CN105960540A - 具有旋转式驱动的螺杆的磁流变式致动器和具有致动器的离合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁流变式致动器(1)，其具有：一腔室、尤其具有一至少区段地基本上空心柱形的腔室(11)，磁流变的液体被接收在所述腔室中；以及一调整机构(8)，该调整机构布置在所述腔室中，其中，所述调整机构设置用于，当所述调整机构借助螺杆或者具有螺杆芯(12)和位于其上的螺纹(13)的螺纹杆被驱动并且在所述腔室(11)中的所述磁流变的液体被磁场加载时，施加所述致动器的操纵力。本发明也用于具有这样的致动器的离合器。

Description

具有旋转式驱动的螺杆的磁流变式致动器和具有致动器的离 合器

技术领域

本发明涉及一种磁流变式致动器，其具有一腔室、尤其具有一至少区段地基本上空心柱形的腔室，磁流变的液体被接收在所述腔室中，并且，所述致动器具有一调整机构，该调整机构布置在所述腔室中，其中，所述调整机构设置用于施加致动器的操纵力。

背景技术

例如在机动车技术的领域中，尤其使用这样的致动器在手动或自动的变速器、减振器或者制动器的情况下用于操纵离合器。在手动变速器，致动器大多由液压式系统组成，所述液压式系统直接由驾驶员操纵。以一定的传动比设计的液压路径将操纵能量从由驾驶员操纵的踏板传递到离合器的分离器。在自动的变速器或者混合动力驱动系的情况下，存在众多不同的操纵设备或者致动器，所述操纵设备或者致动器以液压的、机械的或者电的系统的组合的形式实现。

磁流变的液体(以下也简称为MRF)的已知应用为减振器、制动器和离合器。可磁性地极化的颗粒(例如羰基铁粉末)的悬浮物被称作磁流变的液体(MRF)，所述颗粒精细地分布在载液中。在这样的已知应用中，MRF作为直接的离合器流体或者减振流体或者说制动流体使用。在集成在紧凑的离合器中的情况下，所提到的系统的主要弱点是大小、复杂性和/或成本。已知的MRF离合器尤其在快速转动的运用中具有这样的缺点：如在常规的离合器中这样借助于离合器连接的线路的完全断开是不可能的，因为在离合器中由于MRF总是有残余摩擦剩余，这降低效率，并且，对MRF的颗粒的离心力作用可能导致转矩特性的损害。

由EP 1 438 517 B1已知例如可控制的制动器，其包括a)转子，该转子这样构造，使得其在其圆周上具有工作件，所述工作件平行于一轴延伸，转子支承在该轴上；b)轴，所述转子这样安装在该轴上，使得阻止在该轴和转子之间的相对运动；c)具有第一腔室的壳体，该第一腔室可转动地接收所述转子并且具有磁场生成器，所述磁场生成器与转子以间距分开并且这样构造和布置，使得其通过磁性地可控的材料在垂直于所述轴和转子的工作件的方向上产生磁通量，其中，d)处于第一腔室中的磁性地可控的材料与转子的至少所述工作件处于接触中，并且所述制动器的特征在于e)在第一腔室中的主动的中间返回设备，以便促使转子回复到相对的中间位置中。

由EP 2 060 800B1已知一种组合的致动器，其具有可运动的元件、用于使该可运动的元件沿着一路径移动的驱动装置和一种流变的控制制动器，该控制制动器机械式地耦合在所述可运动的元件上，以便适配该可运动的元件沿着所述路径的移动，其中，所述组合的致动器的特征在于，所述流变的控制制动器具有至少两个相互邻近的补偿调节腔室，所述致动器还具有被包含在两个补偿调节腔室中的磁流变的液体、至少一个使两个补偿调节腔室不穿透地相互分开并且与可运动的元件机械式地连接的滑动式活塞、至少一个使两个补偿调节腔室相互连接并且甚至布置在所述两个补偿调节腔室之外的外部连接管、和一个进行驱动的设备，该设备这样耦合在外部连接管上，使得其对包含在外部连接管中的流变的液体施加可变的磁场，以便使所述流变的液体的粘度在一个最小值和一个最大值之间变化，在所述最小值的情况下，流变的液体可以自由地流过外部连接管，在所述最大值的情况下，流变的液体不可以流过外部连接管，在所述致动器中，进行驱动的设备具有呈开放环的形式的铁磁芯，该环具有中断部，所述中断部限定一间隙，在该间隙中布置有外部连接管，所述进行驱动的设备还具有至少一个绕组和一个电发生器，所述绕组耦合在所述铁磁芯上，所述电发生器衔接到所述绕组上，以便允许可调节强度的电流在绕组中循环。

由WO 00/53936 A1已知一种可控制的气动式设备，其包括一气动的系统，该气动的系统包括具有一气动的致动器，该致动器具有壳体、布置在该壳体中并且由于作用在其上的压力差而可运动的活塞和至少一个与该活塞连接的输出元件，所述气动的系统包括一旋转起作用地可控制的制动器，该制动器包括对场进行响应的介质，其中，所述旋转起作用地可控制的制动器包括与输出元件连接的轴线，以控制其运动。

发明内容

从以上所提到的现有技术出发，本发明的任务在于，提供一种新式的操纵构思和一种致动器，所述操纵构思或者说致动器不具有以上所提到的缺点并且具有尽可能简单和紧凑的结构。

在这种类型的离合器的情况下，根据本发明，该任务通过如下方式解决：调整机构为绕其纵轴线、尤其绕螺旋轴线旋转式地驱动的螺杆或者螺钉或者具有螺杆芯和位于其上的螺纹的螺纹杆，并且所述螺纹被磁流变的液体包围。螺纹可以以有利的方式具有恒定的外直径或者额定直径。所述腔室可以至少区段地空心柱形地构造。换言之，致动器、尤其其调整机构可具有螺纹，所述螺纹在驱动轴上可轴向移动地布置并且与驱动轴旋转耦合，所述螺纹的螺距作用到磁流变的液体中。所述磁流变的液体相对于驱动轴在轴向上位置固定地接收在致动器中、尤其在凝固的状态下相对于驱动轴在轴向上位置固定地接收在致动器中。因此，在离合器中，例如可以按“常闭式”离合器的方式使用本发明。自然地，完全可以考虑在“常开式”离合器的情况下的使用。

换言之，本发明涉及一种用于离合器、制动器或者类似应用的新式操纵系统，在所述应用中，两个可相对彼此运动的单元可相对于彼此定位。所介绍的原理可以用于不同的离合器类型，然而尤其好地适用于摩擦离合器。目前，混合动力驱动系的现在的发展或者辅助单元的电气化总是更多地要求紧凑的、可控制的离合器、如例如皮带盘离合器的使用。根据本发明的致动器特别好地适合于这样的应用。

根据本发明的致动器基于磁流变的液体(MRF)的使用，所述磁流变的液体与螺纹、尤其螺杆组合地起作用或者工作。在此，MRF以革新的方式使用。即，所述MRF不同于已知方式不直接作为工作介质、例如离合器流体或者制动流体使用。取而代之地，所述MRF用于实现用于要操纵的单元的调整机构的运动。在此，阿基米德螺杆或蜗杆的原理与以下更详细地说明的MRF在磁场下的特性组合，以实现与螺纹作用连接的调整机构的旋转运动到调整机构的轴向运动的转换。另一个方面在于，为了操纵借助于致动器所操控的单元所必需的能量本身可作为动能存储在致动器中。根据本发明的致动器的重要优点在于，MRF具有根据施加的磁场在很大程度上线性改变的扭转应力(Schubspannung)以控制MRF的凝固。由此，特别好地控制或者说调整所述致动器。

为更好的理解，以下说明MRF的特性。MRF基本上包括载液、例如油，可磁性地极化的颗粒例如在大约1μm和5μm之间的颗粒大小的颗粒悬浮在所述载液中。为了使MRF相对于沉淀作用、即颗粒的沉降而稳定，所述MRF可包含确定的化学添加剂。在没有磁场影响的情况下，MRF是液态的。如果MRF暴露于外部磁场，则在所述磁场中由于在颗粒的磁偶极之间的相互作用导致链形成，即导致由相互“附着的”颗粒组成的链的形成。因此，MRF在若干毫秒以内凝固并且转变为凝固的状态。如果取消外部磁场，则颗粒不再构成磁性偶极并且发生液化，即返回到MRF的液态的状态。

在凝固的状态下，MRF可以作为宾厄姆固体用以下等式描述：

$\mathrm{\τ}={\mathrm{\τ}}_0+\mathrm{\η}\stackrel{\·}{\mathrm{\γ}}$

在此，τ代表扭转应力，τ₀代表场感应的极限剪切应力(Grenz-scherspannung)，η代表动态的粘度或者基础粘度，并且，代表剪切速度。在此，剪切应力对剪切速度的依赖关系在施加的磁场的磁场强度方面的图表示图是一般性的。由此得出，MRF在没有磁场的情况下在剪切速度大于0时表现得如牛顿液体。在施加的磁场的场强B和剪切速度为0的情况下，只要所施加的扭转应力小于场感应的极限剪切应力，则MRF表现得如固体。在施加的磁场的场强B和剪切速度大于0的情况下，MRF为粘性的。MRF在磁场下的这种凝固被用于根据本发明的致动器的密封。

致动器所基于的原理是，当MRF不暴露于磁场并且为液态时，在MRF中的螺纹可在很大程度上不受阻碍地旋转，而在此对与MRF共同作用的螺纹不产生干扰的轴向力。如果MRF暴露于磁场，则发生其凝固。然后，螺纹不再可以不受阻碍地在凝固的MRF中旋转。换言之，凝固的MRF在继续旋转时施加力到螺纹上，类似于螺母施加力到螺钉的螺纹上。通过螺纹的几何形状将这些力转换为在螺纹的轴向方向上起作用的纵向力或者推力，使得在螺纹相应地可轴向移动地支承的情况下可实现轴向偏移或者轴向移动。

特别有利的是，在一个实施方式中，通过本发明可以以有利的方式充分利用MRF的到目前为止不利的特性、所谓的沉淀作用。如果MRF暴露于磁场，则发生其凝固。原则上，MRF在凝固的状态下的负荷能力取决于极限剪切应力和剪切面积。如果施加在MRF上的扭转应力超过极限剪切应力，则由MRF的极化的颗粒构成的链相互分开地断裂。然而，由于持续地起作用的磁场，所述链尤其在具有较小的扭转应力的区域中立即再次形成。这种情况可以被本发明利用，以便产生致动器的几乎不受限地高的轴向的操纵力。如果设置这样的可行性：在螺纹后方输送的MRF的载体流体可以往回流动到螺纹前方的区域中(类似于在沉淀的情况下颗粒和载液分开)，则在螺纹后方缓冲垫可以通过由于磁场的持续作用而相互成链的MRF的颗粒构建，螺纹可以以大的可传递的力支撑在所述缓冲垫上。稍后还更详细地说明在这里所利用的作用。

在从属权利要求中要求并且以下详细地解释本发明的有利的实施方式。

螺杆可在轴向方向上能移动地接收在腔室中。所述螺杆尤其可支承在所述腔室中。为此目的，有利的是，螺纹的轴向长度小于腔室的轴向长度。

螺纹、尤其螺纹的螺纹尖端可紧密地接触腔室的内壁。在这种情况下，为了使螺纹在液态的MRF中可以在其中转动而没有太大的阻力，用于将MRF从螺纹的一侧引导回到其另外一侧(在纵方向上看)的可行性是必不可少的。

在一个实施方式中，在螺纹尖端(即螺纹的外边沿、外直径或者额定直径)和腔室的内壁之间构造有例如呈槽或者钻孔形式的自由空间、间隙或者凹口。尤其螺纹的外直径或者额定直径可以小于腔室的内壁的直径。通过这样的自由空间，从各螺距输送到螺纹的一侧上的MRF可由于在那里构建的过压往回流到螺纹的相对置的一侧上。因此，在没有过大的阻力的情况下，可实现螺纹在液态的MRF中连续的旋转。自由空间尤其可以这样定尺寸，使得磁流变的液体的载液能够经过所述间隙，尤其在磁流变的液体由于作用在其上的磁场而凝固的情况下。以特别有利的方式，MRF或MRF的载液从螺纹的一侧返回到其另外一侧可以如下方式进行：螺杆、尤其螺纹和/或其螺纹轮廓侧面设有在轴向方向上的贯通孔，相邻的螺距通过所述贯通孔在流动技术方面相互连接或者换言之短路。

有利的是，螺纹是多线的、尤其是两线的、三线或者四线的直至六线的。通过多线的螺纹，其对MRF或者说MRF的可极化的或者说极化的颗粒的输送功率相对于单线的螺纹而言提高，从而致动器具有短和快的响应时间，这对于离合器或者制动器的迅速/快速的操纵是期望的。用于改进螺纹的输送特性的附加的或者替代的可行性在于，构造具有变化的斜度的螺纹、构造尤其具有非线性的斜度的螺纹。那么，在前方的区段中，即在输送开始处，螺纹可构造有高的斜度，这导致高的输送功率，而在后方的区段中、尤其在螺纹的末端上，螺纹构造有小的斜度，这导致最后的螺距好地支撑在位于螺纹后方的颗粒缓冲垫上。用于改进螺纹的输送特性的另外的附加的或者替代的可行性在于，螺纹的内直径不同于、尤其小于螺杆芯的、在螺纹外部的区域中的直径。

特别有利的是，螺杆在螺纹两侧具有柱形的螺杆芯区段，所述螺杆芯区段用于螺杆的支承。在这种情况下，在液态的MRF的情况下螺杆处于液压平衡中，这对于密封和支承是有利的。

最后，本发明涉及一种离合器或制动器、尤其一种机动车离合器或者机动车制动器，其具有根据本发明、尤其根据权利要求中任一项所述的致动器。

附图说明

以下通过多个实施例参照附图详细说明本发明。附图示出：

图1磁流变式致动器的示意性的示图，其中，包含在致动器中的磁流变的液体处于液态的状态；

图2图1的致动器的示意性示图，其中，MRF处于凝固的状态并且致动器的螺杆处于静止状态，

图3图1和2的致动器的示意性示图，其中，MRF处于凝固的状态并且螺杆旋转，

图4图1至3的致动器的示意性示图，其中，MRF处于凝固的状态并且与在图2中所示出的状态相比螺杆进一步旋转，

图5用于借助于小的颗粒传递压力的原理图，

图6a致动器的螺杆的实施方式的立体细节图，

图6b图6a的螺杆的螺距的俯视图，

图7在接合状态下的、具有磁流变式致动器的离合器的特定的实施方式的截面视图，

图8具有在图8a中的磁场的细节的、在断开状态下的图7的离合器。

图9具有磁流变式致动器的离合器的第二实施方式的截面视图，

图10在静止状态下的图9的离合器，

图11在运行时在接合状态下的、图9和10的离合器，

图12在运行时在断开开始时的、图9至11的离合器，

图13在运行时在断开状态下的、图9至12的离合器，

图14在接合/联接时的、图9至13的离合器，

图15以立体图示出图9至14的离合器的致动器的套筒的实施方式，

图16a在没有磁场影响的情况下图9至14的离合器的致动器的替代的实施方式，

图16b在磁场影响下的、图9至14的离合器的致动器的替代的实施方式，

图17以部分截面视图示出具有磁流变式致动器的离合器的特别的实施方式，

图18根据本发明的、用于磁流变式致动器的密封件的第一实施方式，

图19根据本发明的、用于磁流变式致动器的密封件的第二实施方式，

图20a以截面视图示出在新的离合器中用于离合器的磨损补偿的细节，

图20b以截面视图示出在磨损的离合器中用于离合器的磨损补偿的细节，

图21a以侧向的详细视图示出磁流变式致动器的螺杆的实施方式，

图21b以立体的详细视图示出磁流变式致动器的螺杆的实施方式，

图22a以侧向的详细视图示出磁流变式致动器的螺杆的实施方式，

图22b以立体的详细视图示出磁流变式致动器的螺杆的实施方式，

图23a以侧向的详细视图示出磁流变式致动器的螺杆的实施方式，

图23b以立体的详细视图示出磁流变式致动器的螺杆的实施方式，

图24a以侧向的详细视图示出磁流变式致动器的螺杆的实施方式，

图24b以立体的详细视图示出磁流变式致动器的螺杆的实施方式，

图25用于螺杆的不同的实施方式的转-行程图表，

图26在根据本发明的致动器的情况下的磁颗粒缓冲垫结构的原理示图，

图27a-d MRF的特性的示图，和

图28a-28c根据图1至4的致动器的轴向定位的示图。

附图仅仅是示意性质的并且仅仅有助于本发明的理解。相同的元件设有相同的参考标记。不同的实施方式的细节可以相互组合。

具体实施方式

图1示出根据本发明的磁流变式致动器1的实施方式的示意性示图。致动器1具有壳体2，所述壳体由空心柱形的管3、右边的盖4和左边的盖5组成。盖4，5可与管3螺纹拧接。壳体2在管3和盖4，5之间分别借助于O形密封环6密封。在各个盖4，5中构造轴承开口，在所述轴承开口中分别装入滑动轴承7。

滑动轴承7用于将螺杆8支承在壳体2中。所述螺杆具有螺杆芯12和构造在其上的螺纹13。螺杆芯12的具有柱形外部轮廓的区段12a，12b在螺纹13的两侧延伸。螺杆8借助于螺纹芯区段12a，12b在滑动轴承7中可绕其纵轴线9转动并且在其方向上可轴向移动地支承。其借助于稍后详尽地说明的密封件60相对于相应的盖4，5密封。螺杆8可借助于在附图中未示出的驱动装置绕其纵轴线9旋转式地驱动。其在端侧与要操纵的单元、例如在图1中仅仅勾画出的离合器16或者制动器连接。在螺杆8和要操纵的单元16之间画入弹簧17，该弹簧应代表在螺杆8和单元16之间起作用的力。

壳体2构成密封的腔室，磁流变的液体11被接收在该腔室中，所述磁流变的液体被称作MRF 11并且所述磁流变的液体包围支承在壳体2中的螺杆8。壳体2被例如线圈形式的磁铁10包围，通过所述磁铁可产生可切换的磁场，所述磁场作用到被接收在壳体中的MRF11上。换言之，处于壳体中并且包围螺杆8的MRF 11在一种状态下不暴露于磁场，在这种情况下，MRF 11是液态的，或者其在第二状态下暴露于磁场，由此，MRF由于其以下详细地阐述的磁流变的特性而凝固。

图2示出在螺杆8静止时在所设置的磁通密度B的磁场下的致动器1，其中，在附图中画出场的场力线22。MRF 11在磁场设置之后的若干毫秒过渡到凝固的状态，在所述凝固的状态下，MRF是两相的。可极化的颗粒15在磁场的影响下构成沿着其磁通线22的链67。然后，MRF 11“沉淀”。在图2中制图式地标明的链形成固态的结构，根据之前所解释的宾厄姆模型可以将该结构视为固体。

对于致动器1的操纵动作，必不可少的是，螺杆8旋转。这种情况在图3和4中示出。存在磁场，并且MRF 11凝固。在此，由螺杆8所施加在螺纹13的螺纹尖端和管3的内壁之间的间隙中的MRF 11上的扭转应力还处于极限剪切应力以下。换言之，这意味着，弹簧17的通过螺杆8导入MRF 11中的力F_轴向不足以在螺纹13和管3之间的间隙中破坏或者打破由于磁场而由极化的颗粒15构成的链。因此，螺杆8在MRF 11中如在固体中这样向前、即在图3中向右拧，抵抗弹簧17的力。在此可达到的最大的轴向力依赖于极限剪切应力和剪切面积。

图4示出一种状态，在这种状态中，施加在MRF 11上的扭转应力超过极限剪切应力。在超过该值时，由极化的颗粒形成的链中断，虽然由于在具有较小的扭转应力的区域中继续起作用的磁场而立即再次形成。结果，这意味着，达到最大可产生的轴向力。螺杆8的螺纹13在MRF 11的链结构中得到滑动，使得尽管MRF 11的部分处于凝固的状态，其通过作为阿基米德螺杆起作用的螺纹13向后(即在附图中向右)输送到螺纹13后方的区段18中。这种状态相当于与图1相关联地解释的状态(没有磁场)，虽然具有高粘度的液体。

在超过极限剪切应力时MRF 11的部分被输送到螺纹13后方的区段18中，在该区段18中，不再有扭转应力作用在MRF 11上，从而其颗粒15再次成形为链。由于由弹簧17作用在螺杆8上的轴向力，尽管如此，该区段18在比在螺纹13前方的区段19位于更高的压力下。现在，在螺纹13和腔室2的内壁之间构造的间隙这样定尺寸，使得MRF 11的载液可以由所述间隙穿过地经过，并且从位于螺纹13后方的区段18经由所述间隙流到位于螺纹13前方的区段19中。因为位于螺纹13后方的区段18中的颗粒15又成形为链，在那里发生凝固的颗粒15的聚集。相互成链的颗粒15在螺纹13后方构成缓冲垫，螺纹13的最后的螺距支撑在所述缓冲垫上。在区段18中的颗粒15表现得如固体，并且，越多的颗粒15在螺纹13后方聚集，在那里出现的缓冲垫和螺杆8在轴向方向上的错位变得越大。

以上所说明的颗粒15在区段18中的闭锁不是通过如下方式来进行：使在螺纹13和壳体2之间的间隙的宽度小于颗粒大小，而是通过如下方式来进行：使颗粒15表现得不像液体而像固体。这种情况在图5的原理图中加以说明。在这里示出压模20，该压模以力F压到位于沙箱中的沙21上。因为施加到沙21上的力在由颗粒组成的沙21内部不以液压压力的形式传递(Silos理论)，作用在侧向的、即位于压模20侧向的沙粒上的轴向力小。在这个例子中，位于那里的沙粒通过重力和在粒之间的凝聚力保持。在MRF11的颗粒的情况下，这是磁性力和凝聚力。

只要MRF 11的另外的颗粒15聚集在螺纹13后方的区段18中，螺杆8的在图4中所标出的轴向移动继续。理论上，当所有的颗粒15位于区段18中时，实现最大的轴向移动。在图26中以不同的方式示出在螺纹13后方的颗粒缓冲垫的构建过程和由此所导致的螺杆8的轴向移动。在图26的图表中示出螺杆8的行程-转-曲线(在螺杆在轴向方向上移动的意义下的行程)，而在该曲线上所标记的位置在围绕该图表布置的图中示出。所述曲线具有由线性区段组成的渐近线的形状。

图26的例子以具有32的体积百分比的铁颗粒部分的MRF 11为基础。在图的整个持续时间期间磁场接通并且在螺纹13和壳体2之间的间隙中起作用的扭转应力大于极限剪切应力。所使用的螺杆8具有带有六个圈的单线螺纹13。因此，MRF 11被视为由螺纹分为八个容积，即六个圈的容积、在螺纹13前方的区段19中的容积(也被称作“铁储备”)和在螺纹后方的区段18的容积(也被称作“铁缓冲垫”)。

在开始状态下(在图表中以(1)标记)，初始的32的体积百分比高度的颗粒容积部分存在于所有的容积中。在经过第一转(在图表中以(2)标记)之后，最后的圈(左边)的颗粒量形成缓冲垫。作为反应，螺杆8移动一确定的行程(u1)。在另外的螺纹侧上、即在区段19中，螺纹13的第一圈在该转期间截取区段19的储备的、螺杆8走过的轴向偏移的厚度的盘。该被截取的盘的容积小于螺纹13的一圈的容积。包含在所述被截取的容积中的颗粒数量与所截取的、具有从缓冲垫(区段18)挤出的载液的载液容积混合在一起。在以初始的32％的颗粒容积部分为基础的情况下，在螺纹13的第一圈中的颗粒容积部分仅仅还占大约10％。在剩余的区段19中，颗粒容积部分由于凝固的颗粒结构保持在32％不变。

根据相同的原理，螺杆8的随后的五转总是输送相同的铁量到区段18中。在此，螺杆8随着各转移动相同的轴向量(u1＝u2＝u3＝u4＝u5＝u6)。得出在图表中所示出的直至点(3)的线性的行程-转-关系。储备的、在螺杆8的每转中分别被螺纹13截取的盘相同，并且，结果在螺纹13的每圈中产生相同的颗粒容积部分。

在点(3)上，具有减小的颗粒容积部分(10％)的第一圈达到区段18。在继续转的过程中，这个颗粒量被输送到区段18中。作为反应，螺杆8移动一确定的轴向偏移(u7)，该轴向偏移相应于比轴向偏移(u1)更小的颗粒量。在区段19中的另外的螺纹侧上，螺纹13的第一圈在该转期间截取区段19的储备的、螺杆8走过的轴向偏移(u7)的厚度的盘。包含在所述被截取的容积中的颗粒量与所截取的、具有从缓冲垫(区段18)挤出的载液的载液容积混合在一起。在以初始的32％的颗粒容积部分为基础的情况下，然后，在螺纹13的第一圈中的颗粒容积部分在该转后仅仅还占大约3％。相应于较小的每转所输送的颗粒容积，曲线在从第七至第十二圈的区段中(在图表中在点(4)和(5)之间)具有较小的线性斜率。点(5)说明了在u7＝u8＝u9＝u10＝u11＝u12的12转之后的状态。以上所说明的每圈所输送的颗粒容积的减小在相应继续的六转之后重复，从而轴向偏移-转-曲线的斜率在所有六转后减小，如在图表中可看到的。纯数学地看，螺杆8无限地更远地移动(直到到达止挡)，虽然总是具有更小的轴向偏移，然而所述轴向偏移从未变成零。最后，轴向偏移-转-曲线接近水平线。

由于所说明的、由在螺纹13后方的区段18中的颗粒形成缓冲垫，与偏移相比在扭转应力小于极限剪切应力的情况下可达到的轴向力显著地上升，理论上直到无限大。因此，得出对MRF 11的极限剪切应力的明显小的依赖性，所述依赖性直到现在总是成为在使用MRF 11时的限制因素。

一旦关闭或者停止磁场，在区段18中所形成的颗粒缓冲垫失去其类似于固体的特性。MRF 11再次表现得如牛顿液体。除了小的流动力之外不再有阻力抵抗由弹簧17作用在螺杆8上的轴向力，并且然后不再相互成链的可极化的颗粒15流经螺纹13和壳体2之间的间隙。发生MRF 11的均匀化，并且螺杆8由于弹簧力F_轴向往回运动到其初始的贴靠在左边的盖5上的位置中(见图1)。

在图28a，28b和28c中示出由于螺杆在轴向方向上借助于磁铁10所产生的场强B的磁场在不同阶段的偏移。图28a示出在其初始的、邻近左边的盖5的位置中的螺杆。在接通磁场时，螺杆13首先在达到极限剪切应力时移动到在图28b中所示出的位置中。通过充分利用之前所说明的颗粒缓冲垫40的形成的作用，螺杆13可以从在图28b中所示出的位置中进一步向轴向方向移动，即移动到在图28c中所示出的端部位置中。

图6示出螺杆8的实施方式，该螺杆的螺纹13设有平行于纵轴线9延伸的贯通的钻孔23。钻孔23建立在相邻的螺距之间的连接并且可以附加于或者替代于在螺纹13和壳体2之间的间隙地构造。在之前所说明的缓冲垫形成时，钻孔23有利于载液从螺纹13后方的区段18流到螺纹13前方的区段19中。

图7以截面视图示出具有根据本发明的磁流变式致动器1的、根据本发明的离合器24的特别的实施方式。离合器24以接合的状态示出。图7示出作为驱动元件的发动机轴25和作为从动元件的皮带盘26。发动机轴25借助于中心螺钉27与离合器法兰28连接。离合器法兰28可以通过离合器片29与皮带盘26形成摩擦配合、即被接合，使得转矩可从发动机轴25通过离合器法兰28和离合器片29传递到皮带盘26上。碟形弹簧30一方面支撑在离合器法兰28上并且另一方面支撑在离合器片组29上，并且使离合器24在接合状态下预紧(自闭合式离合器)。碟形弹簧30与发动机轴25一起转动。

螺纹套筒33抗扭转并且在纵方向9上可轴向移动地布置在发动机轴25上。因此，螺纹套筒33随着发动机轴25转动并且包围该发动机轴。为此，在螺纹套筒33和发动机轴25之间布置有在纵方向9上延伸的、例如呈轴向齿部或者一个或多个滑块形式的轴向导向装置31以及布置有滑动轴承32。螺纹套筒33在其背离发动机轴25的外侧上设有螺纹13。此外，该螺纹套筒在端侧、在图7中在左侧上支撑在碟形弹簧30上。

致动器1的壳体2借助于轴承34支承在皮带盘26中。壳体2、皮带盘26和发动机轴25在轴向方向上、即在纵方向9上相对于彼此定位，即不可移动。此外，壳体2在旋转方面是固定的，不与发动机轴25或皮带盘26一起转动并且被接收在铁导向装置35中的线圈36包围。线圈36用于产生能切换的磁场，该磁场借助于铁导向装置35以在图8a中所示出的方式转向。为了在铁导向装置36和发动机轴25之间能出现磁性回路，螺纹套筒33和固定的壳体2不应是磁性的。为了能够尽可能好地充分利用之前已经解释的颗粒缓冲垫作用，应在缓冲垫区域中、即在螺纹13后方的区段18中产生具有在径向方向上延伸的场力线的磁场。壳体2借助于两个永磁体密封件37相对于发动机轴25密封，所述永磁体密封件分别借助径向轴密封环38补充。在发动机轴和壳体2之间构造有腔室39，该腔室填充有MRF11。在此，螺纹套筒33的螺纹13以及螺纹套筒在螺纹13两侧相邻的套筒区段被接收在腔室39中，使得螺纹套筒33在腔室39中可实施轴向移动。

处于腔室39中的MRF 11在图7中所示出的接合状态下不以磁场加载并且因此是液态的。螺纹套筒33的螺纹13在液态的MRF 11中旋转。发生MRF 11穿过螺纹13的螺距和穿过在螺纹和壳体2之间的间隙的流动，这种流动已经参照图1解释。由于流动力而出现仅仅小的轴向力，所述轴向力被螺纹套筒33传递到碟形弹簧30上，然而其预紧力到目前为止未到达。螺纹套筒33通过碟形弹簧30的预紧力从离合器法兰28向前、即在图7中向右挤。因此，碟形弹簧30施加一个朝向该方向的压紧力到离合器片29上，所述离合器片相互挤压并且由于摩擦将转矩传递到皮带盘26上。参考与图1相关联地做出的实施方案，所述实施方案相应地适用于图7和图8的离合器24和致动器1的实施方式。

图8示出在断开状态下的、图7的离合器24。在此，MRF 11以借助于线圈36产生的磁场加载，由此，MRF以凝固的状态存在。参照图1至6以及26的实施方案，所述实施方案在这里相应地适合。由于MRF 11的凝固，螺纹套筒33的螺纹13从凝固的MRF 11中拧出。在此，螺纹13的斜度这样定向，使得螺纹套筒33由此在轴向方向上向离合器法兰28、即在图8中向左移动。由于这种轴向移动，螺纹套筒33施加较大的轴向力F_螺杆到碟形弹簧30上作为其预紧力，使得螺纹套筒33抵抗碟形弹簧30的预紧力向离合器法兰28的方向移动。由于这种轴向移动，发生碟形弹簧30的变形，由此减小并且消除由该碟形弹簧施加到离合器片29上的压力。到离合器片29相互分开时，在离合器片29之间的摩擦锁合被消除。在离合器片29完全分开时，离合器24清楚地断开。在该时间点可以停止发动机轴25的驱动装置，并且皮带盘26与之无关地继续运转。一个示例性的应用情况是在机动车设有起动-停止系统的情况下机动车空调设备的驱动装置。

如果离合器打开时不应关断发动机轴25的驱动装置，如在常规的离合器中例如在机动车离合器中是这种情况，则螺纹套筒33在构造在区段18中的颗粒缓冲垫40上摩擦。由于MRF 11的好的润滑特性和在缓冲垫40和螺纹13之间的非磁性的连接，可以假定摩擦系数在大约0.04和0.07之间。

通过与图26相关联地说明的、由在螺纹后方的区段中的颗粒构造的缓冲垫40(缓冲垫在图8中标出)实现特别的优点：螺纹套筒的端部角位置对其轴向移动没有影响。如果MRF 11的所有或者至少最大部分的颗粒被包含在缓冲垫40中，只要磁场保持，则螺纹套筒保留在该端部位置中，而与发动机轴25旋转或者静止无关。该端部位置是稳定的并且可以保持任意长。离合器24的接合通过关断磁场来进行。因此，MRF 11液化，发生颗粒缓冲垫40的消除，并且螺纹套筒33通过弹簧30的力往回排挤到在图7中所示出的原始位置中。在这种情况下，接合过程可以非常快地进行。要指出，该接合过程由于磁场的消除的控制、例如由于磁场的累进式的消除在时间上被延迟并且可以几乎任意的方式进行。通过发动机轴的旋转和由此与其抗扭转地连接的螺纹套筒33的旋转可以加速液态的MRF 11的均匀化状态的到达。

图8a示出借助于线圈36产生的、具有场力线22的磁场的走向。场力线22穿过线圈36和铁导向装置35在轴向方向上延伸，然后在径向方向上通过腔室39(MRF被接收在该腔室中)，然后在反向的轴向方向上穿过发动机轴25并且又在自该发动机轴的径向方向上穿过具有MRF 11的腔室39返回。要指出，发动机轴25和壳体2由非磁性的材料组成，以实现这种场力线走向。

在图9至16中示出具有磁流变式致动器1的、根据本发明的离合器24的另一实施方式。离合器24在图9中以接合状态示出。图9示出作为驱动元件的发动机轴25和作为从动元件的皮带盘26。发动机轴25借助于中心螺钉27与离合器法兰28连接。离合器法兰28可以通过离合器片29与皮带盘26形成摩擦配合、即接合，使得转矩可以从发动机轴25通过离合器法兰28和离合器片29传递到皮带盘26上。例如呈在附图中仅仅勾画出的碟形弹簧30形式的弹簧一方面支撑在离合器法兰28上和另一方面支撑在螺纹套筒45上并且通过该螺纹套筒支撑在离合器片组29并且使离合器24在接合状态下被预紧(自闭合式离合器)。碟形弹簧30与发动机轴25一起转动，然而相对于该发动机轴25借助轴承46被支承。

皮带盘26通过轴承46支承在壳体47上。发动机轴25也借助于轴承46支承在壳体47上。壳体47固定地布置，即其相对于发动机轴25以及相对于皮带盘26既不可轴向地移动又不可转动。壳体具有空心柱的形状并且完全地包围发动机轴25。在壳体47中构造基本上柱形的腔室48，该腔室在轴向方向上朝向壳体的一侧(在图9中向左侧)开放。在相对置的一侧上，腔室48由壳体47闭合。螺纹套筒45可转动并且可在轴向方向上移动地设置在腔室48中。弹簧30相对于离合器法兰28借助于第三轴承54支撑。

螺纹套筒45在图15中立体地示出。该螺纹套筒具有在轴向方向上延伸的套筒区段49和基本上在径向方向上延伸的凸缘50。套筒区段49设有内螺纹51和外螺纹52。螺纹套筒45的径向外端部设有大的质量54，该大的质量应使螺纹套筒45获得高的惯性矩。腔室48在螺纹套筒45、尤其在套筒区段49和壳体47之间被密封。为此，在本申请中所提到的借助于永磁体密封件37，41的密封设计必要时可与径向轴密封件38组合地使用。MRF 11被接收在这样被密封的腔室48中。在壳体47和轴承46之间布置有线圈53，用于产生可切换的磁场。

图10示出在发动机轴25不转动时的离合器24。离合器24闭合，因为弹簧30施加一在轴向方向上起作用的力F_F到螺纹套筒45的凸缘50上。被凸缘50、即由螺纹套筒45施加在弹簧30上的反向力用F_S标出。MRF 11在没有提供磁场的情况下是液态的。

图11示出在发动机轴25转动并且磁场关闭时在接合状态下在运行时的离合器24。离合器法兰28与发动机轴25、离合器片29、皮带盘26、螺纹套筒45和弹簧30一起转动。MRF11是液态的并且螺纹套筒45持续地旋进液态的MRF 11中。因此，产生小的轴向力，该轴向力被螺纹套筒45迎着弹簧30的预紧力作用到弹簧30上并且与离合器压紧力反向地定向。然而，该力小于弹簧30的预紧力，使得离合器保持接合并且传递完全的转矩。由于质量54，旋转的螺纹套筒45具有高的动能。

图12示出在断开开始时的离合器24。发动机轴25驱动离合器法兰28并且接通磁场，使得MRF 11在若干毫秒之内凝固。螺杆45的螺纹51，52从凝固的MRF 11中旋出来，使得螺杆45从腔室48中轴向移动出来。在此所产生的轴向力大于弹簧30的弹簧预紧力，使得离合器24开始打开。螺纹套筒直接在致动器1响应之后与离合器片脱离配合，使得从发动机轴25不再有转矩传递到离合器片上。但是为了能够完全地打开和断开离合器并且使离合器片29清楚地相互分开，必需的是，螺纹套筒45这样进一步旋转，直到它完全抵抗弹簧30的张紧力从腔室48中旋出。螺纹套筒45通过质量54以惯性保持旋转能量。螺纹51，52的斜度确定在从腔室中旋出时套筒45的轴向速度。因此，直接在断开开始之后、即一旦套筒45不再接触离合器片29，则发动机轴25的驱动装置可以关断。

图13示出在完全断开的状态下的离合器24。打开的离合器24让发动机轴25自由地转动。只要如需要的这样，MRF 11保持在磁场的影响下和在凝固的状态下，使得弹簧30的由弹簧30抵靠离合器法兰28施加的压紧力补偿地保持。为使离合器24接合，简单地关断磁场。这个过程在图14中示出。在关断磁场之后，MRF 11在数毫秒内液化并且由MRF 11施加在螺纹套筒45上的轴向力取消。由于由弹簧30施加在螺纹套筒45上的预紧力，螺纹套筒45进入壳体47中。图9至14的离合器的原理是有利的，因为离合速度可以非常高并且可以通过控制MRF 11的粘度来调整。

用于根据本发明的致动器和离合器的密封件设计在图18和19中详细地示出。在MRF 11中的可极化的颗粒15需要匹配的密封解决方案，如例如永磁体密封件。永磁体密封件的原理在于可极化的颗粒15由于在要密封的间隙43中凝固或者形成链而闭锁。为此，借助于永磁体41在要密封的间隙43中产生持续的磁场，颗粒在该磁场中形成链并且因此不能够从间隙43中出来。借助于铁环42使永磁场的场力线以想要的方式在间隙43中定向。这样的永磁体密封件不充分，例如因为载液可以进一步从间隙43挤出，对于这种情况，永磁体密封件也可以通过径向轴密封件44补充。径向轴密封件44布置在永磁体密封件41的背离MRF11的一侧上，以避免与MRF 11的磨损的颗粒接触。捕获在磁场中的颗粒应不能以此方式损坏密封唇。

离合器的致动器1考虑其磨损。与此相关的示图在图20a和20b中示出。图20a示出没有磨损的新的离合器的致动器。螺纹13在轴向方向上以宽度S_n的间隙间隔开。通过离合器24的磨损，螺纹套筒33或者说螺杆8在腔室中总是进一步地逆着进给方向偏移，即从离合器法兰28向前。因此，在螺纹13和壳体2之间的间距或者间隙这样设计，使得螺杆33，8和螺纹13从不贴靠到壳体2上。否则，为正确地离合要由碟形弹簧30施加到离合器片29上的轴向力可能不再被施加在离合器片29上，而是通过螺纹13导入到壳体2中，使得离合器24可能会打滑。具有确定磨损的离合器的致动器1在图20b中示出。在那里，在螺纹13和壳体2之间的间隙仅仅还具有S_v的宽度。

图16a和16b示出致动器的一种替代的实施方式，该致动器可用于操纵图9至17的离合器24，一个在不用磁场加载的状态下(图16a)，并且一个在用磁场加载的状态下(图16b)。取代用螺纹套筒45，离合器24可以借助于一个致动器1(如其在图16a和图16b中所示出的这样)或者多个这样的致动器1操纵。致动器1基本上相当于在图1至6中所示出的致动器1。在所示出的实施方式中，其壳体2以及其螺杆8由铝合金制成。通过使用这样的致动器1可以特别小地构造离合器24。

在图17中示出根据图7和8的离合器24的实施方式，所述离合器设有缓冲器55和减振器56。缓冲器55基本上由质量元件组成，所述质量元件在周向方向上包围离合器法兰28并且在弹性体元件57在中间位置的情况下布置在离合器法兰上。借助于缓冲器55可缓冲确定地存在于驱动系中的干扰频率。减振器56布置在皮带盘26上并且基本上与其值无关地用于频率的减振。

图21a至24b示出用于螺杆8或者说螺纹套筒33或45的螺纹13，51，52的不同的实施方式。图21a和21b示出螺纹，所述螺纹的芯直径58小于螺杆或者说螺纹套筒的外直径59。为了维持在致动器1中的液压均衡，所述外直径59必须在螺纹两侧相等。通过这种变型，可以实现螺杆或者说螺纹套筒的快速轴向移动和颗粒缓冲垫40的快速构建，因为随着螺纹的每一转，相对大的容积(即一个螺距的容积)被输送到外直径59的区域中的小的间隙中。图22a和22b示出具有非线性的螺纹斜度的螺纹。在陡的螺纹斜度的区域中，处于螺距中的颗粒快速地在轴向方向上运动。在螺纹的端部区域(区段18附近)中，其斜度更平，使得螺纹能以尽可能平的支承面支撑在颗粒缓冲垫40上。图23a和23b的实施方式具有双线螺纹，其具有第一螺距61和第二螺距62。图24a和24b的实施方式具有六线螺纹，其具有第一螺距61、第二螺距62、第三螺距63、第四螺距64、第五螺距65和第六螺距66。多线螺纹由于多倍的螺纹斜度实现颗粒缓冲垫40的快速构建。然而，最大的轴向移动与单线螺纹相比不变。

图21a至24b的实施方式可以特别好地相互组合。用于这样的组合的实施例是多线螺纹，其具有变化的螺杆芯直径。因此，这样的组合是有意义的，因为各个参数(螺距数量和芯直径)对可通过螺纹实现的轴向移动-转-曲线具有不同的影响。因此，通过有针对性地选择螺纹参数可实现，优化轴向移动、轴向移动的速度和与其相关的断开时间。

在图25中以轴向移动-转-图表相比较地示出具有不同的螺纹参数的不同螺纹。在该轴向移动-转-图表中，在横坐标上表示螺杆8完成的转U。在纵坐标上表示在此被螺杆8由于其与MRF 11交互作用而走过的轴向移动S。该图表示出四条不同的轴向移动-转-曲线。曲线68为具有单一螺纹13的螺杆8的曲线。曲线69为具有带有两种螺距的螺纹13的螺杆8(图23a和23b的实施方式)的曲线。曲线70为具有螺纹13的螺杆8的曲线，其中，根据图21a和21b的实施方式，螺杆具有不同的直径。曲线71为具有带有两种螺距(根据图23a和23b的实施方式)的螺纹13与不同的螺杆直径(根据图21a和21b的实施方式)组合的螺杆8的曲线。图25的图表清楚地示出，曲线71的螺杆由于其快速的响应特性相对于其余螺杆是优选的。

附图标记列表

1 致动器

2 壳体

3 管

4 右边的盖

5 左边的盖

6 O形环

7 滑动轴承

8 螺杆

9 纵轴线

10 磁铁

11 磁流变的液体

12 螺纹芯

12a 螺纹芯区段

12b 螺纹芯区段

13 螺纹

14 载液

15 可磁性地极化的颗粒

16 要操纵的单元

17 弹簧

18 (在螺纹后方的)区段

19 (在螺纹前方的)区段

20 压模

21 沙

22 场力线

23 钻孔

24 离合器

25 发动机轴

26 皮带盘

27 中心螺钉

28 离合器法兰

29 离合器片/离合器片组

30 碟形弹簧

31 轴向导向装置

32 滑动轴承

33 螺纹套筒

34 轴承

35 铁导向装置

36 线圈

37 永磁体磁性密封件

38 径向轴密封环

39 腔室

40 缓冲垫

41 永磁体

42 铁环

43 间隙

44 径向轴密封件

45 螺纹套筒

46 轴承

47 壳体

48 腔室

49 套筒区段

50 凸缘

51 内螺纹

52 外螺纹

53 线圈

54 质量

55 缓冲器

56 减振器

57 弹性体元件

58 芯直径

59 外直径

60 密封件

61 第一螺距

62 第二螺距

63 第三螺距

64 第四螺距

65 第五螺距

66 第六螺距

67 颗粒链

68 单一螺纹情况下的曲线

69 双螺纹情况下的曲线

70 不同的螺杆芯直径情况下的曲线

71 不同的螺杆芯直径和双螺纹情况下的曲线

B 磁场

Sn 崭新情况下的间隙

Sv 磨损情况下的间隙

S 行程

U 转

Claims (10)

1.磁流变式致动器(1)具有：腔室(39，48)，磁流变的液体(11)被接收在所述腔室中；以及调整机构(8，33，45)，该调整机构布置在所述腔室(39，48)中，其中，所述调整机构(8，33，45)设置用于施加所述致动器的操纵力，其特征在于，所述调整机构(8，33，45)为绕其纵轴线旋转式地驱动的螺杆(8，33，45)，所述螺杆具有螺杆芯(12，49)和位于螺杆芯上的螺纹(13)，并且所述螺纹(13)被所述磁流变的液体(11)包围。

2.根据权利要求1所述的磁流变式致动器，其特征在于，所述螺杆(8，33，45)以能在轴向方向上移动的方式被接收、尤其被支承在所述腔室(39，48)中和/或颗粒缓冲垫(40)能在运行时强制构造，所述螺杆支撑在所述颗粒缓冲垫上。

3.根据权利要求1或2所述的磁流变式致动器，其特征在于，所述螺纹(13)、尤其所述螺纹的螺纹尖端紧密地接触所述腔室(39，48)的内壁。

4.根据以上权利要求中任一项所述的磁流变式致动器，其特征在于，在所述螺纹(13)的螺纹尖端和所述腔室(39，48)的内壁之间构造有自由空间。

5.根据以上权利要求中任一项所述的磁流变式致动器，其特征在于，所述自由空间尤其这样定尺寸，使得所述磁流变的液体(11)的载液(14)能够经过该间隙，尤其在所述磁流变的液体(11)由于作用到其上的磁场而凝固的情况下。

6.根据以上权利要求中任一项所述的磁流变式致动器，其特征在于，所述螺杆(8，33，45)、尤其所述螺纹(13)和/或其螺纹轮廓侧面设有在轴向方向上的贯通孔(23)，相邻的螺距通过所述贯通孔在流动技术方面相互连接。

7.根据以上权利要求中任一项所述的磁流变式致动器，其特征在于，所述螺纹(13)是多线的、尤其是两线的、三线的或四线的。

8.根据以上权利要求中任一项所述的磁流变式致动器，其特征在于，所述螺纹(13)构造有变化的斜度、尤其构造有非线性的斜度。

9.根据以上权利要求中任一项所述的磁流变式致动器，其特征在于，所述螺纹(13)的内直径(58)不同于、尤其小于所述螺杆芯(12)的在所述螺纹(13)外部的区域中的直径(59)。

10.离合器(24)，具有根据以上权利要求中任一项所述的致动器(1)。