WO2021160350A1 - Zahnrad und verfahren zur herstellung eines zahnrads - Google Patents

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WO2021160350A1
WO2021160350A1 PCT/EP2021/050152 EP2021050152W WO2021160350A1 WO 2021160350 A1 WO2021160350 A1 WO 2021160350A1 EP 2021050152 W EP2021050152 W EP 2021050152W WO 2021160350 A1 WO2021160350 A1 WO 2021160350A1
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WO
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ring structure
gear
filling
ring
metallic material
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/050152
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Fischer
Torsten Doll
Markus Feigl
Hendrik JAHNLE
Jan Tremel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/06—Use of materials; Use of treatments of toothed members or worms to affect their intrinsic material properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/06—Use of materials; Use of treatments of toothed members or worms to affect their intrinsic material properties
    • F16H2055/065—Moulded gears, e.g. inserts therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/0006—Vibration-damping or noise reducing means specially adapted for gearings

Definitions

  • the invention relates to a gear comprising a first ring structure, a second ring structure and a filling structure.
  • the invention also relates to a method for producing the gear and a device comprising the gear.
  • Electric drives especially for vehicles, can be supplied with energy from various energy sources.
  • batteries and fuel cells are known.
  • Batteries are characterized by high dynamics, low charging and discharging losses and the possibility of energy recovery.
  • PEM fuel cells Polymer electrolyte fuel cells, which are also referred to as PEM fuel cells or PEMFCs, are known as fuel cells.
  • Solid oxide fuel cells which are also referred to as SOFC fuel cells, are also described.
  • an internal combustion engine can be dispensed with in electromobility, electrically powered vehicles such as passenger cars (passenger cars), commercial vehicles (commercial vehicles) or buses are significantly quieter than vehicles with internal combustion engines.
  • gears Some components in vehicle construction include transmissions that have gears.
  • the base bodies of the gears are usually produced by casting, milling or turning metal.
  • the teeth of the gears are then shaped by slotting, milling or wire EDM.
  • the geometry of the gears results in a rigid construction.
  • a metallic noise is created which is amplified by the rigid or rigidly constructed gearwheels.
  • Metallic gears in particular act like a sound body and continue to amplify the noise.
  • DE 102014210253 A1 describes a gear for a height-adjustable shelf. A method is shown in which a drive shaft is operated and a rotational movement is transmitted from the drive shaft to a gearwheel.
  • DE 103 26819 A1 is directed to a gearwheel for a steering system transmission.
  • the gear can be used in worm gears or helical gears and in steering systems, in particular in power steering systems, for a motor vehicle.
  • EP 3502 190 A1 relates to an abrasion-resistant polyamide molding compound which can be used as a coating for gear wheels, bearing shells, guide bushings or bearing housings for gears.
  • a gear wheel comprising a first ring structure, a second ring structure and a filling structure, the first ring structure, the second ring structure and the filling structure being arranged concentrically and the Filling structure is arranged between the first ring structure and the second ring structure and wherein the first ring structure and the second ring structure are made of a metallic material and the filling structure is made of a plastic material.
  • the first ring structure, the second ring structure and / or the filling structure being produced and / or cast using an additive method.
  • the first ring structure and the second ring structure are preferably produced using an additive process.
  • the filling structure is preferably cast.
  • the first ring structure and / or the second ring structure can alternatively also be produced by machining or wire EDM.
  • the invention is also directed to an apparatus comprising the gear.
  • the device is preferably an electric drive unit for a vehicle, a parking lock for a vehicle, an electric tool or a household appliance.
  • the device is also preferably a parking lock for an, in particular exclusively, electrically driven vehicle.
  • the first ring structure is preferably an outer ring structure and the second ring structure is preferably an inner ring structure of the gear.
  • the first ring structure preferably has a first diameter and the second ring structure has a second diameter. The first diameter is more preferably larger than the second diameter.
  • the filling structure is preferably designed in the form of a disk, in particular with a central hole. More preferably, the filling structure has a third diameter that is larger than the second diameter and smaller than the first diameter.
  • the diameter is understood to mean, in particular, an average diameter.
  • a cavity is preferably located between the first ring structure and the second ring structure, in which the filling structure is arranged and which, in particular, is filled by the filling structure.
  • the first ring structure and the second ring structure are preferably made of the metallic material.
  • the metallic material is in particular a metal, a metal alloy or an intermetallic compound.
  • the filling structure further preferably consists of the plastic material.
  • the plastic material is in particular a plastic or a mixture containing at least one plastic.
  • the metallic material steel and / or the plastic material preferably contain caprolactam. More preferably, the metallic material consists of steel and / or the plastic material consists of caprolactam.
  • Caprolactam is a raw material for the production of polyamide 6, which is also known as perlon.
  • the plastic material can contain a mixture of caprolactam and another component, such as an elastomer. This leads to a further improved noise-dampening property.
  • the first ring structure preferably has a first outer circumference and a first inner circumference.
  • the second ring structure preferably has a second outer circumference and a second inner circumference.
  • the first ring structure preferably has teeth on the first outer circumference for engaging a further, in particular adjacent, gearwheel for power transmission.
  • the teeth preferably comprise the metallic material, more preferably the teeth consist of the metallic material.
  • the second ring structure in particular on the second inner circumference, preferably has an inner opening for receiving a shaft.
  • the inner opening of the second ring structure is preferably a bore and the shaft is preferably a gear shaft.
  • the first ring structure and the second ring structure are preferably first produced by means of the additive process, such as 3D printing, then optionally aligned with one another and then the cavity between the first ring structure and the second ring structure is filled with the plastic material .
  • the 3D printing gives the first ring structure and the second ring structure a rough surface, whereby a form-fitting connection is preferably formed between the plastic material and the first ring structure and / or the second ring structure. Due to the rough surface, thin plastic materials can also be used. After pouring, the plastic material is preferably hardened. The gear is then reworked and balanced if necessary.
  • the first ring structure and the second ring structure are connected by connecting structures made of the metallic material, the connecting structures each having a wall thickness of less than 3.5 mm.
  • the wall thickness is more preferably in a range from 0.2 mm to 3 mm.
  • the rigidity of the connection structures can be set by choosing the wall thickness.
  • connection structures are arranged in particular in the cavity.
  • the first inner circumference of the first ring structure and the second outer circumference of the second ring structure are preferably connected to one another by the connecting structures.
  • the connection structures are more preferably arranged in the filling structure.
  • connection structures can also be referred to as a bionic inner contour.
  • the connecting structures depict shapes made of, for example, honeycombs, human bones and / or corals.
  • connection structures are preferably produced using an additive manufacturing process such as 3D printing and can be designed flexibly.
  • the cavity between the first ring structure and the second ring structure, in which the connection structures are already present is preferably filled with the plastic material. Since the first ring structure and the second ring structure are already aligned with one another by the connecting structures, alignment can be dispensed with here when pouring.
  • connection structures can each have a closing first and second cover, which are each essentially orthogonal to a Shaft axis are arranged so that a closed inner contour is formed.
  • a pouring device can be dispensed with due to the first and second lid and the closed inner contour, comprising the connecting structures and the first and second lid, can be poured directly with the plastic material.
  • the first ring structure and the second ring structure are separated from one another by the filling structure.
  • the first ring structure and the second ring structure in this embodiment have no connection made of the metallic material.
  • the first inner circumference of the first ring structure and / or the second outer circumference of the second ring structure is preferably completely covered by the filling structure, in particular by the plastic material.
  • the first ring structure on the first inner circumference and / or the second ring structure on the second outer circumference preferably have projections which can also be referred to as bulges, pegs or drivers.
  • the projections can positively transmit forces between the filling structure and the first ring structure and / or the second ring structure.
  • the filling structure preferably has indentations which can also be referred to as notches or recesses and which, in particular, correspond to the projections in terms of their shape.
  • the projections preferably comprise the metallic material, more preferably the projections consist of the metallic material.
  • the projections are in particular T-shaped, which leads to an enlargement of a contact area between the first ring structure or the second ring structure and the filling structure, so that an interlocking between the first ring structure or the second ring structure and the filling structure is made possible.
  • the combination of the first ring structure and the second ring structure with the filling structure made of the plastic material makes it possible to minimize noises that arise from the operation of the gearwheel.
  • a sound body which is formed by metallic elements of the gear, is interrupted, so that in particular a transmission that has the gear runs more quietly.
  • the geometry, in particular of the filling structure and the circumferences of the first ring structure or the second ring structure surrounding the filling structure can be designed freely. More complex components can be manufactured without additional effort, which leads to higher copy protection.
  • additively manufactured components that is to say the first and second ring structure, a rough surface is produced, which enables a good form-fitting connection with liquid plastic and in particular with the filling structure.
  • Figure 2 shows a gear with a first ring structure, a second ring structure and connecting structures
  • Figure 3 shows a first ring structure and a second ring structure for a gear
  • FIG. 4 shows a gear wheel comprising a first ring structure, a second ring structure and a filling structure.
  • Figure 1 shows schematically several gear wheels 1 according to the prior art.
  • the gears 1 are made entirely of a metallic material 9 and cast.
  • the meshing of the rigid teeth 19 of the gearwheels 1 with one another produces a noise that cannot be dampened by the gearwheels 1 made of the metallic material 9.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a gear wheel 1 which has a first ring structure 3 and a second ring structure 5, which are connected to one another by connecting structures 13.
  • the connecting structures 13 have a small wall thickness 15.
  • the connection structures 13, such as the first ring structure 3 and the second ring structure 5, are made of metallic material 9.
  • a plastic material 11 can be poured between the first ring structure 3 and the second ring structure 5, in particular around the connecting structures 13.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a first ring structure 3 and a second ring structure 5 for a gear wheel 1.
  • the first ring structure 3 has a larger diameter than the second ring structure 5. Furthermore, the first ring structure 3 has a first inner circumference 21 and a first outer circumference 17.
  • the second ring structure 5 has a second outer circumference 23 and an inner opening 27 for receiving a shaft which is enclosed by the second ring structure 5.
  • a cavity 29 is formed between the first ring structure 3 and the second ring structure 5, and the first ring structure 3 has teeth 19 on the first outer circumference 17 which can mesh with an adjacent gear wheel 1.
  • first ring structure 3 on the first inner circumference 21 and the second ring structure 5 on the second outer circumference 23 have projections 25.
  • the projections 25 are T-shaped and protrude into the cavity 29.
  • the first ring structure 3 and the second ring structure 5, including the teeth 19 and the projections 25, consist of the metallic material 9.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a gear wheel 1 which comprises the first ring structure 3 and the second ring structure 5.
  • the cavity 29 is filled here with a plastic material 11 which forms the filling structure 7.
  • the filling structure 7 separates the first ring structure 3 from the second ring structure 5 and encloses the projections 25.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad (1) umfassend eine erste Ringstruktur (3), eine zweite Ringstruktur (5) und eine Füllstruktur (7), wobei die erste Ringstruktur (3), die zweite Ringstruktur (5) und die Füllstruktur (7) konzentrisch angeordnet sind und die Füllstruktur (7) zwischen der ersten Ringstruktur (3) und der zweiten Ringstruktur (5) angeordnet ist und wobei die erste Ringstruktur (3) und die zweite Ringstruktur (5) aus einem metallischen Material (9) gefertigt sind und die Füllstruktur (7) aus einem Kunststoffmaterial (11) gefertigt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Zahnrads (1) und eine Vorrichtung umfassend das Zahnrad (1).

Description

Zahnrad und Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads
Die Erfindung betrifft ein Zahnrad umfassend eine erste Ringstruktur, eine zweite Ringstruktur und eine Füllstruktur. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Zahnrads sowie eine Vorrichtung umfassend das Zahnrad.
Stand der Technik
Elektrische Antriebe, insbesondere von Fahrzeugen, können durch verschiedene Energiequellen mit Energie versorgt werden. Bekannt sind insbesondere Batterien und Brennstoffzellen.
Batterien zeichnen sich durch eine hohe Dynamik, geringe Lade- und Entladeverluste sowie die Möglichkeit der Energierekuperation aus.
Als Brennstoffzellen sind unter anderem Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen, die auch als PEM-Brennstoffzellen oder PEMFCs bezeichnet werden, bekannt. Weiterhin sind Festoxidbrennstoffzellen, die auch als SOFC-Brennstoffzellen bezeichnet werden, beschrieben.
Da in der Elektromobilität auf einen Verbrennungsmotor verzichtet werden kann, sind elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge, wie Personenkraftwagen (PKW), Nutzfahrzeuge (NKW) oder Busse deutlich leiser als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.
Durch den leiseren Betrieb des Antriebs werden andere Geräusche des Fahrzeugs, die im Fährbetrieb entstehen, stärker wahrgenommen und beeinträchtigen das Fahrerlebnis der Fahrzeuginsassen. Daher rückt bei der Entwicklung von Komponenten für elektrisch angetriebene Fahrzeuge die Geräuschentwicklung, die von den im Fahrzeug verbauten Komponenten ausgeht, in den Vordergrund. Es besteht Bedarf an elektrischen Antriebseinheiten, die auch als E-Achse bezeichnet werden, welche eine minimierte Geräuschentwicklung bieten.
Einige Komponenten im Fahrzeugbau umfassen Getriebe, die Zahnräder aufweisen. Insbesondere Grundkörper der Zahnräder werden üblicherweise durch Gießen, Fräsen oder Drehen von Metall hergestellt. Die Zähne der Zahnräder werden dann durch Stoßen, Fräsen oder Drahterodieren geformt.
Durch die Geometrie der Zahnräder ergibt sich eine starre Konstruktion. Beim Abwälzen der einzelnen Zähne verschiedener Zahnräder aufeinander entsteht ein metallisches Geräusch, das durch die starr oder steif konstruierten Zahnräder verstärkt wird. Insbesondere metallische Zahnräder wirken wie ein Klangkörper und verstärken die Geräusche weiterhin.
DE 102014210253 Al beschreibt ein Getriebe für eine in der Höhe verstellbare Ablage. Es ist ein Verfahren dargestellt, bei dem eine Antriebswelle betrieben und eine Rotationsbewegung von der Antriebswelle auf ein Zahnrad übertragen wird.
DE 103 26819 Al ist auf ein Zahnrad für ein Lenksystemgetriebe gerichtet. Das Zahnrad ist in Schneckengetrieben oder Schraubradgetrieben und in Lenksystemen, insbesondere in Servolenksystemen, für ein Kraftfahrzeug einsetzbar.
EP 3502 190 Al hat eine abriebbeständige Polyamid- Formmasse zum Gegenstand, die als Beschichtung von Zahnrädern, Lagerschalen, Führungsbuchsen oder Lagergehäusen für Getriebe verwendet werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Zahnrad vorgeschlagen umfassend eine erste Ringstruktur, eine zweite Ringstruktur und eine Füllstruktur, wobei die erste Ringstruktur, die zweite Ringstruktur und die Füllstruktur konzentrisch angeordnet sind und die Füllstruktur zwischen der ersten Ringstruktur und der zweiten Ringstruktur angeordnet ist und wobei die erste Ringstruktur und die zweite Ringstruktur aus einem metallischen Material gefertigt sind und die Füllstruktur aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist.
Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung des Zahnrads vorgeschlagen, wobei die erste Ringstruktur, die zweite Ringstruktur und/oder die Füllstruktur mit einem additiven Verfahren hergestellt und/oder gegossen werden. Bevorzugt werden die erste Ringstruktur und die zweite Ringstruktur mit einem additiven Verfahren hergestellt. Die Füllstruktur wird bevorzugt gegossen.
Die erste Ringstruktur und/oder die zweite Ringstruktur können alternativ auch durch Spanen oder Drahterodieren hergestellt werden.
Die Erfindung ist auch auf eine Vorrichtung gerichtet, die das Zahnrad umfasst. Die Vorrichtung ist bevorzugt eine elektrische Antriebseinheit für ein Fahrzeug, eine Parksperre für ein Fahrzeug, ein Elektrowerkzeug oder ein Haushaltsgerät. Weiter bevorzugt ist die Vorrichtung eine Parksperre für ein, insbesondere ausschließlich, elektrisch angetriebenes Fahrzeug.
Die erste Ringstruktur ist bevorzugt eine äußere Ringstruktur und die zweite Ringstruktur ist bevorzugt eine innere Ringstruktur des Zahnrads. Bevorzugt weist die erste Ringstruktur einen ersten Durchmesser auf und die zweite Ringstruktur einen zweiten Durchmesser. Der erste Durchmesser ist weiter bevorzugt größer als der zweite Durchmesser.
Die Füllstruktur ist bevorzugt in Form einer Scheibe, insbesondere mit einem mittleren Loch, ausgebildet. Weiter bevorzugt weist die Füllstruktur einen dritten Durchmesser auf, der größer ist als der zweite Durchmesser und kleiner ist als der erste Durchmesser.
Unter dem Durchmesser wird insbesondere ein mittlerer Durchmesser verstanden.
Bevorzugt befindet sich zwischen der ersten Ringstruktur und der zweiten Ringstruktur ein Hohlraum, in dem die Füllstruktur angeordnet ist und der insbesondere von der Füllstruktur ausgefüllt wird. Bevorzugt bestehen die erste Ringstruktur und die zweite Ringstruktur aus dem metallischen Material. Das metallische Material ist insbesondere ein Metall, eine Metalllegierung oder eine intermetallische Verbindung. Weiter bevorzugt besteht die Füllstruktur aus dem Kunststoffmaterial. Das Kunststoffmaterial ist insbesondere ein Kunststoff oder eine Mischung enthaltend mindestens einen Kunststoff.
Bevorzugt enthalten das metallische Material Stahl und/oder das Kunststoffmaterial Caprolactam. Weiter bevorzugt bestehen das metallische Material aus Stahl und/oder das Kunststoffmaterial aus Caprolactam. Caprolactam ist ein Ausgangsstoff für die Herstellung von Polyamid 6, das auch als Perlon bezeichnet wird.
Das Kunststoff material kann eine Mischung aus Caprolactam und einer weiteren Komponente, wie einem Elastomer, enthalten. Dies führt zu einer weiter verbesserten geräuschdämpfenden Eigenschaft.
Die erste Ringstruktur weist bevorzugt einen ersten äußeren Umfang und einen ersten inneren Umfang auf. Die zweite Ringstruktur weist bevorzugt einen zweiten äußeren Umfang und einen zweiten inneren Umfang auf.
Bevorzugt weist die erste Ringstruktur an dem ersten äußeren Umfang Zähne zum Eingriff in ein weiteres, insbesondere benachbartes, Zahnrad zur Kraftübertragung auf. Die Zähne umfassen bevorzugt das metallische Material, weiter bevorzugt bestehen die Zähne aus dem metallischen Material.
Weiterhin weist die zweite Ringstruktur, insbesondere an dem zweiten inneren Umfang, bevorzugt eine innere Öffnung zur Aufnahme einer Welle auf. Die innere Öffnung der zweiten Ringstruktur ist bevorzugt eine Bohrung und die Welle ist bevorzugt eine Getriebewelle.
In dem Verfahren zur Herstellung des Zahnrads werden bevorzugt zunächst die erste Ringstruktur und die zweite Ringstruktur mittels des additiven Verfahrens, wie 3D-Druck, hergestellt, dann gegebenenfalls zueinander ausgerichtet und anschließend wird der Hohlraum zwischen der ersten Ringstruktur und der zweiten Ringstruktur mit dem Kunststoffmaterial ausgegossen. Durch den 3D-Druck erhalten die erste Ringstruktur und die zweite Ringstruktur eine raue Oberfläche, wodurch bevorzugt eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoff material und der ersten Ringstruktur und/oder der zweiten Ringstruktur ausgebildet wird. Durch die raue Oberfläche können auch dünnflüssige Kunststoffmaterialien eingesetzt werden. Nach dem Ausgießen wird das Kunststoffmaterial bevorzugt gehärtet. Anschließend wird das Zahnrad gegebenenfalls nachbearbeitet und ausgewuchtet.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Zahnrads sind die erste Ringstruktur und die zweite Ringstruktur durch Verbindungsstrukturen aus dem metallischen Material verbunden, wobei die Verbindungsstrukturen jeweils eine Wanddicke von weniger als 3,5 mm aufweisen. Die Wanddicke liegt mehr bevorzugt in einem Bereich von 0,2 mm bis 3 mm. Durch die Wahl der Wanddicke kann eine Steifigkeit der Verbindungsstrukturen eingestellt werden.
Die Verbindungsstrukturen sind insbesondere in dem Hohlraum angeordnet. Bevorzugt sind der erste innere Umfang der ersten Ringstruktur und der zweite äußere Umfang der zweiten Ringstruktur durch die Verbindungsstrukturen miteinander verbunden. Weiter bevorzugt sind die Verbindungsstrukturen in der Füllstruktur angeordnet.
Die Verbindungsstrukturen können auch als bionische Innenkontur bezeichnet werden. Insbesondere bilden die Verbindungsstrukturen Formen ab aus zum Beispiel Bienenwaben, menschlichen Knochen und/oder Korallen.
Die Verbindungsstrukturen werden bevorzugt durch ein additives Fertigungsverfahren wie 3D-Druck hergestellt und sind flexibel gestaltbar. Nach Herstellung der Verbindungsstrukturen wird bevorzugt der Hohlraum zwischen der ersten Ringstruktur und der zweiten Ringstruktur, in dem die Verbindungsstrukturen bereits vorliegen, mit dem Kunststoffmaterial ausgegossen. Da die erste Ringstruktur und die zweite Ringstruktur durch die Verbindungsstrukturen bereits zueinander ausgerichtet sind, kann hier beim Ausgießen auf ein Ausrichten verzichtet werden.
Ferner können die Verbindungsstrukturen einen jeweils abschließenden ersten und zweiten Deckel aufweisen, die jeweils im Wesentlichen orthogonal zu einer Wellenachse angeordnet sind, so dass eine geschlossene Innenkontur gebildet wird. Durch den ersten und zweiten Deckel kann auf eine Ausgießvorrichtung verzichtet werden und die geschlossene Innenkontur, umfassend die Verbindungsstrukturen und den ersten und den zweiten Deckel, kann direkt mit dem Kunststoffmaterial ausgegossen werden.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Zahnrads sind die erste Ringstruktur und die zweite Ringstruktur durch die Füllstruktur voneinander getrennt. In der zweiten Ausführungsform besteht kein direkter Kontakt zwischen der ersten Ringstruktur und der zweiten Ringstruktur, so dass diese sich nicht direkt berühren. Insbesondere weisen die erste Ringstruktur und die zweite Ringstruktur in dieser Ausführungsform keine Verbindung aus dem metallischen Material auf.
In der zweiten Ausführungsform ist bevorzugt der erste innere Umfang der ersten Ringstruktur und/oder der zweite äußere Umfang der zweiten Ringstruktur vollständig von der Füllstruktur, insbesondere von dem Kunststoff material, bedeckt.
Bevorzugt weisen die erste Ringstruktur an dem ersten inneren Umfang und/oder die zweite Ringstruktur an dem zweiten äußeren Umfang Vorsprünge auf, die auch als Ausbuchtungen, Zapfen oder Mitnehmer bezeichnet werden können.
Die Vorsprünge können formschlüssig Kräfte zwischen der Füllstruktur und der ersten Ringstruktur und/oder der zweiten Ringstruktur übertragen.
Die Füllstruktur weist bevorzugt Einbuchtungen auf, die auch als Kerben oder Aussparungen bezeichnet werden können und die insbesondere in ihrer Form den Vorsprüngen entsprechen.
Bevorzugt umfassen die Vorsprünge das metallische Material, weiter bevorzugt bestehen die Vorsprünge aus dem metallischen Material. Die Vorsprünge sind insbesondere T-förmig ausgebildet, was zur Vergrößerung einer Kontaktfläche zwischen der ersten Ringstruktur beziehungsweise der zweiten Ringstruktur und der Füllstruktur führt, so dass eine Verzahnung zwischen der ersten Ringstruktur beziehungsweise der zweiten Ringstruktur und der Füllstruktur ermöglicht wird. Vorteile der Erfindung
Durch die Kombination der ersten Ringstruktur und der zweiten Ringstruktur mit der Füllstruktur aus dem Kunststoffmaterial können Geräusche, die durch Betrieb des Zahnrads entstehen, minimiert werden. Durch das Einbetten der Füllstruktur aus dem Kunststoff material in das Zahnrad wird ein Klangkörper, der durch metallische Elemente des Zahnrads gebildet wird, unterbrochen, so dass insbesondere ein Getriebe, das das Zahnrad aufweist, leiser läuft.
Entsprechend kann für die Insassen eines Fahrzeugs, in dem das Zahnrad verbaut ist, ein angenehmeres Fahrgefühl gewährleistet werden.
Ferner kann durch Verwendung eines additiven Fertigungsverfahrens die Geometrie, insbesondere der Füllstruktur sowie der die Füllstruktur umgebenden Umfänge der ersten Ringstruktur beziehungsweise der zweiten Ringstruktur, frei gestaltet werden. Es können komplexere Bauteile ohne zusätzlichen Aufwand hergestellt werden, was zu einem höheren Kopierschutz führt. Darüber hinaus wird bei additiv hergestellten Bauteilen, also der ersten und zweiten Ringstruktur, eine raue Oberfläche erzeugt, was eine gute formschlüssige Verbindung mit flüssigem Kunststoff und insbesondere mit der Füllstruktur ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 Zahnräder gemäß dem Stand der Technik,
Figur 2 ein Zahnrad mit einer ersten Ringstruktur, einer zweiten Ringstruktur und Verbindungsstrukturen,
Figur 3 eine erste Ringstruktur und eine zweite Ringstruktur für ein Zahnrad und Figur 4 ein Zahnrad umfassend eine erste Ringstruktur, eine zweite Ringstruktur und eine Füllstruktur.
Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
Figur 1 zeigt schematisch mehrere Zahnräder 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Zahnräder 1 sind vollständig aus einem metallischen Material 9 hergestellt und gegossen. Durch den Eingriff von starren Zähnen 19 der Zahnräder 1 ineinander entsteht ein Geräusch, das von den Zahnrädern 1 aus dem metallischen Material 9 nicht gedämpft werden kann.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Zahnrads 1, das eine erste Ringstruktur 3 und eine zweite Ringstruktur 5 aufweist, die durch Verbindungsstrukturen 13 miteinander verbunden sind. Die Verbindungsstrukturen 13 weisen eine geringe Wanddicke 15 auf. Ferner sind die Verbindungsstrukturen 13 wie die erste Ringstruktur 3 und die zweite Ringstruktur 5 aus metallischem Material 9 gefertigt.
Zwischen die erste Ringstruktur 3 und die zweite Ringstruktur 5, insbesondere um die Verbindungsstrukturen 13 herum, kann ein Kunststoffmaterial 11 gegossen werden.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ringstruktur 3 und einer zweiten Ringstruktur 5 für ein Zahnrad 1. Die erste Ringstruktur 3 weist einen größeren Durchmesser als die zweite Ringstruktur 5 auf. Ferner besitzt die erste Ringstruktur 3 einen ersten inneren Umfang 21 und einen ersten äußeren Umfang 17. Die zweite Ringstruktur 5 weist einen zweiten äußeren Umfang 23 auf sowie eine innere Öffnung 27 zur Aufnahme einer Welle, die von der zweiten Ringstruktur 5 umschlossen wird, auf. Zwischen der ersten Ringstruktur 3 und der zweiten Ringstruktur 5 ist ein Hohlraum 29 ausgebildet und die erste Ringstruktur 3 weist an dem ersten äußeren Umfang 17 Zähne 19 auf, die in ein benachbartes Zahnrad 1 eingreifen können.
Darüber hinaus weisen die erste Ringstruktur 3 an dem ersten inneren Umfang 21 und die zweite Ringstruktur 5 an dem zweiten äußeren Umfang 23 Vorsprünge 25 auf. Die Vorsprünge 25 sind T-förmig ausgebildet und ragen in den Hohlraum 29 hinein.
Die erste Ringstruktur 3 und die zweite Ringstruktur 5 bestehen einschließlich der Zähne 19 und der Vorsprünge 25 aus dem metallischen Material 9.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Zahnrads 1, das die erste Ringstruktur 3 und die zweite Ringstruktur 5 umfasst. Der Hohlraum 29 ist hier mit einem Kunststoffmaterial 11 ausgegossen, das die Füllstruktur 7 bildet. Die Füllstruktur 7 trennt die erste Ringstruktur 3 von der zweiten Ringstruktur 5 und umschließt die Vorsprünge 25.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1. Zahnrad (1) umfassend eine erste Ringstruktur (3), eine zweite Ringstruktur (5) und eine Füllstruktur (7), wobei die erste Ringstruktur (3), die zweite Ringstruktur (5) und die Füllstruktur (7) konzentrisch angeordnet sind und die Füllstruktur (7) zwischen der ersten Ringstruktur (3) und der zweiten Ringstruktur (5) angeordnet ist und wobei die erste Ringstruktur (3) und die zweite Ringstruktur (5) aus einem metallischen Material (9) gefertigt sind und die Füllstruktur (7) aus einem Kunststoffmaterial (11) gefertigt ist.
2. Zahnrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ringstruktur (3) und die zweite Ringstruktur (5) durch Verbindungsstrukturen (13) aus dem metallischen Material (9) verbunden sind, wobei die Verbindungsstrukturen (13) jeweils eine Wanddicke (15) von weniger als 3,5 mm aufweisen.
3. Zahnrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ringstruktur (3) und die zweite Ringstruktur (5) durch die Füllstruktur (7) voneinander getrennt sind.
4. Zahnrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ringstruktur (3) an einem ersten äußeren Umfang (17) Zähne (19) zum Eingriff in ein weiteres Zahnrad (1) aufweist.
5. Zahnrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstruktur (7) in Form einer Scheibe ausgebildet ist.
6. Zahnrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ringstruktur (3) an einem ersten inneren Umfang (21) und/oder die zweite Ringstruktur (5) an einem zweiten äußeren Umfang (23) Vorsprünge (25) aufweist.
7. Zahnrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ringstruktur (5) eine innere Öffnung (27) zur Aufnahme einer Welle aufweist.
8. Zahnrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Material (9) Stahl enthält und/oder das Kunststoffmaterial (11) Caprolactam enthält.
9. Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Ringstruktur (3), die zweite Ringstruktur (5) und/oder die Füllstruktur (7) mit einem additiven Verfahren hergestellt und/oder gegossen werden.
10. Vorrichtung umfassend ein Zahnrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vorrichtung insbesondere eine elektrische Antriebseinheit für ein Fahrzeug, eine Parksperre für ein Fahrzeug, ein Elektrowerkzeug oder ein Haushaltsgerät ist.
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