EP4078330A1 - Device component having a magnetorheological brake device - Google Patents
Device component having a magnetorheological brake deviceInfo
- Publication number
- EP4078330A1 EP4078330A1 EP20839294.4A EP20839294A EP4078330A1 EP 4078330 A1 EP4078330 A1 EP 4078330A1 EP 20839294 A EP20839294 A EP 20839294A EP 4078330 A1 EP4078330 A1 EP 4078330A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- component
- core
- brake
- magnetic field
- device component
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
- F16F9/32—Details
- F16F9/53—Means for adjusting damping characteristics by varying fluid viscosity, e.g. electromagnetically
- F16F9/535—Magnetorheological [MR] fluid dampers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
- F16F9/006—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium characterised by the nature of the damping medium, e.g. biodegradable
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F2222/00—Special physical effects, e.g. nature of damping effects
- F16F2222/06—Magnetic or electromagnetic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F2230/00—Purpose; Design features
- F16F2230/08—Sensor arrangement
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/007—Environmental aspects, e.g. temperature variations, radiation, stray fields
- G01R33/0076—Protection, e.g. with housings against stray fields
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
- G01R33/07—Hall effect devices
- G01R33/072—Constructional adaptation of the sensor to specific applications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
- G05G1/00—Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
- G05G1/08—Controlling members for hand actuation by rotary movement, e.g. hand wheels
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
- G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
- G05G5/03—Means for enhancing the operator's awareness of arrival of the controlling member at a command or datum position; Providing feel, e.g. means for creating a counterforce
Definitions
- the invention relates to a device component with a magnetorheological braking device with a stationary holder and with at least two braking components.
- the device component according to the invention with the magnetorheological braking device can be used in a wide variety of technical fields for braking relative movements to one another, in particular for braking or also braking a rotational movement.
- the device component according to the invention with the magnetorheological braking device can also be used as a haptic operating device and, for example, when operating technical devices in vehicles (as a rotary actuator; rotary / push actuator; for infotainment, air conditioning, gear selector switch, navigation, seat adjustment, in the steering or in the steering wheel, chassis adjustment, driving mode adjustment ...), motor vehicles, aviation and aircraft, ships, boats, agricultural technology (tractors, combine harvesters, harvesting machines, other field machines for agriculture), construction machinery and machines for material handling (forklifts ...) , Processing machines and systems are used in industry or in medical or industrial systems.
- the invention can also be used in the operation or as an input device for washing machines, kitchen / household appliances and facilities, radios, cameras and film cameras, hi-fi and television systems, smart devices, smart home devices, laptops, PCs, smartwatches , in a crown wheel of a wristwatch or input device for computers or as a computer mouse or as a rotary wheel in a computer mouse or controllers, game consoles, gaming equipment, rotary knobs in a keyboard or other devices.
- Magnetorheological fluids for example, have very fine ferromagnetic particles such as, for example, distributed in an oil Carbonyl iron powder.
- magnetorheological fluids spherical particles with a production-related diameter of 1 to 10 ⁇ m are used, the particle size and shape not being uniform. If such a magnetorheological fluid is exposed to a magnetic field, the carbonyl iron particles of the magnetorheological fluid are linked along the magnetic field lines, so that the rheological properties of the magnetorheological fluid (MRF) are significantly influenced depending on the shape and strength of the magnetic field.
- MRF magnetorheological fluid
- a magnetorheological transmission device which has two components that can be coupled, the coupling intensity of which can be influenced.
- a channel with a magnetorheological medium is provided to influence the coupling intensity.
- the magnetorheological medium in the channel is influenced by a magnetic field.
- Rotary bodies are provided in the channel, on which acute-angled areas and areas containing the magnetorheological medium are provided.
- the channel or at least a part thereof can be acted upon by the magnetic field of a magnetic field generating device in order to selectively chain the particles and to wedge or release them with the rotating body.
- This magnetorheological transmission device can also be used on a rotary knob to operate technical devices.
- Such a magnetorheological transmission device works and allows the transmission of very high forces or moments with a relatively small design and energy requirement at the same time.
- WO 2012/034697 A1 also discloses a rotary knob or control knob in which the actual knob is attached so that it can rotate about a shaft.
- the braking torque can be controlled via the magnetic field of an electrical coil. If a higher braking torque that can be generated is desired, cylindrical rollers can also be used instead of spherical rotating bodies, so that the magnetic field acts over a longer distance or larger area. It has proven particularly useful for rotary or control knobs with relative small diameter shown that an extension of the rolling body does not necessarily lead to an increase in the maximum braking torque that can be generated. It has been found that this is due to the fact that the magnetic field is closed or has to go through the central shaft.
- the small diameter of the shaft limits the braking torque that can be generated, as the magnetic field required for braking in the (shaft) material is quickly saturated.
- the material through which the magnetic field flows does not allow any higher magnetic flux, which is why no stronger magnetic field can reach the rollers.
- the smallest cross section in the overall magnetic circuit through which the magnetic field flows defines the maximum possible magnetic flux and thus the maximum braking torque in the braking device.
- the use of longer rollers as rotating bodies can then even have a disadvantageous effect on the braking torque that can be generated, since the magnetic field is distributed over the longer roller surface. There is a lower field strength (per transmission area). Because the achievable braking effect does not depend linearly on the magnetic field, but increases disproportionately with stronger magnetic fields, the achievable braking effect decreases accordingly with weaker magnetic fields.
- a device component with a magnetorheological braking device with the features of claim 1.
- Preferred developments of the invention are the subject matter of the subclaims. Further advantages and features of the device component with a magnetorheological braking device emerge from the general description and the description of the exemplary embodiments.
- a device component according to the invention with a magnetorheological braking device has a stationary holder and at least two braking components.
- a first brake component is rotatably connected to the holder and extends in an axial direction.
- the second brake component comprises a rotatable part which is rotatable around the first brake component and which is hollow (and in particular cylindrical on the inside).
- a circumferential gap is formed between the first and the second brake component (effective gap).
- the gap is at least partially filled with a magnetorheological medium.
- the magnetorheological medium wets the first and second brake components.
- the first brake component comprises a core made of a magnetically conductive material, which extends in the axial direction, and (at least) one electrical coil which is wound around the core in the axial direction and spans a coil plane, so that a magnetic field of the electrical coil extends transversely (to the axial direction) extends through the first braking component.
- a maximum (outer) diameter of the electrical coil in a radial direction within the coil plane is advantageously greater than a minimum (outer) diameter of the core in a radial direction transversely (and in particular approximately perpendicular or perpendicular) to the coil plane.
- the maximum (outer) diameter of the electrical coil in a radial direction is greater than a maximum (outer) diameter of the core in a radial direction transversely (and in particular approximately perpendicular or perpendicular) to the coil plane.
- the maximum outer diameter of the coil in a radial direction is advantageously greater than a diameter of a base body of the core.
- the maximum outer diameter of the coil in a radial direction is advantageously greater than a diameter of a base body of the core in a radial direction transverse to the coil plane.
- the base body is preferably designed to be cylindrical or, at least in sections, essentially cylindrical, elliptical or at least in sections to be arcuate or curved.
- the base body is particularly preferably cylindrical.
- magnetic field concentrators can be formed on the base body.
- shaped elements can be formed and / or encompassed on the base body.
- the shaped elements can advantageously include grooves, recesses and / or the like.
- the base body can have at least one flattened surface in regions and in particular two opposite (parallel) flattened surfaces.
- the flattened surface can advantageously be designed to be essentially flat.
- the coil can be wound on the flattened surface or surfaces.
- the first braking component defines an axial direction.
- the first brake component can, however, also be designed to be angled at least locally to the axial direction.
- the wording that the core of the first brake component extends in the axial direction is understood in the sense of the present invention to mean that the core also extends at least essentially in the axial direction.
- the core can have a course that is preferably aligned parallel to the axial direction, but can also have a slight angle to the axial direction.
- the core can also be oriented at an angle of 2.5 ° or 5 ° or 10 ° or 15 ° to the axial direction.
- the winding of the electrical coil also does not have to be aligned exactly in the axial direction around the core.
- the electrical coil can also be wound around the core at an angle of 5 ° or 10 ° or 15 ° or the like to the axial direction. In all cases, however, it is preferred that an angle between the alignment of the core and the axial direction and an angle between the winding of the electrical coil and the axial direction is less than 20 ° and in particular less than 10 °.
- the device component according to the invention with at least a magnetorheological braking device has many advantages. A considerable advantage of the magnetorheological braking device according to the invention is that the electrical coil is provided on the first braking component. A particular advantage results from the fact that the electrical coil is wound in the axial direction around at least a substantial part of the core or around the core as a whole.
- a maximum outer diameter of the electrical coil in a radial direction within the coil plane can be greater than a minimum outer diameter of the core in a radial direction transverse and in particular at least approximately perpendicular to the coil plane, a larger core diameter can be realized.
- a larger core cross-section enables a stronger magnetic field to be generated (higher field strengths in the active gap). As a result, higher braking forces can be generated with the same installation space or the same high braking forces with less installation space, and the torque that can be achieved per installation volume thus increases. If necessary, it is also possible to generate considerable braking forces in a very small installation space.
- the winding (s) of the electrical coil are preferably (at least substantially) in a plane or closely adjacent to the plane which includes the central axis of the axial direction.
- the central axis is perpendicular to the plane of the windings of the electrical coil.
- the invention is also very advantageous compared to the prior art from WO 2019/138015 A1, which shows a magnetorheological braking device with an electrical coil wound around a longitudinal axis.
- the magnetic field in the core can be increased and thus the braking force can also be increased and / or the installation space can be reduced.
- rolling elements are arranged over the entire circumference and can rotate. It is surprising that with a construction in which a complete rotation of the rolling elements is no longer possible because the electrical coil protrudes to the outside, an increase in the braking force can be achieved.
- the aim is to generate the highest possible field strength (many amperes / meter) in the active gap between the active surfaces moving towards one another (rotating to stationary components).
- certain magnetic cross-sections are required in the components (magnetic circuit) through which the magnetic field flows, which in turn must be fed by an electrical coil with a suitable winding window and electrical design (wire thickness / wire diameter, number of windings / turns). All of this has to be arranged within a mostly given (and often tightly dimensioned) installation space.
- a brake unit fully equipped with rollers results in less braking torque than a partially equipped brake unit, because with a fully equipped brake unit the magnetic field generated by the electrocoil and generated by the geometrically restricted core is distributed over several transmission elements, so that less field strength arrives per transmission unit. Less field strength leads disproportionately to less braking torque.
- the MRF brakes were not designed with magnetically non-conductive rollers (these are placeholders, so to speak), but the space for these non-torque-generating components was used to enlarge the electrocoil and the core, so that more magnetic field is generated. This results in an increase in the braking torque in the same installation space, because it increases the field strength in the active gap.
- the installation space was used in the best possible way.
- the device component is advantageously designed as a haptic operator control device.
- the device component is suitable for operating a haptic operating device.
- the device component is particularly preferably usable and / or suitable for operating a haptic operating device.
- the transmission components are at least partially surrounded by a magnetorheological medium.
- a magnetorheological fluid is preferably used as the magnetorheological medium.
- rotatable transmission components in particular are arranged distributed over the circumference of the gap.
- the transmission components can be rotatable in the gap and then preferably rotate at least in part during rotation of the first and second brake components relative to one another.
- a central part of the rotatable transmission component or the rotatable transmission component as a whole is in particular dimensionally stable and changes during a Rotation does not (at least substantially) the outer shape.
- the rotatable transmission component preferably rotates at least somewhat during a rotation of the second brake component relative to the first brake component.
- At least one transmission component is designed as a rolling element.
- rolling element is to be understood as meaning a rotating element which is suitable for rolling in the gap on the first or second braking component.
- At least one rolling element preferably has a cylindrical or spherical or round or rounded (essentially dimensionally stable) cross section.
- a rolling element can have a (elongated) cylindrical section. At the ends, the rolling element can be rounded or tapered to a point or angular. Other sections and in particular end sections are also possible. Cylindrical rollers are particularly preferably used as rolling elements.
- a cylindrical rolling element has the considerable advantage that the rolling element can be effective over the length of the cylindrical section. This increases the effectiveness.
- a significant advantage of the present invention is that a stronger braking torque can be generated by lengthening a, for example, cylindrical rolling element. Simultaneously with the lengthening of the rolling element, the electrical coil, which extends in the longitudinal direction of the first braking component, can also be lengthened (in a meaningful way). With an electrical coil that is made longer in the axial direction, a larger passage area (cross-sectional area through which the magnetic field flows) is made available for the magnetic field. Therefore, in the present invention, an elongation of the first braking component in the axial direction also causes an enlargement of the cross section of the core. As a result, a stronger braking torque can be achieved by lengthening the first braking component in the axial direction.
- at least some of the transmission components consist of a magnetically conductive material. It is possible that part of the
- Transmission components consist of a magnetically non-conductive material.
- the majority of the transmission components are made of a magnetically conductive material.
- the magnetic field is concentrated in the area of the magnetically conductive transmission components. This leads to the concentration of the magnetic field and to a local amplification (magnetic field line concentration). Since the relationship between the braking torque that can be generated and the strength of the magnetic field is not linear, and since the braking torque that can be generated becomes disproportionately stronger as the magnetic field becomes stronger, a considerable increase in the braking torque that can be generated can be achieved (with the same installation space / dimensions).
- the iron particles are drawn in the direction of the magnetic field gradient (the force on magnetizable particles always acts in the direction of the stronger magnetic field). This also increases the concentration of the carbonyl iron particles in the areas of higher magnetic field line concentration. For example, this increases the magnetic field strength in the gap from ⁇ 350 A / m to up to 1,000 A / m or more.
- the high (concentrated) field strength attracts more carbonyl iron particles from the magnetorheological fluid, and carbonyl iron accumulates (clusters). This in turn allows the generation of higher shear stresses and thus braking torques.
- the rotating part preferably has a cylindrical inner surface (in the axial direction) at least in sections.
- At least one transmission component between the core and the cylindrical inner surface of the rotating part is preferably arranged on at least one angular segment of the outer circumference of the core.
- the core has at least one receptacle adapted to the shape of the transmission components on the angular segment.
- the core is preferably designed correspondingly concave in the region of the receptacle.
- only a small gap is formed between the receptacle and the transmission component.
- the outer surface of the core over the angular segment is preferably cylindrical.
- the electrical coil is received on the core outside the angular segment.
- the electrical coil particularly preferably projects radially further outwards than the outer surface of the core in the angular segment.
- At least two angular segments are preferably formed, on which transmission components are arranged, in particular at least one angular segment and preferably each angular segment being smaller than 150 °.
- transmission components are only arranged in the angular segment or in the (in particular two) angular segments.
- a smaller radial gap is formed between the (radially outer ends of the) transmission components and the cylindrical inner surface of the rotating part than a radial distance between the coil and the cylindrical inner surface of the rotating part.
- the core is permanently connected to a plurality of transmission components. It is then possible that none of the transmission components can be rotated. It is also possible, however, for individual transmission components to be firmly connected to the core and for other transmission components to be provided as separate parts which, if necessary, can also move or rotate with respect to the core. These can be rotated laterally.
- the transmission components firmly connected to the core can be formed in one piece with the core or permanently connected to it and z. B. be screwed or riveted or welded.
- At least some transmission components (firmly connected to the core) preferably form outwardly projecting arms of the core.
- Magnetic field concentrators Transmission components can also be referred to as magnetic field concentrators. Due to the high field concentration in the area of the transmission components a particularly high field strength and thus a particularly strong linkage and accumulation of particles is realized. The wedge effect intensifies the effect, as the gap does not have a constant height all around, but rather tapers. In the area of the transmission components, the radial gap height is reduced, while areas next to it can become linked and form a type of clump / pile.
- the specially selected (very) small width and special contour of the magnetic field concentrator also concentrates the magnetic field and, as described above, leads to high field strengths in the (ring) gap and thus to carbonyl particle concentration (cluster formation).
- the field strengths in the active gap are not as high as in the case of individual arms because of the larger transition area, they are sufficient for some applications, especially when there is high cost pressure or other reasons exist.
- the first brake component is received on the second brake component in an axially displaceable or displaceable manner.
- At least one sensor device is preferably included, the sensor device comprising at least one magnetic ring unit and at least one magnetic field sensor, which is connected to the first brake component in a rotationally fixed manner and is arranged radially and / or axially adjacent to the magnetic ring unit, for detecting a magnetic field of the magnetic ring unit.
- at least one Hall sensor is used.
- a two- or three-dimensional Hall sensor is advantageous, or there are two or more such Hall sensors are available.
- the magnetic ring unit is attached to the rotating part.
- At least one shielding device is included for at least partial shielding of the sensor device from a magnetic field of the electrical coil and / or other components and / or another external magnetic field.
- the shielding device comprises at least one shielding body surrounding the magnetic ring unit at least in sections.
- the shielding device preferably has at least one separating unit arranged between the shielding body and the magnetic ring unit and / or at least one holding device arranged between the shielding body and the rotating part.
- the holding device preferably comprises a magnetic decoupling device or is designed as such.
- the holding device connects the shielding device in particular to the rotating part.
- the shielding device and the rotating part are preferably coupled in a rotationally fixed manner.
- the shielding body can be firmly connected to the holding device.
- the shielding body and the holding device can be formed in one piece, but preferably consist of different materials.
- the separating unit and preferably also the decoupling device have, in particular, a magnetic conductivity that is many times lower than that of the shielding body. This brings about a particularly advantageous shielding from possibly interfering magnetic fields.
- the shielding body possibly formed in several parts, consists of such a magnetically conductive material and has such a wall thickness that in normal normal operation no magnetic saturation occurs in at least one wall or in the walls of the shielding body. This ensures effective shielding and the measurement signal can be of high quality can be achieved.
- the shielding device can be constructed in several parts and comprise several interconnected components.
- the shielding device comprises at least one annular sleeve and at least one axial annular disc or z.
- the shielding device or the (actual) shielding body of the shielding device can also be designed in two parts and have two pot-shaped or bowl-shaped elements or one pot-shaped and one disk-shaped element (each with a central passage hole) which, when brought together, span a shielding volume inside.
- the senor device is arranged radially centrally and approximately axially in the center on the shielding device (spanning a cylinder segment volume).
- An axially slightly eccentric position can be advantageous if an axial position is derived from a strength of the measured magnetic field.
- the shielding device and the magnetic ring unit are arranged at a distance from one another (in the radial and axial directions).
- a separating unit made of a magnetically non-conductive or only weakly conductive material can be provided between the shielding body and the magnetic ring unit.
- the separation unit can, for. B. consist of a plastic.
- the separating unit can consist of an injection-molded part. The separating unit preferably ensures a defined distance and a defined positioning.
- a closed (and externally sealed) chamber is formed between the two brake components.
- the second braking component is (approximately) at a first end of the closed chamber on the first
- the closed chamber is particularly preferably essentially and in particular completely filled with the magnetorheological medium.
- the second brake component is axially displaceably received on the first brake component and z. B. stored so that a volume of the closed chamber changes due to a relative axial displacement of the two brake components to each other in order to provide compensation for temperature-related volume changes.
- the second brake component is slidably received on the first brake component at a second end of the chamber (and can be stored separately there), a diameter of the first bearing point at the first end of the closed chamber being different from a diameter of the second bearing point at the second end of the closed chamber is different.
- the rotary part is formed on a rotary knob or rotary wheel.
- the rotating part can, for. B. be formed in one piece with a knob or rotary wheel.
- the rotary knob or the rotary part is designed "pot" -shaped.
- the "cover" of the rotary part can be integrally connected to a rotary part designed as a sleeve part or attached separately to it.
- the rotating part preferably consists of a magnetically conductive material or comprises a magnetically conductive sleeve part and provides an outer ring for the magnetic field.
- the magnetic field for generating a braking torque passes through the first brake component transversely to the axial direction and passes through the gap on the transmission elements, which are designed to be magnetically conductive. From the stationary or movable transmission elements or the rotatable rolling elements, the magnetic field enters the outer ring of the rotating part or into the Sleeve part a. There the magnetic field lines run back to the other side of the first brake component and pass through the gap again (on the opposite side) at the transmission elements or rolling elements before the magnetic field lines re-enter the first brake component. Thus there is a closed magnetic circuit or there are closed magnetic field lines.
- a wedge effect develops on the rolling elements under the influence of a magnetic field when the first and second braking components rotate relative to one another, as is basically described in WO 2012/034697 A1.
- the disclosure of this document is included in its entirety in this application.
- the braking torque in the present invention is also generated by the wedge effect on the fixed or movable transmission components or rolling elements or rotating elements. It has been shown, surprisingly, that rolling elements are not always necessary. This is particularly advantageous for device components that are particularly small.
- At least one radial wall thickness of the sleeve part or rotating part is at least half as large as a gap width of the gap and / or a diameter of a transmission component.
- a radial wall thickness (of the sleeve part) of the rotating part is preferably greater than 3/4 of the gap width of the gap and / or a diameter of a
- the radial wall thickness (of the sleeve part) of the rotating part can in particular also be greater than a diameter of a transmission component.
- a sufficient wall thickness of the rotating part or the sleeve part of the rotating part made of a magnetically conductive material can ensure that the desired field strength of the magnetic field can be generated in the area of the rolling elements in order to be able to generate a high braking torque.
- a length of the first braking component in the axial direction is greater than a length of a transmission component in the axial direction. If the transmission component is made shorter in the axial direction than the first braking component, this leads to a three-dimensional concentration of the magnetic field in the edge region of the transmission component or of the rolling element. The magnetic field can practically only pass through the gap in the sections in which there is a transmission component or a rolling element.
- a length of the gap in the axial direction is at least twice as large as a length of one
- Transmission component in the axial direction It is also possible and preferred for two or more transmission components and in particular rolling elements to be arranged one behind the other in the axial direction. It is possible, for example, for magnetically conductive transmission components and magnetically non-conductive transmission components to alternate in the axial direction, so that, for example, every second or third transmission component is designed to be magnetically non-conductive in the axial direction. This creates a concentration of the magnetic field (high field strengths in the active gap with the magnetically conductive transmission components), which is advantageous for the maximum braking torque that can be generated.
- the first brake component is preferably of essentially cylindrical design and comprises a cylindrical base body as the core and the electrical coil or the electrical coils.
- a cylindrical base body as the core and the electrical coil or the electrical coils.
- different shapes can also be selected (ellipse ).
- a ball for mounting a rotary knob or the braking device of the device component is included, which can be arranged centrally at the distal end in order to provide a simple mounting between the first braking component and the second braking component.
- the electrical coil is at least partially wound in axial grooves and / or transverse grooves of the cylindrical base body (the first braking component).
- the windings of the electrical coil or the entire component are preferably cast in with casting compound. It is preferred to at least partially fill any axial grooves and / or transverse grooves that may be present with potting compound. This prevents magnetorheological medium or magnetorheological fluid from entering the area of the coil wires. This could lead to a segregation of the fluid.
- the holder preferably has a cable bushing. Connection cables for the coil and / or sensor cables and the like can be passed through the holder or through the cable bushing of the holder. This enables easy assembly and inexpensive manufacture.
- the holder preferably has a receptacle for a rotationally fixed connection to the first brake component.
- the holder can hold the first brake component in a force-locking and / or form-locking manner.
- the braking torque between the first braking component and the second braking component is dissipated via the holder.
- the holder preferably has a cylindrical running surface for a bearing and supports the rotating part rotatably on the holder.
- a seal for sealing the gap is preferably arranged on the cylindrical running surface, the seal in particular being arranged closer to the gap than the bearing. This reliably protects the bearing from the magnetorheological medium. Such a configuration enables a compact structure and reliable operation.
- the camp can e.g. B. be a plain or roller bearing.
- the cylindrical running surface is preferably hardened and / or has a higher surface quality than the radially outer surface of the receptacle. This can reduce manufacturing costs be reduced.
- the cylindrical running surface has an outer diameter which is at least 3 mm smaller than an outer diameter of the receptacle of the holder.
- the holder can be attached to a console or to other parts.
- a relative angular position or also an absolute angular position can preferably be detected.
- An accuracy is preferably better than 1 ° and in particular better than 0.5 ° and particularly preferably better than 0.2 ° or 0.1 °.
- a user interface, a control panel, a display, a touch-sensitive display with or without haptic feedback and / or at least one sensor is preferably attached.
- a configuration also enables information to be displayed or output at the same time during operation. This enables, for example, an operating button with a simultaneous output display.
- a pressure-sensitive sensor can be attached to the holder or for such a sensor to be assigned to the holder.
- a pressure-sensitive sensor can be attached in the holder.
- a piezo sensor can be attached to the lower part, etc.
- the holder can also be designed in two parts and register an axial displacement of the two parts with respect to one another. Haptic feedback can be provided.
- a difference between a clear inside diameter (of the sleeve part) of the rotating part and a minimum outside diameter of the first brake component is greater than 1 or 2 or 3 mm and less than 50 mm. It is also preferred that an outer diameter of the (sleeve part) rotating part is between 5 mm or 10 mm and 90 mm. The height of the rotating part is preferably between 5 mm and 100 mm. In all of the configurations, it is preferred that a control device is included, which is designed to produce a variable braking effect with the electrical coil.
- the present invention particularly preferably works according to the basic principle of wedge clamping, with a transmission component grazing along the walls at a certain distance or, if necessary, rolling over them.
- the wedge effect is created by a magnetic field, so that a high braking torque can be generated.
- a magnetic field is generated transversely to (the core) of the first braking component.
- the radially enlarged electrical coil allows higher braking torques to be generated with a smaller size. By using this axial coil, better scalability can be achieved.
- the diameter of the first braking component does not have to be selected to be larger in order to pass a corresponding magnetic field, because with an axial lengthening of the core, the area of the core (cross-sectional area) also increases. If necessary, the axial length can also be reduced if only a relatively low braking torque is required.
- the installation space can be adapted accordingly.
- Another advantage is that the electrical connection cable for the electrical coil can easily be led out even for large series. A tightness of the magnetorheological braking device and scaling can be made possible by simple means.
- the transmission component can be selected to be higher than in the prior art. Long transmission components can be used to which a sufficiently strong magnetic field can be fed.
- the magnetic field generated by the electrical coil goes radially through the core, then through the rolling elements and closes over the (sleeve part or) the rotating part or the outer cylinder.
- the magnetic field lines close once in one and z. B. lower or left and once in the other and z. B. upper or right half of the rotating part.
- the paths are therefore short, which results in a better response time (lower inductance).
- the magnetic flux thus runs essentially two-dimensionally. It does not matter how long or how high the transmission components are. Any scaling in length can thereby be achieved, since the magnetic field transmission area grows with it.
- the cross-sectional area in the core always remains the same and thus forms a needle's eye for the magnetic field as long as the diameter is not changed.
- a larger diameter of the first brake component also changes the installation space requirement, the installation dimensions and the weight of the magnetorheological braking device.
- the torque intervals and the speeds of the rolling elements change, which is not always advantageous. However, this does not change when the available core cross-section is increased and the core cross-section is linearly extended as in the present invention.
- the braking effect of one long roller can be better than that of two short rollers that use the have the same overall length. This is due, among other things, to the fact that the liquid has to be displaced longer, since the edge is further away (hydrodynamic pressure).
- the magnetorheological braking device has a diameter (of the sleeve part) of the rotating part of between approximately 5 and 40 mm (+/- 20%), in preferred configurations approximately 10 to 20 mm.
- the electrical coil In all of the configurations it is possible for the electrical coil to be made longer in the axial direction than the transmission components. This achieves a concentration of the magnetic field on the transmission components.
- the invention provides an advantageous device component with a magnetorheological braking device ("MRF brake").
- MRF brake magnetorheological braking device
- the outer diameter of the MRF brake is usually specified, especially in haptic applications. There are ergonomic guidelines or installation space requirements. Therefore, the core cross-section is generally not that simple because the outside diameter is larger (button outside diameter; area for the fingers). In addition, the larger the outside diameter, more locking torque is required, because the torque distance therefore increased (the finger force, i.e.
- the invention g increases the effective core cross-section.
- the electrical coil (electro-coil) now extends axially and extends further outward in the radial direction.
- the magnetic field generated by the coil goes radially through the core, then through the rolling elements and closes over the outer cylinder (each through the opposite halves). This always remains the same, no matter how high (or long) the rolling element or the MRF brake is.
- the invention achieves the goal of obtaining an MRF brake that is as simple as possible, but nevertheless easily scalable, with a high braking torque and a compact outer diameter.
- the axial electrocoil which is wound around the core and encapsulated (in the axial direction), generates a magnetic field. This closes over the rolling elements and the rotating part, which forms an outer cylinder, as described above. Potting the electrocoil is advantageous so that the MR fluid (carrier fluid) does not get into the empty spaces between the coil wires (capillary effect). Otherwise this can lead to segregation.
- a (cylindrical) coil wire a flat material made of copper or another suitable material can also be used.
- the core, the roller bodies and the outer cylinder can be made of a simple steel (e.g. S235), without great demands on the surface quality and hardness, which preferably has good magnetic properties.
- a simple steel e.g. S235
- roller bodies or balls severe stacked one on top of the other
- the space (gap) between the core and the outer cylinder that is still available next to the electrical coil does not necessarily have to be (almost) completely filled with rolling elements. It is also possible to use spacers between the roller bodies or one or more roller bodies or transmission components made of magnetically non-conductive material - together with roller bodies or transmission components made of magnetically conductive material.
- the core together with the electrical coil and potting compound will be preferably centered and fixed in a "holder" (force-fit or form-fit connection) and the counter torque can be derived via this to, for example, a console, base plate, mounting plate, housing or other component.
- the holder preferably has a bore through which A sealing element (e.g. O-ring) preferably seals the cable against the holder or the interior so that no liquid can escape from the interior via the cable A temperature sensor cable or other sensor cable can also be passed through this opening.
- a sealing element e.g. O-ring
- the cylindrical surface of the tapered holder is preferably designed in such a way that it has running properties (higher surface hardness and low surface roughness, coated or hardened or similarly tempered).
- the holder can also be made of a different material such as the core, roller body or outer cylinder.
- the reduction in diameter of the holder on the running surface has the advantage that the friction radius for the sealing element is smaller, which reduces the overall friction.
- a bearing element can be used which has the same bearing outer diameter as the inner diameter of the rotating part. This reduces the manufacturing costs of the turned part, there is no production-related paragraph (turning) required.
- the preferred roll body height is between 3 mm and 6 mm, but can also be 1 mm or 2 mm. In this area it is difficult to obtain good bearings or sealing elements if the inside diameter of the holder does not create additional overall height.
- the holder is made of a different material than the core, e.g. B. consists of a plastic, it is advantageous to apply a metal sleeve to the holder in the area of the sealing element (O-ring) or to press it on so that the sealing element does not damage or even destroy the holder due to friction.
- a metal sleeve to the holder in the area of the sealing element (O-ring) or to press it on so that the sealing element does not damage or even destroy the holder due to friction.
- a decorative or other can be placed over the outer cylinder Transmission element are attached, for.
- a sphere or a spherical, spherical or spherical component can preferably be between the outer cylinder and the potting compound. This guides the two parts relative to each other.
- the ball is preferably fixed in the potting compound and the inner axial end face of the outer cylinder rotates relative to it. This creates a simple, low-friction and inexpensive storage (bearing point).
- a cone shape or the like is also possible.
- any other type of mounting can be selected (e.g. sliding or roller mounting).
- At least one component through which the magnetic field flows preferably consists at least partially or completely of the material FeSi3P.
- magnetic field strengths of greater than 350 A / m can be generated in the active gap or magnetic field strengths of greater than 350 A / m can be generated in the active gap.
- At least one magnetorheological braking device is preferably controlled, as described above.
- Another device component is used to generate a particularly high magnetic field strength between a stationary (in particular first brake component) and a component moving to it (in particular second brake component) in a particularly limited structural volume with an electric coil, a core wrapped by the electric coil and with transmission elements
- the electrical coil and the core utilize almost the entire inner diameter in cross section and the transmission elements are attached to the side thereof.
- the second brake component preferably completely surrounds the first brake component.
- a maximum diameter of the electrical coil in a cross section is preferably so large that that the transmission elements must be arranged laterally next to the electrical coil.
- Figure la-lf schematic three-dimensional views of device components according to the invention with a magnetorheological braking device
- Figure 2 is a highly schematic cross section through a
- FIG. 3 shows a schematic cross section through a device component according to the invention with a magnetorheological braking device
- FIG. 4 shows a cross section of a further device component with a magnetorheological braking device
- FIGS. 5a-5d show schematic cross sections of the device components with a magnetorheological braking device according to FIG. 3 or 4;
- FIGS. 6a-6d show another device component with a magnetorheological braking device
- FIG. 6e shows a schematic representation of a profile of a sensor signal
- Figure 7a-c a further device component with a magnetorheological braking device.
- Figures la to lf show several according to the invention Device components 200 in which the agnetorheological braking device 1 can be used.
- the device components 200 are each designed as a haptic operating device 100.
- FIG. 1 a shows a haptic control button 101.
- the control button 101 is attached via the console 50.
- the control button 101 is operated via the sleeve part 13e.
- the user interface 43 can also be used to transmit information.
- the device component 200 is shown as a thumb roller 102 with a haptic operating device 100.
- the thumb roller 102 can preferably be used in steering wheels, for example. However, the thumb roller is not limited to this application.
- the thumb roller 102 can generally also be usable with any other finger, depending on the installation situation.
- the device component 200 is designed as a computer mouse 103.
- the haptic operating device 100 is accommodated in the mouse wheel 106.
- the magnetorheological braking device 1 can be used to control a haptic feedback.
- FIG. 1e shows a joystick 104 as a haptic operating device 100 in which a magnetorheological braking device 1 is accommodated.
- the magnetorheological braking device 100 according to the invention can also preferably be used in a gamepad 105 in order to give the player haptic feedback as a function of the game situation, see FIG.
- the magnetorheological braking device 1 has a rotating part 13 or sleeve part 13e, which is rotatably received.
- the torque required to rotate the rotating part 13 is adjustable.
- a user interface 43 can be arranged on the upper side of the magnetorheological braking device 1.
- Such a user interface 43 can be used, for example, as a display device or also as a touch-sensitive device Input option (touchpad, movement and gesture control, image recognition Certainly be designed.
- a haptic operating device 100 can be used, for example, to operate machines, medical devices or for use in and for the motor vehicle. Use on other devices or other devices is also possible.
- FIG. 2 shows a highly schematic cross-sectional view of a magnetorheological braking device 1 according to the invention for influencing the power transmission between two brake components 2 and 3.
- a rolling element 11 or rotating element 11 is provided between the two braking components 2 and 3 in FIG.
- the rolling element 11 is designed as a ball 14 here.
- rolling bodies 11 it is also possible to design rolling bodies 11 as cylinders or ellipsoids, rollers or other rotatable rotating bodies 11.
- the rolling elements 11 are not used for mounting opposite one another, but for transmitting torque.
- the medium here is a magnetorheological fluid which, for example, comprises an oil as a carrier fluid in which ferromagnetic particles 19 are present. Glycol, fat, water and viscous substances can also be used as a carrier medium, without being limited to them.
- the carrier medium can also be gaseous or the carrier medium can be dispensed with (vacuum). In this case, only particles that can be influenced by the magnetic field 8 are filled into the channel.
- the ferromagnetic particles 19 are preferably carbonyl iron powder, the size distribution of the particles 19 depending on the specific application. Specifically preferred is a distribution of the particle size between one and ten micrometers, but larger particles 19 of twenty, thirty, forty and fifty micrometers are also possible. Depending on the application, the particle size can also be significantly larger and even penetrate into the millimeter range (particle spheres).
- the particles can also have a special coating / jacket (titanium coating, ceramic, carbon jacket, etc.) so that they can better withstand the high pressure loads that occur depending on the application.
- the magnetorheological particles 19 can for this application not only made of carbonyl iron powder (pure iron), but z. B. can also be made of special iron (harder steel).
- the rolling element 11 is preferably set in rotation about its axis of rotation 12 by the relative movement 17 of the two brake components 2 and 3 and practically runs on the surface of the brake component 3. At the same time, the rolling element 11 runs on the surface of the other brake component 2, so that there is a relative speed 18 there.
- the rolling element 11 has no direct contact with the surface of the brake components 2 and / or 3 and therefore does not roll directly on it.
- the free distance 9 from the rolling element 11 to one of the surfaces of the brake components 2 or 3 is z. B. 140 pm.
- the free distance 9 is in particular between 75 pm and 300 pm and particularly preferably between 100 pm and 200 pm.
- the free distance 9 is in particular at least ten times the diameter of a typical mean particle diameter.
- the free distance 9 is preferably at least ten times that of the largest typical particle 19.
- the rolling element 11 consists of a ferromagnetic material and z. B. here from ST 37 (S235).
- the steel type ST 37 has a magnetic permeability pr of about 2000.
- the field lines (magnetic circuit) pass through the rolling element 11 and are concentrated in the rolling element. At the radial entry and exit surface of the field lines on the rolling element 11, there is a high magnetic flux density in the channel 5.
- the inhomogeneous and strong field there leads to a local and strong cross-linking of the magnetically polarizable particles 19 (magnetic linkage).
- Rolling bodies 11 and brake components 2, 3 preferably consist at least partially of ferromagnetic material, which is why the magnetic flux density becomes higher the smaller the free distance 9 between rotating body 11 and brake components 2, 3.
- an essentially wedge-shaped area 16 is formed in the medium, in which the gradient of the magnetic field 8 increases sharply towards the acute angle at the contact point or the area of the smallest free distance 9.
- the rolling elements 11 can be set in a rotary motion by the relative speed of the surfaces to one another.
- the rotary movement is possible with and without an active magnetic field 8.
- the individual particles 19 of the magnetorheological fluid 6 are linked along the field lines of the Magnetic field 8.
- the vectors drawn in FIG. 2 only roughly schematically represent the area of the field lines relevant for influencing the MRF.
- the field lines enter the channel 5 essentially normally on the surfaces of the ferromagnetic components and, above all, do not have to run in a straight line in the acute-angled region 10.
- the acute-angled areas 10 can have a wedge shape 16, for example in the case of cylindrical rolling elements 11. Due to the wedge shape 16, the further rotation of the rolling element 11 is hindered, so that the effect of the magnetic field 8 on the magnetorheological fluid 6 is increased, since the acting magnetic field 8 within the acute-angled area 10 results in a stronger cohesion of the medium 6 there. This increases the effect of the magnetorheological fluid 6 in the accumulated heap (the formation of chains in the fluid and thus the cohesion or viscosity), which makes further rotation or movement of the rotating body 11 more difficult.
- the forces that can be transmitted directly by the applied magnetic field 8 represent only a small part of the forces that can be transmitted by the device.
- the wedge formation and thus the mechanical force amplification can be controlled by the magnetic field 8.
- the mechanical reinforcement of the magnetorheological effect can go so far that a power transmission is possible even after switching off an applied magnetic field 8 when the particles 19 have been wedged.
- the wedge effect of the acutely angled areas 10 results in a considerably greater effect of a magnetic field 8 of a certain strength.
- the effect can be increased many times over.
- the relative speed of two brake components 2 and 3 was influenced by about ten times as much as in the prior art in MRF clutches based on the shear principle, in which a magnetorheological fluid 6 is arranged between two mutually moving surfaces and the shear forces of the is exposed to mutually moving surfaces.
- the possible reinforcement here through the wedge effect depends on various factors. If necessary, it can be reinforced by a greater surface roughness of the rolling elements 11. It is also possible for outwardly projecting projections to be provided on the outer surface of the rolling elements 11, which can lead to an even stronger wedge formation.
- the wedge effect or the wedge effect is distributed over the surface of the rolling element 11 and the components 2 or 3.
- FIG. 3 shows a section through a device component 200 with a magnetorheological braking device 1 which has two braking components 2 and 3.
- the first brake component 2 and the second brake component 3 extend essentially in an axial direction 20.
- the first brake component 2 is arranged here in the interior of the second brake component 3 and is held in a form-fitting and / or force-fitting manner by a holder 4.
- the holder 4 can be attached, for example, to an external console or to a device.
- the holder 4 is regularly attached in a rotationally fixed manner.
- the second brake component 3 is received thereon in a continuously rotatable manner relative to the first brake component 2.
- the second brake component 3 is elongated and has the rotating part 13 and therein a magnetically conductive sleeve part 13e.
- the second brake component 3 is rotatably received at the first bearing point 112 and at the second bearing point 118 on the second brake component 2 and, in particular, is supported so as to be axially displaceable.
- forces can be supported in a global radial direction 122 by the bearings 30, while the first brake component 2 can be displaced axially relative to the second brake component 3.
- the diameter 116 of the first bearing point 112 is here approximately twice as large as the diameter 117 of the second bearing point 118.
- the second brake component 3 is led out at both ends.
- a closed chamber 110 which is filled with MRF, is formed between the brake components 2 and 3.
- a cylindrical running surface is formed on the holder 4 as a first bearing point 112.
- a bearing 30 for the rotatable mounting of the second brake component 3 is attached to this cylindrical running surface 37.
- a seal 38 is provided adjacent to the bearing 30. The seal 38 reliably seals the interior.
- the first brake component 2 has a base body 33.
- the windings of an electrical coil 26 are wound around the core 21.
- the individual turns of the electrical coil 26 protrude outward beyond the cylindrical base body 33 (see FIG. 5).
- a gap 5 Radially between the outer wall of the first brake component 2 and the inner wall of the sleeve part 13 there is a gap 5, which is designed here essentially as a hollow cylindrical gap 5.
- the gap 5 there are several transmission components 11, which are used here as rolling elements 11 are formed, arranged.
- the rolling elements 11 are designed here as cylindrical rolling elements 11 and have an outer diameter that is somewhat smaller than the gap width of the gap 5.
- the gap 5 is furthermore filled here with a magnetorheological medium 6.
- an O-ring or the like filled with air or another gas can be arranged, which provides volume compensation in the event of temperature fluctuations.
- a reservoir is thereby formed there if magnetorheological fluid 6 or medium 6 escapes from the interior to the outside in the course of operation.
- the construction is used to provide automatic temperature compensation and a reservoir for MRF due to the differently large diameters 116, 117.
- the (usable) gap length of the gap 5 is greater than the length of the rolling elements 11 here.
- the electrical coil 6 is also made longer in the axial direction 20 than the length of the rolling elements 11.
- the core 21 can be seen in the interior of the electrical coil 26.
- the holder 4 has a radially enlarged receptacle 36 (diameter 36a, see FIG. 4) for receiving the first brake component 2 in a rotationally fixed manner.
- a cable bushing 35 extends down through the holder 4 through the holder 4.
- There cables 45 for connecting the electrical coil 26 and, if necessary, sensor lines 73 are led out.
- a control device 27 can be provided or assigned in the foot of the holder 4 or at other suitable locations in order to carry out control as required.
- a closed chamber 110 is formed between the first end 111 and the second end 115.
- the closed chamber 110 comprises the volume 114, which is essentially completely filled with the magnetorheological medium 6.
- a change in the volume of the agnetorheological medium 6 leads here to a relative axial displacement of the first brake component 2 to the second brake component 3 due to the different diameters 116, 117 of the two bearing points 112, 118.
- the second brake component 3 is shifted to the right in the case of an increase in volume in the orientation of FIG. 3.
- a small part of the first brake component 2 with the diameter 116 at the first bearing point 112 emerges from the closed chamber 110, while a part of the first brake component 2 at the second end 115 with the significantly smaller diameter enters the closed chamber 110.
- the volume 114 of the closed chamber 110 is increased in this way.
- a change in volume of the magnetorheological medium 6 caused by a temperature rise can be compensated for.
- a function of the magnetic field generating device 113 is not influenced by this.
- the second brake component 3 is shifted to the left here.
- the magnetorheological braking device 1 has a sensor device 70 at least for detecting an angular position of the two braking components 2, 3 relative to one another. The detection takes place with a magnetic ring unit 71 and by means of a magnetic field sensor 72.
- the sensor device 70 is here on the second via a decoupling device 78 Brake component 3 connected.
- the decoupling device 78 decouples the sensor device 70 magnetically.
- the sensor device 70 here further comprises a shielding device 75, which here comprises a plurality of shielding bodies 76 and which surrounds the magnetic ring unit 71 on three sides.
- a separating unit 77 is present between the magnetic ring unit 71 and the shielding device 75.
- the separating unit 77 additionally shields the magnetic ring unit 71.
- the volume spanned by the magnetic ring unit 71 is largely shielded from magnetic influences of the electrical coil 26 or other magnetic fields.
- FIG. 4 shows another device component 200 in section with a similar magnetorheological braking device 1.
- the transverse grooves 32 in which the electrical coil 26 is wound at the axial ends of the core 21 can be seen.
- sealing compound 28 is provided at each end at both ends.
- a separate seal 38 is provided over, for example, the drawn O-ring or the like.
- rolling bodies 11 which are arranged distributed over part of the circumference, to be designed as magnetically non-conductive transmission components 11.
- all rolling elements 11 are made of magnetically conductive material such as. B. steel.
- a length or height 13c of the rotating part 13 and of the sleeve part 13e or of the second brake component 3 in the axial direction 20 is preferably between 5 mm and 90 mm.
- a coating 49 can be applied to the outside of the second brake component 3, so that the external appearance of the rotary knob 23 is essentially determined by the surface of the coating 49.
- the material of the sleeve part 13e or of the rotating part 13 as a whole is magnetically conductive and serves to close the magnetic circuit.
- a wall thickness 13d of the sleeve part 13e is preferably at least half the size of a diameter of the rolling elements 11.
- the diameter 36a of the receptacle 36 is preferably considerably larger than the diameter 37a of the cylindrical running surface 37. This reduces the friction on the seal 38.
- standardized bearings 30 can be used.
- the separation preferably runs along the center line drawn in FIG. 4, which results in a left and right (core) half.
- the two core halves can be separated from one another by a magnetically non-conductive element (e.g. seal).
- the casting compound volume 28 is then preferably part of the core half (s), which results in a semicircular element with a circumferential groove on the separating surface for the electrical coil 26.
- the receptacle 36 is preferably also separated into two halves.
- a receiving half can also form a part with a core half (be made in one piece) or a core half can be made in one piece with a complete receiving unit 36.
- the haptic operating device 100 with the magnetorheological braking device 1 is mounted on one side.
- the second brake component 3 is only received here at the first end of the closed chamber 110 at an end section 121 of the first brake component 2, ie the second brake component 3 is only supported at the first bearing point 112 by the bearing 30.
- the second brake component 3 can move slightly to and fro. It is assumed here again that the first brake component 2 is stationary. In this case, part of the diameter 116 of the first brake component 2 extends or retracts at the first bearing point 112.
- the volume 114 of the closed chamber 110 changes.
- the system is practically always at ambient pressure within the given range of motion. An additional load on the seal 38 is prevented.
- FIGS. 5a to 5d show various schematic cross sections of the magnetorheological braking device 1, which can be used in the device components 200 according to FIGS. 3 and 4 and also in other exemplary embodiments.
- the inner brake component 2 is designed to be stationary and is surrounded by the continuously rotatable brake component 3.
- the second brake component 3 has a rotatable around the first Bremskompo component 2 and is hollow and internally cylindrically designed rotary part 13.
- the gap 5 running around between the first and second brake components 2, 3 is clearly visible.
- the gap 5 is here at least partially and in particular completely filled with a magnetorheological medium 6.
- the first brake component 2 has the core 21, which extends in the axial direction 20, and is made of a magnetically conductive material, and an electrical coil 26 which is wound around the core 21 in the axial direction 20 and spans a coil plane 26c.
- the magnetic field 8 of the electrical coil 26 extends transversely to the axial direction 20 through the first braking component 2 or the core 21.
- the core 21 here has a cylindrical base body 33, which is transverse to the coil plane 26c on the top and bottom is flattened. The windings of the coil are recorded there.
- a maximum outer diameter 26a of the electrical coil 26 in a radial direction 26d within the coil plane 26c is greater than a minimum outer diameter 21b of the core 21 in a radial direction 25 across and z. B. perpendicular to the coil plane 26c.
- the minimum outer diameter 21b of the core 21 transversely to the coil plane also corresponds to the maximum outer diameter 21c and the diameter 21d of the cylindrical base body 33 of the core 21.
- the maximum outer diameter 26a of the electrical coil 26 in a radial direction 26d within the (central) coil plane 26c is greater than the diameter 21d of the cylindrical base body 33 of the core 21.
- the rolling elements 11 are each arranged only in angular segments 61, 62 and cannot rotate completely around the core 21, since the electrical coil 26 protrudes radially outward via the base body 33 of the core 21 into the gap 5 or channel 5 and thus a complete one Circulation prevented.
- FIG. 5a three magnetic field lines are shown by way of example.
- the rolling elements 11 are not received on a cylindrical outer surface of the core 21, but on receptacles 63 specially adapted to the contour of the rolling elements 11, on which the rolling elements 11 are preferably received and guided with some play.
- the transition of the magnetic field 8 into the rolling elements 11 is advantageous, since more transfer area is available between the core 21 or the outer surface 64 at the receptacles 63 and the rolling elements 11.
- the electrical coil is arranged outside of the angle segments 61 and 62. Outside the angle segments 61 and 62 there are no rolling elements 11.
- the core 21 here comprises a cylindrical base body 33 on which the receptacles for the magnetic field concentrators 11 are formed.
- the diameter 21d of the base body 33 corresponds here to the minimum core diameter 21b.
- the maximum outer diameter 26a of the electrical coil 26 (in a radial direction 26d) within the (central) coil plane 26c is greater than the diameter 21d of the smallest cylindrical envelope of the base body 33 of the core 21 63 is conditionally the diameter of the smallest cylindrical Enveloping the base body 33 is somewhat larger than the diameter of the core 21 in Figure 5a.
- the diameter of the smallest cylindrical envelope of the base body 33 is smaller than the maximum coil diameter 26a.
- the maximum core diameter 21c is also smaller here than the maximum coil diameter 26a.
- FIGS. 5c and 5d show further developments or configurations in which rolling elements 11 are completely dispensed with.
- the cores 21 have outwardly projecting transmission components 11 which extend radially outward from the base body 33.
- the chamber 110 between the core 21 and the rotating part 13 is completely filled with MRF.
- the rotating part 13 has a cylindrical inner surface 67.
- the maximum outer diameter 26a of the coil 26 is greater than the minimum core diameter 21b or the diameter of the base body 33.
- the radial extent of the gap 5 varies over the circumference. At the outer ends of the transmission components 11 there is only a small gap 65, while a radial distance 66 between the brake component 2 and the brake component 3 is considerably larger at other points.
- FIG. 5d shows a variant of FIG. 5c, in which the chamber 110 is filled with potting compound 28 via a cylindrical section in order to reduce the MRF volume 114. This reduces the required volume of MRF.
- the radial distance 66 is significantly reduced, but remains considerably (at least a factor of 2 or 3 or 5 or 10) larger than the radial gap dimension 65.
- the MRF particles are linked in the acute-angled areas and form a type of wedge 16, which leads to a considerable braking torque.
- the transmission components 11 form a type of radial arms 11d.
- Figures 6a to 6e show a further embodiment of a device component 200, which here again has a Has magnetorheological braking device 1 and braking components 2 and 3 comprises.
- a "lying or axial coil” is used in which the electrical coil 26 is wound around the core 21 in the axial direction 20 and again has a maximum radial coil diameter 26a which is greater than a minimum core diameter 21b of the core 21 or a diameter of the base body of the core.
- the rolling bodies 11 or transmission elements 1 are not arranged over the complete circumference.
- the device component 200 is designed as a haptic operating device 100 and, in detail, as an operating button 101.
- the second brake component 3 is received at the first end 111 of the closed chamber 110 at the bearing point 112.
- the second brake component 3 is received at the second bearing point 118 on the first brake component 2.
- the bearing is realized by means of a stub axle 119 with the diameter 117 at the second bearing point 118.
- the sealing ring 46 prevents the magnetorheological medium 6 from flowing into the area behind the stub axle 119.
- the diameter 117 at the second bearing point 118 is made significantly smaller here than the diameter 116 at the first bearing point 112.
- a change in volume is made possible in the event of an axial displacement. Volume changes caused by temperature and changes in volume caused by leaks can be compensated.
- the first brake component 2 is axially displaced relative to the second brake component 3.
- a sensor device 70 for detecting an angular position of the haptic operating device 100 is also present here.
- the magnetic field sensor 72 is integrated in the stationary receptacle 4 or the first brake component 2.
- the cable 45 of the magnetic field sensor 72 that is to say the sensor line 73, is led to the outside through the cable bushing 35 on the receptacle 36.
- the first axle part 2 or the holder of the brake component 2 can, as shown in FIGS. 6b and 6c, preferably be designed in two parts. This primarily simplifies the assembly of the electrical lines and, in particular, of the sensor line 73 within the first brake component 2.
- the cables can be laid through the open cable bushing 35.
- the sensor device 70 is shown again in detail.
- the first brake component 2 and the second brake component 3, designed here as a rotating part, are only indicated (dashed lines).
- the sensor device 70 is supported by the decoupling device 78 on the rotatable second brake component 3 in a magnetically decoupled manner.
- Shielding device 75 here consists of three shielding bodies 76, which reduce the scattering of the magnetic field 8 of the electrical coil 26.
- separating unit 77 for magnetic separation.
- the magnetic ring unit 71 is used to measure the orientation or the angle of rotation of the magnetorheological braking device 1.
- the magnetic field sensor 72 is arranged within the first brake component 2. Small relative axial displacements can also be used to detect a depression of an operating button 101, for example, see FIG. 6e.
- a push-pull function can also be integrated.
- the structure is basically as already described.
- a button can be operated and is automatically reset.
- the diameters of the two bearing points 112, 118 are then selected to be the same.
- a shift of the first brake component 2 of the figures z. B. to the left leads to the fact that the distance between the magnetic field sensor 72 and the magnetic ring unit 71 is increased or changed.
- the sensor device 70 comprises a magnetic ring unit 71 and a shielding device 75 to minimize magnetic interference.
- the received signal 68 changes as a result of an axial displacement as shown in FIG. 6e.
- FIG. 6e shows the course of the amplitude 69 of the signal 68 detected by the magnetic field sensor 72 as a function of the axial displacement of the brake components 2, 3 (horizontal axis).
- An axial displacement of the magnetic field sensor 72 with respect to the magnetic ring unit 71 changes the amplitude 69 of the detected signal 68.
- B. a mouse wheel 106 or other components can be detected.
- the angle of rotation can also be detected with the same magnetic field sensor 72 or sensor, the direction of the magnetic field being determined to detect the angle of rotation.
- the intensity determines the axial position.
- a change in signal 68 can therefore be used to infer an actuation of the pushbutton. This is advantageous because a single (multi-dimensional) Hall sensor can be used to determine the angular position and to determine an axial position.
- the device component 200 comprises a first brake component 2 and a second brake component 3.
- the first brake component 2 comprises the stationary holder 4 on which the core 21 and the coil holder 516 are received.
- the spool holder 516 can be in two parts, for example.
- the holder 4 and also the coil holder 516 are preferably composed essentially of a magnetically non-conductive or only slightly conductive Material and the core 21 consists of a material with a substantially good or very good magnetically conductive material.
- a ratio of the magnetic conductivity of core 21 to holder 4 and / or coil holder 516 is preferably greater than 10 or 100 or 1000.
- Power is supplied to the electrical coil 26 via the electrical connection 518 and via the user interface 43.
- the rolling elements 11 are rotatably received here on the receptacles 63 on the coil holder 516.
- the second brake component 3 comprises a rotary part 13, which is rotatably received and mounted on the first brake component 2 here.
- the rotating part 13 is particularly preferably composed of a material that is essentially magnetically conductive or has a very good magnetic conductivity. It can be the same material as the material of the core.
- a ratio of the magnetic conductivity of the rotating part 13 to the magnetic conductivity of the holder and / or the coil holder 516 is preferably also greater than 10 or 100 or 1000.
- a first (and outer) bearing point 112 is formed on the right at the outer end.
- a holding device 79 is received on the rotating part 13.
- the holding device 79 carries a shielding device 75 or is formed in one piece therewith.
- Shielding bodies 76 of the shielding device 75 are received or formed on the shielding device 75.
- a plurality of receptacles 79a are formed on the holding device 79, on which the rotatable mouse wheel 106 is arranged and fastened here.
- a seal 38 To seal the closed chamber 110, a seal 38, a sealing ring 46 (e.g. O-ring) and a sealing sleeve 517 (preferably made of metal) are provided here.
- the sealing ring 46 is arranged directly on the holder 4 or the coil holder 516.
- the sealing sleeve 517 engages around the sealing ring 46.
- the seal 38 is provided between the sealing sleeve 517 and the holding device 79.
- the sealing lip 38a lies here on the, in particular, metallic one Sealing sleeve 517 on. A particularly low friction is generated by this internal sealing surface, so that an advantageous ease of use is provided here.
- the friction radius is small and so is the friction surface.
- the shielding device 75 (and also the separating unit 77) comprises the magnetic ring unit 71, in particular in a U-shaped or V-shaped or the like, the magnetic ring unit 71 being received in the interior of the shielding body 76. It is also possible that the magnetic ring unit 71 is received in an L-shape and z. B. is shielded axially only to the outside. In any case, at least one separating unit 77 is provided between the magnetic ring unit 71 and the shielding body 76 in order to magnetically separate the shielding body 76 from the magnetic ring unit 71.
- a decoupling device 78 for magnetic decoupling of the shielding device from the electrical coil 26 is preferably included.
- the decoupling device 78 can be formed by the holding device 79.
- the holder 4 is encompassed here by a separate shaft holder 514.
- the braking device 1 is received and supported here on the shaft holder 514.
- the electrical coil 26 here has a diameter 26a in the coil plane 26c which is greater than the minimum diameter 21b of the core 21 transversely to the coil plane 26c.
- the diameter 26a is also larger than a diameter of the main body of the core 21.
- the separating unit 77 is shown cross-hatched and the immediate area of the shielding body 76 surrounding the separating unit 77 is shown hatched.
- the magnetic ring unit 71 is received in the separating unit 77.
- the device component 200 is in a sectional view represented by the coil plane 26c.
- the winding of the coil 26 around the core 21 can be clearly seen here.
- the magnetic field sensors 72 can also be seen here in particular.
- FIG. 7c shows a side view of the device component 200.
- the mouse wheel 106 is received here on the rotating part 13 of the second brake component 3.
- a total of three receptacles 79a, on which the mouse wheel 106 is received, are formed on the holding device 79.
- the receptacles 79a are arranged distributed uniformly over the circumference. Only one receptacle 79a is visible in the side view.
- the receptacles 79a can also be provided on a component that is separate from the holding device 79.
- the shaft holder 514 and the user interface 43 can be seen on the left-hand side.
- a mounting shoulder 515 for receiving the mouse wheel 106 is provided on the rotating part 13.
- the device component 200 is used as a rotary knob and a haptic operating aid.
- the control can also take place as it is shown in FIGS. 11a to 11c of WO 2018/215350 A1 and is described therein with reference thereto.
- the preferably low-alloy steel can retain a residual magnetic field.
- the steel is preferably demagnetized regularly or if necessary (e.g. by a special alternating field).
- the material FeSi3P (silicon steel or silicon steel) or a related material is preferably used for the components through which the magnetic field flows.
- voice or sound control can be carried out.
- voice control the Braking device are controlled adaptively.
- the current is preferably continuously reduced over time.
- the current can also be varied as a function of the speed (angular speed of rotation of the rotary unit).
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
A device component (200) having a magnetorheological brake device (1) with a static holder (4) and with two brake components (2, 3), wherein a first brake component (2) is connected rotationally fixedly to the holder (4) and extends in an axial direction (20), and wherein the second brake component (3) comprises a rotary part (13) of hollow form which is rotatable about the first brake component (2). An encircling gap (5) is formed between the first and the second brake component (2, 3), wherein the gap (5) is filled with a magnetorheological medium (6). The first brake component (2) comprises a core (21), which extends in the axial direction (20) and which is composed of a magnetically conductive material, and an electrical coil (26), which is wound in the axial direction (20) around the core (21) and which spans a coil plane (26c) such that a magnetic field (8) of the electrical coil (26) extends transversely through the first brake component (2). A maximum outer diameter (26a) of the electrical coil (26) in a radial direction (26d) within the coil plane (26c) is greater than a minimum outer diameter (21b) of the core (21) in a radial direction (25) transversely with respect to the coil plane (26c).
Description
Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung Device component with a magnetorheological braking device
Die Erfindung betrifft eine Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung mit einem feststehenden Halter und mit wenigstens zwei Bremskomponenten. Die erfindungsgemäße Gerätekomponente mit der magnetorheologischen Bremseinrichtung kann auf vielfältigen technischen Gebieten zum Abbremsen von Relativbewegungen zueinander eingesetzt werden, insbesondere zum Bremsen oder auch Abbremsen einer Rotationsbewegung. Die erfindungsgemäße Gerätekomponente mit der magnetorheologischen Bremseinrichtung kann auch als haptische Bedieneinrichtung eingesetzt werden und zum Beispiel bei der Bedienung von technischen Einrichtungen in Fahrzeugen, (als Drehsteller; Dreh-/Drücksteller; für Infotainment, Klimaanlage, Getriebewahlschalter, Navigation, Sitzverstellung, in der Lenkung oder im Lenkrad, Fahrwerksverstellung, Fahrmodiverstellung...), Kraftfahrzeugen, Luftfahrt- und Flugzeugen, Schiffen, Booten, Landtechnik (Traktoren, Mähdrescher, Erntemaschinen, sonstigen Feldmaschinen für die Landwirtschaft), Baumaschinen und Maschinen für das Material Handling (Gabelstapler ...), Bearbeitungs maschinen und -anlagen in der Industrie oder bei medizinischen oder industriellen Anlagen eingesetzt werden. Die Erfindung kann auch bei der Bedienung oder als Eingabegerät von/für Waschmaschinen, Küchen-/Haushaltsgeräten und -einrichtungen, Radios, Fotoapparaten und Filmkameras, Hi-Fi- und Fernsehanlagen, Smart Devices, Smart-Home-Geräten, Laptops, PCs, Smartwatches, in einem Kronenrad von Armbanduhren oder Eingabegerät für Computer oder als Computermaus oder als Drehrad in einer Computermaus oder Controllern, Spielkonsolen, Gamingequipment, Drehknopf in einer Tastatur oder anderen Geräten verwendet werden. The invention relates to a device component with a magnetorheological braking device with a stationary holder and with at least two braking components. The device component according to the invention with the magnetorheological braking device can be used in a wide variety of technical fields for braking relative movements to one another, in particular for braking or also braking a rotational movement. The device component according to the invention with the magnetorheological braking device can also be used as a haptic operating device and, for example, when operating technical devices in vehicles (as a rotary actuator; rotary / push actuator; for infotainment, air conditioning, gear selector switch, navigation, seat adjustment, in the steering or in the steering wheel, chassis adjustment, driving mode adjustment ...), motor vehicles, aviation and aircraft, ships, boats, agricultural technology (tractors, combine harvesters, harvesting machines, other field machines for agriculture), construction machinery and machines for material handling (forklifts ...) , Processing machines and systems are used in industry or in medical or industrial systems. The invention can also be used in the operation or as an input device for washing machines, kitchen / household appliances and facilities, radios, cameras and film cameras, hi-fi and television systems, smart devices, smart home devices, laptops, PCs, smartwatches , in a crown wheel of a wristwatch or input device for computers or as a computer mouse or as a rotary wheel in a computer mouse or controllers, game consoles, gaming equipment, rotary knobs in a keyboard or other devices.
Magnetorheologische Fluide weisen beispielsweise in einem Öl verteilt feinste ferromagnetische Partikel wie beispielsweise
Carbonyleisenpulver auf. In magnetorheologischen Flüssigkeiten werden kugelförmige Partikel mit einem herstellungsbedingten Durchmesser von 1 bis 10 pm verwendet, wobei die Partikelgröße und Form nicht einheitlich ist. Wird ein solches magnetorheologisches Fluid mit einem Magnetfeld beaufschlagt, so verketten sich die Carbonyleisenpartikel des magnetorheologischen Fluids entlang der Magnetfeldlinien, sodass die rheologischen Eigenschaften des magnetorheologischen Fluides (MRF) abhängig von Form und Stärke des Magnetfeldes erheblich beeinflusst werden.Magnetorheological fluids, for example, have very fine ferromagnetic particles such as, for example, distributed in an oil Carbonyl iron powder. In magnetorheological fluids, spherical particles with a production-related diameter of 1 to 10 μm are used, the particle size and shape not being uniform. If such a magnetorheological fluid is exposed to a magnetic field, the carbonyl iron particles of the magnetorheological fluid are linked along the magnetic field lines, so that the rheological properties of the magnetorheological fluid (MRF) are significantly influenced depending on the shape and strength of the magnetic field.
Mit der WO 2012/034697 Al ist eine magnetorheologische Übertragungsvorrichtung bekannt geworden, die zwei koppelbare Komponenten aufweist, deren Kopplungsintensität beeinflussbar ist. Zur Beeinflussung der Kopplungsintensität ist ein Kanal mit einem magnetorheologischen Medium vorgesehen. Über ein Magnetfeld wird das magnetorheologische Medium in dem Kanal beeinflusst. In dem Kanal sind Drehkörper vorgesehen, an denen spitzwinklige und das magnetorheologische Medium enthaltende Bereiche vorgesehen sind. Der Kanal oder wenigstens ein Teil davon ist mit dem Magnetfeld einer Magnetfelderzeugungseinrichtung beaufschlagbar, um die Partikel wahlweise zu verketten und mit dem Drehkörper zu verkeilen oder freizugeben. Diese magnetorheologische Übertragungsvorrichtung kann auch an einem Drehknopf zur Bedienung von technischen Geräten eingesetzt werden. Eine solche magnetorheologische Übertragungsvorrichtung funktioniert und erlaubt die Übertragung von recht hohen Kräften oder Momenten bei gleichzeitig relativ kleiner Bauform und Energiebedarf. With WO 2012/034697 A1 a magnetorheological transmission device has become known which has two components that can be coupled, the coupling intensity of which can be influenced. A channel with a magnetorheological medium is provided to influence the coupling intensity. The magnetorheological medium in the channel is influenced by a magnetic field. Rotary bodies are provided in the channel, on which acute-angled areas and areas containing the magnetorheological medium are provided. The channel or at least a part thereof can be acted upon by the magnetic field of a magnetic field generating device in order to selectively chain the particles and to wedge or release them with the rotating body. This magnetorheological transmission device can also be used on a rotary knob to operate technical devices. Such a magnetorheological transmission device works and allows the transmission of very high forces or moments with a relatively small design and energy requirement at the same time.
In der WO 2012/034697 Al ist auch ein Drehknopf oder Bedienknopf offenbart, bei dem der eigentliche Knopf um eine Welle drehbar angebracht ist. Über das Magnetfeld einer elektrischen Spule kann das Bremsmoment gesteuert werden. Wird ein höheres erzeugbares Bremsmoment gewünscht, so können statt kugelförmiger Drehkörper auch zylindrische Walzen eingesetzt werden, sodass das Magnetfeld auf einer längeren Strecke bzw. größeren Fläche wirkt. Es hat sich insbesondere bei Dreh- oder Bedienknöpfen mit relativ
kleinem Durchmesser gezeigt, dass eine Verlängerung der Wälz körper nicht unbedingt zu einer Erhöhung des maximal erzeugbaren Bremsmomentes führt. Es hat sich herausgestellt, dass dies daran liegt, dass das Magnetfeld durch die zentrale Welle geschlossen wird bzw. hindurch gehen muss. Der kleine Durchmesser der Welle begrenzt das erzeugbare Bremsmoment, da das für die Bremsung erforderliche Magnetfeld im (Wellen-)material schnell gesättigt ist. Das vom Magnetfeld durchflossene Material lässt keinen höheren Magnetfluss mehr zu, weshalb auch kein stärkeres Magnetfeld zu den Walzen gelangen kann. Der kleinste vom Magnetfeld durchflossene Querschnitt im Gesamtmagnetkreis definiert den maximal möglichen Magnetfluss und damit das maximale Bremsmoment in der Bremsvorrichtung. Der Einsatz von längeren Walzen als Drehkörpern kann sich dann sogar nachteilig auf das erzeugbare Bremsmoment auswirken, da sich das Magnetfeld über die längere Walzenfläche verteilt. Es liegt eine geringere Feldstärke (pro Übertragungsfläche) an. Weil die erzielbare Bremswirkung nicht linear von dem Magnetfeld abhängt, sondern bei stärkeren Magnetfeldern überproportional steigt, sinkt die erzielbare Bremswirkung dementsprechend bei schwächeren Magnetfeldern überproportional. WO 2012/034697 A1 also discloses a rotary knob or control knob in which the actual knob is attached so that it can rotate about a shaft. The braking torque can be controlled via the magnetic field of an electrical coil. If a higher braking torque that can be generated is desired, cylindrical rollers can also be used instead of spherical rotating bodies, so that the magnetic field acts over a longer distance or larger area. It has proven particularly useful for rotary or control knobs with relative small diameter shown that an extension of the rolling body does not necessarily lead to an increase in the maximum braking torque that can be generated. It has been found that this is due to the fact that the magnetic field is closed or has to go through the central shaft. The small diameter of the shaft limits the braking torque that can be generated, as the magnetic field required for braking in the (shaft) material is quickly saturated. The material through which the magnetic field flows does not allow any higher magnetic flux, which is why no stronger magnetic field can reach the rollers. The smallest cross section in the overall magnetic circuit through which the magnetic field flows defines the maximum possible magnetic flux and thus the maximum braking torque in the braking device. The use of longer rollers as rotating bodies can then even have a disadvantageous effect on the braking torque that can be generated, since the magnetic field is distributed over the longer roller surface. There is a lower field strength (per transmission area). Because the achievable braking effect does not depend linearly on the magnetic field, but increases disproportionately with stronger magnetic fields, the achievable braking effect decreases accordingly with weaker magnetic fields.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung zur Verfügung zu stellen, welche insbesondere auch bei kleinen oder sogar bei sehr kleinen Durchmessern ein hohes Bremsmoment (Drehmoment) bzw. ein höheres Bremsmoment (Drehmoment) erlaubt als es im Stand der Technik der Fall ist. It is therefore the object of the present invention to provide a device component with a magnetorheological braking device which, especially with small or even very small diameters, allows a high braking torque (torque) or a higher braking torque (torque) than is possible when stationary technology is the case.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Eine erfindungsgemäße Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung weist einen feststehenden Halter und wenigstens zwei Bremskomponenten auf. Eine erste Bremskomponente ist mit dem Halter drehfest verbunden und erstreckt sich in einer axialen Richtung. Die zweite Bremskomponente umfasst ein sich um die erste Bremskomponente herum drehbares und hohl (und innen insbesondere zylindrisch) ausgebildetes Drehteil. Zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente ist ein umlaufender Spalt ausgebildet (Wirkspalt). Der Spalt ist wenigstens zum Teil mit einem magnetorheologischen Medium gefüllt. Dabei benetzt das magnetorheologische Medium die erste und die zweite Bremskomponente. Die erste Bremskomponente umfasst einen sich in der axialen Richtung erstreckenden Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material und (wenigstens) eine elektrische Spule, die in axialer Richtung um den Kern gewickelt ist und eine Spulenebene aufspannt, sodass sich ein Magnetfeld der elektrischen Spule quer (zu der axialen Richtung) durch die erste Bremskomponente erstreckt. This object is achieved by a device component with a magnetorheological braking device with the features of claim 1. Preferred developments of the invention are the subject matter of the subclaims. Further advantages and features of the device component with a magnetorheological braking device emerge from the general description and the description of the exemplary embodiments. A device component according to the invention with a magnetorheological braking device has a stationary holder and at least two braking components. A first brake component is rotatably connected to the holder and extends in an axial direction. The second brake component comprises a rotatable part which is rotatable around the first brake component and which is hollow (and in particular cylindrical on the inside). A circumferential gap is formed between the first and the second brake component (effective gap). The gap is at least partially filled with a magnetorheological medium. The magnetorheological medium wets the first and second brake components. The first brake component comprises a core made of a magnetically conductive material, which extends in the axial direction, and (at least) one electrical coil which is wound around the core in the axial direction and spans a coil plane, so that a magnetic field of the electrical coil extends transversely (to the axial direction) extends through the first braking component.
Dabei ist vorteilhaft ein maximaler (äußerer) Durchmesser der elektrischen Spule in einer radialen Richtung innerhalb der Spulenebene größer als ein minimaler (äußerer) Durchmesser des Kerns in einer radialen Richtung quer (und insbesondere etwa senkrecht oder senkrecht) zu der Spulenebene. Insbesondere ist der maximale (äußere) Durchmesser der elektrischen Spule in einer radialen Richtung größer als ein maximaler (äußerer) Durchmesser des Kerns in einer radialen Richtung quer (und insbesondere etwa senkrecht oder senkrecht) zu der Spulenebene. A maximum (outer) diameter of the electrical coil in a radial direction within the coil plane is advantageously greater than a minimum (outer) diameter of the core in a radial direction transversely (and in particular approximately perpendicular or perpendicular) to the coil plane. In particular, the maximum (outer) diameter of the electrical coil in a radial direction is greater than a maximum (outer) diameter of the core in a radial direction transversely (and in particular approximately perpendicular or perpendicular) to the coil plane.
Vorteilhaft ist der maximale äußere Durchmesser der Spule in einer radialen Richtung größer als ein Durchmesser eines Grundkörpers des Kerns. Vorteilhaft ist der maximale äußere Durchmesser der Spule in einer radialen Richtung größer als ein Durchmesser eines Grundkörpers des Kerns in einer radialen Richtung quer zu der Spulenebene.
Bevorzugt ist der Grundkörper zylindrisch oder wenigstens abschnittsweise im Wesentlichen zylindrisch, elliptisch oder wenigstens abschnittsweise bogenförmig oder gebogen ausgebildet.The maximum outer diameter of the coil in a radial direction is advantageously greater than a diameter of a base body of the core. The maximum outer diameter of the coil in a radial direction is advantageously greater than a diameter of a base body of the core in a radial direction transverse to the coil plane. The base body is preferably designed to be cylindrical or, at least in sections, essentially cylindrical, elliptical or at least in sections to be arcuate or curved.
Besonders bevorzugt ist der Grundkörper zylindrisch ausgebildet. Insbesondere können an dem Grundkörper Magnetfeldkonzentratoren ausgebildet sein. Insbesondere können an dem Grundkörper Formelemente ausgebildet und/oder umfasst sein. Vorteilhaft können die Formelemente Nuten, Ausnehmungen und/oder dergleichen umfassen. The base body is particularly preferably cylindrical. In particular, magnetic field concentrators can be formed on the base body. In particular, shaped elements can be formed and / or encompassed on the base body. The shaped elements can advantageously include grooves, recesses and / or the like.
Der Grundkörper kann bereichsweise wenigstens eine abgeflachte Fläche und insbesondere zwei gegenüberliegende (parallele) abgeflachte Flächen aufweisen. Die abgeflachte Fläche kann vorteilhaft im Wesentlichen eben ausgebildet sein. An der bzw. den abgeflachten Flächen kann die Spule gewickelt sein. The base body can have at least one flattened surface in regions and in particular two opposite (parallel) flattened surfaces. The flattened surface can advantageously be designed to be essentially flat. The coil can be wound on the flattened surface or surfaces.
Die erste Bremskomponente definiert eine axiale Richtung. Die erste Bremskomponente kann aber auch wenigstens örtlich zur axialen Richtung gewinkelt ausgebildet sein. Unter der Formulierung, dass sich der Kern der ersten Bremskomponente in der axialen Richtung erstreckt, wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass sich der Kern wenigstens auch im Wesentlichen in die axiale Richtung erstreckt. Der Kern kann einen Verlauf aufweisen, der vorzugsweise parallel zur axialen Richtung ausgerichtet ist, aber auch einen leichten Winkel zur axialen Richtung aufweisen kann. Beispielsweise kann der Kern auch unter einem Winkel von 2,5° oder 5° oder 10° oder 15° zur axialen Richtung ausgerichtet sein. Die Wicklung der elektrischen Spule muss ebenso nicht exakt in axialer Richtung um den Kern ausgerichtet sein. Auch die elektrische Spule kann unter einem Winkel von 5° oder 10° oder 15° oder dergleichen zur axialen Richtung um den Kern gewickelt sein. Es ist in allen Fällen aber bevorzugt, dass ein Winkel zwischen der Ausrichtung des Kerns und der axialen Richtung und ein Winkel der Wicklung der elektrischen Spule zur axialen Richtung kleiner 20° und insbesondere kleiner 10° beträgt. Die erfindungsgemäße Gerätekomponente mit wenigstens
einer magnetorheologischen Bremseinrichtung hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen magnetorheologischen Bremseinrichtung besteht darin, dass die elektrische Spule an der ersten Bremskomponente vorgesehen ist. Ein besonderer Vorteil ergibt sich dadurch, dass die elektrische Spule in axialer Richtung um wenigstens einen wesentlichen Teil des Kerns oder insgesamt um den Kern gewickelt ist. Dadurch, dass ein maximaler äußerer Durchmesser der elektrischen Spule in einer radialen Richtung innerhalb der Spulenebene größer sein kann als ein minimaler äußerer Durchmesser des Kerns in einer radialen Richtung quer und insbesondere wenigstens etwa senkrecht zu der Spulenebene, kann ein größerer Kerndurchmesser realisiert werden. Ein größerer Kernquerschnitt ermöglicht die Erzeugung eines stärkeren Magnetfeldes (höhere Feldstärken im Wirkspalt). Dadurch können höhere Bremskräfte bei gleichem Bauraum oder aber gleich hohe Bremskräfte bei geringerem Bauraum erzeugt werden, das erzielbare Drehmoment pro Bauvolumen nimmt damit zu. Bei Bedarf ist es auch möglich, in einem sehr kleinen Bauraum noch beachtliche Bremskräfte zu erzeugen. The first braking component defines an axial direction. The first brake component can, however, also be designed to be angled at least locally to the axial direction. The wording that the core of the first brake component extends in the axial direction is understood in the sense of the present invention to mean that the core also extends at least essentially in the axial direction. The core can have a course that is preferably aligned parallel to the axial direction, but can also have a slight angle to the axial direction. For example, the core can also be oriented at an angle of 2.5 ° or 5 ° or 10 ° or 15 ° to the axial direction. The winding of the electrical coil also does not have to be aligned exactly in the axial direction around the core. The electrical coil can also be wound around the core at an angle of 5 ° or 10 ° or 15 ° or the like to the axial direction. In all cases, however, it is preferred that an angle between the alignment of the core and the axial direction and an angle between the winding of the electrical coil and the axial direction is less than 20 ° and in particular less than 10 °. The device component according to the invention with at least a magnetorheological braking device has many advantages. A considerable advantage of the magnetorheological braking device according to the invention is that the electrical coil is provided on the first braking component. A particular advantage results from the fact that the electrical coil is wound in the axial direction around at least a substantial part of the core or around the core as a whole. Because a maximum outer diameter of the electrical coil in a radial direction within the coil plane can be greater than a minimum outer diameter of the core in a radial direction transverse and in particular at least approximately perpendicular to the coil plane, a larger core diameter can be realized. A larger core cross-section enables a stronger magnetic field to be generated (higher field strengths in the active gap). As a result, higher braking forces can be generated with the same installation space or the same high braking forces with less installation space, and the torque that can be achieved per installation volume thus increases. If necessary, it is also possible to generate considerable braking forces in a very small installation space.
Das ergibt sich dadurch, dass das Magnetfeld der elektrischen Spule quer zur axialen Richtung der ersten Bremskomponente verläuft (also radial bezogen auf die Längsachse), und, dass der Durchmesser der elektrischen Spule vergrößert wird. This results from the fact that the magnetic field of the electrical coil runs transversely to the axial direction of the first braking component (that is, radially in relation to the longitudinal axis), and that the diameter of the electrical coil is increased.
Es ist ein erheblicher Unterschied zu dem mit der WO 2012/034697 Al bekannt gewordenen Stand der Technik, wo die elektrische Spule an der äußeren Komponente vorgesehen ist und wobei sich die Wicklungen der elektrischen Spule konzentrisch um die axiale Richtung herum erstrecken. Dadurch wird im Stand der Technik ein Magnetfeld erzeugt, welches sich in axialer Richtung durch das Innere der beiden Komponenten erstreckt. Die innere Komponente, meist eine konstruktiv bedingte dünne Welle, beschränkt somit beim Stand der Technik den Magnetflussquerschnitt und damit den maximal zu erzielenden Gesamtmagnetfluss. Im Unterschied dazu verläuft das Magnetfeld bzw. verlaufen die Magnetfeldlinien hier
quer dazu und somit quer durch die erste bzw. innere Bremskomponente. Eine Verlängerung der ersten Bremskomponente erhöht hier bei gleichem Durchmesser den möglichen Magnetfluss und damit das Bremsmoment. Der meist konstruktiv (bauraumbedingt) nicht größer mögliche Kerndurchmesser beschränkt somit nicht mehr den Magnetfluss. Die Wicklung(en) der elektrischen Spule liegen bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise (wenigstens im Wesentlichen) in einer Ebene oder dicht benachbart zu der Ebene, welche die zentrale Achse der axialen Richtung einschließt. Bei der WO 2012/034697 Al liegt die zentrale Achse hingen senkrecht zu der Ebene der Wicklungen der elektrischen Spule. There is a considerable difference from the prior art made known with WO 2012/034697 A1, where the electrical coil is provided on the outer component and the windings of the electrical coil extend concentrically around the axial direction. As a result, in the prior art, a magnetic field is generated which extends in the axial direction through the interior of the two components. In the prior art, the inner component, usually a thin shaft due to the design, thus limits the magnetic flux cross-section and thus the maximum total magnetic flux that can be achieved. In contrast to this, the magnetic field or the magnetic field lines run here across it and thus across the first or inner brake component. An extension of the first braking component increases the possible magnetic flux and thus the braking torque with the same diameter. The core diameter, which is usually not larger due to the design (due to the installation space), no longer restricts the magnetic flux. In the present invention, the winding (s) of the electrical coil are preferably (at least substantially) in a plane or closely adjacent to the plane which includes the central axis of the axial direction. In WO 2012/034697 A1, the central axis is perpendicular to the plane of the windings of the electrical coil.
Die Erfindung ist auch sehr vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik aus der WO 2019/138015 Al, die eine magnetorheologische Bremseinrichtung mit einer um eine Längsachse gewickelte elektrische Spule zeigt. Im Unterschied dazu kann das magnetische Feld im Kern vergrößert und damit auch die Bremskraft erhöht und/oder der Bauraum verkleinert werden. Bei diesem Stand der Technik sind auf dem vollständigen Umfang Wälzkörper angeordnet und können umlaufen. Es ist überraschend, dass mit einer Konstruktion, bei der ein vollständiges Umlaufen der Wälzkörper nicht mehr möglich ist, da die elektrische Spule nach außen übersteht, eine Verstärkung der Bremskraft erzielbar ist. The invention is also very advantageous compared to the prior art from WO 2019/138015 A1, which shows a magnetorheological braking device with an electrical coil wound around a longitudinal axis. In contrast to this, the magnetic field in the core can be increased and thus the braking force can also be increased and / or the installation space can be reduced. In this prior art, rolling elements are arranged over the entire circumference and can rotate. It is surprising that with a construction in which a complete rotation of the rolling elements is no longer possible because the electrical coil protrudes to the outside, an increase in the braking force can be achieved.
Dies wird dadurch erreicht, dass der vorhandene Bauraum günstig und insbesondere bestmöglich genutzt wird. Ziel ist es eine möglichst hohe Feldstärke (viel Amper/Meter) im Wirkspalt zwischen den sich zueinander bewegenden Wirkflächen (drehenden zu stehenden Komponenten) zu erzeugen. Damit dies möglich ist, werden bestimmte magnetische Querschnitte im den vom Magnetfeld durchflossenen Komponenten (Magnetkreis) benötigt, welche wiederum von einer elektrischen Spule mit dazu passendem Wickel fenster und elektrischer Auslegung (Drahtstärke/Drahtdurchmesser, Anzahl Wicklungen/Windungen) gespeist werden müssen. Dies alles muss innerhalb eines meist vorgegebenen (und oft knapp bemessenen) Bauraums angeordnet werden. Versuche beim Stand der
Technik haben ergeben, dass eine z. B. vollständig mit Walzen bestückte Bremseinheit weniger Bremsmoment als eine teilweise bestückte Bremseinheit ergibt, weil bei einer vollständig bestückten Bremseinheit das von der Elektrospule erzeugte und über den geometrisch restriktierten Kern erzeugte Magnetfeld auf mehrere Übertragungselemente verteilt werden, wodurch pro Übertragungseinheit weniger Feldstärke ankommt. Weniger Feldstärke führt überproportional zu weniger Bremsmoment. Bei der erfinderischen Konstruktion wurden die MRF Bremse nicht mit magnetisch nicht-leitenden Walzen (quasi sind dies Platzhalter) ausgeführt, sondern der Platz für diese nicht Drehmoment erzeugenden Bauteile wurde für die Vergrößerung der Elektrospule und des Kernes genutzt, sodass mehr Magnetfeld erzeugt wird. Dadurch ergibt sich eine Erhöhung des Bremsmomentes im gleichen Bauraum, weil dadurch die Feldstärke im Wirkspalt erhöht wird.This is achieved in that the available installation space is used cheaply and, in particular, in the best possible way. The aim is to generate the highest possible field strength (many amperes / meter) in the active gap between the active surfaces moving towards one another (rotating to stationary components). In order for this to be possible, certain magnetic cross-sections are required in the components (magnetic circuit) through which the magnetic field flows, which in turn must be fed by an electrical coil with a suitable winding window and electrical design (wire thickness / wire diameter, number of windings / turns). All of this has to be arranged within a mostly given (and often tightly dimensioned) installation space. Attempts at the state of the Technology have shown that a z. B. a brake unit fully equipped with rollers results in less braking torque than a partially equipped brake unit, because with a fully equipped brake unit the magnetic field generated by the electrocoil and generated by the geometrically restricted core is distributed over several transmission elements, so that less field strength arrives per transmission unit. Less field strength leads disproportionately to less braking torque. In the inventive design, the MRF brakes were not designed with magnetically non-conductive rollers (these are placeholders, so to speak), but the space for these non-torque-generating components was used to enlarge the electrocoil and the core, so that more magnetic field is generated. This results in an increase in the braking torque in the same installation space, because it increases the field strength in the active gap.
Der Bauraum wurde bestmöglich genutzt. The installation space was used in the best possible way.
Vorteilhaft ist die Gerätekomponente als haptische Bedienein richtung ausgebildet. Insbesondere eignet sich die Gerätekom ponente zum Betreiben einer haptischen Bedieneinrichtung. Besonders bevorzugt ist die Gerätekomponente zum Betrieb einer haptischen Bedieneinrichtung verwendbar und/oder geeignet. The device component is advantageously designed as a haptic operator control device. In particular, the device component is suitable for operating a haptic operating device. The device component is particularly preferably usable and / or suitable for operating a haptic operating device.
Bei der magnetorheologischen Bremseinrichtung sind die Übertragungskomponenten wenigstens zum Teil von einem magnetorheologischen Medium umgeben. Insgesamt wird vorzugsweise ein magnetorheologisches Fluid als magnetorheologisches Medium eingesetzt. In the magnetorheological braking device, the transmission components are at least partially surrounded by a magnetorheological medium. Overall, a magnetorheological fluid is preferably used as the magnetorheological medium.
Vorzugsweise sind über dem Umfang des Spaltes mehrere insbeson dere drehbare Übertragungskomponenten verteilt angeordnet. Die Übertragungskomponenten können in dem Spalt drehbar sein und drehen sich dann vorzugsweise wenigstens zum Teil während einer Drehung der ersten und zweiten Bremskomponente relativ zueinander. Ein zentraler Bestandteil der drehbaren Übertragungskomponente oder die drehbare Übertragungskomponente insgesamt ist insbesondere formstabil und ändert während einer
Drehung die äußere Form (wenigstens im Wesentlichen) nicht. Vorzugsweise dreht sich die drehbare Übertragungskomponente wenigstens etwas während einer Drehung der zweiten Bremskomponente relativ zu der ersten Bremskomponente. Preferably, several rotatable transmission components in particular are arranged distributed over the circumference of the gap. The transmission components can be rotatable in the gap and then preferably rotate at least in part during rotation of the first and second brake components relative to one another. A central part of the rotatable transmission component or the rotatable transmission component as a whole is in particular dimensionally stable and changes during a Rotation does not (at least substantially) the outer shape. The rotatable transmission component preferably rotates at least somewhat during a rotation of the second brake component relative to the first brake component.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens eine Übertragungskomponente als Wälzkörper ausgebildet. Unter dem Begriff „Wälzkörper" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Drehkörper zu verstehen, der geeignet ist, in dem Spalt auf der ersten bzw. zweiten Bremskomponente abzurollen. In a preferred development, at least one transmission component is designed as a rolling element. In the context of the present invention, the term “rolling element” is to be understood as meaning a rotating element which is suitable for rolling in the gap on the first or second braking component.
Vorzugsweise weist wenigstens ein Wälzkörper einen zylindrischen oder kugelförmigen oder runden oder abgerundeten (im Wesentlichen formstabilen) Querschnitt auf. Insbesondere kann ein Wälzkörper einen (lang gestreckten) zylindrischen Abschnitt aufweisen. An den Enden kann der Wälzkörper abgerundet sein oder spitz zulaufend oder eckig gestaltet sein. Auch andere Abschnitte und insbesondere Endabschnitte sind möglich. Besonders bevorzugt werden zylindrische Walzen als Wälzkörper eingesetzt. Ein zylindrischer Wälzkörper hat den erheblichen Vorteil, dass der Wälzkörper über der Länge des zylindrischen Abschnitts wirksam sein kann. Dadurch wird die Effektivität erhöht. At least one rolling element preferably has a cylindrical or spherical or round or rounded (essentially dimensionally stable) cross section. In particular, a rolling element can have a (elongated) cylindrical section. At the ends, the rolling element can be rounded or tapered to a point or angular. Other sections and in particular end sections are also possible. Cylindrical rollers are particularly preferably used as rolling elements. A cylindrical rolling element has the considerable advantage that the rolling element can be effective over the length of the cylindrical section. This increases the effectiveness.
Ein erheblicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch eine Verlängerung eines beispielsweise zylindrischen Wälzkörpers ein stärkeres Bremsmoment erzeugbar ist. Gleichzeitig mit der Verlängerung des Wälzkörpers kann (in sinnvoller Weise) auch die elektrische Spule verlängert werden, die sich in Längsrichtung der ersten Bremskomponente erstreckt. Mit einer elektrischen Spule, die in axialer Richtung länger ausgebildet ist, wird eine größere Durchtrittsfläche (vom Magnetfeld durchflossene Querschnittsfläche) für das Magnetfeld zur Verfügung gestellt. Deshalb bewirkt bei der vorliegenden Erfindung eine Verlängerung der ersten Bremskomponente in axialer Richtung auch eine Vergrößerung des Querschnitts des Kerns. Dadurch kann ein stärkeres Bremsmoment durch eine Verlängerung der ersten Bremskomponente in axialer Richtung erreicht werden.
In bevorzugten Ausgestaltungen besteht wenigstens ein Teil der Übertragungskomponenten aus einem magnetisch leitfähigen Material. Es ist möglich, dass ein Teil derA significant advantage of the present invention is that a stronger braking torque can be generated by lengthening a, for example, cylindrical rolling element. Simultaneously with the lengthening of the rolling element, the electrical coil, which extends in the longitudinal direction of the first braking component, can also be lengthened (in a meaningful way). With an electrical coil that is made longer in the axial direction, a larger passage area (cross-sectional area through which the magnetic field flows) is made available for the magnetic field. Therefore, in the present invention, an elongation of the first braking component in the axial direction also causes an enlargement of the cross section of the core. As a result, a stronger braking torque can be achieved by lengthening the first braking component in the axial direction. In preferred embodiments, at least some of the transmission components consist of a magnetically conductive material. It is possible that part of the
Übertragungskomponenten aus einem magnetisch nicht leitfähigen Material besteht. Vorzugsweise besteht die Mehrzahl der Übertragungskomponenten aus einem magnetisch leitfähigen Material. In allen Fällen konzentriert sich das Magnetfeld im Bereich der magnetisch leitfähigen Übertragungskomponenten. Das führt zu der Konzentration des Magnetfeldes und zu einer örtlichen Verstärkung (Magnetfeldlinienkonzentration). Da der Zusammenhang zwischen erzeugbarem Bremsmoment und Stärke des Magnetfeldes nicht linear ist und da das erzeugbare Bremsmoment mit stärker werdendem Magnetfeld noch überproportional stärker wird, kann dadurch eine erhebliche Verstärkung des erzeugbaren Bremsmomentes (bei gleichem Bauraum/Abmessungen) erzielt werden.Transmission components consist of a magnetically non-conductive material. Preferably, the majority of the transmission components are made of a magnetically conductive material. In all cases the magnetic field is concentrated in the area of the magnetically conductive transmission components. This leads to the concentration of the magnetic field and to a local amplification (magnetic field line concentration). Since the relationship between the braking torque that can be generated and the strength of the magnetic field is not linear, and since the braking torque that can be generated becomes disproportionately stronger as the magnetic field becomes stronger, a considerable increase in the braking torque that can be generated can be achieved (with the same installation space / dimensions).
Die Eisenpartikel werden in Richtung des Magnetfeldgradienten gezogen (die Kraft auf magnetisierbare Partikel wirkt immer in Richtung des stärkeren Magnetfelds). Dadurch wird die Konzentration der Carbonyleisenpartikel in den Bereichen höherer Magnetfeldlinienkonzentration auch erhöht. Zum Beispiel erhöht sich die magnetische Feldstärke im Spalt dadurch von < 350 A/m auf bis zu 1.000 A/m oder darüber. Die hohe (konzentrierte) Feldstärke zieht mehr Carbonyleisenpartikel aus der magnetorheologischen Flüssigkeit an, es kommt zu einer Carbonyleisen-Anhäufung (Haufenbildung). Dies wiederum erlaubt die Generierung höherer Schubspannungen und damit Bremsmomente.The iron particles are drawn in the direction of the magnetic field gradient (the force on magnetizable particles always acts in the direction of the stronger magnetic field). This also increases the concentration of the carbonyl iron particles in the areas of higher magnetic field line concentration. For example, this increases the magnetic field strength in the gap from <350 A / m to up to 1,000 A / m or more. The high (concentrated) field strength attracts more carbonyl iron particles from the magnetorheological fluid, and carbonyl iron accumulates (clusters). This in turn allows the generation of higher shear stresses and thus braking torques.
In allen Ausgestaltungen ist es für eine Erhöhung des erzeugbaren Bremsmomentes nicht nötig, den Durchmesser der ersten Brems komponente zu erhöhen. Dies ist deshalb sehr wichtig, weil viele Einsatzmöglichkeiten einen größeren Außendurchmesser einer Bremseinrichtung nicht zulassen bzw. ein größererIn all configurations, it is not necessary to increase the brake torque that can be generated to increase the diameter of the first brake component. This is very important because many possible uses do not allow a larger outer diameter of a braking device or a larger one
Außendurchmesser ein gravierender Wettbewerbsnachteil wäre (z. B. ein übergroßes seitliches Einstellrad bei einer Armbanduhr). Für eine Verstärkung/Erhöhung des Bremsmomentes kann die erste
Bremskomponente axial länger ausgebildet werden, was bauraumtechnisch kein bzw. ein kleinerer Nachteil ist. Outside diameter would be a serious competitive disadvantage (e.g. an oversized dial on the side of a wristwatch). To increase / increase the braking torque, the first Brake components are formed axially longer, which is no or a minor disadvantage in terms of installation space.
Vorzugsweise weist das Drehteil (in axialer Richtung) wenigstens abschnittsweise eine zylindrische Innenoberfläche auf. The rotating part preferably has a cylindrical inner surface (in the axial direction) at least in sections.
An wenigstens einem Winkelsegment des Außenumfangs des Kerns ist vorzugsweise wenigstens eine Übertragungskomponente zwischen dem Kern und der zylindrischen Innenoberfläche des Drehteils angeordnet. Insbesondere weist an dem Winkelsegment der Kern wenigstens eine an die Form der Übertragungskomponenten angepasste Aufnahme auf. Bei zylindrisch ausgebildeten walzenförmigen Übertragungskomponenten ist der Kern im Bereich der Aufnahme vorzugsweise entsprechend konkav ausgebildet. Vorzugsweise ist nur ein geringer Spalt zwischen der Aufnahme und der Übertragungskomponente ausgebildet. Dadurch wird die Übertragungskomponente von der Aufnahme eingefasst und es findet eine besonders effektive Übertragung des Magnetfeldes auf die Übertragungskomponente statt. At least one transmission component between the core and the cylindrical inner surface of the rotating part is preferably arranged on at least one angular segment of the outer circumference of the core. In particular, the core has at least one receptacle adapted to the shape of the transmission components on the angular segment. In the case of cylindrically designed, roller-shaped transmission components, the core is preferably designed correspondingly concave in the region of the receptacle. Preferably, only a small gap is formed between the receptacle and the transmission component. As a result, the transmission component is enclosed by the receptacle and there is a particularly effective transmission of the magnetic field to the transmission component.
In anderen Ausgestaltungen oder abgesehen von den Bereichen der Aufnahmen ist die Außenoberfläche des Kerns über dem Winkelsegment vorzugsweise zylindrisch ausgebildet. In other configurations or apart from the regions of the receptacles, the outer surface of the core over the angular segment is preferably cylindrical.
Insbesondere ist die elektrische Spule außerhalb des Winkelsegments an dem Kern aufgenommen. Besonders bevorzugt ragt die elektrische Spule radial weiter nach außen als die Außenoberfläche des Kerns in dem Winkelsegment. In particular, the electrical coil is received on the core outside the angular segment. The electrical coil particularly preferably projects radially further outwards than the outer surface of the core in the angular segment.
In allen Ausgestaltungen sind vorzugsweise wenigstens zwei Winkelsegmente ausgebildet, an denen Übertragungskomponenten angeordnet sind, wobei insbesondere wenigstens ein Winkelsegment und vorzugsweise jedes Winkelsegment kleiner als 150° ist. In all of the configurations, at least two angular segments are preferably formed, on which transmission components are arranged, in particular at least one angular segment and preferably each angular segment being smaller than 150 °.
In vorteilhaften Ausgestaltungen sind Übertragungskomponenten nur in dem Winkelsegment oder in den (insbesondere zwei) Winkelsegmenten angeordnet.
In vorteilhaften Weiterbildungen ist zwischen den (radial äußeren Enden der) Übertragungskomponenten und der zylindrischen Innenoberfläche des Drehteils ein kleineres radiales Spaltmaß ausgebildet, als ein radialer Abstand zwischen der Spule und der zylindrischen Innenoberfläche des Drehteils. An den radial äußeren Enden der Übertragungskomponenten liegt bevorzugt ein Spalt mit einer geringen Spalthöhe vor (Wirkspalt). Dadurch kann in Kombination mit hohen Feldstärken ein vorteilhafter Keileffekt eingestellt werden. In advantageous refinements, transmission components are only arranged in the angular segment or in the (in particular two) angular segments. In advantageous developments, a smaller radial gap is formed between the (radially outer ends of the) transmission components and the cylindrical inner surface of the rotating part than a radial distance between the coil and the cylindrical inner surface of the rotating part. At the radially outer ends of the transmission components there is preferably a gap with a small gap height (effective gap). This enables an advantageous wedge effect to be set in combination with high field strengths.
In bevorzugten Ausgestaltungen ist der Kern mit einer Mehrzahl an Übertragungskomponenten fest verbunden. Dann ist es möglich, dass keine Übertragungskomponente drehbar ist. Möglich ist es aber auch, dass einzelne Übertragungskomponenten fest mit dem Kern verbunden sind und dass andere Übertragungskomponenten als separate Teile vorgesehen sind, die sich gegebenenfalls auch gegenüber dem Kern bewegen oder drehen können. Diese können seitlich drehbar geführt sein. In preferred refinements, the core is permanently connected to a plurality of transmission components. It is then possible that none of the transmission components can be rotated. It is also possible, however, for individual transmission components to be firmly connected to the core and for other transmission components to be provided as separate parts which, if necessary, can also move or rotate with respect to the core. These can be rotated laterally.
Die mit dem Kern fest verbundenen Übertragungskomponenten können einstückig mit dem Kern ausgebildet oder damit fest verbunden und z. B. verschraubt oder vernietet oder verschweißt sein. The transmission components firmly connected to the core can be formed in one piece with the core or permanently connected to it and z. B. be screwed or riveted or welded.
Vorzugsweise bilden wenigstens einige (fest mit dem Kern verbundene) Übertragungskomponenten nach außen abstehende Arme des Kerns. At least some transmission components (firmly connected to the core) preferably form outwardly projecting arms of the core.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass eine besonders starke Verkettung der magnetorheologischen Partikel in dem magnetorheologischen Medium auch ohne (drehende) Wälzkörper erzeugt werden kann. Mit einem starken Magnetfeld und hohen Feldstärken im Wirkspalt kann eine effektive Verkettung und Anhäufung von Carbonyleisenpartikel erreicht werden. Die Übertragungskomponenten dienen in allen Fällen alsIt has surprisingly been shown that a particularly strong linkage of the magnetorheological particles in the magnetorheological medium can also be produced without (rotating) rolling elements. With a strong magnetic field and high field strengths in the active gap, effective chaining and accumulation of carbonyl iron particles can be achieved. The transmission components serve in all cases as
Magnetfeldkonzentratoren. Übertragungskomponenten können auch als Magnetfeldkonzentratoren bezeichnet werden. Durch die hohe Feldkonzentration im Bereich der Übertragungskomponenten wird
eine besonders hohe Feldstärke und damit auch eine besonders starke Verkettung und Anhäufung von Partikeln realisiert. Der Keileffekt verstärkt den Effekt, da der Spalt nicht umlaufend eine konstante Höhe aufweist, sondern sich verjüngt. Im Bereich der Übertragungskomponenten wird die radiale Spalthöhe reduziert, während sich daneben Bereiche verketten und eine Art Klumpen/Haufen bilden können. Magnetic field concentrators. Transmission components can also be referred to as magnetic field concentrators. Due to the high field concentration in the area of the transmission components a particularly high field strength and thus a particularly strong linkage and accumulation of particles is realized. The wedge effect intensifies the effect, as the gap does not have a constant height all around, but rather tapers. In the area of the transmission components, the radial gap height is reduced, while areas next to it can become linked and form a type of clump / pile.
Sollten im gegebenen Bauraum höhere Bremsmomente als beim Stand der Technik bei gleichzeitig (sehr) niederen Herstellkosten gefordert sein, so kann die axiale Breite desIf, in the given installation space, higher braking torques than in the prior art and at the same time (very) low manufacturing costs are required, the axial width of the
Magnetfeldkonzentrators (= eine radiale Weiterführung des Kerns) sehr klein und als Kreissegment (geschlossene Kontur) ausgeführt werden. Aus Herstellkostengründen kann dabei auf die Walzen oder Sternkontur oder ähnlich ausgestaltete radial oder axial abstehende Arme mit unterbrechenden Zwischenräumen verzichtet werden. Die speziell gewählte (sehr) kleine Breite und spezielle Kontur des Magnetfeldkonzentrators konzentriert hierbei auch das Magnetfeld und führt wie zuvor beschrieben zu hohen Feldstärken im (Ring)spalt und damit zur Carbonylpartikelkonzentration (Haufenbildung). Zwar sind die Feldstärken im Wirkspalt wegen der größeren Übergangsfläche nicht so hoch wie bei einzelnen Armen, aber für manche Anwendungen ausreichend, besonders wenn ein hoher Kostendruck vorhanden ist oder andere Gründe vorliegen. Magnetic field concentrator (= a radial continuation of the core) are very small and designed as a segment of a circle (closed contour). For reasons of manufacturing costs, the rollers or star contour or similarly configured radially or axially protruding arms with interrupting gaps can be dispensed with. The specially selected (very) small width and special contour of the magnetic field concentrator also concentrates the magnetic field and, as described above, leads to high field strengths in the (ring) gap and thus to carbonyl particle concentration (cluster formation). Although the field strengths in the active gap are not as high as in the case of individual arms because of the larger transition area, they are sufficient for some applications, especially when there is high cost pressure or other reasons exist.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die erste Bremskomponente axial verschieblich oder verschiebbar an der zweiten Bremskomponente aufgenommen ist. In all of the configurations, it is preferred that the first brake component is received on the second brake component in an axially displaceable or displaceable manner.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Sensoreinrichtung umfasst, wobei die Sensoreinrichtung wenigstens eine Magnetringeinheit und wenigstens einen drehfest an der ersten Bremskomponente angebundenen sowie radial und/oder axial benachbart zu der Magnetringeinheit angeordneten Magnetfeldsensor zur Erfassung eines Magnetfeldes der Magnetringeinheit umfasst. Insbesondere wird wenigstens ein Hallsensor eingesetzt. Vorteilhaft ist ein zwei- oder dreidimensionaler Hallsensor oder es sind zwei oder
mehr solche Hallsensoren vorhanden. At least one sensor device is preferably included, the sensor device comprising at least one magnetic ring unit and at least one magnetic field sensor, which is connected to the first brake component in a rotationally fixed manner and is arranged radially and / or axially adjacent to the magnetic ring unit, for detecting a magnetic field of the magnetic ring unit. In particular, at least one Hall sensor is used. A two- or three-dimensional Hall sensor is advantageous, or there are two or more such Hall sensors are available.
Insbesondere ist die Magnetringeinheit an dem Drehteil befestigt.In particular, the magnetic ring unit is attached to the rotating part.
In allen Weiterbildungen ist es bevorzugt, dass wenigstens eine Abschirmeinrichtung zur wenigstens teilweisen Abschirmung der Sensoreinrichtung vor einem Magnetfeld der elektrischen Spule und/oder anderer Komponenten und/oder einem sonstigen externen Magnetfeld umfasst ist. In all further developments, it is preferred that at least one shielding device is included for at least partial shielding of the sensor device from a magnetic field of the electrical coil and / or other components and / or another external magnetic field.
Insbesondere umfasst die Abschirmeinrichtung wenigstens einen die Magnetringeinheit wenigstens abschnittsweise umgebenden Abschirmkörper. Vorzugsweise weist die Abschirmeinrichtung wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper und der Magnetringeinheit angeordnete Trenneinheit und/oder wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper und dem Drehteil angeordnete Halteeinrichtung auf. Die Halteeinrichtung umfasst vorzugsweise eine magnetische Entkopplungseinrichtung oder ist als eine solche ausgebildet. In particular, the shielding device comprises at least one shielding body surrounding the magnetic ring unit at least in sections. The shielding device preferably has at least one separating unit arranged between the shielding body and the magnetic ring unit and / or at least one holding device arranged between the shielding body and the rotating part. The holding device preferably comprises a magnetic decoupling device or is designed as such.
Die Halteeinrichtung bindet die Abschirmeinrichtung insbesondere an das Drehteil an. Vorzugsweise sind die Abschirmeinrichtung und das Drehteil drehfest gekoppelt. Der Abschirmkörper kann fest mit der Halteeinrichtung verbunden sein. Der Abschirmkörper und die Halteeinrichtung können einstückig ausgebildet sein, bestehen aber vorzugsweise aus unterschiedlichen Materialien. The holding device connects the shielding device in particular to the rotating part. The shielding device and the rotating part are preferably coupled in a rotationally fixed manner. The shielding body can be firmly connected to the holding device. The shielding body and the holding device can be formed in one piece, but preferably consist of different materials.
Die Trenneinheit und vorzugsweise auch die Entkopplungs einrichtung weisen insbesondere eine um ein Vielfaches geringere magnetische Leitfähigkeit als der Abschirmkörper auf. Dadurch wird eine besonders vorteilhafte Abschirmung von eventuell störenden Magnetfeldern bewirkt. Dabei besteht der eventuell mehrteilig ausgebildete Abschirmkörper aus einem solchen magnetisch leitfähigen Material und weist eine solche Wandstärke auf, dass in normal üblichen Betrieb keine magnetische Sättigung in wenigstens einer Wandung oder in den Wandungen des Abschirmkörpers auftritt. Dadurch wird eine effektive Abschirmung gewährleistet und es kann eine hohe Qualität des Messsignals
erreicht werden. The separating unit and preferably also the decoupling device have, in particular, a magnetic conductivity that is many times lower than that of the shielding body. This brings about a particularly advantageous shielding from possibly interfering magnetic fields. The shielding body, possibly formed in several parts, consists of such a magnetically conductive material and has such a wall thickness that in normal normal operation no magnetic saturation occurs in at least one wall or in the walls of the shielding body. This ensures effective shielding and the measurement signal can be of high quality can be achieved.
Die Abschirmeinrichtung kann mehrteilig ausgebildet sein und mehrere miteinander verbundene Komponenten umfassen. Insbesondere umfasst die Abschirmeinrichtung wenigstens eine Ringhülse und wenigstens eine axiale Ringscheibe oder z. B. zwei axiale Ringscheiben, wobei dann an jedem Ende eine axiale Ringscheibe angeordnet werden kann. The shielding device can be constructed in several parts and comprise several interconnected components. In particular, the shielding device comprises at least one annular sleeve and at least one axial annular disc or z. B. two axial annular disks, an axial annular disk can then be arranged at each end.
Die Abschirmeinrichtung bzw. der (eigentliche) Abschirmkörper der Abschirmeinrichtung kann auch zweiteilig ausgebildet sein und zwei topf- oder schalenförmige Elemente oder ein topfförmiges und ein scheibenförmiges Element (jeweils mit zentralem Durchtrittsloch) aufweisen, die zusammengebracht ein Abschirmvolumen im Inneren aufspannen. The shielding device or the (actual) shielding body of the shielding device can also be designed in two parts and have two pot-shaped or bowl-shaped elements or one pot-shaped and one disk-shaped element (each with a central passage hole) which, when brought together, span a shielding volume inside.
Insbesondere wird die Sensoreinrichtung radial zentrisch und etwa axial mittig an der (ein Zylinderabschnittsvolumen aufspannenden) Abschirmeinrichtung angeordnet. Eine axial leicht außermittige Position kann vorteilhaft sein, wenn über eine Stärke des gemessenen Magnetfeldes eine axiale Position abgeleitet wird.In particular, the sensor device is arranged radially centrally and approximately axially in the center on the shielding device (spanning a cylinder segment volume). An axially slightly eccentric position can be advantageous if an axial position is derived from a strength of the measured magnetic field.
In besonders vorteilhaften Ausgestaltungen sind die Abschirmeinrichtung und die Magnetringeinheit voneinander (in radialer und axialer Richtung) beabstandet angeordnet. Beispielsweise kann eine Trenneinheit aus einem magnetisch nicht oder nur schwach leitfähigen Material zwischen dem Abschirmkörper und der Magnetringeinheit vorgesehen sein. Die Trenneinheit kann z. B. aus einem Kunststoff bestehen. Beispielsweise kann die Trenneinheit aus einem Spritzgussteil bestehen. Vorzugsweise sorgt die Trenneinheit für einen definierten Abstand und eine definierte Positionierung. In particularly advantageous refinements, the shielding device and the magnetic ring unit are arranged at a distance from one another (in the radial and axial directions). For example, a separating unit made of a magnetically non-conductive or only weakly conductive material can be provided between the shielding body and the magnetic ring unit. The separation unit can, for. B. consist of a plastic. For example, the separating unit can consist of an injection-molded part. The separating unit preferably ensures a defined distance and a defined positioning.
Es ist bevorzugt, dass zwischen den beiden Bremskomponenten eine geschlossene (und nach außen abgedichtete) Kammer ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die zweite Bremskomponente (etwa) an einem ersten Ende der geschlossenen Kammer an der erstenIt is preferred that a closed (and externally sealed) chamber is formed between the two brake components. Preferably, the second braking component is (approximately) at a first end of the closed chamber on the first
Bremskomponente (an einer ersten Lagerstelle) drehbar aufgenommen
oder auch gelagert. Die geschlossene Kammer ist besonders bevorzugt im Wesentlichen und insbesondere vollständig mit dem magnetorheologischen Medium gefüllt. Brake component (at a first bearing point) rotatably received or stored. The closed chamber is particularly preferably essentially and in particular completely filled with the magnetorheological medium.
Vorzugsweise ist die zweite Bremskomponente axial verschieblich an der ersten Bremskomponente aufgenommen und z. B. gelagert, sodass sich ein Volumen der geschlossenen Kammer durch eine relative axiale Verschiebung der beiden Bremskomponenten zueinander verändert, um einen Ausgleich für temperaturbedingte Volumenänderungen zur Verfügung zu stellen. Preferably, the second brake component is axially displaceably received on the first brake component and z. B. stored so that a volume of the closed chamber changes due to a relative axial displacement of the two brake components to each other in order to provide compensation for temperature-related volume changes.
Insbesondere ist an einem zweiten Ende der Kammer die zweite Bremskomponente an der ersten Bremskomponente verschieblich aufgenommen (und kann dort separat gelagert sein), wobei ein Durchmesser der ersten Lagerstelle an dem ersten Ende der geschlossenen Kammer von einem Durchmesser der zweiten Lagerstelle an dem zweiten Ende der geschlossenen Kammer verschieden ist. In particular, the second brake component is slidably received on the first brake component at a second end of the chamber (and can be stored separately there), a diameter of the first bearing point at the first end of the closed chamber being different from a diameter of the second bearing point at the second end of the closed chamber is different.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass das Drehteil an einem Drehknopf oder Drehrad ausgebildet ist. Vorzugsweise kann das Drehteil z. B. einstückig mit einem Drehknopf oder Drehrad gebildet werden. Bei solchen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass der Drehknopf bzw. das Drehteil „topf "-förmig ausgebildet ist. Der „Deckel" des Drehteils kann einstückig mit einem als Hülsenteil ausgebildeten Drehteil verbunden sein oder separat daran befestigt werden. In all of the configurations, it is preferred that the rotary part is formed on a rotary knob or rotary wheel. Preferably, the rotating part can, for. B. be formed in one piece with a knob or rotary wheel. In such configurations, it is preferred that the rotary knob or the rotary part is designed "pot" -shaped. The "cover" of the rotary part can be integrally connected to a rotary part designed as a sleeve part or attached separately to it.
Vorzugsweise besteht das Drehteil aus einem magnetisch leitenden Material bzw. umfasst ein magnetisch leitendes Hülsenteil und stellt einen Außenring für das Magnetfeld zur Verfügung. Das Magnetfeld zur Erzeugung eines Bremsmomentes tritt quer zur axialen Richtung durch die erste Bremskomponente hindurch und durchtritt den Spalt an den Übertragungselementen, die magnetisch leitend ausgebildet sind. Von den feststehenden oder beweglichen Übertragungselementen oder den drehbaren Wälzkörpern aus tritt das Magnetfeld in den Außenring des Drehteils bzw. in das
Hülsenteil ein. Dort verlaufen die Magnetfeldlinien zurück zur anderen Seite der ersten Bremskomponente und durchtreten (auf der gegenüberliegenden Seite) den Spalt wieder an den Übertragungselementen bzw. Wälzkörpern, bevor die Magnetfeldlinien wieder in die erste Bremskomponente eintreten. Somit liegt ein geschlossener Magnetkreis bzw. es liegen geschlossene Magnetfeldlinien vor. The rotating part preferably consists of a magnetically conductive material or comprises a magnetically conductive sleeve part and provides an outer ring for the magnetic field. The magnetic field for generating a braking torque passes through the first brake component transversely to the axial direction and passes through the gap on the transmission elements, which are designed to be magnetically conductive. From the stationary or movable transmission elements or the rotatable rolling elements, the magnetic field enters the outer ring of the rotating part or into the Sleeve part a. There the magnetic field lines run back to the other side of the first brake component and pass through the gap again (on the opposite side) at the transmission elements or rolling elements before the magnetic field lines re-enter the first brake component. Thus there is a closed magnetic circuit or there are closed magnetic field lines.
An den Wälzkörpern bildet sich unter dem Einfluss eines Magnetfeldes bei einer Relativdrehung der ersten und der zweiten Bremskomponente relativ zueinander ein Keileffekt aus, so wie er grundsätzlich in der WO 2012/034697 Al beschrieben ist. Die Offenbarung dieser Druckschrift wird vollständig mit in diese Anmeldung aufgenommen. Das Bremsmoment bei der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls durch den Keileffekt an den feststehenden oder beweglichen Übertragungskomponenten bzw. Wälzkörpern bzw. Drehkörpern erzeugt. Es hat sich erstaunlicherweise gezeigt, dass Wälzkörper nicht immer nötig sind. Das ist insbesondere bei besonders klein bauenden Gerätekomponenten sehr vorteilhaft. A wedge effect develops on the rolling elements under the influence of a magnetic field when the first and second braking components rotate relative to one another, as is basically described in WO 2012/034697 A1. The disclosure of this document is included in its entirety in this application. The braking torque in the present invention is also generated by the wedge effect on the fixed or movable transmission components or rolling elements or rotating elements. It has been shown, surprisingly, that rolling elements are not always necessary. This is particularly advantageous for device components that are particularly small.
Vorzugsweise ist wenigstens eine radiale Wandstärke des Hülsenteils bzw. Drehteils wenigstens halb so groß wie eine Spaltbreite des Spaltes und/oder ein Durchmesser einer Übertragungskomponente. Vorzugsweise ist eine radiale Wandstärke (des Hülsenteils) des Drehteils größer als 3/4 der Spaltbreite des Spaltes und/oder eines Durchmessers einerPreferably, at least one radial wall thickness of the sleeve part or rotating part is at least half as large as a gap width of the gap and / or a diameter of a transmission component. A radial wall thickness (of the sleeve part) of the rotating part is preferably greater than 3/4 of the gap width of the gap and / or a diameter of a
Übertragungskomponente. Die radiale Wandstärke (des Hülsenteils) des Drehteils kann insbesondere auch größer sein als ein Durchmesser einer Übertragungskomponente. Durch eine genügende Wandstärke des aus einem magnetisch leitenden Materials bestehenden Drehteils bzw. des Hülsenteils des Drehteils kann gewährleistet werden, dass die gewünschte Feldstärke des Magnetfeldes im Bereich der Wälzkörper erzeugt werden kann, um ein hohes Bremsmoment erzeugen zu können. Transmission component. The radial wall thickness (of the sleeve part) of the rotating part can in particular also be greater than a diameter of a transmission component. A sufficient wall thickness of the rotating part or the sleeve part of the rotating part made of a magnetically conductive material can ensure that the desired field strength of the magnetic field can be generated in the area of the rolling elements in order to be able to generate a high braking torque.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass eine Länge der
ersten Bremskomponente in der axialen Richtung größer ist als eine Länge einer Übertragungskomponente in der axialen Richtung. Wenn die Übertragungskomponente in der axialen Richtung kürzer ausgebildet ist als die erste Bremskomponente führt dies zu einer dreidimensionalen Konzentration des Magnetfeldes im Randbereich der Übertragungskomponente bzw. des Wälzkörpers. Das Magnetfeld kann den Spalt praktisch nur in den Abschnitten durchtreten, in denen sich eine Übertragungskomponente bzw. ein Wälzkörper befindet. In all of the configurations, it is preferred that a length of the first braking component in the axial direction is greater than a length of a transmission component in the axial direction. If the transmission component is made shorter in the axial direction than the first braking component, this leads to a three-dimensional concentration of the magnetic field in the edge region of the transmission component or of the rolling element. The magnetic field can practically only pass through the gap in the sections in which there is a transmission component or a rolling element.
Vorzugsweise ist eine Länge des Spaltes in der axialen Richtung wenigstens doppelt so groß wie eine Länge einerPreferably, a length of the gap in the axial direction is at least twice as large as a length of one
Übertragungskomponente in axialer Richtung. Möglich und bevorzugt ist es auch, dass zwei oder mehr Übertragungskomponenten und insbesondere Wälzkörper in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind. Möglich ist es dabei zum Beispiel, dass sich magnetisch leitende Übertragungskomponenten und magnetisch nicht leitende Übertragungskomponenten in axialer Richtung abwechselnd, sodass beispielsweise jede zweite oder dritte Übertragungskomponente in axialer Richtung magnetisch nicht leitend ausgebildet ist. Dadurch wird eine Konzentration des Magnetfeldes erzeugt (hohe Feldstärken im Wirkspalt bei den magnetisch leitenden Übertragungskomponenten), die vorteilhaft für das maximal erzeugbare Bremsmoment ist. Transmission component in the axial direction. It is also possible and preferred for two or more transmission components and in particular rolling elements to be arranged one behind the other in the axial direction. It is possible, for example, for magnetically conductive transmission components and magnetically non-conductive transmission components to alternate in the axial direction, so that, for example, every second or third transmission component is designed to be magnetically non-conductive in the axial direction. This creates a concentration of the magnetic field (high field strengths in the active gap with the magnetically conductive transmission components), which is advantageous for the maximum braking torque that can be generated.
Vorzugsweise ist die erste Bremskomponente im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und umfasst einen zylindrischen Grundkörper als Kern und die elektrische Spule bzw. die elektrischen Spulen. Es können aber auch davon abweichende Formen gewählt werden (Ellipse ...) The first brake component is preferably of essentially cylindrical design and comprises a cylindrical base body as the core and the electrical coil or the electrical coils. However, different shapes can also be selected (ellipse ...)
Möglich ist es auch, dass beispielsweise eine Kugel zum Lagern eines Drehknopfes oder der Bremseinrichtung der Gerätekomponente umfasst ist, die am distalen Ende zentral angeordnet sein kann, um eine einfache Lagerung zwischen der ersten Bremskomponente und der zweiten Bremskomponente zur Verfügung zu stellen.
Es ist möglich, dass die elektrische Spule wenigstens teilweise in Axialnuten und/oder Quernuten des zylindrischen Grundkörpers (der ersten Bremskomponente) gewickelt ist. Vorzugsweise sind die Wicklungen der elektrischen Spule oder das gesamte Bauteil mit Vergussmasse eingegossen. Es ist bevorzugt, eventuell vorhandene Axialnuten und/oder Quernuten wenigstens teilweise mit Vergussmasse zu füllen. Dadurch wird verhindert, dass in den Bereich der Spulendrähte magnetorheologisches Medium bzw. magnetorheologisches Fluid eintritt. Das könnte zu einer Entmischung des Fluids führen. It is also possible that, for example, a ball for mounting a rotary knob or the braking device of the device component is included, which can be arranged centrally at the distal end in order to provide a simple mounting between the first braking component and the second braking component. It is possible that the electrical coil is at least partially wound in axial grooves and / or transverse grooves of the cylindrical base body (the first braking component). The windings of the electrical coil or the entire component are preferably cast in with casting compound. It is preferred to at least partially fill any axial grooves and / or transverse grooves that may be present with potting compound. This prevents magnetorheological medium or magnetorheological fluid from entering the area of the coil wires. This could lead to a segregation of the fluid.
Vorzugsweise weist der Halter eine Kabeldurchführung auf. Durch den Halter bzw. durch die Kabeldurchführung des Halters können Anschlusskabel für die Spule und/oder Sensorkabel und dergleichen mehr geführt werden. Dadurch werden eine leichte Montage und eine kostengünstige Herstellung ermöglicht. The holder preferably has a cable bushing. Connection cables for the coil and / or sensor cables and the like can be passed through the holder or through the cable bushing of the holder. This enables easy assembly and inexpensive manufacture.
Vorzugsweise weist der Halter eine Aufnahme zur drehfesten Verbindung mit der ersten Bremskomponente auf. Dabei kann der Halter die erste Bremskomponente kraftschlüssig und/oder formschlüssig aufnehmen. Im Betrieb wird das Bremsmoment zwischen der ersten Bremskomponente und der zweiten Bremskomponente über den Halter abgeführt. The holder preferably has a receptacle for a rotationally fixed connection to the first brake component. The holder can hold the first brake component in a force-locking and / or form-locking manner. During operation, the braking torque between the first braking component and the second braking component is dissipated via the holder.
Vorzugsweise weist der Halter eine zylindrische Lauffläche für ein Lager auf und stützt das Drehteil drehbar auf dem Halter ab.The holder preferably has a cylindrical running surface for a bearing and supports the rotating part rotatably on the holder.
An der zylindrischen Lauffläche ist vorzugsweise eine Dichtung zum Abdichten des Spaltes angeordnet, wobei die Dichtung insbesondere näher an dem Spalt angeordnet ist als das Lager. Dadurch wird das Lager zuverlässig vor dem magnetorheologischen Medium geschützt. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht einen kompakten Aufbau und einen zuverlässigen Betrieb. Das Lager kann z. B. ein Gleit- oder Wälzlager sein. A seal for sealing the gap is preferably arranged on the cylindrical running surface, the seal in particular being arranged closer to the gap than the bearing. This reliably protects the bearing from the magnetorheological medium. Such a configuration enables a compact structure and reliable operation. The camp can e.g. B. be a plain or roller bearing.
Vorzugsweise ist die zylindrische Lauffläche gehärtet und/oder weist eine höhere Oberflächenqualität als die radial äußere Oberfläche der Aufnahme auf. Dadurch können Fertigungskosten
verringert werden. The cylindrical running surface is preferably hardened and / or has a higher surface quality than the radially outer surface of the receptacle. This can reduce manufacturing costs be reduced.
In vorteilhaften Ausgestaltungen weist die zylindrische Lauffläche einen Außendurchmesser auf, der wenigstens 3 mm kleiner ist als ein Außendurchmesser der Aufnahme des Halters.In advantageous refinements, the cylindrical running surface has an outer diameter which is at least 3 mm smaller than an outer diameter of the receptacle of the holder.
Der Halter kann an einer Konsole oder auch an anderen Teilen befestigt sein. The holder can be attached to a console or to other parts.
Vorzugsweise ist eine relative Winkelstellung oder auch eine absolute Winkelstellung erfassbar. Vorzugsweise ist eine Genauigkeit besser als 1° und insbesondere besser als 0,5° und besonders bevorzugt besser als 0,2° oder 0,1°. A relative angular position or also an absolute angular position can preferably be detected. An accuracy is preferably better than 1 ° and in particular better than 0.5 ° and particularly preferably better than 0.2 ° or 0.1 °.
Vorzugsweise ist eine Benutzerschnittstelle, ein Bedienpanel, ein Display, ein berührungsempfindliches Display mit oder ohne haptischem Feedback und/oder wenigstens ein Sensor angebracht. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht neben der Bedienung auch gleichzeitig die Anzeige oder Ausgabe von Informationen während der Bedienung. Damit wird beispielsweise ein Bedienknopf mit gleichzeitigem Ausgabedisplay ermöglicht. A user interface, a control panel, a display, a touch-sensitive display with or without haptic feedback and / or at least one sensor is preferably attached. In addition to operation, such a configuration also enables information to be displayed or output at the same time during operation. This enables, for example, an operating button with a simultaneous output display.
In allen Ausgestaltungen ist es möglich, dass an dem Halter ein druckempfindlicher Sensor angebracht ist oder dem Halter ein solcher Sensor zugeordnet ist. Beispielsweise kann in dem Halter ein druckempfindlicher Sensor angebracht sein. Möglich ist es aber auch, dass ein Piezo-Sensor am Unterteil etc. angebracht ist. Der Halter kann auch zweiteilig ausgebildet sein und eine axiale Verschiebung der beiden Teile gegeneinander registrieren. Dabei kann eine haptische Rückmeldung erfolgen. In all configurations it is possible for a pressure-sensitive sensor to be attached to the holder or for such a sensor to be assigned to the holder. For example, a pressure-sensitive sensor can be attached in the holder. However, it is also possible for a piezo sensor to be attached to the lower part, etc. The holder can also be designed in two parts and register an axial displacement of the two parts with respect to one another. Haptic feedback can be provided.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass eine Differenz zwischen einem lichten Innendurchmesser (des Hülsenteils) des Drehteils und einem minimalen Außendurchmesser der ersten Bremskomponente größer 1 oder 2 oder 3 mm und kleiner 50 mm beträgt. Es ist ebenso bevorzugt, dass ein Außendurchmesser des (Hülsenteils) Drehteils zwischen 5 mm oder 10 mm und 90 mm beträgt. Vorzugsweise beträgt eine Höhe des Drehteils zwischen 5
mm und 100 mm. In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass eine Steuereinrichtung umfasst ist, welche dazu ausgebildet ist, mit der elektrischen Spule eine variable Bremswirkung hervorzurufen. In all configurations, it is preferred that a difference between a clear inside diameter (of the sleeve part) of the rotating part and a minimum outside diameter of the first brake component is greater than 1 or 2 or 3 mm and less than 50 mm. It is also preferred that an outer diameter of the (sleeve part) rotating part is between 5 mm or 10 mm and 90 mm. The height of the rotating part is preferably between 5 mm and 100 mm. In all of the configurations, it is preferred that a control device is included, which is designed to produce a variable braking effect with the electrical coil.
Insgesamt arbeitet die vorliegende Erfindung besonders bevorzugt nach dem Grundprinzip der Keilklemmung, wobei eine Übertragungskomponente mit einem gewissen Abstand an den Wänden entlang streift oder gegebenenfalls darauf abrollt. Durch ein Magnetfeld entsteht der Keileffekt, sodass ein hohes Bremsmoment erzeugbar ist. Im Unterschied zum bisherigen Stand der Technik, wo eine radial um die Achse einer Bremskomponente herumgewickelte Spule ein Magnetfeld in axialer Richtung der Bremskomponente erzeugt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Magnetfeld quer zu (dem Kern) der ersten Bremskomponente erzeugt. Dabei können durch die radial vergrößerte elektrische Spule höhere Bremsmomente bei kleinerer Baugröße erzeugt werden. Durch den Einsatz dieser axialen Spule kann eine bessere Skalierbarkeit erreicht werden. Dadurch wird es möglich, mittels längerer Wälzkörper und einer axial längeren elektrischen Spule ein skalierbares und größeres Bremsmoment zu erzeugen. Dabei muss der Durchmesser der ersten Bremskomponente nicht größer gewählt werden, um ein entsprechendes Magnetfeld durchzuleiten, denn mit einer axialen Verlängerung des Kerns wird auch die Fläche des Kerns (Querschnittsfläche) größer. Gegebenenfalls kann die axiale Länge auch reduziert werden, wenn nur ein relativ geringes Bremsmoment benötigt wird. Der Bauraum kann dementsprechend angepasst werden. Overall, the present invention particularly preferably works according to the basic principle of wedge clamping, with a transmission component grazing along the walls at a certain distance or, if necessary, rolling over them. The wedge effect is created by a magnetic field, so that a high braking torque can be generated. In contrast to the prior art, where a coil wound radially around the axis of a braking component generates a magnetic field in the axial direction of the braking component, according to the present invention a magnetic field is generated transversely to (the core) of the first braking component. The radially enlarged electrical coil allows higher braking torques to be generated with a smaller size. By using this axial coil, better scalability can be achieved. This makes it possible to generate a scalable and larger braking torque by means of longer rolling elements and an axially longer electrical coil. The diameter of the first braking component does not have to be selected to be larger in order to pass a corresponding magnetic field, because with an axial lengthening of the core, the area of the core (cross-sectional area) also increases. If necessary, the axial length can also be reduced if only a relatively low braking torque is required. The installation space can be adapted accordingly.
Ein weiterer Vorteil ist, dass auch für eine Großserie das Herausführen des elektrischen Anschlusskabels für die elektrische Spule einfach möglich ist. Es kann über einfache Mittel eine Dichtheit der magnetorheologischen Bremseinrichtung und ein Skalieren ermöglicht werden. Another advantage is that the electrical connection cable for the electrical coil can easily be led out even for large series. A tightness of the magnetorheological braking device and scaling can be made possible by simple means.
Grundsätzlich kann über längere Wälzkörper ein größeres Moment von der magnetorheologischen Bremseinrichtung erzeugt werden, da
die Wirklänge steigt. Durch die nochmals erheblich größere Kernfläche wird gewährleistet, dass die Übertragungskomponenten immer einer entsprechenden magnetischen Flussdichte ausgesetzt werden. Die Magnetfeldstärke beim „Keil" an derIn principle, a larger torque can be generated by the magnetorheological braking device over longer rolling elements because the sound increases. The considerably larger core area ensures that the transmission components are always exposed to a corresponding magnetic flux density. The magnetic field strength at the "wedge" on the
Übertragungskomponente kann höher gewählt werden als im Stand der Technik. Es können lang ausgebildete Übertragungskomponenten eingesetzt werden, denen ein genügend starkes Magnetfeld zugeleitet werden kann. The transmission component can be selected to be higher than in the prior art. Long transmission components can be used to which a sufficiently strong magnetic field can be fed.
Insbesondere geht das von elektrischen Spule erzeugte Magnetfeld radial durch den Kern, dann durch die Wälzkörper und schließt sich über das (Hülsenteil bzw.) das Drehteil bzw. den Außenzylinder. Dabei schließen sich die Magnetfeldlinien einmal in der einen und z. B. unteren bzw. linken und einmal in der anderen und z. B. oberen bzw. rechten Hälfte des Drehteils. Die Wege sind somit kurz, was eine bessere Ansprechzeit (geringere Induktivität) zur Folge hat. In einfachen Ausgestaltungen verläuft der Magnetfluss somit im Wesentlichen zweidimensional. Dabei ist es egal, wie lang oder hoch die Übertragungskomponenten ausgebildet werden. Dadurch kann eine beliebige Skalierung in der Länge erreicht werden, da die Magnetfeldübertragungsfläche mit wächst. Bei konzentrisch um die Längsrichtung der ersten Bremskomponente gewickelten elektrischen Spulen (Stand der Technik) bleibt die Querschnittsfläche im Kern hingegen immer gleich und bildet insofern ein Nadelöhr für das Magnetfeld, solange der Durchmesser nicht verändert wird. Ein größerer Durchmesser der ersten Bremskomponente ändert aber auch den Bauraumbedarf, die Einbauabmessungen und das Gewicht der magnetorheologischen Bremseinrichtung. Außerdem ändern sich die Momentenabstände und die Drehzahlen der Wälzkörper, was nicht immer vorteilhaft ist. Bei Vergrößerung des verfügbaren Kernquerschnittes und einer linearen Verlängerung wie bei der vorliegenden Erfindung ändert sich dies hingegen nicht. In particular, the magnetic field generated by the electrical coil goes radially through the core, then through the rolling elements and closes over the (sleeve part or) the rotating part or the outer cylinder. The magnetic field lines close once in one and z. B. lower or left and once in the other and z. B. upper or right half of the rotating part. The paths are therefore short, which results in a better response time (lower inductance). In simple configurations, the magnetic flux thus runs essentially two-dimensionally. It does not matter how long or how high the transmission components are. Any scaling in length can thereby be achieved, since the magnetic field transmission area grows with it. In the case of electrical coils (prior art) wound concentrically around the longitudinal direction of the first braking component, however, the cross-sectional area in the core always remains the same and thus forms a needle's eye for the magnetic field as long as the diameter is not changed. However, a larger diameter of the first brake component also changes the installation space requirement, the installation dimensions and the weight of the magnetorheological braking device. In addition, the torque intervals and the speeds of the rolling elements change, which is not always advantageous. However, this does not change when the available core cross-section is increased and the core cross-section is linearly extended as in the present invention.
Werden längere Wälzkörper eingesetzt, so kann der Bremseffekt einer langen Walze besser sein als bei zwei kurzen, die die
gleiche Gesamtlänge aufweisen. Das liegt unter anderem daran, dass die Flüssigkeit abstandsmäßig länger verdrängt werden muss, da der Rand weiter entfernt ist (hydrodynamischer Druck). If longer rolling elements are used, the braking effect of one long roller can be better than that of two short rollers that use the have the same overall length. This is due, among other things, to the fact that the liquid has to be displaced longer, since the edge is further away (hydrodynamic pressure).
In bevorzugten Ausgestaltungen weist die magnetorheologische Bremseinrichtung einen Durchmesser (des Hülsenteils) des Drehteils von zwischen etwa 5 und 40 mm (+/- 20%) auf in bevorzugten Ausgestaltungen etwa 10 bis 20 mm. In preferred configurations, the magnetorheological braking device has a diameter (of the sleeve part) of the rotating part of between approximately 5 and 40 mm (+/- 20%), in preferred configurations approximately 10 to 20 mm.
In allen Ausgestaltungen ist es möglich, dass die elektrische Spule in axialer Richtung länger ausgebildet ist als die Übertragungskomponenten. Dadurch wird eine Konzentration des Magnetfeldes an den Übertragungskomponenten erzielt. In all of the configurations it is possible for the electrical coil to be made longer in the axial direction than the transmission components. This achieves a concentration of the magnetic field on the transmission components.
Insgesamt stellt die Erfindung eine vorteilhafte Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung („MRF Bremse") zur Verfügung. Dabei ist der Außendurchmesser der MRF Bremse besonders bei haptischen Anwendungen meist vorgegeben. Hier gibt es ergonomische Richtlinien oder Bauraumvorgaben. Deshalb kann der Kernquerschnitt generell nicht so einfach vergrößert werden, weil damit der Außendurchmesser auch größer wird (Knopfaußendurchmesser; Fläche für die Finger). Zudem benötigt man mit größer werdendem Außendurchmesser wieder mehr Sperrmoment, da der Momentenabstand deswegen größer wurde (Die Fingerkraft, also die (Tangential)kraft zwischen den Betätigungsfinger(n) und dem Bremselement bzw. der Außenoberfläche des Bremselements muss bzw. sollte gleich bleiben, da einerseits vom Benutzer nur eine bestimmte Kraft aufgebracht werden kann und die notwendigen Kräfte an den Fingern (Fingerspitzen) für das Wohlbefinden bei der Betätigung (Bedienqualität) wichtig sind. Die Erfindung vergrößert den effektiven Kernquerschnitt. Overall, the invention provides an advantageous device component with a magnetorheological braking device ("MRF brake"). The outer diameter of the MRF brake is usually specified, especially in haptic applications. There are ergonomic guidelines or installation space requirements. Therefore, the core cross-section is generally not that simple because the outside diameter is larger (button outside diameter; area for the fingers). In addition, the larger the outside diameter, more locking torque is required, because the torque distance therefore increased (the finger force, i.e. the (tangential) force between the actuating fingers ( n) and the braking element or the outer surface of the braking element must or should remain the same, since on the one hand only a certain force can be applied by the user and the necessary forces on the fingers (fingertips) are important for the well-being during operation (operating quality) The invention g increases the effective core cross-section.
Die elektrische Spule (Elektrospule) erstreckt sich nun axial und erstreckt sich in radialer Richtung weiter nach außen. Das von der Spule erzeugte Magnetfeld geht radial durch den Kern, dann durch die Wälzkörper und schließt sich über den Außenzylinder
(jeweils durch die entgegengesetzten Hälften). Dies bleibt immer gleich, egal wie hoch (oder lang) die Wälzkörper bzw. die MRF Bremse ist. The electrical coil (electro-coil) now extends axially and extends further outward in the radial direction. The magnetic field generated by the coil goes radially through the core, then through the rolling elements and closes over the outer cylinder (each through the opposite halves). This always remains the same, no matter how high (or long) the rolling element or the MRF brake is.
Die Erfindung erreicht das Ziel, eine möglichst einfache aber dennoch gut skalierbare MRF-Bremse mit hohem Bremsmoment bei einem kompakten Außendurchmesser zu erhalten. The invention achieves the goal of obtaining an MRF brake that is as simple as possible, but nevertheless easily scalable, with a high braking torque and a compact outer diameter.
Die (in axialer Richtung) um den Kern gewickelte und vergossene axiale Elektrospule erzeugt ein Magnetfeld. Dieses schließt sich über die Wälzkörper und das Drehteil, das einen Außenzylinder bildet, so wie zuvor beschrieben. Ein Vergießen der Elektrospule ist vorteilhaft, damit die MR-Flüssigkeit (Trägerflüssigkeit) nicht in die Leerräume zwischen den Spulendrähten gelangt (Kapillareffekt). Dies kann sonst zum Entmischen führen. Statt eines (zylindrischen) Spulendrahts kann auch ein Flachmaterial aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Werkstoff verwendet werden. The axial electrocoil, which is wound around the core and encapsulated (in the axial direction), generates a magnetic field. This closes over the rolling elements and the rotating part, which forms an outer cylinder, as described above. Potting the electrocoil is advantageous so that the MR fluid (carrier fluid) does not get into the empty spaces between the coil wires (capillary effect). Otherwise this can lead to segregation. Instead of a (cylindrical) coil wire, a flat material made of copper or another suitable material can also be used.
Der Kern, die Walzkörper und der Außenzylinder können aus einem einfachen Stahl (z. B. S235), ohne große Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit und -härte, gefertigt sein, welcher vorzugsweise gute magnetische Eigenschaften aufweist. Es können aber auch (mehrere übereinander gestapelte) Walzkörper oder Kugeln oder anders geformte Übertragungskomponenten verwendet werden. Es können Abstandshalter (Leitblech) zwischen den Wälzkörpern vorhanden sein. The core, the roller bodies and the outer cylinder can be made of a simple steel (e.g. S235), without great demands on the surface quality and hardness, which preferably has good magnetic properties. However, it is also possible to use roller bodies or balls (several stacked one on top of the other) or differently shaped transmission components. There may be spacers (baffle plates) between the rolling elements.
Der noch neben der elektrischen Spule verfügbare Raum (Spalt) zwischen Kern und Außenzylinder muss nicht zwingend (nahezu) komplett mit Walzkörpern gefüllt sein. Es können auch Distanzhalter zwischen den Walzkörpern oder ein oder mehrere Walzkörper oder Übertragungskomponente aus magnetisch nicht leitendem Material - zusammen mit Walzkörpern oder Übertragungskomponente aus magnetisch leitendem Material - verwendet werden. The space (gap) between the core and the outer cylinder that is still available next to the electrical coil does not necessarily have to be (almost) completely filled with rolling elements. It is also possible to use spacers between the roller bodies or one or more roller bodies or transmission components made of magnetically non-conductive material - together with roller bodies or transmission components made of magnetically conductive material.
Der Kern samt elektrischer Spule und Vergussmasse werden
vorzugsweise in einem „Halter" zentriert und fixiert (kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung) und das Gegendrehmoment kann über diesen an z. B. eine Konsole, Grundplatte, Aufnahmeplatte, Gehäuse oder ein anderes Bauteil abgeleitet werden. Der Halter hat vorzugsweise eine Bohrung, durch welche die Kabel geführt werden. Vorzugsweise dichtet ein Dichtelement (z. B. O-Ring) das Kabel gegenüber dem Halter bzw. dem Innenraum ab, sodass vom Innenraum keine Flüssigkeit über das Kabel nach außen gelangen kann. Zusätzlich zum (Spulen-)Kabel kann auch ein Temperatursensorkabel oder anderes Sensorkabel durch diese Öffnung geführt werden. Die zylindrische Oberfläche des sich verjüngten Halters ist vorzugsweise so beschaffen, dass diese Laufeigenschaften hat (höhere Oberflächenhärte und geringe Oberflächenrauheit, beschichtet oder gehärtet oder ähnlich vergütet). The core together with the electrical coil and potting compound will be preferably centered and fixed in a "holder" (force-fit or form-fit connection) and the counter torque can be derived via this to, for example, a console, base plate, mounting plate, housing or other component. The holder preferably has a bore through which A sealing element (e.g. O-ring) preferably seals the cable against the holder or the interior so that no liquid can escape from the interior via the cable A temperature sensor cable or other sensor cable can also be passed through this opening. The cylindrical surface of the tapered holder is preferably designed in such a way that it has running properties (higher surface hardness and low surface roughness, coated or hardened or similarly tempered).
Der Halter kann auch aus einem anderen Material wie der Kern, Walzkörper oder Außenzylinder hergestellt sein. Die Durchmesserreduktion des Halters an der Lauffläche hat den Vorteil, dass der Reibradius für das Dichtelement geringer wird, was die Gesamtreibung reduziert. Zudem kann wegen der dadurch erhöhten Bauhöhe ein Lagerelement verwendet werden, welches den gleichen Lageraußendurchmesser aufweist wie der Innendurchmesser des Drehteils. Dies reduziert die Herstellkosten vom Drehteil, es wird kein fertigungstechnischer Absatz (Eindrehung) benötigt. Die bevorzugte Walzkörperhöhe liegt zwischen 3 mm und 6 mm, kann aber auch 1 mm oder 2 mm sein. In diesem Bereich ist es schwierig, gute Lager oder Dichtelemente zu erhalten, wenn der Innendurchmesser vom Halter nicht zusätzlich Bauhöhe schafft.The holder can also be made of a different material such as the core, roller body or outer cylinder. The reduction in diameter of the holder on the running surface has the advantage that the friction radius for the sealing element is smaller, which reduces the overall friction. In addition, because of the increased overall height as a result, a bearing element can be used which has the same bearing outer diameter as the inner diameter of the rotating part. This reduces the manufacturing costs of the turned part, there is no production-related paragraph (turning) required. The preferred roll body height is between 3 mm and 6 mm, but can also be 1 mm or 2 mm. In this area it is difficult to obtain good bearings or sealing elements if the inside diameter of the holder does not create additional overall height.
Wenn der Halter aus einem anderen Material wie der Kern, z. B. aus einem Kunststoff besteht, ist es vorteilhaft, im Bereich des Dichtelements (O-Ring) eine Hülse aus Metall auf den Halter aufzubringen oder aufzupressen, damit das Dichtelement den Halter nicht durch Reibung beschädigt oder sogar zerstört. If the holder is made of a different material than the core, e.g. B. consists of a plastic, it is advantageous to apply a metal sleeve to the holder in the area of the sealing element (O-ring) or to press it on so that the sealing element does not damage or even destroy the holder due to friction.
Über dem Außenzylinder kann ein dekoratives oder anderes
Übertragungselement angebracht werden, z. B. ein gummierter Knopf oder ein Reibrad oder ein spezieller Rändel oder dergleichen.A decorative or other can be placed over the outer cylinder Transmission element are attached, for. B. a rubberized button or a friction wheel or a special knurl or the like.
An einem Ende kann zwischen dem Außenzylinder und der Vergussmasse vorzugsweise eine Kugel oder ein kugelförmiges kugelförmiges oder kugelähnliches Bauteil (kann auch eine Halbkugel sein). Dies führt die zwei Teile relativ zueinander. Vorzugsweise ist die Kugel in der Vergussmasse fixiert und die innere axiale Stirnseite des Außenzylinders dreht sich relativ dazu. Damit wird eine einfache, reibungsarme und kostengünstige Lagerung (Lagerstelle) geschaffen. Möglich ist auch eine Kegelform oder dergleichen. Statt dieser Art der Lagerung kann aber auch jede andere Art der Lagerung gewählt werden (z. B. Gleit- oder Wälzlagerung). At one end, a sphere or a spherical, spherical or spherical component (can also be a hemisphere) can preferably be between the outer cylinder and the potting compound. This guides the two parts relative to each other. The ball is preferably fixed in the potting compound and the inner axial end face of the outer cylinder rotates relative to it. This creates a simple, low-friction and inexpensive storage (bearing point). A cone shape or the like is also possible. Instead of this type of mounting, any other type of mounting can be selected (e.g. sliding or roller mounting).
Vorzugsweise besteht zumindest eine vom Magnetfeld durchflossene Komponente wenigstens teilweise oder vollständig aus dem Werkstoff FeSi3P. Besonders bevorzugt sind in dem Wirkspalt magnetische Feldstärken von größer 350 A/m erzeugbar bzw. können in dem Wirkspalt magnetische Feldstärken von größer 350 A/m erzeugt werden. At least one component through which the magnetic field flows preferably consists at least partially or completely of the material FeSi3P. Particularly preferably, magnetic field strengths of greater than 350 A / m can be generated in the active gap or magnetic field strengths of greater than 350 A / m can be generated in the active gap.
Vorzugsweise wird wenigstens eine magnetorheologische Bremseinrichtung gesteuert, wie zuvor beschrieben. At least one magnetorheological braking device is preferably controlled, as described above.
Eine andere Gerätekomponente dient zum Erzeugen einer insbesondere hohen magnetischen Feldstärke zwischen einer feststehenden (insbesondere erste Bremskomponente) und einer sich dazu bewegenden Komponente (insbesondere zweite Bremskomponente) in einem insbesondere eingeschränkten Bauvolumen mit einer elektrischen Spule, einem von der elektrischen Spule umwickelten Kern und mit Übertragungselementen, wobei die elektrische Spule und der Kern im Querschnitt fast den ganzen Innendurchmesser ausnutzen und die Übertragungselemente seitlich davon angebracht sind. Vorzugsweise umgibt die zweite Bremskomponente die erste Bremskomponente vollständig. Vorzugsweise ist ein maximaler Durchmesser der elektrischen Spule in einem Querschnitt so groß,
dass die Übertragungselemente seitlich neben der elektrischen Spule angeordnet werden müssen. Die Anmelderin behält sich vor, ein Verfahren zum Erzeugen einer hohen magnetischen Feldstärke zu beanspruchen. Another device component is used to generate a particularly high magnetic field strength between a stationary (in particular first brake component) and a component moving to it (in particular second brake component) in a particularly limited structural volume with an electric coil, a core wrapped by the electric coil and with transmission elements The electrical coil and the core utilize almost the entire inner diameter in cross section and the transmission elements are attached to the side thereof. The second brake component preferably completely surrounds the first brake component. A maximum diameter of the electrical coil in a cross section is preferably so large that that the transmission elements must be arranged laterally next to the electrical coil. The applicant reserves the right to claim a method for generating a high magnetic field strength.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden. Further advantages and features of the present invention emerge from the exemplary embodiments, which are explained below with reference to the accompanying figures.
In den Figuren zeigen: In the figures show:
Figur la-lf schematische dreidimensionale Ansichten von erfindungsgemäßen Gerätekomponenten mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung; Figure la-lf schematic three-dimensional views of device components according to the invention with a magnetorheological braking device;
Figur 2 einen stark schematischen Querschnitt durch einenFigure 2 is a highly schematic cross section through a
Wälzkörper einer magnetorheologischen Bremseinrichtung; Rolling elements of a magnetorheological braking device;
Figur 3 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung; FIG. 3 shows a schematic cross section through a device component according to the invention with a magnetorheological braking device;
Figur 4 einen Querschnitt einer weiteren Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung; FIG. 4 shows a cross section of a further device component with a magnetorheological braking device;
Figur 5a-5d schematische Querschnitte der Gerätekomponenten mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung nach Figur 3 oder 4; FIGS. 5a-5d show schematic cross sections of the device components with a magnetorheological braking device according to FIG. 3 or 4;
Figur 6a-6d eine andere Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung; FIGS. 6a-6d show another device component with a magnetorheological braking device;
Figur 6e eine schematische Darstellung eines Verlaufs eines Sensorsignals; FIG. 6e shows a schematic representation of a profile of a sensor signal;
Figur 7a-c eine weitere Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung. Figure 7a-c a further device component with a magnetorheological braking device.
Figuren la bis lf zeigen mehrere erfindungsgemäße
Gerätekomponenten 200, in denen die agnetorheologische Bremseinrichtung 1 eingesetzt werden kann. Die Gerätekomponenten 200 sind jeweils als haptische Bedieneinrichtung 100 ausgeführt.Figures la to lf show several according to the invention Device components 200 in which the agnetorheological braking device 1 can be used. The device components 200 are each designed as a haptic operating device 100.
Figur la zeigt einen haptischen Bedienknopf 101. Der Bedienknopf 101 ist über die Konsole 50 befestigt. Der Bedienknopf 101 wird über das Hülsenteil 13e bedient. Die Benutzerschnittstelle 43 kann zusätzlich genutzt werden, um Informationen zu übermitteln. FIG. 1 a shows a haptic control button 101. The control button 101 is attached via the console 50. The control button 101 is operated via the sleeve part 13e. The user interface 43 can also be used to transmit information.
In Figur lb ist die Gerätekomponente 200 als Daumenwalze 102 mit haptischer Bedieneinrichtung 100 dargestellt. Die Daumenwalze 102 ist bevorzugt beispielsweise in Lenkrädern einsetzbar. Die Daumenwalze ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Die Daumenwalze 102 kann allgemein je nach Einbausituation auch mit jedem anderen Finger nutzbar sein. In FIG. 1b, the device component 200 is shown as a thumb roller 102 with a haptic operating device 100. The thumb roller 102 can preferably be used in steering wheels, for example. However, the thumb roller is not limited to this application. The thumb roller 102 can generally also be usable with any other finger, depending on the installation situation.
In Figur lc und Figur ld ist die erfindungsgemäße Gerätekomponente 200 als Computermaus 103 ausgeführt. Die haptische Bedieneinrichtung 100 ist in dem Mausrad 106 untergebracht. Die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 kann genutzt werden, um ein haptisches Feedback zu steuern. In FIGS. 1c and 1d, the device component 200 according to the invention is designed as a computer mouse 103. The haptic operating device 100 is accommodated in the mouse wheel 106. The magnetorheological braking device 1 can be used to control a haptic feedback.
Figur le zeigt einen Joystick 104 als haptische Bedieneinrichtung 100, in welchem eine magnetorheologische Bremseinrichtung 1 untergebracht ist. Außerdem ist die erfindungsgemäße magnetorheologische Bremseinrichtung 100 auch in einem Gamepad 105 bevorzugt nutzbar, um dem Spieler in Abhängigkeit der Spielsituation ein haptisches Feedback zu geben, siehe Figur lf.FIG. 1e shows a joystick 104 as a haptic operating device 100 in which a magnetorheological braking device 1 is accommodated. In addition, the magnetorheological braking device 100 according to the invention can also preferably be used in a gamepad 105 in order to give the player haptic feedback as a function of the game situation, see FIG.
In diesen Ausführungsbeispielen weist die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 ein Drehteil 13 bzw. Hülsenteil 13e auf, welches drehbar aufgenommen ist. Das zur Drehung des Drehteils 13 erforderliche Drehmoment ist einstellbar. In these exemplary embodiments, the magnetorheological braking device 1 has a rotating part 13 or sleeve part 13e, which is rotatably received. The torque required to rotate the rotating part 13 is adjustable.
Auf der Oberseite der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 kann eine Benutzerschnittstelle 43 angeordnet sein. Eine solche Benutzerschnittstelle 43 kann beispielsweise als Anzeigeeinrichtung oder auch als berührungsempfindliche
Eingabemöglichkeit (Touchpad, Bewegungs- und Gestensteuerung, Bilderkennung ...) ausgebildet sein. A user interface 43 can be arranged on the upper side of the magnetorheological braking device 1. Such a user interface 43 can be used, for example, as a display device or also as a touch-sensitive device Input option (touchpad, movement and gesture control, image recognition ...) be designed.
Eine haptische Bedieneinrichtung 100 kann beispielsweise zur Bedienung von Maschinen, Medizingeräten oder zur Verwendung im und für das Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Möglich ist auch der Einsatz an sonstigen Geräten oder anderen Vorrichtungen. A haptic operating device 100 can be used, for example, to operate machines, medical devices or for use in and for the motor vehicle. Use on other devices or other devices is also possible.
Figur 2 zeigt eine stark schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 zur Beeinflussung der Kraftübertragung zwischen zwei Bremskomponenten 2 und 3. Dabei ist zwischen den zwei Bremskomponenten 2 und 3 in Fig. 2 ein Wälzkörper 11 bzw. Drehkörper 11 vorgesehen. Der Wälzkörper 11 ist hier als Kugel 14 ausgebildet. Möglich ist es aber ebenso, Wälzkörper 11 als Zylinder oder Ellipsoide, Rollen oder sonstige rotierbare Drehkörper 11 auszubilden. Auch im eigentlichen Sinn nicht rotationssymmetrische Drehkörper wie beispielsweise ein Zahnrad oder Drehkörper 11 mit einer bestimmten Oberflächenstruktur können als Wälzkörper verwendet werden. Die Wälzkörper 11 werden nicht zur Lagerung gegenüber einander eingesetzt, sondern zur Übertragung von Drehmoment. FIG. 2 shows a highly schematic cross-sectional view of a magnetorheological braking device 1 according to the invention for influencing the power transmission between two brake components 2 and 3. A rolling element 11 or rotating element 11 is provided between the two braking components 2 and 3 in FIG. The rolling element 11 is designed as a ball 14 here. However, it is also possible to design rolling bodies 11 as cylinders or ellipsoids, rollers or other rotatable rotating bodies 11. Rotary bodies that are not rotationally symmetrical in the actual sense, such as a gear wheel or rotary body 11 with a specific surface structure, can also be used as rolling bodies. The rolling elements 11 are not used for mounting opposite one another, but for transmitting torque.
Zwischen den Bremskomponenten 2 und 3 ist ein Kanal 5 vorgesehen, der hier mit einem Medium 6 gefüllt ist. Das Medium ist hier ein magnetorheologisches Fluid, welches beispielsweise als Trägerflüssigkeit ein Öl umfasst, in dem ferromagnetische Partikel 19 vorhanden sind. Glykol, Fett, Wasser und dickflüssige Stoffe können auch als Trägermedium verwendet werden, ohne darauf beschränkt zu sein. Das Trägermedium kann auch gasförmig sein bzw. es kann auf das Trägermedium verzichtet werden (Vakuum). In diesem Fall werden lediglich durch das Magnetfeld 8 beeinflussbare Partikel in den Kanal gefüllt. A channel 5, which is filled with a medium 6 here, is provided between the brake components 2 and 3. The medium here is a magnetorheological fluid which, for example, comprises an oil as a carrier fluid in which ferromagnetic particles 19 are present. Glycol, fat, water and viscous substances can also be used as a carrier medium, without being limited to them. The carrier medium can also be gaseous or the carrier medium can be dispensed with (vacuum). In this case, only particles that can be influenced by the magnetic field 8 are filled into the channel.
Die ferromagnetischen Partikel 19 sind vorzugsweise Carbonyl eisenpulver, wobei die Größenverteilung der Partikel 19 vom konkreten Einsatzfall abhängt. Konkret bevorzugt ist eine Verteilung der Partikelgröße zwischen ein und zehn Mikrometern,
wobei aber auch größere Partikel 19 von zwanzig, dreißig, vierzig und fünfzig Mikrometer möglich sind. Je nach Anwendungsfall kann die Partikelgröße auch deutlich größer werden und sogar in den Millimeterbereich Vordringen (Partikelkugeln). Die Partikel können auch eine spezielle Beschichtung/Mantel (Titanbeschich tung, Keramik-, Karbonmantel etc.) aufweisen, damit sie die je nach Anwendungsfall auftretenden hohen Druckbelastungen besser aushalten. Die magnetorheologischen Partikel 19 können für diesen Anwendungsfall nicht nur aus Carbonyleisenpulver (Reineisen), sondern z. B. auch aus speziellem Eisen (härterem Stahl) hergestellt werden. The ferromagnetic particles 19 are preferably carbonyl iron powder, the size distribution of the particles 19 depending on the specific application. Specifically preferred is a distribution of the particle size between one and ten micrometers, but larger particles 19 of twenty, thirty, forty and fifty micrometers are also possible. Depending on the application, the particle size can also be significantly larger and even penetrate into the millimeter range (particle spheres). The particles can also have a special coating / jacket (titanium coating, ceramic, carbon jacket, etc.) so that they can better withstand the high pressure loads that occur depending on the application. The magnetorheological particles 19 can for this application not only made of carbonyl iron powder (pure iron), but z. B. can also be made of special iron (harder steel).
Der Wälzkörper 11 wird durch die Relativbewegung 17 der beiden Bremskomponenten 2 und 3 vorzugsweise in Rotation um seine Drehachse 12 versetzt und läuft praktisch auf der Oberfläche der Bremskomponente 3 ab. Gleichzeitig läuft der Wälzkörper 11 auf der Oberfläche der anderen Bremskomponente 2, sodass dort eine Relativgeschwindigkeit 18 vorliegt. The rolling element 11 is preferably set in rotation about its axis of rotation 12 by the relative movement 17 of the two brake components 2 and 3 and practically runs on the surface of the brake component 3. At the same time, the rolling element 11 runs on the surface of the other brake component 2, so that there is a relative speed 18 there.
Genau genommen hat der Wälzkörper 11 keinen direkten Kontakt zur Oberfläche der Bremskomponenten 2 und/oder 3 und wälzt sich deshalb nicht direkt darauf ab. Der freie Abstand 9 von dem Wälzkörper 11 zu einer der Oberflächen der Bremskomponenten 2 oder 3 beträgt z. B. 140 pm. In einer konkreten Ausgestaltung mit Partikelgrößen zwischen 1 pm und 10 pm liegt der freie Abstand 9 insbesondere zwischen 75 pm und 300 pm und besonders bevorzugt zwischen 100 pm und 200 pm. Strictly speaking, the rolling element 11 has no direct contact with the surface of the brake components 2 and / or 3 and therefore does not roll directly on it. The free distance 9 from the rolling element 11 to one of the surfaces of the brake components 2 or 3 is z. B. 140 pm. In a specific embodiment with particle sizes between 1 pm and 10 pm, the free distance 9 is in particular between 75 pm and 300 pm and particularly preferably between 100 pm and 200 pm.
Der freie Abstand 9 beträgt insbesondere wenigstens das Zehnfache des Durchmessers eines typischen mittleren Partikeldurchmessers. Vorzugsweise beträgt der freie Abstand 9 wenigstens das Zehnfache eines größten typischen Partikels 19. Durch den fehlenden direkten Kontakt ergibt sich eine sehr geringe(s) Grundreibung/- kraft/-moment beim relativen Bewegen der Bremskomponenten 2 und 3 zueinander. The free distance 9 is in particular at least ten times the diameter of a typical mean particle diameter. The free distance 9 is preferably at least ten times that of the largest typical particle 19. The lack of direct contact results in a very low basic friction / force / torque when the brake components 2 and 3 move relative to one another.
Wird die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 mit einem
Magnetfeld 8 beaufschlagt, bilden sich die Feldlinien abhängig vom Abstand zwischen den Wälzkörpern 11 und den Bremskomponenten 2, 3 aus. Der Wälzkörper 11 besteht aus einem ferromagnetischen Material und z. B. hier aus ST 37 (S235). Der Stahltyp ST 37 hat eine magnetische Permeabilität pr von etwa 2000. Die Feldlinien (Magnetkreis) treten durch den Wälzkörper 11 hindurch und konzentrieren sich in dem Wälzkörper. An der hier radialen Ein- und Austrittsfläche der Feldlinien an dem Wälzkörper 11 herrscht eine hohe magnetische Flußdichte in dem Kanal 5. Das dort inhomogene und starke Feld führt zu einer lokalen und starken Vernetzung der magnetisch polarisierbaren Partikel 19 (magnetische Verkettung). Durch die Drehbewegung des Wälzkörpers 11 in Richtung auf den sich bildenden Keil 16 in dem magne- torheologischen Fluid wird die Wirkung stark erhöht und das mögliche Brems- oder Kupplungsmoment wird extrem vergrößert, weit über den Betrag hinaus, der normalerweise in dem magnetorheolo- gischen Fluid erzeugbar ist. Vorzugsweise bestehen Wälzkörper 11 und Bremskomponenten 2, 3 zumindest teilweise aus ferromagnetischem Material, weshalb die magnetische Flussdichte umso höher wird, je kleiner der freie Abstand 9 zwischen Drehkörper 11 und Bremskomponenten 2, 3 ist. Dadurch bildet sich ein im Wesentlichen keilförmiger Bereich 16 im Medium aus, in welchem der Gradient des Magnetfelds 8 zum spitzen Winkel bei der Kontaktstelle bzw. dem Bereich des geringsten freien Abstands 9 hin stark zunimmt. If the magnetorheological braking device 1 with a When a magnetic field 8 is applied, the field lines are formed depending on the distance between the rolling elements 11 and the brake components 2, 3. The rolling element 11 consists of a ferromagnetic material and z. B. here from ST 37 (S235). The steel type ST 37 has a magnetic permeability pr of about 2000. The field lines (magnetic circuit) pass through the rolling element 11 and are concentrated in the rolling element. At the radial entry and exit surface of the field lines on the rolling element 11, there is a high magnetic flux density in the channel 5. The inhomogeneous and strong field there leads to a local and strong cross-linking of the magnetically polarizable particles 19 (magnetic linkage). The rotary movement of the rolling element 11 in the direction of the forming wedge 16 in the magnetorheological fluid greatly increases the effect and the possible braking or clutch torque is extremely increased, far beyond the amount normally found in the magnetorheological fluid can be generated. Rolling bodies 11 and brake components 2, 3 preferably consist at least partially of ferromagnetic material, which is why the magnetic flux density becomes higher the smaller the free distance 9 between rotating body 11 and brake components 2, 3. As a result, an essentially wedge-shaped area 16 is formed in the medium, in which the gradient of the magnetic field 8 increases sharply towards the acute angle at the contact point or the area of the smallest free distance 9.
Trotz Abstand zwischen Wälzkörper 11 und Bremskomponenten 2, 3 kann durch die Relativgeschwindigkeit der Oberflächen zueinander der Wälzkörper 11 in eine Drehbewegung versetzt werden. Die Drehbewegung ist ohne und auch mit einem wirkenden Magnetfeld 8 möglich. Despite the distance between the rolling elements 11 and the braking components 2, 3, the rolling elements 11 can be set in a rotary motion by the relative speed of the surfaces to one another. The rotary movement is possible with and without an active magnetic field 8.
Wenn die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 einem Magnetfeld 8 einer hier in Figur 2 nicht dargestellten elektrischen Spule 26 ausgesetzt ist, verketten sich die einzelnen Partikeln 19 des magnetorheologischen Fluides 6 entlang der Feldlinien des
Magnetfeldes 8. Zu beachten ist, dass die in Figur 2 eingezeichneten Vektoren den für die Beeinflussung des MRF relevanten Bereich der Feldlinien nur grob schematisch darstellen. Die Feldlinien treten im Wesentlichen normal auf die Oberflächen der ferromagnetischen Bauteile in den Kanal 5 ein und müssen vor allem im spitzwinkligen Bereich 10 nicht geradlinig verlaufen. When the magnetorheological braking device 1 is exposed to a magnetic field 8 of an electrical coil 26, not shown here in FIG. 2, the individual particles 19 of the magnetorheological fluid 6 are linked along the field lines of the Magnetic field 8. It should be noted that the vectors drawn in FIG. 2 only roughly schematically represent the area of the field lines relevant for influencing the MRF. The field lines enter the channel 5 essentially normally on the surfaces of the ferromagnetic components and, above all, do not have to run in a straight line in the acute-angled region 10.
Gleichzeitig wird auf dem Umfang des Wälzkörpers 11 etwas Material von dem magnetorheologischen Fluid 6 mit in Rotation versetzt, sodass sich ein spitzwinkliger Bereich 10 zwischen der Bremskomponente 3 und dem Wälzkörper 11 ausbildet. Auf der anderen Seite entsteht ein gleicher spitzwinkliger Bereich 10 zwischen dem Wälzkörper 11 und der Bremskomponente 2. Die spitzwinkligen Bereiche 10 können beispielsweise bei zylinderförmig ausgestalteten Wälzkörpern 11 eine Keilform 16 aufweisen. Durch die Keilform 16 bedingt wird die weitere Rotation des Wälzkörpers 11 behindert, sodass die Wirkung des Magnetfeldes 8 auf das magnetorheologische Fluid 6 verstärkt wird, da sich durch das wirkende Magnetfeld 8 innerhalb des spitzwinkligen Bereiches 10 ein stärkerer Zusammenhalt des dortigen Mediums 6 ergibt. Dadurch wird die Wirkung des magnetorheologischen Fluids 6 im angesammelten Haufen verstärkt (die Kettenbildung im Fluid und damit der Zusammenhalt bzw. die Viskosität), was die weitere Rotation bzw. Bewegung des Drehkörpers 11 erschwert. At the same time, some material from the magnetorheological fluid 6 is set in rotation on the circumference of the rolling element 11, so that an acute-angled region 10 is formed between the braking component 3 and the rolling element 11. On the other hand, an identical acute-angled area 10 arises between the rolling element 11 and the braking component 2. The acute-angled areas 10 can have a wedge shape 16, for example in the case of cylindrical rolling elements 11. Due to the wedge shape 16, the further rotation of the rolling element 11 is hindered, so that the effect of the magnetic field 8 on the magnetorheological fluid 6 is increased, since the acting magnetic field 8 within the acute-angled area 10 results in a stronger cohesion of the medium 6 there. This increases the effect of the magnetorheological fluid 6 in the accumulated heap (the formation of chains in the fluid and thus the cohesion or viscosity), which makes further rotation or movement of the rotating body 11 more difficult.
Durch die Keilform 16 (Partikelanhäufung) können wesentlich größere Kräfte oder Momente übertragen werden als es mit einem vergleichbaren Aufbau möglich wäre, der nur die Scherbewegung ohne Keileffekt nützt. Due to the wedge shape 16 (particle accumulation), much greater forces or moments can be transmitted than would be possible with a comparable structure that only uses the shear movement without the wedge effect.
Die direkt durch das angelegte Magnetfeld 8 übertragbaren Kräfte stellen nur einen kleinen Teil der durch die Vorrichtung über tragbaren Kräfte dar. Durch das Magnetfeld 8 lässt sich die Keilbildung und somit die mechanische Kraftverstärkung steuern. Die mechanische Verstärkung des magnetorheologischen Effekts kann
soweit gehen, dass eine Kraftübertragung auch nach Abschalten eines angelegten Magnetfeldes 8 möglich ist, wenn die Partikel 19 verkeilt wurden. The forces that can be transmitted directly by the applied magnetic field 8 represent only a small part of the forces that can be transmitted by the device. The wedge formation and thus the mechanical force amplification can be controlled by the magnetic field 8. The mechanical reinforcement of the magnetorheological effect can go so far that a power transmission is possible even after switching off an applied magnetic field 8 when the particles 19 have been wedged.
Es hat sich herausgestellt, dass durch die Keilwirkung der spitz winkligen Bereiche 10 eine erheblich größere Wirkung eines Magnetfeldes 8 einer bestimmten Stärke erzielt wird. Dabei kann die Wirkung um ein Vielfaches verstärkt werden. In einem konkreten Fall wurde eine etwa zehnmal so starke Beeinflussung der Relativgeschwindigkeit zweier Bremskomponenten 2 und 3 zueinander wie beim Stand der Technik bei MRF Kupplungen nach dem Scherprinzip beobachtet, bei dem zwischen zwei sich zueinander bewegenden Flächen ein magnetorheologisches Fluid 6 angeordnet ist und den Scherkräften der sich zueinander bewegenden Flächen ausgesetzt ist. Die mögliche Verstärkung hier durch die Keilwirkung hängt von unterschiedlichen Faktoren ab. Gegebenenfalls kann sie durch eine größere Oberflächenrauhigkeit der Wälzkörper 11 noch verstärkt werden. Möglich ist es auch, dass auf der Außenoberfläche der Wälzkörper 11 nach außen ragende Vorsprünge vorgesehen sind, die zu einer noch stärkeren Keilbildung führen können. It has been found that the wedge effect of the acutely angled areas 10 results in a considerably greater effect of a magnetic field 8 of a certain strength. The effect can be increased many times over. In a specific case, the relative speed of two brake components 2 and 3 was influenced by about ten times as much as in the prior art in MRF clutches based on the shear principle, in which a magnetorheological fluid 6 is arranged between two mutually moving surfaces and the shear forces of the is exposed to mutually moving surfaces. The possible reinforcement here through the wedge effect depends on various factors. If necessary, it can be reinforced by a greater surface roughness of the rolling elements 11. It is also possible for outwardly projecting projections to be provided on the outer surface of the rolling elements 11, which can lead to an even stronger wedge formation.
Die Keilwirkung bzw. der Keileffekt verteilt sich flächig auf den Wälzkörper 11 und die Komponenten 2 oder 3. The wedge effect or the wedge effect is distributed over the surface of the rolling element 11 and the components 2 or 3.
Figur 3 zeigt einen Schnitt durch eine Gerätekomponente 200 mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung 1, die über zwei Bremskomponenten 2 und 3 verfügt. Die erste Bremskomponente 2 und die zweite Bremskomponente 3 erstrecken sich im Wesentlichen in eine axiale Richtung 20. Die erste Bremskomponente 2 ist hier im Inneren der zweiten Bremskomponente 3 angeordnet und wird durch einen Halter 4 formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten.FIG. 3 shows a section through a device component 200 with a magnetorheological braking device 1 which has two braking components 2 and 3. The first brake component 2 and the second brake component 3 extend essentially in an axial direction 20. The first brake component 2 is arranged here in the interior of the second brake component 3 and is held in a form-fitting and / or force-fitting manner by a holder 4.
Der Halter 4 kann beispielsweise an einer externen Konsole oder an einem Gerät befestigt werden. Der Halter 4 wird regelmäßig drehfest befestigt. Die zweite Bremskomponente 3 ist relativ zu der ersten Bremskomponente 2 kontinuierlich drehbar daran aufgenommen.
Die zweite Bremskomponente 3 ist länglich ausgebildet und verfügt über das Drehteil 13 und darin ein magnetisch leitfähiges Hülsenteil 13e. The holder 4 can be attached, for example, to an external console or to a device. The holder 4 is regularly attached in a rotationally fixed manner. The second brake component 3 is received thereon in a continuously rotatable manner relative to the first brake component 2. The second brake component 3 is elongated and has the rotating part 13 and therein a magnetically conductive sleeve part 13e.
Die zweite Bremskomponente 3 ist an der ersten Lagerstelle 112 und an der zweiten Lagerstelle 118 an der zweiten Bremskomponente 2 drehbar aufgenommen und insbesondere axial verschiebbar gelagert. An den Lagerstellen 112, 118 können Kräfte in eine globale radiale Richtung 122 durch die Lagerungen 30 abgestützt werden, während die erste Bremskomponente 2 relativ axial zur zweiten Bremskomponente 3 verschiebbar ist. Der Durchmesser 116 der ersten Lagerstelle 112 ist hier ungefähr doppelt so groß wie der Durchmesser 117 der zweiten Lagerstelle 118. The second brake component 3 is rotatably received at the first bearing point 112 and at the second bearing point 118 on the second brake component 2 and, in particular, is supported so as to be axially displaceable. At the bearing points 112, 118, forces can be supported in a global radial direction 122 by the bearings 30, while the first brake component 2 can be displaced axially relative to the second brake component 3. The diameter 116 of the first bearing point 112 is here approximately twice as large as the diameter 117 of the second bearing point 118.
Die zweite Bremskomponente 3 ist an beiden Enden herausgeführt. Zwischen den Bremskomponenten 2 und 3 ist eine geschlossene Kammer 110 ausgebildet, die mit MRF gefüllt ist. Im Bereich des ersten Endes 111 der Kammer 110 ist eine zylindrische Lauffläche an dem Halter 4 als erste Lagerstelle 112 ausgebildet. Dort liegt eine gehärtete Oberfläche oder eine Oberfläche entsprechender Güte vor. An dieser zylindrischen Lauffläche 37 ist ein Lager 30 zur drehbaren Lagerung der zweiten Bremskomponente 3 angebracht. In der axialen Richtung 20 weiter nach innen ist benachbart zu dem Lager 30 eine Dichtung 38 vorgesehen. Die Dichtung 38 dichtet das Innere zuverlässig ab. The second brake component 3 is led out at both ends. A closed chamber 110, which is filled with MRF, is formed between the brake components 2 and 3. In the area of the first end 111 of the chamber 110, a cylindrical running surface is formed on the holder 4 as a first bearing point 112. There is a hardened surface or a surface of corresponding quality. A bearing 30 for the rotatable mounting of the second brake component 3 is attached to this cylindrical running surface 37. In the axial direction 20 further inward, a seal 38 is provided adjacent to the bearing 30. The seal 38 reliably seals the interior.
Die erste Bremskomponente 2 weist einen Grundkörper 33 auf. Um den Kern 21 sind die Wicklungen einer elektrischen Spule 26 gewickelt. Dabei stehen die die einzelnen Windungen der elektrischen Spule 26 nach außen über den zylindrischen Grundkörper 33 hervor (vgl. Fig. 5). The first brake component 2 has a base body 33. The windings of an electrical coil 26 are wound around the core 21. The individual turns of the electrical coil 26 protrude outward beyond the cylindrical base body 33 (see FIG. 5).
Radial besteht zwischen der Außenwandung der ersten Bremskomponente 2 und der inneren Wandung des Hülsenteils 13 ein Spalt 5, der hier im Wesentlichen als hohlzylindrischer Spalt 5 ausgeführt ist. In dem Spalt 5 sind mehrere Übertragungskomponenten 11, die hier als Wälzkörper 11
ausgebildet sind, angeordnet. Die Wälzkörper 11 sind hier als zylindrische Wälzkörper 11 ausgebildet und weisen einen Außendurchmesser auf, der etwas geringer ist als die Spaltenbreite des Spaltes 5. Der Spalt 5 ist des Weiteren hier mit einem magnetorheologischen Medium 6 gefüllt. Radially between the outer wall of the first brake component 2 and the inner wall of the sleeve part 13 there is a gap 5, which is designed here essentially as a hollow cylindrical gap 5. In the gap 5 there are several transmission components 11, which are used here as rolling elements 11 are formed, arranged. The rolling elements 11 are designed here as cylindrical rolling elements 11 and have an outer diameter that is somewhat smaller than the gap width of the gap 5. The gap 5 is furthermore filled here with a magnetorheological medium 6.
In einem Bereich des Spaltes kann beispielsweise ein mit Luft oder einem anderen Gas gefüllter O-Ring oder dergleichen angeordnet sein, der einen Volumenausgleich bei Temperaturschwankungen zur Verfügung stellt. Außerdem wird dadurch dort ein Reservoir gebildet, falls im Laufe des Betriebes magnetorheologisches Fluid 6 bzw. Medium 6 aus dem Inneren nach außen austritt. Hier wird die Konstruktion genutzt, um durch die unterschiedlich großen Durchmesser 116, 117 einen automatischen Temperaturausgleich und ein Reservoir für MRF zur Verfügung zu stellen. In one area of the gap, for example, an O-ring or the like filled with air or another gas can be arranged, which provides volume compensation in the event of temperature fluctuations. In addition, a reservoir is thereby formed there if magnetorheological fluid 6 or medium 6 escapes from the interior to the outside in the course of operation. Here the construction is used to provide automatic temperature compensation and a reservoir for MRF due to the differently large diameters 116, 117.
Die (nutzbare) Spaltlänge des Spaltes 5 ist hier größer als die Länge der Wälzkörper 11. Hier ist auch die elektrische Spule 6 in der axialen Richtung 20 länger ausgebildet als die Länge der Wälzkörper 11. The (usable) gap length of the gap 5 is greater than the length of the rolling elements 11 here. Here, the electrical coil 6 is also made longer in the axial direction 20 than the length of the rolling elements 11.
Im Inneren der elektrischen Spule 26 ist der Kern 21 zu erkennen. Der Halter 4 weist eine radial vergrößerte Aufnahme 36 (Durchmesser 36a, vgl. Fig. 4) zur drehfesten Aufnahme der ersten Bremskomponente 2 auf. Durch den Halter 4 erstreckt sich eine Kabeldurchführung 35 nach unten durch den Halter 4 hindurch. Dort werden Kabel 45 zum Anschluss der elektrischen Spule 26 und gegebenenfalls Sensorleitungen 73 herausgeführt. Eine Steuereinrichtung 27 kann im Fuß des Halters 4 oder an anderen geeigneten Stellen vorgesehen oder zugeordnet sein, um eine bedarfsgerechte Steuerung vorzunehmen. The core 21 can be seen in the interior of the electrical coil 26. The holder 4 has a radially enlarged receptacle 36 (diameter 36a, see FIG. 4) for receiving the first brake component 2 in a rotationally fixed manner. A cable bushing 35 extends down through the holder 4 through the holder 4. There cables 45 for connecting the electrical coil 26 and, if necessary, sensor lines 73 are led out. A control device 27 can be provided or assigned in the foot of the holder 4 or at other suitable locations in order to carry out control as required.
Zwischen dem ersten Ende 111 und dem zweiten Ende 115 ist eine geschlossene Kammer 110 ausgebildet. Die geschlossene Kammer 110 umfasst das Volumen 114, welche im Wesentlichen vollständig mit dem magnetorheologischen Medium 6 gefüllt ist.
Eine Änderung des Volumens der agnetorheologischen Mediums 6 führt hier zu einer relativen axialen Verschiebung der ersten Bremskomponente 2 zur zweiten Bremskomponente 3 aufgrund der verschiedenen Durchmesser 116, 117 der beiden Lagerstellen 112, 118. A closed chamber 110 is formed between the first end 111 and the second end 115. The closed chamber 110 comprises the volume 114, which is essentially completely filled with the magnetorheological medium 6. A change in the volume of the agnetorheological medium 6 leads here to a relative axial displacement of the first brake component 2 to the second brake component 3 due to the different diameters 116, 117 of the two bearing points 112, 118.
Für den Fall, dass die erste Bremskomponente 2 feststeht, wird die zweite Bremskomponente 3 im Falle einer Volumenzunahme in der Orientierung von Figur 3 nach rechts verschoben. Ein kleiner Teil der ersten Bremskomponente 2 mit dem Durchmesser 116 an der ersten Lagerstelle 112 tritt aus der geschlossenen Kammer 110 aus, während ein Teil der ersten Bremskomponente 2 an dem zweiten Ende 115 mit dem deutlich kleineren Durchmesser in die geschlossene Kammer 110 eintritt. Im Endeffekt wird so das Volumen 114 der geschlossenen Kammer 110 vergrößert. So kann insbesondere eine durch einen Temperaturanstieg bedingte Volumenänderung des magnetorheologischen Mediums 6 ausgeglichen werden. Eine Funktion der Magnetfelderzeugungseinrichtung 113 wird hierdurch nicht beeinflusst. Im Falle einer Volumenabnahme, welche temperaturbedingt oder auch durch eine Leckage zustande kommen kann, wird die zweite Bremskomponente 3 hier nach links verschoben. In the event that the first brake component 2 is stationary, the second brake component 3 is shifted to the right in the case of an increase in volume in the orientation of FIG. 3. A small part of the first brake component 2 with the diameter 116 at the first bearing point 112 emerges from the closed chamber 110, while a part of the first brake component 2 at the second end 115 with the significantly smaller diameter enters the closed chamber 110. In the end, the volume 114 of the closed chamber 110 is increased in this way. In particular, a change in volume of the magnetorheological medium 6 caused by a temperature rise can be compensated for. A function of the magnetic field generating device 113 is not influenced by this. In the event of a decrease in volume, which can occur due to temperature or also due to a leak, the second brake component 3 is shifted to the left here.
Bei der Verschiebung herrscht innerhalb der magnetorheologischen Bremskomponente 1 praktisch immer Umgebungsdruck. Vor allem wird so eine zusätzliche Belastung der Dichtungen 38 verhindert. Bei einer Ausgleichseinrichtung über eine Gasblase wird der Innenraum hingegen immer unter Überdruck gesetzt, wodurch eine höhere Leckage und eine höhere Reibung durch die erforderliche bessere Dichtung entstehen. During the displacement, there is practically always ambient pressure within the magnetorheological brake component 1. Above all, additional loading of the seals 38 is prevented in this way. In the case of a compensation device via a gas bubble, however, the interior is always pressurized, which results in higher leakage and higher friction due to the better sealing required.
Darüber hinaus verfügt die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 über eine Sensoreinrichtung 70 wenigstens zur Detektion einer Winkelstellung der beiden Bremskomponenten 2, 3 relativ zueinander. Die Detektion erfolgt mit einer Magnetringeinheit 71 und mittels eines Magnetfeldsensors 72. Die Sensoreinrichtung 70 ist hier über eine Entkopplungseinrichtung 78 an der zweiten
Bremskomponente 3 angeschlossen. Die Entkopplungseinrichtung 78 entkoppelt die Sensoreinrichtung 70 magnetisch. Die Sensoreinrichtung 70 umfasst hier weiter eine Abschirmeinrichtung 75, die hier mehrere Abschirmkörper 76 umfasst und die die Magnetringeinheit 71 auf drei Seiten umgibt. Zwischen der Magnetringeinheit 71 und der Abschirmeinrichtung 75 ist eine Trenneinheit 77 vorhanden. Die Trenneinheit 77 schirmt die Magnetringeinheit 71 zusätzlich ab. Dadurch wird das von der Magnetringeinheit 71 aufgespannte Volumen weitgehend von magnetischen Einflüssen der elektrischen Spule 26 oder anderen Magnetfeldern abgeschirmt. In addition, the magnetorheological braking device 1 has a sensor device 70 at least for detecting an angular position of the two braking components 2, 3 relative to one another. The detection takes place with a magnetic ring unit 71 and by means of a magnetic field sensor 72. The sensor device 70 is here on the second via a decoupling device 78 Brake component 3 connected. The decoupling device 78 decouples the sensor device 70 magnetically. The sensor device 70 here further comprises a shielding device 75, which here comprises a plurality of shielding bodies 76 and which surrounds the magnetic ring unit 71 on three sides. A separating unit 77 is present between the magnetic ring unit 71 and the shielding device 75. The separating unit 77 additionally shields the magnetic ring unit 71. As a result, the volume spanned by the magnetic ring unit 71 is largely shielded from magnetic influences of the electrical coil 26 or other magnetic fields.
Figur 4 zeigt eine andere Gerätekomponente 200 im Schnitt mit einer ähnlichen magnetorheologischen Bremseinrichtung 1. Es sind die Quernuten 32 erkennbar, in denen die elektrische Spule 26 an den axialen Enden des Kerns 21 gewickelt ist. In axialer Richtung 20 ist zum Abschluss an beiden Enden jeweils Vergussmasse 28 vorgesehen. Im Bereich der Kabeldurchführung 35 ist eine separate Dichtung 38 über beispielsweise den eingezeichneten O-Ring oder dergleichen vorgesehen. FIG. 4 shows another device component 200 in section with a similar magnetorheological braking device 1. The transverse grooves 32 in which the electrical coil 26 is wound at the axial ends of the core 21 can be seen. In the axial direction 20, sealing compound 28 is provided at each end at both ends. In the area of the cable bushing 35, a separate seal 38 is provided over, for example, the drawn O-ring or the like.
Es ist auch möglich, dass einzelne der über einem Teil des Umfangs verteilt angeordneten Wälzkörper 11 als magnetisch nicht leitfähige Übertragungskomponenten 11 ausgebildet sind. Vorzugsweise sind alle Wälzkörper 11 aus magnetisch leitendem Material wie z. B. Stahl. It is also possible for some of the rolling bodies 11, which are arranged distributed over part of the circumference, to be designed as magnetically non-conductive transmission components 11. Preferably, all rolling elements 11 are made of magnetically conductive material such as. B. steel.
Eine Länge bzw. Höhe 13c des Drehteils 13 und des Hülsenteils 13e oder der zweiten Bremskomponente 3 in axialer Richtung 20 beträgt vorzugsweise zwischen 5 mm und 90 mm. Außen kann auf der zweiten Bremskomponente 3 ein Überzug 49 angebracht sein, sodass das äußere Erscheinungsbild des Drehknopfes 23 im Wesentlichen durch die Oberfläche des Überzugs 49 bestimmt wird. A length or height 13c of the rotating part 13 and of the sleeve part 13e or of the second brake component 3 in the axial direction 20 is preferably between 5 mm and 90 mm. A coating 49 can be applied to the outside of the second brake component 3, so that the external appearance of the rotary knob 23 is essentially determined by the surface of the coating 49.
Das Material des Hülsenteils 13e oder des Drehteils 13 insgesamt ist magnetisch leitend und dient zur Schließung des Magnetkreises. Eine Wandstärke 13d des Hülsenteils 13e ist
vorzugsweise wenigstens halb so groß wie ein Durchmesser der Wälzkörper 11. The material of the sleeve part 13e or of the rotating part 13 as a whole is magnetically conductive and serves to close the magnetic circuit. A wall thickness 13d of the sleeve part 13e is preferably at least half the size of a diameter of the rolling elements 11.
Der Durchmesser 36a der Aufnahme 36 ist vorzugsweise erheblich größer als der Durchmesser 37a der zylindrischen Lauffläche 37. Dadurch wird die Reibung an der Dichtung 38 reduziert. Außerdem können standardisierte Lager 30 eingesetzt werden. The diameter 36a of the receptacle 36 is preferably considerably larger than the diameter 37a of the cylindrical running surface 37. This reduces the friction on the seal 38. In addition, standardized bearings 30 can be used.
Es ist auch möglich, den Kern 21 und auch den Halter 4 zweiteilig auszuführen. Bevorzugt verläuft die Trennung entlang der in Figur 4 gezeichneten Mittellinie, wodurch sich eine linke und rechte (Kern)hälfte ergibt. Die zwei Kernhälften können durch ein magnetisch nicht leitendes Element (z. B. Dichtung) voneinander beabstandet sein. Vorzugsweise ist das Vergussmassenvolumen 28 dann ein Teil der Kernhälfte(n), wodurch sich ein Halbkreiselement mit einer umlaufenden Nut auf der Trennfläche für die Elektrospule 26 ergibt. Weiters bevorzugt wird die Aufnahme 36 auch in zwei Hälften getrennt. Eine Aufnahmehälfte kann auch mit einer Kernhälfte einen Teil bilden (einteilig ausgeführt werden) oder eine Kernhälfte mit einer kompletten Aufnahmeeinheit 36 einteilig ausgeführt werden. It is also possible to make the core 21 and also the holder 4 in two parts. The separation preferably runs along the center line drawn in FIG. 4, which results in a left and right (core) half. The two core halves can be separated from one another by a magnetically non-conductive element (e.g. seal). The casting compound volume 28 is then preferably part of the core half (s), which results in a semicircular element with a circumferential groove on the separating surface for the electrical coil 26. Furthermore, the receptacle 36 is preferably also separated into two halves. A receiving half can also form a part with a core half (be made in one piece) or a core half can be made in one piece with a complete receiving unit 36.
Hier ist die haptische Bedieneinrichtung 100 mit der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 einseitig gelagert. Die zweite Bremskomponente 3 ist hier nur an dem ersten Ende der geschlossenen Kammer 110 an einem Endabschnitt 121 der ersten Bremskomponente 2 aufgenommen, d. h. die zweite Bremskomponente 3 ist lediglich an der ersten Lagerstelle 112 durch die Lagerung 30 gelagert. Bei einer Änderung des Volumens 114 innerhalb der geschlossenen Kammer 110 kann sich die zweite Bremskomponente 3 leicht hin und her bewegen. Hierbei ist wieder angenommen, dass die erste Bremskomponente 2 feststeht. In diesem Fall fährt ein Teil des Durchmessers 116 der ersten Bremskomponente 2 an der ersten Lagerstelle 112 aus oder ein. Das Volumen 114 der geschlossenen Kammer 110 verändert sich. Vorteilhaft ist das System innerhalb des gegebenen Bewegungsspielraums praktisch immer bei Umgebungsdruck. Eine zusätzliche Belastung der Dichtung
38 wird verhindert. Here, the haptic operating device 100 with the magnetorheological braking device 1 is mounted on one side. The second brake component 3 is only received here at the first end of the closed chamber 110 at an end section 121 of the first brake component 2, ie the second brake component 3 is only supported at the first bearing point 112 by the bearing 30. When the volume 114 within the closed chamber 110 changes, the second brake component 3 can move slightly to and fro. It is assumed here again that the first brake component 2 is stationary. In this case, part of the diameter 116 of the first brake component 2 extends or retracts at the first bearing point 112. The volume 114 of the closed chamber 110 changes. Advantageously, the system is practically always at ambient pressure within the given range of motion. An additional load on the seal 38 is prevented.
Figuren 5a bis 5d zeigen verschiedene schematische Querschnitte der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1, die bei den Gerätekomponenten 200 nach Figuren 3 und 4 und auch anderen Ausführungsbeispielen einsetzbar sind. FIGS. 5a to 5d show various schematic cross sections of the magnetorheological braking device 1, which can be used in the device components 200 according to FIGS. 3 and 4 and also in other exemplary embodiments.
Die innere Bremskomponente 2 ist feststehend ausgebildet und wird von der kontinuierlich drehbaren Bremskomponente 3 umgeben. Die zweite Bremskomponente 3 weist ein sich um die erste Bremskompo nente 2 herum drehbares und hohl und innen zylindrisch ausgebil detes Drehteil 13 auf. Deutlich erkennbar ist der zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente 2, 3 umlaufende Spalt 5. Der Spalt 5 ist hier wenigstens zum Teil und insbesondere vollständig mit einem magnetorheologischen Medium 6 gefüllt. The inner brake component 2 is designed to be stationary and is surrounded by the continuously rotatable brake component 3. The second brake component 3 has a rotatable around the first Bremskompo component 2 and is hollow and internally cylindrically designed rotary part 13. The gap 5 running around between the first and second brake components 2, 3 is clearly visible. The gap 5 is here at least partially and in particular completely filled with a magnetorheological medium 6.
Die erste Bremskomponente 2 weist den sich in der axialen Richtung 20 erstreckenden Kern 21 aus einem magnetisch leitfähigen Material und eine elektrische Spule 26 auf, die in axialer Richtung 20 um den Kern 21 gewickelt ist und eine Spulenebene 26c aufspannt. Das Magnetfeld 8 der elektrischen Spule 26 erstreckt sich quer zu der axialen Richtung 20 durch die erste Bremskomponente 2 bzw. den Kern 21. Der Kern 21 weist hier einen zylindrischen Grundkörper 33 auf, welcher quer zur Spulen ebene 26c an der Ober- und der Unterseite abgeflacht ist. Dort sind die Wicklungen der Spule aufgenommen. The first brake component 2 has the core 21, which extends in the axial direction 20, and is made of a magnetically conductive material, and an electrical coil 26 which is wound around the core 21 in the axial direction 20 and spans a coil plane 26c. The magnetic field 8 of the electrical coil 26 extends transversely to the axial direction 20 through the first braking component 2 or the core 21. The core 21 here has a cylindrical base body 33, which is transverse to the coil plane 26c on the top and bottom is flattened. The windings of the coil are recorded there.
Es ist klar erkennbar, dass ein maximaler äußerer Durchmesser 26a der elektrischen Spule 26 in einer radialen Richtung 26d innerhalb der Spulenebene 26c größer ist als ein minimaler äußerer Durchmesser 21b des Kerns 21 in einer radialen Richtung 25 quer und z. B. senkrecht zu der Spulenebene 26c. Darüber hinaus entspricht hier der minimale äußere Durchmesser 21b des Kerns 21 quer zu der Spulenebene ebenfalls dem maximalen äußeren Durchmesser 21c und dem Durchmesser 21d des zylindrischen Grundkörpers 33 des Kerns 21. It can be clearly seen that a maximum outer diameter 26a of the electrical coil 26 in a radial direction 26d within the coil plane 26c is greater than a minimum outer diameter 21b of the core 21 in a radial direction 25 across and z. B. perpendicular to the coil plane 26c. In addition, the minimum outer diameter 21b of the core 21 transversely to the coil plane also corresponds to the maximum outer diameter 21c and the diameter 21d of the cylindrical base body 33 of the core 21.
Der maximale äußere Durchmesser 26a der elektrischen Spule 26 in
einer radialen Richtung 26d innerhalb der (zentralen) Spulenebene 26c ist größer als der Durchmesser 21d des zylindrischen Grundkörpers 33 des Kerns 21. The maximum outer diameter 26a of the electrical coil 26 in a radial direction 26d within the (central) coil plane 26c is greater than the diameter 21d of the cylindrical base body 33 of the core 21.
Die Wälzkörper 11 sind jeweils nur in Winkelsegmenten 61, 62 angeordnet und können nicht vollständig um den Kern 21 rotieren, da die elektrische Spule 26 über den Grundkörper 33 des Kerns 21 radial nach außen in den Spalt 5 bzw. Kanal 5 hineinragt und damit einen vollständigen Umlauf verhindert. The rolling elements 11 are each arranged only in angular segments 61, 62 and cannot rotate completely around the core 21, since the electrical coil 26 protrudes radially outward via the base body 33 of the core 21 into the gap 5 or channel 5 and thus a complete one Circulation prevented.
Dadurch steht weniger Platz für die Wälzkörper 11 zur Verfügung. Das führt aber zu einer noch höheren Konzentration des Magnetfeldes 8. In Figur 5a sind beispielhaft drei Magnetfeldlinien eingezeichnet. This means that there is less space available for the rolling elements 11. However, this leads to an even higher concentration of the magnetic field 8. In FIG. 5a, three magnetic field lines are shown by way of example.
In Figur 5b sind die Wälzkörper 11 nicht an einer zylindrischen Außenoberfläche des Kerns 21 aufgenommen, sondern an speziell an die Kontur der Wälzkörper 11 angepasste Aufnahmen 63, an denen die Wälzkörper 11 vorzugsweise mit etwas Spiel aufgenommen und geführt sind. Der Übergang des Magnetfeldes 8 in die Wälzkörper 11 hinein ist vorteilhaft, da mehr Übertragungsfläche zwischen dem Kern 21 bzw. der Außenoberfläche 64 an den Aufnahmen 63 und den Wälzkörpern 11 zur Verfügung steht. In Figure 5b, the rolling elements 11 are not received on a cylindrical outer surface of the core 21, but on receptacles 63 specially adapted to the contour of the rolling elements 11, on which the rolling elements 11 are preferably received and guided with some play. The transition of the magnetic field 8 into the rolling elements 11 is advantageous, since more transfer area is available between the core 21 or the outer surface 64 at the receptacles 63 and the rolling elements 11.
Die elektrische Spule ist außerhalb der Winkelsegmente 61 und 62 angeordnet. Außerhalb der Winkelsegmente 61 und 62 befinden sich keine Wälzkörper 11. Der Kern 21 umfasst hier einen zylindrischen Grundkörper 33 an dem die Aufnahmen für die Magnetfeld konzentratoren 11 ausgebildet sind. Der Durchmesser 21d des Grundkörpers 33 entspricht hier dem minimalen Kerndurchmesser 21b. The electrical coil is arranged outside of the angle segments 61 and 62. Outside the angle segments 61 and 62 there are no rolling elements 11. The core 21 here comprises a cylindrical base body 33 on which the receptacles for the magnetic field concentrators 11 are formed. The diameter 21d of the base body 33 corresponds here to the minimum core diameter 21b.
Auch in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5b ist der maximale äußere Durchmesser 26a der elektrischen Spule 26 (in einer radialen Richtung 26d) innerhalb der (zentralen) Spulenebene 26c größer als der Durchmesser 21d der kleinsten zylindrischen Umhüllenden des Grundkörpers 33 des Kerns 21. Durch die Aufnahmen 63 bedingt ist der Durchmesser der kleinsten zylindrischen
Umhüllenden des Grundkörpers 33 etwas größer als der Durchmesser des Kerns 21 in Figur 5a. Aber dennoch ist der Durchmesser der kleinsten zylindrischen Umhüllenden des Grundkörpers 33 kleiner als der maximale Spulendurchmesser 26a. Auch der maximale Kerndurchmesser 21c ist hier kleiner als der maximale Spulendurchmesser 26a. In the exemplary embodiment according to FIG. 5b, too, the maximum outer diameter 26a of the electrical coil 26 (in a radial direction 26d) within the (central) coil plane 26c is greater than the diameter 21d of the smallest cylindrical envelope of the base body 33 of the core 21 63 is conditionally the diameter of the smallest cylindrical Enveloping the base body 33 is somewhat larger than the diameter of the core 21 in Figure 5a. However, the diameter of the smallest cylindrical envelope of the base body 33 is smaller than the maximum coil diameter 26a. The maximum core diameter 21c is also smaller here than the maximum coil diameter 26a.
Figuren 5c und 5d zeigen Fortentwicklungen oder Ausgestaltungen, bei denen auf Wälzkörper 11 vollständig verzichtet wird. Die Kerne 21 weisen nach außen abstehende Übertragungskomponenten 11 auf, die sich von dem Grundkörper 33 aus radial nach außen erstrecken. In Fig. 5c ist die Kammer 110 zwischen dem Kern 21 und dem Drehteil 13 vollständig mit MRF gefüllt. Das Drehteil 13 weist eine zylindrische Innenoberfläche 67 auf. FIGS. 5c and 5d show further developments or configurations in which rolling elements 11 are completely dispensed with. The cores 21 have outwardly projecting transmission components 11 which extend radially outward from the base body 33. In FIG. 5c, the chamber 110 between the core 21 and the rotating part 13 is completely filled with MRF. The rotating part 13 has a cylindrical inner surface 67.
Der maximale äußere Durchmesser 26a der Spule 26 ist größer als der minimale Kerndurchmesser 21b oder der Durchmesser des Grundkörpers 33. Die radiale Erstreckung des Spaltes 5 variiert über dem Umfang. An den äußeren Enden der Übertragungskomponenten 11 liegt nur ein geringes Spaltmaß 65 vor, während ein radialer Abstand 66 zwischen der Bremskomponente 2 und der Bremskomponente 3 an anderen Stellen erheblich größer ist. The maximum outer diameter 26a of the coil 26 is greater than the minimum core diameter 21b or the diameter of the base body 33. The radial extent of the gap 5 varies over the circumference. At the outer ends of the transmission components 11 there is only a small gap 65, while a radial distance 66 between the brake component 2 and the brake component 3 is considerably larger at other points.
Figur 5d zeigt eine Variante von Fig. 5c, bei der zur Verkleinerung des MRF-Volumens 114 die Kammer 110 über einen zylindrischen Abschnitt mit Vergussmasse 28 gefüllt ist. Dadurch sinkt das benötigte Volumen an MRF. Der radiale Abstand 66 wird deutlich verkleinert, bleibt aber erheblich (wenigstens Faktor 2 oder 3 oder 5 oder 10) größer als das radiale Spaltmaß 65. FIG. 5d shows a variant of FIG. 5c, in which the chamber 110 is filled with potting compound 28 via a cylindrical section in order to reduce the MRF volume 114. This reduces the required volume of MRF. The radial distance 66 is significantly reduced, but remains considerably (at least a factor of 2 or 3 or 5 or 10) larger than the radial gap dimension 65.
Dadurch wird sichergestellt, dass der beschriebene Keileffekt auftritt. Die MRF-Partikel verketten sich in den spitzwinkligen Bereichen und bilden eine Art Keil 16, der zu einem erheblichen Bremsmoment führt. In den Figuren 5c und 5d bilden die Übertragungskomponenten 11 eine Art von radialen Armen lld. This ensures that the described wedge effect occurs. The MRF particles are linked in the acute-angled areas and form a type of wedge 16, which leads to a considerable braking torque. In FIGS. 5c and 5d, the transmission components 11 form a type of radial arms 11d.
Figuren 6a bis 6e zeigen eine weitere Ausführungsform einer Gerätekomponente 200, die hier wieder über eine
magnetorheologische Bremseinrichtung 1 verfügt und Bremskomponenten 2 und 3 umfasst. Es wird wieder eine „liegende oder axiale Spule" verwendet, bei der die elektrische Spule 26 in axialer Richtung 20 um den Kern 21 gewickelt ist und wieder einen maximalen radialen Spulendurchmesser 26a aufweist, der größer ist als ein minimaler Kerndurchmesser 21b des Kerns 21 oder als ein Durchmesser des Grundkörpers des Kerns. Auch hier sind die Wälzkörper 11 oder Übertragungselemente 1 nicht über dem vollständigen Umfang angeordnet. Figures 6a to 6e show a further embodiment of a device component 200, which here again has a Has magnetorheological braking device 1 and braking components 2 and 3 comprises. Again, a "lying or axial coil" is used in which the electrical coil 26 is wound around the core 21 in the axial direction 20 and again has a maximum radial coil diameter 26a which is greater than a minimum core diameter 21b of the core 21 or a diameter of the base body of the core. Here, too, the rolling bodies 11 or transmission elements 1 are not arranged over the complete circumference.
Hier ist die Gerätekomponente 200 als haptische Bedieneinrichtung 100 und im Detail als Bedienknopf 101 ausgeführt. Die zweite Bremskomponente 3 ist an dem ersten Ende 111 der geschlossenen Kammer 110 an der Lagerstelle 112 aufgenommen. Außerdem ist die die zweite Bremskomponente 3 an der zweiten Lagerstelle 118 an der ersten Bremskomponente 2 aufgenommen. Hier wird die Lagerung mittels eines Achsstummels 119 mit dem Durchmesser 117 an der zweiten Lagerstelle 118 realisiert. Der Dichtring 46 hindert das magnetorheologische Medium 6 daran, in den Bereich hinter den Achsstummel 119 zu fließen. Here, the device component 200 is designed as a haptic operating device 100 and, in detail, as an operating button 101. The second brake component 3 is received at the first end 111 of the closed chamber 110 at the bearing point 112. In addition, the second brake component 3 is received at the second bearing point 118 on the first brake component 2. Here, the bearing is realized by means of a stub axle 119 with the diameter 117 at the second bearing point 118. The sealing ring 46 prevents the magnetorheological medium 6 from flowing into the area behind the stub axle 119.
Der Durchmesser 117 an der zweiten Lagerstelle 118 ist hier deutlich kleiner ausgeführt als der Durchmesser 116 an der ersten Lagerstelle 112. So wird auch hier bei einer axialen Verschiebung eine Volumenänderung ermöglicht. Temperaturbedingte Volumenänderungen und durch Leckagen bedingte Volumenänderungen können kompensiert werden. Hierzu erfolgt eine relative axiale Verschiebung der ersten Bremskomponente 2 zur zweiten Bremskomponente 3. The diameter 117 at the second bearing point 118 is made significantly smaller here than the diameter 116 at the first bearing point 112. Here too, a change in volume is made possible in the event of an axial displacement. Volume changes caused by temperature and changes in volume caused by leaks can be compensated. For this purpose, the first brake component 2 is axially displaced relative to the second brake component 3.
Außerdem ist auch hier eine Sensoreinrichtung 70 zur Detektion einer Winkelstellung der haptischen Bedieneinrichtung 100 vorhanden. Der Magnetfeldsensor 72 ist in der feststehenden Aufnahme 4 bzw. der ersten Bremskomponente 2 integriert. An der Aufnahme 36 ist das Kabel 45 des Magnetfeldsensors 72, d. h. die Sensorleitung 73 durch die Kabeldurchführung 35 nach außen geführt.
Das erste Achsteil 2 bzw. der Halter der Bremskomponente 2 kann, wie in Figuren 6b und 6c dargestellt, bevorzugt zweiteilig ausgeführt sein. Dadurch wird vor allem die Montage der elektrischen Leitungen und insbesondere der Sensorleitung 73 innerhalb der ersten Bremskomponente 2 vereinfacht. Die Kabel können durch die offene Kabeldurchführung 35 gelegt werden. In addition, a sensor device 70 for detecting an angular position of the haptic operating device 100 is also present here. The magnetic field sensor 72 is integrated in the stationary receptacle 4 or the first brake component 2. The cable 45 of the magnetic field sensor 72, that is to say the sensor line 73, is led to the outside through the cable bushing 35 on the receptacle 36. The first axle part 2 or the holder of the brake component 2 can, as shown in FIGS. 6b and 6c, preferably be designed in two parts. This primarily simplifies the assembly of the electrical lines and, in particular, of the sensor line 73 within the first brake component 2. The cables can be laid through the open cable bushing 35.
In Figur 6d ist die Sensoreinrichtung 70 noch einmal im Detail dargestellt. Die erste Bremskomponente 2 und die hier als Drehteil ausgeführte zweite Bremskomponente 3 sind nur angedeutet (gestrichelte Linien). Die Sensoreinrichtung 70 stützt sich über die Entkopplungseinrichtung 78 an der drehbaren zweiten Bremskomponente 3 magnetisch entkoppelt ab. DieIn Figure 6d, the sensor device 70 is shown again in detail. The first brake component 2 and the second brake component 3, designed here as a rotating part, are only indicated (dashed lines). The sensor device 70 is supported by the decoupling device 78 on the rotatable second brake component 3 in a magnetically decoupled manner. The
Abschirmeinrichtung 75 besteht hier aus drei Abschirmkörpern 76, welche die Streuung des magnetischen Felds 8 der elektrischen Spule 26 vermindern. Darüber hinaus ist außerdem noch eine Trenneinheit 77 zur magnetischen Trennung vorhanden. Die Magnetringeinheit 71 wird zum Messen der Orientierung bzw. des Drehwinkels der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 genutzt. Der Magnetfeldsensor 72 ist innerhalb der ersten Bremskomponente 2 angeordnet. Kleine relative axiale Verschiebungen können außerdem genutzt werden, um ein Herunterdrücken beispielsweise eines Bedienknopfs 101 zu detektieren, vgl. Figur 6e. Shielding device 75 here consists of three shielding bodies 76, which reduce the scattering of the magnetic field 8 of the electrical coil 26. In addition, there is also a separating unit 77 for magnetic separation. The magnetic ring unit 71 is used to measure the orientation or the angle of rotation of the magnetorheological braking device 1. The magnetic field sensor 72 is arranged within the first brake component 2. Small relative axial displacements can also be used to detect a depression of an operating button 101, for example, see FIG. 6e.
Es kann noch eine Push-Pull-Funktion integriert sein. Der Aufbau ist dabei grundsätzlich so wie schon beschrieben. Ein Taster kann betätigt werden und wird automatisch zurückgestellt. Die Durchmesser der beiden Lagerstellen 112, 118 sind dann gleich groß gewählt. Dadurch ändert sich bei einer relativen axialen Verschiebung der ersten Bremskomponente 2 zu der zweiten Bremskomponente 3 das Volumen innerhalb der Kammer 110 nicht.A push-pull function can also be integrated. The structure is basically as already described. A button can be operated and is automatically reset. The diameters of the two bearing points 112, 118 are then selected to be the same. As a result, in the event of a relative axial displacement of the first brake component 2 to the second brake component 3, the volume within the chamber 110 does not change.
Eine Verschiebung der ersten Bremskomponente 2 der Figuren z. B. nach links führt dazu, dass der Abstand des Magnetfeldsensors 72 von der Magnetringeinheit 71 vergrößert bzw. verändert wird. A shift of the first brake component 2 of the figures z. B. to the left leads to the fact that the distance between the magnetic field sensor 72 and the magnetic ring unit 71 is increased or changed.
Die Sensoreinrichtung 70 umfasst neben dem Magnetfeldsensor 72 eine Magnetringeinheit 71 und eine Abschirmeinrichtung 75, um
magnetische Störsignale zu minimieren. In addition to the magnetic field sensor 72, the sensor device 70 comprises a magnetic ring unit 71 and a shielding device 75 to minimize magnetic interference.
Durch eine Axialverschiebung verändert sich das empfangene Signal 68 gemäß der Darstellung von Figur 6e. Figur 6e zeigt den Verlauf der Amplitude 69 des durch den Magnetfeldsensor 72 detektierten Signals 68 in Abhängigkeit zur axialen Verschiebung der Bremskomponenten 2, 3 (horizontale Achse) dargestellt. Durch eine axiale Verschiebung des Magnetfeldsensors 72 gegenüber der Magnetringeinheit 71 verändert sich die Amplitude 69 des detektierten Signals 68. Eine axiale Verschiebung bzw. ein Herunterdrücken eines Bedienknopfs 101 oder eine seitliche Verschiebung z. B. eines Mausrades 106 oder anderen Komponenten kann detektiert werden. Mit dem gleichen Magnetfeldsensor 72 bzw. Sensor kann auch der Drehwinkel erfasst werden, wobei zur Erfassung des Drehwinkels die Richtung des Magnetfeldes ermittelt wird. Die Intensität bestimmt die axiale Position. Aus einer Veränderung des Signals 68 kann deshalb auf eine Betätigung des Tasters zurückgeschlossen werden. Das ist vorteilhaft, da ein einziger (mehrdimensionaler) Hallsensor zur Bestimmung der Winkelposition und der Bestimmung einer Axialposition verwendet werden kann. The received signal 68 changes as a result of an axial displacement as shown in FIG. 6e. FIG. 6e shows the course of the amplitude 69 of the signal 68 detected by the magnetic field sensor 72 as a function of the axial displacement of the brake components 2, 3 (horizontal axis). An axial displacement of the magnetic field sensor 72 with respect to the magnetic ring unit 71 changes the amplitude 69 of the detected signal 68. B. a mouse wheel 106 or other components can be detected. The angle of rotation can also be detected with the same magnetic field sensor 72 or sensor, the direction of the magnetic field being determined to detect the angle of rotation. The intensity determines the axial position. A change in signal 68 can therefore be used to infer an actuation of the pushbutton. This is advantageous because a single (multi-dimensional) Hall sensor can be used to determine the angular position and to determine an axial position.
Die Figuren 7a-c zeigen eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gerätekomponente 200 mit einer haptischen Bedieneinrichtung 100 mit einer magnetorheologischen Brems einrichtung 1, welche hier zur Aufnahme eines Mausrads 106 ausgebildet ist. FIGS. 7a-c show a further embodiment of a device component 200 according to the invention with a haptic operating device 100 with a magnetorheological braking device 1, which is designed here to accommodate a mouse wheel 106.
In Figur 7a ist eine Schnittansicht entlang der Spulenebene 26c dargestellt. Die Gerätekomponente 200 umfasst eine erste Bremskomponente 2 und eine zweite Bremskomponente 3. A sectional view along the coil plane 26c is shown in FIG. 7a. The device component 200 comprises a first brake component 2 and a second brake component 3.
Die erste Bremskomponente 2 umfasst den feststehenden Halter 4, an dem der Kern 21 und der Spulenhalter 516 aufgenommen sind. Der Spulenhalter 516 kann zum Beispiel zweiteilig sein. Der Halter 4 und auch der Spulenhalter 516 bestehen vorzugsweise im Wesent lichen aus einem magnetisch nicht oder nur gering leitfähigem
Material und der Kern 21 besteht aus einem im Wesentlichen gut oder sehr gut magnetisch leitfähigem Material. Ein Verhältnis der magnetischen Leitfähigkeit von Kern 21 zu Halter 4 und/oder Spulenhalter 516 ist vorzugsweise größer 10 oder 100 oder 1000.The first brake component 2 comprises the stationary holder 4 on which the core 21 and the coil holder 516 are received. The spool holder 516 can be in two parts, for example. The holder 4 and also the coil holder 516 are preferably composed essentially of a magnetically non-conductive or only slightly conductive Material and the core 21 consists of a material with a substantially good or very good magnetically conductive material. A ratio of the magnetic conductivity of core 21 to holder 4 and / or coil holder 516 is preferably greater than 10 or 100 or 1000.
Die Stromversorgung der elektrischen Spule 26 erfolgt über die elektrische Verbindung 518 und über die Benutzerschnittstelle 43. Die Wälzkörper 11 sind hier drehbar an den Aufnahmen 63 an dem Spulenhalter 516 aufgenommen. Power is supplied to the electrical coil 26 via the electrical connection 518 and via the user interface 43. The rolling elements 11 are rotatably received here on the receptacles 63 on the coil holder 516.
Die zweite Bremskomponente 3 umfasst ein Drehteil 13, welches hier drehbar an der ersten Bremskomponente 2 aufgenommen und gelagert ist. Das Drehteil 13 besteht besonders bevorzugt aus einem im Wesentlichen gut oder sehr gut magnetisch leitfähigen Material. Es kann das gleiche Material wie das Material des Kerns sein. Ein Verhältnis der magnetischen Leitfähigkeit des Drehteils 13 zu der magnetischen Leitfähigkeit des Halters und/oder des Spulenhalters 516 ist vorzugsweise auch größer 10 oder 100 oder 1000. The second brake component 3 comprises a rotary part 13, which is rotatably received and mounted on the first brake component 2 here. The rotating part 13 is particularly preferably composed of a material that is essentially magnetically conductive or has a very good magnetic conductivity. It can be the same material as the material of the core. A ratio of the magnetic conductivity of the rotating part 13 to the magnetic conductivity of the holder and / or the coil holder 516 is preferably also greater than 10 or 100 or 1000.
Rechts am äußeren Ende ist eine erste (und äußere) Lagerstelle 112 ausgebildet. An dem Drehteil 13 ist eine Halteeinrichtung 79 aufgenommen. Die Halteeinrichtung 79 trägt eine Abschirm einrichtung 75 oder ist einteilig damit ausgebildet. An der Abschirmeinrichtung 75 sind Abschirmkörper 76 der Abschirmeinrichtung 75 aufgenommen oder ausgebildet. An der Halteeinrichtung 79 sind mehrere Aufnahmen 79a (vgl. Fig. 7c) ausgebildet, an welcher hier das drehbare Mausrad 106 angeordnet und befestigt ist. A first (and outer) bearing point 112 is formed on the right at the outer end. A holding device 79 is received on the rotating part 13. The holding device 79 carries a shielding device 75 or is formed in one piece therewith. Shielding bodies 76 of the shielding device 75 are received or formed on the shielding device 75. A plurality of receptacles 79a (see FIG. 7c) are formed on the holding device 79, on which the rotatable mouse wheel 106 is arranged and fastened here.
Zur Dichtung der geschlossenen Kammer 110 sind hier eine Dichtung 38, ein Dichtring 46 (z. B. O-Ring) und eine Dichthülse 517 (vorzugsweise aus Metall) vorgesehen. Der Dichtring 46 ist direkt an dem Halter 4 oder dem Spulenhalter 516 angeordnet. Die Dichthülse 517 umgreift den Dichtring 46. Zwischen der Dichthülse 517 und der Halteeinrichtung 79 ist die Dichtung 38 vorgesehen. Die Dichtlippe 38a liegt hier an der insbesondere metallischen
Dichthülse 517 an. Durch diese innenliegende Dichtfläche wird eine besonders geringe Reibung erzeugt, sodass hier ein vorteilhafter Bedienkomfort gegeben ist. Der Reibradius ist klein und die Reibfläche auch. To seal the closed chamber 110, a seal 38, a sealing ring 46 (e.g. O-ring) and a sealing sleeve 517 (preferably made of metal) are provided here. The sealing ring 46 is arranged directly on the holder 4 or the coil holder 516. The sealing sleeve 517 engages around the sealing ring 46. The seal 38 is provided between the sealing sleeve 517 and the holding device 79. The sealing lip 38a lies here on the, in particular, metallic one Sealing sleeve 517 on. A particularly low friction is generated by this internal sealing surface, so that an advantageous ease of use is provided here. The friction radius is small and so is the friction surface.
Im Bereich des axial äußeren und hier linken Ende des Abschirm körpers 76 ist die Sensoreinrichtung 70 angeordnet. Die Abschirmeinrichtung 75 (und auch die Trenneinheit 77) umfasst die Magnetringeinheit 71 insbesondere U-förmig oder V-Förmig oder dergleichen, wobei die Magnetringeinheit 71 im Inneren des Abschirmkörpers 76 aufgenommen ist. Möglich ist es auch, dass die Magnetringeinheit 71 L-förmig aufgenommen und z. B. axial nur nach außen abgeschirmt wird. Zwischen der Magnetringeinheit 71 und dem Abschirmkörper 76 ist jedenfalls wenigstens eine Trenneinheit 77 vorgesehen, um den Abschirmkörper 76 magnetisch von der Magnetringeinheit 71 zu trennen. In the area of the axially outer and here left end of the shielding body 76, the sensor device 70 is arranged. The shielding device 75 (and also the separating unit 77) comprises the magnetic ring unit 71, in particular in a U-shaped or V-shaped or the like, the magnetic ring unit 71 being received in the interior of the shielding body 76. It is also possible that the magnetic ring unit 71 is received in an L-shape and z. B. is shielded axially only to the outside. In any case, at least one separating unit 77 is provided between the magnetic ring unit 71 and the shielding body 76 in order to magnetically separate the shielding body 76 from the magnetic ring unit 71.
Vorzugsweise ist eine Entkopplungseinrichtung 78 zur magnetischen Entkopplung der Abschirmeinrichtung von der elektrischen Spule 26 umfasst. Die Entkopplungseinrichtung 78 kann durch die Halteinrichtung 79 gebildet werden. A decoupling device 78 for magnetic decoupling of the shielding device from the electrical coil 26 is preferably included. The decoupling device 78 can be formed by the holding device 79.
Der Halter 4 ist hier von einem separaten Schafthalter 514 umfasst. An dem Schafthalter 514 ist die Bremseinrichtung 1 hier aufgenommen und gelagert. The holder 4 is encompassed here by a separate shaft holder 514. The braking device 1 is received and supported here on the shaft holder 514.
Die elektrische Spule 26 weist hier in der Spulenebene 26c einen Durchmesser 26a auf, welcher größer ist als der minimale Durchmesser 21b des Kerns 21 quer zu der Spulenebene 26c. Der Durchmesser 26a ist auch größer als ein Durchmesser des Grundkörpers des Kerns 21. The electrical coil 26 here has a diameter 26a in the coil plane 26c which is greater than the minimum diameter 21b of the core 21 transversely to the coil plane 26c. The diameter 26a is also larger than a diameter of the main body of the core 21.
In Figur 7a ist die Trenneinheit 77 kreuzschraffiert dargestellt und der unmittelbare Bereich des die Trenneinheit 77 umgebenden Abschirmkörpers 76 ist schraffiert eingezeichnet. In der Trenneinheit 77 ist die Magnetringeinheit 71 aufgenommen. In FIG. 7a, the separating unit 77 is shown cross-hatched and the immediate area of the shielding body 76 surrounding the separating unit 77 is shown hatched. The magnetic ring unit 71 is received in the separating unit 77.
In Figur 7b ist die Gerätekomponente 200 in einer Schnittansicht
durch die Spulenebene 26c dargestellt. Die Wicklung der Spule 26 um den Kern 21 ist hier deutlich zu erkennen. Darüber hinaus sind hier vor allem auch die Magnetfeldsensoren 72 zu sehen. In Figure 7b, the device component 200 is in a sectional view represented by the coil plane 26c. The winding of the coil 26 around the core 21 can be clearly seen here. In addition, the magnetic field sensors 72 can also be seen here in particular.
Figur 7c zeigt eine Seitenansicht der Gerätekomponente 200. Das Mausrad 106 ist hier an dem Drehteil 13 der zweiten Bremskomponente 3 aufgenommen. An der Halteeinrichtung 79 sind insgesamt drei Aufnahmen 79a ausgebildet, an der das Mausrad 106 aufgenommen ist. Die Aufnahmen 79a sind gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet. In der Seitenansicht ist nur eine Aufnahme 79a sichtbar dargestellt. Die Aufnahmen 79a können auch an einem von der Halteeinrichtung 79 separaten Bauteil vorgesehen sein. FIG. 7c shows a side view of the device component 200. The mouse wheel 106 is received here on the rotating part 13 of the second brake component 3. A total of three receptacles 79a, on which the mouse wheel 106 is received, are formed on the holding device 79. The receptacles 79a are arranged distributed uniformly over the circumference. Only one receptacle 79a is visible in the side view. The receptacles 79a can also be provided on a component that is separate from the holding device 79.
An der linken Seite sind der Schafthalter 514 und die Benutzerschnittstelle 43 zu erkennen. An dem Drehteil 13 ist ein Montageabsatz 515 zur Aufnahme des Mausrads 106 vorgesehen. The shaft holder 514 and the user interface 43 can be seen on the left-hand side. A mounting shoulder 515 for receiving the mouse wheel 106 is provided on the rotating part 13.
Eine Steuerung der kann erfolgen, wie es analog in der WO 2017/001697 Al in den Figuren 9a bis 9c gezeigt und der zugehörigen allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele erläutert wird. Dabei wird die Gerätekomponente 200 als Drehknopf und haptische Bedienhilfe eingesetzt. Die Steuerung kann auch so erfolgen, wie es in den Figuren 11a bis 11c der WO 2018/215350 Al gezeigt und mit Bezug darauf darin beschrieben ist. The can be controlled, as is shown analogously in WO 2017/001697 A1 in FIGS. 9a to 9c and is explained in the associated general description and the description of the exemplary embodiments. The device component 200 is used as a rotary knob and a haptic operating aid. The control can also take place as it is shown in FIGS. 11a to 11c of WO 2018/215350 A1 and is described therein with reference thereto.
In allen Ausgestaltungen kann der vorzugsweise niederlegierte Stahl ein Restmagnetfeld behalten. Der Stahl wird vorzugsweise regelmäßig oder bei Bedarf entmagnetisiert (u.a. durch ein spezielles Wechselfeld). In all configurations, the preferably low-alloy steel can retain a residual magnetic field. The steel is preferably demagnetized regularly or if necessary (e.g. by a special alternating field).
Bevorzugt wird für die vom Magnetfeld durchflossenen Komponenten der Werkstoff FeSi3P (Siliziumstahl bzw. Silicon Steel) oder ein artverwandter Werkstoffe verwendet. The material FeSi3P (silicon steel or silicon steel) or a related material is preferably used for the components through which the magnetic field flows.
In allen Fällen kann eine Sprach- oder Geräuschsteuerung durchgeführt werden. Mit der Sprachsteuerung kann die
Bremseinrichtung adaptiv gesteuert werden. In all cases, voice or sound control can be carried out. With voice control, the Braking device are controlled adaptively.
Wenn die Dreheinheit nicht gedreht wird, d. h. der Winkel ist konstant, wird vorzugsweise über die Zeit der Strom kontinuier lich verringert. Der Strom kann auch geschwindigkeitsabhängig (Drehwinkelgeschwindigkeit der Dreheinheit) variiert werden.
If the rotating unit is not rotated, ie the angle is constant, the current is preferably continuously reduced over time. The current can also be varied as a function of the speed (angular speed of rotation of the rotary unit).
Bezugszeichenliste : List of reference symbols:
1 Magnetorheologische 23 Drehknopf Bremseinrichtung 24 Außenring 1 Magnetorheological 23 rotary knob braking device 24 outer ring
2 Bremskomponente, Achsteil 25 radiale Richtung 2 brake component, axle part 25 radial direction
3 Bremskomponente, Drehteil 26 Spule, elektrische Spule3 brake component, rotating part 26 coil, electric coil
4 Halter 26a maximaler Durchmesser4 holders 26a maximum diameter
5 Spalt, Kanal 26c Spulenebene 5a Spaltbreite 26d radiale Richtung zu 26c5 gap, channel 26c coil plane 5a gap width 26d radial direction to 26c
6 Medium, 27 Steuereinrichtung magnetorheologisches 28 Vergussmasse Fluid 30 Lager 6 medium, 27 control device magnetorheological 28 casting compound fluid 30 bearing
8 Feld, Magnetfeld 32 Quernut 8 field, magnetic field 32 transverse groove
9 freier Abstand 33 Grundkörper 9 free space 33 base body
10 spitzwinkliger Bereich 35 Kabeldurchführung 10 acute-angled area 35 cable entry
11 Übertragungskomponente, 36 Aufnahme Wälzkörper, Drehkörper 36a Außendurchmesser 11 transmission component, 36 rolling element holder, rotating element 36a outer diameter
11d Arm 37 zylindrische Lauffläche11d arm 37 cylindrical running surface
12 Drehachse 37a Außendurchmesser 12 axis of rotation 37a outer diameter
13 Drehteil, 38 Dichtung 13 rotating part, 38 seal
13a Innendurchmesser 38a Dichtlippe 13b Außendurchmesser 43 Benutzerschnittstelle 13c Höhe 45 Kabel 13d Wandstärke 46 Dichtring 13e Hülsenteil 49 Überzug 13a inner diameter 38a sealing lip 13b outer diameter 43 user interface 13c height 45 cable 13d wall thickness 46 sealing ring 13e sleeve part 49 cover
14 Kugel 50 Konsole 14 ball 50 console
15 Zylinder 61 Winkelsegment 15 cylinder 61 angle segment
16 Keilform, Keil 62 Winkelsegment 16 wedge shape, wedge 62 angled segment
17 Richtung der 63 Aufnahme für 11 Relativbewegung 64 Außenoberfläche 17 Direction of 63 receptacle for 11 relative movement 64 outer surface
18 Richtung der 65 radiales Spaltmaß Relativbewegung 66 radialer Abstand 18 direction of 65 radial gap dimension relative movement 66 radial distance
19 magnetische Partikel 67 Innenoberfläche von 1319 magnetic particles 67 inner surface of 13
20 axiale Richtung 68 Signal 20 axial direction 68 signal
21 Kern 69 Amplitude 21 core 69 amplitude
21b min. Durchmesser von 21 70 Sensoreinrichtung 21c max. Durchmesser von 21 71 Magnetringeinheit 21d Durchmesser von 33 72 Magnetfeldsensor
Sensorleitung 114 Volumen von 110 Taster 115 zweites Ende der Abschirmeinrichtung geschlossenen Kammer Abschirmkörper 116 Durchmesser erstea Aufnahme von 76 Lagerstelle Trenneinheit 117 Durchmesser zweite Entkopplungseinrichtung Lagerstelle Halteeinrichtung 118 zweite Lagerstelle 0 Haptische 119 Achsstummel Bedieneinrichtung 121 Endabschnitt von 2 1 Bedienkopf 122 radiale Richtung (global)2 Daumenwalze 200 Gerätekomponente 3 Computermaus 514 Schafthalter 4 Joystick 515 Montageabsatz 5 Gamepad 516 Spulenhalter 6 Mausrad 517 Dichthülse 0 geschlossene Kammer 518 elektrische Verbindung1 erstes Ende von 110 2 erste Lagerstelle 3 Magnetfelderzeugungs einrichtung
21b min. Diameter of 21 70 sensor device 21c max. Diameter of 21 71 magnetic ring unit 21d diameter of 33 72 magnetic field sensor Sensor line 114 volume of 110 buttons 115 second end of the shielding device closed chamber shielding body 116 diameter first receptacle of 76 bearing point separating unit 117 diameter second decoupling device bearing point holding device 118 second bearing point 0 haptic 119 stub axle operating device 121 end section of 2 1 operating head 122 radial direction (global) 2 thumb roller 200 device components 3 computer mouse 514 shaft holder 4 joystick 515 mounting section 5 gamepad 516 coil holder 6 mouse wheel 517 sealing sleeve 0 closed chamber 518 electrical connection 1 first end of 110 2 first bearing 3 magnetic field generating device
Claims
Ansprüche : Expectations :
1. Gerätekomponente (200) mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung (1) mit einem feststehenden Halter (4) und mit wenigstens zwei Bremskomponenten (2, 3), wobei eine erste Bremskomponente (2) mit dem Halter (4) drehfest verbunden ist und sich in axialer Richtung (20) erstreckt und wobei die zweite Bremskomponente (3) ein sich um die erste Bremskomponente (2) herum drehbares und hohl ausgebildetes Drehteil (13) umfasst, wobei zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente (2, 3) ein umlaufender Spalt (5) ausgebildet ist, wobei der Spalt (5) wenigstens zum Teil mit einem magnetorheologischen Medium (6) gefüllt ist, wobei die erste Bremskomponente (2) einen sich in der axialen Richtung (20) erstreckenden Kern (21) aus einem magnetisch leitfähigen Material und eine elektrische Spule (26) umfasst, die in axialer Richtung (20) um den Kern (21) gewickelt ist und eine Spulenebene (26c) aufspannt, sodass sich ein Magnetfeld (8) der elektrischen Spule (26) quer durch die erste Bremskomponente (2) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler äußerer Durchmesser (26a) der elektrischen Spule (26) in einer radialen Richtung (26d) innerhalb der Spulenebene (26c) größer ist als ein minimaler äußerer Durchmesser (21b) des Kerns (21) in einer radialen Richtung (25) quer zu der Spulenebene (26c). 1. Device component (200) with a magnetorheological brake device (1) with a stationary holder (4) and with at least two brake components (2, 3), a first brake component (2) being connected to the holder (4) in a rotationally fixed manner and in axial direction (20) and wherein the second brake component (3) comprises a rotatable and hollow rotating part (13) around the first brake component (2), with a circumferential gap between the first and second brake components (2, 3) (5) is formed, wherein the gap (5) is at least partially filled with a magnetorheological medium (6), the first braking component (2) having a core (21) extending in the axial direction (20) made of a magnetically conductive Material and an electrical coil (26), which is wound in the axial direction (20) around the core (21) and spans a coil plane (26c), so that a magnetic field (8) of the electrical coil (26) transversely through the first Brak Component (2), characterized in that a maximum outer diameter (26a) of the electrical coil (26) in a radial direction (26d) within the coil plane (26c) is greater than a minimum outer diameter (21b) of the core (21) ) in a radial direction (25) transversely to the coil plane (26c).
2. Gerätekomponente (200) nach Anspruch 1, wobei in dem Spalt (5) wenigstens eine Übertragungskomponente (11) angeordnet ist. 2. Device component (200) according to claim 1, wherein at least one transmission component (11) is arranged in the gap (5).
3. Gerätekomponente (200) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei wenigstens eine Übertragungskomponente (11) als Wälzkörper (11) ausgebildet ist und z. B. einen zylindrischen oder kugelförmigen oder runden oder abgerundeten Querschnitt aufweist.
3. Device component (200) according to the preceding claim, wherein at least one transmission component (11) is designed as a rolling element (11) and z. B. has a cylindrical or spherical or round or rounded cross-section.
4. Gerätekomponente (200) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Teil der4. Device component (200) according to one of the two preceding claims, wherein at least part of the
Übertragungskomponenten (11) aus einem magnetisch leitfähigen Material besteht. Transmission components (11) consists of a magnetically conductive material.
5. Gerätekomponente (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Drehteil (13) eine zylindrische Innenoberfläche (67) aufweist und wobei an wenigstens einem Winkelsegment (61, 62) des Außenumfangs des Kerns (21) wenigstens eine Übertragungskomponente (11) zwischen dem Kern (21) und der zylindrischen Innenoberfläche (67) des Drehteils (13) angeordnet ist. 5. Device component (200) according to one of the preceding claims, wherein the rotary part (13) has a cylindrical inner surface (67) and wherein at least one angular segment (61, 62) of the outer circumference of the core (21) at least one transmission component (11) between the core (21) and the cylindrical inner surface (67) of the rotating part (13) is arranged.
6. Gerätekomponente (200) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei an dem Winkelsegment (61, 62) der Kern (21) wenigstens eine an die Form der Übertragungskomponenten (11) angepasste Aufnahme (63) aufweist. 6. Device component (200) according to the preceding claim, wherein on the angular segment (61, 62) the core (21) has at least one receptacle (63) adapted to the shape of the transmission components (11).
7. Gerätekomponente (200) nach dem vorletzten Anspruch, wobei die Außenoberfläche (64) des Kerns (21) über dem Winkelsegment (61, 62) zylindrisch ausgebildet ist. 7. Device component (200) according to the penultimate claim, wherein the outer surface (64) of the core (21) over the angular segment (61, 62) is cylindrical.
8. Gerätekomponente (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Spule (26) außerhalb des Winkelsegments (61, 62) an dem Kern (21) aufgenommen ist und radial weiter nach außen ragt als die Außenoberfläche (64) des Kerns (21) in dem Winkelsegment (61, 62). 8. Device component (200) according to one of the preceding claims, wherein the electrical coil (26) outside of the angular segment (61, 62) is received on the core (21) and protrudes radially further outward than the outer surface (64) of the core ( 21) in the angle segment (61, 62).
9. Gerätekomponente (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Winkelsegmente (61, 62) ausgebildet sind, an denen Übertragungskomponenten (11) angeordnet sind, wobei wenigstens ein Winkelsegment (61, 62) kleiner 150° ist. 9. Device component (200) according to one of the preceding claims, wherein at least two angular segments (61, 62) are formed on which transmission components (11) are arranged, with at least one angular segment (61, 62) being smaller than 150 °.
10. Gerätekomponente (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Übertragungskomponenten (11) nur in den Winkelsegmenten (61, 62) angeordnet sind.
10. Device component (200) according to one of the preceding claims, wherein transmission components (11) are arranged only in the angular segments (61, 62).
11. Gerätekomponente (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den Übertragungskomponenten (11) und der zylindrischen Innenoberfläche des Drehteils (13) ein kleineres radiales Spaltmaß (65) ausgebildet ist, als ein radialer Abstand (66) zwischen der Spule (26) und der zylindrischen Innenoberfläche (67) des Drehteils (13). 11. Device component (200) according to one of the preceding claims, wherein a smaller radial gap dimension (65) is formed between the transmission components (11) and the cylindrical inner surface of the rotating part (13) than a radial distance (66) between the coil (26 ) and the cylindrical inner surface (67) of the rotating part (13).
12. Gerätekomponente (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kern (21) mit einer Mehrzahl an Übertragungskomponenten (11) fest verbunden ist. 12. Device component (200) according to one of the preceding claims, wherein the core (21) is firmly connected to a plurality of transmission components (11).
13. Gerätekomponente (200) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei wenigstens einige Übertragungskomponenten (11) nach außen abstehende Arme (lld) bilden. 13. Device component (200) according to the preceding claim, wherein at least some transmission components (11) form outwardly projecting arms (lld).
14. Gerätekomponente (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Bremskomponente (2) axial verschieblich aufgenommen ist. 14. Device component (200) according to one of the preceding claims, wherein the first brake component (2) is received axially displaceably.
15. Gerätekomponente (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Sensoreinrichtung (70) umfasst ist, wobei die Sensoreinrichtung (70) wenigstens eine Magnetringeinheit (71) und wenigstens einen drehfest an der ersten Bremskomponente (2) angebundenen sowie radial und/oder axial benachbart zu der Magnetringeinheit (71) angeordneten Magnetfeldsensor (72) zur Erfassung eines Magnetfeldes der Magnetringeinheit (71) umfasst. 15. Device component (200) according to one of the preceding claims, wherein a sensor device (70) is included, wherein the sensor device (70) has at least one magnetic ring unit (71) and at least one non-rotatably connected to the first brake component (2) as well as radially and / or A magnetic field sensor (72) arranged axially adjacent to the magnetic ring unit (71) for detecting a magnetic field of the magnetic ring unit (71).
16. Gerätekomponente (200) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Magnetringeinheit (71) an dem Drehteil (13) befestigt ist. 16. Device component (200) according to the preceding claim, wherein the magnetic ring unit (71) is attached to the rotating part (13).
17. Gerätekomponente (200) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Abschirmeinrichtung (75) zur wenigstens teilweisen Abschirmung der Sensoreinrichtung (70) vor einem Magnetfeld der elektrischen Spule (26). 17. Device component (200) according to one of the two preceding claims, comprising a shielding device (75) for at least partial shielding of the sensor device (70) from a magnetic field of the electrical coil (26).
18. Gerätekomponente (200) nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei die Abschirmeinrichtung (75) wenigstens einen die Magnetringeinheit (71) wenigstens abschnittsweise umgebenden Abschirmkörper (76) umfasst, wobei die Abschirmeinrichtung (75) wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper (76) und der Magnetringeinheit (71) angeordnete Trenneinheit (77) und/oder wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper (76) und dem Drehteil (13) angeordnete magnetische Entkopplungseinrichtung (78) umfasst. 18. Device component (200) according to the preceding claim, wherein the shielding device (75) comprises at least one shielding body (76) surrounding the ring magnet unit (71) at least in sections, the shielding device (75) at least one separating unit (77) and / or arranged between the shielding body (76) and the ring magnet unit (71) and / or comprises at least one magnetic decoupling device (78) arranged between the shielding body (76) and the rotating part (13).
19. Gerätekomponente (200) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Trenneinheit (77) eine um ein Vielfaches geringere magnetische Leitfähigkeit als der Abschirmkörper (76) aufweisen. 19. Device component (200) according to the preceding claim, wherein the separating unit (77) has a magnetic conductivity that is many times lower than that of the shielding body (76).
20. Gerätekomponente (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den Bremskomponenten (2,3) eine geschlossene Kammer (110) ausgebildet ist, und wobei die zweite Bremskomponente (3) an einem ersten Ende (111) der geschlossenen Kammer (110) an der ersten Bremskomponente (2) drehbar aufgenommen ist, wobei die geschlossene Kammer (110) im Wesentlichen mit dem magnetorheologischen Medium (6) gefüllt ist. 20. Device component (200) according to one of the preceding claims, wherein a closed chamber (110) is formed between the brake components (2, 3), and wherein the second brake component (3) at a first end (111) of the closed chamber (110 ) is rotatably received on the first brake component (2), the closed chamber (110) being essentially filled with the magnetorheological medium (6).
21. Gerätekomponente (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Drehteil (13) ein Drehknopf (23) oder ein Drehrad ausgebildet ist. 21. Device component (200) according to one of the preceding claims, wherein a rotary knob (23) or a rotary wheel is formed on the rotary part (13).
22. Gerätekomponente (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Drehteil (13) ein Hülsenteil (13e) aus einem magnetisch leitenden Material umfasst und einen Außenring (24) für das Magnetfeld zur Verfügung stellt. 22. Device component (200) according to one of the preceding claims, wherein the rotary part (13) comprises a sleeve part (13e) made of a magnetically conductive material and provides an outer ring (24) for the magnetic field.
23. Gerätekomponente (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Bremskomponente (2) einen Grundkörper (33) als Kern (21) und die elektrische Spule (26) umfasst. 23. Device component (200) according to one of the preceding claims, wherein the first brake component (2) comprises a base body (33) as a core (21) and the electrical coil (26).
24. Gerätekomponente (200) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Halter (4) eine Aufnahme (36) zur drehfesten Verbindung mit der ersten Bremskomponente (2) aufweist und wobei der Halter (4) eine zylindrische Lauffläche (37) für ein Lager (30) aufweist und das Drehteil (13) drehbar auf dem Halter (4) abstützt. 24. Device component (200) according to one of the preceding Claims, wherein the holder (4) has a receptacle (36) for rotationally fixed connection to the first brake component (2) and wherein the holder (4) has a cylindrical running surface (37) for a bearing (30) and the rotating part (13) rotatably supported on the holder (4).
25. Gerätekomponente (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens eine Benutzerschnittstelle25. Device component (200) according to one of the preceding claims, comprising at least one user interface
(43), ein Bedienpanel, ein Display, ein berührungsempfindliches Display mit oder ohne haptischem Feedback. (43), a control panel, a display, a touch-sensitive display with or without haptic feedback.
26. Gerätekomponente (200) zum Erzeugen einer magnetischen Feldstärke (8) zwischen einer feststehenden und einer sich dazu bewegenden Komponente (2,3) in einem eingeschränktem Bauvolumen mit einer elektrischen Spule (26), einem von der elektrischen Spule (26) umwickelten Kern (21) und mit Übertragungselementen (11), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Spule (26) und der Kern (21) im Querschnitt fast die ganzen Innendurchmesser (13a) ausnutzen und die Übertragungselemente (11) seitlich davon angebracht sind.
26. Device component (200) for generating a magnetic field strength (8) between a stationary component and a component moving to it (2, 3) in a restricted structural volume with an electrical coil (26), a core wrapped by the electrical coil (26) (21) and with transmission elements (11), characterized in that the electrical coil (26) and the core (21) use almost the entire inside diameter (13a) in cross section and the transmission elements (11) are attached to the side thereof.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019135026.3A DE102019135026A1 (en) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Device component with a magnetorheological braking device |
PCT/EP2020/087179 WO2021123278A1 (en) | 2019-12-18 | 2020-12-18 | Device component having a magnetorheological brake device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP4078330A1 true EP4078330A1 (en) | 2022-10-26 |
Family
ID=74181132
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP20839294.4A Pending EP4078330A1 (en) | 2019-12-18 | 2020-12-18 | Device component having a magnetorheological brake device |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230003276A1 (en) |
EP (1) | EP4078330A1 (en) |
CN (1) | CN115004126B (en) |
DE (1) | DE102019135026A1 (en) |
WO (1) | WO2021123278A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021117661A1 (en) | 2021-07-07 | 2023-01-12 | Inventus Engineering Gmbh | operating device |
DE102021213261A1 (en) * | 2021-11-25 | 2023-05-25 | Zf Friedrichshafen Ag | Magnetorheological actuator and rotary control device |
DE102022116018A1 (en) | 2022-06-27 | 2023-12-28 | Inventus Engineering Gmbh | Haptic operating device |
Family Cites Families (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6311810B1 (en) * | 1999-10-21 | 2001-11-06 | Delphi Technologies, Inc. | Magnetorheological fluid damper |
DE10029191A1 (en) * | 2000-06-19 | 2001-12-20 | Philips Corp Intellectual Pty | Haptic control element e.g. for vehicle instrument panel, has gap between electronically controled rotary knob, magnetic circuit filled with magnetorheological liquid, and coil for producing variable braking effect on knob |
US6681905B2 (en) * | 2001-11-30 | 2004-01-27 | Visteon Global Technologies, Inc. | Magnetorheological fluid-controlled vehicle suspension damper |
CN101443572A (en) * | 2004-11-09 | 2009-05-27 | 东北大学 | Electro-rheological fluid brake and actuator devices and orthotic devices using the same |
FR2930654B1 (en) * | 2008-04-29 | 2013-02-08 | Commissariat Energie Atomique | HAPTIC INTERFACE WITH INCREASED BRAKING EFFORT |
US8418819B2 (en) * | 2008-08-22 | 2013-04-16 | Inventus Engineering Gmbh | Movement damping apparatus |
DE102009007209B4 (en) * | 2009-02-03 | 2014-07-03 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Switchable magnetorheological torque or power transmission device, its use and magnetorheological torque or power transmission method |
DE102010055833A1 (en) * | 2010-09-15 | 2012-03-15 | Inventus Engineering Gmbh | Rheological transmission device |
DE102015110634A1 (en) | 2015-07-01 | 2017-01-05 | Inventus Engineering Gmbh | Minicomputer and procedure |
DE102015110633A1 (en) * | 2015-07-01 | 2017-01-05 | Inventus Engineering Gmbh | Haptic operating device and method |
DE102011009406A1 (en) * | 2011-01-25 | 2012-07-26 | Dt Swiss Ag | Shock absorber for a bicycle |
TWI391578B (en) * | 2011-02-22 | 2013-04-01 | Univ Nat Taipei Technology | Magneto-rheological fluid brake |
FR3026552B1 (en) * | 2014-09-29 | 2017-12-22 | Commissariat Energie Atomique | DEVICE FOR HAPTIC INTERFACE WITH REDUCED VACUUM TORQUE |
FR3029308B1 (en) * | 2014-12-02 | 2017-12-22 | Commissariat Energie Atomique | HAPTIC INTERFACE HAPPENED IMPROVED, IN PARTICULAR IN THE REPRODUCTION OF A STROKE |
DE102015104927A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | Inventus Engineering Gmbh | Damper for damping a relative movement |
FR3042046B1 (en) * | 2015-10-06 | 2017-10-20 | Commissariat Energie Atomique | HYBRID HAPTIC INTERFACE HAPPENED WITH IMPROVED HAPPINESS |
JP6613109B2 (en) * | 2015-11-09 | 2019-11-27 | 不二ラテックス株式会社 | Rotation resistance device |
JP6684606B2 (en) * | 2016-02-18 | 2020-04-22 | アルプスアルパイン株式会社 | Operating device |
JP6544804B2 (en) * | 2016-03-22 | 2019-07-17 | アルプスアルパイン株式会社 | Input device |
DE102016118920B4 (en) * | 2016-03-31 | 2019-07-11 | Inventus Engineering Gmbh | exerciser |
DE102017103811A1 (en) * | 2017-02-24 | 2018-08-30 | Inventus Engineering Gmbh | Suspension component with a rotary damper |
DE102017111031A1 (en) | 2017-05-20 | 2018-11-22 | Inventus Engineering Gmbh | Haptic control device |
KR101991013B1 (en) * | 2017-10-30 | 2019-06-19 | 현대로템 주식회사 | Magnetorheololgical fluid brake device with self-generating function |
CN111512260B (en) * | 2017-12-28 | 2022-06-28 | 阿尔卑斯阿尔派株式会社 | Input device |
DE102018100390A1 (en) * | 2018-01-10 | 2019-07-11 | Inventus Engineering Gmbh | Magnetorheological braking device |
-
2019
- 2019-12-18 DE DE102019135026.3A patent/DE102019135026A1/en active Pending
-
2020
- 2020-12-18 WO PCT/EP2020/087179 patent/WO2021123278A1/en unknown
- 2020-12-18 US US17/784,739 patent/US20230003276A1/en active Pending
- 2020-12-18 EP EP20839294.4A patent/EP4078330A1/en active Pending
- 2020-12-18 CN CN202080092645.6A patent/CN115004126B/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115004126B (en) | 2023-10-27 |
US20230003276A1 (en) | 2023-01-05 |
CN115004126A (en) | 2022-09-02 |
WO2021123278A1 (en) | 2021-06-24 |
DE102019135026A1 (en) | 2021-06-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3737873B1 (en) | Magnetorheological brake device | |
DE102020106335B3 (en) | Magnetorheological braking device | |
EP3625651B1 (en) | Haptic operating device for a motor vehicle | |
EP4078330A1 (en) | Device component having a magnetorheological brake device | |
DE102020133248B4 (en) | Haptic operating device with a magnetorheological braking device and method | |
DE102020126971B4 (en) | Haptic operating device with a magnetorheological braking device | |
DE102021126498A1 (en) | Haptic operating device with a magnetorheological braking device and method | |
DE68911238T2 (en) | Rotational speed sensor unit. | |
DE102020117087A1 (en) | Haptic operating device with a magnetorheological braking device and a rotatable operating part for vehicles | |
DE102006057917A1 (en) | Inductive sensor device has electrical coils, where corresponding coil core with section that tapers form adjacent section of constant cross section stepwise in coil core longitudinal direction | |
DE102019135027B3 (en) | Device component for a magnetorheological braking device with temperature compensation | |
DE102020117080A1 (en) | Haptic operating device with a magnetorheological braking device and a rotatable operating part | |
DE102021107573B4 (en) | Magnetorheological braking device, in particular operating device | |
WO2022234037A1 (en) | Magnetorheological braking device, more particularly operating apparatus | |
WO2022023557A1 (en) | Haptic operating device with a brake device and a rotatable operating part | |
EP4229312A1 (en) | Magnetorheological braking device | |
DE102019135030B4 (en) | Magnetorheological braking device, in particular operating device | |
EP4334604A1 (en) | Magnetorheological braking device, in particular operating apparatus | |
WO2021224436A1 (en) | Control device and computer mouse |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: UNKNOWN |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE |
|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 20220714 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
DAV | Request for validation of the european patent (deleted) | ||
DAX | Request for extension of the european patent (deleted) |