CN104728016B - 带有滑动离合器的自由轮机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自由轮机构(137)、特别是滚子自由轮机构和电机(10)。所述自由轮机构(137)具有外圈(132)和内圈(140)，在所述外圈(132)和内圈(140)之间设有夹紧体(138)。在自由轮机构(137)中在外圈(132)和带动盘(218)之间构造有滑动离合器(222)。

Description

带有滑动离合器的自由轮机构
技术领域
本发明涉及一种自由轮机构、特别是用于电机的滚子自由轮机构，所述自由轮机构具有外圈和内圈，在所述外圈和内圈之间设有夹紧体。
背景技术
文献DE 30 40 074 A1涉及一种用于内燃机起动装置的滚子自由轮机构。该滚子自由轮机构具有与起动小齿轮相连接的内滚动环和通过凸缘与带动套构造成一体的外滚动环。外滚动环在内周边处具有错开一定角度的相对于自由轮机构轴线偏心地伸延的曲线轨道，在该曲线轨道之间形成容纳滚子和螺旋弹簧的空腔，所述空腔又通过轴向的支撑元件分割。螺旋弹簧的端部分别贴靠在该支撑元件上，螺旋弹簧侧向地在凸缘的轴向突出部上和封闭空腔的覆盖盘上被引导。该覆盖盘具有使其轴向的突出部相连接的伸入空腔中的凸肩部，在该凸肩部中又构造有凹口，支撑元件在该凹口中结束。
根据文献DE 30 40 074 A1的滚子自由轮机构在安装在用于起动内燃机的起动装置中时具有的任务是，在一个方向上允许力矩传递并且在相反方向上实现滑转或超速。通过如下设计滚子自由轮机构，即，使其在所述相反方向上能够实现滑转或超速，保护起动装置不受损坏。由此，对用于内燃机的起动装置的一项要求标准是，其在无意义的操纵时、也就是说例如在已经以较高转速运行的内燃机中操纵起动装置时，也必须无损坏地经受这种类型的事件。虽然这种情况在实际中几乎不会发生，然而应保证用于内燃机的起动装置也能承受这种负荷。
当今，在用于内燃机的起动装置中使用以上描述的滚子自由轮机构。根据从文献DE 30 40 074 A1中已知的解决方案，使用支撑滚子形元件的螺旋弹簧。这种滚子通过在自由轮环上的楔形块压靠到凸缘上，从而一方面在一个方向上实现力矩传递并且在相反方向上保证滑转或超速。
然而，在用于内燃机的起动装置中也应能够无损坏地经受更高次数的操纵过程、即更高的开关次数，应能够承受住目前为了节省燃料而在汽车领域中越来越广泛应用的起动停止功能。通过在信号灯的红灯阶段、铁路道口关闭和类似情况中在内燃机中的起动停止功能使用得越来越多，更频繁地成倍地操纵用于内燃机的起动装置；此外在其静止的和无噪声的操纵过程方面对起动装置提出的要求更高。在起动装置中常常出现振动，其通过共振现象彼此叠加。通过振动的这种叠加产生极高的负荷峰值，在同时发生多个不适宜的情况时，这种负荷峰值可损坏或甚至破坏起动装置的单个组件。
为了在同时发生多个不适宜的情况时承受该机械的负荷峰值，特别是用于起动内燃机的起动装置的自由轮机构配备有结构长的圆柱形滚子或者配备有大的自由轮机构。大的自由轮机构具有相对大的壁厚，这提高了这种类型的起动装置的空间需求。
发明内容
根据本发明，提出一种自由轮机构、例如用于内燃机的滚子自由轮机构，在其中，力矩从支承在驱动轴上的起动小齿轮通过构造成滚子的夹紧体传递到自由轮机构外圈上。在此，保留在实际中已非常经受得住考验的楔形轨道的原理。根据本发明，通过驱动轴或驱动小齿轮传导到滚子自由轮机构中的扭矩经由被至少一个弹簧元件、例如碟形弹簧或碟形弹簧叠片加载的盘件以及带动盘传递。由盘件和带动盘组成的组件通过所述至少一个弹簧元件、例如碟形弹簧或碟形弹簧叠片的安装被夹紧，其中，通过设置一个封闭罩来封装由所述元件组成的部件，维持该预紧。
优选地，通过封闭罩选择需要维持的组件的预紧，使得该预紧在必要的自由轮机构传递力矩之上并且刚好(在考虑安全性的情况下)位于自由轮机构否则会失效的扭矩之下。通过选择预紧，可保证必要的自由轮机构传递力矩，并且此外保证，一旦达到允许的极限扭矩自由轮机构便滑转，从而在最高的负荷峰值时也保证自由轮机构的功能正常及其用于起动装置其它部件的保护功能，在最不适宜的情况中可能由于力矩共振过高出现所述最高的负荷峰值。
通过选择要应用的弹簧元件的数量和刚度、至少一个弹簧元件的结构空间设计或在装配时的压紧力或装配力可影响需通过封闭罩维持的预紧。
本发明的优点
根据本发明提出的解决方案能实现特别是在用于内燃机的起动装置上应用较小的自由轮机构，其在内燃机的发动机舱中的安装位置极其紧凑，因为努力争取了每一厘米或毫米的结构空间。通过根据本发明提出的解决方案，可使用较小的自由轮机构，然而也可拦截住很少出现的峰值负荷、即例如停止冲击以及叠加的共振并且保证了自由轮机构的滑转功能，而自由轮机构例如不会通过构造成滚子形的夹紧体的断裂而受到损坏。通过根据本发明提出的解决方案，自由轮机构的尺寸可以不设计成用于最大力矩，而是可设计成用于仅仅稍微高于自由轮机构的工作点的、也就是说稍微在自由轮机构刚好尚未滑转的点之上的力矩。
附图说明
将根据附图详细描述本发明。
附图中：
图1示出了根据现有技术的自由轮机构的视图，
图2示出了起动装置的纵剖视图，
图3示出了根据本发明提出的自由轮机构、特别是滚子自由轮机构的剖视图。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的自由轮机构的视图。
从根据图1的图示中可得到，根据现有技术的自由轮机构137在设有楔形轨道210的外圈132和内圈140的滚动面之间具有构造成滚子形的圆柱形的夹紧体138。在图1的下部分中可看出起动小齿轮22的外齿。内圈140的滚动面通过附图标记212指出。在图1中以俯视图示出的自由轮机构137实现在顺时针运动时从内圈140到外圈132的扭矩传递，并且在逆时针运动时不能实现该扭矩传递。
图2以纵剖视图示出了起动装置10。
例如，起动装置10具有起动电动机13和预啮合致动器16，该预啮合致动器16例如构造成继电器或起动继电器。起动电动机13和电的预啮合致动器16固定在共同的驱动端轴承盖19上。在功能上，起动电动机13用于当起动小齿轮22接合到在图2中未示出的内燃机的齿圈25中时驱动起动小齿轮22。
起动电动机13具有极管28作为壳体，极管28在其内周边上例如载有分别被励磁绕组34缠绕的极靴31。极靴31又包围电枢37，其具有由薄片40构成的电枢叠片43和布置在槽46中的电枢绕组49。除了通过励磁绕组34电磁激励的极靴31以外，在用作壳体的极管28的内周边上也可应用永磁体，永久磁铁。
电枢叠片43被压到驱动轴44上。在驱动轴44的远离起动小齿轮22的端部上此外安装有换向器52，所述换向器52尤其由多个单个的换向器薄片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。设置在电驱动装置16和起动电动机13之间的电流引线61在接通状态时不仅为电刷58而且还为极靴31的励磁绕组34供电。驱动轴44在换向器一侧通过轴颈64支撑在滑动轴承67中，该滑动轴承67又位置固定地保持在换向器轴承盖70中。所述换向器轴承盖70又借助于拉杆73固定在驱动端轴承盖19中，所述拉杆73(如螺钉，例如两个、三个或者四个)分布在极管的周边上。在此，极管28支撑在驱动端轴承盖19上，而且换向器轴承盖70支撑在极管28上。
沿驱动方向，在电枢37上连接了一个太阳轮80，该太阳轮是旋转传动装置，例如行星齿轮传动装置83的一部分。太阳轮80被多个行星齿轮86包围，通常是被三个行星齿轮86包围，其分别借助于滚动轴承89支撑在轴颈92上。行星齿轮86在齿圈95中滚动，所述齿圈95以外侧支承在极管28中。朝向输出侧的方向，与行星齿轮86相接的是行星架98，轴颈92容纳在所述行星架中。行星架98又支承在中间支承件101和设置在该中间支承件101上的滑动轴承104中。中间支承件101被设计为盆形，以便于在其中容纳行星架98以及行星齿轮86。此外，在盆形的中间支承件101中还设置了齿圈95，该齿圈最后通过盖107相对于电枢37封闭。中间支承件101也通过其外周边支撑在极管28的内侧。电枢37在驱动轴44的远离换向器52的端部上具有另一个同样容纳在滑动轴承113中的轴颈110。所述滑动轴承113又容纳在行星架98的中央孔里。行星架98与输出轴116一体地连接。这个输出轴116通过它远离中间支承件101的端部119支承在另一个轴承122中，该另一轴承固定在驱动端轴承盖19中。
输出轴116分为不同的区段：接在设置在中间支承件101的滑动轴承104中的区段后面的是带有直齿125(内齿)的区段，该直齿是轴毂连接结构128的一部分。该轴毂连接结构128在这种情况下使带动件131沿轴向的直线滑动成为可能。该带动件131是套筒状的突出部，该突出部与自由轮机构137的盆形外圈132一体式连接。该自由轮机构137(定向止动器)此外还包括沿径向设置在外圈132内部的内圈140。在内圈140和外圈132之间设有滚子形的夹紧体138。该夹紧体138与内圈140和外圈132共同作用，防止在外圈132和内圈140之间朝第二个方向的相对转动。换句话说，自由轮机构137能实现内圈140和外圈132之间只朝一个方向的环绕的相对运动。在根据图2的实施例中，内圈140被实施为与起动小齿轮22和该起动小齿轮的斜齿143(外斜齿)是一体的。起动小齿轮22也可替代地被实施为直齿小齿轮。除了通过励磁绕组34电磁激励的极靴31外，还可以安装永磁激励的极。
电的预啮合致动器16或者更具体地说可线性运动的衔铁168还具有下列任务，即借助于牵引元件187使转动地设置在驱动轴承盖19中的杠杆190运动。该杠杆190通常是叉形杠杆并且以两个在此未示出的的尖齿分别在两个盘件的外周上包围这两个盘件193和194，用于使夹紧在这两个盘件之间的带动环197克服弹簧200的阻力朝自由轮机构137运动，并由此使起动小齿轮22啮合到图2中未示出的内燃机的齿环25中。
下面将详细讨论啮合机构。电的预啮合致动器16具有接线柱150，该接线柱是电触头并且在组装在车辆中的情况下连接在电的起动机电池(这里同样未示出)的正极上。接线柱150穿过盖153。第二接线柱152是用于电的起动电动机13的连接端子，通过电流引线61(粗绞合线)给该起动电动机供电。所述盖153封闭由钢制成的壳体156，该壳体借助于多个固定元件159(螺钉)固定在驱动端轴承盖19上。在电的预啮合致动器16中还设有用于在叉形杠杆190上施加拉力的推进装置160和开关装置161。推进装置160包括绕组1612，开关装置161包括绕组165。推进装置160的绕组162和开关装置161的绕组165分别在接通状态下产生一个电磁场，该电磁场穿过多个不同的部件。
可线性运动的衔铁168包括推杆174；此外在可线性运动的衔铁168中构造有开关栓或开关轴177。其被弹簧包围。开关轴177支承在具有接触桥184的衔铁轭铁171中，触点180和181通过该接触桥184相互接触。除了直齿125，所述轴毂连接结构128也可设大节距螺纹齿。在此，组合方案也是可能的，其中：a)起动小齿轮22是斜齿并且轴毂连接结构128具有直齿125，b)起动小齿轮22是斜齿并且轴毂连接结构128具有大节距螺纹齿，或者c)起动小齿轮22是直齿，并且轴毂连接结构128具有大节距螺纹齿。
从根据图3的图示中可得到根据本发明构造的自由轮机构的剖视图。
在图3中示出的根据本发明构造的自由轮机构137优选地为滚子自由轮机构；设置在内圈140和外圈132之间的夹紧体138优选地以滚子形、也就是说圆柱形实现。从根据图3的图示中此外得到，内圈140是起动小齿轮122的一部分。内圈140替代地也可过渡到驱动轴中，然后驱动轴通过大节距螺纹驱动小齿轮。根据图3的自由轮机构137的内圈140的滚动面通过附图标记212指出。在夹紧体138上方因而径向地在夹紧体138之外存在外圈132，覆盖自由轮机构137的端侧的盘件214可构造在该外圈132上。该盘件214可为外圈132的一部分，或者实施成独立构件，并且使自由轮机构137与弹簧元件或弹簧叠片216分离。
在盘件214和带动盘218的端侧之间的自由空间中设有至少一个弹簧元件216。该至少一个弹簧元件216在根据图3的图示中构造成碟形弹簧。代替碟形弹簧，在传递盘214和带动盘218的彼此相对的端侧之间也可构造盘形弹簧叠片。如从根据图3的剖视图中得到的那样，带动盘218包括至少一个构造成销形的带动件224。如果根据本发明的自由轮机构137应构造成位置固定的自由轮机构，这意味着，带动件224例如为用于容纳行星齿轮传动装置的行星齿轮的轴。
由被共同的封闭罩220覆盖的外圈132、至少一个弹簧元件216和带动盘214组成的结构单元形成滑动离合器222。通过共同的封闭罩220，外圈132的端侧、至少一个弹簧元件216以及带动盘218被包围并被预紧。通过封闭罩220可通过有利的方式建立并维持该预紧。通过有利的方式选择所述预紧，使得其在自由轮机构137的所需的传递扭矩之上并且位于自由轮机构137可能受到损坏的扭矩之下。在达到该扭矩时，自由轮机构通过滑动离合器222的作用滑转，也就是说在这种情况下在传递盘214和带动盘218的端侧之间的共同旋转运动被取消，从而可排除将不允许的高的机械应力峰值传递到电机10的接在至少一个带动销224之后的部件中,该电机特别是构造成用于起动内燃机的起动装置。为了影响预紧力，传递盘214和带动盘218的面向彼此的端侧中的一个或两个可设有以有利的方式提高待传递的摩擦力的衬面或相应的涂层。代替在此示出的销形的带动件224，在带动盘218的周边上也可设置数量更多的构造成销形或棒形的带动件224。根据在传递盘214和带动盘218之间在滑动离合器22的区域中可供使用的结构空间，也可安装多个弹簧元件216。具有容纳在该处的盘件214的外圈132、至少一个弹簧元件216、带动盘218、维持预紧所用的共同的封闭罩220形成一个可预装配的组件。带动盘218也可为可轴向运动的自由轮机构137的一部分。那么，带动盘218不是实施成具有带动销224而是具有管形的套管作为带动件，其通常且优选地设有大节距螺纹联接件的大节距内螺纹。
通过对所述至少一个弹簧元件216的选择、或通过安装的弹簧元件216的数量、至少一个弹簧元件216的结构空间设计或通过在装配时的预压力或力作用来影响可通过共同的封闭罩220产生的预紧力。
通过根据本发明提出的自由轮机构137可以有利的方式实现，自由轮机构137的结构尺寸是有限的并且尽管如此可拦截出现的峰值负荷，例如停止冲击或在不利情况下叠加产生的可能导致不允许高的机械负荷的共振。包括具有盘件214的外圈132、至少一个弹簧元件216以及带动盘218的滑动离合器220在峰值负荷时滑转，而使构件不会受到损坏。以有利的方式，根据本发明提出的自由轮机构137不是针对最大可传递的力矩所设计的，而是针对仅仅稍微超过自由轮机构137工作点的力矩所设计的。

Claims (10)

1.一种自由轮机构(137)，所述自由轮机构(137)具有外圈(132)和内圈(140)，在所述外圈(132)和内圈(140)之间设有夹紧体(138)，其中，在所述自由轮机构(137)处构造有滑动离合器(222)，该滑动离合器包括所述外圈(132)、盘件(214)、至少一个弹簧元件(216)和带动盘(218)，其特征在于，所述至少一个弹簧元件(216)布置在所述盘件(214)和所述带动盘(218)的端侧之间，其中，所述盘件(214)环绕所述内圈(140)。
2.根据权利要求1所述的自由轮机构(137)，其特征在于，所述至少一个弹簧元件(216)是碟形弹簧或通过多个碟形弹簧形成。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的自由轮机构(137)，其特征在于，所述外圈(132)包括盘件(214)或者为所述外圈(132)分配一个独立的盘件(214)，所述盘件(214)通过所述至少一个弹簧元件(216)或弹簧叠片被加载。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的自由轮机构(137)，其特征在于，所述盘件(214)覆盖所述夹紧体(138)的一个端侧。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的自由轮机构(137)，其特征在于，所述外圈(132)、所述至少一个弹簧元件(216)和所述带动盘(218)被共同的封闭罩(220)包围，以调整预紧力。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的自由轮机构(137)，其特征在于，具有盘件(214)的所述外圈(132)、所述至少一个弹簧元件(216)、所述带动盘(218)和所述封闭罩(220)是预装配的组件。
7.根据权利要求1所述的自由轮机构(137)，其特征在于，所述自由轮机构(137)是用于电机(10)的滚子自由轮机构。
8.一种电机(10)，其具有起动小齿轮(22)和自由轮机构(137)、预啮合致动器(16)和起动电动机(13)，其中，在所述自由轮机构(137)处布置有滑动离合器(222)，该滑动离合器包括外圈(132)、盘件(214)、至少一个弹簧元件(216)和带动盘(218)，其特征在于，所述至少一个弹簧元件(216)布置在所述盘件(214)和所述带动盘(218)的端侧之间，其中，所述盘件(214)环绕所述内圈(140)。
9.根据权利要求8所述的电机(10)，其特征在于，所述自由轮机构(137)的外圈(132)、至少一个弹簧元件(216)和带动盘(218)被共同的封闭罩(220)包围，以调整预紧力。
10.根据权利要求8所述的电机(10)，其特征在于，所述电机(10)是用于起动内燃机的起动装置。
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