EP4078331A1 - Magnetorheologische bremseinrichtung - Google Patents
Magnetorheologische bremseinrichtungInfo
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- EP4078331A1 EP4078331A1 EP20839297.7A EP20839297A EP4078331A1 EP 4078331 A1 EP4078331 A1 EP 4078331A1 EP 20839297 A EP20839297 A EP 20839297A EP 4078331 A1 EP4078331 A1 EP 4078331A1
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- EP
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- magnetic field
- braking device
- magnetorheological
- core
- magnetorheological braking
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D57/00—Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders
- F16D57/002—Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders comprising a medium with electrically or magnetically controlled internal friction, e.g. electrorheological fluid, magnetic powder
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- 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
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- 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
- G05G1/10—Details, e.g. of discs, knobs, wheels or handles
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- 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
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- G06F3/03543—Mice or pucks
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Definitions
- the invention relates to a magnetorheological braking device with a stationary holder and with at least two braking components and / or damper components.
- the magnetorheological braking device according to the invention can be used in a wide variety of technical fields for braking relative movements to one another.
- the magnetorheological braking device according to the invention 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 Among other things, Motor vehicles, aviation and aircraft, ships, boats, agricultural engineering (tractors, combine harvesters, harvesting machines, other field machines for agriculture), construction machinery and machines for material handling (forklifts %) or for medical or industrial systems are used.
- the invention can also be used in the operation or as an input device for washing machines, kitchen / household appliances and devices, radios,
- Magnetorheological fluids for example, have very fine ferromagnetic particles such as carbonyl iron powder distributed in an oil.
- magnetorheological fluids spherical particles with a production-related Diameters from 1 to 10 mpi 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 structural shape 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 been shown, in particular in the case of rotary or control knobs with a relatively small diameter, that an extension of the rolling elements does not necessarily lead to an increase in the maximum Generable braking torque leads. 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. 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.
- magnetorheological braking device having the features of claim 1.
- Preferred developments of the invention are the subject matter of the subclaims. Further advantages and features of the magnetorheological braking device emerge from the general description and the description of the exemplary embodiments.
- a magnetorheological braking device has a stationary holder and at least two braking components.
- One of the two brake components is non-rotatably connected to the holder and the two brake components are relative to one another continuously rotatable.
- a first braking component extends in an axial direction.
- the second brake component comprises a casing part which can be rotated around the first brake component and is hollow.
- a circumferential gap which is at least partially and in particular completely filled with a magnetorheological medium is formed between the first and the second brake component.
- the magnetorheological medium wets the brake components.
- the first brake component comprises (at least) one electrical coil and a core made of a magnetically conductive material and extending in the axial direction.
- the core comprises a base body.
- Magnetic field concentrators formed on the core and / or magnetic field concentrators formed on the shell part protrude into the gap, so that a circumferential gap with a gap height that is variable (over the circumferential angle) results.
- the electrical coil is wound around at least one section of the core, so that a magnetic field of the electrical coil runs through the core and the magnetic field concentrators and through the (axially and / or radially extending) gap into a wall of the shell part.
- the magnetic field concentrators preferably extend over at least one angular segment over the outer circumference of the core.
- 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 has 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 be.
- 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 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 arises from the fact that the magnetic field concentrators are firmly connected to the core or the shell part and, in particular, are connected to it in one piece. This enables a particularly simple structure. It has surprisingly been found that the magnetic field concentrators do not have to be designed as self-rotating or rotatable rolling elements, but that fixed magnetic field concentrators also reliably and reproducibly provide a strong increase in the braking torque that can be generated.
- the magnetic field concentrators can either be manufactured separately and firmly connected to the core or the shell part and z. B.
- the magnetic field or the magnetic field lines preferably run transversely through the first or inner one Braking component.
- An extension of the first braking component then increases the possible magnetic flux and thus the braking torque with the same diameter.
- the core diameter which is usually not constructively larger, then does not restrict the magnetic flux.
- the magnetic field concentrators form transmission components.
- the magnetic field concentrators or the transmission components are at least partially and in particular essentially completely or completely surrounded by a magnetorheological medium.
- a magnetorheological fluid is preferably used as the magnetorheological medium.
- a plurality of magnetic field concentrators are preferably arranged distributed over the circumference of the gap.
- the magnetic field concentrators are not around themselves but rotate with the braking component to which they are attached. This results in a relative movement in the gap during rotation.
- 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.
- the magnetorheological braking device comprises a stationary holder and at least two brake components, one of the two brake components being non-rotatably connected to the holder and the two brake components being continuously rotatable relative to one another, with a first brake component extending in the axial direction and with the
- the second brake component comprises a shell part which extends around the first brake component and is hollow and at least in sections cylindrical on the inside, wherein between the first and the second Brake component a circumferential and at least partially filled with a magnetorheological medium gap is formed.
- the first brake component comprises at least one electrical coil and a core made of a magnetically conductive material extending in the axial direction, the core comprising a base body and outwardly protruding core contours as magnetic field concentrators, so that a circumferential gap (with over the circumferential angle) variable gap height results, and wherein the electrical coil is wound around at least a portion of the core, so that a magnetic field of the electrical coil through the core and through at least one outwardly protruding core contour formed thereon as a magnetic field concentrator and through which (axially or radially) to the outside subsequent gap runs into a wall of the shell part.
- the magnetic field concentrators extend over at least one angular segment over the outer circumference of the core.
- each angular segment is smaller than 150 °.
- no magnetic field concentrator is arranged outside the angular segment (or the angular segments).
- At least one angular range is provided concentrators without a magnetic field.
- An angular range without magnetic field concentrators is preferably provided between at least two angular segments.
- at least two opposite angular areas are provided without magnetic field concentrators.
- an angular range (without magnetic field concentrators) is greater than 10 ° or 15 ° or 30 ° or preferably greater than 45 ° or greater than 60 ° and can reach 75 ° and exceed it by far.
- an angular range has a size between 45 ° and 135 ° and preferably between 75 ° and 135 °.
- the electrical coil wound around the core in the axial direction is preferably outside the angular segment (or the WinkelSegmente) added to the core.
- the electrical coil then particularly adjoins the surface. This means in particular that the electrical coil is received in the angular region or in the angular regions on the core.
- the angular segments and the angular ranges complement each other at least substantially or completely to form 360 °.
- Angular segments and angular regions are preferably arranged alternately over the circumference.
- At least one magnetic field concentrator has a cross-sectional area that tapers towards the distal end.
- At least one magnetic field concentrator is preferably rounded at the distal end.
- the core has a plurality of arms and / or the jacket part has a plurality of arms
- Arms project radially outward and / or axially to the side from the core. Arms preferably protrude radially inwards and / or axially to the side from the casing part.
- At least one arm is surrounded by an electrical coil.
- a plurality of arms are each surrounded by an electrical coil.
- a radial length of a (radially protruding) arm is smaller than a length of the arm in the axial direction.
- At least one electrical coil is preferably wound around the axis and essentially generates a magnetic field in the axial direction (radial coil).
- At least one electrical coil is wound around the core in the axial direction and essentially generates a magnetic field in the radial direction (lying coil).
- the magnetic field concentrators form a star-shaped outer contour (in cross section).
- the casing part preferably has a cylindrical inner surface over at least one axial section.
- a maximum (outer) diameter of the electrical coil in a radial direction within a or the coil plane is preferably greater than a minimum (outer) diameter of the core in a radial direction transverse and in particular almost perpendicular or also perpendicular to the coil plane.
- the minimum diameter does not have to be perpendicular to the plane of the coil.
- the electrical coil extends axially around at least one arm.
- a radial gap height between an outer end of an arm and an inner surface of the casing part is smaller than a radial gap dimension between the outer surface of the first brake component next to the arm and the inner surface of the casing part.
- the surface of the base body can be formed.
- MRF magnetorheological fluid
- the second brake component is preferably accommodated axially displaceably or displaceably on the first brake component in order to enable volume compensation in the event of temperature changes.
- the second brake component is rotatably received on the first brake component via two bearing points of different outer diameters in order to effect a change in volume in a chamber formed between the first and the second brake component by means of an axial displacement.
- at least one shielding device is included for at least partial shielding of the sensor device from a magnetic field of the electrical coil or for shielding other magnetic fields.
- the shielding device preferably comprises at least one shielding body surrounding the ring magnet unit at least in sections, the shielding device comprising at least one separating unit arranged between the shielding body and the ring magnet unit and / or at least one magnetic decoupling device arranged between the shielding body and the jacket part.
- the separating unit and / or the decoupling device have a magnetic conductivity that is many times lower than that of the shielding body.
- the shielding device can consist of several parts and, for. B. comprise at least one or two axial ring washers and at least one ring sleeve.
- the shielding device and the magnetic ring unit are arranged at a distance from one another.
- a spacer can be arranged in between.
- a plastic part such as an injection-molded part can be arranged between them and hold the parts at a defined distance from one another.
- a closed (and externally sealed) chamber is preferably formed between the brake components.
- the second brake component is rotatably received at a first end of the closed chamber on the first brake component (at a first bearing point) and in particular is supported, the closed chamber being substantially or completely filled with the magnetorheological medium.
- the second brake component is axially displaceably received on the first brake component and in particular stored, so that a volume of the closed chamber changes by a relative axial displacement of the brake components in order to compensate for temperature-related volume changes.
- the electrical coil is wound around the core in the axial direction and essentially generates a magnetic field in the radial direction. Then there is the advantage that a stronger braking torque can be generated by extending a magnetic field concentrator in the axial direction. Simultaneously with the lengthening of the magnetic field concentrator, the electrical coil, which extends in the longitudinal direction of the first braking component, can also be lengthened (meaningfully). 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, an increase in the length of the first braking component in the axial direction also increases 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.
- the magnetic field concentrators consist of a magnetically conductive material. It is also possible for some of the transmission components to consist of a magnetically non-conductive material. If magnetic field concentrators made of a magnetically conductive material are used and transmission components made of a magnetically non-conductive material are used at the same time, the magnetic field is concentrated in the area of the magnetically conductive magnetic field concentrators. This leads to the concentration of the magnetic field (increase of the magnetic field strength) and to a local amplification (magnetic field line concentration). For example, the increases magnetic field strength in the gap from values of less than 350 kA / m to values of up to 1,000 kA / 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 higher braking torques.
- Magnetic field concentrator are very small and designed as a continuous disc (closed contour). Out
- the star contour or similarly configured radially or axially protruding arms with interrupting spaces 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).
- 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.
- the first braking component can be made axially longer, which is not a disadvantage or a minor disadvantage in terms of installation space.
- the casing part is formed on a rotary knob or rotary wheel or includes one.
- the rotary part can preferably be formed in one piece with the rotary knob or rotary wheel.
- it is preferred that the rotary knob or the casing part is designed "pot" -shaped.
- the "cover" of the casing part can be connected in one piece to a rotary part designed as a sleeve part or fastened to it separately.
- the casing 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 runs through the first braking component and passes through the gap at the magnetic field concentrators, which are designed to be magnetically conductive.
- the magnetic field enters the shell part from the magnetic field concentrators. There the magnetic field lines run back before the magnetic field lines re-enter the first braking component. There is thus a closed magnetic circuit or closed magnetic field lines.
- the disclosure of this document is fully incorporated into this Registration recorded.
- the braking torque in the present invention is also generated by the wedge effect on the magnetic field concentrators, even if the magnetic field concentrators cannot rotate around themselves, but are attached to the first or second brake component.
- At least one radial wall thickness of the casing part or the sleeve part of the casing part is at least half as large as a gap width of the gap and / or a radial length of a magnetic field concentrator.
- a radial wall thickness (of the sleeve part) of the casing part is preferably greater than 3/4 of the gap width of the gap.
- the radial wall thickness (of the sleeve part) of the casing part can in particular also be greater than a radial length of a magnetic field concentrator.
- a sufficient wall thickness of the jacket part made of a magnetically conductive material or the sleeve part of the rotating part 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 magnetic field concentrator in the axial direction. If the magnetic field concentrator 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 magnetic field concentrator. The magnetic field can practically only pass through the gap in the sections in which there is a magnetic field concentrator.
- a length of the gap in the axial direction is preferably at least twice as great as a length of a magnetic field concentrator in the axial direction. It is also possible and preferred that two or more
- 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. It is also possible that, for example, a ball for mounting a rotary knob is included, which can be arranged centrally at the distal end in order to provide a simple mounting between the first brake component and the second brake component.
- the electrical coil When using a “horizontal coil”, the electrical coil can be wound in axial grooves and transverse grooves of the cylindrical base body (the first braking component). When using a “radial coil”, the electrical coil can be wound in a circumferential groove.
- the respective grooves are preferably at least partially filled 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 casing part rotatably on the holder.
- a seal for sealing the gap is preferably arranged on the cylindrical running surface, the seal in particular is 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.
- 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 is preferably attached to a console or another component.
- a device component comprises at least one magnetorheological braking device, as described above.
- a device component can comprise at least one user interface, a control panel, a display, a touch-sensitive display with or without haptic feedback and / or at least one sensor.
- a haptic operating device that comprises at least one magnetorheological braking device is also possible.
- 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 also included.
- 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.
- a pressure-sensitive sensor it is possible for a pressure-sensitive sensor to be attached to the holder or to attach a sensor to the holder such a sensor is assigned.
- a pressure-sensitive sensor can be attached in the holder.
- a piezo sensor 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.
- a difference between a clear inside diameter (of the sleeve part) of the casing part and an outside diameter of the first brake component is greater than 3 mm and less than 90 mm. It is also preferred that an outer diameter of the (sleeve part) jacket part is between 5 mm or 10 mm and 120 mm. The height of the casing part is preferably between 5 mm and 120 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 works particularly preferably according to the basic principle of wedge clamping, with a magnetic field concentrator grazing past the walls at a certain distance.
- the wedge effect is created by a magnetic field, so that a high braking torque can be generated.
- the diameter of the first braking component does not have to be selected larger, to pass through 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 considerably 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 agnetorheological braking device and scaling can be made possible by simple means.
- Magnetic field concentrators are always exposed to a corresponding magnetic flux density.
- the magnetic field strength of the "wedge" on the magnetic field concentrators can be selected to be higher than in the prior art. Long magnetic field concentrators or several axially offset magnetic field concentrators 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 magnetic field concentrators and closes over the (sleeve part or) the jacket part or the outer cylinder.
- the magnetic field lines close once in one and, for example, the lower or left and once in the other and, for example, the upper or right half of the shell part.
- the magnetic flux thus runs essentially two-dimensionally, regardless of how long or high the
- Magnetic field concentrators are formed. Any scaling in length can thereby be achieved, since the magnetic field transmission area grows with it.
- electrical coils radial coils
- the cross-sectional area in the core remains the same and can form a needle eye for the magnetic field as long as the diameter is not changed.
- a larger diameter of the first brake component also changes the space requirement, the installation dimensions and the weight of the magnetorheological braking device. It is advantageous that the fixed magnetic field concentrators now used do not change the speed of the rolling elements, which can be disadvantageous.
- the braking effect of one magnetic field concentrator that extends long in the axial direction can be better than that of two short ones that 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 jacket part of between approximately 5 and 80 mm (+/- 20%), in preferred embodiments approximately 10 to 40 mm.
- the invention provides an advantageous magneto-rheological braking device ("MRF brake").
- MRF brake magneto-rheological braking device
- the outer diameter of the MRF brake is usually specified, especially in haptic applications. There are ergonomic guidelines here so that the outside diameter is also larger (button or thumbwheel or mouse wheel outside diameter; area for the fingers).
- 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 finger (s) 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) for the well-being during actuation (operating quality ) are important).
- the electrical coil (electrical coil) can extend axially in preferred configurations.
- the magnetic field generated by the coil then goes radially through the core, then through the Magnetic field concentrators and closes over the outer cylinder (each by the opposite halves). This always remains the same, no matter how high (or long) the rolling element or 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.
- a flat material made of copper or another suitable material can also be used.
- the core, the magnetic field concentrators 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.
- the core together with the electrical coil and potting compound are preferably centered and fixed in a "holder" (force-fit or form-fit connection) and the counter torque is transferred to a console or base plate or mounting plate or a housing.
- the holder preferably has a bore through which the 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 be fed through this opening.
- a sealing element e.g. O-ring
- 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 shell part. This reduces the manufacturing costs of the shell part, there is no production-related paragraph (turning) required.
- the preferred roll body height is between 3 and 6 mm, but can also be 1 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.
- a decorative or other element can be attached over the outer cylinder or the shell part, e.g. B. a rubberized button.
- a sphere or a spherical, spherical or spherical component (can also be a hemisphere) between the outer cylinder and the casting 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.
- the maximum torque that can be generated depends on the selected inlet angle for the arms or the respective distal ones Ends of the magnetic field concentrators.
- the angle and the surface length generated by the outer design of the radial end of the arms and the mating surface influence the maximum torque that can be generated and the reaction time when a magnetic field or the field strength is built up in the active gap.
- Flatter (smaller) inlet angles and / or longer surfaces increase the torque that can be achieved. Larger (steeper) inlet angles and / or shorter surfaces shorten the response time.
- FIG. 2 shows a cross section of a further device component with a magnetorheological braking device
- FIGS. 3a-3b show schematic cross sections of the magnetorheological braking device according to FIG. 2;
- Figure 4 shows another cross section of a magnetorheological braking device
- FIG. 5 shows further schematic cross sections of a magnetorheological braking device in section
- FIGS. 7a-7e show a further device component
- Figures 8a-8c possible torque curves over the angle of rotation of a magnetorheological braking device of a device component according to the invention.
- Figures la to lf show several device components 200 according to the invention in which the magnetorheological 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 is attached via the console 50.
- the control button 101 is operated via the jacket part 13 or 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.
- Figure le shows a joystick 104 as a haptic operating device 100, in which an agnetorheological braking device 1 is housed.
- 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 casing part 13 or rotating part 13 or sleeve part 13e, which is rotatably received.
- the torque required to rotate the casing part 13 or 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 designed, for example, as a display device or also as a touch-sensitive input option (touchpad, movement and gesture control, image recognition ).
- 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 device component 200 according to the invention in section with a magnetorheological braking device 1 according to the invention.
- the transverse grooves 32 in which the electrical coil 26 of the magnetic field generating device 113 is wound at the axial ends of the core 21 can be seen.
- the electrical coil 26 is wound around the axis 12 in the axial direction and essentially generates a magnetic field in the radial direction.
- 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.
- a length or height 13c of the magnetic field concentrator 80, 81 and the jacket part 13 or the sleeve part 13e or the second Braking component 3 in the axial direction 20 is preferably between 1 mm and 100 mm or 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 jacket part 13 as a whole is magnetically conductive and serves to close the magnetic circuit.
- a wall thickness 13d between the outer diameter 13b and the inner diameter 13a of the sleeve part 13e is preferably at least half as large as a radial extension of the magnetic field concentrators 80.
- FIGS. 3a and 3b show various schematic cross sections of the magnetorheological braking device 1, which can be used in the device components 200 according to FIG. 2 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 casing part 13 which can rotate around the first brake component 2 and is hollow and cylindrical on the inside.
- the gap 5 running around between the first and second brake components 2, 3 can be seen.
- the gap 5 is here at least partially and in particular completely filled with a magnetorheological medium 6.
- the magnetic field concentrators 80 protrude radially outward from the base body of the core 21.
- the course of the magnetic field 8 is shown by way of example in FIG. 3a.
- the maximum outer diameter 26a of the coil 26 is larger than the minimum core diameter 21b.
- the radial extension of the gap 5 varies over the circumference.
- FIG. 4 shows two schematic cross sections of other embodiments in which the magnetic field concentrators 80 are formed by individual, outwardly protruding radial arms 83, the radial arms 83 being formed in one piece with the core 21 and made of a material with good magnetic conductivity.
- each individual arm 83 is wrapped around by an electrical coil 26 of the magnetic field generating device 113.
- the electrical coils 26 are preferably controlled jointly.
- the distal and here radially outer ends 82 of the arms 83 can be wedge-shaped, rounded or also angular. With radially inwardly projecting arms 83 as
- Magnetic field concentrators 81 can accordingly have the radially inner end as a distal end 82 wedge-shaped, rounded or also angular. The shape influences the maximum torque that can be generated and the reaction time.
- 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 at the second end 115 of the closed chamber 110 on the first brake component 2.
- the diameter 117 at the second bearing point 118 is here It is made significantly smaller than the diameter 116 at the first bearing point 112.
- a change in volume is also made possible here 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, there is a relative axial displacement of the first brake component 2 to the second brake component 3.
- a compensation channel 120 can be provided which connects the two areas near the bearing points 112, 118 with one another.
- the first axle part or the holder 4 of the brake component 2 can, as shown in FIGS. 7b and 7c, 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 magnetorheological braking device 1 used.
- 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. 7e.
- FIG. 8 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 sensor or magnetic field sensor 72, the direction of the magnetic field 8 being determined in order to detect the angle of rotation.
- the intensity determines the axial position.
- a change in the signal 68 can therefore be used to infer that the pushbutton 74 has been actuated. This is advantageous because a single (multi-dimensional) Hall sensor can be used to determine the angular position and to determine an axial position.
- FIG. 8a shows a variant in which a rotary knob is used as a haptic operating aid.
- the rotation resistance is shown over the rotation angle.
- a left end stop 228 and a right end stop 229 can be generated. If you continue to turn the rotary knob 23 there is a high Magnetic field 8 or stop torque 238 is generated, as a result of which the rotary knob 23 opposes a high resistance to a rotary movement.
- the user receives the haptic feedback from an end stop 228, 229.
- the rotary movement can be rasterized or generated. For example, this can be used to navigate through a graphical menu and select menu items.
- a first grid point 226 is provided directly next to the left end stop 228, a first grid point 226 is provided. B. corresponds to a first menu item. If the next menu item is to be selected, the rotary knob 100 must be turned clockwise.
- the dynamically generated higher magnetic field 8 or detent torque 239 or its frictional torque must be overcome before the next grid point 226 is reached.
- a constant magnetic field 8 is generated for a certain angular range at the grid points 226 and at the areas in between, which is considerably lower at the grid points than in the areas in between and again significantly less than at the stops 228, 229.
- An angular distance 237 between individual grid points can be changed dynamically and is adapted to the number of available grid points 226 or menu items.
- FIG. 8b shows a variant in which the magnetic field does not rise suddenly towards the end stops 228, 229, but rather takes a steep course. Furthermore, ramp-like gradients of the magnetic field are provided at the grid points 226 on both sides of the rotation, whereby the resistance to rotation increases in the corresponding directions of rotation.
- the same operating device 100 only three grid points 226 are made available, the angular spacing 237 of which is greater than in the example according to FIG. 8a.
- FIG. 8c shows a variant in which there is less resistance to rotation between individual grid points 226 and only an increased magnetic field 239 is generated directly adjacent to the raster points 226 in order to enable the individual raster points 226 to snap into place and, at the same time, to provide only a low rotational resistance between individual raster points 226.
- the basic moment 240 acts in between.
- the operating modes of FIGS. 8a, 8b and 8c or a mixture of the operating modes may be selected using voice commands.
- the user selects a function (volume, station selection %) by voice input (with local or remote voice recognition, e.g. via Alexa, Amazon Echo, Siri, Google voice input ).
- 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 similar material is preferably used for the components through which the magnetic field 8 flows.
- voice or sound control can be carried out. With the voice control, the braking device 1 can be 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).
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Abstract
Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) mit einem feststehenden Halter (4) und mit zwei Bremskomponenten (2, 3), wobei eine der beiden Bremskomponenten (2, 3) mit dem Halter (4) drehfest verbunden ist und wobei die beiden Bremskomponenten (2, 3) relativ zueinander kontinuierlich drehbar sind, wobei sich eine erste Bremskomponente (2) in axialer Richtung (20) erstreckt und wobei die zweite Bremskomponente (3) ein sich um die erste Bremskomponente (2) herum erstreckendes hohl ausgebildetes Mantelteil (13) umfasst. Zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente (2, 3) ist ein umlaufender und mit einem magnetorheologischen Medium (6) gefüllter Spalt (5) ausgebildet. Die erste Bremskomponente (2) umfasst eine elektrische Spule (26) und einen sich in der axialen Richtung (20) erstreckenden Kern (21) aus einem magnetisch leitfähigen Material, wobei der Kern (21) einen Grundkörper (33) umfasst. An dem Kern ausgebildete Magnetfeldkonzentratoren (80, 81) und/oder an dem Mantelteil ausgebildete Magnetfeldkonzentratoren (80, 81) ragen in den Spalt (5) hinein, sodass sich ein umlaufender Spalt (5) mit veränderlicher Spalthöhe (5b) ergibt. Die elektrische Spule (26) ist um wenigstens einen Abschnitt des Kerns (21) gewickelt, sodass ein Magnetfeld (8) der elektrischen Spule (26) durch den Kern (21) und die Magnetfeldkonzentratoren (80, 81) und durch den Spalt (5) in eine Wandung des Mantelteils (13) hinein verläuft.
Description
Magnetorheologische Bremseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine magnetorheologische Bremseinrichtung mit einem feststehenden Halter und mit wenigstens zwei Bremskomponenten und/oder Dämpferkomponenten. Die erfindungsgemäße magnetorheologische Bremseinrichtung kann auf vielfältigen technischen Gebieten zum Abbremsen von Relativbewegungen zueinander eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße magnetorheologische 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, Mähdreschern, Erntemaschinen, sonstigen Feldmaschinen für die Landwirtschaft), Baumaschinen und Maschinen für das Material Handling (Gabelstapler...) 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 als Computermaus oder als Drehrad in einer Computermaus oder Controllern, Spielkonsolen, Gamingequipment, Drehknopf in einer Tastatur oder anderen Geräten verwendet werden.
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 mpiverwendet, 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.
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.
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 Wälzkörper 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 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.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine magnetorheologische 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.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine magnetorheologische Bremseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der magnetorheologischen Bremseinrichtung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Eine erfindungsgemäße magnetorheologische Bremseinrichtung weist einen feststehenden Halter und wenigstens zwei Bremskomponenten auf. Eine der beiden Bremskomponente ist mit dem Halter drehfest verbunden und die beiden Bremskomponenten sind relativ zueinander
kontinuierlich drehbar. Eine erste Bremskomponente erstreckt sich in einer axialen Richtung. Die zweite Bremskomponente umfasst ein sich um die erste Bremskomponente herum drehbares und hohl ausgebildetes Mantelteil. Zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente ist ein umlaufender und wenigstens zum Teil und insbesondere vollständig mit einem magnetorheologischen Medium gefüllter Spalt ausgebildet. Dabei benetzt das magnetorheologische Medium die Bremskomponenten. Die erste Bremskomponente umfasst (wenigstens) eine elektrische Spule und einen sich in der axialen Richtung erstreckenden Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material. Der Kern umfasst einen Grundkörper. An dem Kern ausgebildete Magnetfeldkonzentratoren und/oder an dem Mantelteil ausgebildete Magnetfeldkonzentratoren ragen in den Spalt hinein, sodass sich ein umlaufender Spalt mit (über dem Umfangswinkel) veränderlicher Spalthöhe ergibt. Die elektrische Spule ist um wenigstens einen Abschnitt des Kerns gewickelt, sodass ein Magnetfeld der elektrischen Spule durch den Kern und die Magnetfeldkonzentratoren und durch den (sich axial und/oder radial erstreckenden) Spalt in eine Wandung des Mantelteils hinein verläuft.
Vorzugsweise erstrecken sich die Magnetfeldkonzentratoren über wenigstens ein Winkelsegment über den Außenumfang des Kerns.
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 einen leichten Winkel zur axialen Richtung aufweist. 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 magnetorheologische 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 Magnetfeldkonzentratoren fest mit dem Kern bzw. dem Mantelteil verbunden sind und insbesondere einstückig damit verbunden sind. Dadurch wird ein besonders einfacher Aufbau ermöglicht. Es hat sich in überraschender Weise herausgestellt, dass die Magnetfeldkonzentratoren nicht als sich selbst drehende oder als drehbare Wälzkörper ausgebildet sein müssen, sondern, dass auch feststehende Magnetfeldkonzentratoren zuverlässig und reproduzierbar eine starke Erhöhung des erzeugbaren Bremsmomentes zur Verfügung stellen. Die Magnetfeldkonzentratoren können entweder separat gefertigt und mit dem Kern oder dem Mantelteil fest verbunden und z. B. verschraubt, vernietet, verlötet, verschweißt oder gegebenenfalls auch verklebt oder verpresst werden. Erstaunlicher Weise ist es auch möglich, die Magnetfeldkonzentratoren an dem Mantelteil anzubringen. Insgesamt wird ein hohes Bremsmoment bei kleinem (und noch kleinerem) Bauraum erzeugt. Dadurch kann das Bremsmoment insgesamt vergrößert oder bei kleinerem Bauraum gleich gehalten werden. Es eröffnen sich auch neue Möglichkeiten, da mit einem erheblich kleineren Bauraum ein größeres Bremsmoment erzeugt werden kann als bisher.
Vorzugsweise verläuft das Magnetfeld bzw. verlaufen die Magnetfeldlinien quer durch die erste bzw. innere
Bremskomponente. Eine Verlängerung der ersten Bremskomponente erhöht dann bei gleichem Durchmesser den möglichen Magnetfluss und damit das Bremsmoment. Der meist konstruktiv nicht größer mögliche Kerndurchmesser beschränkt dann nicht den Magnetfluss.
Bei der magnetorheologischen Bremseinrichtung bilden die Magnetfeldkonzentratoren Übertragungskomponenten. Die Magnetfeldkonzentratoren bzw. die Übertragungskomponenten sind wenigstens zum Teil und insbesondere im Wesentlichen vollständig oder vollständig von einem magnetorheologischen Medium umgeben. Insgesamt wird vorzugsweise ein magnetorheologisches Fluid als magnetorheologisches Medium eingesetzt.
Vorzugsweise sind über dem Umfang des Spaltes mehrere Magnetfeldkonzentratoren (als Übertragungskomponenten) verteilt angeordnet. Die Magnetfeldkonzentratoren sind nicht um sich selbst herum, drehen sich aber mit der Bremskomponente, an der sie befestigt sind. Dadurch kommt es bei einer Drehung zu einer Relativbewegung im Spalt.
Es ist möglich, dass zusätzlich zu den Magnetfeldkonzentratoren auch noch weitere Übertragungskomponenten umfasst sind, die z. B. als Wälzkörper ausgebildet sind. 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 einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die magnetorheologische Bremseinrichtung einem feststehenden Halter und wenigstens zwei Bremskomponenten, wobei eine der beiden Bremskomponenten mit dem Halter drehfest verbunden ist und wobei die beiden Bremskomponenten relativ zueinander kontinuierlich drehbar sind, wobei sich eine erste Bremskomponente in axialer Richtung erstreckt und wobei die zweite Bremskomponente ein sich um die erste Bremskomponente herum erstreckendes hohl und innen wenigstens abschnittsweise zylindrisch ausgebildetes Mantelteil umfasst, wobei zwischen der ersten und der zweiten
Bremskomponente ein umlaufender und wenigstens zum Teil mit einem magnetorheologischen Medium gefüllter Spalt ausgebildet ist.
Dabei umfasst die erste Bremskomponente wenigstens eine elektrische Spule und einen sich in der axialen Richtung erstreckenden Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material, wobei der Kern einen Grundkörper und nach außen abstehende Kernkonturen als Magnetfeldkonzentratoren umfasst, sodass sich ein umlaufender Spalt mit (mit über dem Umfangswinkel) veränderlicher Spalthöhe ergibt, und wobei die elektrische Spule um wenigstens einen Abschnitt des Kerns gewickelt ist, sodass ein Magnetfeld der elektrischen Spule durch den Kern und durch wenigstens eine daran ausgebildete nach außen abstehende Kernkontur als Magnetfeldkonzentrator und durch den sich (axial oder radial) nach außen anschließenden Spalt in eine Wandung des Mantelteils hinein verläuft. Insbesondere erstrecken sich die Magnetfeldkonzentratoren über wenigstens ein Winkelsegment über den Außenumfang des Kerns.
Insbesondere ist jedes Winkelsegment kleiner als 150°.
Vorzugsweise ist außerhalb des Winkelsegments (bzw. der Winkelsegmente) kein Magnetfeldkonzentrator angeordnet.
Insbesondere ist wenigstens ein Winkelbereich ohne Magnetfeld konzentratoren vorgesehen. Bevorzugt ist zwischen wenigstens zwei Winkelsegmenten ein Winkelbereich ohne Magnetfeldkonzentratoren vorgesehen. Vorzugsweise sind wenigstens zwei gegenüberliegende Winkelbereiche ohne Magnetfeldkonzentratoren vorgesehen. Insbesondere ist ein Winkelbereich (ohne Magnetfeld konzentratoren) größer als 10° oder 15° oder 30° oder vorzugs weise größer 45° oder größer 60° und kann 75° erreichen und weitaus übersteigen. In einer konkreten Ausgestaltung hat ein Winkelbereich eine Größe zwischen 45° und 135° und vorzugsweise zwischen 75° und 135°.
Vorzugsweise ist die in axialer Richtung um den Kern gewickelte elektrische Spule außerhalb des Winkelsegments (bzw. der
WinkelSegmente) an dem Kern aufgenommen. Die elektrische Spule grenzt dann insbesondere an die Oberfläche an. Das bedeutet insbesondere, dass die elektrische Spule an dem Winkelbereich oder den Winkelbereichen an dem Kern aufgenommen ist.
Vorzugsweise ergänzen sich die Winkelsegmente und die Winkelbereiche insgesamt wenigstens im Wesentlichen oder vollständig zu 360°. Dabei sind vorzugsweise Winkelsegmente und Winkelbereiche über dem Umfang abwechselnd angeordnet.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist wenigstens ein Magnetfeldkonzentrator eine sich zum distalen Ende hin verjüngende Querschnittsfläche auf.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Magnetfeldkonzentrator am distalen Ende abgerundet ausgebildet.
Es ist bevorzugt, dass der Kern eine Mehrzahl an Armen und/oder das Mantelteil eine Mehrzahl an Armen als
Magnetfeldkonzentratoren umfasst, die radial und/oder axial abstehen. Von dem Kern stehen Arme radial nach außen und/oder axial zur Seite ab. Von dem Mantelteil stehen Arme vorzugsweise radial nach innen und/oder auch axial zur Seite ab.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass wenigstens ein Arm von einer elektrischen Spule umgeben ist. Besonders bevorzugt ist eine Mehrzahl von Armen jeweils von einer elektrischen Spule umgeben.
Vorzugsweise ist eine radiale Länge eines (radial abstehenden) Armes kleiner als eine Länge des Armes in der axialen Richtung.
Vorzugsweise ist wenigstens eine elektrische Spule um die Achse herum gewickelt erzeugt im Kern im Wesentlichen ein Magnetfeld in axialer Richtung erzeugt (radiale Spule).
In besonders bevorzugten Weiterbildungen ist wenigstens eine elektrische Spule in axialer Richtung um den Kern gewickelt und erzeugt im Wesentlichen ein Magnetfeld in radialer Richtung
(liegende Spule).
Insbesondere bilden die Magnetfeldkonzentratoren eine (im Querschnitt) sternförmige Außenkontur.
Vorzugsweise weist das Mantelteil über wenigstens einen axialen Abschnitt eine zylindrische Innenoberfläche auf.
Vorzugsweise ist ein maximaler (äußerer) Durchmesser der elektrischen Spule in einer radialen Richtung innerhalb einer bzw. der Spulenebene größer als ein minimaler (äußerer) Durchmesser des Kerns in einer radialen Richtung quer und insbesondere nahezu senkrecht oder auch senkrecht zu der Spulenebene. Der minimale Durchmesser muss aber nicht senkrecht zur Spulenebene liegen.
Vorzugsweise erstreckt sich die elektrische Spule um wenigstens einen Arm axial herum. Insbesondere ist eine radiale Spalthöhe zwischen einem Außenende eines Armes und einer Innenoberfläche des Mantelteils geringer als ein radiales Spaltmaß zwischen der Außenoberfläche der ersten Bremskomponente neben dem Arm und der Innenoberfläche des Mantelteils. Neben dem Arm kann die Oberfläche des Grundkörpers ausgebildet sein. Neben dem Arm kann auch eine Oberfläche einer Vergussmasse sein, wenn diese eingefüllt wird, um z. B. das Volumen für das magnetorheologische Medium und insbesondere magnetorheologische Fluid (MRF) zu reduzieren.
Vorzugsweise ist die zweite Bremskomponente axial verschieblich bzw. verschiebbar an der ersten Bremskomponente aufgenommen, um einen Volumenausgleich bei Temperaturänderungen zu ermöglichen.
Insbesondere ist die zweite Bremskomponente über zwei Lagerstellen unterschiedlicher Außendurchmesser drehbar an der ersten Bremskomponente aufgenommen, um durch eine Axialverschiebung eine Volumenänderung in einer zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente ausgebildeten Kammer zu bewirken.
Es ist bevorzugt, dass wenigstens eine Abschirmeinrichtung zur wenigstens teilweisen Abschirmung der Sensoreinrichtung vor einem Magnetfeld der elektrischen Spule oder zur Abschirmung anderer Magnetfelder umfasst ist.
Vorzugsweise umfasst die Abschirmeinrichtung wenigstens einen die Magnetringeinheit wenigstens abschnittsweise umgebenden Abschirmkörper, wobei die Abschirmeinrichtung wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper und der Magnetringeinheit angeordnete Trenneinheit und/oder wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper und dem Mantelteil angeordnete magnetische Entkopplungseinrichtung umfasst.
Insbesondere weisen die Trenneinheit und/oder die Entkopplungseinrichtung eine um ein Vielfaches geringere magnetische Leitfähigkeit als der Abschirmkörper auf.
Die Abschirmeinrichtung kann aus mehreren Teilen bestehen und z. B. wenigstens eine oder auch zwei axiale Ringscheibe(n) und wenigstens eine Ringhülse umfassen.
Es ist bevorzugt, dass die Abschirmeinrichtung und die Magnetringeinheit voneinander beabstandet angeordnet sind. Dazwischen kann ein Abstandshalter angeordnet sein. In einfachen Ausgestaltungen kann ein Kunststoffteil wie ein Spritzgussteil dazwischen angeordnet sein und die Teile im definierten Abstand zueinanderhalten.
Vorzugsweise ist zwischen den Bremskomponenten eine geschlossene (und nach außen abgedichtete) Kammer ausgebildet ist. Die zweite Bremskomponente ist an einem ersten Ende der geschlossenen Kammer an der ersten Bremskomponente (an einer ersten Lagerstelle) drehbar aufgenommen und insbesondere gelagert, wobei die geschlossene Kammer im Wesentlichen oder vollständig mit dem magnetorheologischen Medium gefüllt ist.
Vorzugsweise ist die zweite Bremskomponente axial verschieblich an der ersten Bremskomponente aufgenommen und insbesondere
gelagert, sodass sich ein Volumen der geschlossenen Kammer durch eine relative axiale Verschiebung der Bremskomponenten verändert, um einen Ausgleich für temperaturbedingte Volumenänderungen zur Verfügung zu stellen.
Vorteilhaft ist es, wenn die elektrische Spule in axialer Richtung um den Kern gewickelt ist und im Wesentlichen ein Magnetfeld in radialer Richtung erzeugt. Dann ergibt sich der Vorteil, dass durch eine Verlängerung eines Magnetfeldkonzentrators in axialer Richtung ein stärkeres Bremsmoment erzeugbar ist. Gleichzeitig mit der Verlängerung des Magnetfeldkonzentrators 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 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 Magnetfeldkonzentratoren aus einem magnetisch leitfähigen Material. Es ist auch möglich, dass ein Teil der Übertragungskomponenten aus einem magnetisch nicht leitfähigen Material besteht. Werden Magnetfeldkonzentratoren eingesetzt, die aus einem magnetisch leitfähigen Material bestehen und werden gleichzeitig auch Übertragungskomponenten eingesetzt, die aus einem magnetisch nicht leitfähigen Material bestehen, so konzentriert sich das Magnetfeld im Bereich der magnetisch leitfähigen Magnetfeldkonzentratoren. Das führt zu der Konzentration des Magnetfeldes (Erhöhung der magnetischen Feldstärke) und zu einer örtlichen Verstärkung (Magnetfeldlinienkonzentration). Zum Beispiel erhöht sich die
magnetische Feldstärke im Spalt dadurch von Werten von kleiner 350 kA/m auf Werte bis zu 1.000 kA/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 höherer Bremsmomente.
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. Es ist auch möglich, die Anzahl der Magnetfeldkonzentratoren entsprechend kleiner zu wählen.
Sollten im gegebenen Bauraum höhere Bremsmomente als beim Stand der Technik bei gleichzeitig (sehr) niederen Herstellkosten gefordert sein, so kann die axiale Breite des
Magnetfeldkonzentrators sehr klein und als durchgehende Scheibe (geschlossene Kontur) ausgeführt werden. Aus
Herstellkostengründen kann dabei auf die 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.
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 größerer
Außendurchmesser ein gravierender Wettbewerbsnachteil wäre (z.B. ein übergroßes seitliches Einstellrad bei einer Armbanduhr oder bei einem Scrollrad einer Computermaus oder bei einer Daumenwalze an einem Kraftfahrzeug). Für eine Verstärkung/Erhöhung des Bremsmomentes kann die erste Bremskomponente axial länger ausgebildet werden, was bauraumtechnisch kein bzw. ein kleinerer Nachteil ist.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass das Mantelteil an einem Drehknopf oder Drehrad ausgebildet ist oder eine solches umfasst. Vorzugsweise kann das Drehteil einstückig mit dem Drehknopf oder Drehrad gebildet werden. Bei solchen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass der Drehknopf bzw. das Mantelteil „topf "-förmig ausgebildet ist. Der „Deckel" des Mantelteils kann einstückig mit einem als Hülsenteil ausgebildeten Drehteil verbunden sein oder separat daran befestigt werden.
Vorzugsweise besteht das Mantelteil 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 verläuft durch die erste Bremskomponente und durchtritt den Spalt an den Magnetfeldkonzentratoren, die magnetisch leitend ausgebildet sind. Von den Magnetfeldkonzentratoren aus tritt das Magnetfeld in das Mantelteil ein. Dort verlaufen die Magnetfeldlinien zurück, bevor die Magnetfeldlinien wieder in die erste Bremskomponente eintreten. Somit liegt ein geschlossener Magnetkreis bzw. liegen geschlossene Magnetfeldlinien vor.
An den Magnetfeldkonzentratoren 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 Magnetfeld konzentratoren erzeugt, auch wenn die Magnetfeldkonzentratoren sich nicht um sich selbst drehen können, sondern an der ersten oder zweiten Bremskomponente befestigt sind.
Vorzugsweise ist wenigstens eine radiale Wandstärke des Mantelteils bzw. des Hülsenteils des Mantelteils wenigstens halb so groß wie eine Spaltbreite des Spaltes und/oder eine radiale Länge eines Magnetfeldkonzentrators. Vorzugsweise ist eine radiale Wandstärke (des Hülsenteils) des Mantelteils größer als 3/4 der Spaltbreite des Spaltes. Die radiale Wandstärke (des Hülsenteils) des Mantelteils kann insbesondere auch größer sein als eine radiale Länge eines Magnetfeldkonzentrators. Durch eine genügende Wandstärke des aus einem magnetisch leitenden Materials bestehenden Mantelteils 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.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass eine Länge der ersten Bremskomponente in der axialen Richtung größer ist als eine Länge eines Magnetfeldkonzentrators in der axialen Richtung. Wenn der Magnetfeldkonzentrator in der axialen Richtung kürzer ausgebildet ist als die erste Bremskomponente führt dies zu einer dreidimensionalen Konzentration des Magnetfeldes im Randbereich des Magnetfeldkonzentrators. Das Magnetfeld kann den Spalt praktisch nur in den Abschnitten durchtreten, in denen sich ein Magnetfeldkonzentrator befindet.
Vorzugsweise ist eine Länge des Spaltes in der axialen Richtung wenigstens doppelt so groß wie eine Länge eines Magnetfeldkonzentrators in axialer Richtung. Möglich und bevorzugt ist es auch, dass zwei oder mehr
Magnetfeldkonzentratoren in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind.
Vorzugsweise ist die erste Bremskomponente im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und umfasst einen zylindrischen Grundkörper als Kern und die elektrische Spule bzw. die elektrischen Spulen. Möglich ist es auch, dass beispielsweise eine Kugel zum Lagern eines Drehknopfes 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.
Die elektrische Spule kann bei Einsatz einer „liegenden Spule" in Axialnuten und Quernuten des zylindrischen Grundkörpers (der ersten Bremskomponente) gewickelt sein. Bei Einsatz einer „radialen Spule" kann die elektrische Spule in einer umlaufenden Nut gewickelt sein. Vorzugsweise sind die jeweiligen Nuten wenigstens teilweise mit Vergussmasse gefüllt. Dadurch wird verhindert, dass in den Bereich der Spulendrähte magnetorheologisches Medium bzw. magnetorheologisches Fluid eintritt. Das könnte zu einer Entmischung des Fluids führen.
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.
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.
Vorzugsweise weist der Halter eine zylindrische Lauffläche für ein Lager auf und stützt das Mantelteil drehbar auf dem Halter ab.
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.
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.
In vorteilhaften Ausgestaltungen weist die zylindrische Lauffläche einen Außendurchmesser auf, der wenigstens 3 mm kleiner ist als ein Außendurchmesser der Aufnahme des Halters.
Vorzugsweise ist der Halter an einer Konsole oder einer anderen Komponente befestigt.
In bevorzugten Weiterbildungen umfasst eine Gerätekomponente wenigstens eine magnetorheologischen Bremseinrichtung, wie zuvor beschrieben. Eine solche Gerätekomponente kann wenigstens eine Benutzerschnittstelle, ein Bedienpanel, ein Display, ein berührungsempfindliches Display mit oder ohne haptischem Feedback und/oder wenigstens einen Sensor umfassen.
Möglich ist auch die Verwendung in einer haptischen Bedieneinrichtung, die wenigstens eine magnetorheologischen Bremseinrichtung umfasst. Vorzugsweise ist weiterhin eine Benutzerschnittstelle, ein Bedienpanel, ein Display, ein berührungsempfindliches Display mit oder ohne haptischem Feedback und/oder wenigstens ein Sensor umfasst. 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.
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 allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass eine Differenz zwischen einem lichten Innendurchmesser (des Hülsenteils) des Mantelteils und einem Außendurchmesser der ersten Bremskomponente größer 3 mm und kleiner 90 mm beträgt. Es ist ebenso bevorzugt, dass ein Außendurchmesser des (Hülsenteils) Mantelteils zwischen 5 mm oder 10 mm und 120 mm beträgt. Vorzugsweise beträgt eine Höhe des Mantelteils zwischen 5 mm und 120 mm. In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass eine Steuereinrichtung umfasst ist, welche dazu ausgebildet ist, mit der elektrischen Spule eine variable Bremswirkung hervorzurufen.
Insgesamt arbeitet die vorliegende Erfindung besonders bevorzugt nach dem Grundprinzip der Keilklemmung, wobei ein Magnetfeldkonzentrator mit einem gewissen Abstand an den Wänden vorbei streift. Durch ein Magnetfeld entsteht der Keileffekt, sodass ein hohes Bremsmoment erzeugbar ist.
Durch den Einsatz einer „liegenden Spule" kann zudem noch eine bessere Skalierbarkeit erreicht werden. Dadurch wird es möglich, mittels längerer Magnetfeldkonzentratoren und einer axial längeren elektrischen Spule ein skalierbares und größeres Bremsmoment erzeugt. 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 erheblich reduziert werden, wenn nur ein relativ geringes Bremsmoment benötigt wird. Der Bauraum kann dementsprechend angepasst werden.
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 agnetorheologischen Bremseinrichtung und ein Skalieren ermöglicht werden.
Grundsätzlich kann über längere Magnetfeldkonzentratoren ein größeres Moment von der magnetorheologischen Bremseinrichtung erzeugt werden, da die Wirklänge steigt. Gleichzeitig wird durch die größere Kernfläche gewährleistet, dass die
Magnetfeldkonzentratoren immer einer entsprechenden magnetischen Flussdichte ausgesetzt werden. Die Magnetfeldstärke beim „Keil" an den Magnetfeldkonzentratoren kann höher gewählt werden als im Stand der Technik. Es können lange Magnetfeldkonzentratoren oder mehrere axial versetzte Magnetfeldkonzentratoren eingesetzt werden, denen ein genügend starkes Magnetfeld zugeleitet werden kann.
Insbesondere geht das von elektrischen Spule erzeugte Magnetfeld bei Einsatz einer „radialen Spule" radial durch den Kern, dann durch die Magnetfeldkonzentratoren und schließt sich über das (Hülsenteil bzw.) das Mantelteil 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 Mantelteils. In einfachen Ausgestaltungen verläuft der Magnetfluss somit im Wesentlichen zweidimensional. Dabei ist es egal, wie lang oder hoch die
Magnetfeldkonzentratoren 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 ("radialen Spulen") bleibt die Querschnittsfläche im Kern hingegen gleich und kann ein Nadelöhr für das Magnetfeld bilden, 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. Vorteilhaft ist, dass sich bei den nun eingesetzten feststehenden Magnetfeldkonzentratoren nicht die Drehzahl von Wälzkörpern ändert, was nachteilig sein kann.
Werden längere Magnetfeldkonzentratoren eingesetzt, so kann der Bremseffekt eines sich in axialer Richtung lang erstreckenden Magnetfeldkonzentrators 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).
In bevorzugten Ausgestaltungen weist die magnetorheologische Bremseinrichtung einen Durchmesser (des Hülsenteils) des Mantelteils von zwischen etwa 5 und 80 mm (+/- 20%) auf in bevorzugten Ausgestaltungen etwa 10 bis 40 mm auf.
Insgesamt stellt die Erfindung eine vorteilhafte magneto rheologische Bremseinrichtung („MRF Bremse") zur Verfügung. Dabei ist der Außendurchmesser der MRF Bremse besonders bei haptischen Anwendungen meist vorgegeben. Hier gibt es ergonomische Richtlinien. Deshalb kann der Kernquerschnitt generell nicht so einfach vergrößert werden, weil damit der Außendurchmesser auch größer wird (Knopf- oder Daumenrad- oder Mausradaußendurchmesser; 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. dem 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 elektrische Spule (Elektrospule) kann sich in bevorzugten Ausgestaltungen axial erstrecken. Das von der Spule erzeugte Magnetfeld geht dann radial durch den Kern, dann durch die
Magnetfeldkonzentratoren und schließt sich über den Außenzylinder (jeweils durch die entgegengesetzten Hälften). Dies bleibt immer gleich, egal wie hoch (oder lang) die Wälzkörper bzw. MRF Bremse ist.
Die Erfindung erreicht das Ziel, eine möglichst einfache aber dennoch gut skalierbare MRF Bremse mit hohem Bremsmoment bei einem kompakten Außendurchmesser zu erhalten.
Statt einem (zylindrischen) Spulendraht kann auch ein Flachmaterial aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Werkstoff verwendet werden.
Der Kern, die Magnetfeldkonzentratoren 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.
Der Kern samt elektrischer Spule und Vergussmasse werden vorzugsweise in einem „Halter" zentriert und fixiert (kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung) und das Gegendrehmoment über diesen an eine Konsole oder Grundplatte oder Aufnahmeplatte oder ein Gehäuse abgeleitet. 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.
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 Mantelteils. Dies reduziert die Herstellkosten vom Mantelteil, es wird kein fertigungstechnischer Absatz (Eindrehung) benötigt. Die bevorzugte Walzkörperhöhe liegt zwischen 3 und 6 mm, kann aber auch 1 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.
Über dem Außenzylinder bzw. dem Mantelteil kann ein dekoratives oder anderes Element angebracht werden, z. B. ein gummierter Knopf.
Axial oben gesehen ist 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).
Vorzugsweise besteht zumindest eine vom Magnetfeld durchflossene Komponente wenigstens teilweise oder vollständig aus dem Werkstoff FeSi3P.
Grundsätzlich kann eine Sternkontur nicht auf den Kern aufgebracht werden, sondern auch von innen in das umgebende Mantelteil oder Hülsenteil. Eine solche Konstruktion kann Vorteile bei der Spulenauslegung bringen. Außerdem gewinnt man Platz. Es können auch in diesem Fall verschiedene Spulenvarianten gewählt werden. Möglich ist eine axiale Spule bzw. „liegende Spule". Möglich ist auch eine Spule, die um die Drehachse herum gewickelt ist. Vorzugsweise ist radial außerhalb der elektrischen Spule kein Kernmaterial mehr vorhanden, da sonst das Magnetfeld
darüber geschlossen werden könnte, wodurch magnetische Verluste entstehen können. Denkbar ist es auch, mehr als eine „liegende Spule" zu verwenden, je nachdem, wie man sie positioniert. Eine radiale Spule wäre auch gut denkbar, da so das Feld über alle „Zähne" bzw. Magnetfeldkonzentratoren gleichzeitig geschlossen wird.
In bevorzugten Weiterbildungen aller Ausgestaltungen hängt das maximal erzeugbare Drehmoment (Feldstärkenverlauf im Wirkspalt; Keileffekt) und/oder die Reaktionszeit (die Zeit, bis das Moment bei schlagartiger Bestromung oder Stromsprüngen anliegt = Sprungantwort) von dem gewähltem Einlaufwinkel bei den Armen bzw. den jeweils distalen Enden der Magnetfeldkonzentratoren ab. Der durch die Außengestaltung des radialen Endes der Arme und der Gegenfläche erzeugte Winkel und die Flächenlänge beeinflusst beim Aufbau eines Magnetfeldes bzw. der Feldstärke im Wirkspalt das maximal erzeugbare Drehmoment und die Reaktionszeit. Flachere (kleinere) Einlaufwinkel und/oder längere Flächen erhöhen das erzielbare Moment. Größere (steilere) Einlaufwinkel und oder kürzere Flächen verkürzen die Reaktionszeit.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
In den Figuren zeigen:
Figur la-lf schematische dreidimensionale Ansichten von
Gerätekomponenten mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung;
Figur 2 einen Querschnitt einer weiteren Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung;
Figur 3a-3b schematische Querschnitte der magnetorheologischen Bremseinrichtung nach Figur 2;
Figur 4 einen anderen Querschnitt einer
magnetorheologischen Bremseinrichtung;
Figur 5 weitere schematische Querschnitte einer magnetorheologischen Bremseinrichtung im Schnitt;
Figur 6 noch einen schematischen Querschnitt einer magnetorheologischen Bremseinrichtung;
Figur 7a-7e eine weitere Gerätekomponente; und
Figuren 8a-8c mögliche Drehmomentverläufe über dem Drehwinkel einer magnetorheologischen Bremseinrichtung einer erfindungsgemäßen Gerätekomponente.
Figuren la bis lf zeigen mehrere erfindungsgemäße Gerätekomponenten 200, in denen die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 eingesetzt werden kann. Die Gerätekomponenten 200 sind jeweils als haptische Bedieneinrichtung 100 ausgeführt.
Figur la zeigt einen haptischen Bedienknopf 101. Der Bedienknopf ist über die Konsole 50 befestigt. Der Bedienknopf 101 wird über das Mantelteil 13 oder Hülsenteil 13e bedient. Die Benutzerschnittstelle 43 kann zusätzlich genutzt werden, um Informationen zu übermitteln.
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 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.
Figur le zeigt einen Joystick 104 als haptische Bedieneinrichtung
100, in welchem eine agnetorheologische 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.
In diesen Ausführungsbeispielen weist die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 ein Mantelteil 13 oder Drehteil 13 bzw. Hülsenteil 13e auf, welches drehbar aufgenommen ist. Das zur Drehung des Mantelteils 13 oder Drehteils 13 erforderliche Drehmoment ist einstellbar.
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.
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.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Gerätekomponente 200 im Schnitt mit einer erfindungsgemäßen magnetorheologischen Bremseinrichtung 1. Es sind die Quernuten 32 erkennbar, in denen die elektrische Spule 26 der Magnetfelderzeugungseinrichtung 113 an den axialen Enden des Kerns 21 gewickelt ist. Die elektrische Spule 26 ist in axialer Richtung um die Achse 12 herum gewickelt und erzeugt im Wesentlichen ein Magnetfeld in radialer Richtung. In axialer Richtung 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.
Eine Länge bzw. Höhe 13c des Magnetfeldkonzentrators 80, 81 und des Mantelteils 13 bzw. des Hülsenteils 13e oder der zweiten
Bremskomponente 3 in axialer Richtung 20 beträgt vorzugsweise zwischen 1 mm und 100 mm oder 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.
Das Material des Hülsenteils 13e oder des Mantelteils 13 insgesamt ist magnetisch leitend und dient zur Schließung des Magnetkreises. Eine Wandstärke 13d, zwischen dem Außendurchmesser 13b und dem Innendurchmesser 13a, des Hülsenteils 13e ist vorzugsweise wenigstens halb so groß wie eine radiale Erstreckung der Magnetfeldkonzentratoren 80.
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 eingesetzt werden.
Es ist auch möglich, den Kern 21 und auch den Halter 4 zweiteilig auszuführen. Bevorzugt verläuft die Trennung entlang der in Figur 2 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.
Hier ist die haptische Bedieneinrichtung 100 mit der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 einseitig gelagert. Die zweite Bremskomponente 3 ist hier nur an dem ersten Ende 111 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.
Figuren 3a und 3b zeigen verschiedene schematische Querschnitte der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1, die bei den Gerätekomponenten 200 nach Figur 2 und auch anderen Ausführungsbeispielen einsetzbar sind.
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 Bremskomponente 2 herum drehbares und hohl und innen zylindrisch ausgebildetes Mantelteil 13 auf. 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.
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.
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.
Die Magnetfeldkonzentratoren 80 ragen radial nach außen von dem Grundkörper des Kerns 21 ab. Der Verlauf des Magnetfeldes 8 ist beispielhaft in Figur 3a eingezeichnet.
Die elektrische Spule ist außerhalb der Winkelsegmente 61 und 62 angeordnet. Außerhalb der Winkelsegmente 61 und 62 befinden sich keine Magnetfeldkonzentratoren 80. Zwischen den Winkelsegmenten 61 und 62 ist hier jeweils ein Winkelbereich 63, 64 ohne Magnetfeldkonzentratoren 80 angeordnet. Hier verlaufen in den gegenüber liegenden Winkelbereichen 63, 64 die Windungen der elektrischen Spule 26.
Die Kerne 21 weisen nach außen abstehende Arme 83 als Magnetfeldkonzentratoren 80 auf, die sich von dem Grundkörper 33 aus radial nach außen erstrecken. In Figuren 3a und 3b ist die Kammer 110 zwischen dem Kern 21 und dem Mantelteil 13 vollständig mit MRF gefüllt.
Der maximale äußere Durchmesser 26a der Spule 26 ist größer als der minimale Kerndurchmesser 21b. Die radiale Erstreckung des Spaltes 5 variiert über dem Umfang. An den äußeren Enden der Magnetfeldkonzentratoren 80 liegt nur ein geringe radiale Spalthöhe 85 vor, während ein radiales Spaltmaß 87 zwischen der Bremskomponente 2 und der Bremskomponente 3 an anderen Stellen erheblich größer ist.
Die radiale Spalthöhe 85 zwischen einem Außenende eines Armes 83 und einer Innenoberfläche 67 des Mantelteils 13 ist aber erheblich geringer als ein radiales Spaltmaß 87 zwischen der Außenoberfläche 86 (d.h. dem Kern 21 direkt oder auch einer Oberfläche einer Vergussmasse 28 an dem Kern) der ersten Bremskomponente 2 neben dem Arm 83 und der Innenoberfläche 67 des Mantelteils 13.
Figur 3b zeigt eine Variante von Figur 3a, bei der zur
Verkleinerung des MRF-Volumens die Kammer 100 über einen zylindrischen Abschnitt mit Vergussmasse 28 gefüllt ist. Dadurch sinkt das benötigte Volumen 114 an MRF. Das radiale Spaltmaß 87 wird deutlich verkleinert, bleibt aber erheblich (wenigstens Faktor 2 oder 3 oder 5 oder 10) größer als die radiale Spalthöhe 85. Dadurch wird sichergestellt, dass der beschriebene Keileffekt auftritt. Die MRF-Partikel 19 verketten sich in den spitzwinkligen Bereichen 10 und bilden eine Art Keil, der zu einem erheblichen Bremsmoment führt. In den Figuren 3a und 3b bilden die Magnetfeldkonzentratoren 80 eine Art von radialen Armen 83.
Figur 4 zeigt zwei schematische Querschnitte anderer Ausführungsformen, bei denen die Magnetfeldkonzentratoren 80 durch einzelne nach außen abstehende radiale Arme 83 ausgebildet werden, wobei die radialen Arme 83 einstückig mit dem Kern 21 ausgebildet sind und aus einem gut magnetisch leitenden Material bestehen.
Hier ist jeder einzelne Arm 83 von einer elektrischen Spule 26 der Magnetfelderzeugungseinrichtung 113 umwickelt. Die elektrischen Spulen 26 werden vorzugsweise gemeinsam angesteuert. Die distalen und hier radial äußeren Enden 82 der Arme 83 können keilförmig, abgerundet oder auch eckig ausgebildet sein. Bei radial nach innen abstehenden Armen 83 als
Magnetfeldkonzentratoren 81 kann dementsprechend das radial innere Ende als distales Ende 82 keilförmig, abgerundet oder auch eckig ausgebildet sein. Durch die Form werden das maximal erzeugbare Moment und die Reaktionszeit beeinflusst.
Die Armhöhe bzw. radiale Länge des Arms 84 ist erheblich größer (Faktor 10, 50, 100 und weit mehr) als die radiale Spalthöhe 85 zwischen einem distalen Ende eines Armes 82 und einer Innenoberfläche 67 des Mantelteils 13.
Die radiale Spalthöhe 85 zwischen einem Außenende bzw. distalen Ende 82 eines Armes 83 und einer Innenoberfläche 67 des
Mantelteils 13 ist aber erheblich geringer als ein radiales Spaltmaß 87 zwischen der Außenoberfläche 86 (Kern 21 oder auch Oberfläche einer Vergussmasse 28) der ersten Bremskomponente 2 neben dem Arm 83 und der Innenoberfläche 67 des Mantelteils 13. Vorzugsweise ist das Verhältnis größer 2, 5 oder 10 oder mehr. Eine gewisse Vergrößerung ist wichtig für die Keilbildung.
In Figur 5 sind drei verschiedene Außenkonturen eines Kerns 21 an einem mit einem zylindrischen Hohlraum ausgebildeten Mantelteil 13 abgebildet. Die radial nach außen abstehenden
Magnetfeldkonzentratoren 80 können unterschiedlich geformt sein. Die nach außen ragenden Magnetfeldkonzentratoren 80 bilden einen über dem Umfang variablen Spalt 5, sodass das Magnetfeld 8 im Bereich der Magnetfeldkonzentratoren 80 gebündelt wird, wenn es von dem Kern 21 in das Mantelteil 13 Übertritt.
Rein schematisch dargestellt ist in der linken Abbildung von Figur 5 eine gestrichelte Variante, bei der die Magnetfeldkonzentratoren 81 nach innen abstehen und innen der Kern 21 vorgesehen ist. Dann entsteht ein umgekehrtes Bild. Durch die Formung der distalen Enden 82 der Magnetfeldkonzentratoren 80 bzw. 81 können unterschiedliche Eigenschaften erreicht werden. So kann der Fokus auf ein höheres Bremsmoment oder eine schnelle Reaktionszeit gesetzt werden.
Figur 6 zeigt eine schematische Variante mit einem zentralen zylindrischen Kern 21 und einem Mantelteil 13, von dem periodisch radial nach innen Magnetfeldkonzentratoren 81 abstehen. Eine stark schematische Magnetfeldlinie 8 ist eingezeichnet, die radial den Spalt 5 zwischen dem Kern 21 und einem Magnetfeldkonzentrator 81 durchtritt. An der Engstelle verkettet sich ein Haufen der Partikel 19 des MRF und bildet einen Keil in einem spitzwinkligen Bereich 10, der ein hohes Bremsmoment erzeugt.
Neben der dargestellten Variante, bei der die elektrische Spule 26 in axialer Richtung um den Kern 21 gewickelt ist, ist auch
eine Variante möglich, bei der die elektrische Spule 26 radial um die Drehachse 2 herum gewickelt ist.
Figuren 7a bis 7e zeigen eine weitere Ausführungsform einer Gerätekomponente 200, die 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. Auch hier sind radial nach außen abstehende Magnetfeldkonzentratoren 80 vorgesehen, die das Magnetfeld in dem dünnen radialen Spalt konzentrieren und für den Keileffekt sorgen. Es handelt sich nicht um eine konventionelle Scherdämpfung, weil sich die Spalthöhe des Spalts 5 über dem Umfang massiv ändert. Hier sind horizontale Linien eingezeichnet, die den radialen Ausgangspunkt für die Magnetfeldkonzentratoren 80 zeigen. Außerhalb der Magnetfeldkonzentratoren 80 ist die Spalthöhe sehr viel größer (hier Faktor > 50 oder 100 oder 1000).
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 dem zweiten Ende 115 der geschlossenen Kammer 110 an der ersten Bremskomponente 2 aufgenommen. Durch die Lagerung werden Kräfte in die (globale) radiale Richtung 122 aufgenommen, während die Bremskomponenten 2, 3 weiterhin relativ axial zueinander verschiebbar sind.
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.
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. Um die Drosselwirkung über den Spalt 5 bei einer axialen Verschiebung zu reduzieren, kann ein Ausgleichskanal 120 vorgesehen sein, welcher die beiden Bereiche nahe der Lagerstellen 112, 118 miteinander verbindet.
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 bzw. der Halter 4 der Bremskomponente 2 kann, wie in Figuren 7b und 7c 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 Figur 7d 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. Die
Abschirmeinrichtung 75 besteht hier aus drei Abschirmkörpern 76, welche die Streuung des Magnetfelds 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 7e.
Durch eine Axialverschiebung verändert sich das empfangene Signal 68 der Sensoreinrichtung gemäß der Darstellung von Figur 8. Figur 8 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 Sensor bzw. Magnetfeldsensor 72 kann auch der Drehwinkel erfasst werden, wobei zur Erfassung des Drehwinkels die Richtung des Magnetfeldes 8 ermittelt wird. Die Intensität bestimmt die axiale Position. Aus einer Veränderung des Signals 68 kann deshalb auf eine Betätigung des Tasters 74 zurückgeschlossen werden. Das ist vorteilhaft, da ein einziger (mehrdimensionaler) Hallsensor zur Bestimmung der Winkelposition und der Bestimmung einer Axialposition verwendet werden kann.
In den Figuren 8a, 8b und 8c sind mögliche Ausführungsvarianten zur Steuerung eines dynamisch erzeugten Magnetfeldes 8 bzw. eines dynamisch erzeugten Bremsmoments in Abhängigkeit von dem Drehwinkel dargestellt.
Figur 8a zeigt dabei eine Variante, bei der ein Drehknopf als haptische Bedienhilfe eingesetzt wird. Dargestellt ist der Drehwiderstand über dem Drehwinkel. Mit der Steuerung 27 kann ein linker Endanschlag 228 und ein rechter Endanschlag 229 erzeugt werden. Beim Weiterdrehen des Drehknopfes 23 wird dort ein hohes
Magnetfeld 8 bzw. Anschlagmoment 238 erzeugt, wodurch der Drehknopf 23 einen hohen Widerstand gegenüber einer Drehbewegung entgegensetzt. Der Benutzer erhält die haptische Rückmeldung eines Endanschlags 228, 229.
Dabei kann eine Rasterung der Drehbewegung erfolgen bzw. erzeugt werden. Beispielsweise kann dies verwendet werden, um durch ein grafisches Menü zu navigieren und Menüpunkte auszuwählen. Hier ist direkt neben dem linken Endanschlag 228 ein erster Rasterpunkt 226 vorgesehen, der bei einer Bedienung z. B. einem ersten Menüpunkt entspricht. Soll der nächste Menüpunkt angewählt werden, so muss der Drehknopf 100 im Uhrzeigersinn gedreht werden. Dazu muss das dynamisch erzeugte höhere Magnetfeld 8 bzw. Rastmoment 239 bzw. dessen Reibmoment überwunden werden, bevor der nächste Rasterpunkt 226 erreicht wird. In Figur 8a wird für einen gewissen Winkelbereich jeweils an den Rasterpunkten 226 und an den dazwischenliegenden Bereichen ein jeweils konstantes Magnetfeld 8 erzeugt, welches an den Rasterpunkten erheblich geringer ist als in den dazwischenliegenden Bereichen und nochmals deutlich geringer als an den Anschlägen 228, 229.
Ein Winkelabstand 237 zwischen einzelnen Rasterpunkten ist dynamisch veränderbar und wird an die Anzahl der zur Verfügung stehenden Rasterpunkte 226 bzw. Menüpunkte angepasst.
Figur 8b zeigt eine Variante, bei der zu den Endanschlägen 228, 229 hin das Magnetfeld nicht schlagartig ansteigt, sondern einen steilen Verlauf nimmt. Weiterhin sind an den Rasterpunkten 226 zu beiden Drehseiten hin jeweils rampenartige Steigungen des Magnetfeldes vorgesehen, wodurch der Drehwiderstand in die entsprechenden Drehrichtungen hin zunimmt. Hier werden mit der gleichen Bedieneinrichtung 100 nur drei Rasterpunkte 226 zur Verfügung gestellt, deren Winkelabstand 237 größer ist als in dem Beispiel gemäß Figur 8a.
Figur 8c zeigt eine Variante, bei der zwischen einzelnen Rasterpunkten 226 ein geringerer Drehwiderstand vorliegt und nur
direkt benachbart zu den Rasterpunkten 226 jeweils ein erhöhtes Magnetfeld 239 erzeugt wird, um ein Einrasten an den einzelnen Rasterpunkten 226 zu ermöglichen und gleichzeitig nur einen geringen Drehwiderstand zwischen einzelnen Rasterpunkten 226 zur Verfügung zu stellen. Dazwischen wirkt das Grundmoment 240.
Grundsätzlich ist auch eine Mischung der Betriebsweisen und der Magnetfeldverläufe der Figuren 8a, 8b und 8c möglich. Z. B. kann bei unterschiedlichen Untermenüs eine entsprechend unterschiedliche Einstellung des Magnetfeldverlaufes erfolgen.
Möglich ist es in allen Fällen auch, dass bei z. B. einem Ripple (Raster) nicht wie bislang zwischen wenig und mehr Stromstärke mit gleicher Polung geschaltet wird (also z. B. +0,2 auf +0,8A = Rippel), sondern abwechslungsweise mit verändertet Polung, d. h. von +0,2 auf +0,8A und dann den nächsten Rippel mit -0,2A auf - 0,8A und dann die nächste Momentenspitze von +0,2 auf +0,8A usw.
Möglich ist in allen Fällen auch, dass die Betriebsweisen der Figuren 8a, 8b und 8c oder eine Mischung der Betriebsweisen durch Sprachbefehle ausgewählt werden. Der Benutzer wählt per Spracheingabe (mit lokaler oder entfernter Spracherkennung, z.B. über Alexa, Amazon Echo, Siri, Google Spracheingabe...) eine Funktion (Lautstärke, Senderwahl...) aus. Die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 stellt dann einen entsprechende Betriebsweise zur Verfügung (Lautstärke = Raster mit zunehmendem Bremsmoment für zunehmende Lautstärke; Radiosenderauswahl = Raster mit verschiedener Schrittweite, dazwischen geringes Bremsmoment, bis Sender gefunden wird).
Der vorzugsweise niederlegierte Stahl kann ein Restmagnetfeld behalten. Der Stahl wird vorzugsweise regelmäßig oder bei Bedarf entmagnetisiert (u.a. durch ein spezielles Wechselfeld).
Bevorzugt wird für die vom Magnetfeld 8 durchflossenen Komponenten der Werkstoff FeSi3P (Siliziumstahl bzw. Silicon Steel) oder ein artverwandter Werkstoffe verwendet.
In allen Fällen kann eine Sprach- oder Geräuschsteuerung durchgeführt werden. Mit der Sprachsteuerung kann die Bremseinrichtung 1 adaptiv gesteuert werden.
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.
Bezugszeichenliste :
1 Magnetorheologische 37a Außendurchmesser Bremseinrichtung 38 Dichtung
2 Bremskomponente 43 Benutzerschnittstelle
3 Bremskomponente 45 Kabel
4 Halter, Aufnahme 46 Dichtring
5 Spalt, Kanal 49 Überzug 5b Spalthöhe 50 Konsole
6 Medium 61 Winkelsegment
8 Feld, Magnetfeld 62 Winkelsegment 10 spitzwinkliger Bereich 63 Winkelbereich
12 Achse 64 Winkelbereich
13 Mantelteil, Drehteil 67 Innenoberfläche von 13 Innendurchmesser 68 Signal
13b Außendurchmesserl3c Höhe 69 Amplitude 13d Wandstärke 70 Sensoreinrichtung 13e Hülsenteil 71 Magnetringeinheit
19 magnetische Partikel 72 Magnetfeldsensor
20 axiale Richtung 73 Sensorleitung
21 Kern 74 Taster
21b minimaler Durchmesser 75 Abschirmeinrichtung
23 Drehknopf 76 Abschirmkörper
24 Außenring 77 Trenneinheit
25 radiale Richtung 78 Entkopplungseinrichtung
26 Spule 80 Magnetfeldkonzentrator
26a maximaler Durchmesser 81 Magnetfeldkonzentrator
26c Spulenebene 82 distales Ende
26d radiale Richtung zu 26c 83 Arm
27 Steuereinrichtung 84 radiale Länge des Arms
28 Vergussmasse 85 Spalthöhe 30 Lagerung 86 Außenoberfläche
32 Quernut 87 Spaltmaß
33 (zylindrischer) 100 Haptische Grundkörper Bedieneinrichtung
35 Kabeldurchführung 101 Bedienkopf
36 Aufnahme 102 Daumenwalze
36a Außendurchmesser 103 Computermaus
37 zylindrische Lauffläche 104 Joystick
Gamepad 118 zweite Lagerstelle Mausrad 119 Achsstummel geschlossene Kammer 120 Ausgleichskanal erstes Ende von 110 121 Endabschnitt von 2 erste Lagerstelle 122 radiale Richtung (global) Magnetfelderzeugungs 200 Gerätekomponente einrichtung 226 Rasterpunkt Volumen von 110 228 Endanschlag zweites Ende der 229 Endanschlag geschlossenen Kammer 237 Winkelabstand Durchmesser erste 238 Anschlagmoment Lagerstelle 239 Rastermoment Durchmesser zweite 240 Grundmoment Lagerstelle
Claims
1. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) mit einem feststehenden Halter (4) und mit wenigstens zwei Bremskomponenten (2, 3), wobei eine der beiden Bremskomponenten (2, 3) mit dem Halter (4) drehfest verbunden ist und wobei die beiden Bremskomponenten (2, 3) relativ zueinander kontinuierlich drehbar sind, wobei sich eine erste Bremskomponente (2) in axialer Richtung (20) erstreckt und wobei die zweite Bremskomponente (3) ein sich um die erste Bremskomponente (2) herum erstreckendes hohl ausgebildetes Mantelteil (13) umfasst, wobei zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente (2, 3) ein umlaufender und wenigstens zum Teil mit einem magnetorheologischen Medium (6) gefüllter Spalt (5) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bremskomponente (2) wenigstens eine elektrische Spule (26) und einen sich in der axialen Richtung (20) erstreckenden Kern (21) aus einem magnetisch leitfähigen Material umfasst, wobei der Kern (21) einen Grundkörper (33) umfasst, und dass an dem Kern ausgebildete
Magnetfeldkonzentratoren (80,81) und/oder an dem Mantelteil (13) ausgebildete Magnetfeldkonzentratoren (80,81) in den Spalt (5) hineinragen, sodass sich ein umlaufender Spalt (5) mit veränderlicher Spalthöhe (5b) ergibt, und dass die elektrische Spule (26) um wenigstens einen Abschnitt des Kerns (21) gewickelt ist, sodass ein Magnetfeld (8) der elektrischen Spule (26) durch den Kern (21) und die Magnetfeldkonzentratoren (80, 81) und durch den Spalt (5) in eine Wandung des Mantelteils (13) hinein verläuft.
2. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei sich die Magnetfeldkonzentratoren (80,81) über wenigstens ein Winkelsegment (61, 62) über den Außenumfang des Kerns (21) erstrecken.
3. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch, wobei jedes Winkelsegment (61, 62) kleiner 150° ist.
4. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei außerhalb des Winkelsegments (61, 62) kein Magnetfeldkonzentrator (80) angeordnet ist.
5. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die in axialer Richtung (20) um den Kern (21) gewickelte elektrische Spule (26) außerhalb des Winkelsegments (61, 62) an dem Kern (21) aufgenommen ist.
6. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Magnetfeldkonzentrator (80, 81) eine sich zu einem distalen Ende (82) hin verjüngende Querschnittsfläche aufweist.
7. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Magnetfeldkonzentrator (80, 81) am distalen Ende (82) abgerundet ausgebildet ist.
8. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kern (21) eine Mehrzahl an Armen (83) und/oder das Mantelteil (13) eine Mehrzahl an Armen (83) als Magnetfeldkonzentratoren (80, 81) umfasst, die radial abstehen.
9. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei wenigstens ein Arm (83) von einer elektrischen Spule (26) umgeben ist.
10. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Mehrzahl von Armen (83) jeweils von einer elektrische Spule (26) umgeben ist.
11. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine radiale Länge (84) eines
Armes (83) kleiner ist als eine Länge des Armes (83) in der axialen Richtung (20).
12. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine elektrische Spule (26) um die Achse (12) herum gewickelt ist und im Wesentlichen ein Magnetfeld in axialer Richtung (20) erzeugt.
13. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine elektrische Spule (26) in axialer Richtung (20) um den Kern (21) gewickelt ist und im Wesentlichen ein Magnetfeld (8) in radialer Richtung (26d) erzeugt.
14. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetfeldkonzentratoren (80,81) eine sternförmige Außenkontur bilden.
15. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mantelteil (13) über wenigstens einen axialen Abschnitt eine zylindrische Innenoberfläche (67) aufweist.
16. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein maximaler Durchmesser (26a) der elektrischen Spule (26) in einer radialen Richtung (26d) innerhalb einer/der Spulenebene (26c) größer ist als ein minimaler Durchmesser (21b) des Kerns (21) in einer radialen Richtung (25) quer zu der Spulenebene (26c).
17. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die elektrische Spule (26) um wenigstens einen Arm (83) axial herum erstreckt und wobei eine radiale Spalthöhe (85) zwischen einem Außenende eines Armes (83) und einer Innenoberfläche (67) des Mantelteils (13) geringer ist als ein radiales Spaltmaß (87) zwischen der Außenoberfläche (86) der ersten Bremskomponente (2) neben dem Arm (83) und der Innenoberfläche (67) des
Mantelteils (13).
18. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Bremskomponente (3) axial verschieblich an der ersten Bremskomponente (2) aufgenommen ist, um einen Volumenausgleich bei Temperaturänderungen und/oder bei Leckage zu ermöglichen.
19. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Bremskomponente (3) über zwei Lagerstellen (112, 118) unterschiedlicher
Außendurchmesser (116, 117) drehbar an der ersten Bremskomponente (2) aufgenommen ist, um durch eine Axialverschiebung eine Volumenänderung in einer zwischen der ersten Bremskomponente (2) und der zweiten Bremskomponente (3) ausgebildeten Kammer (110) zu bewirken.
20. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Abschirmeinrichtung (75) zur wenigstens teilweisen Abschirmung der Sensoreinrichtung (70) vor einem Magnetfeld der elektrischen Spule (26).
21. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) 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.
22. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Trenneinheit (77) und/oder die Entkopplungseinrichtung (78) eine um ein Vielfaches geringere magnetische Leitfähigkeit als der Abschirmkörper (76) aufweisen.
23. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Abschirmeinrichtung (78) wenigstens eine axiale Ringscheibe und wenigstens eine Ringhülse umfasst.
24. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abschirmeinrichtung (78) und die Magnetringeinheit (71) voneinander beabstandet angeordnet sind.
25. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) 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.
26. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Mantelteil (13) ein Drehknopf (23) oder ein Drehrad ausgebildet ist.
27. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mantelteil (13) ein Hülsenteil (13) aus einem magnetisch leitenden Material umfasst und einen Außenring (24) für das Magnetfeld zur Verfügung stellt.
28. Magnetorheologische Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Spalt magnetische Feldstärken von größer 350 A/m erzeugt werden
29. Gerätekomponente (200) mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
30. Gerätekomponente (200) nach dem vorhergehenden Anspruch, umfassend wenigstens eine Benutzerschnittstelle (43), ein
Bedienpanel, ein Display, ein berührungsempfindliches Display mit oder ohne haptischem Feedback und/oder wenigstens einen Sensor.
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