Die Erfindung betrifft eine Kupplung, insbesondere eine Drehkupplung, zum lösbaren Kuppeln eines Antriebselements, zum Beispiel einer Antriebs- oder Motorwelle, mit einem mit diesem kuppelbaren Abtriebselement, zum Beispiel einer Riemenscheibe, und einem Aktor / Aktuator zur Betätigung der Kupplung. The invention relates to a coupling, in particular a rotary coupling, for releasably coupling a drive element, for example a drive or motor shaft, with an output element which can be coupled thereto, for example a belt pulley, and an actuator / actuator for actuating the clutch.
Solche Kupplungen sind beispielsweise aus dem Bereich der Kraftfahrzeugtechnik unter anderem zum Kuppeln von manuellen oder automatischen Getrieben mit einer Verbrennungskraftmaschine oder zum selektiven Kuppeln von Hilfsaggregaten, z.B. Klimaanlagen, bekannt. Bei manuellen Getrieben besteht ein die Kupplung betätigender Aktor meist aus einem hydraulischen System, das direkt durch den Fahrer betätigt wird. Eine hydraulische Strecke, die mit einer gewissen Übersetzung ausgelegt ist, überträgt die Betätigungsenergie von einem durch den Fahrer betätigten Pedal zu einem Ausrücker der Kupplung. Bei automatischen Getrieben oder Hybridantriebsträngen existieren zahlreiche unterschiedliche Betätigungsvorrichtungen oder Aktoren, die in Form von Kombinationen hydraulischer, mechanischer oder elektrischer Systeme realisiert sind. Such clutches are, for example, in the field of automotive engineering, inter alia, for the coupling of manual or automatic transmissions with an internal combustion engine or for the selective coupling of auxiliary equipment, e.g. Air conditioners, known. In manual transmissions, an actuator actuating the clutch usually consists of a hydraulic system operated directly by the driver. A hydraulic circuit, designed with a certain gear ratio, transmits the actuation energy from a pedal actuated by the driver to a clutch release button. In automatic transmissions or hybrid powertrains, there are numerous different actuators or actuators that are implemented in the form of combinations of hydraulic, mechanical or electrical systems.
Es sind MRF-Kupplungen (MRF = Magnetorheologisches Fluid) bekannt, bei denen die MRF als direktes Kupplungsmedium dient. Als magnetorheologische Flüssigkeit (MRF) bezeichnet man eine Suspension von magnetisch polarisierbaren Partikeln (z.B. Carbonyleisenpulver), die in einer Trägerflüssigkeit fein verteilt sind. Größe, Komplexität und/oder Kosten sind bei einer Integration in kompakte Kupplungen Hauptschwächen der genannten Systeme. Bekannte MRF-Kupplungen weisen insbesondere bei schnell rotierenden Anwendungen die Nachteile auf, dass eine vollständige Trennung der mittels der Kupplung verbundenen Stränge wie bei klassischen Kupplungen ist nicht möglich ist, da in der Kupplung durch die MRF stets Restreibung verbleibt, was wirkungsgradvermindernd ist, wobei die Fliehkraftwirkung auf Partikel der MRF zu einer Beeinträchtigung des Drehmomentverhaltens führen kann. MRF couplings (MRF = magnetorheological fluid) are known in which the MRF serves as a direct coupling medium. Magnetorheological fluid (MRF) is a suspension of magnetically polarizable particles (e.g., carbonyl iron powder) finely dispersed in a carrier fluid. Size, complexity and / or costs are the main weaknesses of the systems mentioned when integrated into compact couplings. Known MRF couplings have the disadvantages, in particular in the case of fast rotating applications, that a complete separation of the strands connected by means of the coupling as in classical couplings is not possible since residual friction always remains in the coupling through the MRF, which reduces the efficiency Centrifugal force effect on particles of the MRF can lead to an impairment of the torque behavior.
Aus der EP 1 438 517 B1 ist beispielsweise eine steuerbare Bremse bekannt, umfassend a) einen Rotor, der so ausgebildet ist, dass er auf seinem Umfang einen Arbeitsteil aufweist, der sich parallel zu einer Welle erstreckt, auf der der Rotor gelagert ist; b) eine Welle, auf der der Rotor so angebracht ist, dass eine Relativbewegung zwischen ihr und dem Rotor gehemmt wird; c) ein Gehäuse mit einer ersten Kammer, die den Rotor drehbar aufnimmt und einen Magnetfeldgenerator aufweist, der von dem Rotor mit Abstand getrennt ist und so ausgebildet und angeordnet ist, dass er einen magnetischen Fluss durch ein magnetisch steuerbares Material in einer Richtung lotrecht zu der Welle und zu dem Arbeitsteil des Rotors erzeugt, wobei d) das in der ersten Kammer befindliche magnetisch steuerbare Material mit wenigstens dem Arbeitsteil des Rotors in Berührung steht und die Bremse gekennzeichnet ist durch e) eine aktive Mittenrückführvorrichtung in der ersten Kammer, um den Rotor zu veranlassen, in eine relative Mittenposition zurückzukehren. From the EP 1 438 517 B1 For example, a controllable brake is known, comprising a) a rotor which is formed so that it has on its circumference a working part which extends parallel to a shaft on which the rotor is mounted; b) a shaft on which the rotor is mounted so that a relative movement between it and the rotor is inhibited; c) a housing having a first chamber rotatably receiving the rotor and having a magnetic field generator spaced from the rotor and configured and arranged to impart magnetic flux through a magnetically controllable material in a direction perpendicular to the rotor Shaft and to the working part of the rotor, wherein d) the magnetically controllable material in the first chamber is in contact with at least the working part of the rotor and the brake is characterized by e) an active center return device in the first chamber to the rotor to return to a relative center position.
Aus der EP 2 060 800B1 ist ein kombinierter Aktor bekannt, aufweisend ein bewegliches Element, einen Antrieb zum Verschieben des beweglichen Elements entlang einem Pfad und eine rheologische Kontrollbremse, die an das bewegliche Element mechanisch gekoppelt ist, um die Verschiebung des beweglichen Elements entlang dem Pfad anzupassen, wobei der kombinierte Aktor dadurch gekennzeichnet ist, dass die rheologische Kontrollbremse mindestens zwei aneinander grenzende Nachstellkammern aufweist, eine magnetorheologische Flüssigkeit, die in den zwei Nachstellkammern enthalten ist, mindestens einen gleitenden Kolben, der die zwei Nachstellkammern undurchlässig voneinander trennt und mit dem beweglichen Element mechanisch verbunden ist, mindestens ein externes Verbindungsrohr, das die zwei Nachstellkammern wechselseitig verbindet und außerhalb der zwei Nachstellkammern selbst angeordnet ist, und eine antreibende Vorrichtung, die so an das äußere Verbindungsrohr gekoppelt ist, dass sie auf die im äußeren Verbindungsrohr enthaltene rheologische Flüssigkeit ein veränderliches Magnetfeld ausübt, um die Viskosität der rheologischen Flüssigkeit zwischen einem minimalen Wert, bei dem die rheologische Flüssigkeit frei durch das äußere Verbindungsrohr fließen kann, und einem maximalen Wert, bei dem die rheologische Flüssigkeit nicht durch das äußere Verbindungsrohr ließen kann, zu verändern, bei dem die antreibende Vorrichtung einen ferromagnetischen Kern in Form eines offenen Rings mit einer Unterbrechung aufweist, die einen Spalt definiert, in dem das äußere Verbindungsrohr angeordnet ist, mindestens eine Wicklung, die an den ferromagnetischen Kern gekoppelt ist, und einen elektrischen Generator, der an die Wicklung angeschlossen ist, um einen elektrischen Strom von verstellbarer Stärke in der Wicklung zirkulieren zu lassen. From the EP 2 060 800 B1 For example, there is known a combined actuator comprising a movable member, a drive for displacing the movable member along a path, and a rheological control brake mechanically coupled to the movable member to adjust the displacement of the movable member along the path, wherein the combined actuator characterized in that the rheological control brake has at least two adjoining adjuster chambers, a magnetorheological fluid contained in the two adjuster chambers, at least one sliding piston which impermeably separates the two adjuster chambers from each other and is mechanically connected to the movable member external connecting tube, which mutually connects the two adjusting chambers and is arranged outside the two adjusting chambers themselves, and a driving device, which is coupled to the outer connecting tube, that they in the outer connector rheological fluid containing a variable magnetic field to increase the viscosity of the rheological fluid between a minimum value at which the rheological fluid is free to flow through the outer connection tube and a maximum value at which the rheological fluid can not pass through the outer connection tube in that the driving device comprises a ferromagnetic core in the form of an open ring with an interruption defining a gap in which the outer connecting tube is arranged, at least one winding coupled to the ferromagnetic core, and an electric A generator connected to the winding for circulating an electric current of adjustable strength in the winding.
Aus der WO 00/53936 A1 ist eine steuerbare pneumatische Vorrichtung bekannt, umfassend ein pneumatisches System beinhaltend einen pneumatischen Aktor mit einem Gehäuse, einem darin angeordneten und aufgrund einer auf diesen wirkenden Druckdifferenz beweglichen Kolben und wenigstens ein Ausgabeelement verbunden mit dem Kolben, und eine drehwirkende steuerbare Bremse, beinhaltend ein auf ein Feld ansprechendes Medium, wobei die drehwirkend steuerbare Bremse eine mit dem Ausgabeelement verbundene Achse beinhaltet, um dessen Bewegung zu steuern. From the WO 00/53936 A1 a controllable pneumatic device is known, comprising a pneumatic system comprising a pneumatic actuator having a housing, a piston arranged therein and due to a pressure difference acting on this and at least one output element connected to the piston, and a rotatable controllable brake, comprising a on Field responsive medium, the rotationally controllable brake one with the Includes output axis connected to control its movement.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplung mit einem Aktor bereitzustellen, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweist und eine möglichst einfache und kompakte Konstruktion besitzt. Based on the aforementioned prior art, the object of the present invention to provide a coupling with an actuator that does not have the aforementioned disadvantages and has a simple and compact design.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Kupplung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Aktor ein Gewinde aufweist, das auf der Antriebswelle axial verschieblich angeordnet und mit der Antriebswelle drehgekoppelt ist, dessen Gewindegänge in eine magnetorheologische Flüssigkeit (im Folgenden als MRF bezeichnet) greifen, die insbesondere im verfestigten Zustand im Aktor zur Antriebswelle axial lagefixiert aufgenommen ist. Durch das mit der Antriebswelle drehgekoppelte Gewinde ist dessen Antrieb und damit die Funktion des Aktors unabhängig von Zustand der Kupplung (gekuppelt oder entkuppelt) stets sichergestellt. Die Kupplung kann nach Art einer „normally closed“-Kupplung ausgeführt sein. Natürlich ist der Einsatz bei einer „normally open“ Kupplung genauso denkbar.This object is achieved in a generic coupling according to the invention that the actuator has a thread which is arranged axially displaceably on the drive shaft and rotatably coupled to the drive shaft, the threads of which engage in a magnetorheological fluid (hereinafter referred to as MRF), in particular in solidified state is recorded axially fixed in position in the actuator to the drive shaft. By the rotationally coupled to the drive shaft thread whose drive and thus the function of the actuator regardless of the state of the clutch (coupled or decoupled) is always ensured. The coupling can be designed in the manner of a "normally closed" coupling. Of course, the use of a "normally open" clutch is just as conceivable.
Der Aktor der erfindungsgemäßen Kupplung beruht auf einer Verwendung einer MRF, die in Kombination mit dem Stellglied, vorzugsweise einem Gewinde, insbesondere einer Gewindespindel, wirkt oder arbeitet. Dabei wird die MRF in einer innovativen Art verwendet. Sie wird nämlich anders als bekannt nicht direkt als Arbeitsmedium, z.B. Kupplungsfluid oder Bremsfluid, benutzt. Stattdessen wird sie genutzt, um eine Bewegung eines Stellgliedes für die zu betätigende Einheit zu bewirken. Beispielsweise wird das Prinzip einer Archimedischen Schraube oder Schnecke mit den im Nachfolgenden genauer beschriebenen Eigenschaften einer MRF unter einem Magnetfeld kombiniert, um eine Umsetzung einer Drehbewegung des mit dem Gewinde wirkverbundenen Stellglieds in eine Axialbewegung des Stellglieds zu ermöglichen. Ein weiterer Aspekt ist, dass Energie, die zur Betätigung der mittels des Aktors bedienten Einheit erforderlich ist, als kinetische Energie im Aktor selbst gespeichert sein kann. Ein wesentlicher Vorteil des Aktors nach der Erfindung ist, dass eine MRF eine weitgehend lineare Änderung der Schubspannung in Abhängigkeit eines anliegenden Magnetfeldes zur Steuerung einer Verfestigung der MRF aufweist. Dadurch ist der Aktor besonders gut zu steuern bzw. zu regeln. Es sit auch von Vorteil, wenn ein Partikelpolster im Betrieb zwangsausbildbar ist, auf dem sich die Gewindespindel abstütztThe actuator of the coupling according to the invention is based on the use of an MRF, which works or works in combination with the actuator, preferably a thread, in particular a threaded spindle. The MRF is used in an innovative way. In fact, unlike what is known, it is not used directly as a working medium, e.g. Coupling fluid or brake fluid used. Instead, it is used to cause movement of an actuator for the unit to be operated. For example, the principle of an Archimedean screw or worm is combined with the properties of an MRF, described in more detail below, under a magnetic field to allow for rotational movement of the threaded actuator into axial movement of the actuator. Another aspect is that energy required to operate the unit operated by the actuator may be stored as kinetic energy in the actuator itself. An essential advantage of the actuator according to the invention is that an MRF has a largely linear change in the shear stress as a function of an applied magnetic field for controlling a solidification of the MRF. As a result, the actuator is particularly easy to control or regulate. It is also advantageous if a particle cushion is zwangsausbildbar in operation, on which the threaded spindle is supported
Zum besseren Verständnis wird das Verhalten einer MRF im Folgenden beschrieben. Eine MRF besteht im Wesentlichen aus einer Trägerflüssigkeit, beispielsweise Öl, in der magnetisch polarisierbare Partikel, z.B. einer Partikelgröße zwischen ca. 1 µm und 5 µm suspendiert sind. Zur Stabilisierung der MRF gegenüber Sedimentation, also einem Absetzten der Partikel, kann diese bestimmte chemische Additive enthalten. Ohne Einfluss eines Magnetfelds ist die MRF flüssig. Wird die MRF einem äußeren Magnetfeld ausgesetzt, kommt es in diesem aufgrund von Wechselwirkungen zwischen magnetischen Dipolen der Partikel zu einer Kettenbildung, also zur Bildung von Ketten aus aneinander „anhaftenden“ Partikeln. Infolgedessen versteift sich die MRF innerhalb von Millisekunden und geht in einen verfestigten Zustand über. Entfällt das äußere Magnetfeld, bilden die Partikel keine magnetischen Dipole mehr aus und es kommt zu einer Verflüssigung, also Rückkehr in den flüssigen Zustand, der MRF. For a better understanding, the behavior of an MRF is described below. An MRF consists essentially of a carrier liquid, for example oil, in which magnetically polarisable particles, e.g. a particle size between about 1 micron and 5 microns are suspended. To stabilize the MRF against sedimentation, that is settling of the particles, it may contain certain chemical additives. Without the influence of a magnetic field, the MRF is fluid. If the MRF is exposed to an external magnetic field, this leads to chain formation due to interactions between magnetic dipoles of the particles, ie to the formation of chains of "adhering" particles. As a result, the MRF stiffens within milliseconds and enters a solidified state. If the external magnetic field is eliminated, the particles no longer form magnetic dipoles and liquefaction, that is, return to the liquid state, the MRF.
Im verfestigten Zustand können MRF als Bingham Festkörper mit der folgenden Gleichung beschrieben werden: τ = τ0 + ηγ . In the solidified state, MRFs can be described as Bingham solids with the following equation: τ = τ 0 + ηγ.
Dabei steht τ für die Schubspannung, τ0 für die feldinduzierte Grenzscherspannung, für die dynamische Viskosität oder Basisviskosität und γ . für die Schergeschwindigkeit. Eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Scherspannung von der Schergeschwindigkeit mit Bezug auf die magnetische Feldstärke eines anliegenden Magnetfelds ist dabei üblich. Aus dieser ergibt sich, dass sich die MRF ohne Magnetfeld bei einer Schergeschwindigkeit größer 0 wie eine Newtonsche Flüssigkeit verhält. Bei anliegendem Magnetfeld der Feldstärke B und einer Schergeschwindigkeit von 0 verhält sie sich wie ein Festkörper, solange die aufgebrachte Schubspannung kleiner als die feldinduzierte Grenzscherspannung ist. Bei anliegendem Magnetfeld der Feldstärke B und einer Schergeschwindigkeit größer 0 ist die MRF viskos. Diese Verfestigung der MRF unter einem Magnetfeld wird für die Abdichtung des erfindungsgemäßen Aktors genutzt. In this case, τ stands for the shear stress, τ 0 for the field-induced limit shear stress, for the dynamic viscosity or base viscosity, and γ. for the shear rate. A graphical representation of the dependence of the shear stress on the shear rate with respect to the magnetic field strength of an applied magnetic field is common. From this results that the MRF without magnetic field at a shear rate greater than 0 behaves like a Newtonian liquid. With applied magnetic field of field strength B and a shear rate of 0, it behaves like a solid, as long as the applied shear stress is less than the field-induced limit shear stress. When the field strength B is applied and the shear rate is greater than 0, the MRF is viscous. This solidification of the MRF under a magnetic field is used for the sealing of the actuator according to the invention.
Das in einer Ausführungsform dem Aktor zugrunde liegende Prinzip ist, dass das Gewinde in der MRF, wenn diese keinem Magnetfeld ausgesetzt und flüssig ist, weitgehend ungehindert rotieren kann, ohne dass dabei störende Axialkräfte auf das mit der MRF zusammenwirkende Gewinde erzeugt werden. Wird die MRF einem Magnetfeld ausgesetzt, kommt es zu deren Verfestigung. Das Gewinde kann dann nicht mehr ungehindert in der verfestigten MRF rotieren. Anders ausgedrückt übt die verfestigte MRF auf das Gewinde bei fortgesetzter Rotation Kräfte aus, ähnlich einer Mutter auf das Gewinde einer Schraube. Durch die Geometrie des Gewindes werden diese Kräfte in in axialer Richtung des Gewindes wirkende Längs- oder Schubkräfte umgewandelt, so dass bei einer entsprechenden axialverschieblichen Lagerung des Gewindes ein Axialversatz oder eine Axialverschiebung bewirkt werden kann. Anders ausgedrückt rückt die Hülse bei verfestigter MRF ggf. gegen eine auf sie ausgeübte Vorspannung aus dem Gehäuse aus. Diese Ausrückbewegung kann nach der Erfindung genutzt werden, um einen Reibschluss zwischen der Antriebswelle und dem Abtriebselement aufzugeben und die Kupplung zu entkuppeln.The principle underlying the actuator in one embodiment is that the thread in the MRF, if it is exposed to no magnetic field and is liquid, can rotate largely unhindered, without disturbing axial forces being generated on the threads cooperating with the MRF. If the MRF is exposed to a magnetic field, it comes to their solidification. The thread can then no longer rotate freely in the solidified MRF. In other words, the solidified MRF exerts forces on the thread with continued rotation, similar to a nut on the thread of a screw. Due to the geometry of the thread, these forces are converted into axial or thrust forces acting in the axial direction of the thread, so that an axial displacement or an axial displacement can be effected with a corresponding axially displaceable mounting of the thread. In other words If the MRF is solidified, the sleeve may be pulled out of the housing against a preload applied to it. This disengagement can be used according to the invention to give a frictional engagement between the drive shaft and the output element and to decouple the clutch.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.Advantageous embodiments of the invention are claimed in the subclaims and are explained in more detail below.
So kann die Kupplung eine Reibkupplung, insbesondere ein Riemenscheibenkupplung, Lamellenkupplung oder eine ähnliche Kupplung sein. Sie ist mittels des magnetorheologischen Aktors zu betätigen, also zu entkuppeln und zu kuppeln. Vorzugsweise ist die Kupplung selbstschließend, also in den gekuppelten Zustand vorgespannt. Das Gewinde ist Teil eines Stellgliedes oder kann mit einem Stellglied wirkverbunden sein, über das durch den Aktor eine Betätigung der Kupplung erfolgt. Thus, the clutch may be a friction clutch, in particular a pulley clutch, multi-plate clutch or a similar clutch. It is to be operated by means of the magnetorheological actuator, ie to uncouple and couple. Preferably, the clutch is self-closing, so biased in the coupled state. The thread is part of an actuator or may be operatively connected to an actuator, via which an actuation of the clutch takes place through the actuator.
Das Gewinde kann vorzugsweise an einer Hülse, insbesondere einer die Antriebswelle umgebenden Hülse, ausgebildet sein. Ebenfalls sind Hülsenabschnitte denkbar, die umfänglich der Antriebswelle voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Hülse kann auf der Antriebswelle axial verschieblich und mit dieser drehgekoppelt angeordnet sein. Sie kann ein Stellglied zur Betätigung der Kupplung ausbilden. Des Weiteren kann sie durch das mit der magnetorheologischen Flüssigkeit in Eingriff stehende Gewinde im flüssigen Zustand der MRF in einer ersten Schaltstellung und im verfestigten Zustand der MRF in einer zweiten Schaltstellung positioniert werden oder sein. Das Gewinde kann insbesondere als Außengewinde der Hülse ausgebildet sein. Auch ein Innengewinde ist möglich. Die Hülse kann mittels einer formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung, beispielsweise einer Passfeder, einer Gleitfeder, einem Axialnutprofil oder einer Axialverzahnung, auf der Antriebswelle geführt sein. The thread may preferably be formed on a sleeve, in particular a sleeve surrounding the drive shaft. Also, sleeve sections are conceivable, which are arranged circumferentially spaced apart from the drive shaft. The sleeve can be arranged axially displaceably on the drive shaft and with this rotationally coupled. It can form an actuator for actuating the clutch. Furthermore, it can be positioned by the magnetorheological fluid engaging thread in the liquid state of the MRF in a first switching position and in the solidified state of the MRF in a second switching position. The thread may be formed in particular as an external thread of the sleeve. Also an internal thread is possible. The sleeve can be guided on the drive shaft by means of a positive shaft-hub connection, for example a feather key, a sliding spring, an axial groove profile or an axial toothing.
Zwischen der Antriebswelle und der Hülse kann vorzugsweise ein Axiallager, insbesondere Gleitlager ausgebildet sein. Dieses kann zur Gleitlagerung der Hülse auf der Welle in axialer Richtung dienen und minimiert in vorteilhafter Weise bei einer Betätigung der Kupplung auftretende Reibung zwischen der Antriebswelle und dem Aktor. Between the drive shaft and the sleeve may preferably be formed a thrust bearing, in particular sliding bearing. This can serve for the sliding bearing of the sleeve on the shaft in the axial direction and minimizes friction between the drive shaft and the actuator occurring in an advantageous manner when the clutch is actuated.
Der Aktor kann ein lagefixiertes Gehäuse aufweisen. Dieses kann die magnetorheologische Flüssigkeit und das Gewinde, zumindest Abschnitte der Hülse, umgeben. Lagefixiert in diesem Sinn bedeutet, dass das Gehäuse insbesondere zur Antriebswelle und/oder zur Riemenscheibe axial nicht verschiebbar ist, insbesondere an einer zur Antriebswelle und/oder zur Riemenscheibe ortsfesten Peripherie angeordnet sein kann. Das Abtriebselement kann auf dem Gehäuse gelagert sein, insbesondere radial und axial gelagert sein. The actuator may have a position-fixed housing. This may surround the magnetorheological fluid and the thread, at least portions of the sleeve. Positionally fixed in this sense means that the housing, in particular to the drive shaft and / or to the pulley is not axially displaceable, in particular can be arranged on a fixed to the drive shaft and / or to the pulley periphery. The output element may be mounted on the housing, in particular be mounted radially and axially.
An dem Gehäuse kann eine Magnetspule zur Beaufschlagung der magnetorheologischen Flüssigkeit mit einem Magnetfeld angeordnet sein. Sie kann das Gehäuse insbesondere umgänglich umgeben, so dass gute Zugänglichkeit gegeben ist. Die Magnetspule kann vorzugsweise von einem Eisenmantel umgeben sein, der dazu dient, magnetische Feldlinien eines mittels der Magnetspule erzeugten Magnetfelds hinsichtlich des magnetorheologischen Fluides auszurichten. Auf diese Weise kann der Magnetfluss in der Kammer hinsichtlich seiner Wirkung auf die MRF optimiert werden. On the housing may be arranged a magnetic coil for acting on the magnetorheological fluid with a magnetic field. It can surround the housing in particular so that it is easily accessible. The magnetic coil may preferably be surrounded by an iron jacket which serves to align magnetic field lines of a magnetic field generated by the magnetic coil with respect to the magnetorheological fluid. In this way, the magnetic flux in the chamber can be optimized for its effect on the MRF.
Das Gehäuse kann gegenüber der Hülse mittels Magnetdichtungen, insbesondere Permanentmagnetdichtungen, und/oder Wellendichtungen, insbesondere Radialwellendichringen, abgedichtet sein. Dadurch kann eine besonders haltbare Abdichtung für die MRF geschaffen werden, bei der bei einer herkömmlichen Dichtung hochgradig verschleißende Partikel der MRF durch die Permanentmagnetdichtung im Gehäuse gehalten werden und die Abdichtung hinsichtlich der Trägerflüssigkeit davon unabhängig in herkömmlicher Weise erfolgt. The housing can be sealed off from the sleeve by means of magnetic seals, in particular permanent magnet seals, and / or shaft seals, in particular radial shaft sealing rings. Thereby, a particularly durable seal for the MRF can be provided, in which in a conventional seal highly abrasive particles of the MRF are held by the permanent magnet seal in the housing and the sealing takes place independently thereof in a conventional manner with respect to the carrier liquid.
Das Gewinde kann mit einem Stellglied zur Betätigung der Kupplung, insbesondere zum Entkuppeln, zusammenwirken. Es kann insbesondere mit einem solchen Stellglied verbunden sein oder ein solches Stellglied aufweisen. Das Stellglied kann die Kupplung infolge einer Zustandsänderung der MRF zwischen flüssig und fest, insbesondere infolge einer Zustandsänderung von flüssig nach fest und/oder von fest nach flüssig, betätigen, insbesondere kuppeln und/oder entkuppeln. Anders ausgedrückt kann die Kupplung gekuppelt sein, wenn sich die MRF in einem ersten Zustand, d.h. fest oder flüssig, befindet. Sie kann entkuppelt sein, wenn sich die MRF in dem jeweils anderen Zustand befindet. The thread can interact with an actuator for actuating the clutch, in particular for decoupling. It may in particular be connected to such an actuator or have such an actuator. The actuator, the clutch due to a change in state of the MRF between liquid and solid, in particular due to a change in state from liquid to solid and / or from solid to liquid, actuate, in particular clutch and / or decouple. In other words, the clutch may be coupled when the MRF is in a first state, i. solid or liquid. It can be disengaged when the MRF is in the other state.
Das Stellglied bzw. das Gewinde kann im flüssigen Zustand der MRF in einer ersten Schaltstellung und im verfestigten Zustand der MRF in einer zweiten Schaltstellung positioniert werden oder sein. Vorzugsweise ist das Stellglied bzw. das Gewinde bei verfestigter MRF in einer Schaltstellung positioniert ist, in der das Antriebselement vom Abtriebselement entkuppelt ist. Bei flüssiger MRF befindet sich folglich das Stellglied bzw. das Gewinde in einer Schaltstellung, in der die Kupplung das Antriebselement mit dem Abtriebselement kuppelt. Das Stellglied bzw. das Gewinde kann infolge einer Zustandsänderung der MRF zwischen flüssig und fest von der ersten in die zweite Schaltstellung und/oder von der zweiten in die erste Schaltstellung überführbar sein. The actuator or the thread can be positioned in the liquid state of the MRF in a first switching position and in the solidified state of the MRF in a second switching position or be. Preferably, the actuator or the thread is in solidified MRF is positioned in a switching position in which the drive element is decoupled from the output element. In liquid MRF, therefore, the actuator or the thread is in a switching position in which the coupling couples the drive element with the output element. The actuator or the thread can be transferred due to a change in state of the MRF between liquid and fixed from the first to the second switching position and / or from the second to the first switching position.
Der Aktor, insbesondere ein die Kammer des Aktors umgebendes Gehäuse, kann antriebsseitig an der Kupplung angeordnet sein. Vorzugsweise kann er bzw. es an dem Antriebselement angeordnet sein und sich zusammen mit diesem bewegen, insbesondere zusammen mit diesem rotieren. Bei einer solchen Kupplung ist in vorteilhafter Weise stets der von Seiten des Antriebs, z.B. des Kfz-Motors, erfolgende Antrieb der Aktorik sichergestellt. Bei einer Ausführungsform ist das Stellglied im Aktor, insbesondere in der Kammer, axial verschieblich gelagert ist, insbesondere relativ zum Antriebselement axial verschieblich gelagert. The actuator, in particular a housing surrounding the chamber of the actuator, can be arranged on the drive side on the coupling. Preferably, it or it can be arranged on the drive element and move together with this, in particular rotate together with this. In such a coupling is always ensured by the side of the drive, such as the motor vehicle, drive the actuator system. In one embodiment, the actuator in the actuator, in particular in the chamber, is mounted axially displaceable, in particular mounted axially displaceable relative to the drive element.
Die Kupplung kann ein Federelement aufweisen, das einer Vorspannung der Kupplung in den gekuppelten oder den entkuppelten Zustand dient. Das Federelement kann einerseits am Antriebselement und andererseits am Abtriebselement abgestützt sein, insbesondere an zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement angeordneten Kupplungslamellen. Das Federelement spannt das Antriebselement in einen Reibschluss mit dem Abtriebselement vor. Es kann eine mechanische oder hydraulische Feder, insbesondere eine Tellerfeder sein. Es ist von besonderem Vorteil, wenn das Federelement an einem Flansch, der am Antriebselement ausgebildet oder angeordnet ist, und andererseits an den Kupplungslamellen abgestützt ist. The clutch may include a spring element that serves to bias the clutch into the coupled or uncoupled state. The spring element may be supported on the one hand on the drive element and on the other hand on the output element, in particular on arranged between the drive element and the output element clutch plates. The spring element biases the drive element into frictional engagement with the output element. It may be a mechanical or hydraulic spring, in particular a plate spring. It is of particular advantage if the spring element is supported on a flange which is formed or arranged on the drive element, and on the other hand on the clutch plates.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Stellglied bei verfestigter MRF das Federelement gegen dessen Vorspannung verformen. Zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement liegt dann kein Reibschluss mehr vor und die Kupplung ist entkuppelt. Anders ausgedrückt kann das Stellglied bei verfestigter MRF das Antriebselement und das Abtriebselement derart zueinander positionieren, dass das Antriebselement und das Abtriebselement voneinander entkuppelt sind. In a further advantageous embodiment, the actuator can deform the spring element against its bias in solidified MRF. There is then no frictional engagement between the drive element and the output element and the clutch is decoupled. In other words, when the MRF is solidified, the actuator can position the drive element and the output element relative to one another in such a way that the drive element and the output element are decoupled from one another.
Eine besonders kompakte und stabile Kupplung kann ausgebildet werden, indem das Abtriebselement auf dem Antriebselement oder auf dem Aktor gelagert ist. A particularly compact and stable coupling can be formed by the output element is mounted on the drive element or on the actuator.
Das Gewinde kann in vorteilhafter Weise einen konstanten Außendurchmesser oder Nenndurchmesser aufweisen. Die Kammer kann zumindest abschnittsweise hohlzylinderförmig ausgebildet sein. Ein solcher Aktor ist besonders einfach herzustellen. The thread may advantageously have a constant outer diameter or nominal diameter. The chamber may be at least partially hollow cylinder-shaped. Such an actuator is particularly easy to manufacture.
Es ist von besonderem Vorteil, dass mit der Erfindung in einer Ausführungsform eine bislang nachteilige Eigenschaft einer MRF, die sogenannte Sedimentation, in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden kann. Wird die MRF einem Magnetfeld ausgesetzt, kommt es zu deren Verfestigung. Die Belastbarkeit einer MRF im verfestigten Zustand hängt grundsätzlich von der Grenzscherspannung und der Scherfläche ab. Überschreitet eine auf die MRF ausgeübte Schubspannung die Grenzscherspannung, brechen die aus den polarisierten Partikeln der MRF gebildeten Ketten auseinander. Aufgrund des fortwährend wirkenden magnetischen Felds bilden sich die Ketten jedoch insbesondere in Bereichen mit geringerer Schubspannung sofort erneut. Dieser Umstand kann durch die Erfindung genutzt werden, um eine nahezu unbegrenzt hohe axiale Betätigungskraft des Aktors zu erzeugen. Wird eine Möglichkeit vorgesehen, dass hinter das Gewinde geförderte Trägerflüssigkeit der MRF zurück in einen Bereich vor dem Gewinde strömen kann (ähnlich einer Trennung von Partikeln und Trägerflüssigkeit bei Sedimentation), kann hinter dem Gewinde ein Poster aus infolge der fortwährenden Wirkung des Magnetfelds miteinander verketteten Partikeln der MRF aufgebaut werden, auf das sich das Gewinde mit hohen übertragbaren Kräften abstützen kann. Der hier genutzt Effekt wird später noch genauer beschrieben. It is of particular advantage that with the invention in one embodiment, a hitherto disadvantageous property of an MRF, the so-called sedimentation, can advantageously be utilized. If the MRF is exposed to a magnetic field, it comes to their solidification. The load capacity of an MRF in the solidified state basically depends on the limit shear stress and the shear surface. If a shear stress applied to the MRF exceeds the limit shear stress, the chains formed from the polarized particles of the MRF break apart. However, due to the continually acting magnetic field, the chains re-form immediately, especially in areas of lower shear stress. This fact can be exploited by the invention to produce an almost unlimited axial actuation force of the actuator. If there is a possibility that back-threaded carrier liquid of the MRF may flow back into an area in front of the thread (similar to separation of particles and carrier liquid upon sedimentation), behind the thread may be a poster of particles interlinked due to the continued action of the magnetic field built on the MRF, on which the thread can be supported with high transferable forces. The effect used here will be described later in more detail.
Die Gewindespindel kann in der Kammer in axialer Richtung verschiebbar aufgenommen sein. Sie kann darin insbesondere gelagert sein. Zu diesem Zweck ist es von Vorteil, wenn die axiale Länge des Gewindes kleiner ist als die axiale Länge der Kammer. The threaded spindle can be slidably received in the chamber in the axial direction. It can be stored in particular. For this purpose, it is advantageous if the axial length of the thread is smaller than the axial length of the chamber.
Das Gewinde, insbesondere Gewindespitzen des Gewindes, kann bzw. können eine Innenwand der Kammer dichtend kontaktiert. In diesem Fall ist eine Möglichkeit für eine Rückführung von MRF von einer Seite des Gewindes auf dessen andere Seite (in Längsrichtung betrachtet) erforderlich, damit sich das Gewinde bei flüssiger MRF ohne zu großen Widerstand darin drehen kann und der Effekt der vorstehend beschriebenen Polsterbildung genutzt werden kann.The thread, in particular thread crests of the thread, can or can contact an inner wall of the chamber in a sealing manner. In this case, there is a need for a return of MRF from one side of the thread to the other side (viewed longitudinally) to allow the thread to rotate in liquid MRF without too much resistance, and to utilize the effect of the padding described above can.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen den Gewindespitzen, also der Außenkante, dem Außendurchmesser oder dem Nenndurchmesser des Gewindes und einer Innenwand der Kammer ein Freiraum, ein Spalt oder eine Vertiefung, z.B. in Form einer Nut oder einer Bohrung ausgebildet. Insbesondere kann der Außendurchmesser oder Nenndurchmesser des Gewindes kleiner als der Durchmesser der Innenwand der Kammer sein. Durch einen solchen Freiraum kann von den Gewindegängen auf eine Seite des Gewindes geförderte MRF infolge des sich dort aufbauenden Überdrucks zurück auf die gegenüberliegende Seite des Gewindes strömen. Eine fortwährende Rotation des Gewindes in der flüssigen MRF ist daher ohne zu großen Widerstand möglich. Der Freiraum kann insbesondere so bemessen sein, dass Trägerflüssigkeit der magnetorheologischen Flüssigkeit den Spalt passieren kann, insbesondere bei einer Verfestigung der magnetorheologischen Flüssigkeit infolge eines auf diese wirkenden Magnetfelds. In besonders vorteilhafte Weise kann eine Rückführung von MRF oder von Trägerflüssigkeit der MRF von der einen Seite des Gewindes auf dessen andere Seite dadurch erfolgen, dass die Gewindespindel, insbesondere das Gewinde und/oder dessen Gewindeflanken mit Durchgangslöchern in axialer Richtung versehen ist bzw. sind, über die benachbarte Gewindegänge strömungstechnisch miteinander verbunden oder anders ausgedrückt kurzgeschlossen sind. In a further advantageous embodiment, a free space, a gap or a depression, for example in the form of a groove or a bore formed between the thread crests, ie the outer edge, the outer diameter or the nominal diameter of the thread and an inner wall of the chamber. In particular, the outer diameter or nominal diameter of the thread may be smaller than the diameter of the inner wall of the chamber. Such a clearance allows MRF conveyed by the threads on one side of the thread to flow back to the opposite side of the thread as a result of the overpressure that builds up there. A continuous rotation of the thread in the liquid MRF is therefore possible without too much resistance. In particular, the free space can be dimensioned such that the carrier fluid of the magnetorheological fluid can pass through the gap, in particular if the magnetorheological fluid solidifies as a result a magnetic field acting on it. In a particularly advantageous manner, a return of MRF or carrier liquid of the MRF from one side of the thread on the other side can take place in that the threaded spindle, in particular the thread and / or its thread flanks is provided with through-holes in the axial direction or are, are fluidly connected with each other via the adjacent threads or short-circuited in other words.
Es ist von Vorteil, wenn das Gewinde mehrgängig ist, insbesondere zwei-, drei- oder viergängig bis hin zu sechsgängig. Durch mehrgängige Gewinde kann dessen Förderleistung von MRF bzw. von polarisierbaren oder polarisierten Partikeln der MRF gegenüber einem eingängigen Gewinde erhöht werden, so dass der Aktor kurze und schnelle Ansprechzeiten besitzt, was für eine rasche / schnelle Betätigung von Kupplungen oder Bremsen erwünscht ist. Eine zusätzliche oder alternative Möglichkeit zu Verbesserung des Förderverhaltens des Gewindes ist, dieses mit variierender Steigung auszubilden, insbesondere mit nicht-linearer Steigung auszubilden. Das Gewinde kann dann in vorderen Abschnitten, also zu Beginn der Förderung, mit einer hohen Steigung ausgebildet sein, was eine hohe Förderleistung bewirkt, während es in einem hinteren Abschnitt, insbesondere am Ende des Gewindes, mit einer geringen Steigung ausgebildet ist, was eine gute Abstützung des letzten Gewindegangs auf ein hinter dem Gewinde befindliches Partikelpolster bewirkt. Eine weitere zusätzliche oder alternative Möglichkeit zu Verbesserung des Förderverhaltens des Gewindes ist, dass sich der Innendurchmesser des Gewindes vom Durchmesser des Spindelkerns in einem Bereich außerhalb des Gewindes unterscheidet, insbesondere kleiner ist. It is advantageous if the thread is more smooth, in particular two-, three- or four-barreled to six-barreled. Multi-threading can increase its delivery rate of MRF or polarizable or polarized particles of the MRF versus a catchy thread, so the actuator has short and fast response times, which is desirable for rapid / rapid actuation of clutches or brakes. An additional or alternative possibility for improving the conveying behavior of the thread is to form it with varying pitch, in particular with a non-linear pitch. The thread can then be formed in front sections, ie at the beginning of the promotion, with a high pitch, which causes a high flow rate, while it is formed in a rear portion, in particular at the end of the thread, with a low pitch, which is a good Supporting the last thread on a behind the thread befindliches particle pad causes. Another additional or alternative possibility for improving the conveying behavior of the thread is that the inner diameter of the thread differs from the diameter of the spindle core in a region outside the thread, in particular is smaller.
Die Erfindung wird nachfolgend mit mehreren Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail with several embodiments with reference to drawings. Showing:
1 eine schematische Darstellung eines magnetorheologischen Aktors, wobei sich eine im Aktor enthaltene magnetorheologische Flüssigkeit in einem flüssigen Zustand befindet, 1 a schematic representation of a magnetorheological actuator, wherein a magnetorheological fluid contained in the actuator is in a liquid state,
2 eine schematische Darstellung des Aktors der 1, wobei sich die MRF in einem verfestigten Zustand befindet und eine Gewindespindel des Aktors still steht, 2 a schematic representation of the actuator of 1 , wherein the MRF is in a solidified state and a threaded spindle of the actuator is stationary,
3 eine schematische Darstellung des Aktors der 1 und 2, wobei sich die MRF in einem verfestigten Zustand befindet und die Gewindespindel rotiert, 3 a schematic representation of the actuator of 1 and 2 with the MRF in a solidified state and rotating the threaded spindle,
4 eine schematische Darstellung des Aktors der 1 bis 3, wobei sich die MRF in einem verfestigten Zustand befindet und die Gewindespindel weiter rotiert ist, verglichen zu dem in 2 gezeigten Zustand, 4 a schematic representation of the actuator of 1 to 3 with the MRF in a solidified state and the lead screw being further rotated compared to that in FIG 2 shown condition,
5 eine Prinzipskizze zur Übertragung von Druck mittels kleiner Partikel, 5 a schematic diagram for the transmission of pressure by means of small particles,
6a eine perspektivische Detailansicht einer Ausführungsform der Gewindespindel des Aktors, 6a a detailed perspective view of an embodiment of the threaded spindle of the actuator,
6b eine Draufsicht auf einen Gewindegang der Gewindespindel der 6a, 6b a plan view of a thread of the threaded spindle of 6a .
7 eine Schnittansicht einer speziellen Ausführungsform einer Kupplung mit magnetorheologischem Aktor im gekuppelten Zustand, 7 a sectional view of a specific embodiment of a coupling with magnetorheological actuator in the coupled state,
8 die Kupplung der 7 im entkuppelten Zustand mit einem Detail zum Magnetfeld in 8a, 8th the coupling of 7 in the decoupled state with a detail to the magnetic field in 8a .
9 eine Schnittteilansicht einer zweiten Ausführungsform einer Kupplung mit magnetorheologischem Aktor, 9 a sectional partial view of a second embodiment of a coupling with magnetorheological actuator,
10 die Kupplung der 9 im Stillstand, 10 the coupling of 9 at standstill,
11 die Kupplung der 9 und 10 im Betrieb im gekuppelten Zustand, 11 the coupling of 9 and 10 in operation in the coupled state,
12 die Kupplung der 9 bis 11 im Betrieb zu Beginn des Entkuppelns, 12 the coupling of 9 to 11 in operation at the beginning of uncoupling,
13 die Kupplung der 9 bis 12 im Betrieb im entkuppelten Zustand, 13 the coupling of 9 to 12 in operation in the decoupled state,
14 die Kupplung der 9 bis 13 beim Ein- / Ankuppeln, 14 the coupling of 9 to 13 when coupling / hitching,
15 eine Ausführungsform einer Hülse des Aktors der Kupplungen der 9 bis 14 in einer perspektiveschen Ansicht, 15 an embodiment of a sleeve of the actuator of the couplings of 9 to 14 in a perspective view,
16a eine alternative Ausführungsform des Aktors der Kupplungen der 9 bis 14 ohne Magnetfeldeinfluss, 16a an alternative embodiment of the actuator of the couplings of 9 to 14 without magnetic field influence,
16b die alternative Ausführungsform des Aktors der Kupplungen der 9 bis 14 unter Magnetfeldeinfluss, 16b the alternative embodiment of the actuator of the couplings of 9 to 14 under magnetic field influence,
17 eine besondere Ausführungsform einer Kupplung mit magnetorheologischem Aktor in einer Teilschnittansicht, 17 a particular embodiment of a coupling with magnetorheological actuator in a partial sectional view,
18 eine erste Ausführungsform einer Dichtung für einen magnetorheologischen Aktor gemäß der Erfindung, 18 a first embodiment of a seal for a magnetorheological actuator according to the invention,
19 eine zweite Ausführungsform einer Dichtung für einen magnetorheologischen Aktor gemäß der Erfindung, 19 a second embodiment of a seal for a magnetorheological actuator according to the invention,
20a ein Detail zum Verschleißausgleich der Kupplung in einer Schnittansicht bei neuer Kupplung, 20a a detail for wear compensation of the clutch in a sectional view at new clutch,
20b ein Detail zum Verschleißausgleich der Kupplung in einer Schnittansicht bei verschlissener Kupplung, 20b a detail for wear compensation of the coupling in a sectional view at worn coupling,
21a eine Ausführungsform einer Gewindespindel eines magnetorheologischen Aktors in einer seitlichen Detailansicht, 21a an embodiment of a threaded spindle of a magnetorheological actuator in a side view in detail,
21b die Ausführungsform einer Gewindespindel eines magnetorheologischen Aktors in einer perspektivischen Detailansicht, 21b the embodiment of a threaded spindle of a magnetorheological actuator in a perspective detail view,
22a eine Ausführungsform einer Gewindespindel eines magnetorheologischen Aktors in einer seitlichen Detailansicht, 22a an embodiment of a threaded spindle of a magnetorheological actuator in a side view in detail,
22b eine Ausführungsform einer Gewindespindel eines magnetorheologischen Aktors in einer perspektivischen Detailansicht, 22b An embodiment of a threaded spindle of a magnetorheological actuator in a perspective detail view,
23a eine Ausführungsform einer Gewindespindel eines magnetorheologischen Aktors in einer seitlichen Detailansicht, 23a an embodiment of a threaded spindle of a magnetorheological actuator in a side view in detail,
23b eine Ausführungsform einer Gewindespindel eines magnetorheologischen Aktors in einer perspektivischen Detailansicht, 23b An embodiment of a threaded spindle of a magnetorheological actuator in a perspective detail view,
24a eine Ausführungsform einer Gewindespindel eines magnetorheologischen Aktors in einer seitlichen Detailansicht, 24a an embodiment of a threaded spindle of a magnetorheological actuator in a side view in detail,
24b eine Ausführungsform einer Gewindespindel eines magnetorheologischen Aktors in einer perspektivischen Detailansicht, 24b An embodiment of a threaded spindle of a magnetorheological actuator in a perspective detail view,
25 ein Umdrehungs-Weg-Diagramm für verschiedene Ausführungsformen einer Gewindespindel, 25 a revolution path diagram for various embodiments of a threaded spindle,
26 eine Darstellung des Prinzips eines Magnetpartikelpolsteraufbaus bei einem Aktor nach der Erfindung, 26 a representation of the principle of a magnetic particle pad assembly in an actuator according to the invention,
27a–d Darstellungen zum Verhalten einer MRF, und 27a -D representations of the behavior of an MRF, and
28a–28c Darstellungen zur Axialpositionierung des Aktors nach den 1 bis 4. 28a - 28c Representations for the axial positioning of the actuator after the 1 to 4 ,
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines magnetorheologischen Aktors 1 nach der Erfindung. Der Aktor 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das aus einem hohlzylinderförmigen Rohr 3, einem rechten Deckel 4 und einem linken Deckel 5 besteht. Die Deckel 4, 5 können mit dem Rohr 3 verschraubt sein. Das Gehäuse 2 ist zwischen dem Rohr 3 und den Deckeln 4, 5 jeweils mittels eines O-Dichtrings 6 abgedichtet. In jedem Deckel 4, 5 ist eine Lageröffnung ausgebildet, in die jeweils ein Gleitlager 7 eingesetzt ist. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a magnetorheological actuator 1 according to the invention. The actor 1 has a housing 2 on top of a hollow cylindrical tube 3 , a right lid 4 and a left lid 5 consists. The lids 4 . 5 can with the pipe 3 be bolted. The housing 2 is between the pipe 3 and the lids 4 . 5 each by means of an O-ring 6 sealed. In every lid 4 . 5 a bearing opening is formed, in each of which a plain bearing 7 is used.
Die Gleitlager 7 dienen einer Lagerung einer Gewindespindel 8 in dem Gehäuse 2. Diese weist einen Spindelkern 12 und ein darauf ausgebildetes Gewinde 13 auf. Beiderseits des Gewindes 13 erstrecken sich Abschnitte 12a, 12b des Spindelkerns 12 mit zylinderförmiger Außenkontur. Die Gewindespindel 8 ist mittels der Gewindekernabschnitte 12a, 12b in den Gleitlagern 7 um ihre Längsachse 9 drehbar und in deren Richtung axial verschiebbar gelagert. Sie ist mittels Dichtungen 60, die später ausführlicher beschrieben werden, gegenüber dem jeweiligen Deckel 4, 5 abgedichtet. Die Gewindespindel 8 ist mittels eines in den Figuren nicht dargestellten Antriebs um ihre Längsachse 9 rotatorisch antreibbar. Sie ist endseitig mit einer zu betätigenden Einheit, z.B. einer Kupplung 16 oder einer Bremse verbunden, die in 1 nur angedeutet ist. Zwischen der Gewindespindel 8 und der zu betätigenden Einheit 16 ist eine Feder 17 eingezeichnet, die die zwischen der Gewindespindel 8 und der Einheit 16 wirkenden Kräfte darstellen soll. The plain bearings 7 serve to support a threaded spindle 8th in the case 2 , This has a spindle core 12 and a thread formed thereon 13 on. On both sides of the thread 13 sections extend 12a . 12b of the spindle core 12 with cylindrical outer contour. The threaded spindle 8th is by means of the thread core sections 12a . 12b in the plain bearings 7 around its longitudinal axis 9 rotatably mounted and axially displaceable in their direction. It is by means of seals 60 , which will be described in more detail later, relative to the respective lid 4 . 5 sealed. The threaded spindle 8th is by means of a drive, not shown in the figures about its longitudinal axis 9 rotatory driven. It is end with a unit to be actuated, such as a clutch 16 or a brake connected in 1 only hinted at. Between the threaded spindle 8th and the unit to be operated 16 is a spring 17 drawn between the threaded spindle 8th and the unit 16 to represent acting forces.
Das Gehäuse 2 bildet eine abgedichtete Kammer aus, in der eine magnetorheologische Flüssigkeit 11 aufgenommen ist, welche als MRF 11 bezeichnet wird und die die in dem Gehäuse 2 gelagerte Gewindespindel 8 umgibt. Das Gehäuse 2 ist von Magneten 10, z.B. in Form von Spulen, umgeben, mit denen ein schaltbares Magnetfeld erzeugt werden kann, das auf die im Gehäuse aufgenommene MRF 11 wirkt. Anders ausgedrückt ist die in dem Gehäuse befindliche und die Gewindespindel 8 umgebende MRF 11 in einem Zustand keinem Magnetfeld ausgesetzt, in welchem Fall die MRF 11 flüssig ist, oder sie ist in einem zweiten Zustand einem Magnetfeld ausgesetzt, wodurch sie sich aufgrund ihrer im nachfolgenden näher dargelegten magnetorheologischen Eigenschaften verfestigt. The housing 2 forms a sealed chamber containing a magnetorheological fluid 11 is included, which as a MRF 11 is called and in the housing 2 mounted threaded spindle 8th surrounds. The housing 2 is from magnets 10 , For example, in the form of coils, surrounded, with which a switchable magnetic field can be generated, which on the recorded in the housing MRF 11 acts. In other words, the located in the housing and the threaded spindle 8th surrounding MRF 11 in a state not exposed to magnetic field, in which case the MRF 11 is liquid, or in a second state it is exposed to a magnetic field, whereby it solidifies due to their magnetorheological properties set forth in more detail below.
2 zeigt den Aktor 1 unter einem angelegten Magnetfeld der Flussdichte B bei stillstehender Gewindespindel 8, wobei die Feldlinien 22 des Feldes in der Figur angedeutet sind. Einige Millisekunden nach Anlegen des magnetischen Felds geht die MRF 11 in den verfestigten Zustand über, in dem sie zweiphasig ist. Die polarisierbaren Partikel 15 bilden unter Einfluss des magnetischen Felds Ketten 67 entlang dessen Flusslinien 22 aus. In der Folge „sedimentiert“ die MRF 11. Die Ketten, die in 2 zeichnerisch angedeutet sind, bilden eine feste Struktur, die nach dem zuvor erläuterten Modell von Bingham als Festkörper betrachtet werden kann. 2 shows the actor 1 under an applied magnetic field of the flux density B with the threaded spindle stationary 8th , where the field lines 22 of the field are indicated in the figure. A few milliseconds after applying the magnetic field, the MRF goes 11 in the solidified state over, where it is biphasic. The polarizable particles 15 form chains under the influence of the magnetic field 67 along its river lines 22 out. As a result, the MRF sediments 11 , The chains in 2 are indicated graphically, form a solid structure, which can be considered as a solid according to the previously described Bingham model.
Für eine Betätigungsaktion des Aktors 1 ist es notwendig, dass die Gewindespindel 8 rotiert. Dieser Umstand ist in den 3 und 4 gezeigt. Es liegt ein Magnetfeld an und die MRF 11 ist verfestigt. Die auf die MRF 11 in dem Spalt zwischen den Gewindespitzen des Gewindes 13 und der Innenwand des Rohrs 3 durch die Gewindespindel 8 ausgeübte Schubspannung liegt dabei noch unter der Grenzscherspannung. Anders ausgedrückt bedeutet das, dass die über die Gewindespindel 8 in die MRF 11 eingeleitete Kraft Faxial der Feder 17 nicht ausreicht, um die aufgrund des magnetischen Felds ausgebildeten Ketten aus polarisierten Partikeln 15 im Spalt zwischen Gewinde 13 und Rohr 3 zu zerstören oder zu zerbrechen. Die Gewindespindel 8 schraubt sich daher in der MRF 11 wie in einem festen Körper nach vorn, also in der 3 nach rechts, gegen die Kraft der Feder 17. Die dabei erreichbare maximale Axialkraft ist abhängig von der Grenzscherspannung und der Scherfläche. For an actuation action of the actor 1 it is necessary that the threaded spindle 8th rotates. This circumstance is in the 3 and 4 shown. There is a magnetic field and the MRF 11 is solidified. The on the MRF 11 in the gap between the thread crests of the thread 13 and the inner wall of the tube 3 through the threaded spindle 8th applied shear stress is still below the limit shear stress. In other words, that means that over the threaded spindle 8th into the MRF 11 introduced force F axially of the spring 17 is insufficient to form the formed due to the magnetic field chains of polarized particles 15 in the gap between threads 13 and pipe 3 to destroy or break. The threaded spindle 8th therefore screwed in the MRF 11 as in a solid body forward, so in the 3 to the right, against the force of the spring 17 , The achievable maximum axial force depends on the limit shear stress and the shear surface.
4 zeigt einen Zustand, bei dem die auf die MRF 11 ausgeübte Schubspannung die Grenzscherspannung überschritten hat. Bei Überschreiten dieses Werts brechen die aus den polarisierten Partikeln gebildeten Ketten, bilden sich allerdings aufgrund des fortwährend wirkenden magnetischen Felds in Bereichen mit geringerer Schubspannung sofort erneut. Im Ergebnis bedeutet dies, dass die maximal erzeugbare Axialkraft erreicht ist. Das Gewinde 13 der Gewindespindel 8 bekommt in der Kettenstruktur der MRF 11 Schlupf, sodass Teile der MRF 11 trotz deren verfestigten Zustands durch das als archimedische Schraube wirkende Gewinde 13 nach hinten (also in der Figur nach rechts) in einen Abschnitt 18 hinter das Gewinde 13 gefördert wird. Dieser Zustand entspricht dem im Zusammenhang mit 1 erläuterten Zustand (ohne magnetisches Feld), allerdings mit einer hochviskosen Flüssigkeit. 4 shows a state in which the on the MRF 11 applied shear stress has exceeded the limit shear stress. When this value is exceeded, the chains formed from the polarized particles break, but re-form immediately in areas of lower shear stress due to the continuous magnetic field. As a result, this means that the maximum producible axial force is reached. The thread 13 the threaded spindle 8th gets in the chain structure of the MRF 11 Slippage, so parts of the MRF 11 despite its solidified state by acting as an Archimedean screw thread 13 to the rear (ie to the right in the figure) into a section 18 behind the thread 13 is encouraged. This condition corresponds to that associated with 1 explained state (without magnetic field), but with a highly viscous liquid.
In dem Abschnitt 18 hinter dem Gewinde 13, in den Teile der MRF 11 bei Überschreiten der Grenzscherspannung gefördert werden, wirkt auf die MRF 11 keine Schubspannung mehr, sodass sich deren Partikel 15 wieder zu Ketten formieren. Infolge der auf die Gewindespindel 8 wirkenden Axialkraft durch die Feder 17 steht dieser Abschnitt 18 allerdings unter höherem Druck als der Abschnitt 19 vor dem Gewinde 13. Der zwischen dem Gewinde 13 und der Innenwand der Kammer 2 ausgebildete Spalt ist nun derart dimensioniert, dass die Trägerflüssigkeit der MRF 11 durch diesen hindurch passieren kann und von dem hinter dem Gewinde 13 befindlichen Abschnitt 18 durch den Spalt in den vor dem Gewinde befindlichen Abschnitt 19 strömt. Da sich die in dem Abschnitt 18 hinter dem Gewinde 13 befindlichen Partikel 15 wieder zu Ketten formiert haben, kommt es dort zu einer Ansammlung von verfestigten Partikeln 15. Die miteinander verketteten Partikel 15 bilden hinter dem Gewinde 13 ein Polster aus, auf dem sich der letzte Gewindegang des Gewindes 13 abstützt. Die Partikel 15 im Abschnitt 18 verhalten sich wie ein Festkörper, und je mehr Partikel 15 sich hinter dem Gewinde 13 ansammeln, desto größer wird das dort entstehende Polster und der Versatz der Gewindespindel 8 in axialer Richtung. In the section 18 behind the thread 13 , in parts of the MRF 11 are conveyed when the limit shear stress is exceeded, acts on the MRF 11 no more shear stress, so that their particles 15 form again into chains. As a result of the threaded spindle 8th acting axial force by the spring 17 stands this section 18 but under higher pressure than the section 19 in front of the thread 13 , The between the thread 13 and the inner wall of the chamber 2 formed gap is now dimensioned such that the carrier liquid of the MRF 11 can pass through it and from behind the thread 13 located section 18 through the gap in the pre-threaded section 19 flows. As reflected in the section 18 behind the thread 13 located particles 15 formed again into chains, there is an accumulation of solidified particles 15 , The linked together particles 15 form behind the thread 13 a pad on which is the last thread of the thread 13 supported. The particles 15 in the section 18 behave like a solid, and the more particles 15 behind the thread 13 accumulate, the greater the resulting pad and the offset of the threaded spindle 8th in the axial direction.
Die vorstehend beschriebene Sperrung der Partikel 15 im Abschnitt 18 erfolgt nicht dadurch, dass die Breite des Spalts zwischen Gewinde 13 und Gehäuse 2 kleiner ist, als die Partikelgröße, sondern dadurch, dass sich die Partikel 15 nicht wie eine Flüssigkeit, sondern wie ein Festkörper verhalten. Dieser Umstand ist in der Prinzipskizze der 5 verdeutlicht. Dort ist ein Stempel 20 gezeigt, der mit einer Kraft F auf in einem Sandkasten befindlichen Sand 21 drückt. Da die auf den Sand 21 ausgeübte Kraft innerhalb des aus Partikeln bestehenden Sands 21 nicht in Form eines hydraulischen Drucks übertragen wird (Silos Theorie), ist die auf seitliche, also seitlich des Stempels 20, befindliche Sandkörner wirkende Axialkraft gering. In diesem Beispiel werden die dort befindlichen Sandkörner durch die Gravitation und Kohäsionskräfte zwischen den Körnern gehalten. Im Falle der Partikel der MRF 11 sind dies die magnetische Kraft und Kohäsionskräfte. The above-described blocking of the particles 15 in the section 18 does not take place in that the width of the gap between thread 13 and housing 2 is smaller than the particle size, but in that the particles 15 not like a liquid, but behaving like a solid. This circumstance is in the outline of the 5 clarified. There is a stamp 20 shown with a force F on sand in a sandbox 21 suppressed. Since the on the sand 21 applied force within the particulate sand 21 is not transmitted in the form of a hydraulic pressure (silo theory), is the lateral, ie the side of the punch 20 , located sand grains acting axial force low. In this example, the grains of sand located there are held by the gravitational and cohesive forces between the grains. In the case of the particles of the MRF 11 these are the magnetic force and cohesive forces.
Die in 4 angedeutet Axialverschiebung der Gewindespindel 8 schreitet fort, solange sich im Abschnitt 18 hinter dem Gewinde 13 weitere Partikel 15 der MRF 11 sammeln. Eine maximale Axialverschiebung wird theoretisch erreicht, wenn sich alle Partikel 15 im Abschnitt 18 befinden. Der Vorgang des Aufbaues des Partikelpolsters hinter dem Gewinde 13 und die dadurch bewirkte Axialverschiebung der Gewindespindel 8 ist in 26 in übersichtlicher Weise gezeigt. In dem Diagramm der 26 ist eine Weg-Umdrehungs-Kurve der Gewindespindel 8 (Weg im Sinne der Verschiebung der Spindel in axialer Richtung) gezeigt, während auf dieser Kurve markierte Positionen in den um das Diagramm angeordneten Zeichnungen dargestellt sind. Die Kurve besitzt die Form einer aus linearen Abschnitten bestehenden Asymptote. In the 4 indicated axial displacement of the threaded spindle 8th proceeds as long as in the section 18 behind the thread 13 more particles 15 the MRF 11 collect. A maximum axial displacement is theoretically achieved when all particles 15 in the section 18 are located. The process of building the particle pad behind the thread 13 and the resulting axial displacement of the threaded spindle 8th is in 26 shown in a clear way. In the diagram of 26 is a path-revolution curve of the threaded spindle 8th (Path in the sense of the displacement of the spindle in the axial direction) shown, while marked positions are shown in this diagram in the arranged around the diagram drawings. The curve is in the form of an asymptote consisting of linear sections.
Dem Beispiel der 26 wurde eine MRF 11 mit einem Anteil von 32 Volumenprozenten Eisenpartikel zugrunde gelegt. Während der gesamten Zeitdauer der Aufzeichnung war das magnetische Feld eingeschaltet und die im Spalt zwischen dem Gewinde 13 und dem Gehäuse 2 wirkende Schubspannung größer als die Grenzscherspannung. Die verwendete Gewindespindel 8 hatte ein eingängiges Gewinde 13 mit sechs Windungen. Die MRF 11 wurde demnach als durch das Gewinde in acht Volumina geteilt betrachtet, nämlich die Volumina der sechs Windungen, das Volumen im Abschnitt 19 vor dem Gewinde 13, auch als „Eisenreservoir" bezeichnet, und das Volumen des Abschnitts 18 hinter dem Gewinde, auch als „Eisenpolster“ bezeichnet. The example of 26 became an MRF 11 with a share of 32 Volume percent iron particles based. Throughout the duration of the recording, the magnetic field was turned on and the one in the gap between the threads 13 and the housing 2 acting shear stress greater than the limit shear stress. The threaded spindle used 8th had a catchy thread 13 with six turns. The MRF 11 was thus considered to be divided by the thread into eight volumes, namely the volumes of the six turns, the volume in the section 19 in front of the thread 13 . also referred to as "iron reservoir", and the volume of the section 18 behind the thread, also called "iron pad".
Im Anfangszustand (gekennzeichnet im Diagramm mit (1)) liegt in allen Volumina ein ursprünglicher Partikelvolumenanteil in Höhe von 32 Volumenprozenten vor. Nach Ablauf einer ersten Umdrehung (gekennzeichnet im Diagramm mit (2)) bildet die Partikelmenge der letzten Windung (links) das Polster. Als Reaktion verschiebt sich die Spindel 8 um einen bestimmten Weg (u1). Auf die andere Gewindeseite, also im Abschnitt 19, greift die erste Windung des Gewindes 13 während dieser Umdrehung eine Scheibe von der Stärke der zurückgelegten Axialverschiebung der Spindel 8 des Reservoirs des Abschnitts 19 ab. Das Volumen dieser abgegriffenen Scheibe ist kleiner als das Volumen einer Windung des Gewindes 13. Die in dem abgegriffenen Volumen enthaltene Partikelmenge wird zusammen mit dem abgegriffenen Trägerflüssigkeitsvolumen mit der aus dem Polster (dem Abschnitt 18) verdrängten Trägerflüssigkeit gemischt. Bei dem zugrunde gelegten ursprünglichen Partikelvolumenanteil von 32% beträgt der Partikelvolumenanteil in der ersten Windung des Gewindes 13 nur noch ca. 10%. In dem übrigen Abschnitt 19 bleibt der Partikelvolumenanteil infolge der verfestigten Partikelstruktur unverändert bei 32%. In the initial state (marked in the diagram with (1)) there is an original particle volume fraction in all volumes 32 Volume percent before. After a first revolution (marked in the diagram with (2)), the amount of particles of the last turn (left) forms the cushion. In response, the spindle shifts 8th around a certain way (u1). On the other thread side, so in the section 19 , grips the first turn of the thread 13 during this revolution, a slice of the amount of axial displacement of the spindle 8th the reservoir of the section 19 from. The volume of this tapped disc is smaller than the volume of a turn of the thread 13 , The amount of particles contained in the tapped volume, together with the tapped carrier liquid volume with that from the pad (the section 18 ) displaced carrier liquid. Based on the original volume fraction of 32%, the particle volume fraction is in the first turn of the thread 13 only about 10%. In the rest section 19 the particle volume fraction remains unchanged at 32% due to the solidified particle structure.
Nach dem gleichen Prinzip fördern die folgenden fünf Umdrehungen der Spindel 8 immer die gleiche Eisenmenge in den Abschnitt 18. Dabei verschiebt sich die Spindel 8 mit jeder Umdrehung um einen gleichen axialen Betrag (u1 = u2 = u3 = u4 = u5 = u6). Es ergibt sich das im Diagramm dargestellte lineare Weg-Umdrehungs-Verhältnis bis zum Punkt (3). Die bei jeder Umdrehung der Spindel 8 vom Gewinde 13 jeweils abgegriffenen Scheiben des Reservoirs sind gleich und ergeben im Resultat in jeder Windung des Gewindes 13 gleiche Partikelvolumenanteile. Following the same principle will promote the next five turns of the spindle 8th always the same amount of iron in the section 18 , The spindle shifts 8th with each revolution by an equal axial amount (u1 = u2 = u3 = u4 = u5 = u6). The result is the linear path-rotation ratio shown in the diagram to the point (3). The at each revolution of the spindle 8th from the thread 13 each tapped discs of the reservoir are the same and result in the result in each turn of the thread 13 same particle volume fractions.
Am Punkt (3) erreicht die erste Windung mit verringertem Partikelvolumenanteil (10%) den Abschnitt 18. Im Ablauf einer weiteren Umdrehung wird diese Partikelmenge in den Abschnitt 18 gefördert. Als Reaktion verschiebt sich die Spindel 8 um eine bestimmte Axialverschiebung (u7), die entsprechend der geringeren Partikelmenge kleiner ist, als die Axialverschiebung (u1). Auf die andere Gewindeseite im Abschnitt 19 greift die erste Windung des Gewindes 13 während dieser Umdrehung eine Scheibe von der Stärke der zurückgelegten Axialverschiebung der Spindel 8 (u7) des Reservoirs des Abschnitts 19 ab. Die in dem abgegriffenen Volumen enthaltene Partikelmenge wird zusammen mit dem abgegriffenen Trägerflüssigkeitsvolumen mit der aus dem Polster (dem Abschnitt 18) verdrängten Trägerflüssigkeit gemischt. Bei dem zugrunde gelegten ursprünglichen Partikelvolumenanteil von 32% beträgt der Partikelvolumenanteil in der ersten Windung des Gewindes 13 bei dieser Umdrehung dann nur noch etwa 3%. Entsprechend des geringeren je Umdrehung geförderten Partikelvolumens weist die Kurve in dem Abschnitt von der siebten bis zur zwölften Windung (zwischen den Punkten (4) und (5) im Diagramm) eine geringere lineare Steigung auf. Punkt (5) verdeutlicht den Zustand nach 12 Umdrehungen mit u7 = u8 = u9 = u10 = u11 = u12. Die vorstehend beschriebene Verringerung des je Windung geförderten Partikelvolumens wiederholt sich nach jeweils sechs weiteren Umdrehungen, sodass die Steigung der Axialverschiebungs-Umdrehungs-Kurve alle sechs Umdrehungen abnimmt, wie im Diagramm zu erkennen ist. Rein mathematisch betrachtet verschiebt sich die Spindel 8 unendlich weiter (bis ein Anschlag erreicht ist), allerdings mit immer geringeren Axialverschiebungen, die jedoch nie null werden. Letztlich nähert sich die Axialverschiebungs-Umdrehungs-Kurve einer Horizontalen an. At point (3), the first turn with reduced particle volume fraction (10%) reaches the section 18 , In the course of another revolution, this amount of particles in the section 18 promoted. In response, the spindle shifts 8th by a certain axial displacement (u7), which is smaller according to the smaller amount of particles, than the axial displacement (u1). On the other thread side in the section 19 grips the first turn of the thread 13 during this revolution, a slice of the amount of axial displacement of the spindle 8th (u7) of the reservoir of the section 19 from. The amount of particles contained in the tapped volume, together with the tapped carrier liquid volume with that from the pad (the section 18 ) displaced carrier liquid. Based on the original volume fraction of 32%, the particle volume fraction is in the first turn of the thread 13 at this turn then only about 3%. Corresponding to the smaller per revolution volume delivered particle, the curve in the section from the seventh to the twelfth turn (between the points (4) and (5) in the diagram) has a lower linear slope. Point (5) illustrates the state after 12 revolutions with u7 = u8 = u9 = u10 = u11 = u12. The above-described reduction in the per-turn particle volume repeats after every six revolutions, so that the slope of the axial-displacement-revolution curve decreases every six revolutions, as can be seen in the diagram. From a purely mathematical point of view, the spindle shifts 8th Infinitely (until a stop is reached), but with ever smaller axial displacements, but never zero. Finally, the Axialverschiebungs-Rotations curve approaches a horizontal.
Durch die beschriebene Bildung eines Polsters aus Partikeln im Abschnitt 18 hinter dem Gewinde 13 wird die im Vergleich zu einer Verschiebung bei einer Schubspannung kleiner als die Grenzscherspannung erzielbare Axialkraft signifikant gesteigert, theoretisch bis ins Unendliche. Es ergibt sich daher eine deutlich geringere Abhängigkeit von der Grenzscherspannung einer MRF 11, die bislang stets der limitierende Faktor bei einer Verwendung von MRF 11 war. By the described formation of a pad of particles in the section 18 behind the thread 13 the axial force which can be achieved compared to a displacement at a shear stress smaller than the limit shear stress is significantly increased, theoretically to infinity. This results in a significantly lower dependence on the limit shear stress of an MRF 11 , which has always been the limiting factor when using MRF 11 was.
Sobald das Magnetfeld ab- oder eingestellt wird, verliert das im Abschnitt 18 gebildete Partikelpolster seine festkörperähnlichen Eigenschaften. Die MRF 11 verhält sich wieder wie eine Newtonsche Flüssigkeit. Der durch die Feder 17 auf die Spindel 8 wirkenden Axialkraft wird bis auf geringe Strömungskräfte kein Widerstand mehr entgegengesetzt und die dann nicht mehr miteinander verketteten polarisierbaren Partikel 15 strömen durch den Spalt zwischen Gewinde 13 und Gehäuse 2. Es kommt zu einer Homogenisierung der MRF 11 und die Gewindespindel 8 bewegt sich durch die Federkraft Faxial zurück in ihre ursprüngliche Position anliegend an den linken Deckel 5 (siehe 1). As soon as the magnetic field is switched off or adjusted, this is lost in the section 18 formed particle pad its solid-like properties. The MRF 11 behaves like a Newtonian fluid again. The one by the spring 17 on the spindle 8th acting axial force is opposed to low flow forces no resistance and then no longer linked together polarizable particles 15 flow through the gap between threads 13 and housing 2 , It comes to a homogenization of the MRF 11 and the threaded spindle 8th moved by the spring force F axially back to its original position adjacent to the left lid 5 (please refer 1 ).
In den 28a, 28b und 28c ist die Verschiebung der Spindel in axialer Richtung infolge eines mittels des Magneten 10 erzeugten Magnetfelds der Feldstärke B in verschiedenen Stadien dargestellt. 28a zeigt die Spindel in ihrer ursprünglichen Lage an den linken Deckel 5 angrenzend. Beim Einschalten des Magnetfelds verschiebt sich die Spindel 13 zunächst bis zum Erreichen der Grenzschubspannung bis in die in 28b gezeigte Lage. Durch Ausnutzten des zuvor beschriebenen Effekts der Bildung eines Partikelpolsters 40 kann die Spindel 13 aus der in 28b gezeigten Stellung weiter in axialer Richtung verschoben werden, nämlich in die in 28c gezeigte Endstellung. In the 28a . 28b and 28c is the displacement of the spindle in the axial direction due to a means of the magnet 10 generated magnetic field B field strength in different stages. 28a shows the spindle in its original position on the left lid 5 adjacent. When the magnetic field is switched on, the spindle shifts 13 first until reaching the limit shear stress in the in 28b shown location. By taking advantage of the previously described effect of forming a particle cushion 40 can the spindle 13 from the in 28b shown position be moved further in the axial direction, namely in the in 28c shown end position.
6 zeigt eine Ausführungsform einer Gewindespindel 8, deren Gewinde 13 mit parallel zur Längsachse 9 verlaufenden durchgehenden Bohrungen 23 versehen ist. Die Bohrungen 23 stellen eine Verbindung zwischen benachbarten Gewindegängen her und können zusätzlich oder alternativ zum Spalt zwischen Gewinde 13 und Gehäuse 2 ausgebildet sein. Die Bohrungen 23 begünstigen bei der zuvor beschriebenen Polsterbildung ein Strömen von Trägerflüssigkeit aus dem Abschnitt 18 hinter dem Gewinde 13 in den Abschnitt 19 vor dem Gewinde 13. 6 shows an embodiment of a threaded spindle 8th whose thread 13 with parallel to the longitudinal axis 9 extending through holes 23 is provided. The holes 23 provide a connection between adjacent threads and may additionally or alternatively to the gap between threads 13 and housing 2 be educated. The holes 23 in the above-described formation of a cushion, a flow of carrier liquid from the section is favored 18 behind the thread 13 in the section 19 in front of the thread 13 ,
7 zeigt eine besondere Ausführungsform einer Kupplung 24 nach der Erfindung mit einem magnetorheologischem Aktor 1 nach der Erfindung in einer Schnittansicht. Die Kupplung 24 ist im gekuppelten Zustand dargestellt. 7 zeigt eine Motorwelle 25 als Antriebselement und eine Riemenscheibe 26 als Abtriebselement. Die Motorwelle 25 ist mittels einer Zentralschraube 27 mit einem Kupplungsflansch 28 verbunden. Der Kupplungsflansch 28 kann über Lamellen 29 mit der Riemenscheibe 26 in Reibgriff gebracht, also gekuppelt werden, sodass ein Drehmoment von der Motorwelle 25 über den Kupplungsflansch 28 und die Lamellen 29 auf die Riemenscheibe 26 übertragen werden kann. Eine Tellerfeder 30 ist einerseits am Kupplungsflansch 28 und andererseits am Lamellenpaket 29 abgestützt und spannt die Kupplung 24 in den gekuppelten Zustand vor (selbstschließende Kupplung). Die Tellerfeder 30 rotiert zusammen mit der Motorwelle 25. 7 shows a particular embodiment of a coupling 24 according to the invention with a magnetorheological actuator 1 according to the invention in a sectional view. The coupling 24 is shown in the coupled state. 7 shows a motor shaft 25 as a drive element and a pulley 26 as output element. The motor shaft 25 is by means of a central screw 27 with a coupling flange 28 connected. The coupling flange 28 can over slats 29 with the pulley 26 be brought into frictional engagement, so coupled, so that torque from the motor shaft 25 over the coupling flange 28 and the slats 29 on the pulley 26 can be transferred. A plate spring 30 is on the one hand on the coupling flange 28 and on the other hand on the disk pack 29 supported and tensioned the clutch 24 in the coupled state before (self-closing coupling). The plate spring 30 rotates together with the motor shaft 25 ,
Auf der Motorwelle 25 ist eine Gewindehülse 33 drehfest und in Längsrichtung 9 axial verschiebbar angeordnet. Die Gewindehülse 33 rotiert folglich mit der Motorwelle 25 und umgibt diese. Zwischen der Gewindehülse 33 und der Motorwelle 25 ist dazu eine in Längsrichtung 9 verlaufende Axialführung 31, z.B. in Form einer Axialverzahnung oder eines oder mehrerer Gleitsteine, sowie ein Gleitlager 32 angeordnet. Die Gewindehülse 33 ist auf ihrer von der Motorwelle 25 abgewandten Außenseite mit einem Gewinde 13 versehen. Sie ist des Weiteren endseitig, in 7 auf der linken Seite, an der Tellerfeder 30 abgestützt. On the motor shaft 25 is a threaded sleeve 33 rotatably and in the longitudinal direction 9 arranged axially displaceable. The threaded sleeve 33 consequently rotates with the motor shaft 25 and surrounds these. Between the threaded sleeve 33 and the motor shaft 25 is one in the longitudinal direction 9 extending axial guidance 31 , Eg in the form of an axial toothing or one or more sliding blocks, and a plain bearing 32 arranged. The threaded sleeve 33 is on her from the motor shaft 25 facing away from the outside with a thread 13 Mistake. It is furthermore end, in 7 on the left side, on the plate spring 30 supported.
In der Riemenscheibe 26 ist ein Gehäuse 2 des Aktors 1 mittels Lagern 34 gelagert. Das Gehäuse 2, die Riemenscheibe 26 und die Motorwelle 25 sind in axialer Richtung, also in Längsrichtung 9 relativ zueinander positioniert, also nicht verschiebbar. Das Gehäuse 2 ist des Weiteren rotatorisch festgelegt, rotiert nicht zusammen mit der Motorwelle 25 oder der Riemenscheibe 26 und ist von einer in einer Eisenführung 35 aufgenommenen Spule 36 umgeben. Die Spule 36 dient der Erzeugung eines schaltbaren Magnetfelds, das mittels der Eisenführung 35 in der in 8a gezeigten Weise umgelenkt wird. Die Gewindehülse 33 und das feststehende Gehäuse 2 sollen nicht magnetisch sein, damit zwischen der Eisenführung 36 und der Motorwelle 25 ein magnetischer Kreis entstehen kann. Um den bereits zuvor erläuterten Partikelpolstereffekt bestmöglich ausnutzen zu können, sollte in dem Polsterbereich, also im Abschnitt 18 hinter dem Gewinde 13 ein Magnetfeld mit in radialer Richtung verlaufenden Feldlinien erzeugt werden. Das Gehäuse 2 ist mittels zweier Permanentmagnetdichtungen 37, die jeweils mit einem Radialwellendichtring 38 ergänzt sind, gegenüber der Motorwelle 25 abgedichtet. Zwischen dieser und dem Gehäuse 2 ist eine Kammer 39 ausgebildet, die mit einer MRF 11 gefüllt ist. Das Gewinde 13 der Gewindehülse 33 sowie beiderseits des Gewindes 13 angrenzende Hülsenabschnitte der Gewindehülse sind dabei in der Kammer 39 aufgenommen, sodass die Gewindehülse 33 in der Kammer 39 eine Axialverschiebung durchführen kann. In the pulley 26 is a housing 2 of the actor 1 by means of bearings 34 stored. The housing 2 , the pulley 26 and the motor shaft 25 are in the axial direction, ie in the longitudinal direction 9 positioned relative to each other, so not displaced. The housing 2 is also defined by rotation, does not rotate together with the motor shaft 25 or the pulley 26 and is of one in an iron guide 35 recorded coil 36 surround. The sink 36 serves to generate a switchable magnetic field by means of the iron guide 35 in the in 8a is shown deflected way. The threaded sleeve 33 and the fixed housing 2 should not be magnetic, so between the iron guide 36 and the motor shaft 25 a magnetic circuit can arise. In order to make the best possible use of the previously described particle cushioning effect, should in the upholstery area, ie in the section 18 behind the thread 13 a magnetic field with radially extending field lines are generated. The housing 2 is by means of two permanent magnet seals 37 , each with a radial shaft seal 38 are added, opposite the motor shaft 25 sealed. Between this and the case 2 is a chamber 39 trained with an MRF 11 is filled. The thread 13 the threaded sleeve 33 as well as on both sides of the thread 13 adjacent sleeve sections of the threaded sleeve are in the chamber 39 taken, so that the threaded sleeve 33 in the chamber 39 can perform an axial displacement.
Die in der Kammer 39 befindliche MRF 11 ist in dem in 7 gezeigten gekuppelten Zustand nicht mit einem Magnetfeld beaufschlagt und folglich flüssig. Das Gewinde 13 der Gewindehülse 33 rotiert in der flüssigen MRF 11. Es kommt zu einer Strömung der MRF 11 durch die Gewindegänge des Gewindes 13 und den Spalt zwischen diesem und dem Gehäuse 2, die schon mit Bezug auf 1 erläutert wurde. Aufgrund von Strömungskräften entsteht eine nur geringe Axialkraft, die von der Gewindehülse 33 auf die Tellerfeder 30 übertragen wird, jedoch deren Vorspannkraft bei weitem nicht erreicht. Die Gewindehülse 33 wird durch die Vorspannkraft der Tellerfeder 30 vom Kupplungsflansch 28 fort, also in der 7 nach rechts, gedrängt. Die Tellerfeder 30 übt daher eine in diese Richtung weisende Anpresskraft auf die Lamellen 29 aus, die gegeneinander gepresst werden und infolge Reibung das Drehmoment auf die Riemenscheibe 26 übertragen. Es wird auf die im Zusammenhang mit der 1 gemachten Ausführungen verwiesen, die für die Ausführungsform der Kupplung 24 und des Aktors 1 der 7 und 8 entsprechend gelten. The one in the chamber 39 located MRF 11 is in the in 7 shown coupled state not subjected to a magnetic field and therefore liquid. The thread 13 the threaded sleeve 33 rotates in the liquid MRF 11 , There is a flow of the MRF 11 through the threads of the thread 13 and the gap between this and the housing 2 that already related to 1 was explained. Due to flow forces, only a small axial force is created by the threaded sleeve 33 on the plate spring 30 is transmitted, but their biasing force is far from achieved. The threaded sleeve 33 is due to the biasing force of the diaphragm spring 30 from the coupling flange 28 away, so in the 7 to the right, crowded. The plate spring 30 therefore exerts a pointing in this direction contact pressure on the slats 29 which are pressed against each other and due to friction, the torque on the pulley 26 transfer. It will be related to the 1 made remarks made for the embodiment of the coupling 24 and the actor 1 of the 7 and 8th apply accordingly.
8 zeigt die Kupplung 24 der 7 im entkuppelten Zustand. Dabei ist die MRF 11 mit einem mittels der Spule 36 erzeugten magnetischen Feld beaufschlagt, wodurch diese im verfestigten Zustand vorliegt. Es wird auf die Ausführungen zu den 1 bis 6 sowie 26 verwiesen, die hier entsprechend gelten. Infolge der Verfestigung der MRF 11 schraubt sich das Gewinde 13 der Gewindehülse 33 aus der verfestigten MRF 11 aus. Die Steigung des Gewindes 13 ist dabei derart ausgerichtet, dass die Gewindehülse 33 dadurch in axialer Richtung zum Kupplungsflansch 28, also in 8 nach links, verschoben wird. Infolge dieser Axialverschiebung übt die Gewindehülse 33 eine größere Axialkraft FSpindel auf die Tellerfeder 30 als deren Vorspannung aus, sodass die Gewindehülse 33 gegen die Vorspannung der Tellerfeder 30 in Richtung des Kupplungsflansches 28 verschoben wird. Infolge dieser Axialverschiebung kommt es zu einer Verformung der Tellerfeder 30, wodurch der von dieser auf die Lamellen 29 ausgeübte Druck verringert und abgebaut wird. Der Reibschluss zwischen den Lamellen 29 wird bis zur Trennung der Lamellen 29 voneinander abgebaut. Bei vollständiger Trennung der Lamellen 29 ist die Kupplung 24 sauber entkuppelt. Zu diesem Zeitpunkt kann der Antrieb der Motorwelle 25 eingestellt werden und die Riemenscheibe 26 unabhängig von dieser weiterlaufen. Ein beispielhafter Anwendungsfall ist der Antrieb einer Kfz-Klimaanlage bei einem mit einem Start-Stopp-System versehenen Kraftfahrzeug. 8th shows the clutch 24 of the 7 in the decoupled state. Here is the MRF 11 with one by means of the coil 36 applied magnetic field, whereby it is present in the solidified state. It is based on the comments on the 1 to 6 such as 26 referred, which apply here accordingly. As a result of the consolidation of the MRF 11 the thread screws 13 the threaded sleeve 33 from the solidified MRF 11 out. The slope of the thread 13 is oriented such that the threaded sleeve 33 thereby in the axial direction to the coupling flange 28 , so in 8th to the left, is moved. As a result of this axial displacement exercises the threaded sleeve 33 a larger axial force F spindle on the plate spring 30 as their bias, so that the threaded sleeve 33 against the bias the plate spring 30 in the direction of the coupling flange 28 is moved. As a result of this axial displacement, there is a deformation of the plate spring 30 , which makes the latter of these on the slats 29 applied pressure is reduced and degraded. The frictional engagement between the slats 29 is until the separation of the slats 29 dismantled from each other. With complete separation of the slats 29 is the clutch 24 clean uncoupled. At this time, the drive of the motor shaft 25 be set and the pulley 26 regardless of this continue. An exemplary application is the drive of a motor vehicle air conditioning system in a vehicle provided with a start-stop system.
Sollte der Antrieb der Motorwelle 25 bei offener Kupplung nicht abgeschaltet sein, wie dies bei konventionellen Kupplungen, z.B. bei Kfz-Kupplungen der Fall ist, riebe die Gewindehülse 33 an dem sich im Abschnitt 18 ausgebildeten Partikelpolster 40. Aufgrund guter Schmiereigenschaften der MRF 11 und der nicht magnetischen Verbindung zwischen dem Polster 40 und dem Gewinde 13 kann ein Reibwert zwischen ca. 0,04 und 0,07 angenommen werden. Should the drive of the motor shaft 25 not be switched off with the clutch open, as is the case with conventional couplings, for example in motor vehicle couplings, rub the threaded sleeve 33 which is in the section 18 trained particle pad 40 , Due to good lubricating properties of the MRF 11 and the non-magnetic connection between the pad 40 and the thread 13 a coefficient of friction between approx. 0.04 and 0.07 can be assumed.
Durch den Aufbau eines im Zusammenhang mit 26 beschriebenen Polsters 40 aus Partikeln im Abschnitt hinter dem Gewinde (das Polster ist in 8 gekennzeichnet), wird der besondere Vorteil erzielt, dass die Endwinkelstellung der Gewindehülse keinen Einfluss auf deren Axialverschiebung hat. Wenn alle – oder zumindest der größte Teil der – Partikel der MRF 11 in dem Polster 40 enthalten sind, verbleibt die Gewindehülse unabhängig davon, ob die Motorwelle 25 rotiert oder stillsteht, in dieser Endstellung, solange das magnetische Feld aufrechterhalten wird. Diese Endstellung ist stabil und kann beliebig lange gehalten werden. Ein Einkuppeln der Kupplung 24 erfolgt durch ein Abschalten des magnetischen Felds. Infolgedessen verflüssigt sich die MRF 11, es kommt zu einem Abbau des Partikelpolsters 40 und die Gewindehülse 33 wird durch die Kraft der Feder 30 zurück in die in 7 gezeigte Ausgangsposition gedrängt. Der Einkuppelvorgang kann in diesem Fall sehr schnell ablaufen. Es sei darauf hingewiesen, dass er durch eine Steuerung des Abbaus des Magnetfeldes, z.B. durch einen progressiven Abbau des Magnetfelds, zeitlich verzögert und in nahezu beliebiger Weise erfolgen kann. Durch eine Rotation der Motorwelle – und damit der mit dieser drehfest verbundenen Gewindehülse 33 – kann das Erreichen des homogenen Zustands der flüssigen MRF 11 beschleunigt werden. By building a related to 26 described pad 40 Particles in the section behind the thread (the pad is in 8th characterized), the particular advantage is achieved that the Endwinkelstellung the threaded sleeve has no effect on the axial displacement. If all - or at least the majority of - particles of the MRF 11 in the upholstery 40 are included, the threaded sleeve remains independent of whether the motor shaft 25 rotated or stationary, in this end position, as long as the magnetic field is maintained. This end position is stable and can be kept as long as you like. An engagement of the clutch 24 is done by switching off the magnetic field. As a result, the MRF liquefies 11 , it comes to a degradation of the particle pad 40 and the threaded sleeve 33 is due to the force of the spring 30 back to the in 7 shown starting position urged. The engagement process can be very fast in this case. It should be noted that it can be delayed by a control of the degradation of the magnetic field, for example by a progressive degradation of the magnetic field, and can be done in almost any way. By a rotation of the motor shaft - and thus with this rotatably connected threaded sleeve 33 - can achieve the homogeneous state of the liquid MRF 11 be accelerated.
8a zeigt den Verlauf des mittels der Spule 36 erzeugten Magnetfelds mit Feldlinien 22. Die Feldlinien 22 verlaufen durch die Spule 36 und die Eisenführung 35 in axialer Richtung, dann in radialer Richtung über die Kammer 39, in der die MRF aufgenommen ist, dann in entgegengesetzter axialer Richtung durch die Motorwelle 25 und wieder in radialer Richtung von dieser durch die Kammer 39 mit der MRF 11 zurück. Es sei darauf hingewiesen, dass die Motorwelle 25 und das Gehäuse 2 aus nicht magnetischen Materialien bestehen, um diesen Feldlinienverlauf zu ermöglichen. 8a shows the course of the means of the coil 36 generated magnetic field with field lines 22 , The field lines 22 pass through the coil 36 and the iron guide 35 in the axial direction, then in the radial direction over the chamber 39 in which the MRF is received, then in the opposite axial direction through the motor shaft 25 and again in the radial direction of this through the chamber 39 with the MRF 11 back. It should be noted that the motor shaft 25 and the case 2 made of non-magnetic materials to allow this field line course.
In den 9 bis 16 ist eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplung 24 mit magnetorheologischem Aktor 1 gezeigt. Die Kupplung 24 ist in 9 im gekuppelten Zustand dargestellt. 9 zeigt eine Motorwelle 25 als Antriebselement und eine Riemenscheibe 26 als Abtriebselement. Die Motorwelle 25 ist mittels einer Zentralschraube 27 mit einem Kupplungsflansch 28 verbunden. Der Kupplungsflansch 28 kann über Lamellen 29 mit der Riemenscheibe 26 in Reibeingriff gebracht, also gekuppelt werden, sodass ein Drehmoment von der Motorwelle 25 über den Kupplungsflansch 28 und die Lamellen 29 auf die Riemenscheibe 26 übertragen werden kann. Eine Feder, z.B. in Form einer in der Figur nur angedeuteten Tellerfeder 30 ist einerseits am Kupplungsflansch 28 und andererseits an einer Gewindehülse 45 und über diese am Lamellenpaket 29 abgestützt und spannt die Kupplung 24 in den gekuppelten Zustand vor (selbstschließende Kupplung). Die Tellerfeder 30 rotiert zusammen mit der Motorwelle 25, ist gegenüber dieser jedoch mit einem Lager 46 gelagert. In the 9 to 16 is another embodiment of a coupling according to the invention 24 with magnetorheological actuator 1 shown. The coupling 24 is in 9 shown in the coupled state. 9 shows a motor shaft 25 as a drive element and a pulley 26 as output element. The motor shaft 25 is by means of a central screw 27 with a coupling flange 28 connected. The coupling flange 28 can over slats 29 with the pulley 26 brought into frictional engagement, so be coupled, so that torque from the motor shaft 25 over the coupling flange 28 and the slats 29 on the pulley 26 can be transferred. A spring, for example in the form of a disc spring only indicated in the figure 30 is on the one hand on the coupling flange 28 and on the other hand on a threaded sleeve 45 and about this on the disk pack 29 supported and tensioned the clutch 24 in the coupled state before (self-closing coupling). The plate spring 30 rotates together with the motor shaft 25 , is opposite this, however, with a bearing 46 stored.
Die Riemenscheibe 26 ist mit einem Lager 46 an einem Gehäuse 47 gelagert. Die Motorwelle 25 ist ebenfalls mittels eines Lagers 46 an dem Gehäuse 47 gelagert. Das Gehäuse 47 ist fest angeordnet, d.h. es ist gegenüber der Motorwelle 25 sowie gegenüber der Riemenscheibe 26 weder axial verschiebbar noch drehbar. Es besitzt die Form eines Hohlzylinders und umgibt die Motorwelle 25 vollumfänglich. In dem Gehäuse 47 ist eine im Wesentlichen zylinderförmige Kammer 48 ausgebildet, die in axialer Richtung zu einer Seite des Gehäuses hin (in 9 zur linken Seite) offen ist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Kammer 48 durch das Gehäuse 47 geschlossen. In der Kammer 48 ist die Gewindehülse 45 drehbar und in axialer Richtung verschiebbar angeordnet. Mittels eines dritten Lagers 54 ist die Feder 30 gegenüber dem Kupplungsflansch 28 abgestützt. The pulley 26 is with a warehouse 46 on a housing 47 stored. The motor shaft 25 is also by means of a warehouse 46 on the housing 47 stored. The housing 47 is fixed, ie it is opposite the motor shaft 25 as well as opposite the pulley 26 neither axially displaceable nor rotatable. It has the shape of a hollow cylinder and surrounds the motor shaft 25 full. In the case 47 is a substantially cylindrical chamber 48 formed in the axial direction to one side of the housing (in 9 to the left) is open. On the opposite side is the chamber 48 through the housing 47 closed. In the chamber 48 is the threaded sleeve 45 rotatably and slidably disposed in the axial direction. By means of a third camp 54 is the spring 30 opposite the coupling flange 28 supported.
Die Gewindehülse 45 ist in 15 perspektivisch dargestellt. Sie weist einen sich in axialer Richtung erstreckenden Hülsenabschnitt 49 und einen sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckenden Kragen 50 auf. Der Hülsenabschnitt 49 ist mit einem Innengewinde 51 und einem Außengewinde 52 versehen. Das radial äußere Ende der Gewindehülse 45 ist mit einer großen Masse 54 versehen, die der Gewindehülse 45 ein hohes Trägheitsmoment verschaffen soll. Die Kammer 48 ist zwischen der Gewindehülse 45, insbesondere zwischen dem Hülsenabschnitt 49 und dem Gehäuse 47 abgedichtet. Dazu können die in der vorliegenden Anmeldung genannten Dichtungskonzepte mittels Permanentmagnetdichtung 37, 41 ggf. in Kombination mit einer Radialwellendichtung 38 genutzt werden. In der derart abgedichteten Kammer 48 ist eine MRF 11 aufgenommen. Zwischen dem Gehäuse 47 und dem Lager 46 ist eine Spule 53 zur Erzeugung eines schaltbaren Magnetfelds angeordnet. The threaded sleeve 45 is in 15 shown in perspective. It has a sleeve section extending in the axial direction 49 and a substantially radially extending collar 50 on. The sleeve section 49 is with an internal thread 51 and an external thread 52 Mistake. The radially outer end of the threaded sleeve 45 is with a big crowd 54 provided, the threaded sleeve 45 to provide a high moment of inertia. The chamber 48 is between the threaded sleeve 45 , especially between the sleeve section 49 and the housing 47 sealed. For this purpose, the sealing concepts mentioned in the present application by means of permanent magnet seal 37 . 41 if necessary in combination with a radial shaft seal 38 be used. In the thus sealed chamber 48 is an MRF 11 added. Between the case 47 and the camp 46 is a coil 53 arranged to generate a switchable magnetic field.
10 zeigt die Kupplung 24 bei nicht rotierender Motorwelle 25. Die Kupplung 24 ist geschlossen, da die Feder 30 eine in axialer Richtung wirkende Kraft FF auf den Kragen 50 der Gewindehülse 45 ausübt. Die von dem Kragen 50, also durch die Gewindehülse 45, auf die Feder 30 ausgeübte Gegenkraft ist mit FS gekennzeichnet. Die MRF 11 ist ohne angelegtes magnetisches Feld flüssig. 10 shows the clutch 24 with non-rotating motor shaft 25 , The coupling 24 is closed as the spring 30 an axially acting force F F on the collar 50 the threaded sleeve 45 exercises. The one from the collar 50 So through the threaded sleeve 45 , on the spring 30 applied counterforce is marked with F S. The MRF 11 is liquid without applied magnetic field.
11 zeigt die Kupplung 24 im Betrieb im gekuppelten Zustand bei rotierender Motorwelle 25 und ausgeschaltetem Magnetfeld. Der Kupplungsflansch 28 rotiert zusammen mit der Motorwelle 25, den Lamellen 29, der Riemenscheibe 26, der Gewindehülse 45 und der Feder 30. Die MRF 11 ist flüssig und die Gewindehülse 45 schraubt ständig in der flüssigen MRF 11. Infolgedessen wird eine geringe axial Kraft erzeugt, die von der Gewindehülse 45 auf die Feder 30 entgegen deren Vorspannung wirkt und der Kupplungsanpresskraft entgegen gerichtet ist. Diese Kraft ist jedoch kleiner als die Vorspannkraft der Feder 30, sodass die Kupplung gekuppelt bleibt und das volle Drehmoment überträgt. Infolge der Masse 54 weist die rotierende Gewindehülse 45 eine hohe kinetische Energie auf. 11 shows the clutch 24 during operation in the coupled state with rotating motor shaft 25 and switched off magnetic field. The coupling flange 28 rotates together with the motor shaft 25 , the slats 29 , the pulley 26 , the threaded sleeve 45 and the spring 30 , The MRF 11 is liquid and the threaded sleeve 45 constantly screwing in the liquid MRF 11 , As a result, a small axial force is generated by the threaded sleeve 45 on the spring 30 counteracts their bias and the coupling contact force is directed against. However, this force is smaller than the biasing force of the spring 30 so that the clutch remains coupled and transmits the full torque. As a result of the mass 54 has the rotating threaded sleeve 45 a high kinetic energy.
12 zeigt die Kupplung 24 zu Beginn des Entkuppelns. Die Motorwelle 25 treibt den Kupplungsflansch 28 an und das Magnetfeld wird eingeschaltet, sodass sich die MRF 11 innerhalb von einigen wenigen Millisekunden verfestigt. Die Gewinde 51, 52 der Gewindespindel 45 schrauben sich aus der verfestigten MRF 11 heraus, sodass die Gewindespindel 45 aus der Kammer 48 heraus axialverschoben wird. Die dabei erzeugte axiale Kraft ist größer als die Federvorspannung der Feder 30, sodass die Kupplung 24 beginnt sich zu öffnen. Die Gewindehülse gelangt unmittelbar nach dem Ansprechen des Aktors 1 außer Eingriff mit den Lamellen, sodass von der Motorwelle 25 kein Drehmoment mehr auf sie übertragen wird. Um aber die Kupplung voll öffnen und entkoppeln zu können und die Lamellen 29 sauber voneinander zu trennen, ist es erforderlich, dass die Gewindehülse 45 solange weiter rotiert, bis sie vollständig gegen die Spannung der Feder 30 aus der Kammer 48 herausgeschraubt ist. Diese Rotationsenergie erhält die Gewindehülse 45 über die Masse 54 per Trägheit. Die Steigung der Gewinde 51, 52 bestimmt die axiale Geschwindigkeit der Hülse 45 beim Ausschrauben aus der Kammer. Unmittelbar nach Beginn des Entkuppelns, d.h. sobald die Hülse 45 die Lamellen 29 nicht mehr berührt, kann daher der Antrieb der Motorwelle 25 ausgeschaltet werden. 12 shows the clutch 24 at the beginning of uncoupling. The motor shaft 25 drives the coupling flange 28 and the magnetic field is switched on, so that the MRF 11 solidified within a few milliseconds. The threads 51 . 52 the threaded spindle 45 unscrew from the solidified MRF 11 out, so the threaded spindle 45 out of the chamber 48 is axially displaced out. The generated axial force is greater than the spring preload of the spring 30 so the clutch 24 begins to open. The threaded sleeve passes immediately after the response of the actuator 1 out of engagement with the slats, so from the motor shaft 25 no more torque is transmitted to them. But to fully open and decouple the clutch and the slats 29 to separate cleanly from each other, it is necessary that the threaded sleeve 45 continue to rotate until completely against the tension of the spring 30 out of the chamber 48 is unscrewed. This rotational energy receives the threaded sleeve 45 about the mass 54 by inertia. The slope of the thread 51 . 52 determines the axial velocity of the sleeve 45 when unscrewing from the chamber. Immediately after the start of uncoupling, ie as soon as the sleeve 45 the slats 29 no longer touched, can therefore drive the motor shaft 25 turned off.
13 zeigt die Kupplung 24 im vollständig entkuppelten Zustand. Die geöffnete Kupplung 24 lässt die Motorwelle 25 frei drehen. Solange wie erforderlich bleibt die MRF 11 unter dem Einfluss des Magnetfelds und im verfestigten Zustand, so dass die durch die Feder 30 gegen den Kupplungsflansch 28 ausgeübte Anpresskraft der Feder 30 ausgeglichen bleibt. Zum Einkuppeln der Kupplung 24 wird das Magnetfeld einfach ausgeschaltet. Dieser Vorgang ist in 14 dargestellt. Nach Ausschalten des Magnetfelds verflüssigt sich die MRF 11 innerhalb von Millisekunden und die von der MRF 11 auf die Gewindehülse 45 ausgeübte Axialkraft entfällt. Aufgrund der durch die Feder 30 auf die Gewindehülse 45 ausgeübten Vorspannkraft fährt die Gewindehülse 45 in das Gehäuse 47 ein. Das Prinzip der Kupplung der 9 bis 14 ist vorteilhaft, da die Kupplungsgeschwindigkeit sehr hoch sein kann und durch ein Steuern der Viskosität der MRF 11 verstellbar sein kann. 13 shows the clutch 24 in the fully decoupled state. The opened clutch 24 leaves the motor shaft 25 rotate freely. As long as necessary the MRF remains 11 under the influence of the magnetic field and in the solidified state, so that by the spring 30 against the coupling flange 28 applied contact pressure of the spring 30 remains balanced. For engaging the clutch 24 the magnetic field is simply switched off. This process is in 14 shown. After switching off the magnetic field, the MRF liquefies 11 within milliseconds and those of the MRF 11 on the threaded sleeve 45 applied axial force is eliminated. Because of the spring 30 on the threaded sleeve 45 exerted biasing force drives the threaded sleeve 45 in the case 47 one. The principle of the coupling of 9 to 14 is advantageous because the coupling speed can be very high and by controlling the viscosity of the MRF 11 can be adjustable.
Dichtungskonzepte für die Aktoren und Kupplungen nach der Erfindung sind in den 18 und 19 im Detail dargestellt. Die polarisierbaren Partikel 15 in der MRF 11 erfordern angepasste Dichtungslösungen, wie beispielsweise Permanentmagnetabdichtungen. Das Prinzip der Permanentmagnetabdichtung liegt in einer Sperrung der polarisierbaren Partikel 15 infolge einer Verfestigung oder einer Kettenbildung in einem abzudichtenden Spalt 43. Dazu wird mittels eines Permanentmagneten 41 im abzudichtenden Spalt 43 ein dauerhaftes Magnetfeld erzeugt, in dem die Partikel Ketten bilden und infolgedessen nicht aus dem Spalt 43 heraus gelangen können. Mittels eines Eisenrings 42 werden die Feldlinien des Permanentmagnetfeldes in der gewünschten Weise im Spalt 43 ausgerichtet. Für den Fall, dass eine solche Permanentmagnetabdichtung unzureichend ist, beispielsweise weil Trägerflüssigkeit weiter durch den Spalt 43 dringen kann, kann diese auch durch eine Radialwellendichtung 44 ergänzt werden. Die Radialwellendichtung 44 ist auf der von der MRF 11 abgewandten Seite der Permanentmagnetdichtung 41 angeordnet, um einen Kontakt mit verschleißenden Partikeln der MRF 11 zu vermeiden. Die in dem Magnetfeld eingefangenen Partikel sollten auf diese Weise die Dichtlippe nicht beschädigen können. Sealing concepts for the actuators and couplings according to the invention are in the 18 and 19 shown in detail. The polarizable particles 15 in the MRF 11 require customized sealing solutions, such as permanent magnet seals. The principle of the permanent magnet seal is a blocking of the polarizable particles 15 due to solidification or chain formation in a gap to be sealed 43 , This is done by means of a permanent magnet 41 in the gap to be sealed 43 creates a permanent magnetic field in which the particles form chains and, as a result, do not escape from the gap 43 can get out. By means of an iron ring 42 The field lines of the permanent magnetic field in the desired manner in the gap 43 aligned. In the event that such a permanent magnet seal is insufficient, for example because carrier liquid continues through the gap 43 This can also be achieved by a radial shaft seal 44 be supplemented. The radial shaft seal 44 is on the from the MRF 11 opposite side of the permanent magnet seal 41 arranged to make contact with abrasive particles of the MRF 11 to avoid. The trapped particles in the magnetic field should not be able to damage the sealing lip in this way.
Die Aktoren 1 der Kupplungen haben deren Verschleiß Rechnung zu tragen. Eine diesbezügliche Darstellung ist in den 20a und 20b gezeigt. 20a zeigt den Aktor einer neuen Kupplung ohne Verschleiß. Das Gewinde 13 ist in axialer Richtung um einen Spalt der Breite Sn beabstandet. Mit Verscheiß der Kupplung 24 wird die Gewindehülse 33 bzw. die Gewindespindel 8 in der Kammer immer weiter entgegen der Zustellrichtung verschoben, also fort vom Kupplungsflansch 28. Der Abstand oder Spalt zwischen dem Gewinde 13 und dem Gehäuse 2 ist daher derart auszulegen, dass die Spindel 33, 8 und das Gewinde 13 nie in eine Anlage an das Gehäuse 2 gelangt. Andernfalls würde die von der Tellerfeder 30 für ein korrektes Kuppeln auf die Lamellen 29 auszuübende Axialkraft nicht mehr auf die Lamellen 29 aufgebracht, sondern über das Gewinde 13 in das Gehäuse 2 geleitet, so dass die Kupplung 24 rutschen würde. Der Aktor 1 einer einem bestimmten Verschleiß unterlegenen Kupplung ist in 20b gezeigt. Dort besitzt der Spalt zwischen Gewinde 13 und Gehäuse 2 nur noch eine Breite von Sv. The actors 1 The couplings have to take their wear into account. A related representation is in the 20a and 20b shown. 20a shows the actuator of a new clutch without wear. The thread 13 is spaced in the axial direction by a gap of the width S n . With verscheiß the clutch 24 becomes the threaded sleeve 33 or the threaded spindle 8th in the chamber always moved further against the feed direction, ie away from the coupling flange 28 , The distance or gap between the threads 13 and the housing 2 is therefore interpreted such that the spindle 33 . 8th and the thread 13 never in an attachment to the case 2 arrives. Otherwise, that would be from the diaphragm spring 30 for a correct coupling on the slats 29 axial force to be exerted no longer on the slats 29 applied but over the thread 13 in the case 2 passed, so that the clutch 24 would slip. The actor 1 a clutch subject to a certain degree of wear is in 20b shown. There has the gap between thread 13 and housing 2 only a width of S v .
Die 16a und 16b zeigen eine alternative Ausführungsform eines Aktors, der zur Betätigung der Kupplung 24 der 9 bis 17 verwendet werden kann, einmal in einem nicht mit einem Magnetfeld beaufschlagten Zustand (16a) und einmal in einem mit einem Magnetfeld beaufschlagten Zustand (16b). Die Kupplung 24 kann anstelle des mit Gewindehülse 45 mittels eines Aktors 1, wie er in den 16a und 16b gezeigt ist, oder mehrerer solcher Aktoren 1 betätigt werden. Der Aktor 1 entspricht im Wesentlichen dem in den 1 bis 6 gezeigten Aktor 1. In der dargestellten Ausführungsform besteht sein Gehäuse 2 sowie seine Gewindespindel 8 aus einer Aluminiumlegierung. Durch Verwendung eines solchen Aktors 1 kann die Kupplung 24 besonders klein ausgebildet werden. The 16a and 16b show an alternative embodiment of an actuator for actuating the clutch 24 of the 9 to 17 can be used once in a non-magnetic field ( 16a ) and once in a condition applied to a magnetic field ( 16b ). The coupling 24 instead of with threaded sleeve 45 by means of an actuator 1 as he is in the 16a and 16b is shown, or more of such actuators 1 be operated. The actor 1 corresponds essentially to that in the 1 to 6 shown actuator 1 , In the illustrated embodiment, there is its housing 2 as well as its threaded spindle 8th from an aluminum alloy. By using such an actuator 1 can the clutch 24 be made particularly small.
In 17 ist eine Ausführungsform einer Kupplung 24 gemäß den 7 und 8 gezeigt, die mit einem Tilger 55 und einem Dämpfer 56 versehen ist. Der Tilger 55 besteht im Wesentlichen aus einem Masseelement, das den Kupplungsflansch 28 in umfänglicher Richtung umgibt und unter Zwischenlage eines Elastomerelements 57 an diesem angeordnet ist. Mittels des Tilgers 55 können bestimmte im Antriebsstrang vorliegenden störende Frequenzen getilgt werden. Der Dämpfer 56 ist an der Riemenscheibe 26 angeordnet und dient einer Dämpfung von Frequenzen im Wesentlichen unabhängig von derem Wert. In 17 is an embodiment of a clutch 24 according to the 7 and 8th shown with a absorber 55 and a damper 56 is provided. The absorber 55 consists essentially of a mass element that the coupling flange 28 surrounds in the circumferential direction and with the interposition of an elastomeric element 57 is arranged at this. By means of the absorber 55 Certain disturbing frequencies present in the drive train can be eradicated. The damper 56 is on the pulley 26 arranged and serves to attenuate frequencies substantially independent of their value.
Die 21a bis 24b zeigen verschiedene Ausführungsformen für Gewinde 13, 51, 52 der Gewindespindel 8 bzw. der Gewindehülse 33 oder 45. Die 21a und 21b zeigen ein Gewinde, dessen Kerndurchmesser 58 kleiner ist als der Außendurchmesser 59 der Gewindespindel bzw. Gewindehülse. Die Außendurchmesser 59 müssen zur Wahrung eines hydraulischen Gleichgewichts im Aktor 1 beiderseits des Gewindes gleich sein. Mit dieser Variante kann eine schnelle Axialverschiebung Gewindespindel bzw. Gewindehülse und ein schneller Aufbau des Partikelpolsters 40 bewirkt werden, denn mit jeder Umdrehung des Gewindes wird ein relativ großes Volumen (nämlich das eines Gewindegangs) in einen kleinen Spalt im Bereich des Außendurchmessers 59 gefördert. Die 22a und 22b zeigen ein Gewinde mit nicht linearer Gewindesteigung. Im Bereich einer steilen Gewindesteigung werden in den Gewindegängen befindliche Partikel rasch in axialer Richtung bewegt. Im Endbereich des Gewindes (nahe des Abschnitts 18) ist dessen Steigung flacher, sodass das Gewinde mit einer möglichst flachen Auflage auf dem Partikelpolster 40 abgestützt sein kann. Die Ausführungsform der 23a und 23b besitzt ein zweigängiges Gewinde mit einem ersten Gang 61 und einem zweiten Gang 62. Die Ausführungsform der 24a und 24b besitzt ein sechsgängiges Gewinde mit einem ersten Gang 61, einem zweiten Gang 62, einem dritten Gang 63, einem vierten Gang 64, einem fünften Gang 65 und einem sechsten Gang 66. Mehrgängige Gewinde ermöglichen einen schnellen Aufbau des Partikelpolsters 40 infolge einer vervielfachten Gewindesteigung. Die maximale Axialverschiebung ist im Vergleich zu einem eingängigen Gewinde jedoch unverändert. The 21a to 24b show different embodiments for threads 13 . 51 . 52 the threaded spindle 8th or the threaded sleeve 33 or 45 , The 21a and 21b show a thread whose core diameter 58 smaller than the outside diameter 59 the threaded spindle or threaded sleeve. The outside diameter 59 need to maintain a hydraulic balance in the actuator 1 be equal on both sides of the thread. With this variant, a fast axial displacement threaded spindle or threaded sleeve and a faster construction of the particle pad 40 be effected, because with each revolution of the thread is a relatively large volume (namely that of a thread) in a small gap in the range of the outer diameter 59 promoted. The 22a and 22b show a thread with non-linear thread pitch. In the area of a steep thread pitch particles located in the threads are moved rapidly in the axial direction. In the end area of the thread (near the section 18 ) whose slope is flatter, so that the thread with a flat as possible on the pad pad 40 can be supported. The embodiment of the 23a and 23b has a two-flight thread with a first gear 61 and a second course 62 , The embodiment of the 24a and 24b has a six-speed thread with a first gear 61 a second course 62 , a third gear 63 , a fourth gear 64 , a fifth gear 65 and a sixth gear 66 , Multi-start threads allow a fast build-up of the particle cushion 40 due to a multiplied thread pitch. However, the maximum axial displacement is unchanged compared to a single-thread.
Die Ausführungsformen der 21a bis 24b können besonders gut miteinander kombiniert werden. Ein Beispiel für eine solche Kombination ist ein mehrgängiges Gewinde mit variierendem Spindelkerndurchmesser. Eine solche Kombination ist deshalb sinnvoll, da jeder Parameter (Ganganzahl und Kerndurchmesser) einen anderen Einfluss auf die mit dem Gewinde erzielbare Axialverschiebungs-Umdrehungs-Kurve besitzt. Durch gezielte Auswahl der Gewindeparameter ist es daher möglich, die Axialverschiebung, deren Geschwindigkeit und die davon abhängende Auskuppelzeit zu optimieren. The embodiments of the 21a to 24b can be combined very well with each other. An example of such a combination is a multi-thread with varying spindle core diameter. Such a combination makes sense because each parameter (number of gears and core diameter) has a different influence on the achievable with the thread Axialverschiebungs-turn curve. By carefully selecting the thread parameters, it is therefore possible to optimize the axial displacement, its speed and the disengagement time dependent thereon.
In 25 sind verschiedenen Gewinde mit unterschiedlichen Gewindeparametern vergleichend in einem Axialverschiebungs-Umdrehungs-Diagramm dargestellt. In diesem sind auf der Abszisse die Umdrehungen U aufgetragen, die die Spindel 8 absolviert. Auf der Ordinate ist die dabei von der Spindel 8 infolge ihrer Wechselwirkung mit der MRF 11 zurückgelegte Axialverschiebung S aufgetragen. Das Diagramm zeigt vier verschiedene Axialverschiebungs-Umdrehungs-Kurven. Die Kurve 68 ist die einer Spindel 8 mit einfachem Gewinde 13. Die Kurve 69 ist die einer Spindel 8 mit einem Gewinde 13 mit zwei Gewindegängen (Ausführungsform der 23a und 23b). Die Kurve 70 ist die einer Spindel 8 mit einem Gewinde 13, wobei die Spindel entsprechend der Ausführungsform der 21a und 21b verschiedene Durchmesser aufweist. Die Kurve 71 ist die einer Spindel 8 mit einem Gewinde 13 mit zwei Gewindegängen (gemäß der (Ausführungsform der 23a und 23b) kombiniert mit unterschiedlichen Spindeldurchmessern (Ausführungsform der 21a und 21b). Das Diagramm der 25 zeigt deutlich, dass die Spindel der Kurve 71 aufgrund ihres schnellen Ansprechverhaltens gegenüber den übrigen Spindeln zu bevorzugen ist. In 25 are different threads with different thread parameters comparatively shown in a Axialverschiebungs-rotation diagram. In this the abscissa the revolutions U are applied, which is the spindle 8th completed. On the ordinate is the case of the spindle 8th as a result of their interaction with the MRF 11 applied axial displacement S applied. The diagram shows four different axial displacement rotation curves. The curve 68 is that of a spindle 8th with a simple thread 13 , The curve 69 is that of a spindle 8th with a thread 13 with two threads (embodiment of the 23a and 23b ). The curve 70 is that of a spindle 8th with a thread 13 , wherein the spindle according to the embodiment of 21a and 21b having different diameters. The curve 71 is that of a spindle 8th with a thread 13 with two threads (according to the (embodiment of 23a and 23b ) combined with different spindle diameters (embodiment of the 21a and 21b ). The diagram of 25 clearly shows that the spindle of the curve 71 because of its quick response to the other spindles is preferable.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Aktor actuator
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22
-
Gehäuse casing
-
33
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Rohr pipe
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44
-
rechter Deckel right lid
-
55
-
linker Deckel left lid
-
66
-
O-Dichtring O-ring seal
-
77
-
Gleitlager bearings
-
88th
-
Gewindespindel screw
-
99
-
Längsachse longitudinal axis
-
1010
-
Magnet magnet
-
1111
-
magnetorheologische Flüssigkeit magnetorheological fluid
-
1212
-
Gewindekern thread core
-
12a12a
-
Gewindekernabschnitt Threaded core section
-
12b12b
-
Gewindekernabschnitt Threaded core section
-
1313
-
Gewinde thread
-
1414
-
Trägerflüssigkeit carrier fluid
-
1515
-
Magnetisch polarisierbare Partikel Magnetically polarizable particles
-
1616
-
zu betätigende Einheit to be operated unit
-
1717
-
Feder feather
-
1818
-
Abschnitt (hinter Gewinde) Section (behind thread)
-
1919
-
Abschnitt (vor Gewinde) Section (before thread)
-
2020
-
Stempel stamp
-
2121
-
Sand sand
-
2222
-
Feldlinien field lines
-
2323
-
Bohrung drilling
-
2424
-
Kupplung clutch
-
2525
-
Motorwelle motor shaft
-
2626
-
Riemenscheibe pulley
-
2727
-
Zentralschraube central screw
-
2828
-
Kupplungsflansch coupling flange
-
2929
-
Lamellen / Lamellenpaket Slats / disk pack
-
3030
-
Tellerfeder Belleville spring
-
3131
-
Axialführung axial guidance
-
3232
-
Gleitlager bearings
-
3333
-
Gewindehülse threaded sleeve
-
3434
-
Lager camp
-
3535
-
Eisenführung iron leadership
-
3636
-
Spule Kitchen sink
-
3737
-
Permanentmagnetdichtung Permanent magnetic seal
-
3838
-
Radialwellendichtring Radial shaft seal
-
3939
-
Kammer chamber
-
4040
-
Polster pad
-
4141
-
Permanentmagnet permanent magnet
-
4242
-
Eisenring Eisenring
-
4343
-
Spalt gap
-
4444
-
Radialwellendichtung Radial shaft seal
-
4545
-
Gewindehülse threaded sleeve
-
4646
-
Lager camp
-
4747
-
Gehäuse casing
-
4848
-
Kammer chamber
-
4949
-
Hülsenabschnitt sleeve section
-
5050
-
Kragen collar
-
5151
-
Innengewinde inner thread
-
5252
-
Außengewinde external thread
-
5353
-
Spule Kitchen sink
-
5454
-
Masse Dimensions
-
5555
-
Tilger absorber
-
5656
-
Dämpfer damper
-
5757
-
Elastomerelement elastomer element
-
5858
-
Kerndurchmesser core diameter
-
5959
-
Außendurchmesser outer diameter
-
6060
-
Dichtung poetry
-
6161
-
erster Gang first course
-
6262
-
zweiter Gang second gear
-
6363
-
dritter Gang third gear
-
6464
-
vierter Gang fourth gear
-
6565
-
fünfter Gang fifth gear
-
6666
-
sechster Gang sixth gear
-
6767
-
Partikelketten particle chains
-
6868
-
Kurve Einfachgewinde Curve single thread
-
6969
-
Kurve Doppelgewinde Curve double thread
-
7070
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Kurve unterschiedliche Spindelkerndurchmesser Curve different spindle core diameter
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7171
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Kurve unterschiedliche Spindelkerndurchmesser und Doppelgewinde Curve different spindle core diameter and double thread
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BB
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Magnetfeld magnetic field
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Snsn
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Spalt neu New gap
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SvSv
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Spalt verschlissen Gap fissured
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SS
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Weg path
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UU
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Umdrehung revolution
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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EP 1438517 B1 [0004] EP 1438517 B1 [0004]
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EP 2060800 B1 [0005] EP 2060800 B1 [0005]
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WO 00/53936 A1 [0006] WO 00/53936 A1 [0006]
