DE102014217110A1

DE102014217110A1 - Magnetrheologischer Aktor mit frei drehbarer Hülse und Kupplung mit einem solchen Aktor

Info

Publication number: DE102014217110A1
Application number: DE102014217110.5A
Authority: DE
Inventors: Pierre-Yves Berthelemy
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2016-03-03

Abstract

Beschrieben wird ein Magnetorheologischer Aktor (2, 30), mit einer Spindel (3, 31), die zumindest einen Gewindeabschnitt (4, 32) hat, wobei der Gewindeabschnitt (4, 32) von einer Kammer (5) umgeben ist, die mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt ist, und wobei die Kammer (5) von einer Hülse (6, 34) definiert ist, wobei die Hülse (6, 34) in einem ersten Betriebszustand um eine Längsachse (22) der Spindel (3, 31) drehbar ist. Beschrieben wird ferner Kupplung (1) mit einem magnetorheologischen Aktor (2, 30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese zumindest eine Druckplatte (17), zumindest eine axial begrenzt verlagerbare Kupplungsscheibe (19), wobei in dem Fall, dass mehr als eine Kupplungsscheibe (19) verwendet wird, vorzugsweise jeweils eine Zwischendruckplatte (18) zwischen zwei benachbarten Kupplungsscheibe (19) vorgesehen ist, und eine Tellerfeder (20) hat, wobei die Tellerfeder (20) zum Klemmen der Kupplungsscheibe/-n (19) zum Übertragen von Leistung, vorzugsweise rotatorischer Leistung, durch den Aktor (2, 30) betätigbar ist, und die Kupplung (1) vorzugsweise eine normalerweise geschlossene Kupplung ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen magnet(o)rheologischer Aktor mit einer Spindel, die zumindest einen Gewindeabschnitt hat, wobei der Gewindeabschnitt von einer Kammer umgeben ist, die mit einem magnetorheologischen Medium gefüllt ist, und wobei die Kammer von einer Hülse definiert / gebildet ist
Ein magnetorheologisches bzw. magneto-rheologisches Medium soll hierbei ein Medium sein, dessen Maß für die Fähigkeit / Eignung zum Übertragen von Schubkräften (Viskosität bzw. Schubmodul) durch Einbringen in ein Magnetfeld veränderbar ist, vorzugsweise erhöht wird. Gewünscht ist ein Medium, welches sich bei Nicht-Anliegen eines (hinreichend starken) Magnetfelds wie eine Flüssigkeit, bspw. ein Öl, verhält, und welches sich bei Anliegen des Magnetfelds zumindest teilweise wie ein Festkörper verhält. Beispielhaft sei eine Suspension von in einer Trägerflüssigkeit (z.B. ein Öl) fein verteilten, magnetisch polarisierbaren Partikeln (z.B. Carbonyleisenpulver) genannt. Hierfür hat sich der Begriff „magnetorheologische Flüssigkeit“, kurz MRF, eingebürgert, welcher im Folgenden ebenfalls verwendet wird, aber nicht derart beschränkend zu verstehen ist, dass zwingend eine Flüssigkeit, wie das Öl, enthalten sein müsste.
Eine Spindel ist ein auf eine Achse bezogen (näherungsweise) rotationssymmetrischer Körper, insbesondere ein Zylinder, ein Kegel und/oder ein abgestufter, konvexer und/oder konkaver, voller und/oder hohler Körper und/oder eine Kombination daraus. An der Spindel ist hier ein Abschnitt mit einem Gewinde vorgesehen, mithin eine radial orientierte, in Axial- und Umfangsrichtung verlaufende, konstante oder veränderliche Auskragung oder Ausnehmung. Die Spindel kann auch als Gewindespindel bezeichnet werden.
Der Gewindeabschnitt ist von einer Kammer umgeben, das heißt, dass der Gewindeabschnitt wenigstens teilweise in einer Kavität aufgenommen ist. Diese Kammer wird von einer Hülse definiert bzw. gebildet, also von einem rotationssymmetrischen Körper, insbesondere einem Zylinder, einem Kegel oder einem abgestufter, konvexer oder konkaver und/oder einer Kombination daraus. Der Begriff Hülse soll dabei nicht derart verstanden werden, dass ein radial außen liegender Körper den Gewindeabschnitt umgibt. Beispielsweise kann bei einer Hohlspindel mit Innengewinde ein radial innen liegender Vollzylinder ebenfalls als Hülse im Sinne des Oberbegriffs gemeint sein. Da die als Kammer bezeichnete Kavität auch durch die Spindel bzw. die Spindeloberfläche bzw. die Oberfläche von Spindel und/oder Gewindeabschnitt räumlich begrenzt wird, kann auch formuliert werden, dass die Kammer von einer Hülse und der Spindel oder von einer Hülse und der Spindeloberfläche oder von einer Hülse und der Oberfläche von Spindel und/oder Gewindeabschnitt definiert ist.
Ein solcher Aktor ist aus der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2014 201 835.8 bekannt. Diese beschreibt einen magnetorheologischen Aktor mit einer Kammer, un der eine magnetorheologische Flüssigkeit aufgenommen ist, und einem Stellglied, das in der Kammer angeordnet ist, wobei das Stellglied eingerichtet ist, eine Betätigungskraft des Aktors auszuüben, wobei ferner das Stellglied eine um ihre Längsachse rotatorisch angetriebene Gewindespindel mit einem Spindelkern und einem darauf befindlichen Gewinde ist, und das Gewinde von der magnetorheologischen Flüssigkeit umgeben ist.
Die magnetorheologische Eigenschaft des Mediums (MRF) bedingt, dass zumindest bei Nicht-Anliegen eines magnetischen Feldes ein Abdichten der Kammer wünschenswert ist, um einerseits ein Entweichen des Mediums (MRF) und andererseits ein Eindringen von Fremdpartikeln zu verhindern.
Hierzu ist aus der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2014 201 837.4 ein Aktor für eine Kraftfahrzeugkupplung bekannt mit einem Raum, in dem eine magnetorheologische Flüssigkeit mit in einer Trägerflüssigkeit dispergierten magnetisch polarisierbaren Partikeln enthalten ist, wobei der Raum von einem Gehäuse und in einer darin rotierenden Spindel, insbesondere Gewindespindel, gebildet ist, wobei zur Abdichtung eines zwischen dem Gehäuse und der Spindel vorliegenden Spalts eine Permanentmagnetdichtung mit einem Magnet, insbesondere Permanentmagnet, und einem Feldführungselement aus einem magnetisierbaren Material genutzt wird, wobei der Permanentmagnet und der Feldführungsring auf einer Seite des abzudichtenden Spalts angeordnet sind.
Die Permanentmagnetdichtung wirkt dabei auf die magnetisch polarisierbaren Partikel. Bevorzugt wird diese Permanentmagnetdichtung mit einer nachgeschalteten, an der Spindel körperlich anliegenden Dichtung, beispielsweise einem Radialwellendichtring, kombiniert. Somit kann ein Entweichen einer nicht magnetisch polarisierbaren Komponente des Mediums verhindert werden. Dabei schleift allerdings die anliegende Dichtung an der rotierend angetriebenen Spindel, so dass eine Verlustleistung auftritt. Ferner kann es während der Lebensdauer eines solchen Aktors trotz Permanentmagnetdichtung dazu kommen, dass einzelne magnetisch polarisierbare Partikel durch die Permanentmagnetdichtung hindurch und in Kontakt mit der anliegenden Dichtung gelangen. Dabei tritt ein (erhöhter) Verschleiß dieser Dichtung auf.
Bei den genannten magnetorheologischen Aktoren ist die rotierend angetriebene Gewindespindel von einem nicht rotierenden Gehäuse umgeben, welches die Kammer definiert. Da das magnetorheologische Medium allerdings auch bei Nicht-Anliegen eines Magnetfeld eine gewisse Viskosität hat, tritt ein (Strömungs-)Verlust auf, nämlich erstens durch die Schraubbewegung des Gewindes / Gewindeabschnitts und zweitens durch den Geschwindigkeitsunterschied zwischen Spindeloberfläche und Gehäuseoberfläche.
Ein gattungsgemäßer Aktor kann mittels des in dem magnetorheologischen Medium positionierten Gewindes eine Rotation in eine Transversalbewegung wandeln, und kann beispielsweise zum Betätigen einer Kupplung verwendet werden. So beschreibt die nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung DE 10 2014 201 831.5 eine lösbare Kupplung zum wirktechnischen Verbindung und Trennen eines Antriebsstrangs mit einem mit diesem kuppelbaren Abtriebsstrang und einem Aktor zur Betätigung der Kupplung, wobei der Aktor ein magnetorheologischer Aktor mit einer Kammer ist, in der eine magnetorheologische Flüssigkeit und ein die Kupplung betätigendes Stellglied aufgenommen ist, das in der magnetorheologischen Flüssigkeit angeordnet ist. Ferner beschreibt die nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung DE 10 2014 201 842.0 eine Kupplung zum lösbaren Kuppeln eines Antriebselements mit einem mit diesem kuppelbaren Abtriebselement und einem Aktor zur Betätigung der Kupplung, wobei der Aktor ein Gewinde aufweist, das auf der Antriebswelle axial verschieblich angeordnet und mit der Antriebswelle drehgekoppelt ist, dessen Gewindegänge in eine magnetorheologische Flüssigkeit greifen, die im Aktor zur Antriebswelle axial lagefixiert aufgenommen ist.
Die (genannten) Patentanmeldungen DE 10 2014 201 835.8 , DE 10 2014 201 837.4 , DE 10 2014 201 831.5 und DE 10 2014 201 842.0 sollen hiermit als vollumfänglich in diese Patentanmeldung integriert gelten. Insbesondere wird angeregt, im Falle einer Auslegungsfrage zuerst die genannten Patentanmeldungen zu betrachten.
Aus dem genannten Stand der Technik gehen zwei Arten des Wandelns einer Rotationsbewegung in eine Transversalbewegung bzw. eines Drehmoments in eine Kraft bzw. einer rotatorischen Leistung in einer tranlatorische / transversale Leistung hervor. Nach Anlegen eines magnetischen Felds geht das magnetorheologische Medium, hier eine MRF, in einen verfestigten Zustand über, in welchem sie zweiphasig ist. Die polarisierbaren Partikel bilden unter Einfluss des magnetischen Feldes Ketten entlang dessen Flusslinien aus.
Bei der ersten Art des Wandelns schraubt sich die Spindel durch die zweiphasige MRF. Dabei muss eine durch die Gewindespindel ausgeübte Schubspannung betragsmäßig kleiner als eine Grenzscherspannung der MRF sein. Folglich ist diese erste Art des Wandelns, das „Ausschrauben“, für relativ (zur Grenzscherspannung) niedrige Axialkräfte geeignet. Anders ausgedrückt stützt sich die Spindel an den magnetisch polarisierten oder ausgerichteten Partikeln axial ab, welche bei der ersten Art des Wandelns durch das Magnetfeld räumlich festgehalten bzw. abgestützt werden. Dabei bleiben die magnetisch polarisierten oder ausgerichteten Partikel ohne eine direkt auf diese aufgebrachte Kraft näherungsweise an demselben Ort und bilden Ketten von Partikel. Die resultierende Struktur kann als poröse Struktur beschrieben werden.
Die zweiten Art des Wandelns tritt auf, wenn / während die durch die Gewindespindel ausgeübte Schubspannung die Grenzscherspannung überschreitet. Bei Überschreiten dieses Werts brechen die aus den polarisierten Partikeln gebildeten Ketten, bilden sich allerdings aufgrund des fortwährend wirkenden magnetischen Felds in Bereichen mit geringerer Schubspannung sofort erneut. Im Ergebnis bedeutet dies, dass die maximal erzeugbare Axialkraft erreicht ist. Das Gewinde bekommt in der Kettenstruktur der MRF Schlupf, sodass Teile der MRF trotz deren verfestigten Zustands durch das als archimedische Schraube wirkende Gewinde in einen Abschnitt stömungstechnisch hinter dem Gewinde gefördert werden. Dieser Zustand entspricht einem Zustand mit einer hochviskosen Flüssigkeit. In diesem Abschnitt strömungstechnisch hinter dem Gewinde wirkt auf die MRF keine Schubspannung mehr, sodass sich deren Partikel wieder zu Ketten formieren. Infolge der auf die Gewindespindel wirkenden Axialkraft steht dieser Abschnitt allerdings unter höherem Druck als ein Abschnitt strömungstechnisch vor dem Gewinde. Die Trägerflüssigkeit der MRF kann von dem strömungstechnisch hinter dem Gewinde befindlichen Abschnitt in den strömungstechnisch vor dem Gewinde befindlichen Abschnitt strömen. Da sich die in dem Abschnitt strömungstechnisch hinter dem Gewinde befindlichen Partikel wieder zu Ketten formiert haben, kommt es dort zu einer Ansammlung von verfestigten Partikeln. Die miteinander verketteten Partikel bilden hinter dem Gewinde ein Polster aus, auf dem sich der letzte Gewindegang des Gewindes abstützt. Die Partikel in diesem Abschnitt verhalten sich wie ein Festkörper, und je mehr Partikel sich strömungstechnisch hinter dem Gewinde ansammeln, desto größer wird das dort entstehende Polster und der Versatz der Gewindespindel in die axial entgegen gerichtete Richtung. Folglich ist diese zweite Art des Wandelns, das „Abstützen am Polster“, auch für höhere Axialkräfte als beim „Ausschrauben“ geeignet. Anders ausgedrückt stützt sich die Spindel an den magnetisch polarisierten Partikeln axial ab, welche bei der zweiten Art des Wandelns durch das Magnetfeld verkettet axial an einer Kammerwand abgestützt werden.
Eine Eignung für beide Arten des Wandelns einer Rotationsbewegung in eine Transversalbewegung bzw. eines Drehmoments in eine Kraft sind wünschenswert, um eine relativ (zur Grenzscherspannung) hohe Axialkräfte bewirken zu können. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass eine (zur Grenzscherspannung) erhöhte Leistungsdicht und somit ein verringerter Bauraum bzw. ein verringertes Gewicht erwünscht ist.
Ergänzend zu den voranstehenden Beobachtung ist es so, dass die über ein magnetorheologisches Medium übertragbare Leistung (bzw. Kraft oder Drehmoment) mit der magnetischen Feldstärke in der Kammer einhergeht. Dabei kann eine Erhöhung der magnetischen Feldstärke im Kammerinneren und/oder eine Homogenisierung der magnetischen Feldstärke im Kammerinneren die übertragbare Leistung erhöhen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen magnetorheologischen Aktor zum Wandeln einer Rotationsbewegung in einer Transversalbewegung mit geringem Verschleiß und/oder geringer Verlustleistung vorzusehen. Es ist eine weiter Aufgabe der Erfindung, einen magnetorheologischen Aktor mit hoher Axialkraft, hoher Leistungsdichte und/oder geringem Gewicht vorzusehen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Aktor zum Betätigen einer Kupplung vorzusehen. Ferner ist es eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Kupplung mit einem solchen Aktor vorzusehen. Schließlich ist es eine nochmals andere Aufgabe der Erfindung, aus offensichtlichen Gründen, einen stabilen und/oder kostengünstigen und/oder schnell ansprechenden Aktor und/oder eine solche Kupplung vorzusehen. Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, die magnetische Feldstärke in der Kammer zu erhöhen oder zu homogenisieren. Eine weitere Aufgabe ist, eventuell auftretende magnetische Verluste in/an einem Luftspalt zu vermeiden bzw. zu reduzieren, sowie eine Robustheit der Lösung bezüglich Reibwertschwankung zu verbessern. Die Aufgaben der Erfindung sind alle gleichwertig, insofern kann man als eine gemeinsame, übergeordnete Aufgabe formulieren, einen gattungsgemäßen Aktor zu verbessern.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Aktor erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Hülse in einem ersten Betriebszustand um eine Längsachse der Spindel drehbar ist. Die Hülse ist also im Gegensatz zum Stand der Technik nicht fest mit einem Gehäuse verbunden. Dadurch kann die Hülse bei einer Differenzdrehzahl zwischen der Spindel und der Hülse beispielsweise durch ein Rebmoment einer Dichtung oder durch eine Strömungskraft rotierend angetrieben werden, so dass die Drehzahl der Hülse die Drehzahl der Spindel annimmt. Dies hat den Vorteil, dass ein Verschleiß einer Dichtung verringert ist und/oder dass eine Verlustleistung verringert ist.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Hülse in dem ersten Betriebszustand um die Längsachse der Spindel frei drehbar ist. Hiermit wird zum Ausdruck gebracht, dass die Drehbewegung der Hülse zur Umgebung und/oder zur Spindel nicht konstruktiv auf einen bestimmten Wert festgelegt ist.
Als „erster Betriebszustand“ wird in diesem Zusammenhang bzw. dieser Beschreibung ein Zustand ohne extern anliegendes Magnetfeld zum Erzeugen / Erreichen des Festkörperverhaltens des magnetorheologischen Mediums verstanden.
Gemäß einem zweiten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann die Hülse in dem ersten Betriebszustand um die Längsachse der Spindel drehbar auf und/oder an der Spindel gelagert sein. Dadurch kann ein Verlustmoment verhindert werden, welches in dem ersten Betriebszustand bei einer Lagerung der Hülse an einem festen Bezugspunkt (einem Gehäuse) beispielsweise durch ein Schleppmoment eines Wälzlagers oder ein Reibmoment eines Gleitlagers zwischen der Hülse und dem festen Bezugspunkt entstehen würde. Dies hat den Vorteil, dass ein Verschleiß einer Dichtung verringert ist und/oder dass eine Verlustleistung verringert ist.
Gemäß einem dritten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann die Hülse an dem Gewindeabschnitt der Spindel gelagert sein. Dadurch kann die Hülse in Radialrichtung festgelegt werden. Dadurch kann ein Wackeln oder Taumeln der Hülse verhindert werden. Dies hat den Vorteil, dass ein hierdurch bedingter Verschleiß verringert oder verhindert ist, sowie wegen einer entsprechen hoher Produktlebensdauer eine kostengünstige Hülse erreicht wird.
Gemäß einem vierten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann die Kammer zwischen der Hülse und der Spindel durch zumindest eine Dichtung begrenzt werden. Dadurch kann ein Entweichen des magnetorheologischen Mediums (aus der Kammer) und/oder ein Eindringen von Fremdpartikeln (in die Kammer) verhindert werden. Dies hat die Vorteile, dass die Produktlebensdauer des Aktors erhöht wird und somit ein kostengünstiger Aktor erreicht wird.
Gemäß einem fünften, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann die Dichtung eine Radialwellendichtung und/oder eine Permanentmagnetdichtung haben/sein. Durch eine Radialwellendichtung kann ein Entweichen des magnetorheologischen Mediums, insbesondere eines gegebenenfalls vorhandenen nicht magnetisierbaren Anteils des Mediums, (aus der Kammer) und/oder ein Eindringen von Fremdpartikeln (in die Kammer) verhindert werden. Durch eine Permanentmagnetdichtung kann ein Entweichen des magnetorheologischen Mediums, insbesondere eines gegebenenfalls vorhandenen magnetisierbaren Anteils des Mediums, verhindert werden. Dies hat die Vorteile, dass die Produktlebensdauer des Aktors erhöht wird und somit ein kostengünstiger Aktor erreicht wird.
Gemäß einem sechsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann die Hülse in Längsrichtung der Spindel bewegbar bzw. beweglich sein. Dadurch kann eine schwimmende Lagerung erreicht werden. Dadurch kann die Hülse in Längsrichtung in eine bestimmte Position wie beispielsweise in ein Magnetfeld oder in eine Anlageposition eines Anschlags bewegbar sein oder aus einer solchen Position heraus bewegbar sein. Dadurch kann auch eine schwimmende Lagerung erreicht werden. Beispielsweise kann die Hülse „schwimmend“ eine Position (in Längsrichtung) mit verringerter Reibung erreichen. Dies hat den Vorteil, dass eine geringe Verlustleistung und/oder eine hohe Axialkraft erreichbar sind. Ferner kann eine Rotationsbewegung direkt in eine Transversalbewegung der Hülse gewandelt werden. Dies hat ebenfalls den Vorteil, dass eine geringe Verlustleistung und/oder eine hohe Axialkraft erreichbar sind.
Gemäß einem siebten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann die Hülse auf/an der Spindel in Längsrichtung der Spindel bewegbar bzw. beweglich gelagert ist. Dadurch kann eine schwimmende Lagerung der Hülse an der Spindel erreicht werden. Beispielsweise kann die Hülse „schwimmend“ eine Position (in Längsrichtung) an der Spindel mit verringerter Reibung erreichen. Dies hat den Vorteil, dass eine geringe Verlustleistung und/oder eine hohe Axialkraft erreichbar sind.
Gemäß einem achten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann die Hülse einen Hülsenanschlag haben. Dadurch kann eine Axialkraft durch die Hülse bewirkt oder aufgenommen oder gleitet werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher Axialkraft, hoher Leistungsdichte und/oder geringem Gewicht erreicht werden kann. Dadurch kann ferner ein betätigbarer fester Halt der Hülse an einem Gehäuse erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass eventuell auftretende magnetische Verluste in/an einem Luftspalt vermieden bzw. reduziert werden können, sowie eine Robustheit der Lösung bezüglich Reibwertschwankung verbessert wird.
Gemäß einem neunten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann die Spindel mit einer Antriebswelle drehfest verbindbar sein. Die Antriebswelle kann beispielsweise eine Motorwelle sein. Dadurch kann ein direkter Antrieb der Spindel erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass eine geringe Verlustleistung erreichbar ist.
Gemäß einem zehnten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann die Spindel mit einer radial bzw. in Radialrichtung innen liegenden Antriebswelle drehfest verbindbar ist. Herkömmliche Antriebswellen sind aus Vollmaterial mit einer radial außen vorgesehenen Welle-Nabe-Verbindung, wie einer Keilwelle, einer Passfeder oder dergleichen, versehen. Dadurch kann eine besondere Eignung für herkömmliche Antriebswellen oder für Antriebswellen mit herkömmlichen Welle-Nabe-Verbindungen erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass eine kostengünstige Verbindung des Aktors mit einem Antrieb des Aktors erreicht werden kann.
Gemäß einem elften, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann die Spindel mit einer Antriebswelle axial verlagerbar verbindbar sein. Dadurch kann die Spindel mit dem Getriebeabschnitt eine Rotationsbewegung direkt in eine Transversalbewegung der Spindel wandeln. Dies hat den Vorteil, dass eine geringe Verlustleistung und/oder eine hohe Axialkraft erreichbar sind.
Gemäß einem zwölften, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann die Spindel einen Spindelanschlag haben, der zum in-Kontakt-Gelangen mit einer Tellerfeder vorbereitet ist. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor zum Betätigen einer Kupplung vorgesehen werden kann.
Gemäß einem dreizehnten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung können der Hülsenanschlag und der Spindelanschlag kinematisch voneinander weg weisen. Dadurch kann eine Axialkraft von dem Spindelanschlag, durch die Spindel, den Gewindeabschnitt, das magnetorheologische Medium, die Hülse und den Hülsenanschlag geleitet werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher Axialkraft, hoher Leistungsdichte und/oder geringem Gewicht erreicht werden kann.
Gemäß einem vierzehnten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann der Aktor ein Gehäuse haben, das eine Spule lagert, wobei mittels durch die Spule fließenden elektrischen Stroms ein Magnetfeld erzeugbar ist. Dadurch kann, im Gegensatz zu beispielsweise einem Permanentmagneten, ein rascher Aufbau des Magnetfelds erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit geringem Verschleiß und/oder geringer Verlustleistung erreicht werden kann. Ferner kann ein Aktor mit schnellem Ansprechverhalten erreicht werden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse die Spule an der von der Hülse und/oder Kammer abgewandten Spulenseite umgibt. Dadurch kann ein Magnetfeld so geleitet werden dass dieses in der Kammer konzentriert wird. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hoher Axialkraft, hoher Leistungsdichte und/oder geringem Gewicht erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein schnell ansprechender Aktor erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist.
Gemäß einem fünfzehnten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann zwischen dem Hülsenanschlag und einem Gehäuseanschlag ein Reibmoment übertragbar sein. Das magnetorheologische Medium bewirkt (bei Drehen der Spindel sowie insbesondere bei Anliegen eines Magnetfelds) ein Gegenmoment bzw. Haltemoment gegen ein Drehmoment der Spindel. Dieses Gegenmoment des Mediums kann durch das Reibmoment verstärkt bzw. unterstützt werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hoher Axialkraft, hoher Leistungsdichte und/oder geringem Gewicht erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein schnell ansprechender Aktor erreichbar ist. Dadurch kann ferner ein betätigbarer fester Halt der Hülse an dem Gehäuse erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass eventuell auftretende magnetische Verluste in/an einem Luftspalt vermieden bzw. reduziert werden können, sowie eine Robustheit der Lösung bezüglich Reibwertschwankung verbessert wird.
Dabei kann der Gehäuseanschlag als gehäusefester Gehäuseanschlag bezeichnet werden, das heißt, dass der Anschlag eine darin eingeleitete Kraft und/oder ein solches Moment direkt, also beispielsweise ohne zwischengeschaltete Dämpfer, an das Gehäuse überträgt. Dadurch kann ferner ein betätigbarer fester Halt der Hülse an dem Gehäuse erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Robustheit der Lösung bezüglich Reibwertschwankung verbessert wird.
Dabei kann auch bestimmt werden, dass das Reibmoment zwischen dem Hülsenanschlag und einem Gehäuseanschlag in Anschlagslage übertragbar ist. Dabei kann auch bestimmt werden, dass das Reibmoment zwischen dem Hülsenanschlag und einem Gehäuseanschlag nur in zumindest näherungsweiser Anschlagslage übertragbar ist. Das heißt, dass das Reibmoment nur in Anschlagslage und nicht in einer Nichtanschlagslage zwischen dem Hülsenanschlag und einem Gehäuseanschlag in Anschlagslage übertragbar ist. Dadurch kann ferner ein betätigbarer fester Halt der Hülse an dem Gehäuse erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Robustheit der Lösung bezüglich Reibwertschwankung verbessert wird.
Gemäß einem sechzehnten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann der gehäusefeste Anschlag einstückig mit dem Gehäuse gebildet sein. Dadurch kann der Anschlag während der Fertigungsschritte des Gehäuses gebildet werden. Dadurch kann auch die Lagerhaltung verringert sein. Dies hat den Vorteil, dass ein kostengünstiger Aktor erreicht werden kann. Dadurch kann ferner ein betätigbarer fester Halt der Hülse an dem Gehäuse erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Robustheit der Lösung bezüglich Reibwertschwankung verbessert wird.
Gemäß einem siebzehnten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann das Gehäuse die Hülse in Axialrichtung zumindest teilweise bzw. abschnittsweise umgeben und/oder aufnehmen. Dadurch kann die Relativposition von Hülse und Gehäuse festgelegt sein. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hohen Axialkraft und/oder einer hohen Leistungsdichte erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist.
Dabei kann zusätzlich oder alternativ das Gehäuse die Hülse zumindest in dem die Kammer umgebenden Bereich (der Hülse) in Axialrichtung zumindest teilweise bzw. abschnittsweise umgeben bzw. aufnehmen. Dadurch kann die Relativposition von Kammer und Gehäuse bzw. Spule festgelegt sein. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hohen Axialkraft und/oder einer hohen Leistungsdichte erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist.
Dabei kann zusätzlich oder alternativ auch das Gehäuse die Hülse radial bzw. in Radialrichtung außen liegend in Axialrichtung zumindest teilweise bzw. abschnittsweise umgeben bzw. aufnehmen. Dadurch kann die Spule radial außerhalb vorgesehen sein. Dadurch kann eine hohe Feldstärke innerhalb der Kammer erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hohen Axialkraft und/oder einer hohen Leistungsdichte erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist.
Dabei kann zusätzlich oder alternativ das Gehäuse die Hülse in Axialrichtung zumindest teilweise bzw. abschnittsweise in dem ersten Betriebszustand berührungsfrei umgeben bzw. aufnehmen. Dadurch kann ein Schleifen oder Reiben der Hülse an dem Gehäuse verhindert sein. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einem geringen Verschleiß und/oder einer geringen Verlustleistung vorgesehen werden kann.
Gemäß einem achtzehnten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann das Gehäuse einen zu der Spindel direkt benachbarten Gehäuseabschnitt haben, wobei ein Spalt zwischen diesem Abschnitt und der Spindel kleiner als 5 mm, bevorzugt kleiner als 1 mm, stärker bevorzugt kleiner als 0,5 mm, besonders bevorzugt eine (gegebenenfalls normgerechte) Spielpassung ist. Dadurch kann das Gehäuse geometrisch dazu vorbereitet sein, ein magnetisches Feld von dem Gehäuse in die Spindel (und umgekehrt) zu leiten. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hohen Axialkraft und/oder einer hohen Leistungsdichte erreichbar ist.
Gemäß einem neunzehnten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann das Gehäuse aus magnetisch gut leitendem Material, vorzugsweise aus ferromagnetischem Material, besonders bevorzugt aus einem Eisenbasiswerkstoff gebildet sein. Dadurch kann das Gehäuse das Magnetfeld der Spule besonders konzentriert leiten. Dadurch kann im Bereich der Kammer eine besonders hohe magnetische Feldstärke erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hohen Axialkraft und/oder einer hohen Leistungsdichte erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist.
Unter einem magnetisch gut leitenden Material wird in diesem Kontext ein Material mit einer Permeabilität von zumindest gleich 80 verstanden. Unter einem ferromagnetischen Material wird in diesem Kontext ein Material mit einer Permeabilität von zumindest gleich 300 verstanden.
Gemäß einem zwanzigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann die Hülse zumindest in dem die Kammer umgebenden Bereich aus magnetisch gut leitendem Material, vorzugsweise aus ferromagnetischem Material, besonders bevorzugt aus einem Eisenbasiswerkstoff gebildet ist. Dadurch kann die Hülse das Magnetfeld der Spule besonders konzentriert leiten. Dadurch kann im Bereich der Kammer eine besonders hohe magnetische Feldstärke erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hohen Axialkraft und/oder einer hohen Leistungsdichte erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist.
Gemäß einem einundzwanzigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann an der Hülse ein die Kammer begrenzender Stützabschnitt gebildet oder angebracht sein. Dadurch kann ein Polster des magnetorheologischen Mediums, welches sich näherungsweise wie ein Festkörper verhält, an der Hülse abgestützt werden. Dadurch kann eine hohe Axialkraft von der Spindel auf das Medium und auf die Hülse (und umgekehrt) geleitet werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hohen Axialkraft und/oder einer hohen Leistungsdichte erreichbar ist.
Gemäß einem zweiundzwanzigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann der Stützabschnitt aus magnetisch schwach leitendem Material gebildet sein. Dadurch kann ein „magnetischer Kurzschluss“ durch den Stützabschnitt verhindert werden. Dadurch kann im Bereich der Kammer eine besonders hohe magnetische Feldstärke erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hohen Axialkraft und/oder einer hohen Leistungsdichte erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist.
Unter einem magnetisch schwach leitenden Material wird in diesem Kontext ein Material mit einer Permeabilität von höchstens gleich 2 verstanden. Alternativ oder zusätzlich soll als magnetisch schwach leitendes Material ein Material mit einer Permeabilität von höchstens gleich der Permeabilität des magnetorheologischen Mediums, bevorzugt wird dabei ein Material, dessen Permeabilität 1/2, stärker bevorzugt 1/10, noch stärker bevorzugt 1/100 am stärksten bevorzugt 1/1000 der Permeabilität des magnetorheologischen Mediums beträgt.
Gemäß einem dreiundzwanzigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Hülse und der Stützabschnitt nicht einstückig gebildet sind. Dadurch kann eine kostengünstige, weil getrennte, Fertigung von Hülse und Stützabschnitt erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein kostengünstiger Aktor vorgesehen sein kann. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist.
Gemäß einem vierundzwanzigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Hülse und der Stützabschnitt einstückig und aus zumindest zwei verschiedenen Materialien gebildet sind. Dabei wird insbesondere an eine Herstellung durch Sintern gedacht. Dadurch kann eine einstückige Konstruktion aus magnetisch verschieden leitenden Materialien erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein kostengünstiger und stabiler Aktor erreicht wird. Dies hat auch den Vorteil, dass dass ein Aktor mit einer hohen Axialkraft und/oder einer hohen Leistungsdichte erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist. Es bieten sich dabei Sinterverfahren, Lötverfahren oder Klebeverfahren an.
Gemäß einem fünfundzwanzigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann die Spindel zumindest in einem zu der Kammer benachbarten Abschnitt aus magnetisch gut leitendem Material, vorzugsweise aus ferromagnetischem Material, besonders bevorzugt aus einem Eisenbasiswerkstoff gebildet sein. Dadurch kann im Bereich der Kammer eine besonders hohe magnetische Feldstärke erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hohen Axialkraft und/oder einer hohen Leistungsdichte erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist.
Gemäß einem sechsundzwanzigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann die Spindel zumindest in einem axial gehäuseseitigen Spindelabschnitt, welcher sich von dem zu der Kammer benachbarten Bereich zu dem zu der Spindel direkt benachbarten Gehäuseabschnitt erstreckt, aus magnetisch gut leitendem Material, vorzugsweise aus ferromagnetischem Material, besonders bevorzugt aus einem Eisenbasiswerkstoff gebildet ist. Dadurch kann ein magnetisches Feld von dem Gehäuse mit der Spule zu der Kammer geleitet werden. Dadurch kann im Bereich der Kammer eine besonders hohe magnetische Feldstärke erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hohen Axialkraft und/oder einer hohen Leistungsdichte und/oder einem hohen Gewicht erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist.
Gemäß einem siebenundzwanzigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann der Gewindeabschnitt zumindest in einem gewindekopfseitigen Abschnitt, welcher vom Gewindekopf aus zum Gewindefuß zumindest 25%, bevorzugt zumindest 50%, stärker bevorzugt zumindest 75%, besonders bevorzugt 100% der Zahnhöhe des Gewindeprofils ausmacht, aus magnetisch schwach leitendem Material gebildet sein. Dadurch kann ein „magnetischer Kurzschluss“ durch den Gewindeabschnitt verhindert werden. Dadurch kann im Bereich der Kammer eine besonders hohe magnetische Feldstärke erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hohen Axialkraft und/oder einer hohen Leistungsdichte und/oder einem hohen Gewicht erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist.
Gemäß einem achtundzwanzigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Spindel und der Gewindeabschnitt nicht einstückig gebildet sind. Dadurch kann eine kostengünstige, weil getrennte, Fertigung von Spindel und Gewindeabschnitt erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein effiziente Aktor vorgesehen sein kann. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist.
Gemäß einem neunundzwanzigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Spindel und der Gewindeabschnitt einstückig und aus zumindest zwei verschiedenen Materialien gebildet sind. Dabei wird insbesondere an eine Herstellung durch Sintern gedacht. Dadurch kann eine einstückige Konstruktion aus magnetisch verschieden leitenden Materialien erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein kostengünstiger und stabiler Aktor erreicht wird. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hohen Axialkraft und/oder einer hohen Leistungsdichte und/oder einem hohen Gewicht erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist.
Gemäß einem dreißigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann der Hülsenanschlag radial innerhalb des Gehäuses und axial in Verlängerung des die Kammer begrenzenden Bereichs der Hülse vorgesehen sein. Dadurch wird eine direkte Leitung einer Kraft bzw. eines Moments in der Hülse zu dem Hülsenanschlag (und umgekehrt) erreicht. Ferner wird ein kompaktes Design erreicht. Dies hat den Vorteil, dass ein stabiler Aktor mit geringem Gewicht erreicht werden kann. Dadurch kann ferner ein betätigbarer fester Halt der Hülse an dem Gehäuse erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Robustheit der Lösung bezüglich Reibwertschwankung verbessert wird.
Gemäß einem einunddreißigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann der Anschlag der Hülse axial in und/oder an dem die Kammer umgebenden Bereich gebildet sein. Dadurch kann eine Kraft direkt durch die Hülse geleitet werden. Dadurch kann die Hülse mit weniger Materialeinsatz gebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass ein kleinerer und/oder leichterer Aktor und/oder ein Aktor mit höherer Leistungsdichte gebildet werden kann. Dadurch kann auch ein magnetisches Feld direkt in die Kammer geleitet werden. Dies hat also auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist. Dadurch kann ferner ein betätigbarer fester Halt der Hülse an dem Gehäuse erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass eventuell auftretende magnetische Verluste in/an einem Luftspalt vermieden bzw. reduziert werden können, sowie eine Robustheit der Lösung bezüglich Reibwertschwankung verbessert wird.
Gemäß einem zweiunddreißigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung können, zusammenfassend formuliert, – soweit nach den Rückbezügen (zwingend) vorhanden – die Hülse zumindest in dem die Kammer umgebenden Bereich, der Hülsenanschlag, der Gehäuseanschlag, das Gehäuse, der zu der Spindel direkt benachbarte Gehäuseabschnitt, der axial gehäuseseitige Spindelabschnitt und/oder die Spindel in dem zu der Kammer benachbarten Abschnitt aus magnetisch gut leitendem Material, vorzugsweise aus ferromagnetischem Material, besonders bevorzugt aus einem Eisenbasiswerkstoff gebildet sein. Dadurch kann ein von der Spule erzeugtes magnetisches Feld gezielt in die Kammer geleitet werden. Dadurch kann im Bereich der Kammer eine besonders hohe magnetische Feldstärke erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hohen Axialkraft und/oder einer hohen Leistungsdichte und/oder einem hohen Gewicht erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist.
Gemäß einem dreiunddreißigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Gewindeabschnitt ein mehrgängiges Gewinde mit zumindest zwei Gängen, stärker bevorzugt drei Gängen, ist. Dadurch kann bei einem höheren Anteil an magnetisierbaren Partikeln in dem magnetorheologischen Medium ein näherungsweise gleich hoher Betätigungsweg erreicht werden, als bei einem geringeren Anteil an magnetisierbaren Partikeln und einem eingängigen Gewinde. Dies hat den Vorteil, einen kürzeren axialen Bauraum zu beanspruchen. Besonders bevorzugt sind wahlweise die Kombinationen von einem Eisenanteil von ca. 60 Vol.-% in dem magnetorheologischen Medium / der MRF und einem 3-gängigen Gewinde, sowie von einem Eisenanteil von ca. 40 Vol.-% in dem magnetorheologischen Medium / der MRF und einem zweigängigen Gewinde.
Gemäß einem vierunddreißigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung können, zusammenfassend formuliert, – soweit nach den Rückbezügen (zwingend) vorhanden – die Dichtung oder zumindest ein die Dichtung an der Hülse lagernder Abschnitt, der Stützabschnitt, der gewindekopfseitige Abschnitt und/oder der Gewindeabschnitt aus magnetisch schwach leitendem Material gebildet sein. Dadurch können „magnetische Kurzschlüsse“ durch die jeweiligen Teile / Komponenten / Abschnitte hindurch verhindert werden. Dadurch kann im Bereich der Kammer eine besonders hohe magnetische Feldstärke erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Aktor mit einer hohen Axialkraft und/oder einer hohen Leistungsdichte und/oder einem hohen Gewicht erreichbar ist. Dies hat auch den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher magnetischer Feldstärke und/oder homogenem magnetischen Feld erreichbar ist.
Gemäß einem fünfunddreißigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann eine Kupplung mit einem magnetorheologischen Aktor nach einem der vorhergehenden Aspekte vorgesehen sein. Dadurch kann eine Kupplung mit den voranstehend genannten Vorteilen erreicht werden.
Gemäß einem sechsunddreißigsten, auch unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann eine Kupplung mit einem magnetorheologischen Aktor nach einem der vorhergehenden Aspekte vorgesehen sein, wobei diese zumindest eine Druckplatte, zumindest eine axial begrenzt verlagerbare Kupplungsscheibe, wobei in dem Fall, dass mehr als eine Kupplungsscheibe verwendet wird, jeweils eine Zwischendruckplatte zwischen zwei benachbarten Kupplungsscheibe vorgesehen ist, und eine Tellerfeder hat, wobei die Tellerfeder zum Klemmen der Kupplungsscheibe/-n zum Übertragen von Leistung, vorzugsweise rotatorischer Leistung, durch den Aktor betätigbar (einrückbar oder ausrückbar) ist, und die Kupplung vorzugsweise eine normalerweise geschlossene (eingerückte) Kupplung ist.
Eine Einscheibenkupplung hat den Vorteil, dass eine reduzierte Lagerhaltung möglich ist. Ferner ist gerade im beispielhaft genannten Kraftfahrzeugbau, genauer gesagt beim Antriebsstrang von Verbrennungskraftmaschinen, eine solche Kupplung wegen dem geringen Bedarf an axialem Bauraum und einer erleichterten Austauschbarkeit verbreitet.
Eine Mehrscheibenkupplung, insbesondere eine Lamellenkupplung, hat demgegenüber den Vorteil, dass geringere Betätigungskräfte bei gleichem übertragbaren Drehmoment möglich sind.
Eine normalerweise geöffnete Kupplung hat den Vorteil, dass bei Ausfall des Betätigers (Stromausfall an der Spule) dennoch eine Drehmomentübertragung unterbrochen wird, so dass die angetriebene Maschine (beispielsweise ein Fahrzeug) letztlich sicher gestoppt werden kann („fail safe“-Prinzip).
Eine normalerweise geschlossene Kupplung hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Betätigung nur zum Öffnen der Kupplung notwendig ist, also dass im Vorliegenden Fall die Spule nur zum Öffnen der Kupplung mit Strom beaufschlagt werden muss. Bei Verwendung im Antriebsstrang einer Verbrennungskraftmaschine ist dies üblicherweise zum Stoppen und/oder Wechseln einer Übersetzung nötig, somit kann ein Verbrauch reduziert sein.
Gemäß einem siebenunddreißigsten, unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann ein Verfahren zum Bewirken einer Betätigung eines Aktors nach einem der voranstehenden Aspekte die Schritte haben: Einschalten eines Magnetfelds bei Vorliegen des magnetorheologischen Mediums in einem flüssigen Zustand, Ausbilden eines porösen Zustands des magnetorheologischen Mediums, Erzeugen einer Drehzahldifferenz zwischen Kammer und magnetorheologischen Medium und ausschraubendes Bewegen der Spindel in dem magnetorheologischen Medium. Vorzugsweise in diese Reihenfolge, wobei das Erzeugen der Drehzahldifferenz auch zu einem früheren Zeitpunkt erfolgen kann. Dadurch kann der Aktor bei der ersten Art des Wandelns eine Betätigung bewirken. Die hat den Vorteil, dass ein günstiger Aktor mit einfacher Konstruktion realisierbar ist.
Gemäß einem achtunddreißigsten, unabhängig beanspruchbaren Aspekt der Erfindung kann das Verfahren nach dem ausschraubenden Bewegen die Schritte haben: Bewegen der Hülse entgegen der Betätigungsrichtung der Spindel, in-Kontakt-Gelangen des Hülsenanschlags mit dem Gehäuseanschlag, Erzeugen eines Reibmoments zwischen dem Hülsenanschlag und dem Gehäuseanschlag, Ausbilden eines Polsters aus des magnetorheologischen Mediums und Abstützen der Spindel an dem Polster. Dadurch kann der Aktor bei der ersten Art des Wandelns eine Betätigung bewirken. Die hat den Vorteil, dass ein Aktor mit hoher Leistungsdichte realisierbar ist.
Mit anderen Worten beschrieben:
Die gesamte Vorrichtung aus Aktor und Kupplung beinhaltet eine Eingangswelle bzw. Motorwelle, die mit einem Kupplungsflansch mit einer Schraube fest verbunden sein soll. Der Kupplungsflansch treibt eine Ausgangswelle bzw. eine Riemenscheibe mittels Pressen von Kupplungslamellen an. Die Anpresskraft einer Tellerfeder schließt die Kupplung (selbstschließende Kupplung bzw. normalerweise geschlossene Kupplung). Die Ausgangswelle ist über zwei Lager mit einem feststehenden Gehäuse verbunden. Die Eingangswelle treibt durch eine Verzahnung permanent die Gewindespindel an, somit hat die Spindel nur einen axialen Freiheitsgrad. Ein Gleitlager soll die Reibung an der Eingangswelle minimieren und die Gewindespindel führen. Ein verstellbares Magnetfeld soll mit einer Spule erzeugt werden. Die Abdichtung einer Kammer mit einer MRF erfolgt durch zwei Radialwellendichtringe, die auf einer frei drehenden Hülse aufgebaut bzw. gelagert sind. Die Hülse ist mit an dem Außendurchmesser der Gewindespindel zentriert bzw. gelagert. Die Hülse weist an einem Ende eine kleine Reibscheibe auf, die dann ein Reibmoment erzeugen kann, wenn diese mit einer Axialkraft an das feste Gehäuse gedrückt wird. Das Gehäuse soll auch als Eisenführung dienen, damit das Magnetfeld bzw. der magnetische Fluss richtig umgelenkt wird. Somit wird bei Nicht-Anliegen des Magnetfelds die Gewindespindel nicht in der flüssigen MRF schraubend bewegt, da sich die Flüssigkeit mitzudrehen vermag. Die Dichtungen sind keiner Drehzahldifferenz mehr ausgesetzt. Nur das Gehäuse und die Spule sind ortsfest.
Eine weitere Verbesserung kann dadurch erreicht werden, dass ein Luftspalt, welcher zwischen der drehenden Hülse und dem feststehenden Gehäuse zu einer Verschlechterung der Magnetfeldstärke führen kann bzw. verursachen kann, dass eine geringere Magnetfeldstärke als möglich erreicht wird, was unerwünscht ist. Ferner wird eine mögliche Empfindlichkeit gegenüber Reibwertschwankung verringert, so dass eine Ausrückfunktion dadurch nicht beeinträchtigt wird. Es dienen also bei dem magnetorheologischen Aktor bzw. der Kupplung mit einem solchen, drehende Radialwellendichtringen einer Verlustverringerung und einer Verschleißoptimierung. Es wird also eine integrierte Magnetvorkupplung bezogen auf die drehende Hülse vorgeschlagen. Es wird ferner eine Bi-Material-Gewindespindel mit nicht magnetischem Gewinde insbesondere für eine optimierte Verteilung der Magnetflussdichte in der Kammer vorgeschlagen. Dabei kann das Magnetfeld eine doppelte Funktionalität erfüllen, nämlich als Magnetkupplung die Hülse abbremsen und an dem Gehäuse festhalten, sowie auf das magnetorheologische Medium / die MRF wirken, um das Festkörperverhalten desselben/derselben zu bewirken. Dabei treibt eine Eingangswelle ständig die Gewindespindel durch eine Verzahnung an. Wegen der Verzahnung weist die Spindel nur eine axiale Bewegungsfreiheit auf. Die Abdichtung der MRF erfolgt durch beispielsweise mittels zweier Radialwellendichtringe, die auf eine frei drehende Ankerhülse aufgebaut sind. Die Gewindespindel ist mit einem nicht magnetischen Gewinde ausgestattet, damit kein magnetischer Kurzschluss vorkommt. Zusätzlich kann der Hauptkörper der Gewindespindel magnetisch sein. Die Ankerhülse kann mit dem Außendurchmesser des Gewindes zentriert sein. Eine nicht magnetische Stützscheibe kann fest mit der Ankerhülse verbunden sein. Die Stützscheibe soll die Axialkraft bei einer Kupplungsbetätigung übernehmen (Eisenpolsterabstützung). Die Spule ist fest mit dem Gehäuse verbunden. Das Gehäuse soll beispielsweise an einen Motorblock befestigt sein.
Mit nochmals anderen Worten beschrieben: Die Erfindung betrifft eine Verbesserung einer Kupplung bzw. Riemenscheibenkupplung mit dem Konzept eines magnetorheologischen Aktors. Die Vorrichtung ist mit einer selbstschließenden trockenen Mehrlamellenkupplung kombinierbar. Ein Ziel ist es, bei Abdichtung der MRF mittels zweier Radialwellendichtringen, die herkömmlich beispielsweise mit einem Motorgehäuse fest verbunden sind, und die herkömmlich als stehende Dichtungen ständig auf der Motorwelle laufen, Reibstellen bzw. Verlustleistung und Verschleiß zu vermindern. Um Verlustleistung und Verschleiß der Dichtlippe zu vermeiden bzw. zu reduzieren wird insbesondere vorgeschlagen, die Abdichtung der MRF mittels zweier Radialwellendichtringe, die auf einer frei drehende Hülse aufgebaut sind, sicherzustellen. Die Zentrierung der Hülse ist mit dem Außendurchmesser der Gewindespindel gewährleistet. Die Hülse weist am Ende eine kleine Reibscheibe auf, die Reibmoment erzeugen kann, wenn diese mit einer Axialkraft auf das feste Gehäuse gedrückt ist. Das Gehäuse soll auch als Eisenführung dienen, damit der Magnetfluss richtig umgelenkt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Verbesserung einer Kupplung bzw. Riemenscheibenkupplung genannten Konzepts. Ein Luftspalt zwischen der drehenden Hülse und dem feststehenden Gehäuse kann zu einer geringeren Magnetfeldstärke als gewünscht / mit der Spule möglich führen. Um die magnetischen Verluste des Luftspalts zu reduzieren und die Robustheit bezüglich Reibwertschwankungen zu verbessern wird vorgeschlagen, zusätzlich zu den drehenden Radialwellendichtringen eine integrierte Magnetvorkupplung bezogen auf die drehende Hülse vorzusehen sowie eine Gewindespindel mit nicht magnetischem Gewinde zu verwenden.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe dreier Ausführungsformen näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine Kupplung mit einem magnetorheologischen Aktor gemäß einer ersten Ausführungsform bei einem ersten Betriebszustand,
2 einen Querschnitt durch die Kupplung von 1 bei einem zweiten Betriebszustand,
3 einen Querschnitt durch die Kupplung von 1 bei einem dritten Betriebszustand,
4 einen Querschnitt durch die Kupplung von 1 bei einem vierten Betiebszustand,
5 einen Querschnitt durch eine Kupplung mit einem magnetorheologischen Aktor gemäß einer zweiten Ausführungsform bei dem ersten Betriebszustand,
6 einen Querschnitt durch die Kupplung von 4 bei dem zweiten Betriebszustand,
7 einen Querschnitt durch die Kupplung von 4 bei dem dritten und dem vierten Betriebszustand, und
8 einen Querschnitt durch eine Kupplung mit einem magnetorheologischen Aktor gemäß der dritten Ausführungsform bei dem ersten Betriebszustand.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente bzw. vergleichbare Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der einen Ausführungsform können auch in den anderen Ausführungsformen enthalten sein. Sie sind also untereinander austauschbar.
Die 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Kupplung 1 und eine magnetorheologischen Aktor 2 gemäß einer ersten Ausführungsform bei einem ersten Betriebszustand. Der Aktor 2 hat eine Spindel 3 mit einem Gewindeabschnitt 4. Die Spindel 3 mit dem Gewindeabschnitt 4 kann auch als Gewindespindel 3 bezeichnet werden. Der Gewindeabschnitt 4 ist hier einstückig an der Spindel 3 gebildet. Der Gewindeabschnitt 4 ist von einer Kammer 5 umgeben. Die Kammer 5 wird räumlich durch eine Hülse 6, einen ersten Radialwellendichtring 7, die Spindel 3 mit einem abtriebseitigen Spindelabschnitt 8, dem Gewindeabschnitt 4 und einem gehäuseseitigen Spindelabschnitt 9, einen zweiten Radialwellendichtring 7 und einen Stützabschnitt 10 der Hülse 6 begrenzt und somit gebildet. Dabei ist die Hülse 6 radial außen an dem Gewindeabschnitt 4 gelagert.
Die Spindel 3 ist hohlzylindrisch und hat an ihrer Innenseite ein Keilwellenprofil 11. Radial innerhalb der Spindel 3 ist eine Antriebswelle 12 vorgesehen, welche ein Keilwellenprofil 13 hat. Die Keilwellenprofile 11 und 13 sind zueinander komplementär. Die Spindel 3 ist mit den Keilwellenprofilen 11, 13 auf die Antriebswelle 12 gesteckt, also drehfest mit der Antriebswelle 12 verbunden. Ein Gleitlager 15 führt dabei die Spindel 3 an der Antriebswelle 12. Die Spindel 3 ist daher entlang einer Längsachse (Axialrichtung) 14 an der Antriebswelle 12 beweglich.
Ein Gehäuse 14 ist konzentrisch zu der Hülse 6 und radial außerhalb der Hülse 6 angeordnet. Das Gehäuse 14 berührt die Hülse 6 bei dem in 1 gezeigten ersten Betriebszustand nicht. Das Gehäuse 14 lagert eine Spule 15. Dabei ist die Spule 15 radial an einer Innenseite des Gehäuses 14 in einer umlaufenden Nut oder Ausnehmung aufgenommen, so dass das Gehäuse 14 die Spule 15 an der von der Hülse 6 abgewandten Seite der Spule 15 umfasst.
Die Kupplung 1 wird im Folgenden kurz beschrieben. Die Antriebswelle 12 ist über eine Schraube mit einem Kupplungsflansch 16 verbunden, an welchem eine Druckplatte 17 und vier Zwischendruckplatten 18 axial begrenzt verlagerbar gelagert sind. Zwischen den Druckplatten 17, 18 sind Kupplungsscheiben 19 zwischengefügt. Die Druckplatten 17, 18 und die Kupplungsscheiben 19 werden in Axialrichtung durch eine Anpresskraft einer Tellerfeder 20 gegeneinander gedrückt, so dass eine rotatorische Leistung zwischen diesen mittels Reibung auf eine Riemenscheibe 21 übertragen werden kann, an welcher die Kupplungsscheiben 19 gelagert sind. Die Riemenscheibe 21 hat die Funktion einer Gegendruckplatte. Die Kupplung 1 ist somit eine Mehrscheibenkupplung. Die Tellerfeder 20 ist dabei so gebildet und gelagert, dass diese auf eine Betätigung in Axialrichtung hin die Druckplatten 17, 18 und die Kupplungsscheiben 19 nicht mehr gegeneinander drückt. Somit ist die Kupplung 1 eine normalerweise geschlossene Kupplung.
Die Spindel 3 und die Hülse 6 haben eine gemeinsame Längsachse 22. Die Spule ist vorzugsweise von rotationssymmetrischer Form und vorzugsweise koaxial zu der Längsachse 22, um ein auf die von der Spindel 3 und der Hülse 6 gebildete Kammer 5 homogen wirkendes Magnetfeld zu begünstigen.
Die 2 zeigt die Kupplung 1 in einem zweiten Betriebszustand. In dem zweiten Betriebszustand ist die räumlich feste Spule 15 eingeschaltet worden und erzeugt ein statisches Magnetfeld. Unter Wirkung dieses Magnetfelds bilden die (Eisen-)Partikel 23 der MRF entlang der (nicht dargestellten) Magnetflusslinien Ketten 24, und werden räumlich durch das Magnetfeld mit einem „magnetischen Losbrechmoment“ Mm festgehalten.
Das heißt, in dem zweiten Betriebszustand kurz nach Einschalten der Spule 15 liegt eine Drehzahldifferenz zwischen den räumlich festen Partikeln 23 bzw. Ketten 24 und den um die Längsachse 22 rotierenden Teilen Spindel 3 und Hülse 6, also den die Kammer 5 bildenden Flächen, vor. Diese Drehzahldifferenz verursacht ein Reibmoment Mr der Partikel 23 auf die Spindel 3 und die Hülse 6.
Ein ausreichend „starkes“ Magnetfeld, ein ausreichend hohe Menge an Partikeln 23 und eine ausreichend gering benötigte Axialkraft voraus gesetzt, reicht dieses Reibmoment Mr, die Spindel 3 mit dem Gewindeabschnitt 4 aus den Ketten 24 heraus zu schrauben, und somit die gewünschte Betätigungswirkung zu erreichen. Das heißt, dass in diesem Fall das Reibmoment Mr der MRF auf die drehende Fläche (dicke Linie in 2: die Flächen der Kammer 5) kleiner bleibt als das magnetische Losbrechmoment Mm der Eisenstruktur in dem Magnetfeld. Es gilt: Mr < Mm. Kurz gesagt werden in diesem Fall die Eisenpartikeln 23 werden im Magnetfeld festgehalten und die Gewindespindel 3 schraubt sich aus.
Im Folgenden wird ein zweiter Fall betrachtet, bei dem das Reibmoment Mr der MRF auf die drehende Fläche (dicke Linie in 2: die Flächen der Kammer 5) zumindest gleich groß wird, wie das magnetische Losbrechmoment Mm der Eisenstruktur in dem Magnetfeld. Es gilt: Mr >= Mm. In diesem Fall beginnen die Eisenpartikeln 23, mitzudrehen. Somit würde keine Drehzahldifferenz mehr zwischen den räumlich festen Partikeln 23 bzw. Ketten 24 und den um die Längsachse 22 rotierenden Teilen Spindel 3 und Hülse 6, also den die Kammer 5 bildenden Flächen, vorliegen, und die Spindel 3 würde sich axial nicht bewegen. Anders formuliert, würde die durch die Spindel 3 aufzubringende Axialkraft/Betätigungskraft höher/größer sein, als die durch die Spindel 3 aufbringbare Axialkraft. Die Funktion wäre dann nicht gewährleistet. Der Grund ist, dass das Reibmoment Mr beim Axialkraftaufbau der Gewindespindel proportional zunimmt, da einerseits die Eisenpartikeln zunehmend auf die drehende Hülse gedrückt werden, andererseits das Losbrechmoment Mm unverändert bleibt und daher zwar zuerst Mr < Mm vorliegt, aber der Grenzwert Mr >= Mm erreicht würde, ehe der gewünschte Ausrückweg / die gewünschte Betätigungswirkung eintritt.
Für diesen zweiten Fall ist am axial gehäuseseitigen Ende der Hülse 6 eine Reibscheibe 25 vorgesehen. Die Reibscheibe 25 ist ein Hülsenanschlag 25. Am Gehäuse 14 ist eine korrespondierende Reibfläche 26 vorgesehen. Die Reibfläche 26 ist ein Gehäuseanschlag. Der Hülsenanschlag 25 ist ein hülsenseitiger / an der Hülse gebildeter Anschlag, und der Gehäuseanschlag ist ein gehäuseseitiger / an dem Gehäuse gebildeter Anschlag. Die Reibscheibe 25 kann mit der Reibfläche unter Einwirkung einer Axialkraft FaH der Hülse 6 nach in-Kontakt-Gelangen bzw. in Anschlagslage, das heißt aneinander anliegend bzw. gekoppelt, ein Bremsmoment bzw. ein bremsend wirkendes Reibmoment erzeugen.
Mit anderen Worten gilt nach dem Einschalten des Magnetfelds: Mr < Mm und FaH = 0, da die Reibscheibe 25. Solange das Reibmoment Mr kleiner als das Losbrechmoment Mm ist, wird sich die Spindel 3 relativ zu der festgehaltenen Eisenstruktur bzw. den Ketten 24 drehen und dadurch die Hülse 6 axial verschieben (in den Figuren nach rechts). Damit wird die Reibscheibe 25 an die Reibfläche 26 bzw. das feste Gehäuse 14 gepresst. Das somit an der Reibfläche 26 erzeugte Bremsmoment Mp der Scheibe 25 wirkt als Pilotreibung und ist so bemessen, dass das Bremsmoment Mp größer ist als eine Reibung der Dichtungen 7 an der Spindel 3, damit die Hülse 6 gebremst wird, bevor die Flüssigkeit / die MRF in der Kammer 5 anfängt, sich mit der Spindel 3 zu drehen. Im Hinblick darauf, dass die Reibwerte von der Spindel 3 auf/an einem entstehenden (Eisen-)Polster 27 (Reibwert µ1) und von der Reibscheibe 25 an der Reibfläche 26 (Reibwert µ2) unterschiedlich sind, da die Reibung der Kammer 5 durch die MRF-Trägerflüssigkeit (beispielsweise einem Mineralöl) geschmiert wird (µ1 < µ2), rotiert beim Aufbau des Polsters 27 nur die Spindel 3 auf dem Polster 27, unabhängig von der Axialkraft.
Je größer die Axialkraft der Spindel 3 auf das Polster 27 wird, desto stärker wird auch die Hülse 6 an das Gehäuse 14 gedrückt und damit festgehalten. Es tritt ein selbstverstärkender Effekt auf.
Die 3 zeigt einen dritten Betriebszustand. Dabei findet der Aufbau des Polsters 27 in der Kammer 5, genauer gesagt zwischen dem Gewindeabschnitt 4 und dem Stützabschnitt 10 der Hülse 6 statt. Der Stützabschnitt 10 ist an einem gehäuseseitigen Ende der Hülse 6 an der Hülse so gebildet, dass der Stützabschnitt 10 eine Wand der Kammer 5 bildet. In diesem Sinne ist „gehäuseseitig“ auf die kinematische Position entlang der Betätigungskraft zu verstehen, also entlang der kinematischen Kette von Betätigungswirkung (eine später beschriebene Stelle, an welcher der Aktor den gewünschten Effekt / die gewünschte Betätigung, beispielsweise eine Verlagerung eines Tellerfederabschnitts, bewirkt), Spindel 3, Gewindeabschnitt 4, Polster 27, Stützabschnitt 10, Hülse 6, Hülsenanschlag 25, Gehäuseanschlag 26 und Gehäuse 14 (als Inertialsystem), oder umgekehrt. Ab dem Zeitpunkt, zu welchem die Drehzahl der Hülse verringert wird oder zu null wird, findet der Aufbau des Polsters 27 statt, welcher beispielsweise in der eingangs bezeichneten DE 10 2014 201 835.8 ausführlich beschrieben ist, so dass an dieser Stelle auf die dort beschriebenen Details verwiesen wird.
Die 4 zeigt einen vierten Betriebszustand, bei welchem der Aufbau des Polsters 27 soweit fortgeschritten ist, dass ein Spindelanschlag 29 mit der Tellerfeder 20 in Kontakt gelangt. Der Spindelanschlag ist an einem nicht-gehäuseseitigen Ende der Spindel 3 gebildet. Somit weisen der Hülsenanschlag 25 und der Spindelanschlag 29 kinematisch voneinander weg, das heißt, in der voranstehend beschriebenen kinematischen Kette wirken der Hülsenanschlag 25 und der Spindelanschlag 29 in Reihenschaltung. Nach dem in-Kontakt-Gelangen betätigt der Spindelanschlag 29 mit zunehmendem Aufbau des Posters 27 in zunehmendem Maße und öffnet so die normalerweise geschlossene Kupplung 1.
Zum Einkuppeln wird die Spule 15 deaktiviert, wird also das Magnetfeld ausgeschaltet. Damit drück die vorgespannte Tellerfeder 20 die Spindel 3 zurück. Die Kupplung 1 schließt sich und danach dreht sich die Hülse 6 wieder mit Antriebswelle 12, wobei die Hülse durch die Spindel 3 rotatorisch angetrieben wird: Solange eine Drehzahldifferenz zwischen der Hülse 6 und der Spindel 3 vorliegt, wird das Reibmoment zwischen den Dichtungen 7 und der Spindel 3 die Hülse 6 beschleunigen. Die Reibscheibe 25 / der Hülsenanschlag 25 ist nicht mehr mit einer Axialkraft FaH beaufschlagt und das Bremsmoment Mp der Reibscheibe 25 ist 0. Nach der Beschleunigung der Hülse 6 liegt wieder der erste Betriebszustand von 1 vor. Vorzugsweise hat die Hülse 6 eine kleine Trägheit, so dass sichergestellt ist, dass die Beschleunigung der Hülse 6 jeweils nur kurze Zeit dauert.
Bei der ersten Ausführungsform liegt also zusammenfassend beschrieben das folgende Verfahren zum Bewirken einer Betätigung des Aktors 2 vor. Zuerst wird das Magnetfeld eingeschaltet bei Vorliegen des magnetorheologischen Mediums in einem flüssigen Zustand in der Kammer 5. Dann wird der porösen Zustand des magnetorheologischen Mediums bzw. MRF (erste Art des Wandelns von rotatorischer Leistung in transversale Leistung) ausgebildet, das heißt, die Ketten 24 aus den Partikel 23 werden unter Einwirkung des Magnetfelds ausgebildet. Spätestens dann wird die Drehzahldifferenz zwischen der Kammer 5, genauer gesagt den Oberflächen der Spindel 3 und der Hülse 6, und der MFR erzeugt. Die Drehzahldifferenz kann schon vor Einschalten des Magnetfelds vorliegen. Dann erfolgt die ausschraubende Bewegung der Spindel in dem magnetorheologischen Medium. Das Verfahren kann ferner die Schritte haben: Bewegen der Hülse 6 entgegen der Betätigungsrichtung der Spindel, das heißt auf das Gehäuse zu (in den Figuren nach rechts). Somit wird die Betätigungskraft – wie betreffend die kinematischen Kette geschildert – geleitet. Dann gelangen der Hülsenanschlag 25 / die Reibscheibe 25 und der Gehäuseanschlag 26 / die Reibfläche 26 an dem Gehäuse 14 in Kontakt. Unter Einwirkung der Axialkraft FaH wird dann das Reibmoment / Pilotmoment Mp zwischen dem Hülsenanschlag 25 und dem Gehäuseanschlag 26 erzeugt. Dann wird das Polster 27 aus dem magnetorheologischen Medium zwischen dem Gewindeabschnitt 4 und dem Stützabschnitt 10 ausgebildet. Schließlich stützt sich die Spindel 3 mit dem Gewindeabschnitt 4, genauer gesagt mit dem gehäuseseitig bzw. stützabschnittseitig letzten Gewindegang, an dem Polster 27 ab. Dann verlagert sich die Spindel 3 mit hoher Axialkraft FaH in Betätigungsrichtung, das heißt nach links in den Figuren.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird anhand der 5 bis 7 dargestellt. Die 5 zeigt einen Querschnitt durch einen Aktor 30 der zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform ist ebenso mit einer Kupplung 1 kombinierbar, welche aus Grunden der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Insbesondere sind bei/mit dem Aktor 30 die Funktionsprinzipien und Betätigungszustände realisierbar, wie bei dem Aktor 1, soweit nicht im Folgenden Unterschiede beschrieben werden.
Eine Spindel 31 ist einstückig aus einem Gewindeabschnitt 32, einem Spindelgrundabschnitt 33, dem abtriebsseitigen Spindelabschnitt 8 und dem gehäuseseitigen Spindelabschnitt 9 gebildet. Dabei ist der Gewindeabschnitt 32 aus einem schwach magnetisch leitenden Material gebildet und ist der Spindelgrundabschnitt aus einem magnetisch gut leitenden Material gebildet. Als magnetisch schwach leitendes Material wird bei der zweiten Ausführungsform wie Aluminium mit einer Permeabilität von ungefähr 0,000022 angenommen. Als magnetisch gut leitendes Material wird bei der zweiten Ausführungsform ein Eisenbasiswerkstoff mit einer Permeabilität von zumindest 300 angenommen. Der Gewindeabschnitt 32 macht dabei, wie aus der Darstellung der 5 ersichtlich ist, näherungsweise 75% der Zahnhöhe des Gewindeprofils aus, und zwar vom Gewindekopf aus zum Gewindefuß. Dies bewirkt dass ein von der Spule 15 erzeugtes Magnetfeld näherungsweise gleichmäßig durch den Spindelgrundabschnitt 33 und den gehäuseseitigen Spindelabschnitt 9, nicht aber durch den Gewindeabschnitt 32 geleitet wird: es kommt nicht zu einem „magnetischen Kurzschluss“ zwischen der Spindel 31 und einer Hülse 34. Der Spindelgrundabschnitt kann auch als Hauptkörper 33 der Spindel 31 oder als Hauptkörper 33 der Gewindespindel 31 bezeichnet werden. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Spindel 31 aus beiden Materialien in einem Arbeitsschritt gesintert, wobei andere Herstellungsverfahren, insbesondere urformende Herstellungsverfahren, nicht ausgeschlossen sein sollen.
Die Hülse 34 ist ebenso aus dem magnetisch gut leitenden Material gebildet. Die Hülse 34 kann auch als Ankerhülse 34 bezeichnet werden. Die Hülse 34 ist an dem Außendurchmesser des Gewindeabschnitts 32 gelagert und wird somit zentriert. Die Hülse 34 und die Spindel 31 liegen näherungsweise koaxial vor, haben also eine gemeinsame Längsachse 22. Wie bei der ersten Ausführungsform bilden die Spindel 31 und die Hülse 34 die Kammer 5. Die Kammer 5 ist mit der MRF gefüllt. Beispielhaft soll angenommen sein, dass die MRF eine Permeabilität von 3 hat.
An der Hülse 34 ist ein Hülsenanschlag 35 einstückig gebildet. Der Hülsenanschlag 35 ist aus demselben magnetisch gut leitenden Material gebildet. Der Hülsenanschlag 35 befindet sich in Axialrichtung in/an einem die Kammer 5 umgebenden Bereich.
Eine Stützscheibe 36 ist mit der Hülse 34 fest verbunden. Die Hülse 34 und die Stützscheibe 36 sind zweistückig gebildet und fest verbunden, beispielsweise verschraubt. Die Stützscheibe 36 kann auch als Stützabschnitt 36 bezeichnet werden. Die Stützscheibe 36 erfüllt dieselbe Funktion wie der Stützabschnitt 10 bei der ersten Ausführungsform. Die Stützscheibe 36 ist ebenfalls aus dem schwach magnetisch leitendem Material gebildet.
Somit kann (soll) die Axialkraft FaH, beispielsweise bei Betätigung der Kupplung 1, entlang der folgenden kinematischen Kette geleitet werden: Spindelanschlag 29, Spindelgrundabschnitt 33, Gewindeabschnitt 32, Polster 27, Stützscheibe 36, Hülse 34, Hülsenanschlag 35, Gehäuseanschlag 26 und ein Gehäuse 37. Die kinematische Kette leitet selbstverständlich wegen dem Grundsatz „actio gleich reactio“ auch in umgekehrter Richtung.
Das Gehäuse 37 ist ortsfest und dient somit als Inertialsystem. Beispielsweise ist das Gehäuse 37 fest mit einem (nicht gezeigten) Motorblock verbunden, bzw. fest an diesem gehalten. Die Spule 15 ist fest mit dem Gehäuse 37 verbunden.
Die zweite Ausführungsform ist gegenüber der ersten Ausführungsform vereinfacht, wie sich aus der Beschreibung ergibt. Das Konzept mit den mitdrehenden Radialwellendichtringen 7 bleibt unverändert, so sind auch bei der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen das Gehäuse 37 und die Spule 15 festgelegt bzw. ortsfest, wohingegen die übrigen, hier gesondert beschriebenen Teile sich mit der Antriebswelle 12 wie beschrieben um die Längsachse 22 drehen können.
Im Folgenden wird auf Unterschiede während des zweiten Betriebszustands, das heißt bei und kurz nach Einschalten des Magnetfelds, eingegangen.
Die Spule 15 wird mit einem elektrischen Strom erregt und erzeugt daher das Magnetfeld. Gemäß einem Grundprinzip einer Magnetkupplung wird deswegen der (sich mit der Antriebswelle 12 drehende) Hülsenanschlag 35 an den Gehäuseanschlag 26 des fest stehende Gehäuses 37 gezogen. Der Hülsenanschlag 35 wird dadurch stark, das heißt mit hoher Kraft, gegen den Gehäuseanschlag gezogen / gedrückt und dadurch schnell gebremst. Somit ist gewährleistet, dass die MRF stehen bleibt / die Rotation mit der Antriebswelle beendet, um das Ausbilden des Polsters 27 (auch als „Eisenpolster“ 27 bezeichnet) zu beginnen. Es ist hierbei zu beachten, dass die bei der ersten Ausführungsform beschriebene Wirkung eines als Pilotmoment wirkenden Reibmoments bei der zweiten Ausführungsform entfällt bzw. durch ein magnetisch betätigtes, axial zwischen dem Hülsenanschlag 35 und der Reibfläche 26 wirkendes Reibmoment oder Bremsmoment Mb ersetzt wird. Die Größenordnung der Bremszeit kann rechnerisch ermittelt werden und wird lediglich beispielhaft, also ohne eine Einschränkung des Schutzbereichs zu beabsichtigen, sondern lediglich um dem Leser eine Größenordnung zu nennen) mit unter 10ms angegeben.
Dabei ist das Magnetfeld eingeschaltet und die Hülse 34 steht wegen dem Reibmoment Mb fest. Hier ist ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform deutlich, nämlich dass die zweite Ausführungsform zum Leiten des Magnetfelds besonders ausgelegt ist. Zum Einen wird dies durch die geeignete Materialwahl erreicht. Die an dem Gehäuse 37 anliegende Hülse 34 stellt für den magnetischen Fluss kaum einen bzw. lediglich einen geringen (magnetischen) Widerstand dar. Des Weiteren liegt zwischen dem Gehäuse 37 und der Hülse 34, genauer gesagt zwischen dem Hülsenanschlag 35 und dem Gehäuseanschlag 26 kein Luftspalt vor. Prinzipbedingt verbleibt lediglich ein Luftspalt 38 auf dem magnetischen Weg, nämlich zwischen der Antriebswelle 12 bzw. der Spindel 31 und dem Gehäuse.
Die Feldlinien des Magnetfelds, von denen eine Feldlinie 39 exemplarisch in 6 kenntlich gemacht ist, verlaufen um die Spule 15 herum. Der Weg der Magnetfeldlinien ist dabei (ohne andere Wege auszuschließen) der Folgende: Gehäuse 37, Luftspalt 38, Spindelgrundkörper 31, Kammer 5 mit (hier nicht dargestellter) MRF, Hülse 34, Hülsenanschlag 35 und Gehäuseanschlag 26.
Es folgen der dritte Betriebszustand und der vierte Betriebszustand, welche anhand der 7 dargestellt sind. Zur detaillierten Beschreibung wird auf die erste Ausführungsform und/oder den dort genannten Stand der Technik verwiesen. Das Polster 27 wir aufgebaut, indem die Spindel 31 die (Eisen-)Partikel verschiebt. Mit zunehmendem Aufbau des Posters 27 wird der Spindelanschlag 24 in zunehmendem Maße axial zu der Tellerfeder 20 hin verschoben und betätigt diese schließlich. Dabei nimmt die Axialkraft in dem Aktor, also beispielsweise zwischen dem letzten Gang des Gewindeabschnitts 32 und dem Polster 27, und zwischen Hülsenanschlag 35 an Gehäuseanschlag 26 um die Kraft der Tellerfeder zu (die Axialkraft der Tellerfeder addiert sich zu der Axialkraft der Magnetkupplung). Der selbstverstärkende Effekt bleibt somit vorhanden: Je größer die Axialkraft der Spindel 31 auf das (Eisen-)Polster 27 wird, desto stärker wird auch die Hülse 34 an das Gehäuse 37 gedrückt und damit festgehalten.
Zum Einkuppeln wird die Spule 15 deaktiviert, das heißt, die Stromversorgung wird unterbrochen. Damit wird das Magnetfeld ausgeschaltet. Daher drückt die vorgespannte Tellerfeder 20 der Kupplung 1 die Spindel 1 zurück. Bei Ausschalten des Magnetflusses entfallen gleichzeitig die Axialkraft des Polsters 27 und die Kraft, welche den Hülsenanschlag 35 an den Gehäuseanschlag 26 drückt / zieht. Mit anderen Worten endet die Funktion der Magnetkupplung und die Hülse 34 wird frei geschaltet. Dann beschleunigt die Hülse 34 wieder mit dem Reibmoment der Radialdichtungen (dieses wird hier rein beispielhaft mit ca. 0,3 Nm bei 100°C angegeben) bis zur Drehzahl der Antriebswelle 12. Es tritt wieder der bei 5 beschriebene erste Betriebszustand ein.
Die zweite Ausführungsform hat die folgenden Vorteile der Erfindung gegenüber der ersten Ausführungsform, nämlich wird wegen der doppelten Funktion der Hülse 34 / des Hülsenanschlags 35 kein zusätzliches Teil benötigt, wird der Bremsvorgang der Hülse 34 deutlich verbessert (ist schneller und robuster), kann auf die Funktionsbedingung über die Reibmomente Mr und Mm verzichtet werden, wird ein Luftspalts eingespart und wird in der Kammer 5 und in der MRF eine bessere Magnetflussdichte erzielt.
Das Prinzip der drehenden Radialdichtungen erlaubt, eine höhere Eisenpartikelmenge bzw. einen höheren Anteil an Eisenpartikeln bzw. einen höheren Anteil an Eisenvolumen einzusetzen, als aus dem Stand der Technik bekannt ist, da im ersten Betriebszustand (also bei geschlossener Kupplung) keine Strömungsverluste mehr auftreten. Durch den höheren Anteil an Eisenpartikeln kann bei einem mehrgängigen Gewinde eine geringere bauliche Länge in Axialrichtung erzielt werden. Als Beispiel sie die dritte Ausführungsform in 8 gegeben. Bei der dritten Ausführungsform wird von einem beispielhaften Eisenanteil von 60 Vol.-% in der MRF ausgegangen. Bei einem 3-gängigen Gewinde wird so ein ähnlicher Axialweg erzielt, wie bei der zweiten Ausführungsform mit einem beispielhaften Eisenanteil von 40 Vol.-% in der MRF und einem zweigängigen Gewinde.
Die dritte Ausführungsform hat ansonsten dieselben Merkmale wie die erste und insbesondere die zweite Ausführungsform, und es wird auf die voran stehende Beschreibung verwiesen.
Es sei abschließend angemerkt, dass zum besseren Verständnis der Funktionsweise der zweite Betriebszustand und der dritte Betriebszustand getrennt beschrieben wurden, obwohl diese in der Realität nahezu gleichzeitig geschehen bzw. einander überlappen (der Polsteraufbau fängt schon während des Bremsvorgangs der Hülse 6, 34 an, da eine Drehzahldifferenz bereits vorhanden ist).
Bezugszeichenliste

1: Kupplung
2: Aktor
3: Spindel
4: Gewindeabschnitt
5: Kammer
6: Hülse
7: Radialwellendichtring
8: abtriebsseitiger Spindelabschnitt
9: gehäuseseitiger Spindelabschnitt
10: Stützabschnitt
11: Keilwellenprofil
12: Antriebswelle
13: Keilwellenprofil
14: Gehäuse
15: Spule
16: Kupplungsflansch
17: Druckplatte
18: Zwischendruckplatte
19: Kupplungsscheibe
20: Tellerfeder
21: Riemenscheibe
22: Längsachse
23: (Eisen-)Partikel
24: Kette
25: Reibscheibe / Hülsenanschlag
26: Reibfläche / Gehäuseanschlag
27: (Eisen-)Polster
29: Spindelanschlag
30: Aktor
31: Spindel
32: Gewindeabschnitt
33: Spindelgrundabschnitt
34: Hülse
35: Hülsenanschlag
36: Stützscheibe
37: Gehäuse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014201835 [0005, 0011, 0095]
DE 102014201837 [0007, 0011]
DE 102014201831 [0010, 0011]
DE 102014201842 [0010, 0011]

Claims

Magnetorheologischer Aktor (2, 30), mit einer Spindel (3, 31), die zumindest einen Gewindeabschnitt (4, 32) hat, wobei der Gewindeabschnitt (4, 32) von einer Kammer (5) umgeben ist, die mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt ist, und wobei die Kammer (5) von einer Hülse (6, 34) definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (6, 34) in einem ersten Betriebszustand um eine Längsachse (22) der Spindel (3, 31) drehbar ist.
Magnetorheologischer Aktor (2, 30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (6, 34) an dem Gewindeabschnitt (4, 32) der Spindel (3, 31) gelagert ist.
Magnetorheologischer Aktor (2, 30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (6, 34) in Längsrichtung der Spindel (3, 31) bewegbar ist.
Magnetorheologischer Aktor (2, 30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (3, 31) mit einer Antriebswelle (12) axial verlagerbar verbindbar ist und einen Spindelanschlag (29) hat, der zum in-Kontakt-Gelangen mit einer Tellerfeder (20) vorbereitet ist, und dass die Hülse (6, 34) einen Hülsenanschlag (25, 35) hat, wobei die Anschläge (29, 25; 29, 35) kinematisch voneinander weg weisen.
Magnetorheologischer Aktor (2, 30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (2, 30) ein Gehäuse (14, 37) hat, das eine Spule (15) lagert, wobei mittels durch die Spule (15) fließenden elektrischen Stroms ein Magnetfeld erzeugbar ist.
Magnetorheologischer Aktor (2, 30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hülsenanschlag (25, 35) und einem Gehäuseanschlag (26) ein Reibmoment übertragbar ist.
Magnetorheologischer Aktor (2, 30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenanschlag (25, 35) axial in dem die Kammer (5) umgebenden Bereich gebildet ist.
Magnetorheologischer Aktor (2, 30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – soweit nach dem Rückbezug vorhanden – die Hülse (6, 34) zumindest in dem die Kammer (5) umgebenden Bereich, der Hülsenanschlag (25, 35), der Gehäuseanschlag (26), das Gehäuse (14, 37), und/oder die Spindel (3, 32) in einem zu der Kammer (5) benachbarten Abschnitt aus magnetisch gut leitendem Material, vorzugsweise aus ferromagnetischem Material, besonders bevorzugt aus einem Eisenbasiswerkstoff gebildet ist.
Magnetorheologischer Aktor (2, 30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeabschnitt (3, 32) zumindest in einem gewindekopfseitigen Abschnitt, welcher vom Gewindekopf aus zum Gewindefuß zumindest 25%, bevorzugt zumindest 50%, stärker bevorzugt zumindest 75%, besonders bevorzugt 100% der Zahnhöhe des Gewindeprofils ausmacht, aus magnetisch schwach leitendem Material gebildet ist.
Kupplung (1) mit einem magnetorheologischen Aktor (2, 30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zumindest eine Druckplatte (17), zumindest eine axial begrenzt verlagerbare Kupplungsscheibe (19), wobei in dem Fall, dass mehr als eine Kupplungsscheibe (19) verwendet wird, vorzugsweise jeweils eine Zwischendruckplatte (18) zwischen zwei benachbarten Kupplungsscheibe (19) vorgesehen ist, und eine Tellerfeder (20) hat, wobei die Tellerfeder (20) zum Klemmen der Kupplungsscheibe/-n (19) zum Übertragen von Leistung, vorzugsweise rotatorischer Leistung, durch den Aktor (2, 30) betätigbar ist, und die Kupplung (1) vorzugsweise eine normalerweise geschlossene Kupplung ist.