CN103511157A - 起动装置以及与其相关的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于起动内燃机的起动装置(100)，特别是起动机，包括至少一个与内齿圈(30)的外周边(30a)共同作用的扭转止动装置(120)，其中，所述扭转止动装置(12)至少部分集成到包围所述齿圈(30)的中间支承件(110)中。此外，本发明还涉及一种用于在起动装置(100)中防止扭转和/或限制扭矩的方法。

Description

起动装置以及与其相关的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于起动内燃机的起动装置。
此外，本发明还涉及一种根据权利要求9前序部分所述的用于在起动内燃机的起动装置中防止扭转和/或限制扭矩的方法。
背景技术
本发明基于按照独立权利要求前序部分所述的起动装置。
本发明的主题是用于带有内燃机的车辆的起动机和启动器，其包括带有减震的行星齿轮传动装置的电机。
从现有技术已知带有减震的行星齿轮传动装置的起动装置。通常使用橡胶减震件，其中，行星齿轮传动装置的内齿圈支撑在橡胶中并且传递扭矩。
DE19927905A1描述了一种带有起动马达的用于内燃机的起动装置，起动马达的驱动轴通过被构造为行星齿轮传动装置的中间传动装置与可轴向移动的传动件有效连接，该传动件是具有自由轮机构和起动小齿轮的啮合传动机构的一部分。小齿轮通过传动件的轴向移动与内燃机的驱动传动装置的齿圈啮合。行星齿轮传动装置具有构造在驱动轴上的太阳轮，该太阳轮通过行星齿轮与内齿圈有效连接。该内齿圈支承在反向于起动方向锁止的自由轮机构环上，该自由轮机构环本身固定设置在起动装置的壳体中。借助于可摆动地设置在行星架上的离心配重，内齿圈可以为了改变行星齿轮传动装置传动比的目的而与转速相关地与行星架形成传力连接并且释放自由轮机构在起动方向上的锁止。
发明内容
与现有技术相比，具有相应独立权利要求或并且权利要求特征的根据本发明的起动装置和根据本发明的方法具有以下优点：在用于起动内燃机的起动装置、特别是起动机中，所述起动装置包括至少一个与内齿圈的外周边共同作用的扭转止动装置，其中，扭转止动装置至少部分地集成到包围所述齿圈的中间支承件中，由此起动装置可以设计得结构更小。起动机的驱动力矩通过扭转止动件受到限制，并且在例如以共振峰值的形式超出驱动力矩时，不会导致传动系连同行星齿轮传动装置或更确切地说内齿圈失效或断裂，因而不会导致起动机失效。此外，例如由于开关次数的提高、变化的啮合特性以及在起动机与用于使发动机平稳运转的新型技术共同作用下而产生的、振动和振动叠加形式的高负荷峰值被阻止。因此，防止了行星齿轮传动装置断裂、自由轮机构破裂以及驱动端轴承断裂的危险等。扭转止动装置用作扭转止动件和/或扭距限制件，因此也包括扭矩限制装置或扭转止动限制装置。
通过在从属权利要求中所述的措施可以有利地改进和改善在独立权利要求和并且权利要求中规定的装置。
在一种实施方式中规定，中间支承件具有至少一个径向凹部，用于容纳至少一个扭转止动装置。优选地设有多个凹部。进一步优选地，所述凹部在周向上相互间隔开地和/或均匀分布地设置。进一步优选地，所述凹部构造为相同的。在各个凹部中分别能够容纳所述扭转止动装置中的一个。
另一实施方式规定，所述扭转止动装置被构造为自由轮机构环段。通过构造为段，扭转止动装置结构更小。此外，能够在较小的结构空间上简单地设置不同数量的自由轮机构节段。自由轮机构环段能够通过简单的方式容纳到相应的凹部中。
又一实施方式规定，自由轮机构环段具有与径向凹部的内轮廓匹配的外轮廓，以便将自由轮机构环段容纳在径向凹部中。相应地，所述凹部构造为段状的。优选地，自由轮机构环段平齐地，也就是，不在径向上向内突出地，布置在相应的凹部中。
另一实施方式规定，设有多个在周向上相互间隔开的凹部。在一个凹部中最多设置一个自由轮机构环段。根据布置方式，至少一个凹部被构造为没有自由轮机构环段。优选地，对于没有自由轮机构环段的凹部构造一个填充体等。
又一实施方式规定，设有多个自由轮机构环段。特别地，设有多个相同构造的自由轮机构环段。自由轮机构节段具有限定的防止扭转作用或防止扭矩作用。通过多个自由轮机构节段能够更准确地实现完全的防止扭转作用或防止扭矩作用。
在又一实施方式中规定，内齿圈的外周边的与所述凹部径向对置的区域具有增大摩擦的措施(Mittel)，以实现改善的与相应自由轮机构环段的相互作用。增大摩擦的措施例如为具有较高粗糙度的结构、涂层，特别是附着涂层等。在一种实施方式中，内齿圈的整个外周边设有增大摩擦的措施。在一种优选的实施方式中，例如根据所述凹部的布置方式，只有外周边的预先确定的区域设有增大摩擦的措施。
此外，在一种实施方式中规定，设置的自由轮机构环段的数量根据与摩擦系数有关的压紧力进行选择。根据要求选择所容纳的自由轮机构环段的数量。对于自由轮机构环段数量的选择起限制作用的参数是单位为牛顿的所需的压紧力。与该压紧力相关地，能够传递预先确定的扭矩。
与现有技术相比，具有相应独立权利要求或并列权利要求特征的根据本发明的方法具有以下优点：在一种用于在起动内燃机的起动装置、特别是起动机中防止扭转和/或限制扭矩的方法中，在所述起动装置中扭矩通过内齿圈接收，所述方法包括扭转止动装置与所述内齿圈的外周边共同作用的步骤，其中，根据所希望的与摩擦系数有关的压紧力设置多个自由轮机构环段作为扭转止动件，由此能够实现结构很小且可轻松改动的扭转止动件。能够节省材料。通过所述凹部和自由轮机构节段的对称的外轮廓能够在两个方向上形成止动作用。
自由轮机构环段具有夹紧腔。在所述夹紧腔中设有与弹簧共同作用的滚子等。滚子与内齿圈处于接触。在内齿圈的相应的旋转方向中，滚子克服弹簧或在相反的方向上运动。反向于弹簧，滚子抵靠着夹紧面运动。通过滚子和夹紧面的尺寸(Abmaβe)限定夹紧轨道。在一个夹紧腔中优选地设置一个滚子。滚子在一个实施方式中借助于弹簧预紧在夹紧腔中。在此，弹簧的布置方式使得滚子朝渐缩部的方向被预紧。渐缩部例如通过夹紧腔的将滚子压紧或夹紧的楔形面或夹紧面形成。夹紧面可以直地或弯曲地延伸。
从内齿圈到中间支承件的力矩传递通过滚子和相应的夹紧块、夹紧面等实现，类似于自由轮机构。如此形成的自由轮机构在驱动方向上夹紧并且在另一方向上引起自由回转功能。在此，如此形成的自由轮机构并不替代小齿轮或起动机自由轮机构。需将导轨或夹紧面设计成，在允许的最大驱动力矩下确保限定的滑转功能。因此，由自由轮机构提供的夹紧功能针对滑转进行设计。在此，缩短楔形轨道或夹紧面或者改变夹紧角，使得相应的滚子自一个限定的力矩起从夹紧转为滑动，进而取消在中间支承件、夹紧块和滚子之间的传力连接。
根据本发明的实施方式尤其具有以下优点。防止电枢往回转动，因为带有扭转止动装置的行星齿轮传动装置只在一个方向上(电枢轴到驱动轴)是连续的
Figure BSA00000919525600041
起夹紧元件作用的自由轮机构环段的数量优选地在3和25之间，并且可以根据必需的最大扭矩变化。也可以实现夹紧元件在端面上的径向布置，其中需要延长起动机。起动机的向右转动和向左转动可以通过旋转夹紧块实现。
用于限制力矩的实施方式根据起动机大小通过夹紧块或自由轮机构环段的数量实现。根据必需的负荷限制，这至少部分地通过自由轮机构环段的数量实现。起动机大小在此设定为与夹紧块数量成比例的、例如为30Nm至280Nm的最大短接力矩。
由于该设计方案的起限制作用的要素是必需的压紧力，其为了传递驱动力矩是必需的。在例如为50Nm的短接力矩和例如为60mm的接合直径的情况下，在考虑到例如为0.3的摩擦系数的条件下，必需的压紧力为大约1800N。由试验推导，得到的必需的夹紧块数量在这里为3块。
这个值根据摩擦系数或摩擦系数对变化，所述摩擦系数对受到涂层、材料对、特定摩擦膏(摩擦脂和冷却脂)等的影响。压紧力的值就以下方面而言是重要的：在选择内齿圈材料(例如烧结金属、塑料、钢)时使预选更加容易。在烧结金属D39的情况下，根据壁厚需遵循例如大约2500N至4000N的值。在钢的情况下可以选择大于此的值，在塑料的情况下可以选择低于此的值。为了得到例如由多个部件产生的公差补偿，选择夹紧角在2°和9°之间的夹紧轨道，夹紧滚子或夹紧块。夹紧轨道长度应按照滚子直径D允许至少1/2×D至5×D的滚子长度。滚子长度在此可以根据夹紧块的数量进行选择，使得可以根据材料达到允许的赫兹压接触(Hertz’schenPressung)。滚子长度这时例如在3mm和30mm之间。直径和长度之比应在1和8之间。
附图说明
附图中示出了本发明的多个实施例并且在以下说明中加以详述。附图中：
图1以横剖视图示出了被构造为起动装置的电机，以及
图2以立体图示出了根据图1的起动装置的一部分，其带有至少部分集成到包围内齿圈的中间支承件中的扭转止动装置，
图3以部分剖开的俯视图示出了根据图1的起动装置的另一部分，其带有根据图2的扭转止动装置，
图4以部分剖开的俯视图示出了根据图3的部分，其不带有中间支承件，
图5以立体图示出了根据图4的部分，其不带有行星架和中间支承件，但带有两个扭转止动装置，以及
图6示意性示出了取决于摩擦系数的压紧力(单位N)随夹紧块数量变化的图表。
具体实施方式
图1以横剖视图示出了内燃机的起动装置100，其具有也实施为开关继电器或接通继电器的继电器42。构造为起动机的起动装置100的壳体10包括柱形壳体部11和盖13，它们通过未进一步示出的螺钉相互连接。柱形壳体部11在后侧通过盖13被封闭，在盖的中心部分形成朝外的毂盘。毂盘中有支承部，起动电动机18的电枢轴17的后端17a支承在该支承部中，起动电动机的电枢用19标示。沿径向在电枢19外，起动电动机18的多个(永久)磁铁20位于壳体部11的壁上。电枢轴17的前端以直径缩小的端部区段22支承在从动轴24的同轴延伸的未进一步示出的盲孔23里。从动轴24的另一端支承在封闭壳体部11的轴承端盖25和形成在该轴承端盖上的毂盘26中。电枢轴17在其朝向轴承端盖25的一端附近具有齿结构28(太阳轮)，行星齿轮29与所述齿结构啮合，所述行星齿轮也与行星齿轮传动机构31的外设的固定不动的内齿圈30啮合(＝中间传动装置)。
行星架12驱动该从动轴24，该从动轴上设有自由轮机构33，其内圈34具有突出部35(小齿轮)，其上形成有外齿结构36。自由轮机构33的外圈37通过陡螺纹38与从动轴24连接。所谓的接合弹簧39作用于它。通过自由轮机构33的轴向移动，外齿结构36可以与内燃机齿圈40啮合以执行起动过程。这是是借助(接通)继电器42完成的，在该继电器中，当接通电流时电磁衔铁通过凸起43使杆44摆动，该杆通过位于盘46之间的滑槽45向左移动该自由轮机构33。杆44呈双臂状并且借助销轴48可摆动地布置在与壳体相固定的轴承49内。只简短介绍此过程，因为其对本发明并不重要。
电枢轴或驱动轴17在其轴承侧后端17a用轴向间隙限制单元110(在此未详细示出，见图2至图6)在轴向A上被固定住(见图2至图6)。电刷板53贴靠在该盖13上，该电刷板与盖13螺纹连接。电刷板53一体构成。其上固定有特别是由塑料构成的刷握，刷握中安装有碳刷，其在弹簧压力下贴靠在换向器63上，该换向器安置在电枢轴17上。碳刷通过连接用绞合线被连接至缆线终端，缆线终端与接通继电器42的触点68相连。绞合线穿过一个密封件70，该密封件在壳体部11中设置在一个开口中。电刷板53用螺钉62固定在盖13上。
图2至图5以不同的视图和不同的细节示出了被构造为起动机的起动装置100的一种实施例的局部。
图2以立体图示出了根据图1的起动装置100的一部分，其带有至少部分集成到包围内齿圈30的中间支承件110中的扭转止动装置120。中间支承件110具有环绕的、环形的轴环111。该轴环111被径向凹部12中断。在此，这里设有三个径向凹部112，其用作每一扭转止动装置120的容纳部。在三个容纳部112的每一个内，插入有被构造为自由轮机构环段121的扭转止动装置120。自由轮机构环段121的外轮廓分别与凹部112的内轮廓相匹配。自由轮机构环段121能够附加地通过锁定件固定在对应的凹部112上。沿径向向内，自由轮机构环段121邻接在也与轴环111邻接的内齿圈30上。在此，自由轮机构环段121以其朝向内的一侧通过传力连接的方式或至少主要通过传力连接的方式与内齿圈30的外周边30a(也见图4)共同作用。内齿圈30是之前所述的行星齿轮传动装置的组成部分，从而通过参照之前的描述在这里可以省去详细的说明。自由轮机构环段121的结构根据以下说明将更加清楚。
图3以部分剖开的俯视图示出了根据图1的起动装置100的另一部分，其带有根据图2的扭转止动装置120。扭转止动装置120被构造为自由轮机构环段121。所述自由轮机构环段121具有环段体122，在环段体中构造有夹紧腔123。夹紧腔123具有至少一个夹紧面或楔形面123a，布置在夹紧腔123中的滚子124通过所述夹紧面或楔形面123a在相应的负荷下沿径向向内被压到内齿圈30的外周边30a上并且由此夹紧。此外，每一夹紧腔123具有一个容纳区段用于容纳朝夹紧面或楔形面123a的方向将滚子124预紧的螺旋压簧125。在这里所示的实施方式中，相邻的夹紧腔123被构造为相对彼此是相同的。夹紧腔123具有一种定向，在该定向上由于夹紧面或楔形面123a的布置而产生夹紧作用。带有相应的弹簧125的滚子124分别布置在具有相同定向的夹紧腔123中。在此，每一夹紧腔123在其定向的方向上起夹紧作用。
中间支承件110在周向上被中间支承件壳体113包围，使得自由轮节段121在径向上和周向上被可靠地保持就位。
图4以部分剖开的俯视图示出了不带中间支承件壳体113的根据图3的部分。这里，清楚示出了自由轮机构环段121在周向上可靠的定位，自由轮机构环段在周向上与相邻的轴环111邻接。轴环111在凹部112的区域内相应地弯曲并且近似沿径向延伸。由此，轴环111起各个自由轮机构环段121的止挡面的作用。
图5以立体图示出了不带行星架12、中间支承件110而带有扭转止动装置120的根据图4的部分。可清楚地看到内齿圈30的外周边30a。滚子124与外周边30a共同作用。为了改善共同作用，外周边30a至少在滚子124的区域内具有增大摩擦的措施。该增大摩擦的措施例如被构造为具有增大的粗糙度的结构、沟槽等。在按照图5的实施例中，为了清楚示出扭转止动装置120的模块性，示出了两个自由轮机构环段121。根据规定的要求方针，能够设置不同数量的多个自由轮机构环段121。结合图6对其进行详细说明。
图6示意性示出了取决于摩擦系数的压紧力(单位为N)随扭转止动装置120或更确切地说夹紧块的数量变化的图表。在纵坐标上标出了取决于摩擦系数的单位为牛顿(N)的压紧力。在横坐标上标出了相应的夹紧块数量或者说所需要的自由轮机构环段121的数量。所示曲线的走向是双曲线形的。在此，在右边标出了十个步骤的从30Nm开始直到280Nm的不同扭矩值。最小的扭矩值(30Nm)通过最内侧的曲线I标出。最高的扭矩值(280Nm)通过最外侧的曲线K标出。在它们之间是相应于其顺序的其余的值。现在为了确定所需的自由轮机构环段121的数量，例如在280Nm的扭矩曲线(即K曲线)中，寻找对应的例如为5300N的压紧力，然后朝横坐标的方向做垂直线。在此，大约得到七个自由轮机构环段121的值。对应的中间支承件110相应地具有七个或更多个凹部112。因此，这些凹部112中，七个凹部112装有自由轮机构环段121。其余的凹部112保持空闲或装有占位件。
自由轮机构环段121的工作原理原则上从自由轮机构环的现有技术中是已知的。滚子124布置在夹紧腔123、容纳区段的远离渐缩部或者说夹紧面123a的端部上。如果内齿圈30在旋转方向上旋转，则实现了在内齿圈30和自由轮机构环段121之间传递力矩，使得自由轮机构环段121与内齿圈30一起旋转。然而自由轮机构环段121在周向上位置固定地被保持在中间支承件110或更确切地说凹部112中，使得内齿圈30或更确切地说其外周边30a在自由轮机构环段121以及这里的滚子124上滑过。滚子124被压靠在弹簧125上。如果内齿圈30在反向方向上旋转或者在反向方向上施加扭矩，那么弹簧125和外周边30a引起滚子124被压靠到夹紧面或楔形面123a上。由此，使滚子124被夹紧到夹紧腔4内并且朝外周边30a的方向被夹紧。

Claims (9)

1.一种用于起动内燃机的起动装置(100)，特别是起动机，包括至少一个与内齿圈(30)的外周边(30a)共同作用的扭转止动装置(120)，其特征在于，所述扭转止动装置(120)至少部分集成到包围所述齿圈(30)的中间支承件(110)中。
2.按照权利要求1所述的起动装置(100)，其特征在于，所述中间支承件(110)具有至少一个径向凹部(112)用于容纳至少一个扭转止动装置(120)。
3.按照权利要求1或2所述的起动装置(100)，其特征在于，所述扭转止动装置(120)是自由轮机构环段(121)。
4.按照权利要求1至3中的任一项所述的起动装置(100)，其特征在于，所述自由轮机构环段(121)具有与所述径向凹部(112)的内轮廓匹配的外轮廓，以将所述自由轮机构环段(121)容纳在所述径向凹部(112)中。
5.按照权利要求1至4中的任一项所述的起动装置(100)，其特征在于，设有多个在周向上相互间隔开的凹部(112)。
6.按照权利要求1至5中的任一项所述起动装置(100)，其特征在于，设有多个自由轮机构环段(121)。
7.按照权利要求1至6中的任一项所述的起动装置(100)，其特征在于，所述内齿圈(30)的外周边(30a)的与所述凹部(112)径向对置的区域具有增大摩擦的措施，以实现与相应的自由轮机构环段(121)的更好的共同作用。
8.按照权利要求1至7中的任一项所述的起动装置(100)，其特征在于，设置的自由轮机构环段(121)的数量根据与摩擦系数相关的压紧力进行选择。
9.一种用于在起动内燃机的起动装置(100)、特别是起动机中防止扭转和/或限制扭矩的方法，在所述起动装置中扭矩通过内齿圈(30)接收，所述方法包括以下步骤：扭转止动装置(120)与内齿圈(30)的外周边(30a)共同作用，其特征在于，根据所希望的与摩擦系数相关的压紧力设置多个自由轮机构环段(121)作为扭转止动装置。
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