DE69704941T2

DE69704941T2 - Zahnrad in verbundbauweise und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE69704941T2
Application number: DE69704941T
Authority: DE
Inventors: D. Santi
Original assignee: Briggs and Stratton Corp
Current assignee: Briggs and Stratton Corp
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 2001-11-15
Anticipated expiration: 2017-02-26
Also published as: EP1041312A1; EP0894212B1; DE69722679D1; WO1997040297A2; JP3356709B2; DE69704941D1; EP1041312B1; JP2000512719A; EP0894212A2; JPH11264454A; DE69722679T2; WO1997040297A3; JP3420587B2; AU1968297A

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft Zahnräder. Insbesondere betrifft die Erfindung Verbundzahnräder aus einem starren Material, wie z. B. einem Metall, und einem thermoplastischen Material.
Zahnräder, die aus einem starren Material wie z. B. Metall oder Metallegierungen bestehen, sind bekannt und werden bei vielen Anwendungen eingesetzt. Solche Zahnräder können hohen Lastdrehmomenten widerstehen, haben aber insofern einen wesentlichen Nachteil, als sie beim Eingriff mit anderen Metallzahnrädern sehr geräuschvoll arbeiten.
Zahnräder, die aus thermoplastischem Material bestehen, sind gleichfalls bekannt und sind zur Verminderung des durch die Metallzahnräder erzeugten Geräuschs eingesetzt worden. Thermoplastische Zahnräder haben jedoch insofern erhebliche Nachteile, als sie hohen Lastdrehmomenten nicht ohne Beschädigung ihrer Zähne widerstehen können und verschleißanfälliger als Metallzahnräder sind.
Um die Probleme von Metallzahnrädern bzw. thermoplastischen Zahnrädern zu lösen, wurden verschiedene Versuche zur Herstellung von Verbundzahnrädern unternommen, die einige Metallkomponenten und einige thermoplastische Komponenten aufweisen. US-A-3 719 103, erteilt am 6. März 1973 an Streander, offenbart einen solchen Versuch, bei dem eine thermoplastische Tafel zwischen zwei starre Stahlplatten geschichtet wird und die Baugruppe danach zusammengeschraubt wird. Ein Zweck des Zahnrads gemäß US-A-3 719 103 besteht darin, das Nenndrehmoment des Zahnrads unter normalen Lastbedingungen im Vergleich zu Zahnrädern zu erhöhen, deren Zähne ausschließlich aus einem thermoplastischen Material bestehen. Das erhöhte Nenndrehmoment wird dadurch erreicht, daß die Stahlplatten die Verbiegung des Kunststoffs steuern, da der Kunststoff zwischen die beiden Stahlplatten geschichtet ist. Das Nenndrehmoment wird erhöht, so daß unter normalen Bedingungen höhere Lasten aufgenommen werden können.
Eine weitere Aufgabe der Konstruktion in US-A-3 719 103 ist die Geräuschminderung des Zahnrads. Obwohl bei der patentierten Konstruktion eine gewisse Geräuschminderung erzielt wird, entwickelt das Zahnrad noch immer ein beträchtliches Geräusch, da die beiden Stahlplatten die Verbiegung der Kunststoffzähne begrenzen.
Die deutsche Patentanmeldung DE-A-29 01 816, veröffentlicht am 31. Juli 1980, offenbart gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 11 ein Verbundzahnrad, das einen starren Körper mit starren Zahnabschnitten an seinem Umfang und Schichten aus thermoplastischem Material an gegenüberliegenden Seiten der starren Zahnabschnitte aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Zahnrads. Das Gegenrad kommt jedoch dennoch in Eingriff mit den starren Zahnabschnitten der Verbundzahnrads und entwickelt ein erhebliches Geräusch.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es wird ein Verbundzahnrad offenbart, das im Vergleich zu bekannten Verbundzahnrädern das Zahnradgeräusch wesentlich vermindert, dabei aber dennoch unter Notfallbedingungen die Aufnahme von hohen Lastdrehmomenten ohne Beschädigung zuläßt.
Das Verbundzahnrad gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen starren Körperabschnitt auf, der sich vorzugsweise aus mehreren Metallplatten zusammensetzt, die an ihrem Umfang Zähne aufweisen. Eine erste Schicht aus einem thermoplastischen Material, wie z. B. Nylon, ist auf einer ersten Seite des starren Körperabschnitts angeordnet, und eine zweite Schicht des thermoplastischen Materials ist auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Körperabschnitts angeordnet. Die erste und die zweite Schicht können gleichmäßige oder ungleichmäßige Dicken aufweisen. Sowohl die erste Schicht als auch die zweite Schicht weisen jeweils an ihrem Umfang thermoplastische Zahnabschnitte auf, die an die Zähne des Körperabschnitts angrenzen. In einer Ausführungsform weist der Körperabschnitt mehrere Öffnungen auf, durch die das thermoplastische Material fließt, so daß die beiden Schichten aus thermoplastischem Material beim Erstarren des thermoplastischen Materials an dem starren Körperabschnitt und aneinander verankert werden. Die starren Lamellen, die den Körperabschnitt bilden, sind vorzugsweise dünne, gestanzte Stahlplatten, um die Herstellungskosten zu senken.
Die thermoplastischen Zahnabschnitte der ersten und zweiten thermoplastischen Schichten erstrecken sich von den starren Zähnen des Körperabschnitts nach außen in beide Umfangsrichtungen sowie in radialer Richtung. Diese Anordnung ermöglicht, daß die Zähne des Gegenrads unter normalen Lastbedingungen mit den thermoplastischen Abschnitten der Verbundzähne in Eingriff kommen.
Das thermoplastische Material wird so gewählt, daß die Zahnabschnitte der ersten und zweiten Schichten unter normalen Betriebsbedingungen mit den Zähnen des Gegenrads in Eingriff kommen. Unter Notfallbedingungen, wie z. B. wenn die Drehung des Zahnrads plötzlich angehalten wird, werden die thermoplastischen Zahnabschnitte durch die Zähne des Gegenrads zusammengedrückt, so daß stärkere als die normalen Lastdrehmomente durch die starren Zähne des Körperabschnitts aufgenommen werden.
In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erstrecken sich beide thermoplastischen Zahnabschnitte jedes Verbundzahns in axialer Richtung nach außen von den entsprechende thermoplastischen Materialschichten weg. Durch diese Konfiguration wird die Durchbiegung der thermoplastischen Zahnabschnitte vergrößert, wenn ungewöhnlich starke Lastdrehmomente an den Verbundzähnen angreifen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Durchbiegung und Kompression der thermoplastischen Zahnabschnitte unter normalen Bedingungen und mindert dadurch das Zahnradgeräusch wesentlich im Vergleich zu bekannten Verbundzahnrädern. Unter ungewöhnlichen Bedingungen mit hoher Belastung werden die thermoplastischen Zahnabschnitte so zusammengedrückt, daß die hohen Lastkräfte durch die starren Zahnabschnitte aufgenommen werden.
Die vorliegende Erfindung schließt außerdem Fertigungsverfahren zur Herstellung des Verbundzahnrads ein. Um das Verbundzahnrad so zu fertigen, daß sich die thermoplastischen Zahnabschnitte in Umfangsrichtung und von den starren Zähnen des Körperabschnitts radial nach außen erstrecken, muß der Fluß des thermoplastischen Materials während des Formverfahrens so gesteuert werden, daß das thermoplastische Material die starren Zahnabschnitte nicht überformt. Um ein solches Überformen zu verhindern, ist es wichtig, den starren Körperabschnitt genau im Werkzeug zu zentrieren und den Abstand zwischen den starren Zahnabschnitten und dem Werkzeug zu begrenzen. Das Verbundzahnrad kann ohne Überformen der starren Zahnabschnitte hergestellt werden. Die vorliegende Erfindung umfaßt außerdem ein ungewöhnliches Verfahren zur Fertigung des Verbundzahnrads auf solche Weise, daß die starren Zahnabschnitte nicht mit dem thermoplastischen Material überformt werden. Ein Merkmal und Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß das Zahnradgeräusch bei Verbrennungsmotoren und anderen Vorrichtungen vermindert wird.
Ein weiteres Merkmal und ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß sie ein Verbundzahnrad mit im wesentlichen allen Vorzügen von thermoplastischen Zahnrädern, jedoch mit erhöhter Festigkeit unter anomalen Bedingungen bereitstellt.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform sowie aus den Zeichnungen ersichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Verbundzahnrads nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Metallamelle, die im Körper des Verbundzahnrads gemäß Fig. 1 verwendet wird.
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht von der Schmalseite eines Zahnrads nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, geschnitten entlang der Linie 3-3 von Fig. 1.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht, welche die Verbundzähne gemäß der vorliegenden Erfindung im Eingriff mit den Zähnen eines Gegenrades bei normalem Betrieb darstellt, geschnitten entlang der Linie 4-4 von Fig. 1.
Fig. 5 zeigt die Verbundzähne gemäß der vorliegenden Erfindung im Eingriff mit Zähnen des Gegenrades während eines anomalen Zustands, wie z. B. eines plötzlichen Anhaltens.
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht eines einzelnen Verbundzahns nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Linie 6-6 von Fig. 4.
Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht eines Verbundzahns nach der zweiten Ausführungsform entlang der Linie 8-8 von Fig. 7.
Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht des Verbundzahnrads nach der zweiten Ausführungsform entlang der Linie 9-9 von Fig. 7.
Fig. 10 zeigt eine Schnittansicht des Verbundzahnrads nach der zweiten Ausführungsform entlang der Linie 10-10 von Fig. 7.
Fig. 11 zeigt eine vergrößerte Darstellung mehrerer Zähne gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 12 zeigt eine Schnittansicht eines Verbundzahns entlang der Linie 12-12 von Fig. 11. Die Fig. 13 bis 28 zeigen das Fertigungsverfahren eines Werkzeugs, das zur Herstellung des Verbundzahnrads verwendet wird.
Fig. 13 zeigt eine Draufsicht einer Platte mit einer darin befindlichen Öffnung.
Fig. 14 zeigt eine schematische Seitenansicht, die einen in der Öffnung von Fig. 13 angeordneten Draht und eine Elektroerosionsvorrichtung darstellt.
Fig. 15 zeigt eine Draufsicht der Platte, die den Werkzeughohlraum nach einer Elektroerosionsbearbeitung darstellt.
Fig. 16 zeigt eine durch den Werkzeughohlraum von Fig. 15 hindurchgehende Graphitelektrode.
Fig. 17 zeigt die Graphitelektrode von Fig. 16, die in umgekehrter Richtung durch den Werkzeughohlraum hindurchgeht.
Fig. 18 zeigt eine vergrößerte Draufsicht eines Werkzeugs und eines Teils der Graphitelektrode.
Fig. 19 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 19-19 von Fig. 18, die einen kleinen Spalt zwischen dem Werkzeug und der Elektrode darstellt.
Fig. 20 zeigt einen seitlichen Schnitt entlang der Linie 20-20 von Fig. 18, der einen relativ großen Spalt zwischen der Graphitelektrode und dem Werkzeug darstellt.
Fig. 21 zeigt eine Seitenansicht, welche die Graphitelektrode darstellt, die in einem ersten Abschnitt des Werkzeughohlraums in kreisförmige Bewegung versetzt wird, um einen ersten Seitenabschnitt der Werkzeugzähne auszubilden.
Fig. 22 zeigt eine Seitenansicht, welche die Graphitelektrode darstellt, die in einem zweiten Abschnitt des Werkzeughohlraums in kreisförmige Bewegung versetzt wird, um einen zweiten Seitenabschnitt der Werkzeugzähne auszubilden,
Fig. 23 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Graphitelektrode und des Werkzeugs entlang der Linie 23-23 von Fig. 22.
Fig. 24 zeigt einen seitlichen Schnitt entlang der Linie 24-24 von Fig. 23, der die Position der Elektrode in den Fig. 21 und 22 bezüglich des Werkstücks darstellt.
Fig. 25 zeigt einen seitlichen Schnitt entlang der Linie 25-25 von Fig. 23, der die Position der Elektrode in den Fig. 21 und 22 bezüglich des Werkzeugs darstellt.
Fig. 26 zeigt eine Seitenansicht einer zweiten Graphitelektrode, die zur konischen Bearbeitung der Zentriervorsprünge des Werkzeugs verwendet wird.
Fig. 27 zeigt eine vergrößerte Draufsicht der zweiten Elektrode und des Werkzeugs entlang der Linie 27-27 von Fig. 26.
Fig. 28 zeigt einen seitlichen Schnitt durch die zweite Elektrode und das Werkzeug entlang der Linie 28-28 von Fig. 27.
Die Fig. 29 bis 40 beziehen sich auf die Verfahren, die zur Fertigung des erfindungsgemäßen Verbundzahnrads angewandt werden.
Fig. 29 zeigt eine Seitenansicht der Formbauteile nach einem ersten Verfahren bei geöffneter Form.
Fig. 30 zeigt eine Seitenansicht der Form von Fig. 29 bei geschlossener Form.
Fig. 31 zeigt eine vergrößerte Draufsicht einer Kombination aus starrem Zahnabschnitt und Werkzeug bei geschlossener Form.
Fig. 32 zeigt einen seitlichen Schnitt durch den starren Zahnabschnitt und das Werkzeug entlang der Linie 32-32 von Fig. 31.
Fig. 32A zeigt eine Schemazeichnung, welche die Abstände zwischen den Verbundzahnradkomponenten und dem Werkzeug in Fig. 32 darstellt.
Fig. 33 zeigt einen seitlichen Schnitt der Kombination aus starrem Zahnabschnitt und Werkzeug entlang der Linie 33-33 von Fig. 31.
Fig. 34 zeigt einen seitlichen Schnitt, der das geschmolzene thermoplastische Material in den von den Zentriervorsprüngen entfernten Bereichen darstellt.
Fig. 34A zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Teils von Fig. 34.
Fig. 35 zeigt einen seitlichen Schnitt des geschmolzenen thermoplastischen Materials in einem Bereich in der Nähe eines Zentriervorsprungs.
Fig. 36 zeigt einen seitlichen Schnitt, der das thermoplastische Material nach dem Wegschrumpfen vom Werkzeug in einem von dem Zentriervorsprung entfernten Bereich darstellt.
Fig. 36A zeigt eine Schemazeichnung, welche die Abstände zwischen den Verbundzahnradkomponenten und dem Werkzeug nach dem Schrumpfen der thermoplastischen Materials darstellt.
Fig. 37 zeigt einen seitlichen Schnitt, der das thermoplastische Material nach dem Wegschrumpfen vom Werkzeug in einem Bereich in der Nähe eines Zentriervorsprungs darstellt.
Fig. 38 zeigt eine Form in geöffneter Stellung, die nach einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens verwendet werden kann.
Fig. 39 zeigt die Form in geschlossener Stellung, die bei der zweiten Ausführungsform des Verfahrens eingesetzt wird.
Fig. 40 zeigt eine vergrößerte Draufsicht der Kombination aus starrem Zahnabschnitt und Werkzeug gemäß der zweiten Ausführungsform des Verfahrens.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Fig. 1 und 3 zeigen eine erste Ausführungsform des Verbundzahnrads gemäß der vorliegenden Erfindung. In den Fig. 1 und 3 weist das Verbundzahnrad 10 eine erste Schicht 12 aus einem thermoplastischen Material, eine zweite Schicht 14 aus einem thermoplastischen Material und einen Körperabschnitt 16 auf, der vorzugsweise aus zwei gestanzten Stahlplatten 18 und 20 besteht. Die Schichten 12 und 14 können gleichmäßige oder ungleichmäßige Dicken aufweisen.
An jeder der thermoplastischen Schichten 12 und 14 sind mehrere Zahnabschnitte ausgebildet. Ein vollständiger Verbundzahn 11 des Zahnrads ist in Fig. 6 abgebildet. In Fig. 6 besteht der Verbundzahn 11 aus einem thermoplastischen Zahnabschnitt 22, der am Umfang der ersten Schicht 12 ausgebildet ist, einem thermoplastischen Zahnabschnitt 24, der am Umfang der zweiten Schicht 14 ausgebildet ist, und Zahnabschnitten 26 bzw. 28, die am Umfang der Platten 20 bzw. 18 ausgebildet sind. Jeder der Verbundzähne in dem Verbundzahnrad weist die gleiche Zusammensetzung wie die in Fig. 6 dargestellten Verbundzähne 11 auf.
Wie wieder aus Fig. 1 und 3 erkennbar, weist das Verbundzahnrad 10 außerdem eine Nabe 30 aus einem thermoplastischen Material auf, die so angepaßt ist, daß sie eine Welle (nicht dargestellt) aufnimmt. Bei einer Anwendung der vorliegenden Erfindung ist die Welle eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, und das Zahnrad 10 ist ein im Motor verwendetes Verbund-Nockenwellenrad.
Natürlich kann die vorliegende Erfindung bei den verschiedensten Anwendungen eingesetzt werden und ist nicht auf die Verwendung als Nockenwellenräder beschränkt.
Die vorliegende Erfindung eignet sich jedoch besonders gut für die Verwendung als Nockenwellenräder, da die an den Zähnen des Nockenwellenrades angreifenden Lastdrehmomente unter normalem Betriebsbedingungen relativ mäßig sind. Die Lastdrehmomente können jedoch unter Notfallbedingungen, die zu einem plötzlichen Anhalten des Nockenwellenrades führen, beträchtlich ansteigen.
Fig. 2 zeigt eine der Platten, die zur Ausbildung des Körperabschnitts 16 verwendet werden. In Fig. 2 weist die Platte 20 an ihrem Umfang mehrere Zahnabschnitte 32 auf, die sich in Radialrichtung erstrecken. Die Platte 20 weist ebenso wie die Platte 18 mehrere darin angebrachte Öffnungen 34 auf, wobei die Öffnungen aufeinander ausgerichtet sind, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Öffnungen 34 sind groß genug, um während der Fertigung des Verbundzahnrads 10 ein geschmolzenes thermoplastisches Material aufzunehmen. Das geschmolzene Material, das zur Ausbildung der thermoplastischen Schichten 12 und 14 verwendet wird, tritt durch die Öffnungen 34 hindurch, so daß die Schichten 12 und 14 aneinander sowie an den Platten 18 und 20 des Körperabschnitts 16 verankert werden. Fig. 3 zeigt am besten das erstarrte thermoplastische Material, das innerhalb der Öffnungen 34 angeordnet ist und alle Komponenten aneinander verankert. Die meisten Öffnungen 34 sind in Umfangsnähe der Platten 18 und 20 angeordnet. Einige von den Öffnungen 34 sind jedoch zwischen der Nabe 30 (Fig. 1) und den Zahnradzähnen angeordnet, um die Ausbildung von thermoplastischen Rippen 36 (Fig. 1) zu ermöglichen.
Fig. 4 zeigt Verbundzähne 11 gemäß der vorliegenden Erfindung im Eingriff mit Gegenzähnen 38 eines Gegenrades bei normalem Betrieb unter normalen Lasten. Wie in Fig. 4 dargestellt, kommen die nach außen ragenden thermoplastischen Abschnitte 22a der thermoplastischen Zahnabschnitte 22 bei normalen Lasten mit den entsprechenden Oberflächen 40 von Zähnen 38 in Eingriff, so daß die Metallabschnitte der Verbundzähne 11 mit den Oberflächen 40 nicht wesentlich in Eingriff kommen. Das heißt, die thermoplastischen Abschnitte 22 und 24 der Verbundzähne 11 werden bei normalen Lasten nicht wesentlich zusammengedrückt. Im Vergleich zu den starren Zahnabschnitten 26 und 28 ragen die Zahnabschnitte 22 und 24 um etwa 0,0005 bis 0,004 Zoll nach außen. Die Zahnabschnitte 22 und 24 können um einen größeren Abstand nach außen ragen, aber dann muß das Verbundzahnrad mit Hilfe eines anderen Fertigungsverfahrens als des hier beschriebenen hergestellt werden.
Bei höheren Lasten werden die nach außen ragenden Abschnitte 22a der Zahnabschnitte 22 tatsächlich an den Punkten 22b in Fig. 5 zusammengedrückt. Unter Hochlastbedingungen, wie sie beispielsweise bei einem plötzlichen Anhalten des Zahnrads 10 auftreten, werden die Abschnitte 22a der Zahnabschnitte 22 durch die Kräfte zusammengedrückt, die durch die Gegenzähne 38 auf diese Abschnitte ausgeübt werden. Auf ähnliche Weise wie die Zahnabschnitte 22 ragen die thermoplastischen Zahnabschnitte 24 nach außen und werden zusammengedrückt. Unter diesen Hochlastbedingungen werden die höheren Lastdrehmomente durch die starren Abschnitte der Verbundzähne 11 aufgenommen, nämlich die Zahnabschnitte 28 bzw. 26 der Platten 18 bzw. 20. Die thermoplastischen Zahnabschnitte 22 und 24 werden zusammengedrückt und können sich frei wegbiegen, so daß die höheren Lastdrehmomente durch die Metallzahnabschnitte aufgenommen werden. Da die Metallzahnabschnitte im allgemeinen Lastdrehmomente nur unter anomalen Bedingungen aufnehmen, entwickeln die Verbundzähne ein sehr geringes Geräusch, wenn sie mit den Gegenzähnen 38 unter normalen Betriebsbedingungen ineinandergreifen.
Das in dem Verbundzahnrad verwendete thermoplastische Material ist so gewählt, daß es sich nur unter anomalen Lastbedingungen zusammendrücken läßt und unter normalen Betriebsbedingungen den Lastdrehmomenten standhält. Nylon ist ein bevorzugtes thermoplastisches Material zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung, obwohl auch andere Materialien eingesetzt werden können.
Die Fig. 7 bis 10 betreffen eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundzahnrads. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich in verschiedenen wichtigen Punkten von der oben diskutierten ersten Ausführungsform. Zunächst erstrecken sich die thermoplastischen Zahnabschnitte in der zweiten Ausführungsform von ihrer ersten Schicht bzw. zweiten Schicht nach außen in Richtungen, die parallel zur Längsachse des Nockenrades und der Nockenwelle sind, die durch die Nabe des Nockenrades hindurchgeht. Der Zweck dieses Merkmals ist, zu ermöglichen, daß sich die thermoplastischen Zahnabschnitte unter dem Angriff der Drehmomentkräfte noch stärker verbiegen als bei der ersten Ausführungsform.
Ein zweiter Unterschied zwischen der zweiten Ausführungsform und der ersten Ausführungsform ist, daß die zweite Ausführungsform mehrere radial verlaufende thermoplastische Rippen aufweist, die auf der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet sind, um den thermoplastischen Zahnabschnitten zusätzlichen Halt zu bieten.
Fig. 7 zeigt eine auseinandergezogene Darstellung eines Teils eines Nockenrades nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 7 weist das Nockenrad 42 mehrere an seinem äußeren Umfang angeordnete Verbundzähne 44 auf. Wie am besten in den Fig. 8 und 9 dargestellt, besteht jeder Verbundzahn aus zwei gestanzten Metallplatten 46 und 48 sowie aus einer ersten Schicht 50 und einer zweiten Schicht 52, die beide aus einem thermoplastischen Material bestehen, wie z. B. aus Nylon. Jede der Platten 46 und 48 weist starre Zahnabschnitte auf, die jeweils an ihrem äußeren Umfang angeordnet sind, wie am besten in Fig. 9 dargestellt.
Jede der Schichten 50 und 52 weist thermoplastische Zahnabschnitte 54 bzw. 56 auf, die jeweils an ihrem äußeren Umfang angeordnet sind. Die Zahnabschnitte 54 bzw. 56 erstrecken sich von ihren entsprechenden Schichten 50 bzw. 56 in Axialrichtung nach außen, d. h. in einer Richtung, die parallel zu der (nicht dargestellten) Welle ist, die in der Nabe des Nockenrades angeordnet ist (Fig. 1). Die thermoplastischen Zahnabschnitte 54 und 56 erstrecken sich außerdem von den starren Zahnabschnitten in Radialrichtung und in Umfangsrichtung nach außen, wie oben in Verbindung mit der ersten Ausführungsform erörtert wurde.
Der Zweck der Ausdehnung der Zahnabschnitte 54 und 56 in Axialrichtung besteht darin, zu ermöglichen, daß sich die Zahnabschnitte unter dem Angriff von Drehmomentkräften stärker verbiegen. Unter ungewöhnlich hohen Drehmomentkräften können sich die Zahnabschnitte 54 und 56 leichter in Axialrichtung verbiegen als bei der ersten Ausführungsform, wodurch ermöglicht wird, daß die höheren Lastkräfte durch die starren Zahnabschnitte der Platten 46 und 48 aufgenommen werden.
Wie gleichfalls in Fig. 7 dargestellt, weist die zweite Ausführungsform mehrere radial verlaufende Rippen 58 auf, die für einen zusätzlichen Halt für die vertieften bzw. Kehlabschnitte 60 der thermoplastischen Zahnabschnitte sorgen. Die Rippen 58 sind vorzugsweise sowohl auf der ersten Schicht 50 als auch auf der zweiten Schicht 52 angebracht, wodurch sie die Kehlabschnitte sowohl der ersten Schicht als auch der zweiten Schicht unterstützen.
Die Fig. 11 und 12 zeigen ebenfalls Verbundzähne 62 gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie am besten in Fig. 12 dargestellt, weist jeder der Verbundzähne 62 zwei starre Zahnabschnitte 64 und 66, eine erste Schicht 68 aus einem thermoplastischen Material und eine zweite Schicht 70 aus einem thermoplastischen Material auf. Es kann eine andere Anzahl von starren Zahnabschnitten verwendet werden, wie z. B. einer, drei oder mehr. Jeder der starren Zahnabschnitte geht von einer starren Platte oder Lamelle aus, wie oben diskutiert. Wie am besten in Fig. 12 dargestellt, ragt jeder der thermoplastischen Zahnabschnitte 68a und 70a gegenüber den starren Zahnabschnitten 64 und 66 in Umfangsrichtung nach außen.
Der Anmelder hat entdeckt, daß das erfindungsgemäße Verbundzahnrad nicht mit Standardwerkzeugen gefertigt werden kann, ohne die starren Zahnabschnitte 64 und 66 zu überformen, wenn die Schichten 68a und 70a sowie die thermoplastischen Zahnabschnitte 68A und 70A geformt werden. Wenn keine Spezialwerkzeuge und -verfahren verwendet werden, fließt das thermoplastische Material einfach über die starren Zahnabschnitte 64 und 66 und macht dadurch den Vorteil der vorliegenden Erfindung zunichte, nämlich daß die thermoplastischen Zahnabschnitte in Radialrichtung und in Umfangsrichtung nach außen ragen, um bei normalem Einsatz des Zahnrades Kräfte aufzunehmen. Wie aus Fig. 12 erkennbar, muß das zur Herstellung des Verbundzahnrades eingesetzte Werkzeug selbst Werkzeugzähne mit ungewöhnlichen Profilen aufweisen, um die Form der Zähne 62 an dem Verbundzahnrad zu erzielen.
Die Fig. 13 bis 28 stellen das Verfahren und die Vorrichtung dar, die zur Fertigung dieser einzigartigen Werkzeugbestückung eingesetzt werden. Das Verfahren beginnt, wie in Fig. 13 dargestellt, mit einer Platte 72, in der eine Öffnung 74 angebracht ist. Wie in Fig. 14 dargestellt, wird in Verbindung mit der Öffnung eine Elektroerosionsvorrichtung eingesetzt. Die Elektroerosionsvorrichtung weist eine erste Elektrode 76, eine zweite Elektrode 78 und einen zwischen den Elektroden 76 und 78 angeschlossenen Metalldraht 80 auf. Wie dem Fachmann bekannt, wird durch den Draht ein Strom geleitet, und der Draht wird so bewegt, daß ein Hohlraum 82 (Fig. 15) entsteht, der teilweise durch eine Fläche 84 mit mehreren darin grob ausgebildeten Werkzeugzähnen 86 begrenzt wird.
Im nächsten Schritt, der in Fig. 16 abgebildet ist, wird eine Graphitelektrode 88 in einer ersten Richtung durch den Hohlraum 82 und die Platte 72 geführt. Wie in Fig. 17 dargestellt, wird die Graphitelektrode 88 dann in umgekehrter Richtung durch den Hohlraum 82 zurückgezogen. Fig. 18 zeigt die im Hohlraum 82 angeordnete Elektrode 88, wobei die Elektrode eine Außenfläche aufweist, an der sich Elektrodenzähne 88a befinden, die annähernd die gleiche Form wie die grob geformten Werkzeugzähne 86 aufweisen. Wie in Fig. 18 dargestellt, weist jeder der grob geformten Werkzeugzähne 86 zwei gegenüberliegende Zentriervorsprünge 90 auf, die von einer Außenfläche 86a der Werkzeugzähne 86 ausgehen. Die Zentriervorsprünge dienen zum Zentrieren der starren Körperabschnitte des Verbundzahnrads während des Zahnradfertigungsprozesses, wie weiter unten ausführlicher diskutiert wird.
Wie am besten in Fig. 19 dargestellt, ist der Zwischenraum 89 zwischen dem Werkzeug 72 und dem Elektrodenzahn 88a in der Nähe des Fußes des Werkzeugzahns 86 sehr klein. Andererseits ist der Zwischenraum 91 zwischen dem Werkzeug 72 und dem Elektrodenzahn 88a in der Nähe der Zentriervorsprünge 90 erheblich größer, wie am besten in Fig. 20 dargestellt.
Um das in Fig. 12 abgebildete Verbundzahnprofil zu erzielen, müssen die Zähne der Werkzeugs 72 ein entsprechendes Profil aufweisen. Dieses Werkzeugzahnprofil wird mit Hilfe der Schritte erzeugt, die nachstehend in Verbindung mit den Abb. 21 bis 28 dargestellt und beschrieben werden.
Der nächste Schritt nach dem Schritt 17 besteht in einer kreisenden Bewegung der Elektrode 88 in einem ersten oder oberen Abschnitt des Werkzeughohlraums 82, um einen ersten Seitenabschnitt 92 der Werkzeugzähne zu erzeugen. Siehe dazu Fig. 21. Im nächsten Schritt, der in Fig. 22 abgebildet ist, wird dann die Elektrode 88 durch den Hohlraum 82 geführt und in einem zweiten oder unteren Abschnitt des Hohlraums in kreisende Bewegung versetzt, um einen zweiten Seitenabschnitt 94 der Werkzeugzähne zu erzeugen. In Fig. 23 ist die Graphitelektrode 88 in der Anordnung zwischen zwei benachbarten Werkzeugzähnen 86 dargestellt.
Fig. 24 zeigt eine seitliche Schnittansicht entlang der Linie 24-24 von Fig. 23, die den Elektrodenzahn 88a sowohl in der ersten oder oberen Position (Fig. 21) als auch in der zweiten oder unteren Position (Fig. 22) darstellt. Wenn sich der Elektrodenzahn 88a in der oberen Position befindet und in kreisende Bewegung versetzt wird, wie in Fig. 21 dargestellt, erzeugt er einen ersten Seitenabschnitt 92 des Werkzeugzahns 86. Wenn sich die Elektrode 88 in der zweiten Position befindet, erzeugt sie einen zweiten Seitenabschnitt 84 des Werkzeugzahns 86. Das entstehende Profil des Werkzeugzahns 86 sieht so aus, daß der Werkzeugzahn zwei Seitenabschnitte 92 und 94 und einen dazwischenliegenden Mittelabschnitt 96 aufweist, das in Umfangsrichtung um etwa 0,001 bis 0,007 Zoll größer ist als die ersten und zweiten Profile 92 bzw. 94. Dieses Werkzeugzahnprofil, das aus den Abschnitten 92, 94 und 96 besteht, ist im allgemeinen komplementär zu dem in Fig. 12 dargestellten Verbundzahnprofil.
Wie in Fig. 25 dargestellt, ist zwischen den Zentriervorsprüngen 90 am Werkzeugzahn 86 und dem Elektrodenzahn 88a ein beträchtlicher Zwischenraum vorhanden, ungeachtet dessen, ob sich der Elektrodenzahn in der oberen oder unteren Position befindet. Folglich verändert die Elektrode nicht die Form der Zentriervorsprünge 90.
Die Form der Zentriervorsprünge wird jedoch durch Verwendung einer zweiten Graphitelektrode 100 verändert, wie in den Fig. 26 bis 28 dargestellt. In den Fig. 26 bis 28 wird die zweite Graphitelektrode 100 so in den Werkzeughohlraum 82 abgesenkt, daß die abgestumpften Elektrodenzahnabschnitte 100a in Eingriff mit den Zentriervorsprüngen 90 kommen (Fig. 27 und 28). Als Ergebnis erzeugt die Elektrode, die nicht in kreisende Bewegung versetzt wird, Führungsflächen 90a an den Zentriervorsprüngen 90, die dazu dienen, die starren Metallzahnabschnitte während des Formprozesses des Verbundzahnrads in den Werkzeughohlraum einzuführen, wie weiter unten diskutiert wird. Auf diese Weise wird die genaue Position der starren Körperteile des Verbundzahnrads vor dem Formen durch die kegelförmigen Zentriervorsprünge zentriert und festgelegt, um sicherzustellen, daß der Abstand zwischen den starren Zahnabschnitten und den Werkzeugzahnabschnitten ein Überformen der Metallzahnabschnitte verhindert, wenn das thermoplastische Material in die Form fließt.
Die Fig. 29 bis 40 beziehen sich auf das Verfahren, das zum Formen des erfindungsgemäßen Verbundzahnrads angewandt wird.
In Fig. 29 besteht die Form aus einem ersten Formabschnitt 102, einem zweiten Formabschnitt 104 und dem Werkzeug 72. Die starren Körperabschnitte oder Lamellen 65 und 67 werden in das Werkzeug 72 eingesetzt und durch den Formabschnitt 102 in Position gedrückt. In Fig. 30 ist die Form in geschlossener Stellung mit den eingesetzten starren Körperabschnitten dargestellt. Die starren Körperabschnitte werden durch kegelförmige Zentriervorsprünge 90 in die richtige Position geführt (Fig. 31). Wie in Fig. 31 dargestellt, erstrecken sich die kegelförmigen Zentriervorsprünge 90 von der Außenfläche der Werkzeugzähne 86 und kommen in Eingriff mit den starren Zahnabschnitten 64 und 66, um die Metallamellen zu zentrieren. Bei richtiger Zentrierung besteht zwischen den starren Zahnabschnitten 64 und 66 einerseits und der Platte 72 oder den Werkzeugzahnabschnitten 86 andererseits ein Spalt 106 von etwa 0,0127 bis 0,1016 mm (0,0005 bis 0,004 Zoll), vorzugsweise von 0,050 mm (0,002 Zoll), außer in der Nähe der Zentriervorsprünge 90. Dieser Spalt wird weiter unten ausführlicher diskutiert.
Die Fig. 32, 32A, 34, 34A, 36 und 36A zeigen alle die starren Körperabschnitte in der Form in einem von den Zentriervorsprüngen 90 entfernten Bereich. Die Fig. 33, 35 und 37 zeigen die Position der starren Körperabschnitte an den Zentriervorsprüngen.
Fig. 32 zeigt eine seitliche Schnittansicht der starren Körperabschnitte, die im Hohlraum 82 des Werkzeugs 72 angeordnet sind. Der Spalt 106 ist in Fig. 32 abgebildet und ist deutlicher in Fig. 32A dargestellt. Der Spalt 106 ist der Abstand zwischen den starren Körperabschnitten einerseits und dem Mittelabschnitt 96 des Werkzeugzahns 86 andererseits. Wie am besten in Fig. 32A dargestellt, ist der Mittelabschnitt 96 größer als die Seitenabschnitte 92 und 94 (Fig. 32) jedes Werkzeugzahns. Außerdem weist das Werkzeugzahnprofil einen Übergangsabschnitt 108 zwischen dem Seitenabschnitt 92 und dem Mittelabschnitt 96 sowie einen Übergangsabschnitt 110 zwischen dem Seitenabschnitt 94 und dem Mittelabschnitt 96 auf (Fig. 32). Wie in Fig. 32A dargestellt, ist die Oberfläche des Übergangsabschnitts 108 abgewinkelt und bildet einen Winkel 111 von etwa 20º zur Ebene P. Der Übergangsabschnitt 110 bildet entsprechend einen Winkel von etwa 20º zur Ebene P. Wie wieder aus Fig. 32A erkennbar, ragt der Mittelabschnitt 96 in Umfangsrichtung um einen Abstand D von 0,0254 bis 0,1778 mm (0,001 bis 0,007 Zoll) (vorzugsweise von etwa 0,1016 mm (0,004 Zoll)) über die ersten und zweiten Seitenabschnitte 92 und 94 hinaus (Fig. 32).
Wie in Fig. 33 dargestellt, stoßen die starren Zahnabschnitte 64 und 66 an die Zentriervorsprünge 90 an, wenn die starren Körperabschnitte in die Form eingebracht werden. Das heißt, zwischen den Zentriervorsprüngen an den Werkzeugzähnen und den starren Körperabschnitten 64 und 66 des Verbundzahnrads befindet sich kein wesentlicher Spalt. Die kegelförmige Fläche 90a des Zentriervorsprungs 90 (Fig. 33) steht etwas weniger hervor als der übrige Zentriervorsprung. Die starren Metallkörperabschnitte werden aus der oberen Richtung in Fig. 33 in die Form eingebracht und entlang der Fläche 90a in die richtige Position geführt.
Die Fig. 34 bzw. 35 zeigen den nächsten Schritt im Formverfahren in Bereichen, die von den Zentriervorsprüngen entfernt bzw. diesen benachbart sind. In Fig. 34 fließt geschmolzenes thermoplastisches Material auf den beiden an die Metallzahnabschnitte 64 und 66 angrenzenden Seiten, um einen ersten thermoplastischen Zahnabschnitt 112 und einen zweiten thermoplastischen Zahnabschnitt 114 zu erzeugen. Das thermoplastische Material kann jedoch nicht in den relativ kleinen Spalt 106 zwischen dem Mittelabschnitt 96 des Werkzeugzahns und den starren Zahnabschnitten 64 und 66 des Verbundzahnrads fließen. Auf diese Weise wird ein Überformen der starren Zahnabschnitte verhindert.
Fig. 34A zeigt eine vergrößerte Darstellung von Fig. 34, die den Spalt 106 zwischen dem Mittelabschnitt 96 des Werkzeugzahns einerseits und den Zahnabschnitten 64 und 66 des starren Körpers andererseits deutlicher darstellt. Wie in Fig. 34A abgebildet, tritt zwischen dem geschmolzenen thermoplastischen Material und dem Werkzeugzahn 86 auf gegenüberliegenden Seiten der starren Werkzeugzahnabschnitte 64 und 66 kein Spalt auf.
Im Bereich in der Nähe des Zentriervorsprungs 90, wie in Fig. 35 abgebildet, wird das Überformen verhindert, da zwischen dem Zentriervorsprung 90 einerseits und den starren Zahnabschnitten 64 und 66 andererseits kein wesentlicher Spalt auftritt.
Die Fig. 36 und 37 zeigen das Formverfahren, nachdem das thermoplastische Material erstarrt ist und sich durch Schrumpfung vom Werkzeug gelöst hat. Fig. 36 zeigt eine Schnittansicht in einem von den Zentriervorsprüngen entfernten Bereich, während Fig. 37 eine seitliche Schnittansicht in der Nähe des Zentriervorsprungs zeigt.
In den Fig. 36 und 36A haben sich die thermoplastischen Schichten 112 und 114 durch Schrumpfung von den Seitenabschnitten 92 bzw. 94 des Werkzeugs 72 gelöst, so daß dort jetzt ein Spalt von etwa 0,002 Zoll zwischen den thermoplastischen Zahnabschnitten 112 und 114 einerseits und den Seitenabschnitten 92 und 94 andererseits vorhanden ist. Der Spalt 106 zwischen dem Mittelabschnitt 96 und dem starren Zahnabschnitten 64 und 66 bleibt der gleiche. Die Spalte 116 und 118, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Spalts 106 befinden und an den Spalt 106 angrenzen, sind jedoch um einen Abstand 107 von etwa 0,0508 mm (0,002 Zoll) größer als der Spalt 106 und liegen in der Größenordnung von etwa 0,1016 mm (0,004 Zoll).
Wie in Fig. 37 dargestellt, ist zwischen dem Zentriervorsprung 90 einerseits und den starren Metallabschnitten 64 und 66 andererseits kein wesentlicher Spalt vorhanden. Es ist jedoch ein Spalt 120 von etwa 0,0508 mm (0,002 Zoll) zwischen den thermoplastischen Zahnabschnitten 112 und 114 einerseits und dem Werkzeugzahn 86 andererseits vorhanden.
Die Fig. 38 bis 40 beziehen sich auf eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens für ein Verbundzahnrad. In Fig. 38 ist die Formbaugruppe nach der zweiten Ausführungsform in geöffneter Stellung dargestellt. In Fig. 38 besteht die Formbaugruppe aus einem oberen Formabschnitt 122, einem unteren Formabschnitt 124 und einem Werkzeug 72a. Das Werkzeug 72a ist ähnlich dem Werkzeug 72, außer daß im Werkzeug 72a jeder Werkzeugzahn 86a (Fig. 40) nur einen einzigen Zentriervorsprung 90b statt der zwei Zentriervorsprünge in der ersten Ausführungsform aufweisen kann. Natürlich können zwei Zentriervorsprünge verwendet werden. Außerdem sind die Zentriervorsprünge 90b nicht kegelförmig, wie in der ersten Ausführungsform.
Wie wieder aus Fig. 3ß erkennbar, werden die starren Körperabschnitte 65 und 67 auf den zweiten Formabschnitt 124 aufgelegt. Die Form wird wie zuvor geschlossen, wie in Fig. 39 dargestellt. Die relative Position der Form bezüglich der starren Körperabschnitte 65 und 67 wird dann verändert, indem entweder die Formabschnitte 122 und 124 gedreht oder die Körperabschnitte 65 und 67 innerhalb der geschlossenen Form gedreht werden. Im einen wie im anderen Fall werden die Körperabschnitte 65 und 66 gedreht, bis sie an die Zentriervorsprünge 90b anstoßen. Auf diese Weise wird der Spalt 106 zwischen den starren Zahnabschnitten 64 und 66 einerseits und dem Werkzeug 72a andererseits genau festgelegt, um ein Überformen der starren Zahnabschnitte 64 und 66 während des Formverfahrens zu verhindern.
Die hier vorgesehenen Spaltgrößen und Abstände, wie z. B. der Spalt 106, werden zwar bevorzugt, aber es versteht sich, daß andere Spaltgrößen und Abstände verwendet werden können, ohne vom Grundgedanken und vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Präzise gesagt, der Spalt 106 zwischen den starren Körperabschnitten einerseits und dem Werkzeug andererseits sollte von einer solchen Größe sein, daß das Überformen der starren Metallabschnitte während des Formverfahrens verhindert wird. Die Spaltgröße kann in Abhängigkeit von der Natur des thermoplastischen Materials sowie in Abhängigkeit von anderen Faktoren variieren. Außerdem kann auch der Betrag, um den die thermoplastischen Abschnitte der Verbundzähne in Umfangsrichtung und in radialer Richtung größer sind als die starren Metallzahnabschnitte, sich von den hier vorgesehenen Werten unterscheiden, ohne vom Grundgedanken und vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, daß der Zweck der größeren thermoplastischen Zahnabschnitte der Verbundzähne darin besteht, relativ kleine Lastdrehmomente während des normalen Betriebs der Vorrichtung aufzunehmen und gleichzeitig bei plötzlichem Anfahren und Stoppen zu ermöglichen, daß die thermoplastischen Abschnitte zusammengedrückt werden, so daß das Hauptzahnrad mit den starren Zahnabschnitten in Eingriff kommt. Die tatsächlichen Werte können sich in Abhängigkeit von mehreren Faktoren unterscheiden, zu denen die angreifenden Drehmomente, die verwendeten Materialien und andere Faktoren gehören.
Daher beziehen sich die obige Beschreibung und die Zeichnungen auf bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, es versteht sich aber, daß andere Ausführungsformen verwendet werden können, ohne vom Grundgedanken und vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Erfindung ist daher nur durch die nachstehenden Patentansprüche zu beschränken.

Claims

1. Verbundzahnrad (10), das aufweist: einen starren Körper (16) mit mindestens einer Schichtung, der an seinem Umfang starre Zahnabschnitte (26, 28) und in dem Körper mehrere Öffnungen (34) aufweist und der einander gegenüberliegende erste und zweite Seiten aufweist; eine erste Schicht aus einem thermoplastischen Material, die auf der ersten Seite der starren Zahnabschnitte (26, 28) formgepreßt ist, wobei die erste Schicht (12) erste kompressible Zahnabschnitte aufweist, die an die starren Zahnabschnitte (26, 28) angrenzen; und eine zweite Schicht (14) aus dem thermoplastischen Material, die auf der zweiten Seite der starren Zahnabschnitte (26, 28) formgepreßt ist und durch thermoplastisches Material, das durch die Öffnungen (34) fließt, an der ersten Schicht (12) verankert wird, wobei die zweite Schicht (14) zweite kompressible Zahnabschnitte (24) aufweist, die an die starren Zahnabschnitte (26, 28) angrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten kompressiblen Zahnabschnitte (22) und die zweiten kompressiblen Zahnabschnitte (24) so geformt sind, daß sie sich von den starren Zahnabschnitten (26, 28) in Umfangsrichtung des Zahnrads (10) über eine Distanz nach außen erstrecken, die so gewählt ist, daß ein Überformen der starren Zahnabschnitte (26, 28) durch das thermoplastische Material verhindert wird.

2. Verbundzahnrad (10) nach Anspruch 1, wobei der Körper (16) mindestens eine Schichtung (18, 20) aus einem Metall aufweist.

3. Verbundzahnrad nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine Schichtung (18, 20) eine gestanzte Stahlplatte aufweist.

4. Verbundzahnrad (10) nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Material so ausgewählt ist, daß die ersten kompressiblen Zahnabschnitte (22) und die zweiten kompressiblen Zahnabschnitte (24) nur unter ungewöhnlich hohen Belastungskräften wesentlich komprimiert werden.

5. Verbundzahnrad nach Anspruch 4, wobei das thermoplastische Material Nylon ist.

6. Verbundzahnrad nach Anspruch 1, wobei sich die ersten kompressiblen Zahnabschnitte (22) und die zweiten kompressiblen Zahnabschnitte (24) von der ersten Schicht (12) bzw. der zweiten Schicht (14) in axialer Richtung des Zahnrads (10) nach außen erstrecken.

7. Verbundzahnrad nach Anspruch 1, das ferner aufweist: mehrere radial verlaufende thermoplastische Rippen (58), die auf der ersten Schicht (12) angeordnet sind.

8. Verbundzahnrad nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht (12) und die zweite Schicht (14) ungleichmäßige Dicken aufweisen.

9. Verbundzahnrad nach Anspruch 1, wobei die ersten kompressiblen Zahnabschnitte (22) und die zweiten kompressiblen Zahnabschnitte (24) sich von der ersten Schicht (12) bzw. der zweiten Schicht (14) in radialer Richtung des Zahnrads (10) nach außen erstrecken.

10. Verbundzahnrad (10) nach Anspruch 1, wobei der Körper (16) mehrere starre Platten (18, 20) mit ausgerichteten Öffnungen (34) darin aufweist, die das thermoplastische Material zum Verankern der ersten (12) und der zweiten Schicht (24) aneinander und an den Platten (18, 20) aufnehmen.

11. Verfahren zur Herstellung eines Verbundzahnrades, wobei das Zahnrad mehrere Zähne (11) aufweist, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Werkzeugs mit einem Hohlraum, der teilweise durch eine Oberfläche (84) begrenzt wird, wobei die Oberfläche (84) mehrere darin abgegrenzte Werkzeugzähne (86) aufweist, wobei mindestens einige der Werkzeugzähne (86) einen Mittelabschnitt (96) und zwei Seitenabschnitte (92, 94) an gegenüberliegenden Seiten des Mittelabschnitts (96) aufweisen; Bereitstellen eines starren Körpers (16) mit starren Zahnabschnitten an seinem Umfang, wobei die Zahnabschnitte (26, 28) gegenüberliegende erste und zweite Seiten aufweisen; Anordnen des starren Körpers (16) in dem Hohlraum (82); Fließenlassen eines thermoplastischen Materials auf der ersten Seite des starren Körpers (16) angrenzend an den ersten Seitenabschnitt (94) der Werkzeugzähne (86); und Fließenlassen eines thermoplastischen Materials auf der zweiten Seite des starren Körpers (16) angrenzend an den zweiten Seitenabschnitt (94) der Werkzeugzähne (86); dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabschnitt in einer Umfangsrichtung größer ist als die Seitenabschnitte (92, 94), so daß im wesentlichen kein thermoplastisches Material in irgendwelche Zwischenräume zwischen den Zahnabschnitten (26, 28) und den Mittelabschnitten (96) der Werkzeugzähne (86) fließt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Werkzeugbereitstellungsschritt ferner aufweist: Ausbilden mindestens eines Zentriervorsprungs (90) an mindestens einem der Werkzeugzähne (86).

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt zum Bereitstellen des starren Körpers ferner aufweist: Ausbilden von mehreren Öffnungen (34) in dem starren Körperabschnitt (16), durch die das thermoplastische Material fließen kann.

14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Werkzeugbereitstellungsschritt aufweist: Ausbilden von mehreren Mittelabschnitten (96), so daß die Mittelabschnitte (96) in der Umfangsrichtung um 0,0254 bis 0,1778 mm (0,001 bis 0,007 Zoll) größer als die Seitenabschnitte (92, 94) sind.

15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Anordnungsschritt aufweist:

Ausbilden mindestens eines Zentriervorsprungs (90) auf der Oberfläche; und

Zentrieren des starren Körpers (16) in dem Werkzeug mit Hilfe des Zentriervorsprungs (90).

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt zum Ausbilden des Vorsprungs aufweist: Ausbilden mindestens eines Zentriervorsprungs (90) an jedem der Werkzeugzähne (86).

17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Zentrierschritt aufweist: Ändern der relativen Position des Werkzeugs und des starren Körpers (16) in Bezug aufeinander, nachdem der starre Körper (16) in dem Hohlraum (82) angeordnet ist, so daß der starre Körper (16) mit dem mindestens einen Zentriervorsprung in Eingriff kommt.

18. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner aufweist: Anbringen, nach dem Anordnungsschritt, der ersten und zweiten Formglieder (122, 124) auf den ersten und zweiten Seiten des starren Körpers (16), wobei die ersten und zweiten Formglieder (122, 124) und das Werkzeug die Zwischenräume begrenzen, in die das thermoplastische Material während der Fließschritte fließt.