CN105609376B - 用于起动装置的起动继电器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的起动装置的电磁起动继电器，其具有开关衔铁和可通电的吸引绕组并且用于接通一个起动电动机，其中，所述开关衔铁可沿轴向在一个引导套筒内进行调整并且在面对所述引导套筒的内侧的侧面上具有凸状弯曲的外轮廓。

Description

用于起动装置的起动继电器
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内燃机的起动装置的电磁起动继电器。
背景技术
在DE 10 2012 210 517 A1中描述了一种用于内燃机的起动装置，它具有起动小齿轮，该起动小齿轮可借助电磁起动继电器在沿轴向拉回的非作用位置和前移的啮合位置之间调整，在该啮合位置起动小齿轮啮合到内燃机的齿圈中。为了起动内燃机，对起动继电器进行操纵，在此起动继电器的往复衔铁的调整运动通过调节杆传递至起动小齿轮的轴向啮合运动。通过电动机使该起动小齿轮旋转。
起动继电器在壳体内具有两个单独的绕组，这两个绕组沿轴向一个位于一个之后地设置。第一绕组为吸引绕组，通过该吸引绕组调整往复衔铁，第二绕组用作开关绕组并且被分配给集成在起动继电器内的接通装置，通过它接通或者断开驱动起动小齿轮的起动电动机的电流回路。该接通绕组在起动继电器内对开关衔铁进行操纵，该开关衔铁在偏转的状态下把一个接触板压在两个配对触点上，以便闭合起动电动机的电流回路。接触板与开关挺杆连接，开关挺杆由开关衔铁调整并且通过设置在壳体侧的磁芯引导，通过该磁芯闭合磁回路。
在开关衔铁和操纵开关衔铁的开关挺杆进行调整运动的情况下需注意开关衔铁在起动继电器的壳体内的低摩擦的引导和支承以及挺杆在衔铁内的低摩擦的引导和支承。开关衔铁和开关挺杆能够通过弹簧力(该弹簧力将开关衔铁和开关挺杆调整回初始位置)从它们的轴向位置倾斜，由此开关衔铁和开关挺杆与壳体或者磁芯之间产生接触并且随之产生增大的摩擦。
发明内容
本发明基于的目的在于，通过简单的结构措施构造一种用于起动装置的电磁起动继电器，使得在长的运行时期内保证起动继电器的低摩擦的运转。
所述目的根据本发明通过权利要求1的特征得以实现。从属权利要求给出符合目的的改进方案。
该电磁起动继电器应用在用于内燃机的起动装置中，用以在非作用位置和与内燃机齿圈的啮合位置之间调整起动小齿轮。该起动装置包括起动电动机，该起动电动机可通过起动继电器的开关运动接通。为此目的，在起动继电器内集成有接通装置，在给起动继电器内的开关绕组通电时将该接通装置接通。接通装置在这里包括起动电动机的电流回路，该电流回路在啮合状态下驱动起动小齿轮旋转，由此也驱动内燃机的齿圈并且起动内燃机。
起动小齿轮在非作用位置和与内燃机齿圈的啮合位置之间的调整运动优选地为沿起动小齿轮的纵轴线的轴向运动。但是还考虑直线的和/或旋转的调整运动，例如具有横向于起动小齿轮纵轴线的分量的摆动运动。
起动继电器具有第一继电器绕组，该第一继电器绕组构成吸引绕组，在第一继电器绕组通电的情况下对起动继电器的往复衔铁进行调整并且在非作用位置和啮合位置之间调整起动小齿轮。起动继电器的往复衔铁通过推进杆直接或者间接地与起动小齿轮联接。
此外起动继电器具有第二继电器绕组，该第二继电器绕组具有开关绕组的作用并且被分配给集成到起动继电器内的接通装置。在开关绕组通电的情况下，起动继电器内的开关衔铁被调整到开关位置，在开关位置处起动电动机的电流回路闭合。开关衔铁例如与接触桥连接，在接通的情况下该接触桥与电流回路的两个配对触点接触。优选地，起动继电器具有两个不同的继电器绕组，它们分别是可通电的，特别是可互相独立地通电，其中，吸引绕组被分配给往复衔铁的调整并且开关绕组被分配给开关衔铁的调整。无论是往复衔铁的调整运动还是开关衔铁的调整运动都是轴向的调整运动。
在一种变型实施方式中，电磁起动继电器仅具有一个继电器绕组，它既用作吸引绕组也用作开关绕组。在该继电器绕组通电的情况下对往复衔铁进行操纵，以调整起动小齿轮。如果给继电器通较强的电，则往复衔铁较强地偏转并且可以用作开关衔铁或者可调整单独构造的开关衔铁，由此闭合起动电动机的电流回路。
在根据本发明的起动继电器中，可轴向移动地支承在起动继电器的引导套筒中的开关衔铁具有凸状地弯曲的外轮廓。该引导套筒集成到起动继电器的壳体内并且与壳体固定连接。由于该凸状地弯曲的外轮廓，保证对于开关衔铁的纵轴线相对于引导套筒的纵轴线倾斜或倾侧的情况，开关衔铁与引导套筒的内侧也最多仅具有一个接触点，由此在开关衔铁的调整运动的情况下摩擦减小。在开关衔铁倾侧的情况下(在该情况下，开关衔铁纵轴线相对于与引导套筒纵轴线轴向重合的轴向调整方向倾斜)，开关衔铁的最大径向延伸不大于或者仅微不足道地大于在同轴定向的状态下的最大径向延伸。如果开关衔铁的一侧与引导套筒的内侧接触，则保证开关衔铁的径向相对的一侧与引导套筒的内侧呈间距，从而与此相应地仅给出一个在开关衔铁的外轮廓上到引导套筒内侧的触碰点或接触点。通过该结构方面的实施方式，避免在径向相对的侧面上各产生一个对引导套筒的接触点，由此总体上会提高摩擦。
开关衔铁的直径如此选取，使得在开关衔铁纵轴线与引导套筒内的轴向调整方向同轴定向的情况下在开关衔铁的外轮廓和引导套筒的内侧之间给出一个环绕的气隙；该气隙为径向的间隙。在开关衔铁倾侧的情况下，如上所述由于凸状的外轮廓，保证在开关衔铁和引导套筒之间最多仅给出一个触碰点。
开关衔铁的外轮廓的凸状弯曲有利地构造为，在外轮廓上，距离引导套筒内侧具有最小径向间距的点位于一个环绕的环上，并且随着与该环的轴向距离，与引导套筒内侧的径向距离增加。在优选的实施方式中，该径向距离在两个轴线方向上增加。这使得能够，在所有发生的开关衔铁的倾侧角度的情况下，相对于轴向纵向运动的轴线的最大径向延伸不增加或至少不明显增加，使得在任一倾侧运动的情况下，不管开关衔铁的偏转方向如何，在开关衔铁的外轮廓和引导套筒的内侧之间最多仅给出一个接触点。
开关衔铁的凸状弯曲的外轮廓例如通过一种部分球状的形状实现。这里考虑部分球状的外轮廓的不同半径，例如相当于引导套筒的内半径的半径，或者相对于引导套筒的内半径较大的外轮廓半径，使得外轮廓在轴线方向上不那么强烈地降低。原理上还为开关衔铁的外轮廓考虑比引导套筒的内半径小的半径。
代替部分球状的外轮廓，开关衔铁也可以具有非球状的轮廓，其中，有利地，沿轴向从外轮廓上的与引导套筒内侧具有最小径向间距的点开始，径向间距连续增加。
根据另一种有利的实施方式，在至少一个轴向侧处、必要时在两个轴向侧处，在开关衔铁的凸状弯曲的区段上连接有不弯曲的区段，该不弯曲的区段在纵剖视图中构造为直线的并且在空间的几何结构中构造成锥形的。在该不弯曲的区段的区域内，外轮廓与引导套筒内侧的径向间距也随着距离外轮廓上的与引导套筒内侧具有最小径向距离的点的轴向间距的增大而增大。
在另一有利的实施方式中，本身直线的、不弯曲的区段相对于开关衔铁的纵轴线的角度最小为15°或者最小为20°或者必要时最小为30°。这保证，在开关衔铁围绕纵轴线倾侧的情况下仅在一侧上外轮廓与引导套筒的内侧接触而外轮廓的径向对置的一侧保持不与引导套筒接触。
根据另一有利的实施方式，接通装置在起动继电器内的一部分是设置在壳体侧的磁芯，通过该磁芯引导由开关衔铁加载的开关挺杆。该磁芯用于，引导在起动继电器内的继电器绕组中产生的磁场。特别地，在具有实施为吸引绕组和开关绕组的两个继电器绕组的实施方式中，该磁芯被分配给开关绕组。
有利地，开关挺杆与可移动地支承在磁芯中的引导衬套连接。这里开关衔铁、开关挺杆和引导衬套有利地构成一个固定连接的开关组件，该开关组件在继电器绕组通电的情况下发生偏转并且在此闭合起动电动机的电流回路。在开关衔铁倾侧的情况下，开关挺杆和引导衬套也从纵轴线倾侧，在此引导衬套可以与磁芯接触。除了开关衔铁的凸状弯曲的外轮廓和引导套筒的内侧之间的触碰点或接触点之外，在引导衬套的侧面和磁芯内的凹部(引导衬套被插入该凹部中)的内表面之间可以在一个点处发生触碰。
有利地，开关衔铁或者开关组件由接触复位弹簧朝向未通电的初始位置加载力。用于在初始位置和啮合位置之间调整起动小齿轮的往复衔铁有利地由衔铁复位弹簧朝向未通电的初始位置加载力。
开关衔铁的凸状弯曲的外轮廓与引导套筒的内侧最多仅具有一个接触点。
附图说明
其他优点和有利的实施方式可从其他权利要求、附图描述和附图中得知。附图中：
图1示出了用于内燃机的具有起动小齿轮的起动装置，所述起动小齿轮可以通过起动继电器在轴向上调整并且可以通过起动电动机旋转地驱动，其中，起动电动机通过集成到起动继电器内的接通装置接通，
图2示出了纵向地剖过集成接通装置的起动继电器的剖视图，
图3示出了在引导套筒的区域内纵向地剖过起动继电器的剖视图，开关衔铁可轴向移动地支承在该引导套筒中，
图4示出了倾侧的开关组件的示意图，该开关组件包括开关衔铁、开关挺杆和引导衬套，
图5用示意图示出了开关衔铁的凸状弯曲的外轮廓，该外轮廓与引导套筒的内侧处于接触，其中，该外轮廓构造成部分球状的并且具有至少近似相当于引导套筒的内半径的半径，
图6以另一幅示意图示出了在一种更改的实施方式中的开关衔铁的外轮廓，其中，在开关衔铁的部分球状的外轮廓上沿轴向在两个方向上分别连接有一个锥形段，
图7示出了与图5类似的实施方式，然而开关衔铁的部分球状的外轮廓具有较大的半径，
附图中相同的构件设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了用于内燃机的具有起动小齿轮2的起动装置1，可以使起动小齿轮2与内燃机4的齿圈3啮合。如用双箭头表示的那样，起动小齿轮2可轴向移动地支承在轴5上，同时起动小齿轮2与轴5不可相对旋转地联接。通过起动继电器6可以在拉回的非作用位置和轴向前移的与内燃机4的齿圈3的啮合位置之间调整起动小齿轮2。啮合的起动小齿轮2通过起动电动机11被旋转地驱动。为了降低转速，在起动电动机11后接入一个变速器12，例如行星齿轮变速器。
起动继电器6构造为电磁的并且包括两个可通电的继电器绕组7、15以及一个往复衔铁8，在给具有吸引绕组功能的第一继电器绕组7通电时该往复衔铁被沿轴向拉入到第一继电器绕组内。往复衔铁8对推进杆9进行操纵，该推进杆对位于滚子式自由轮机构的传动件14上的啮合弹簧13加载。起动小齿轮2在从动侧与传动件14联接，使得传动件14的轴向进给运动转变为所希望的起动小齿轮2在非作用位置和与齿圈的啮合位置之间的轴向调整运动。
在啮合后，起动电动机11被起动并且使轴5旋转，起动小齿轮不可相对旋转地置于所述轴5上。
起动电动机11的接通通过集成到起动继电器6内的接通装置16进行。起动电动机的电流回路在接通装置16内借助开关衔铁闭合，在给具有开关绕组功能的第二继电器绕组15通电时对该开关衔铁进行调整。
开关装置1分配有调节或控制器，通过该调节或控制器控制起动继电器6以及起动电动机11的作用。吸引绕组7和开关绕组15的通电互相独立地进行。这使得能够实现不同的、根据当前运行状态执行的处理方式。特别地，可以实现啮合到内燃机的尚在旋转的齿圈中的啮合过程，例如在关掉内燃机后很短时间内重新起动的情况下，当起动小齿轮必须啮合到惯性运转的齿圈中时。
如从根据图2的起动继电器6的纵剖视图得知的那样，在起动继电器6内集成了两个继电器绕组7、15，它们在起动继电器的壳体18内沿轴向一个位于一个之后地设置。在这两个继电器绕组7、15之间存在一个气隙。第一继电器绕组7具有吸引绕组的功能，用于轴向调整往复衔铁8，以便引起起动小齿轮的轴向调整运动。往复衔铁8是轴向突出的挺杆17的支架，推进杆9接合在该挺杆的自由端上(图1)。往复衔铁8沿轴向在起动继电器6的壳体18内可调整地被保持并且在吸引绕组7通电的情况下在朝向磁芯19的方向上被拉入壳体内。往复衔铁8在轴向上由往复衔铁复位弹簧20朝该往复衔铁的初始位置的方向加载力。往复衔铁复位弹簧20支撑在开关衔铁23上，开关衔铁23被分配给开关绕组15并且是用于接通起动电动机的接通装置16的组成部分。
除与开关挺杆24和接触桥26连接的开关衔铁23之外，接通装置16包括与壳体固定地设置的磁芯19，在开关绕组15通电的情况下开关衔铁23被拉入到磁芯19上。在这种情况下接触桥26与两个位于起动电动机的电流回路中的配对触点27、28接触，由此电流回路闭合并且起动电动机被起动。配对触点27、28从安装在壳体18上的开关盖29中伸出。在开关盖29上还支撑有开关衔铁复位弹簧25，该开关衔铁复位弹簧朝向未通电的初始位置对开关挺杆24从而也对开关衔铁23加载力。
引导衬套30与开关挺杆24固定连接，引导衬套30可轴向移动地支承在磁芯19的凹部中。磁芯19被构造成环状的，开关挺杆24被引导穿过磁芯19。开关衔铁23、开关挺杆24和引导衬套30构成固定关联的开关组件。
如可由图2结合图3得知，引导套筒21相对于壳体固定地插入起动继电器6的壳体18内，在该引导套筒内可轴向移动地引导开关衔铁23。在图2和3所示的未给开关绕组15通电的非作用位置，开关衔铁23在引导套筒21内位于拉回的轴向位置并且在轴向上与磁芯19有间距；相应地，接触桥26不与配对触点27和28触碰。在开关绕组15通电的情况下，开关衔铁23在套筒21内沿轴向朝向磁芯19的方向调整，在这种情况下接触桥26与配对触点27和28接触，以便闭合起动电动机的电流回路。
图4中示出了具有开关衔铁23、开关挺杆24和引导衬套30的开关组件在引导套筒21内的倾侧状态，其中，开关衔铁23的纵轴线31相对引导套筒21的纵轴线32倾斜一个角度；引导套筒21的纵轴线32同时是该开关组件的进给方向。开关组件相对于引导套筒21的纵轴线的倾侧例如可由于开关衔铁复位弹簧25所施加的横向力产生。
开关衔铁23具有凸状地向外弯曲的外轮廓23a、23b，其例如构造成部分球状的。开关衔铁23的径向延伸以这种方式构造，即，在开关衔铁23与引导套筒纵轴线32同轴定向的情况下所述外轮廓在周围侧沿径向相对于引导套筒21的内侧呈间距，使得在引导间隙的范围内在外轮廓23a、23b和引导套筒21的内侧之间产生一个气隙。作为所述开关组件的一部分的引导衬套30在同轴定向的情况下也相对于磁芯19内的凹部的内壁具有周围侧间隙或气隙地被引导。
在图4中所示的开关组件相对于引导套筒纵轴线32倾侧的状态下产生开关组件相对于与壳体固定的壁(在其内引导开关组件)的两个触碰点或接触点A、B。第一触碰点A位于引导衬套30和磁芯19内的凹部的壁之间。第二触碰点B沿轴向间隔地且沿对角线对置地位于开关衔铁23的外轮廓23a和引导套筒21的内侧之间。由于凸状弯曲的外轮廓在开关衔铁23的区域内仅有一个唯一的触碰点B，与此相反，具有开关衔铁23的外轮廓23b的相对侧面沿径向与引导套筒21的内侧呈间距。由此使开关衔铁23和引导套筒21之间的摩擦力最小化，使得在图4所示的开关组件倾侧的状态下也能够以仅微小升高的力在轴向上调整。
在图5到图7中示出了开关衔铁23或者外轮廓23a的各种变型实施方式。根据图5，外轮廓23a构造成部分球状并且具有半径r，其相当于引导套筒21的内半径，但要小一个间隙的尺寸。该部分球状的外轮廓23a一直延伸，直到达到开关衔铁23的两个轴向对置的端侧。
在图6中外轮廓23a同样具有部分球状的形状并且半径相当于引导套筒21的内半径减掉一个间隙的尺寸。然而该部分球状的形状在轴线方向上不在全部外轮廓上延伸，而仅在外轮廓的一部分上延伸。在该部分球状的外轮廓上在两个轴线方向上均连接有不弯曲的区段33和34，它们构造为锥形。在两个区段33和34中，相对于引导套筒21的内侧或者纵轴线的锥角可以相同或者不同。例如在背离磁芯的一侧上在区段33和引导套筒21的内侧之间的第一锥角α大于等于或者小于在面对磁芯的一侧上在区段34和引导套筒的内侧之间的第二锥角β。锥角α和β有利地分别最小为20°。
根据图7的实施例相应于根据图5的实施例，在图7中部分球状的外轮廓23a也在开关衔铁23的轴向间隔的端侧之间延伸。然而该部分球状的外轮廓的半径r大于引导套筒21的内半径，使得总体上产生开关衔铁23的较扁平地延伸的外轮廓。

Claims (13)

1.用于内燃机的起动装置的电磁起动继电器，具有开关衔铁(23)和能通电的吸引绕组(7)并且用于接通起动电动机(11)，其中，所述开关衔铁(23)能够沿轴向在引导套筒(21)内进行调整，其特征在于，所述开关衔铁(23)在面对所述引导套筒(21)的内侧的侧面上具有凸状弯曲的外轮廓，所述开关衔铁(23)的外轮廓以如下方式凸状地弯曲，即，使得沿轴向在所述开关衔铁(23)的外轮廓上在与所述引导套筒(21)的内侧最接近的点的这一边和那一边，与所述引导套筒(21)的内侧的径向间距均增加。
2.根据权利要求1所述的起动继电器，其特征在于，所述开关衔铁(23)的外轮廓为部分球状的。
3.根据权利要求2所述的起动继电器，其特征在于，至少近似部分球状的外轮廓的半径相当于所述引导套筒(21)的内半径。
4.根据权利要求2所述的起动继电器，其特征在于，部分球状的外轮廓的半径大于所述引导套筒(21)的内半径。
5.根据权利要求1或2所述的起动继电器，其特征在于，在至少一个轴向侧处在所述开关衔铁(23)的凸状弯曲的区段上连接有不弯曲的区段(33、34)。
6.根据权利要求5所述的起动继电器，其特征在于，在每一轴向侧处在所述开关衔铁(23)的凸状弯曲的区段上分别连接有不弯曲的区段(33、34)。
7.根据权利要求6所述的起动继电器，其特征在于，不弯曲的区段(33、34)相对于所述开关衔铁(23)的纵轴线的角度至少为20°。
8.根据权利要求1或2所述的起动继电器，其特征在于，所述起动继电器(6)具有一个能通电的开关绕组(15)作为附加的绕组，所述开关绕组沿轴向对接通装置(16)的开关衔铁(23)进行调整。
9.根据权利要求1或2所述的起动继电器，其特征在于，在轴向上与所述开关衔铁(23)间隔开地，磁芯(19)固定地设置在所述引导套筒(21)或者壳体(18)中，并且通过所述磁芯(19)引导由所述开关衔铁(23)加载的开关挺杆(24)。
10.根据权利要求9所述的起动继电器，其特征在于，所述开关挺杆(24)与引导衬套(30)连接，所述引导衬套以能够移动的方式支承在所述磁芯(19)内。
11.根据权利要求10所述的起动继电器，其特征在于，所述开关衔铁(23)、开关挺杆(24)和引导衬套(30)构成一个固定连接的开关组件。
12.根据权利要求1或2所述的起动继电器，其特征在于，所述开关衔铁(23)的凸状弯曲的外轮廓与所述引导套筒(21)的内侧最多仅具有一个接触点。
13.用于内燃机的起动装置，具有根据权利要求1至12中任一项所述的起动继电器(6)。
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