CN102549256A - 噪声优化的起动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有起动小齿轮(22)的起动装置(10)。起动小齿轮(22)能够移动地安装在输出轴(115)上。给所述起动小齿轮(22)或者给设置在所述输出轴(116)上的止动环(214)配置一个降低噪声的阻尼装置(224、226、230、232、234、240)。所述阻尼装置包括一个弹簧元件或者由弹性材料制成的多个元件。所述止动环在所述输出轴上能够沿轴向运动。

Description

噪声优化的起动装置

技术领域

本发明涉及一种起动装置。

背景技术

为了起动内燃机使用这样的驱动装置，它们的能量供给与燃料供给分开。为此，大多数情况下使用直流电动机，它们的驱动小齿轮首先被啮合到内燃机的齿圈中，以紧接着使内燃机完全转动起来。这例如是借助于按照推动式螺旋传动原理(Schub-Schraubtriebprinzip)工作的起动装置来实现。在起动过程结束之后，小齿轮又从内燃机的齿圈中移出。

起停系统在机动车辆中的越来越广泛的应用需要对起动系统提出更高的要求，进而也需要用于扩展以前使用的起动机的功能。在此要提到的是更加苛刻的声学要求，以及能够在驾驶员有起步愿望的情况下随时重新起动(“主意改变”-功能)的必要性。特别是在内燃机惯性运转时，这利用以前使用的起动机的传统原理是不可能的。

通过适当地操纵起动机的啮合机构和电驱动装置，可以使该起动机能够在内燃机惯性运转期间就啮合到齿圈中，从而实现上面所述的功能。

DE 101 24 506A1涉及一种用于机动车辆的起动机。该起动机包括空心壳体、与该壳体平行布置的包括电磁开关的啮合继电器、可转动地支承在空心壳体与啮合继电器之间的过渡区域中的啮合杆，该啮合杆用于使起动电动机与内燃机联接。设有密封装置，该密封装置防止污物和湿气进入啮合继电器。该密封装置由在空心壳体和啮合继电器的过渡区域内与壳体壁连接的橡胶薄膜构成。

DE 10 2009 026 593.7涉及一种使两个轴线错开的转动的圆柱齿轮机械同步的方法以及一种电机特别是电起动装置。该电起动装置包括一个特别是被设计成起动小齿轮的圆柱齿轮，该圆柱齿轮与一个传动盘共同作用，该传动盘设置在该圆柱齿轮的一个轴端上。该轴端远离圆柱齿轮的偏移机构，其中，传动盘能够相对于该圆柱齿轮受限地转动。由此封闭该圆柱齿轮的齿槽。

以前在机动车辆上使用的起动装置要经历大约40,000次起动过程和为此所需的工作循环，而在现在的起停模式(SSM-功能)中存在这样的要求，即为了在较长的等待阶段中(例如在铁路道口关闭的情况下、在较长的红灯阶段中或者在交通堵塞以及类似情况中)节省燃料，将内燃机关闭。这在现在的机动车辆中越来越多地通过SSM-功能来实现。这对于为了起动内燃机以前使用的起动装置来说意味着操作频率提高，从而必须将这些起动装置设计成能保证可达到50万次以上的内燃机起动过程。这一方面对起动装置的使用寿命和可靠性提出高的要求，另一方面是在开关操作过程次数这么高的情况下使噪声最小化的要求。已经证实，起动装置是一个很大的噪声源，这在将它应用到高级轿车中时对于乘员和机动车辆制造商来说是无法再忍受的，从而需要设法补救。

发明内容

根据本发明提出：在电机特别是用于机动车辆的起动装置的具有起动小齿轮的输出轴上设计阻尼装置。阻尼装置引起在操纵啮合继电器时通过传动件或者拨叉或者类似部件沿轴向被移动的起动小齿轮在其碰撞到安装在输出轴上的止动环上时的能量衰减。根据本发明提出的起动装置既可以是一种悬臂式起动装置或者也可以是起动小齿轮被一部分壳体包围且起动小齿轮在已啮合到内燃机的齿圈中的状态下在周向上不是完全露出的起动装置。

根据本发明提出的阻尼装置大大降低了否则会产生的正在啮合的起动小齿轮碰撞到止动环上的碰撞噪声，因为明显减小了起动小齿轮的碰撞到止动环上的碰撞速度(由于以相当高的冲量进行操纵)并且由此避免硬的金属接触。正在啮合，也就是正以很高的冲量朝止动环运动的起动小齿轮的能量衰减是在即将到达啮合位置之前进行的。根据本发明提出的阻尼装置一方面可以通过浮动或固定地支承在输出轴上的轴圈像碟形弹簧那样实现，使该轴圈成拱形，其中，其拱形指向与起动小齿轮的与止动环碰撞的端面相反的方向。以特别有利的方式，止动环本身可以通过一个环特别是锁环支承在输出轴的周面中的退刀槽或者沟槽中。止动环可以被配置成，使得止动环从两侧包围特别是被设计成锁环的所述环，从而止动环固定在其在输出轴上的轴向位置上。但另一方面，也可以将止动环设计成，使得止动环借助于螺旋弹簧或类似部件支撑在电机特别是起动装置的壳体的轴承，特别是驱动端轴承(A-轴承)上。该螺旋弹簧将止动环靠放在锁环上，另一方面止动环只是部分包围特别是被设计成锁环的所述环，从而止动环在与通过螺旋弹簧预紧的正在啮合的起动小齿轮接触时稍微回弹并因此衰减碰撞冲量。在止动环的这种变型实施方式中，止动环在其在输出轴上的轴向位置上是能够移动的并且不是固定在其轴向位置上。

在根据本发明提出的解决方案的另一种有利的设计方案中，止动环也可以通过一个具有弹性特性的环支承在输出轴的周面中的退刀槽、凹部或沟槽中。这种支承的刚度可以通过制造具有弹性特性的、固定止动环的所述环所用的塑料材料的弹性特性来设定。由于该塑料材料的弹性，止动环可以沿两个轴向运动。

作为由具有弹性特性的材料制成的前面所述的环的替代，此外还存在另一种可能方案，即，代替具有弹性特性的所述环，在输出轴的周面中的沟槽中设置一个弹簧组，例如碟形弹簧组，并且将止动环支承在该弹簧组上。由于弹簧的弹性，止动环处于预紧状态，从而起动小齿轮在与止动环机械接触时产生的碰撞冲量的衰减可以通过克服使止动环预紧的弹簧组的作用而进行的轴向移动来实现，从而在起动小齿轮与止动环的碰撞过程中发生能量衰减。

在根据本发明提出的解决方案的另一种有利的变型实施方式中，可以不是仅在止动环上采取阻尼措施；此外还存在一种可能方案，即，在起动小齿轮特别是在其朝向止动环的端面也就是碰撞端面上采取阻尼措施。在第一变型实施方式中，起动小齿轮可以具有嵌设的碟形弹簧，该碟形弹簧与止动环的朝向正在啮合的起动小齿轮的端面碰撞。由于待啮合的起动小齿轮和止动环之间的最初接触是通过碟形弹簧进行的，所以在与起动小齿轮的整个端面碰撞之前，碟形弹簧发生塑性变形，由此同样可以实现能量衰减进而实现产生的噪声的降低。

作为替代方案，存在一种可能方案，即，在起动小齿轮的与止动环对置的端面上，将一个塑料垫片或者由不同塑料垫片制成的塑料垫片组设置在起动小齿轮的端面上的凹陷中。例如具有10到70的肖氏硬度的具有不同硬度的聚酰胺(PA)、橡胶、弹性体、热塑性塑料、热塑性弹性体(TPE)已经证实适合作为塑料垫片的材料。根据期望的阻尼特性，存在一种可能方案，即，使用由于材料不同且硬度不同的硫化在一起的多个垫片组成的塑料垫片组，使得可以通过相应地设计弹簧和相应地选择相互结合的塑料垫片来考虑产生的工作条件。

附图说明

借助于附图对本发明进行更详细的描述。

附图中：

图1示出了包括啮合继电器、起动小齿轮和啮合装置的电机特别是起动装置的剖视图；

图2示出了阻尼装置的带有被分配给止动环的轴圈的第一变型实施方式；

图3示出了根据本发明提出的阻尼装置的带有通过弹簧安装的止动环的另一变型实施方式；

图4示出了止动环在输出轴上的弹性支承；

图5示出了止动环的以能够在输出轴的周面上沿轴向运动的方式且借助于弹簧组的支承；

图6示出了带有碟形弹簧的起动小齿轮，该碟形弹簧嵌入起动小齿轮的朝向止动环的端面中，以及

图7示出了在其朝向止动环的端面上设有塑料垫片的起动小齿轮。

具体实施方式

图1以纵剖视图示出了起动装置。在图1中示出了起动装置10。该起动装置是作为起动小齿轮被起动装置的壳体的一部分包围的起动装置而被提供。下面的实施方式同样适用于悬臂式起动装置，也就是起动小齿轮在啮合继电器的操作完成之后在周向上完全露出。

在图1中所示的起动装置10例如具有起动电动机13和啮合继电器16。起动电动机13和啮合继电器16都固定在一个共同的驱动端轴承盖19中。当起动小齿轮22啮合在内燃机(这里未示出)的齿圈中时，起动电动机13用于驱动起动小齿轮22。

起动电动机13具有作为壳体的极管28，该极管在其内周上具有各自由励磁绕组34缠绕的多个极靴31。极靴31又围绕着电枢37，该电枢具有由薄片40构成的电枢铁心43以及设置在多个槽46中的电枢绕组49。电枢铁心43压紧在驱动轴44上。在驱动轴44远离起动小齿轮22的一端上还安装了换向器52，该换向器尤其是由多个单个的换向器薄片55构成的。换向器薄片55按照已知的方式与电枢绕组49电连接，从而在通过碳刷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。设置在啮合继电器16和起动电动机13之间的电流引线61在接通状态下不仅向碳刷58也向励磁绕组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。换向器轴承盖70又借助拉杆73固定在驱动端轴承盖19中，这些拉杆分布地设置在极管28的周边上(螺杆，例如2个、3个或4个)。在此，极管28支撑在驱动端轴承盖19上，而换向器轴承盖70支撑在极管28上。

朝传动方向有一个太阳轮80与电枢37相接，该太阳轮是行星齿轮系83的一部分。太阳轮80被借助于滚动轴承89支撑在轴颈92上的多个行星齿轮86围绕，通常是三个行星齿轮86。行星齿轮86在以外侧支承于极管28中的内齿轮95中滚动。朝向输出端的方向有一个行星架98与行星齿轮86相接，轴颈92容纳在该行星架中。行星架98又支承在中间支承件101和设置在该中间支承件中的滑动轴承104中。中间支承件101被设计为盆形，这样既可以在其中容纳行星架98又可以容纳行星齿轮86。此外，在盆形的中间支承件101中还设置了内齿轮95，该内齿轮最后通过盖107相对于电枢37封闭。中间支承件101也通过其外周支撑在极管28的内侧上。电枢37在驱动轴44远离换向器52的端部上具有另一个同样地容纳在滑动轴承113中的轴颈110。该滑动轴承113容纳在行星架98的中央孔中。行星架98与输出轴116一体地连接。输出轴116以其远离中间支承件101的端部119支撑在另一个轴承122即驱动端轴承(A-轴承)中。输出轴116被分成不同的区段：这样在设置于中间支承件101的滑动轴承104中的区段之后的是带有直齿125(内齿)的区段，该直齿是轴-毂连接结构的一部分。该轴-毂连接结构128在这种情况下使传动件131沿轴向直线滑动成为可能。该传动件131是套筒状的突出部，该突出部与自由轮机构137的盆形外环132为一体。该自由轮机构137(定向止动器)此外还包括沿径向设置在外环132内部的内环140。在内环140和外环132之间还设置了夹紧体138。这些夹紧体138与内环和外环共同作用防止外环和内环之间朝第二个方向的相对转动。因此，自由轮机构137能实现内环140和外环132之间仅朝一个方向的相对运动。在本实施例中，内环140被实施为与起动小齿轮22及其斜齿143(外斜齿)为一体。

为了完整起见，下面还要讨论啮合机构。所述啮合继电器16具有螺栓150，该螺栓是电接触件并且与在这里未示出的起动机电池的正极连接。该螺栓150穿过继电器盖153。继电器盖153封闭了继电器壳体156，该继电器壳体通过多个固定元件159(例如螺钉)固定在驱动端轴承盖19上。在啮合继电器16中还设置了吸引绕组162和保持绕组165。所述吸引绕组162和保持绕组165两者在通电的状态下各自产生一个电磁场，该电磁场流经继电器壳体156(由电磁传导材料制成)、线性运动的衔铁168以及衔铁轭铁171。衔铁168具有推杆174，该推杆在线性吸引所述衔铁168时向着开关销177的方向运动。通过推杆174向开关销177运动，使开关销从其静止位置向着两个触头180和181的方向运动，这样，安装在开关销177朝向触头180和181的端部上的接触桥184使两个触头180和181相互电连接。由此电功率从螺栓150经过接触桥184传输到电流引线61并由此传输到碳刷58。起动电动机13在此时被通电。

此外，啮合继电器16或者说衔铁168还有一项任务，即，通过牵引元件187使可转动运动地设置在驱动端轴承盖19中的杆件运动。通常被实施为叉形杆的杆件190通过两个在这里未示出的“尖齿”咬住两个盘片193和194的外周，以便使夹在两个盘片之间的传动环197克服弹簧200的阻力朝向自由轮机构137运动并且由此使起动小齿轮22啮合到齿圈25中。

在图1的视图中，在输出轴116上设有根据本发明提出的阻尼装置的一部分，该部分被分配给待啮合的起动小齿轮22。在图1中用附图标记214表示止动环214，该止动环与能够移动地设置在输出轴116上的起动小齿轮对置。

图2示出了根据本发明提出的阻尼装置的第一变型实施方式。

如从图2得知，止动环214借助于一个环212固定地安装在输出轴116的周面220上。该环212特别是一个被设计在输出轴116的周面220中的相应配置的退刀槽210中的锁环。与该环212的几何形状互补地，在止动环214中形成在如图2的变型实施方式中设计成封闭的容纳室242，从而止动环214安装在输出轴116的周面220上的一个规定位置上。止动环214包括第一端面216和第二端面218。在图2中所示的变型实施方式中，根据本发明提出的阻尼装置的一个轴圈226沿靠放方向被靠放在止动环214的第一端面216上。轴圈226本身例如被设计成拱形，从而提供足够的弹性变形行程，以对从在图2中未示出的起动小齿轮22的逼近方向产生的冲量进行衰减，特别是进行缓冲。轴圈226可以相对于输出轴116的周面220浮动地支承。除了在图2中所示的只带有一个轴圈226的变型实施方式之外，也可以像碟形弹簧组那样，沿靠放方向228在止动环214的朝向圆柱齿轮22的端面上设置多个轴圈。

图3示出了根据本发明提出的用于电机特别是电起动装置的阻尼装置的另一种变型实施方式。

从图3可知，在这种变型实施方式中，止动环214同样通过一个环212特别是锁环安装在输出轴116的周面220上。止动环214包括已在图2中提到的第一端面216和第二端面218。与如图2的止动环的变型实施方式的区别在于，止动环214的容纳室242相对于第一端面216而言仅仅是部分封闭的。这意味着，当在图3中未示出的圆柱齿轮特别是电起动装置10的起动小齿轮碰撞或者说逼近时，被弹簧元件224加载的止动环214沿轴向相对于起动装置10的轴承122往回移动并且由此衰减冲量。该弹簧元件224一端支撑在止动环214的第二端面218上，另一端支撑在轴承122上特别是支撑在起动装置10的驱动端轴向轴承上。代替在图3中所示的设置一个螺旋弹簧，也可以使用多个具有不同弹簧刚度和弹簧圈数的弹簧。代替在图3中所示的螺旋弹簧224，也可以在止动环214的第二端面218与起动装置10的轴承122之间设置方向相同或相反的多个碟形弹簧或者碟形弹簧组。沿逼近方向222在啮合时碰撞到止动环214上的起动小齿轮22的冲量通过预紧在至少一个弹簧元件224上的轴环214的偏移而被衰减，由此大大减少了噪声的产生并且可以衰减正在啮合的起动小齿轮22的能量。

图4示出了根据本发明提出的阻尼装置的另一变型实施方式。根据这种变型实施方式，止动环214借助于一个由弹性体材料或具有弹性特性的材料制成的环支承在输出轴116的周面220上。因此，根据这种变型实施方式的止动环214具有在输出轴116的周面220上轴向运动的尽管是有限的可能性。由弹性体材料230制成的环同样嵌入在输出轴116的周面220上的退刀槽210或槽形凹陷中。在这种变型实施方式中，止动环214的容纳室242被设计成封闭的，从而止动环214虽然安装在输出轴116的周面220上，但是轴向移动仍是可能的，尽管与如图3的变型实施方式相比是在有限的范围内。沿逼近方向222向止动环214移动的起动小齿轮22(参见如图1的视图)在与第一端面216接触时在其运动方面被缓冲，并且减少了噪声的产生。

从图5可得出根据本发明提出的阻尼装置的另一变型实施方式。

根据这种变型实施方式，止动环214同样包括一个被设计成封闭的容纳室242。在如图5的视图中，止动环214通过一个弹簧组232安装在输出轴116的周面220上。该弹簧组232可以包括多个方向相同或相反的碟形弹簧或碟形弹簧组，从而止动环214能够沿两个轴向方向相对于输出轴116的周面220运动。在操纵啮合继电器16时可以实现对正在啮合的圆柱齿轮22特别是起动装置10的起动小齿轮进行能量衰减或者说冲量衰减。由于弹簧组232的预紧状态，正在啮合的起动小齿轮22的冲量通过阻尼装置的这种实施方案被减小，从而有利地影响在圆柱齿轮特别是起动装置10的起动小齿轮啮合时的噪声产生。

从根据图6的视图可得到根据本发明提出的阻尼装置的另一实施方案。

根据这种变型实施方式，止动环214同样通过一个环特别是锁环212安装在输出轴116的周面220上。该环212由在输出轴116的周面220中的退刀槽210或者沟槽容纳。止动环214在这种变型实施方式中固定地安装在输出轴116的周面220上，止动环214包括与起动小齿轮22对置的第一端面216以及背向该起动小齿轮的第二端面218。根据这种变型实施方式，容纳室242在止动环214中被设计成封闭的，也就是说，完全包围用于对止动环214进行轴向安装的环212。

待啮合的起动小齿轮22特别是起动装置10的起动小齿轮的端面236与止动环214的第一端面216对置。在端面236中形成凹部238，在该凹部中容纳至少一个碟形弹簧234。

与如图6的变型实施方式相反，碟形弹簧234也可以容纳在固定安装的止动环214的第一端面216内相应配置的凹部中。这种交换是容易实现的。如从图6可知，起动小齿轮22包括斜齿143。在起动小齿轮22在沿相对于止动环214的逼近方向222进行啮合时，突出于起动小齿轮22的端面236的碟形弹簧元件234与固定安装的止动环214的第一端面216接触。由此，关于待啮合到内燃机齿圈的起动小齿轮22，进行了能量衰减，从而减少了在止动环214的第一端面216与待啮合的起动小齿轮22的端面236之间发生金属接触时的噪声产生。这一点既适用于嵌入止动环214的第一端面216中的一个碟形弹簧234，也适用于图6所示的、位于待啮合的起动小齿轮22的端面236上的凹部238中的至少一个碟形弹簧234。代替在图6中所示的一个碟形弹簧234，也可以在待啮合的起动小齿轮22的端面236上的凹部238中设置多个方向相同或相反的碟形弹簧。

在如图7的变型实施方式中，示出了根据本发明提出的用于电机特别是电起动装置的阻尼装置的另一种变型方案。

从如图7的视图可知，在止动环214的第一端面216与待啮合的起动小齿轮22的端面236之间设有至少一个塑料垫片240。代替在图7中示出的一个塑料垫片240，也可以在待啮合的起动小齿轮22的端面236上设置由多个硫化在一起的塑料垫片240组成的塑料垫片组。根据图7所示的至少一个塑料垫片240由一种材料例如PA、弹性体、热塑性塑料、TPE制成或者由橡胶制成。如果使用由多个塑料垫片240组成的塑料垫片组，则一方面沿轴向设定所述至少一个塑料垫片240的厚度和衰减能力。制造塑料垫片240所用的材料具有10到70的肖氏硬度。根据一个弹簧组的各个塑料垫片240的组装情况，可以使阻尼特性符合要求。

在如图7的变型实施方式中，止动环214也是关于其在输出轴116的周面220上的轴向位置是固定安装的。止动环214的容纳室242完全包围特别是被设计成锁环的环212，从而止动环214的轴向位置保持固定。与根据图6的变型实施方式的止动环的配置方式相类似，止动环214具有第一端面216和第二端面218。在如图7的变型实施方式中，在那所示的至少一个塑料垫片240嵌入待啮合的起动小齿轮22的端面236上的凹部238中。但是也存在这样的可能方案，即，在起动小齿轮22的端面236上没有设置凹部238的条件下布置所述至少一个塑料垫片240，这有利地影响制造成本。

所有与图1至图7相关地示出的根据本发明提出的阻尼装置的变型实施方式中的共同点是，利用这些实施方式可以在电起动装置10的起动小齿轮22啮合时实现能量衰减进而实现噪声的明显降低。因此，在这里，弹性元件用作阻尼元件，因为弹性元件也具有内阻尼。这不仅适用于设有悬臂式起动小齿轮的起动装置10，也适用于待啮合的起动小齿轮只有部分露出的起动装置。根据本发明提出的解决方案也可容易地应用于其轴-毂连接结构128具有陡螺纹且其起动小齿轮22具有直齿的起动装置10。

Claims (10)

1.带有起动小齿轮(22)的起动装置(10)，所述起动小齿轮能够在输出轴(116)上移动，其特征在于，所述起动小齿轮(22)或者设置在所述输出轴(116)上的止动环(214)配置有减小噪声的阻尼装置(224、226、230、232、234、240)。

2.如权利要求1所述的起动装置，其特征在于，所述阻尼装置包括靠放在所述止动环(214)上的轴圈(226)。

3.如权利要求1所述的起动装置，其特征在于，所述阻尼装置包括至少一个弹簧元件(224)，所述弹簧元件将所述止动环(214)支撑在所述电机的轴承(122)上。

4.如权利要求1所述的起动装置，其特征在于，所述止动环(214)固定在所述输出轴(116)的一个轴向位置上或者能够沿轴向运动地安装在所述输出轴(116)上。

5.如权利要求4所述的起动装置，其特征在于，所述止动环(214)借助于一个环(212)特别是锁环，或者借助于一个由弹性材料(230)制成的环或者以被弹簧组(232)预紧的方式安装。

6.如权利要求1所述的起动装置，其特征在于，所述阻尼装置包括至少一个碟形弹簧(234)，所述碟形弹簧嵌入一个凹陷(238)中，该凹陷形成在所述止动环(214)的端面(216)上或形成在所述起动小齿轮(22)的端面(236)上。

7.如权利要求1所述的起动装置，其特征在于，所述阻尼装置具有至少一个塑料垫片(240)，所述塑料垫片被分配给所述起动小齿轮(22)的端面(236)或被分配给所述止动环(214)的端面(216)。

8.如权利要求5或7所述的起动装置，其特征在于，所述由弹性材料(230)制成的环或者所述至少一个塑料垫片(240)由PA、橡胶、弹性体、热塑性塑料、TPE制成并且具有10到70的肖氏硬度。

9.如权利要求5所述的起动装置，其特征在于，所述输出轴(116)具有环绕的凹部(210)特别是退刀槽或者沟槽，所述环(212)或所述由弹性材料(230)制成的环或者所述弹簧组(232)嵌入所述环绕的凹部中。

10.如权利要求1所述的起动装置，其特征在于，所述止动环(214)包括用于所述环(212)的容纳室(242)，所述容纳室相对于第一端面(216)而言是封闭的或者部分封闭的。

Images