CN102444523B - 用于内燃机的起动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于内燃机的起动机，该起动机具有能沿轴向在非作用位置和向前推进的驱动位置之间调节的起动小齿轮，该起动小齿轮相对于驱动部件能沿轴向移动，并且通过弹簧装置沿轴向被支撑。该弹簧装置具有非线性的弹簧特性曲线。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于内燃机的起动机。
背景技术
在DE-PS 317609中描述了一种可电驱动的用于内燃机的起动机，其具有可在传动轴上沿轴向移动的起动小齿轮，该起动小齿轮在向前推进的状态下与内燃机的齿环啮合。该起动小齿轮借助接合杠杆可在其沿轴向后撤的非作用位置和向前推进的驱动位置之间调节，在该位置建立与齿环的啮合。为旋转驱动，起动小齿轮以形状连接的方式与带动件啮合，所述带动件抗扭地与驱动轴连接，其中起动小齿轮相对于带动件可轴向移动地支承并且通过弹簧元件支撑。弹簧元件在起动小齿轮在齿环上的齿在齿上(Zahn-auf-Zahn)的情况下缓和向前推进时的碰撞。在到达起动小齿轮的齿和齿环的齿之间的啮合位置后，起动小齿轮通过压在一起的弹簧元件的力被移动到其最终的轴向位置。
在DE 10 2007 026 078 A1中描述了一种类似的起动机。在从该文献中知晓的起动机中，沿轴向作用的弹簧元件也位于起动小齿轮和带动件之间。
DE 10 2008 054 965 A1公开了一种用于内燃机的带有起动小齿轮的起动机，起动小齿轮沿轴向可平移地且可转动地被保持在小齿轮轴上，其中自由轮基体与小齿轮轴一体地构成。在起动内燃机时，起动机继电器被激活，小齿轮通过该起动继电器向前移动到内燃机的齿环处。该小齿轮连同小齿轮轴被支承在起动电动机的驱动轴上，并且通过接合弹簧沿轴向被预紧。接合弹簧具有下列功能：在小齿轮和齿环之间的齿在齿上的位置中，一旦通过起动电动机的操作使驱动轴被稍微转动时，小齿轮的齿就接合入齿环的紧邻的齿槽中。
此外，还提出了带有扭转弹簧的起动机，该扭转弹簧位于自由轮基体和起动小齿轮之间，它的任务是将小齿轮沿转动方向预紧。由此，通过使起动小齿轮在内燃机停止运转的状态前、在起动电动机静止的情况下以转动加载的方式啮合到尚在转动的齿环中，而缩短在关断内燃机后和在重新起动时的时长。
发明内容
本发明的目的在于，通过简单的结构上的措施保证在减小力的情况下确保起动机与内燃机的齿环可靠地啮合。
根据本发明，该目的通过权利要求1的特征得以解决。从属权利要求给出适合的改进措施。
依据本发明的起动机优选地通过电起动电动机驱动并且用于起动内燃机。起动机例如指自由推出的起动机。
起动机的起动小齿轮需沿轴向在非作用位置和向前推进的驱动位置之间调节，在驱动位置起动小齿轮与内燃机的齿环啮合。起动小齿轮被设置为相对于驱动部件可沿轴向移动，驱动部件例如是小齿轮轴，所述小齿轮轴是起动小齿轮的支架，并且在它那一方面直接或者间接由驱动轴驱动，驱动轴由起动电动机驱动。起动小齿轮相对于驱动部件通过弹簧装置在轴向上被支撑，由此极大地缓和在向前推进和在内燃机的齿环上出现齿在齿上的情况下的冲击。弹簧装置对起动小齿轮施加沿轴向的弹簧力。在出现齿在齿的情况下，弹簧装置被压在一起，由此在弹簧装置内存储能量。通过在齿环中的啮合，存储的弹簧能把起动小齿轮向前推进到最终的起动位置。
在依据本发明的起动机中，弹簧装置具有非线性的弹簧特性曲线。这具有下列优点：向前推进起动小齿轮期间在不同的时间点作用与线性弹簧特性相比不同的弹簧力，其能够以更好的方式匹配当时的情况。例如可以给弹簧装置提供累进的弹簧特性曲线，使得弹簧力随弹簧装置沿轴向被逐渐压在一起而比例过大地增加。累进的弹簧特性曲线的优点在于，在弹簧装置的尺寸较小的情况下也能够传递较大的沿轴向作用的弹簧力。相反，在线性的弹簧特性的情况下则必须预设较大的弹簧行程，以避免弹簧元件被撞击在一起从而避免由此突然出现的冲击。
根据一种有利的实施方式，非线性的弹簧特性通过串联设置至少两个弹簧元件实现，这两个弹簧在至少一个弹簧特征值上适当地不同。例如可以提供两个具有线性弹簧特性的弹簧元件，这里弹簧元件的最大可用的弹簧行程适当地不同。线性弹簧特性的弹簧刚性系数对于两个弹簧元件既可以相同也可以彼此不同。特别能够在不同的弹簧常数的情况下使具有较小弹簧刚性系数的弹簧元件被分配较短的最大弹簧行程，相反给另一个具有较大弹簧刚性系数的弹簧元件分配较大的最大允许的弹簧行程。此外还考虑串联的弹簧元件的实施方式，其中一个弹簧元件具有线性的弹簧特性，另一个弹簧元件具有非线性的特别是累进的弹簧特性。
在弹簧行程不同的情况下，具有较短的最大弹簧行程的弹簧元件在压紧力渐增的情况下到达一个被锁定位置(Auf-Block-Stellung)，由此该弹簧元件的弹簧特性改变。该弹簧元件不再能够被弹性压紧，以致仅另一或者另外的弹簧元件的弹簧力还在起作用，并且在总共两个弹簧元件串联的情况下减少到仅有一个弹簧元件起作用。由此导致弹簧特性的突然变化。因为线性的弹簧元件串联时总弹簧刚性系数小于单独弹簧的弹簧刚性系数，所以一旦具有最大可用的弹簧行程的弹簧元件被充分运用，弹簧装置就会突然变硬。弹簧特性曲线的突然上升显示出累进的弹簧特性。
串联的弹簧元件被适当地紧邻并排设置。由此实现特别节省空间的实施方式。
一个弹簧元件或者全部弹簧元件可以由盖板覆盖，特别地盖板是弹簧装置的组成部分。通过盖板能够实现防止污染的保护。根据一种特别有利的实施方式规定，盖板构成弹簧元件之一。但是基本上也可以另外为串联的弹簧元件提供盖板。
至少一个弹簧元件被适当地构造为弹簧环，例如被构造为在轴线方向仅要求很小的结构空间蝶形弹簧或者环形波形弹簧。
对于串联多个弹簧元件的另替代的方案还可以是，在弹簧装置中提供具有非线性的弹簧特性曲线特别是累进的弹簧特性曲线的单个弹簧元件。非线性的弹簧特性曲线例如在具有圆柱形包络线的螺旋弹簧中通过改变匝圈之间的螺距和/或变化弹簧的线径。也可以采用螺旋弹簧的圆锥形状或者双圆锥形状，在可能的情况下还结合匝圈间螺距的变化和/或弹簧线径的变化。
此外也可以考虑并联例如一个线性的或者一个非线性的弹簧元件或者两个或者更多个非线性的弹簧元件。
起动小齿轮通过卡环沿轴向锁定在驱动构件上是有利的。卡环位于起动小齿轮的沿轴向与弹簧装置相对的一侧，并且防止起动小齿轮在轴向过远地离开弹簧装置。因此卡环也是起动小齿轮的一个止挡，通过它沿轴向将起动小齿轮保持在位。
附图说明
从其它的权利要求、附图说明和附图可以得到其它的优点和有利的实施方式。附图中：
图1以纵剖视图示出了用于内燃机的起动机，
图2示出了起动小齿轮和小齿轮轴的纵剖示图，起动小齿轮相对于小齿轮轴沿轴向可移动地被支承并且通过弹簧装置支撑，其中该弹簧装置具有两个串联的弹簧元件，
图3示出了起动小齿轮和小齿轮轴的一种实施方式变型，其中弹簧装置同样具有两个串联的弹簧元件，这两个弹簧元件之一同时构成盖板。
附图中，为相同的构件提供相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中以纵剖视图示出了起动设备10。起动设备10例如具有起动电动机13和接通继电器16。起动电动机13和接通继电器16被固定在共同的驱动轴承端盖19中。起动电动机13功能上用于当启动小齿轮或起动小齿轮22与在这里未示出的内燃机的齿环25啮合时驱动启动小齿轮或起动小齿轮22。
起动电动机13作为壳体具有极管28，该极管在其内圆周上载有极靴31，极靴分别由励磁绕组34缠绕。极靴31又包围电枢37，该电枢具有由薄片40构成的电枢铁心43和设置在槽46中的电枢绕组49。电枢铁心43被压在驱动轴44上。此外，在驱动轴44的远离启动小齿轮22的端部设有换向器52，该换向器尤其由单个的换向器薄片55构成。换向器薄片55通过已知的方式与电枢绕组49电连接，使得在通过碳刷58给换向器薄片55通电时产生电枢37在极管28中的旋转运动。设置在接通继电器16和起动电动机13之间的电流引线61在接通状态下既给碳刷58也给励磁绕组34供电。驱动轴44在换向器侧以轴颈64支撑在滑动轴承67内中，该滑动轴承又位置固定地保持在换向器轴承盖70中。换向器盖70又借助于拉杆73固定在驱动轴承端盖19内，该拉杆73设置为分布在极管28的圆周上(螺栓，例如2、3或4个)。这里极管28支撑在驱动轴承端盖19上，以及换向器轴承盖70支撑在极管28上。
沿驱动方向在电枢37上连接一个所谓的太阳轮80，其为行星齿轮传动装置83的一部分。太阳轮80由多个行星轮86，通常是三个行星轮86包围，它们借助于滚动轴承89支撑在轴颈92上。行星轮86在齿圈95中滚动，该齿圈以外侧支承在极管28中。在朝向输出侧的方向上在行星轮86上连接有行星齿轮架98，在该行星齿轮架内容纳有轴颈92。行星齿轮架98又支承在中间轴承101和设置在其内的滑动轴承104中。中间轴承101构成为罐状，使得在其内容纳行星齿轮架98和行星轮86。此外在盆状的中间轴承101内设置齿圈95，该齿圈最后通过盖107相对于电枢37封闭。中间轴承101也以其外圆周支撑在极管28的内侧。电枢37在驱动轴44的远离换向器52的端部上具有另一轴颈110，其同样容纳在一个滑动轴承113中。滑动轴承113又被容纳在行星齿轮架98的中央孔中。行星齿轮架98与从动轴116连接成一体。该从动轴116以其远离中间轴承101的端部119支撑在另一个固定在驱动轴承端盖19内的轴承122上。从动轴116被分成不同的区段：即在设置在中间轴承101的滑动轴承104中的区段之后是具有所谓的直轮齿125(内轮齿)的区段，其是所谓的轴-毂连接的一部分。该轴-毂连接128在这种情况下允许带动件131的轴向直线滑动。该带动件131是与自由轮137的盆形外环132一体的套筒形突起部。该自由轮137(校准锁闭机构)此外还包括内环140，该内环沿径向设置在外环132内。在内环140和外环132之间设有夹紧体138。该夹紧体138与内环和外环共同作用防止外环和内环之间在第二方向上的相对转动。换句话说，该自由轮137允许内环140和外环132之间仅沿一个方向的相对运动。在该实施例中内环140构成被构造为单独构件的小齿轮轴，在该小齿轮轴上以抗扭但沿轴向可调节的方式设置有具有斜齿143(外斜齿)的启动小齿轮或起动机小齿轮22。在启动小齿轮或起动机小齿轮22和小齿轮轴140之间存在一个在图2和图3中示出的弹簧装置302。启动小齿轮也可以替代地被实施为直齿的小齿轮实现。代替具有励磁绕组34的电磁激励的极靴31，也可以使用永磁体激励的磁极。
下面将讨论接通机理。接通继电器16具有螺栓150，螺栓150是电触头，并且连接在这里未示出的电起动机电池的正极上。螺栓150穿过继电器盖153。该继电器盖153封闭继电器壳体156，所述壳体借助于多个固定元件159(螺钉)固定在驱动轴承端盖19上。此外，在接通继电器16中设置有吸引线圈162和所谓的保持线圈165。吸引线圈162和保持线圈165两者各自在接通的状态下产生电磁场，该电磁场给继电器壳体156(用电磁导通材料制造)、直线运动的衔铁168和衔铁后盖171通电。衔铁168载有推杆174，其在衔铁168被直线送入时朝控制螺栓177的方向运动。通过推杆174朝向控制螺栓177的运动，控制螺栓177从它的静止位置朝两个触点180和181的方向运动，使得设置在控制螺栓177的朝向触点180和181的端部上的接触桥184与两个触点180和181彼此电连接。由此从螺栓150通过接触桥184向电流引线61从而向碳刷58供给电功率。由此给起动电动机13通电。
此外接通继电器16或者衔铁168具有下面的任务：用牵引元件187使可转动运动地设置在驱动轴承端盖19上的杠杆运动。通常是叉形杠杆的该杠杆190以在它外周上的两个在这里未图示的尖齿部握持两个盘件193和194，以使夹持在这两个盘件之间的带动环197抵抗弹簧200的阻力朝自由轮137运动，并且由此使起动小齿轮22啮合在齿环25中。
图2单独示出了启动小齿轮或起动机小齿轮22。带有齿143的起动小齿轮22安装在构造为单独构件的小齿轮轴140上，后者具有一个小直径区段和一个大直径区段，其中起动小齿轮22位于小直径段上。在到大直径段的过渡处，小齿轮轴140具有台阶或者环形肩301。在台阶301和起动小齿轮22的被朝向的端面之间容纳有弹簧装置302，其沿轴线方向在小齿轮轴140和起动小齿轮22之间传递弹簧力。通过该弹簧装置302可减小在轴向向前推进起动小齿轮22以及在内燃机的齿环上的齿在齿上的情况下的冲击。同时弹簧装置302可以协助起动小齿轮22啮合到齿环中。
弹簧装置302包括两个弹簧元件303和304，所述弹簧元件在轴向上前后串联地设置。在这两个弹簧元件303、304之间有一个横截面为L形的盖板305，该盖板覆盖弹簧元件304。盖板305的径向侧边围住小齿轮轴140，同时用作位于两侧的弹簧元件303和304的支撑。盖板305的在轴向延伸的侧边在朝起动小齿轮22的方向延伸，并且与第二弹簧元件304搭接。盖板305的径向侧边的径向延伸长度被选择为，使得起动小齿轮22的被朝向的端面能够由盖板的水平侧边无碰撞地搭接，从而在起动小齿轮22沿轴向接近小齿轮轴140上的台阶301的情况下也不会产生与盖板305的碰撞危险。
两个弹簧元件303和304分别是环形的碟形弹簧，所述碟形弹在轴线方向上仅需要最小的结构空间。第一弹簧元件303被容纳在小齿轮轴140的台阶301的中间台阶上，并且抵靠着盖板305的径向侧边得以支撑。第二弹簧元件304支撑在盖板305的径向侧边的对置的侧壁上以及起动小齿轮22的轴向端面上。
两个弹簧元件303和304各具有弹簧刚度恒定的线性弹簧特性，但是该弹簧刚度彼此不同。两个弹簧元件303、304的最大可用弹簧行程也不同。第一弹簧元件303的最大弹簧行程小于第二弹簧元件304。第一弹簧元件303的弹簧刚度也小于第二弹簧元件304的弹簧刚度。例如，第一弹簧元件303具有值为0.5mm的弹簧行程和15N/mm的弹簧刚度，第二弹簧元件304具有值是1mm的弹簧行程和40N/mm的弹簧刚度。
只要两个弹簧元件303和304被压在一起的程度并未使得它们贴靠在块体上从而能够忽略它们的弹簧力，则由于这两个弹簧元件的串联，该弹簧装置的总弹簧刚度同样是恒定的，却小于每一个单独的弹簧刚度。因此产生一种相对软的弹簧特性，该弹簧特性在向前推进起动小齿轮的情况下在起动小齿轮开始接触齿环上时起作用。
随着弹簧装置逐渐压在一起，第一弹簧元件303由于较短的弹簧行程达到一种锁定位置(Aufblockstellung)，由此弹簧元件303不再对弹簧装置的弹簧特性产生影响。因此第二弹簧元件304独自保持作用，它的弹簧刚度显著高于弹簧装置的总弹簧刚度。从该装置的小于两个单个弹簧的较小弹簧刚度的总弹簧刚度向第二弹簧元件304单独作用的弹簧刚度的过渡是阶跃式进行的。因此在弹簧装置302的弹簧特性曲线中产生非线性的、累进式的上升。
如果弹簧装置通过轴向的压紧力被压到一起的程度使得第二弹簧元件304的弹簧行程也已用尽，则该第二弹簧元件304也达到锁定位置，在该位置该弹簧元件不具有弹簧特性。因此两个弹簧元件303、304在它们的弹簧特性方面失效，产生沿轴向对起动小齿轮22在小齿轮轴140的台阶301上的刚性支撑。在弹簧装置仅第二弹簧元件304作用的情况下的弹簧特性向刚性支撑的过渡也是阶跃式进行的。
在与弹簧装置302轴向相反的一侧，起动小齿轮22通过卡环306锁定，从而不会与小齿轮轴140轴向松开。该卡环306被容纳在小齿轮轴140的壳体面内的环形槽中。卡环306在轴向的定位使得起动小齿轮22在小齿轮轴140上具有轴向的运动间隙。
依据图3的实施例基本上相应于依据图2的实施例，所以与一致的构件和功能方式有关的可参照上面的说明。区别在于弹簧装置302，该弹簧装置在图3的实施例中仅包括两个部件，即被构造作为环形碟形弹簧的弹簧元件304以及盖板305，该盖板具有附加的弹簧功能并因此也承担第二弹簧元件的任务。所述弹簧元件304和盖板305由于沿轴向前后设置而串联，使得弹簧装置302的恒定的总弹簧刚度小于弹簧元件304和盖板305的恒定的单独弹簧刚度。盖板305位于朝向小齿轮轴140上的台阶301的侧面上，并且以其轴向侧边搭接碟形弹簧元件304。
Claims (11)
1.一种用于内燃机的起动机，所述起动机具有起动小齿轮(22)，所述起动小齿轮能沿轴向在非作用位置和向前推进的驱动位置之间调节，其中所述起动小齿轮(22)被设置为相对于驱动部件能沿轴向移动，并且通过弹簧装置(302)沿轴向被支撑，其中，在所述起动小齿轮(22)上施加轴向弹簧力的弹簧装置(302)具有非线性的弹簧特性曲线和至少两个串联的弹簧元件(303，304)；其特征在于，所述弹簧元件(303，304)具有彼此不同的最大弹簧行程。
2.根据权利要求1所述的起动机，其特征在于，所述弹簧装置(302)具有累进的弹簧特性曲线。
3.根据权利要求1或2所述的起动机，其特征在于，所述弹簧元件(303，302)分别具有线性的弹簧特性。
4.根据权利要求3所述的起动机，其特征在于，所述弹簧元件(303，304)具有彼此不同的弹簧刚性系数。
5.根据权利要求1所述的起动机，其特征在于，所述弹簧元件(303，304)沿轴向紧邻地并排设置。
6.根据权利要求1所述的起动机，其特征在于，所述弹簧装置(302)的至少一个弹簧元件(303，304)被盖板(305)覆盖。
7.根据权利要求6所述的起动机，其特征在于，所述盖板(305)构成一个弹簧元件。
8.根据权利要求1所述的起动机，其特征在于，所述驱动部件是小齿轮轴(140)，在所述小齿轮轴上抗扭地保持以及沿轴向能移动地支撑所述起动小齿轮(22)。
9.根据权利要求1所述的起动机，其特征在于，所述驱动部件是带动件，所述带动件与所述起动小齿轮(22)抗扭地连接并且相对于所述起动小齿轮(22)能沿轴向移动地被支撑。
10.根据权利要求1所述的起动机，其特征在于，所述起动小齿轮(22)通过卡环(306)沿轴向固定在驱动部件上。
11.根据权利要求1所述的起动机，其特征在于，所述弹簧装置(302)的至少一个弹簧元件(303，304)是弹簧环。
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