CN102483023B - 用于机械地使两个旋转的、轴向错开的正齿轮同步的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于机械地使两个转动的、轴向错开的正齿轮(46、48)同步的方法，特别是使起动装置(5)的起动小齿轮和内燃机的齿圈同步的方法，其特征在于，第一正齿轮(46)在其指向第二正齿轮(48)的端面(85)上能转动地支撑能够朝一个方向受限地转动的带动盘(70)，其中所述带动盘(70)在所述第一正齿轮(46)沿轴向朝第二正齿轮(48)向前移动时被旋转的第二正齿轮(48)带动，由此在所述第一正齿轮(46)的齿(82)之间的、用于所述第二正齿轮(48)的齿(116)的轴向压入的齿槽(119)被封闭。本发明还涉及一种机器(5)，特别是电的起动装置，其设有正齿轮(46)，特别是起动小齿轮，其特征在于，这个机器还设有带动盘(70)，该带动盘设置在所述正齿轮(46)的一个背离所述正齿轮(46)的偏移装置(20)的轴向侧上，其中所述带动盘(70)能相对于正齿轮(46)受限地转动，由此所述正齿轮(46)的齿槽(82a)被封闭。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于机械地使两个旋转的、轴向错开的正齿轮同步的方法。
背景技术
为了起动内燃机，使用传动装置，该传动装置通过与燃料供应装置分开的能量供应装置供给。大多数情况下使用直流电动机，其传动小齿轮首先啮合到内燃机的齿圈中，用于随后驱动内燃机(例如强制啮合式原理(Schub-Schraubtriebprinzinp))。在起动过程结束后，小齿轮又从内燃机的齿圈中移出。起停系统在机动车辆中逐渐广泛的使用使得对起动系统提出更高的需求，并因此对功能的扩展提出更高的要求。在此，还提出例如更严厉的声学要求以及当驾驶员有起动意愿时随时能够再次起动的必要性(所谓的“意愿改变”功能)。特别地，在内燃机惯性运转时，这通过经典原理是不可行的。通过适当地控制起动电动机和啮合机构，可以在内燃机惯性运转期间已经接合到齿圈中，从而满足上述功能性。迄今已提出的原理首先使起动机达到与内燃机同步的转速，随后与起动小齿轮啮合，这些原理源自“预啮合”和电子控制(DE-19721386A1，EP-0848159B1)、应用两级继电器或吸引磁体和适当的控制装置(DE-102005021227A1)、在必要时定位曲轴和减少电压干扰(DE-102005004326A1)，以及DE-102006011644A1所建议的为了确定啮合到运动的齿圈中的有利时间点而确定齿圈的当前转速。
如果现在啮合到惯性运转的发动机中，则齿圈已经沿传动方向运动，在惯性运转过程结束时它可能由于燃烧室内所谓的“气体弹簧”(压缩的空气燃料混合物)甚至往回摆动。为了实现与通常的啮合过程近似的情况，必须使起动机精确地在恰当的时刻达到发动机转速。然而，在该阶段的所有过程都是非常动态的，同时对起动装置和啮合机构的控制存在处理时间和运动时间。因此，不能精确地调成转速一致。因此，在后面的过程中，与通常的啮合过程相比，在小齿轮和齿圈之间还会产生其他的相对运动。
此外，由GB515753已知一种方法，用于使起动装置中的两个离合器元件同步以彼此相互啮合，从而在此使所述离合器元件承受的损伤尽可能小。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于用于机械地使两个转动的、轴向错开的正齿轮同步的方法和一种机器，该机器具有待与第二正齿轮啮合的第一正齿轮。通过本发明的方法以及机器，可以使两个正齿轮更精确且低磨损地同步。
本发明提出了一种用于机械地使两个转动的、轴向错开的正齿轮同步的方法，特别是使起动装置的起动小齿轮和内燃机的齿圈同步的方法，其中，第一正齿轮在其指向第二正齿轮的端面上能转动地支撑能够朝一个方向受限地转动的带动盘，其中所述带动盘在所述第一正齿轮沿轴向朝所述第二正齿轮向前移动时被旋转的第二正齿轮带动，由此在所述第一正齿轮的齿之间的、用于所述第二正齿轮的齿的轴向压入的齿槽被封闭。根据本发明的方法的特征在于，所述带动盘借助于自由轮机构与所述第一正齿轮联接，并且在所述第一正齿轮的周向速度较大时，由于所述第二正齿轮的周向速度较小而借助于自由轮机构带动该第二正齿轮。
根据所述方法的一种优选实施方式，所述第一正齿轮的旋转驱动装置使该第一正齿轮转动加速，由此所述第一正齿轮的周向速度大于所述第二正齿轮的周向速度，由此所述带动盘释放所述第一正齿轮的齿槽。
根据所述方法的一种优选实施方式，偏移装置将所述第一正齿轮推入到所述第二正齿轮的空闲的齿槽中。
本发明还提出了一种机器、特别是电的起动装置，其设有第一正齿轮、特别是起动小齿轮，该第一正齿轮待与第二正齿轮同步，其中，这个机器还设有带动盘，该带动盘设置在所述第一正齿轮的一个背离所述第一正齿轮的偏移装置的轴向侧上，其中所述带动盘能相对于所述第一正齿轮受限地转动，由此所述第一正齿轮的齿槽被封闭。根据本发明的机器的特征在于，所述带动盘借助于自由轮机构与所述第一正齿轮联接，并且在所述第一正齿轮的周向速度较大时，由于所述第二正齿轮的周向速度较小而借助于自由轮机构带动该第二正齿轮。
根据所述机器的一种优选实施方式，所述带动盘和第一正齿轮之间的自由轮机构的构造使得起动马达的起动转矩能够使自由轮机构闭合，并由此能够通过所述第一正齿轮带动所述带动盘。
根据所述机器的一种优选实施方式，所述带动盘借助于同步元件、优选地借助于止动弹簧，啮合在所述第一正齿轮上，优选地啮合在所述第一正齿轮上的凹部中。
根据所述机器的一种优选实施方式，所述带动盘具有与同步元件同样多的外齿。
根据所述机器的一种优选实施方式，所述带动盘具有至少一个带动元件，优选的是至少一个外齿。
根据所述机器的一种优选实施方式，所述带动盘由弹簧钢或烧结材料制成。
附图说明
下面将示例性地借助于附图对本发明进行详细阐述。
附图中：
图1示出了起动装置的纵向剖视图，
图2a示出了正齿轮和带动盘的放大剖视图，
图2b示出了带动盘的局部立体视图，
图3示出了正齿轮的立体视图，其中带动盘从套筒上被取下，
图4示出了带动盘和其背面的立体视图，
图5示出了止动弹簧的径向俯视图，
图6示出了带动盘和正齿轮之间的接合处的剖视图，
图7a至图7g示出了与正齿轮尝试啮合到快速旋转的齿圈中有关的发生过程的示意图。
具体实施方式
在说明书中，对于对本发明不重要的部件仅进行简短地描述，也就是说，在对于理解机器5(起动装置)必要的范围内进行描述。该起动装置具有带极壳11的起动电动机10，在所述极壳中布置有励磁绕组12。替代地，永磁性的励磁也是可行的。起动电动机的驱动轴13支撑电枢15和带有碳刷17的换向器16连同电流引线18。在极壳上方的是偏移装置20(接通继电器)，对该偏移装置不再详细论述，因为它在本领域中是常用的。
驱动轴13以其换向器侧的端部支承在换向器轴承21中，而在其对置的一侧以轴颈22容纳在输出轴24的轴向孔23中。只是顺带一提的是，该输出轴24在特定的工作状态下，即当它被内燃机或更确切地说其齿圈驱动并且尚未与自由轮离合器作用时，也可以是驱动轴。
驱动轴13通过行星齿轮传动机构26驱动输出轴24。为此，该驱动轴具有驱动行星齿轮28的外齿部27，所述行星齿轮又与固定不动的内齿圈29齿啮合。行星齿轮28支承在螺栓30上，该螺栓被压入到输出轴24的端侧凸缘31中。这个端侧凸缘朝向起动电动机。输出轴在该凸缘的后面支承在中间轴承34的轴承孔33中，并且其另一端支承在通常已知也作为驱动端轴承盖的壳体37的支承部35中，该壳体37将极壳11封闭，并且通过拉杆38与该极壳夹紧在一起。
在输出轴24的外侧上，靠近中间轴承34形成多头螺纹39，自由轮机构43的外壳体42的突起部41上的内多头螺纹40与该多头螺纹相啮合。自由轮机构的内体45在其外周上并且朝向用于输出轴的支承部35具有正齿轮46(起动小齿轮)。在自由轮机构43的内体45和外壳42之间设有自由轮机构滚子44。正齿轮46可以为了内燃机的起动而与该内燃机的正齿轮48(齿圈)进行啮合。
在操纵偏移装置20(接通继电器)时便会发生这种情况。该偏移装置通过推杆49作用于杆件50的端部，该杆件支承在壳体中，并以其另一端51与自由轮机构43的突出部41上的接合装置53有效连接并且其轴向移动通过预紧的弹簧52实现。
在用于输出轴24的轴承35附近，在壳体37的内部在这个输出轴上构造有止挡装置54，从而在此构成定位环56。
在操纵偏移装置20(接通继电器)时，通过推杆49和杆件50，朝正齿轮48推动带有正齿轮46的自由轮机构43。在常规的起动中，通常在不动的正齿轮48中产生齿在齿上的位置。在此，压力弹簧52被预紧，并且就在电磁衔铁行程(在此未进一步描述)结束之前接通起动机电流。紧接着，驱动轴13经由行星齿轮传动机构驱动输出轴24和带有起动小齿轮46的自由轮机构43。如果到达正齿轮48中的齿槽，则通过预紧的压力弹簧52将带有起动小齿轮46的自由轮机构43推入到齿槽中。该起动小齿轮46贴靠在正齿轮48的齿廓上，并且通过多头螺纹被向前推进直至止挡54。
在正齿轮前面设置有带动盘70。这个带动盘以可围绕输出轴24转动的方式设置，并且因此在正齿轮46前方沿轴向固定。
图2a示出了正齿轮46和带动盘70的放大剖视图。该正齿轮46位于套筒73上或者说该套筒73被推入到正齿轮46的圆柱形孔74中。在此，在套筒73和正齿轮46之间作用有压配合和/或材料连接形式的连接(粘接、钎焊连接、焊接)。套筒73以一个端部76从孔74中伸出，并且在此处形成管接头。在这个与正齿轮46连接的套筒73上以及在端部76和正齿轮46之间可转动地设置着带动盘70。该带动盘70在此在该实施例中可以向左自由转动，而该带动盘70向右只能以可转动微小的角度的方式运动。后面将对此进行讨论。在背离带动盘70的一侧在套筒73的外侧上设有槽77，在该槽中插入有锁止元件78(在此为轴向挡圈)，并且因此确保带动盘在套筒73上的轴向位置。
如在图2a中可见，正齿轮46具有直的外齿79。而带动盘70也具有外齿82。外齿79和外齿82的数量相同，例如为十个。外齿79和外齿82的轮廓也相同。以套筒73的旋转轴线83为参考，外齿79比外齿82短。围绕旋转轴线83示出的箭头84表示向左转动的方向，在驱动情况下正齿轮46绕该方向转动。
在图2b中示出了带动盘70的局部立体视图。该带动盘70具有加工出的外齿82。因此，在背离转动方向84的齿廓87和端面75之间的背离转动方向84的过渡部位86被斜切，形成面80。
图3示出了正齿轮46的立体图，其中从套筒73取下了带动盘70。可以看到在安装带动盘70时朝向该带动盘的端面85。在该端面85中加工出楔形凹部88，其深度沿右旋方向增加，从而在凹部88深度最大的区域中台阶89为到端面85的过渡部。由于立体视图的原因，不能看到与上述凹部88对置的第二凹部88。这些凹部88与安装在带动盘70上的止动弹簧91相互作用，参见图4。此外，凹部88被设计为环形段形状。在一种变型方式中规定，为每个外齿79设置一个凹部88。
图4示出了带动盘70和其背面94的立体视图，该背面在安装到套筒73上的状态下朝向端面85，并且在必要时贴靠在该端面上。止动弹簧91具有自由端97和固定端100。该固定端100是止动弹簧91的在放松状态下比自由端97更贴近背面94的那一端。止动弹簧91如同凹部88同样地被设计为环形段形状，其中止动弹簧91的尺寸使得其能适配到凹部88中。
图5示出了止动弹簧91的径向俯视图。在拆卸状态下，止动弹簧91从背面94伸出。
图6示出了在起动装置5的啮合状态下(参见图2a)在带动盘70和正齿轮46之间的接合处103的剖视图。止动弹簧91以其自由端97位于凹部88中，该自由端支撑在台阶89上。
在图7a至图7g中示出了与正齿轮46尝试啮合到快速旋转的正齿轮48(齿圈)中有关的发生过程的示意图。在此，这种与正齿轮48有关的布置的功能如下：
图7a中，箭头110表示正齿轮46朝正齿轮48(齿圈)的运动方向，这对应于输出轴24上的套筒73朝向正齿轮48的运动。箭头113表示正齿轮48的转动方向。正齿轮48的周向速度v48在此大于正齿轮46的周向速度v46，正齿轮46的周向速度v46此时为零。周向速度v48是逐渐减小的速度，并且该速度在此表示正齿轮48所固定于的内燃机进行惯性运转的情况。图7b示出了带动盘70首先贴靠在正齿轮48上时的带动盘70。正齿轮48的齿116由于其贴靠在外齿82上而首先不能进入到正齿轮46的外齿79之间的齿槽82a中。随后，带动盘70以其外齿82滑入到正齿轮48的齿槽116a中。处于轻微预紧下的止动弹簧91在背面94上沿该背面滑动。带动盘70逆时针相对于正齿轮46转动。在带动盘70和正齿轮46之间实际上设有自由轮机构92。
如果现在正齿轮46沿轴向朝快速转动的正齿轮48的方向运动，则带动盘70被正齿轮48借助于外齿82带动，正齿轮48以其外齿116压入到齿槽119(“齿袋”)中(参见图7d)，由此避免了正齿轮46的啮合运动(参见图7c)，只要正齿轮48更快地转动。由此，提出一种用于以机械方式使两个转动的且轴向错开的正齿轮46、48，特别是起动装置5的传动小齿轮和内燃机的齿圈同步的方法，其中第一正齿轮46在其朝向第二正齿轮48的端面85上可旋转地支撑有可在一个方向上有限转动的带动盘70，其中带动盘70在第一正齿轮46沿轴向朝第二正齿轮48向前移动时被旋转的第二正齿轮48带动，由此第一正齿轮46的齿82之间的、用于第二正齿轮48的齿116轴向压入的齿槽119被封闭。
带动盘70和正齿轮46之间的摩擦(弹簧预紧)保持带动盘70确定地贴靠在正齿轮48上。一旦相对速度的方向改变，例如由于正齿轮46的转动加速和/或正齿轮48减速直至与箭头113反向的运动(内燃机曲轴往回摆动)，则带动盘70通过止动弹簧91卡紧在凹部88中并且使正齿轮46能够进行轴向啮合运动，参见图7e至7g。
因此提出一种方法，根据这种方法，带动盘70借助于自由轮机构92与第一正齿轮46联接，并且在第一正齿轮46的周向速度v46较大时，由于第二正齿轮48的周向速度v48较小而借助于自由轮机构92带动该第二正齿轮48。
如果第一正齿轮46的旋转驱动装置使其加速并且由此第一正齿轮46的周向速度大于第二正齿轮48的周向速度，则由此带动盘70释放第一正齿轮46的齿槽82a。
偏移装置20随后将第一正齿轮46推入到第二正齿轮48的空闲的齿槽116a中。
为了使这个过程低磨损且低噪音地运行，带动盘70必须被实施为具有尽可能小的质量。因此，带动盘70可以是例如由弹簧钢制成冲压件/拉伸件/弯曲件。这使得能够简单地形成齿槽119和外齿82。
关于带动盘70还可以考虑替代的实施方式：降低摩擦的涂层使带动更容易并且减小了磨损。也可以设置齿槽119(“齿袋侧”)的渐开线曲线用于减少磨损。可以使用例如烧结材料，以实现尽可能自由地成型以及同时很小的质量。在必要时可以通过注塑包封或复合材料改善强度。例如在外齿82上使用弹性体可以改善带动。带动盘70上的外齿82或者说带动元件可以被实施为刷子式。
因此，提出一种机器5，特别是电的起动装置，其设有正齿轮46，特别是起动小齿轮，其中这个机器还设有带动盘70，该带动盘设置在正齿轮46的一个背离正齿轮46的偏移装置20的轴向侧上，其中带动盘70可相对于正齿轮46受限地转动，由此正齿轮46的齿槽82a被封闭。在带动盘70和正齿轮46之间设有自由轮机构92。
带动盘70和正齿轮46之间的自由轮机构92被构造为使得起动马达10的起动转矩能够使自由轮92机构闭合，并由此能够通过正齿轮46将带动盘70带动。
带动盘70借助于正齿轮46上的同步元件，优选止动弹簧91，优选地啮合在凹部88中。
本发明规定，带动盘70具有与同步元件同样多的外齿82。
带动盘70具有至少一个带动元件，优选的是至少一个外齿82。替代地，这个带动元件也可以是刷子式的。
Claims (14)
1.一种用于机械地使两个转动的、轴向错开的正齿轮(46、48)同步的方法，其中，第一正齿轮(46)在其指向第二正齿轮(48)的端面(85)上能转动地支撑能够朝一个方向受限地转动的带动盘(70)，其中所述带动盘(70)在所述第一正齿轮(46)沿轴向朝所述第二正齿轮(48)向前移动时被旋转的第二正齿轮(48)带动，由此在所述第一正齿轮(46)的齿(82)之间的、用于所述第二正齿轮(48)的齿(116)的轴向压入的齿槽(119)被封闭；
其特征在于，所述带动盘(70)借助于自由轮机构(92)与所述第一正齿轮(46)联接，并且在所述第一正齿轮(46)的周向速度(v46)较大时，由于所述第二正齿轮(48)的周向速度(v48)较小而借助于自由轮机构(92)带动该第二正齿轮(48)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一正齿轮(46)的旋转驱动装置使该第一正齿轮转动加速，由此所述第一正齿轮(46)的周向速度大于所述第二正齿轮(48)的周向速度，由此所述带动盘(70)释放所述第一正齿轮(46)的齿槽(82a)。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，偏移装置(20)将所述第一正齿轮(46)推入到所述第二正齿轮(48)的空闲的齿槽(116a)中。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一正齿轮(46)是起动装置(5)的起动小齿轮，所述第二正齿轮(48)是内燃机的齿圈。
5.一种机器(5)，其设有第一正齿轮(46)，该第一正齿轮待与第二正齿轮(48)同步，其中，这个机器还设有带动盘(70)，该带动盘设置在所述第一正齿轮(46)的一个背离所述第一正齿轮(46)的偏移装置(20)的轴向侧上，其中所述带动盘(70)能相对于所述第一正齿轮(46)受限地转动，由此所述第一正齿轮(46)的齿槽(82a)被封闭；其特征在于，所述带动盘(70)借助于自由轮机构(92)与所述第一正齿轮(46)联接，并且在所述第一正齿轮(46)的周向速度(v46)较大时，由于所述第二正齿轮(48)的周向速度(v48)较小而借助于自由轮机构(92)带动该第二正齿轮(48)。
6.按照权利要求5所述的机器(5)，其特征在于，所述带动盘(70)和第一正齿轮(46)之间的自由轮机构(92)的构造使得起动马达(10)的起动转矩能够使自由轮机构(92)闭合，并由此能够通过所述第一正齿轮(46)带动所述带动盘(70)。
7.按照权利要求5或6所述的机器(5)，其特征在于，所述带动盘(70)借助于同步元件啮合在所述第一正齿轮(46)上。
8.按照权利要求7所述的机器(5)，其特征在于，所述带动盘(70)借助于同步元件啮合在所述第一正齿轮(46)上的凹部(88)中。
9.按照权利要求7所述的机器(5)，其特征在于，所述同步元件为止动弹簧(91)。
10.按照权利要求7所述的机器(5)，其特征在于，所述带动盘(70)具有与同步元件同样多的外齿(82)。
11.按照权利要求5所述的机器(5)，其特征在于，所述带动盘(70)具有至少一个带动元件。
12.按照权利要求11所述的机器(5)，其特征在于，所述带动元件是外齿(82)。
13.按照权利要求5所述的机器(5)，其特征在于，所述带动盘(70)由弹簧钢或烧结材料制成。
14.按照权利要求5所述的机器(5)，其特征在于，所述机器(5)是电的起动装置，所述第一正齿轮(46)是起动小齿轮。
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