of a first embodiment of a gear using a plastic sliding layer in the tooth area,

2 ein Diagramm zur Erläuterung der Fertigung des Zahnrads gemäß 1, 2 a diagram for explaining the manufacture of the gear according to 1 .

3 einen Teilschnitt entsprechend der 1 bei einem gegenüber 1 abgewandelten Zahnrad und 3 a partial section corresponding to the 1 at one opposite 1 modified gear and

4 ein Diagramm zur Erläuterung der Fertigung des Zahnrads gemäß der 3. 4 a diagram for explaining the manufacture of the gear according to the 3 ,

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.The same elements or elements with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.

In der 1 ist ein Zahnrad 10 gezeigt, wie es beispielhaft, und nicht einschränkend, als Übertragungselement in einem Komfortantrieb eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise einem Sitzverstellungsantrieb, einem Fensterheberantrieb oder ähnlichem dienen kann. Das Zahnrad 10 ist mittels eines im Einzelnen nicht gezeigten Werkzeugs 1 innerhalb einer Kavität 2 des Werkzeugs 1 zumindest teilweise gefertigt. Insbesondere dient die Kavität 2 der Ausbildung der Geometrie von Zähnen 11 des Zahnrads 10. Weiterhin erkennt man in der 1 eine Drehachse 15 des Zahnrads 10. Das Zahnrad 10 weist darüber hinaus einen Nabenbereich 16 mit einer Nabenbohrung 17 auf, die konzentrisch zur Drehachse 15 angeordnet ist. In the 1 is a gear 10 as exemplarily, and not by way of limitation, can serve as a transmission element in a comfort drive of a motor vehicle, for example a seat adjustment drive, a window lift drive or the like. The gear 10 is by means of a tool, not shown in detail 1 within a cavity 2 of the tool 1 at least partially made. In particular, the cavity serves 2 the formation of the geometry of teeth 11 of the gear 10 , Furthermore one recognizes in the 1 a rotation axis 15 of the gear 10 , The gear 10 also has a hub area 16 with a hub bore 17 on, concentric with the axis of rotation 15 is arranged.

Ein Zahnbereich 14 des Zahnrads 10 mit den Zähnen 11 ist in Bezug zur Drehachse 15 in einem radial äußeren Bereich angeordnet, während der Nabenbereich 16 in Bezug zur Drehachse 15 in einem radial inneren Bereich angeordnet ist. A tooth area 14 of the gear 10 with the teeth 11 is in relation to the axis of rotation 15 arranged in a radially outer region, while the hub region 16 in relation to the axis of rotation 15 is arranged in a radially inner region.

Der Zahnbereich 14 besteht bei dem Zahnrad 10 aus zwei Elementen. Das erste Element wird gebildet durch eine aus Kunststoff wie PTFE (Polytetrafluorethylen) oder PEEK (Polyetheretherketon) bestehende Außenschicht 18, die unmittelbar im Bereich der Kavität 2 an dieser anliegt. An die eine relativ dünne Dicke aufweisende Außenschicht 18 schließt sich in Richtung der Drehachse 15 betrachtet das zweite Element in Form einer Verstärkungsschicht 19 an. Die Verstärkungsschicht 19 besteht aus faserverstärktem Kunststoff. Als Fasern kommen dabei insbesondere, und nicht einschränkend CFK-(carbonfaserverstärkter Kunststoff) oder GFK-(glasfaserverstärkter Kunststoff) zur Anwendung, die in einer thermoplastischen Matrix eingelegt sind. Die Schichtdicke s der Verstärkungsschicht 19 ist in etwa in Umfangsrichtung betrachtet gleichmäßig ausgebildet.The tooth area 14 exists with the gear 10 from two elements. The first element is formed by an outer layer consisting of plastic such as PTFE (polytetrafluoroethylene) or PEEK (polyetheretherketone) 18 that are directly in the Area of the cavity 2 attached to this. To the relatively thin thickness having outer layer 18 closes in the direction of the axis of rotation 15 considers the second element in the form of a reinforcing layer 19 at. The reinforcing layer 19 consists of fiber reinforced plastic. The fibers used here are in particular, and not limited to, CFRP (carbon fiber reinforced plastic) or GRP (glass fiber reinforced plastic) which are inserted in a thermoplastic matrix. The layer thickness s of the reinforcing layer 19 is uniformly formed approximately in the circumferential direction.

Der Nabenbereich 16 besteht aus Kunststoff, insbesondere aus Thermoplast, oder ebenfalls aus einem faserverstärktem Kunststoff, wobei dieselben Fasern zur Anwendung kommen können wie bei der Verstärkungsschicht 19, ggf. in anderer Konzentration bzw. geometrischer Ausgestaltung bzw. Länge der Fasern. The hub area 16 is made of plastic, in particular of thermoplastic, or also of a fiber-reinforced plastic, wherein the same fibers may be used as in the reinforcing layer 19 , optionally in a different concentration or geometric configuration or length of the fibers.

Die Fertigung des Zahnrads 10 wird nachfolgend anhand der Darstellung der 2 wie folgt erläutert: Zunächst erfolgt in einem ersten Schritt 101 das Einlegen der Außenschicht 18 in das Werkzeug 1 bzw. Anlegen der Außenschicht 18 an die Kavität 2. Anschließend erfolgt das Einbringen der Verstärkungsschicht 19 in die Kavität 2 entsprechend in einem zweiten Schritt 102. Wesentlich dabei ist, dass die Verstärkungsschicht 19 ggf. als vorgefertigtes separates Bauteil ausgebildet sein kann, d.h., dass das so vorgefertigte, die Verstärkungsschicht 19 ausbildende Bauteil in die Kavität 2 lediglich eingelegt wird. Ansonsten (bei nicht vorgefertigtem Bauteil für die Verstärkungsschicht 19) erfolgt das Ausbilden der Verstärkungsschicht 19 beispielsweise durch Auftragen des Materials der Verstärkungsschicht 19 im Sprühverfahren oder ein sonstiges geeignetes Verfahren auf die Außenschicht 18. Das Verfahren hängt insbesondere von der Art des Materials der Verstärkungsschicht 19 und der Außenschicht 18 sowie der Geometrie bzw. Größe des Zahnrads 10 ab. The manufacture of the gear 10 is described below with reference to the representation of 2 explained as follows: First, in a first step 101 the insertion of the outer layer 18 in the tool 1 or applying the outer layer 18 to the cavity 2 , Subsequently, the introduction of the reinforcing layer takes place 19 into the cavity 2 accordingly in a second step 102 , It is essential that the reinforcing layer 19 optionally may be formed as a prefabricated separate component, ie, that the prefabricated, the reinforcing layer 19 forming component in the cavity 2 is only inserted. Otherwise (with non-prefabricated component for the reinforcing layer 19 ), the formation of the reinforcing layer takes place 19 for example, by applying the material of the reinforcing layer 19 by spraying or any other suitable method on the outer layer 18 , The method depends in particular on the nature of the material of the reinforcing layer 19 and the outer layer 18 as well as the geometry or size of the gear 10 from.

Anschließend erfolgt optional in einem dritten Schritt 103 eine Oberflächenbehandlung der Verstärkungsschicht 19 auf der dem Nabenbereich 16 zugewandten Seite. Eine derartige Oberflächenbehandlung kann beispielsweise eine Behandlung der Oberfläche mittels einer Laserstrahleinrichtung zur Erzeugung einer Strukturierung, eine Plasmabehandlung oder ein sonstiges Verfahren umfassen. Insbesondere dient die Oberflächenbehandlung dazu, die Haftfähigkeit bzw. Verbindung zwischen dem Material der Verstärkungsschicht 19 und dem Material des Nabenbereichs 16 zu verbessern. Der so gebildete Zahnbereich 14 stellt ein vorgefertigtes Bauteil 21 dar. Subsequently, optionally in a third step 103 a surface treatment of the reinforcing layer 19 on the hub area 16 facing side. Such a surface treatment may comprise, for example, a treatment of the surface by means of a laser beam device for producing a structuring, a plasma treatment or another method. In particular, the surface treatment serves to improve the adhesiveness between the material of the reinforcing layer 19 and the material of the hub area 16 to improve. The tooth area thus formed 14 represents a prefabricated component 21 represents.

Zeitlich nach dem Ausbilden des Zahnbereichs 14 entsprechend der drei Schritte 101 bis 103 erfolgt in einem vierten Schritt 104 das Einbringen des Materials des Nabenbereichs 16 in die (geschlossene) Kavität 2. Dabei findet der Fertigungsschritt des Spritzgießens statt, d.h., dass das Material des Nabenbereichs 16 unter einer relativ hohen Temperatur, bei der das Material des Nabenbereichs 16 verflüssigt ist, und unter hohem Druck in die Kavität 2 eingebracht wird. Beim Einbringen des Materials für den Nabenbereich 16 in die Kavität 2 wird das Material der Verstärkungsschicht 19 sowie der Außenschicht 18 radial nach außen gegen die Kavität 2 gedrückt, so dass sich die exakte Geometrie der Zähne 11 ausbilden lässt. Gleichzeitig findet, je nach verwendeten Materialien für die Verstärkungsschicht 19 und dem Nabenbereich 16, eine kraft-, form- oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Material der Verstärkungsschicht 19 und dem Material des Nabenbereichs 16 statt. Nach dem Abkühlen des Materials des Nabenbereichs 16 kann das Zahnrad 10 aus der Kavität 2 des Werkzeugs 1 entnommen werden. Time after the formation of the tooth area 14 according to the three steps 101 to 103 takes place in a fourth step 104 the introduction of the material of the hub area 16 into the (closed) cavity 2 , In this case, the production step of injection molding takes place, ie that the material of the hub area 16 under a relatively high temperature at which the material of the hub area 16 liquefied and under high pressure in the cavity 2 is introduced. When introducing the material for the hub area 16 into the cavity 2 becomes the material of the reinforcing layer 19 as well as the outer layer 18 radially outward against the cavity 2 pressed so that the exact geometry of the teeth 11 train. At the same time, depending on the materials used for the reinforcing layer 19 and the hub area 16 , A force, positive or cohesive connection between the material of the reinforcing layer 19 and the material of the hub area 16 instead of. After cooling the material of the hub area 16 can the gear 10 from the cavity 2 of the tool 1 be removed.

In der 3 ist ein Zahnrad 10a dargestellt, dessen Zahnbereich 14a durch ein aus keramischem Material bestehendes Bauteil 21a gebildet ist. Bei dem Bauteil 21a handelt es sich um ein vorgefertigtes Bauteil 21a, bei dem das Keramikpulver in an sich bekannter Weise in eine entsprechend der Kavität 2 bzw. der Form der Zähne 11 entsprechende Form gepresst und anschließend gesintert wird. Weiterhin umfasst der Zahnbereich 14a des Zahnrads 10a die Verstärkungsschicht 19a, die entsprechend der Verstärkungsschicht 19 beim Zahnrad 10 ausgebildet sein kann. Der Nabenbereich 16a beim Zahnrad 10a wird gebildet durch den Kunststoff des Nabenbereichs 16a sowie eine zwischen dem Kunststoff des Nabenbereichs 16a und der Verstärkungsschicht 19a angeordnete Zwischenschicht 22. Die Zwischenschicht 22 besteht insbesondere aus einem volumenkompressiblen Material, das entweder offenporig oder aber geschlossenporig ausgebildet sein kann.In the 3 is a gear 10a represented, the tooth area 14a by a component consisting of ceramic material 21a is formed. In the component 21a it is a prefabricated component 21a in which the ceramic powder in a conventional manner in a corresponding to the cavity 2 or the shape of the teeth 11 pressed appropriate shape and then sintered. Furthermore, the tooth area includes 14a of the gear 10a the reinforcing layer 19a , corresponding to the reinforcing layer 19 at the gear 10 can be trained. The hub area 16a at the gear 10a is formed by the plastic of the hub area 16a and one between the plastic of the hub portion 16a and the reinforcing layer 19a arranged intermediate layer 22 , The intermediate layer 22 consists in particular of a volume-compressible material that can be either open-pored or closed-pore.

Die Fertigung des Zahnrads 10a wird nunmehr anhand der 4 wie folgt beschrieben: In einem ersten Schritt 201 wird das Bauteil 21 außerhalb des Werkzeugs 1 bzw. der Kavität 2 gefertigt. Anschließend wird das Bauteil 21 in die Kavität 2 des Werkzeugs 1 eingelegt und in einem zweiten Schritt 202 das Material der Verstärkungsschicht 19a in Wirkverbindung mit dem Bauteil 21 gebracht. Anschließend erfolgt in einem dritten Schritt 203 das Ausbilden des Nabenbereichs 16a durch ein Spritzgussverfahren, bei dem sowohl das Material des (zentralen) Nabenbereichs 16a, als auch das Material der Zwischenschicht 22 in die Kavität 2 im Spritzgussverfahren eingebracht wird. Das Einbringen der beiden Materialien kann entweder zeitlich aufeinanderfolgend oder gleichzeitig über entsprechend unterschiedliche Anspritzstellen an der Kavität 2 erfolgen. Insbesondere kann das Ausbilden des Nabenbereichs 16a durch einen Mehrkomponenten-Spritzgussprozess unter Verwendung mehrerer Werkzeugkerne erfolgen.The manufacture of the gear 10a will now be based on the 4 described as follows: In a first step 201 becomes the component 21 outside the tool 1 or the cavity 2 manufactured. Then the component becomes 21 into the cavity 2 of the tool 1 inserted and in a second step 202 the material of the reinforcing layer 19a in operative connection with the component 21 brought. Subsequently, in a third step 203 forming the hub region 16a by an injection molding process in which both the material of the (central) hub area 16a , as well as the material of the intermediate layer 22 into the cavity 2 is introduced by injection molding. The introduction of the two materials can either temporally successive or simultaneously over accordingly different injection points on the cavity 2 respectively. In particular, the formation of the hub region 16a by a multi-component injection molding process using multiple tool cores.

Das soweit beschriebene Zahnrad 10, 10a kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise bei dem Zahnrad 10a denkbar, auf die aus kompressiblen Material bestehende Zwischenschicht 22 zu verzichten. Auch kann beispielsweise der Nabenbereich 16a unter Verwendung von faserverstärktem Kunststoff ausgebildet werden.The gear described so far 10 . 10a can be modified or modified in many ways without departing from the spirit of the invention. So it is, for example, the gear 10a conceivable, on the intermediate layer consisting of compressible material 22 to renounce. Also, for example, the hub area 16a be formed using fiber reinforced plastic.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013220800 B3 [0002]

Claims

Gear ( 10 ; 10a ), with respect to an axis of rotation ( 15 ) of the gear ( 10 ; 10a ) radially outer tooth area ( 14 ; 14a ) and a radially inner hub region ( 16 ; 16a ), where the tooth area ( 14 ; 14a ) and the hub area ( 16 ; 16a ) consist of different materials, and wherein the hub area ( 16 ; 16a ) Contains plastic and is formed as an injection molded part, characterized in that the tooth area ( 14 ; 14a ) by a prefabricated component ( 21 ; 21a ) formed with the hub area ( 16 ; 16a ) is connected by injection molding.

Gearwheel according to claim 1, characterized in that the tooth area ( 14 ) on the hub area ( 16 ) facing away from an existing plastic outer layer ( 18 ), which on the hub area ( 16 ) facing side with a fiber-reinforced plastic reinforcing layer ( 19 ) connected is.

Gearwheel according to claim 2, characterized in that the reinforcing layer ( 19 ) is designed as a prefabricated element.

Gearwheel according to claim 1, characterized in that the prefabricated component ( 21a ) is formed of ceramic material.

Gearwheel according to claim 4, characterized in that the component made of ceramic material ( 21a ) on the hub area ( 16a ) facing side as part of the tooth area ( 14a ) a reinforcing layer made of fiber-reinforced plastic ( 19a ).

Gearwheel according to claim 5, characterized in that the reinforcing layer ( 19a ) in the direction of the axis of rotation of the hub region ( 16a ) made of plastic without fiber reinforcement connects.

Gearwheel according to claim 6, characterized in that between the reinforcing layer ( 19a ) and the hub area ( 16a ) without fiber reinforcement an intermediate layer ( 22 ) of a volume-compressible material as part of the hub area ( 16a ) is arranged.

Gearwheel according to one of claims 1 to 7, characterized in that the tooth area ( 14 ; 14a ) on the hub area ( 16 ; 16a ) facing side is surface treated.

Method for producing a toothed wheel ( 10 ; 10a ), which in relation to a rotation axis ( 15 ) of the gear ( 10 ; 10a ) a radially outer tooth area ( 14 ; 14a ) and a radially inner hub region ( 16 ; 16a ), wherein the tooth area ( 14 ; 14a ) and the hub area ( 16 ; 16a ) consist of different materials, and wherein the hub area ( 16 ; 16a ) Contains plastic and by an injection molding process in a cavity ( 2 ) of a tool ( 1 ) for the gear ( 10 ; 10a ), characterized in that the tooth area ( 14 ; 14a ) in one of the hub region ( 16 ; 16a ) is manufactured separately, and that in forming the hub region ( 16 ; 16a ) the material of the hub area ( 16 ; 16a ) with the material of the tooth area ( 14 ; 14a ) is connected.

Method according to claim 9, characterized in that the tooth region ( 14 ; 14a ) at least partially within the cavity ( 2 ) of the tool ( 1 ) will be produced.

Method according to claim 10, characterized in that the production of the toothed area ( 14 ; 14a ) the introduction of at least one plastic outer layer ( 18 ) and a reinforcing layer made of fiber-reinforced plastic ( 19 ; 19a ).

Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that before forming the hub region ( 16 ; 16a ) one the hub area ( 16 ; 16a ) facing surface of the tooth region ( 14 ; 14a ) is surface treated.

Method according to claim 9, characterized in that the tooth region ( 16 ; 16a ) partially outside the cavity ( 2 ) of the tool ( 1 ) and then into the cavity ( 2 ) is introduced.

Method according to claim 13, characterized in that the tooth area ( 14a ) is at least partially made of ceramic material and the production comprises a sintering process.