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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Übertragungsvorrichtung und insbesondere eine Kraft- und/oder Drehmomentübertragungsvorrichtung, wobei die Übertragung zwischen einer ersten Komponente und mindestens einer relativ zu dieser sich bewegenden oder ruhenden zweiten Komponente verändert werden kann. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung den Drehwiderstand eines Bedienknopfes einstellen. Es sind aber auch andere Beeinflussungen von Relativbewegungen möglich.
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Im Stand der Technik sind verschiedenste Übertragungsvorrichtungen bekannt geworden, bei denen die Relativbewegung zweier Komponenten zueinander beeinflussbar ist.
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Mit der
DE 10029191 A1 ist ein elektronisch gesteuerter Flüssigkeitsdrehknopf als haptisches Bedienelement bekannt worden, wobei sich zwischen Drehknopf und Magnetkreis ein Spalt befindet, der mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt ist. Eine Spule ist vorgesehen, um eine variable Bremswirkung an dem Drehknopf hervorzurufen. Dieser Stand der Technik funktioniert grundsätzlich zufriedenstellend.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine weitere Übertragungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der die Kopplungsintensität zweier koppelbarer Komponenten beeinflussbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Übertragungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel.
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Die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung weist wenigstens zwei koppelbare Komponenten auf, die durch Wälzlager voneinander beabstandet sind und die durch wenigstens einen Wälzkörperhalter definiert gehalten werden. Dabei ist eine Kopplungsintensität der beiden koppelbaren Komponenten beeinflussbar. Dazu ist wenigstens eine Felderzeugungsvorrichtung vorgesehen, die zur Erzeugung wenigstens eines Feldes dient, um durch das Feld den Kontakt zwischen dem Wälzkoppelhalter und den Wälzkörpern zu beeinflussen.
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Die Erfindung hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung besteht darin, dass durch das Feld direkt der Kontakt zwischen dem Wälzkörperhalter und den Wälzkörpern beeinflusst wird. Der Einsatz eines magnetorheologischen Fluides, bei dem nach Anlegen eines Magnetfeldes die magnetorheologischen Partikel miteinander verketten, ist nicht nötig. Durch die Erfindung wird der Kontakt zwischen dem Wälzkörperhalter und den Wälzkörpern direkt beeinflusst. Insbesondere wird der Kontakt durch Anlegen eines Feldes verstärkt. Vorzugsweise ist es auch möglich, den Kontakt zwischen dem Wälzkörperhalter und den Wälzkörpern durch Anlegen eines entsprechenden Feldes zu verringern.
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Insbesondere bewirkt das Anlegen eines entsprechenden Feldes durch den verstärkten Kontakt zwischen dem Wälzkörperhalter und den Wälzkörpern eine erhöhte Reibung zwischen den Wälzkörpern und dem Wälzkörperhalter, sodass die Bewegung der beiden Komponenten zueinander verzögert wird.
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Wenn die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung beispielsweise als Bedienknopf vorgesehen ist, kann der Drehwiderstand durch Anlegen eines Feldes erhöht werden. Dadurch erhält der Benutzer des Drehknopfes einen taktilen Widerstand. Insbesondere ist der Widerstand zeitlich und örtlich steuerbar.
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Vorzugsweise umfasst die Felderzeugungseinrichtung der Übertragungsvorrichtung wenigstens einen Magneten. Dabei kann die Felderzeugungseinrichtung wenigstens einen Dauermagneten umfassen. Die Felderzeugungseinrichtung kann aber auch wenigstens eine Spule bzw. einen Elektromagneten umfassen, um durch gezielte Aktivierung ein entsprechendes magnetisches Feld erzeugen zu können. Der Einsatz von elektrischen Spulen zur Erzeugung von Magnetfeldern bietet den Vorteil, dass die Stärke des erzeugten Magnetfeldes beliebig zwischen null und dem maximal erzeugbaren Magnetfeld variiert werden kann. So kann flexibel auf unterschiedlichste Bedingungen reagiert werden.
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Möglich ist es beispielsweise, dass in Abhängigkeit vom Drehwinkel oder in bestimmten zeitlichen Abständen die Stärke eines angelegten Magnetfeldes pulsierend geändert wird. Das Magnetfeld kann periodisch ein- und abgeschaltet werden. Möglich ist es aber auch, dass die Intensität zum Beispiel sinusförmig geändert wird, um dem Benutzer der Übertragungsvorrichtung, die beispielsweise als Bedienknopf ausgeführt ist, einen fühlbaren taktilen Widerstand bei der Benutzung des Bedienknopfes zur Verfügung zu stellen.
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Dadurch erhält der Benutzer bei Drehung einer als Bedienknopf ausgeführten Übertragungsvorrichtung ein fühlbares Raster, welches aber tatsächlich durch ein variables Magnetfeld erzeugt wird. Das Raster muss dabei nicht einmal festen oder wiederholbaren Winkelschritten entsprechen, sondern kann auch einfach zeitlich festgelegt sein.
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Bevorzugt ist es aber auch, dass ein Sensor vorgesehen ist, der beispielsweise als Drehwinkelgeber oder sonstiger Winkelsensor ausgeführt ist und der den jeweils aktuellen Winkel erfasst, sodass an vorbestimmten oder wählbaren Winkelpositionen ein entsprechend erhöhter Drehwiderstand erzeugbar ist.
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In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, wenn der Wälzkörperhalter wenigstens teilweise aus wenigstens einem ferromagnetischen Material besteht. Ein Wälzkörperhalter aus wenigstens teilweise ferromagnetischem Material hat den Vorteil, dass ein von einem Magnetfeld durchfluteter ferromagnetischer Wälzkörperhalter je nach Ausrichtung des Feldes in Richtung auf die Wälzkörper gezogen bzw. gedrückt werden kann. Wird der Wälzkörperhalter gegen die Wälzkörper gedrückt, so wird die Reibung zwischen dem Wälzkörperhalter und den Wälzkörpern erhöht, sodass ein fühlbarer Widerstand bei der Drehung der beiden Komponenten gegeneinander auftritt.
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Vorzugsweise ist wenigstens ein Teil der Wälzkörper ferromagnetisch. Möglich ist es insbesondere auch, dass alle Wälzkörper ferromagnetisch ausgeführt sind.
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In allen Ausgestaltungen und Weiterbildungen ist es bevorzugt, dass der Wälzkörperhalter mit wenigstens einer reibungserhöhenden Schicht versehen ist oder aus einem Material mit reibungserhöhenden Eigenschaften besteht (u. a. auch MR-Polymer, MR-Kunststoffe...). Durch eine reibungserhöhende Schicht oder Material kann der Effekt nochmals erhöht werden.
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Möglich ist es auch, dass der Wälzkörperhalter mit einer rauen oder speziell geformten Oberfläche versehen ist, um die Reibung zwischen den Wälzkörpern und dem Wälzkörperhalter nach Anlegen eines entsprechenden Feldes zu erhöhen. Möglich ist es auch, dass der Wälzkörperhalter mit einer welligen oder sägezahnförmigen oder gezackten Oberfläche versehen ist, um nach Anlegen eines Feldes den Reibungswiderstand zwischen dem Wälzkörperhalter und den Wälzkörpern zu erhöhen.
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Insbesondere, wenn mit der Übertragungsvorrichtung ein Bedienknopf oder dergleichen realisiert wird, spielt in der Regel ein Verschleiß durch Reibung keine wesentliche Rolle, da beispielsweise Bedienknöpfe an Autoradios, Fernsehern oder dergleichen im Vergleich zu Wellenlagerungen nur sehr wenig beansprucht werden.
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In bevorzugten Ausgestaltungen ist wenigstens eine Komponente als Lagerschale ausgebildet. Insbesondere sind beide Komponenten jeweils als Lagerschale ausgebildet. Dann kann die Übertragungsvorrichtung insgesamt erhebliche Ähnlichkeiten mit einem Lager haben, an dem zwei drehbare Komponenten gegeneinander drehbar gelagert werden.
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In allen Fällen ist es möglich, dass die Relativbewegung der beiden Komponenten zueinander rotativ und/oder axial ist. Die Wälzkörper können bei einer rotativen Bewegung zwischen einer radial inneren und einer radial äußeren Lagerschale angeordnet sein, wobei ein oder zwei Wälzkörperhalter die Wälzkörper in ihren vorbestimmten Positionen halten. Möglich ist es aber auch, dass die beiden Komponenten linear gegeneinander bewegbar sind.
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In allen Fällen kann wenigstens eine Dichtung vorgesehen sein, um beispielsweise den Eintritt von Staub, Schmutz oder Feuchtigkeit in die Übertragungsvorrichtung zu verhindern.
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In allen Fällen ist es besonders bevorzugt, dass zur Magnetisierung des Dauermagneten die elektrische Spule eingesetzt wird, wobei die Remanenz des Dauermagneten ausgenutzt wird und durch einen kurzen magnetischen Impuls der elektrischen Spule oder durch eine kurze Impulsfolge der elektrischen Spule die Magnetisierung des Dauermagneten dauerhaft geändert wird. Dann bleibt auch nach dem Ende des magnetischen Impulses oder der magnetischen Impulse das in dem Dauermagneten erzeugte Magnetfeld dauerhaft erhalten. Insbesondere ist der Zeitraum, in dem das dauerhafte Magnetfeld des Dauermagneten erhalten bleibt, wenigstens zehnmal so lang und insbesondere wenigstens tausendmal so lang wie die Zeitdauer des magnetischen Impulses. Auf diese Art und Weise können über die Ausnutzung der Remanenz dauerhaft Magnetfelder eingestellt werden, ohne dass dauerhaft Strom durch die Spule fließen muss.
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Vorteilhafterweise besteht der Magnet zumindest teilweise aus einem hartmagnetischen Material, dessen Koerzitivfeldstärke größer als 1 kA/m und insbesondere größer als 5 kA/m und vorzugsweise größer als 10 kA/m ist. Dieser Teil kann auch als Kern bezeichnet werden, der die zu erzeugende Feldstärke dauerhaft zur Verfügung stellt.
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Zumindest teilweise kann der Magnet bzw. wenigstens ein Magnet auch aus einem Material bestehen, welches eine Koerzitivfeldstärke kleiner als 1000 kA/m und vorzugsweise kleiner 500 kA/m und besonders bevorzugt kleiner als 100 kA/m aufweist.
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Vorzugsweise besteht der Magnet wenigstens teilweise aus einem solchen Material und ist derart strukturiert, dass im Lager eine magnetische Flussdichte von wenigstens 0,3 T und insbesondere wenigstens 0,5 T erzeugbar ist.
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Dabei bleibt die Form und Stärke des Magnetfelds in dem Magneten dauerhaft erhalten. Bei Bedarf kann die Form und Stärke des Magnetfelds durch zumindest einen magnetischen Impuls der Spule bzw. der Felderzeugungseinrichtung dauerhaft verändert werden. Die Form und Stärke des Magnetfelds kann auch durch eine gezielte Modulation zeitlich oder örtlich variabel verändert werden.
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Teile des Magneten bzw. der Magneteinrichtung und/oder die Felderzeugungseinrichtung können relativ zueinander bewegbar sein.
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In allen Fällen sorgt insbesondere der Magnet für einen geschlossenen magnetischen Kreis um das Lager, wobei das Magnetfeld in der Übertragungseinheit durch den Magneten insbesondere ohne äußere Energiezufuhr erzeugbar ist.
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Mit der oder wenigstens einer Felderzeugungseinrichtung kann eine dauerhafte Einstellung und/oder Veränderung der Magnetisierung der Magneteinrichtung bzw. des Magneten durchgeführt werden. Vorzugsweise wird dazu eine Elektrospule verwendet, welche durch einen Strompuls einen magnetischen Impuls erzeugt, welcher das Feld des Magneten überlagert. Durch eine gezielte Steuerung der Stromstärke der elektrischen Spule kann ein definierter magnetischer Impuls erzeugt werden, der aufgrund der verbleibenden Magnetisierung des Magneten eine entsprechende, genau definierte Feldstärke in dem Magneten einstellt. Abhängig von der Stärke des Impulses kann die Magnetisierung des Magneten verstärkt, abgeschwächt, aufgehoben oder umgepolt werden.
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In allen Ausgestaltungen ist es denkbar, das voreingestellte Magnetfeld des Magneten durch ein zusätzliches Magnetfeld einer Spule zu überlagern, ohne die dauerhafte Magnetisierung des Magneten zu verändern. Hierzu kann entweder die bereits vorhandene Spule oder eine zusätzliche Spule verwendet werden.
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Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn unterschiedliche Arbeitspunkte benötigt werden und bei jedem Arbeitspunkt eine geringfügige, aber kontinuierliche oder diskrete Anpassung erforderlich ist. Langsamere Vorgänge wie beispielsweise ein Temperaturausgleich können über eine Änderung der Magnetisierung erfolgen, während schnelle Vorgänge in Echtzeit von dem zusätzlichen Spulenfeld überlagert werden können.
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Vorteilhafterweise ist wenigstens eine Kondensatoreinrichtung mit einem oder mehreren elektrischen Kondensatoren vorgesehen. Diese bietet die Möglichkeit Energie für einen oder mehrere magnetische Impulse zu speichern, sodass auch bei Verwendung einer Stromquelle mit geringer Leistung nach Aufladen des Kondensators ein gewünschter magnetischer Impuls ausgelöst werden kann.
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Das Bereitstellen der Energie in einer Kondensatoreinrichtung kann die Reaktionsgeschwindigkeit des Systems erhöhen, zudem beschleunigt eine höhere Spannung den Feldaufbau durch die Spule. Möglich ist auch über die Ladespannung der Kondensatoreinrichtung die Stärke des magnetischen Impulses zu bestimmen ohne die Pulsdauer zu variieren.
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Anstatt oder zusätzlich zu einer Kondensatorvorrichtung können auch andere Vorrichtungen verwendet werden um zumindest einen Teil der Energie für mindestens einen Impuls zu speichern. Vorstellbar sind beispielsweise induktive Speicher wie Spulen oder Transformatoren.
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Der Magnet muss im bestehenden magnetischen Kreis einerseits eine hohe magnetische Feldstärke erzeugen können, andererseits darf die zur Ummagnetisierung nötige Energie nicht zu groß sein. Denkbar ist es, nur einen Teil der Magneteinrichtung bzw. des Magneten, aus hartmagnetischem Material zu fertigen und den Rest aus einem Material mit geringem magnetischem Widerstand (Reluktanz) und hoher Sättigungsflussdichte. Vorteilhafter Weise ist dieser Magnet in der Spule bzw. in deren unmittelbarer Nähe angeordnet, da das Spulenfeld zur Ummagnetisierung dort am stärksten ist und auch am besten kontrolliert werden kann.
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Möglich ist es aber auch, den gesamten Magneten bzw. die gesamte Magneteinrichtung aus hartmagnetischem Material zu fertigen, wobei dann verhältnismäßig mehr Material zur Erzeugung des Feldes zur Verfügung steht bzw. die magnetischen Anforderungen an das Material kleiner werden.
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Vorteilhafterweise besteht der Magnet wenigstens teilweise aus einem Material, welches eine Koerzitivfeldstärke größer als 1 kA/m (= 1.000 Ampère/Meter) und insbesondere größer als 5 kA/m und vorzugsweise größer als 10 kA/m aufweist. Insbesondere sind auch Koerzitivfeldstärken von 30 kA/m, 40 kA/m oder 50 kA/m oder auch 100 kA/m oder 150 kA/m möglich.
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Besonders bevorzugt besteht der Magnet bzw. die Magneteinrichtung wenigstens teilweise aus einem Material, welches eine Koerzitivfeldstärke kleiner als 1500 kA/m (= 1.500.000 Ampère/Meter) und vorzugsweise kleiner 500 kA/m und besonders bevorzugt kleiner als 200 kA/m aufweist. Die Koerzitivfeldstärke liegt besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 10 kA/m und 200 kA/m.
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Bevorzugt besteht der Magnet bzw. dessen Kern wenigstens teilweise aus einem Material wie Alnico (AlNiCo) oder einer magnetischen Stahllegierung oder einem Material mit vergleichbaren magnetischen Eigenschaften. Alnico ist eine Legierung aus Aluminium, Nickel und Cobalt und teilweise auch anderen Elementen wie beispielsweise Eisen oder Kupfer. Aus Alnico können Permanentmagnete hergestellt werden, die üblicherweise eine Remanenz von 0,7 bis 1,2 T und eine Koerzitivfeldstärke von 30 bis 150 kA/m oder mehr aufweisen können.
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Ein Alnico-Magnet weist relativ hohe Koerzitivfeldstärken auf und setzt äußeren Magnetfeldern dementsprechend einen hohen Widerstand entgegen, sodass eine Ummagnetisierung bzw. Entmagnetisierung im geschlossenen magnetischen Kreis mit normalen in der Natur vorkommenden Feldern nicht erreicht wird. Andererseits ist die Koerzitivfeldstärke im Vergleich z. B. zu Neodym relativ gering, sodass mit einem Elektromagneten bzw. einer elektrischen Spule eine Entmagnetisierung mit relativ geringem Energieaufwand möglich ist.
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Vorteilhaft an Alnico sind auch der Verlauf der Entmagnetisierungskurve (2. Quadrant im BH-Diagramm), die hohe Temperaturstabilität und die guten chemischen Eigenschaften relativ zu anderen üblichen Magnetmaterialien.
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Die Stärke der Magnetisierung hängt von der Stärke des magnetischen Impulses, nicht aber von der Länge des magnetischen Impulses ab sobald eine gewisse Mindestimpulsdauer erreicht wird. Als Mindestimpulsdauer wird jener Zeitraum definiert, nachdem das magnetisierbare Material eine der jeweiligen Impulsstärke entsprechende Magnetisierung erreicht hat. Insbesondere wird darunter jener Zeitraum verstanden, nachdem das magnetisierbare Material eine der jeweiligen Impulsstärke entsprechende maximale Magnetisierung erreicht hat. Nach Erreichen der Mindestimpulsdauer erhöhen längere Impulse gleicher Stärke die Magnetisierung nicht mehr. Als Maß für die magnetische Impulsstärke kann die Stromstärke der Spule bzw. die Ladespannung des Kondensators verwendet werden.
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Diese Mindestimpulsdauer hängt von vielen Faktoren ab, beispielsweise beeinflusst der Aufbau und das Material des magnetischen Kreises die Ausbildung von Wirbelströmen, welche einer Änderung des Magnetfeldes entgegenwirken bzw. dessen Änderung verzögern. Innerhalb dieser Mindestimpulsdauer kann die Stärke des Magnetischen Pulses auch durch die Pulsdauer variiert werden.
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Die Impulslänge der magnetischen Impulse ist insbesondere kleiner als 1 Minute, vorzugsweise ist die Impulslänge kleiner als 1 Sekunde und besonders bevorzugt kleiner als 10 Millisekunden. Für eine dauerhafte Veränderung und Einstellung der Magnetisierung des Magneten können magnetische Impulse mit einer Impulslänge im Bereich von wenigen Mikrosekunden ausreichen, wobei anschließend die eingestellte Magnetisierung des Magneten dauerhaft über Minuten, Stunden, Tage und noch größere Zeiträume zur Verfügung steht, bis mit dem nächsten magnetischen Impuls die Magnetisierung erneut verändert wird. Das Verhältnis der Zeitdauer der dauerhaften Veränderung der Magnetisierung des Magneten zu der Impulslänge des magnetischen Impulses ist größer 10 und insbesondere größer 1000 und kann sehr viel größer sein. Wenn es in kurzer zeitlicher Abfolge nötig wird, mehrere magnetische Impulse zur Änderung der eingestellten Magnetisierung des Magneten auszugeben, kann die Zeitdauer der Veränderung der Magnetisierung des Magneten durch die magnetischen Impulse auch kleiner als 10 werden. Das ändert aber nichts daran, dass ohne weitere magnetische Impulse der Zustand der Magnetisierung des Magneten noch weiterhin fortdauern würde.
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Üblicherweise begrenzt die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Impulses die minimale Impulsdauer, Zeiten im Bereich von Hundertstel- oder Zehntelsekunden sind ebenso möglich wie wenige Millisekunden oder weniger.
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In allen Fällen ist es möglich, dass zur Verstärkung des Effekts zwischen der ersten und der zweiten Komponente noch ein rheologisches Medium und insbesondere magnetorheologisches Medium oder ein Ferrofluid vorgesehen ist. Dadurch kann ein größeres Drehmoment übertragen werden.
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In allen Fällen ist es bevorzugt, dass das Feld durch den Wälzkörper und quer zu der Relativbewegung der Komponenten zueinander verläuft. Möglich und bevorzugt sind dabei auch andere Ausrichtungen des Feldes.
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In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass ein haptisches Raster bei der Relativbewegung der beiden Komponenten gegeneinander erzeugbar ist.
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Die erfindungsgemäße rheologische Übertragungsvorrichtung kann auf vielfältigen technischen Gebieten eingesetzt werden, so z. B. an Fahrzeugen oder industriellen Anlagen als Kupplung, Einsteil- oder Bedienknopf oder zur Herstellung variabler Anschläge eines Einstellorgans. Die Erfindung kann gegebenenfalls auch bei der Lenksteuerung von Automobilen oder sonstigen Zweirädern eingesetzt werden.
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Die Erfindung eignet sich im besonderen Maße dazu, einen Haptikknopf bzw. Drehknopf zur Verfügung zu stellen. Dabei kann in das Bedienteil des mit gegebenenfalls programmierbarer Haptik ausgerüsteten Drehknopfs auch die zugehörige Elektronik integriert sein.
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Es kann auch ein Lautsprecher bzw. eine Geräuscherzeugungseinheit integriert oder zugeordnet sein. Das ist vorteilhaft, da der Drehknopf als Bedienknopf an sich mechanisch geräuschlos ist. Sowohl das Drehen ohne als auch mit Raster oder/und die virtuellen Anschlägen sind an sich geräuschlos. Das Erzeugen des Feldes zu einer Drehmomenterhöhung oder zur Erzeugung eines Rasters ist ebenso an sich geräuschlos. Mittels der Geräuschquelle wie einem Lautsprecher oder einem Piezolautsprecher kann z. B. dem virtuellen Raster ein Klicken bei jeder Rastposition zugeordnet werden. Die Art, Lautstärke und Dauer des Geräusches kann individuell zugeordnet werden, aber bei Benutzerwunsch auch verändert oder abgeschaltet werden.
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Somit ist das Drehmoment, das Raster, die Anschläge und das Geräusch programmierbar bzw. adaptiv. Die Geräusche können auch über externe Lautsprecher wie z. B. Standardlautsprecher im Auto oder die Lautsprecher der Hi-Fi Anlage im Haus erzeugt werden.
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Der Haptikknopf kann somit praktisch das Mausrad einer Computermaus ersetzen. Bei dem Raster kann nicht nur der Winkelabstand des Rasters einstellbar sein, sondern auch dessen Verlaufsform, Stärke usw. Damit kann quasi eine Rasterkennlinie vorgeben werden.
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Der Haptikdrehknopf kann auch auf einer Bedienfläche oder einem Bildschirm montiert sein. Damit man das Display nicht für die Befestigung des Knopfes herausnehmen muss, kann dieser aus einem Oberteil auf dem Display und einem Unterteil unterhalb des Displays bestehen. Vorzugsweise ist eine Datenübertragung über z. B. Induktion oder dergleichen vorgesehen. Dadurch kann das Display als eine Fläche billiger hergestellt werden.
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Es ist auch möglich, dass ein Haptikknopf sich auch drücken lässt. Dabei kann das Drücken auch durch ein Feld beaufschlagt sein.
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Der Bildschirm zeigt die einzustellenden Informationen an, welche sich je nach Anwendung ändern. Die Funktion des Haptikknopfes passt sich daran an. Einmal wird mittels eines Rasters verstellt, so z. B. Einstellen der Lautstärke; auf dem Display erscheint eine Lautstärkenskala, welche auch eine logarithmische Skalierung haben kann.
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Ein anderes Mal kann zwischen zwei Positionen ohne Raster aber mit variablem Moment verstellt werden, so z. B. zwischen der Uhrstellung 8:00 und der Uhrstellung 16:00, wobei vor der Endposition jeweils ein zunehmendem Moment vorgesehen sein kann. Das Raster kann auch zum Anfahren definierter Positionen dienen, wenn z. B. nach einer Nameneingabe gefragt wird.
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Das Display kann auch als Touchscreen ausgeführt sein. Dadurch können Menüpunkte rasch gewählt und mittels des Drehstellers Feineinstellungen gemacht werden. Z. B. ist es bei Autos in der Regel nicht gewünscht, die Lautstärkenregelung des Radios über Touchscreen zu machen, da der Fahrer sonst immer lange hinschauen müsste, was und wo er gerade verstellt, was ihn ablenkt. Den Drehsteller findet er auch mit einem kurzen Blick oder ohne Hinsehen.
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Auch z. B. beim Fahrradfahren ist das Verstellen mit einem mechanischen Steller einfacher und sicherer als über ein Touchdisplay. Dies insbesondere auch dann, wenn der Radfahrer z. B. Handschuhe an hat, wodurch die Bedienung eines Touchdisplay schwer oder sogar unmöglich ist.
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Es ist auch eine Kombination von einem Display oder Touchdisplay und einem mechanischem Drehsteller mit variablem Moment/Raster möglich. Solche Eingabegeräte können auch außerhalb des Kraftfahrzeuges vorteilhaft sein, so z. B. bei Steuerungen für Industrieanlagen, Fernbedienungen für z. B. Fernseher oder Funkfahrzeuge wie Spielzeughubschrauber, sowie an PC und Spielkonsolen, Steuerkonsolen für militärische Anwendungen (Drohnenflugzeuge, Raketen).
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Möglich ist es auch, dass ein Haptikdrehknopf mit einer Anzeige die jetzige Computermaus ersetzt.
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Es ist möglich, dass der Drehknopf bzw. das Stellglied in normalen Zustand versenkt sein kann und nur bei Bedarf ausgefahren wird.
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Sowohl bei einer rotativen als auch bei einer linearen Beweglichkeit der beiden Komponenten zueinander ist eine solche Ausgestaltung möglich und bevorzugt.
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In Ausgestaltungen, in denen die Remanenz genutzt wird kann das Magnetfeld zum Ummagnetisieren von außen aufgeprägt werden. Zum Ummagnetisieren kann eine entsprechende Spule verwendet werden, die durch z. B. einen Zylinder wirkt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, welches mit Bezug auf die beiliegenden Figuren im Folgenden erläutert wird.
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Vorteilhafterweise kann die Felderzeugungseinrichtung beabstandet und ohne mechanische Verbindung zur dem Magneten angeordnet sein oder platziert werden.
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Die Felderzeugungseinrichtung kann eine separate Einheit sein, welche nur zum Ummagnetisieren des Magneten mit diesem verbunden sein muss oder in deren Nähe verbracht werden muss, wobei als Verbindung eine magnetische Kopplung ausreichen kann.
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In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, wenn die Energie leitungslos übertragen wird. Die Übertragung kann z. B. über Funk erfolgen.
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In allen Ausgestaltungen können mehrere Magnetkreise auf den Strömungskanal wirken, wobei das Magnetfeld in den einzelnen Magnetkreisen unterschiedlich erzeugt werden kann, beispielsweise mit Dauermagneten in Form von Permanentmagneten, variablen Permanentmagneten, Spulen oder deren Kombination.
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Das in der Übertragungseinheit wirkende Magnetfeld kann die Summe der einzelnen Magnetfelder einer beliebigen Anzahl und Kombination von Magneten und Felderzeugungseinrichtungen sein.
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In den Figuren zeigen:
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1: einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung;
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2: eine schematische Ansicht einer Übertragungsvorrichtung, die in eine Anzeige integriert ist.
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In 1 ist eine Übertragungsvorrichtung 1 dargestellt, die hier als Bedienknopf 20 ausgeführt ist und die über eine erste Komponente 2 und eine zweite Komponente 3 verfügt, die gegenüber einander drehbar sind. Zur drehbaren Lagerung der beiden Komponenten 2, 3 gegeneinander sind Lager 19 vorgesehen, die jeweils über eine radial äußere Lagerschale 12 und eine radial innere Lagerschale 13 verfügen. Außerdem sind die Lager mit Wälzkörpern 4 ausgerüstet, die in vorbestimmten Abständen über den Umfang verteilt angeordnet sind.
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Die Wälzkörper 4 werden durch zwei Wälzkörperhalter 5 an dem Lager 19 in vorbestimmten Abständen gehalten.
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Eine Felderzeugungseinrichtung 6 ist als Spule 10 ausgeführt und dient zur Erzeugung eines Feldes 7.
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Im aktivierten Zustand verlaufen die Feldlinien im Wesentlichen durch das Gehäuse 17 und durch das Lager 19. Da die Wälzkörper 4 relativ schnell magnetisch gesättigt werden, bewirkt das Feld 7, dass die Wälzkörperhalter 5 auf beiden Seiten der Wälzkörper zu den Wälzkörpern 4 hingezogen werden. Dadurch liegen die Wälzkörperhalter 5 mit einer gegebenenfalls reibungserhöhenden Schicht 11 an den Wälzkörpern 4 an, sodass die Drehbewegung der beiden Komponenten 2 und 3 gegeneinander erschwert/gehemmt wird.
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Der erzielbare Widerstand reicht aus, um einen fühlbaren taktilen Widerstand zu generieren, sodass auf sehr einfache Art und Weise eine Übertragungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden kann, bei der die Beweglichkeit zweier Komponenten 2 und 3 gegeneinander davon abhängt, ob mit einer Felderzeugungseinrichtung 6 ein Feld 7 erzeugt wird oder nicht. Dadurch kann in zeitlichen Abständen ein variables Magnetfeld erzeugt werden, welches zu einem fühlbaren zeitlichen Raster eines Bedienknopfes 20 führt. Möglich ist es auch, unter Zuhilfenahme eines Drehgebers 18 ein definiertes örtliches Raster vorzugeben.
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1 zeigt einen Bedienknopf 20 oder Drehknopf mit einer erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung 1 in einem schematischen Querschnitt. Der Bedienknopf 20 weist ein Gehäuse 17 auf. Zwei gegeneinander verstellbare Komponenten 2 und 3 sind vorgesehen. Ein Dichtring 14 wirkt als Dichtung.
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Die Wälzkörper 4 können auch direkt, d. h. ohne radial äußere Lagerschale 12 und/oder eine radial innere Lagerschale 13 in der ersten Komponente 2 und in der zweiten Komponente 3 laufen.
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Der Dichtring 14 kann auch weggelassen werden.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer Übertragungsvorrichtung 1, die in eine Anzeige 24 integriert ist. Der Drehknopf 20 ist an einem Display 24 bzw. an einer Anzeige angeordnet. An der Anzeige 24 können auch weitere Bedienelemente oder Tasten 21 vorgesehen sein. Die Anzeige 24 kann auch als Touchscreen 26 berührungsempfindlich ausgeführt sein und z. B. Knöpfe oder Tasten 21 darstellen. Möglich ist es z. B., dass die Tasten 21 programm- und/oder auswahlabhängig dargestellt oder aktiviert werden, um dem Benutzer die individuelle Bedienung zu erleichtern.
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Durch sensor- oder zeitgesteuerte Aktivierung der Spule 10 kann ein haptisches Raster realisiert werden, welches dem Benutzer den Eindruck von diskreten Schritten vermittelt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Übertragungsvorrichtung
- 2, 3
- Komponente
- 4
- Wälzkörper
- 5
- Wälzkörperhalter
- 6
- Felderzeugungseinrichtung
- 7
- Feld
- 8
- Magnet
- 9
- Dauermagnet
- 10
- Spule
- 11
- reibungserhöhende Schicht
- 12
- Lagerschale
- 13
- Lagerschale
- 14
- Dichtung
- 15
- rheologisches Medium
- 16
- Pfeil
- 17
- Gehäuse
- 18
- Drehgeber
- 19
- Lager
- 20
- Bedienknopf
- 21
- Taste
- 22
- Lautsprecher
- 24
- Display
- 26
- Touchscreen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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