DE102016124115B4

DE102016124115B4 - Drehdämpfer

Info

Publication number: DE102016124115B4
Application number: DE102016124115.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Battlogg
Original assignee: Inventus Engineering GmbH
Current assignee: Inventus Engineering GmbH
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2022-06-09
Anticipated expiration: 2036-12-13
Also published as: WO2018108941A1; DE102016124115A1; US11725709B2; US20190346008A1

Abstract

Drehdämpfer (1) mit einem Gehäuse (12) und mit wenigstens einer Magnetfeldquelle (8) und mit einer als Hohlwelle (3a) ausgebildeten Dämpferwelle (3), wobei in der Dämpferwelle (3) eine Koppelstange (60) aufgenommen ist und wobei die Hohlwelle (3a) und die Koppelstange (60) miteinander zusammenwirkende Übertragungseinheiten (61, 71) aufweisen und eine relative Axialbewegung der Koppelstange (60) in eine Drehbewegung der Hohlwelle (3a) umwandeln,dadurch gekennzeichnet,dass in dem Gehäuse (12) wenigstens eine Verdrängereinrichtung (2) angeordnet ist, wobei die Verdrängereinrichtung (2) die Dämpferwelle (3) aufweist und ein magnetorheologisches Fluid (6) als Arbeitsfluid enthält und damit betreibbar ist,wobei die Magnetfeldquelle (8) dazu geeignet und ausgebildet ist, die ineinander eingreifenden und relativ zueinander drehbaren und miteinander kämmenden Verdrängerkomponenten (4, 5) mit einem Magnetfeld zu beaufschlagen, um eine Drehbewegung der Dämpferwelle (3) zu dämpfen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehdämpfer, wobei der Drehdämpfer wenigstens eine Verdrängereinrichtung mit einer Dämpferwelle und mit ineinander eingreifenden und rotierenden Verdrängerkomponenten aufweist, um eine Drehbewegung der Dämpferwelle zu dämpfen.
Im Stand der Technik sind verschiedenste Dämpfer bekannt geworden, mit denen eine gezielte Dämpfung von Bewegungen möglich ist.
Mit der US 2015 / 0 345 134 A1 ist ein Dämpfer und eine Schwingungssteuervorrichtung zur Dämpfung der Schwingungen von Gebäuden bei Erdbeben bekannt geworden. Über eine Spindel wird eine Linearbewegung in eine Rotativbewegung umgesetzt. In einem zylindrischen Scherspalt ist ein magnetorheologisches Fluid enthalten und wird einem Magnetfeld elektrischer Spulen ausgesetzt. Dadurch wird ein Scherspalt zwischen einem Zylinder und einem säulenförmigen Schwungrad einem Magnetfeld ausgesetzt. Das magnetorheologische Fluid in dem Spalt wird durch die Drehbewegung geschert. Die Dämpfungskräfte resultieren direkt aus den Scherkräften innerhalb des magnetorheologischen Fluids. Eine solche Dämpfungsvorrichtung funktioniert grundsätzlich zufriedenstellend. Nachteilig ist aber, dass die übertragbaren Dämpfungsmomente bzw. Dämpfungskräfte begrenzt sind. Um hohe Momente zu übertragen, muss ein Scherspalt mit einer großen Zylinderfläche bzw. Umfangsfläche zur Verfügung gestellt werden, was das Gewicht und die Kosten erhöht.
Die JP 2014 - 173 697 A offenbart einen linearen Aktuator, bei dem eine Umsetzung rotativ-linear statt findet. Ein Spalt zwischen einem inneren Element und einem äußeren Element ist rotationssymmetrisch ausgebildet und ist mit einem magnetorheologischen Fluid gefüllt. Durch radiale Rippen oder Fortsätze wird die wirksame Scherfläche in dem Scherspalt erhöht. Damit wird bei der JP 2014 - 173 697 A die wirksame Fläche des Scherspaltes vergrößert. Nachteilig ist aber, dass die wirksamen Kräfte bzw. das wirksame Moment durch die Scherkräfte in dem magnetorheologischen Fluid begrenzt werden.
Die JP 2009 - 68 571 A offenbart einen Stoßdämpfer, bei dem eine Umsetzung rotativ-linear erfolgt und bei dem ein zylindrischer Scherspalt mit einem magnetorheologischen Fluid gefüllt ist und einem Magnetfeld aussetzbar ist. Auch hier wird das übertragbare Moment durch die Scherkräfte in dem magnetorheologischen Fluid begrenzt.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen vorteilhaften und kostengünstigen Drehdämpfer zur Verfügung zu stellen, mit dem eine Umsetzung rotativ-linear erfolgt und mit dem eine Übertragung höherer Dämpfungskräfte und Dämpfungsmomente möglich ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Drehdämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Ein erfindungsgemäßer Drehdämpfer weist ein Gehäuse und wenigstens eine Magnetfeldquelle und wenigstens eine in dem Gehäuse angeordnete Verdrängereinrichtung auf. Die Verdrängereinrichtung weist eine Dämpferwelle auf und enthält (wenigstens) ein magnetorheologisches Fluid als Arbeitsfluid und ist damit betreibbar. Die Magnetfeldquelle ist dazu geeignet und ausgebildet, die ineinander eingreifenden und relativ zueinander drehbaren und miteinander kämmenden Verdrängerkomponenten (wenigstens teilweise) mit einem Magnetfeld zu beaufschlagen, um eine Drehbewegung der Dämpferwelle zu dämpfen. Die Dämpferwelle ist als Hohlwelle ausgebildet. In der Dämpferwelle ist eine Koppelstange aufgenommen. Die Hohlwelle und die Koppelstange weisen miteinander zusammenwirkende Übertragungseinheiten auf, um eine relative Axialbewegung der Koppelstange in eine Drehbewegung der Hohlwelle umzuwandeln.
Der erfindungsgemäße Drehdämpfer hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil des erfindungsgemäßen Drehdämpfers wird dadurch erzielt, dass der Drehdämpfer eine Verdrängereinrichtung mit einem magnetorheologischen Arbeitsfluid enthält. Außerdem ist eine Koppelstange zugeordnet, deren Axialbewegung über Übertragungseinheiten in eine Drehbewegung der Dämpferwelle umgewandelt wird.
Bei einer solchen Ausgestaltung ist grundsätzlich keine Vorbelastung in eine Endposition vorhanden. Der Drehdämpfer ist in keine Richtung vorgespannt. Dadurch kann grundsätzlich ein gleiches Verhalten in beide Drehrichtungen eingestellt werden. Die Leichtgängigkeit oder die Schwergängigkeit einer gedämpften Linearbewegung kann unabhängig von der Bewegungsrichtung eingestellt werden. Dadurch, dass eine Axialbewegung der Koppelstange in eine Drehbewegung der Dämpferwelle umgewandelt wird, kann eine geeignete Übersetzung erfolgen, sodass der Drehdämpfer mit einer geeigneten Drehzahl betrieben wird. Der Drehdämpfer kann mehrere Umdrehungen gedreht werden, während die Axialbewegung klein oder groß ist. Es findet eine Drehmomentübersetzung statt, sodass das maximal erzeugbare Drehmoment gegebenenfalls gering sein muss. Damit wird auch für große Kräfte und Momente ein kostengünstiger Dämpfer realisiert, der klein baut und leicht und günstig ist und sich somit für den Serieneinsatz eignet.
Unter dem Begriff „dämpfen“ ist hier eine Dämpfung einer Bewegung zu verstehen, die auch als Bremsen bezeichnet werden kann. Das bedeutet, dass der Drehdämpfer auch als Bremseinrichtung bezeichnet werden kann. Die Dämpfung der Bewegung kann zu einer Fixierung der relativ zueinander bewegbaren Komponenten oder Anschlusseinheiten führen, sodass die Anschlusseinheiten in einer bestimmten Winkelposition fixiert werden und von dort nur durch eine besonders große Kraft, die die maximale Kraft des Drehdämpfers übersteigt, wegbewegt werden kann.
Vorzugsweise ist es möglich, die Bewegung der Anschlusseinheiten zueinander über den Drehdämpfer gesteuert zu blockieren.
In allen Ausgestaltungen wird eine relative Axialbewegung der Koppelstange in eine Drehbewegung der Hohlwelle umgewandelt.
Vorzugsweise umfasst die Koppelstange ein Einkerbungsprofil als Übertragungseinheit und die andere Übertragungseinheit weist ein daran angepasstes Einkerbungsprofil auf. Durch die angepassten Einkerbungsprofile kann die Axialbewegung in eine Drehbewegung umgesetzt werden.
Vorzugsweise umfasst die Koppelstange eine Gewindespindel als erste Übertragungseinheit und die zweite Übertragungseinheit ist als Gewindemutter ausgebildet.
In allen Ausgestaltungen ist es möglich, dass die Einkerbungsprofile als Verzahnung oder als Gewinde oder dergleichen ausgebildet sind. Möglich ist es aber auch, dass eine Übertragung über ein Reibrad oder dergleichen erfolgt.
Vorzugsweise ist die zweite Übertragungseinheit mit der Dämpferwelle drehfest verbunden. Unter dem Begriff „drehfest“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist „im Wesentlichen drehfest“ gemeint. Die Verbindung muss nicht spielfrei sein. Wesentlich ist, dass bei einer kontinuierlichen Bewegung eine Übertragung der Bewegung erfolgt.
Die Dämpferwelle ist als Hohlwelle ausgebildet und ist insbesondere (unmittelbar) drehfest mit der Gewindemutter gekoppelt. Bei einer solchen Ausgestaltung ist eine erste Übertragungseinheit vorzugsweise als Gewindespindel ausgeführt und die zweite Übertragungseinheit als Gewindemutter. Die Gewindemutter kann Bestandteil der Hohlwelle sein und beispielsweise einstückig damit gefertigt sein. Vorzugsweise ist die Gewindemutter ein separates Bauteil und über eine entsprechende Koppelkontur drehfest mit der Hohlwelle gekoppelt.
Vorzugsweise ist die Gewindemutter wenigstens teilweise aus einem Kunststoff gefertigt. Eine Oberfläche der Gewindemutter aus Kunststoffen bietet den Vorteil, dass gleichzeitig mit der Übertragung und Umwandlung einer Axialbewegung in eine Drehbewegung auch eine Schmierung der Kontaktbereiche erfolgt. Oder es ist durch die gute Trockenlauf-Eigenschaft des Kunststoffes bedingt keine Schmierung erforderlich.
In allen Ausgestaltungen ist es auch möglich, dass die Gewindemutter über Koppelmittel wie ein Reibrad, ein Riemen, eine Kette oder über eine Außenverzahnung mit der Dämpferwelle drehfest gekoppelt ist. Bei derartigen Ausgestaltungen ist die Verdrängereinrichtung beispielsweise parallel zu der Gewindestange bzw. der Koppelstange angeordnet. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht eine Dämpferwelle mit einem kleineren Außendurchmesser, da die Gewindespindel nicht durch die Hohlwelle durchgeführt werden muss. Die Gewindespindel muss einen gewissen Außendurchmesser aufweisen, um den nötigen Knickschutz zu bieten.
Vorzugsweise umfasst die Gewindemutter wenigstens eine axiale Anschlagfläche und ist in dem Gehäuse drehbar und über wenigstens einen Axialanschlag axial fixiert aufgenommen.
Vorzugsweise weist die Verdrängereinrichtung ineinander eingreifende und relativ zueinander drehbare Verdrängerkomponenten auf. Vorzugsweise ist die Magnetfeldquelle dazu geeignet und ausgebildet, die ineinander eingreifenden und relativ zueinander drehbaren Verdrängerkomponenten (wenigstens teilweise) mit einem Magnetfeld zu beaufschlagen, um eine Drehbewegung der Dämpferwelle zu dämpfen.
Vorzugsweise ist wenigstens ein stirnseitiger Axialspalt zwischen dem Gehäuse und der Verdrängereinrichtung ausgebildet. Vorzugsweise durchtritt ein wesentlicher Teil des Magnetfeldes der Magnetfeldquelle den Axialspalt zwischen dem Gehäuse und den Verdrängerkomponenten. Dadurch kann eine Dichtung des stirnseitigen Axialspalts erfolgen.
Vorzugsweise ist an beiden axialen Enden der Verdrängerkomponenten jeweils ein stirnseitiger Axialspalt zwischen dem Gehäuse und der Verdrängereinrichtung ausgebildet. Dabei tritt ein wesentlicher Teil des Magnetfeldes der Magnetfeldquelle (oder der Magnetfeldquellen) durch beide Axialspalte zwischen dem Gehäuse und den Verdrängerkomponenten durch und bewirkt eine Dichtung der stirnseitigen Axialspalte, weil sich die Carbonyleisenpartikel von magnetorheologischen Flüssigkeiten unter Magnetfeldeinfluss verketten und dadurch quasi „abdichten“.
Der Begriff „Drehdämpfer“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass sich Teile des Drehdämpfers im dämpfenden Betrieb gegeneinander drehen müssen. Hier bedeutet es, dass sich die mit dem magnetorheologischen Fluid benetzten Verdrängerkomponenten bei einer Dämpfung relativ zueinander drehen.
Vorzugsweise sind wenigstens eine elektrische Spule oder es sind wenigstens zwei elektrische Spulen vorgesehen. Vorzugsweise ist jedem axialen Ende oder jeder Stirnseite jeweils wenigstens eine elektrische Spule zugeordnet. Vorzugsweise verläuft das Magnetfeld quer zu dem Axialspalt.
Insbesondere ist eine erste Verdrängerkomponente der Verdrängerkomponenten mit der Dämpferwelle fest verbunden. Insbesondere ist eine zweite Verdrängerkomponente der Verdrängerkomponenten in dem Gehäuse der Verdrängereinrichtung drehbar aufgenommen. Dabei steht die erste Verdrängerkomponente mit der zweiten Verdrängerkomponente im Eingriff und ist exzentrisch zu der zweiten Verdrängerkomponente angeordnet.
Die Verdrängereinrichtung ist insbesondere als eine Art von Verdichtereinrichtung oder Pumpe ausgeführt. Die ineinander eingreifenden Verdrängerkomponenten werden durch das magnetorheologische Fluid benetzt. Es ist möglich und bevorzugt, dass die Verdrängerkomponenten als Zahnkomponenten oder Zahnräder ausgeführt sind. Die ineinander eingreifenden Verdrängerkomponenten kämmen erfindungsgemäß miteinander. Möglich ist auch der Einsatz schrägverzahnter Komponenten wie beispielsweise von Spindelschrauben oder anderer miteinander kämmender oder ineinander eingreifender Konturen. Durch das Eingreifen der Verdrängerkomponenten ineinander wird das Raumvolumen beim Betrieb verändert.
In allen Ausgestaltungen ist es möglich und bevorzugt, dass die Magnetfeldquelle wenigstens einen zusätzlichen Dauermagneten umfasst. Durch einen Dauermagneten kann ein gezieltes statisches Magnetfeld erzeugt werden, um beispielsweise ein Grundmoment bestimmter Höhe zu erzeugen bzw. zu Verfügung zu stellen. Dieses Magnetfeld des Dauermagneten kann durch die elektrische Spule der Magnetfeldquelle gezielt verstärkt oder geschwächt werden, sodass das Magnetfeld vorzugsweise beliebig zwischen 0 und 100 % eingestellt werden kann. Daraus resultiert ein entsprechendes Bremsmoment, welches ebenfalls vorzugsweise zwischen 0 % und 100 % eingestellt werden kann. Bei abgeschaltetem bzw. auf einen geringen Wert reduziertem Magnetfeld ist es möglich, ein geringes Grundmoment zu erzeugen.
Vorzugsweise weist die erste Verdrängerkomponente eine Außenverzahnung auf und die zweite Verdrängerkomponente weist eine Innenverzahnung auf. Dabei ist die zweite Verdrängerkomponente vorzugsweise drehbar in dem Gehäuse aufgenommen. Die erste Verdrängerkomponente kann durch eine Außenverzahnung auf der Hohlwelle gebildet werden. Die zweite Verdrängerkomponente kann als ein Zahnring mit einer Innenverzahnung ausgebildet sein.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass ein Innenraum der Verdrängereinrichtung einem wesentlichen Teil des Magnetfeldes der Magnetfeldquelle aussetzbar ist. Das bedeutet, dass insbesondere wenigstens ein Teil und vorzugsweise der wesentliche Teil des Innenraums und besonders bevorzugt der gesamte oder doch nahezu gesamte Innenraum der Verdrängereinrichtung dem Magnetfeld der Magnetfeldquelle aussetzbar ist.
In bevorzugten Weiterbildungen umfasst die Verdrängereinrichtung wenigstens einen Dämpfungsspalt oder Dämpfungskanal, der radial zwischen der zweiten Verdrängerkomponente und dem Gehäuse angeordnet ist. Vorzugsweise durchtritt wenigstens ein wesentlicher Teil des Magnetfeldes der Magnetfeldquelle durch den Dämpfungsspalt, der radial zwischen der zweiten Verdrängerkomponente und dem Gehäuse ausgebildet ist. Beispielsweise kann das magnetorheologische Fluid durch das Innere der Verdrängereinrichtung durchgeleitet werden und wird durch den Dämpfungsspalt zwischen dem Gehäuse und den Verdrängerkomponenten zur Ausgangsseite zurückgeleitet. Vorzugsweise ist die zweite Verdrängerkomponente in dem Gehäuse über eine Mehrzahl an Führungseinheiten drehbar geführt, um einen definierten Dämpfungsspalt zwischen der zweiten Verdrängerkomponente und dem Gehäuse zu gewährleisten. Die Führungseinheiten sind vorzugsweise im Wesentlichen symmetrisch oder regelmäßig über dem Umfang der zweiten Verdrängerkomponente angeordnet. Jede Führungseinheit kann sich über einen Teil der axialen Länge der zweiten Verdrängerkomponente und auch über nahezu die gesamte oder gesamte axiale Länge der zweiten Verdrängerkomponente erstrecken. Die Führungseinheiten können als Gleiteinheiten oder z. B. als Lagereinheiten ausgebildet sein. Die Gleitsteine können aus Messing, Bronze oder ähnlichen Materialien bestehen. Insbesondere weisen die Gleitsteine bzw. Führungseinheiten eine geringe magnetische relative Permeabilität auf. Es ist möglich, dass der zum Beispiel als Ringspalt ausgebildete Dämpfungsspalt durch die Führungseinheiten in mehrere Spaltsegmente bzw. Winkelsegmente unterteilt wird.
Vorzugsweise umfasst das Gehäuse einen ersten und einen zweiten Endbereich und dazwischen einen Mittelbereich. Insbesondere ist in wenigstens einem der beiden Endbereiche und insbesondere ist in beiden Endbereichen jeweils eine elektrische Spule aufgenommen. Eine Achse der Spule ist insbesondere im Wesentlichen parallel zur Dämpferwelle ausgerichtet. Besonders bevorzugt besteht das Gehäuse aus mehreren Segmenten. Vorzugsweise besteht das Gehäuse aus zwei Endsegmenten und einem Mittelsegment, wobei die Endbereiche dann durch die Endsegmente und der Mittelbereich durch das Mittelsegment gebildet wird.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass eine Ausgleichseinrichtung mit einem Ausgleichsvolumen vorgesehen ist. Insbesondere ist die Ausgleichseinrichtung an den Mittelbereich gekoppelt. Die Ausgleichseinrichtung mit einem Ausgleichsvolumen dient zum Ausgleich von Temperaturschwankungen, um in weiten Temperaturbereichen die Funktionalität zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren dient die Ausgleichseinrichtung zum Ausgleich von Leckage, um so einen jahrelangen wartungsfreien Betrieb zu ermöglichen.
Vorzugsweise besteht das Gehäuse wenigstens zu einem wesentlichen Teil aus einem magnetisch leitenden Material mit einer relativen Permeabilität größer 100. Insbesondere ist die relative Permeabilität größer 500 oder größer 1000. Dabei ist es möglich und bevorzugt, dass das gesamte Gehäuse aus einem solchen Material besteht. Besonders bevorzugt besteht wenigstens einer der an die Verdrängerkomponenten angrenzenden Gehäuseabschnitte aus einem magnetisch leitenden Material.
Vorzugsweise ist axial benachbart zu der elektrischen Spule in dem Gehäuse ein Ring aus einem Material mit einer relativen Permeabilität kleiner 10 angeordnet. Der Ring ist insbesondere axial zwischen der elektrischen Spule und den Verdrängerkomponenten angeordnet. Besonders bevorzugt befindet sich der Ring und/oder die elektrische Spule im Wesentlichen oder nahezu vollständig oder vollständig radial weiter außen als der sich zwischen der Verdrängerkomponente und dem Gehäuseabschnitt befindende Axialspalt. Unter „vollständig“ wird hier verstanden, dass der Anteil radial außerhalb größer als 80 % und insbesondere größer 90 % beträgt. Besonders bevorzugt befindet sich der Ring axial benachbart und angrenzend an ein Mittelteil (Mittelsegment) des Gehäuses. Die relative Permeabilität des Ringmaterials ist insbesondere kleiner 5 oder sogar kleiner 2. Der Ring besteht insofern vorzugsweise aus magnetisch nicht leitenden Materialien. Der Ring kann zum Beispiel aus austenitischen Stählen bestehen. Das Material des Rings weist eine solche magnetische Permeabilität auf, dass ein magnetischer Kurzschluss des Magnetfeldes der Magnetfeldquelle zuverlässig verhindert wird.
Vorzugsweise durchtritt ein wesentlicher Teil des Magnetfeldes der Magnetfeldquelle durch einen bzw. den Axialspalt zwischen dem Gehäuse und wenigstens einer der Verdrängerkomponenten. Das bedeutet, dass auch der Axialspalt zwischen den Verdrängerkomponenten und dem Gehäuse einem wesentlichen Teil des Magnetfeldes der Magnetfeldquelle ausgesetzt ist. Dadurch wird eine Dichtwirkung innerhalb des Axialspaltes erzeugt und es wird zusätzlich auch die Dämpfung erhöht. Außerdem wird durch das Magnetfeld und die dadurch resultierende Dichtwirkung (Verkettung der Carbonyleisenpartikel) ein Druckverlust innerhalb des Axialspaltes durch überströmendes magnetorheologisches Fluid verhindert. Die Magnetfeldlinien verlaufen hierbei vorzugsweise quer zur Dichtfläche und insbesondere nicht oder nur wenig in Spalterstreckungsrichtung.
In bevorzugten Weiterbildungen ist das magnetorheologische Fluid durch Drehbewegung der ineinander eingreifenden Verdrängerkomponenten von einem Einlass der Verdrängereinrichtung zu einem Auslass der Verdrängereinrichtung förderbar. Es ist möglich, dass an dem Einlass und/oder dem Auslass jeweils wenigstens ein Drucksensor vorgesehen ist.
Es ist möglich und bevorzugt, dass die Dämpferwelle auf beiden Seiten aus dem Gehäuse herausgeführt wird. Die Dämpferwelle kann in allen Ausgestaltungen ein Sackloch aufweisen und nur abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildet sein. Möglich und bevorzugt ist es auch, dass die Dämpferwelle durchgängig hohl ausgebildet ist. An jeder Gehäusedurchführung ist insbesondere jeweils eine Dichtung zwischen der Dämpferwelle und dem Gehäuse vorgesehen.
Vorzugsweise sind der Einlass und der Auslass der Verdrängereinrichtung auf unterschiedlichen axialen Seiten der Verdrängereinrichtung angeordnet. Insbesondere wird der Auslass mit dem Einlass über den Dämpfungsspalt verbunden.
Insbesondere ist das Magnetfeld in einem Bereich des Einlasses schwächer ausgebildet als in einem Bereich des Auslasses. Dadurch wird Kavitation beim Ansaugen verhindert.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass der Dämpfungskreislauf des magnetorheologischen Fluids vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Dadurch wird ein kompakter Aufbau erreicht. Auch der Dichtungsaufwand wird dadurch reduziert.
In bevorzugten Weiterbildungen ist es bevorzugt, dass wenigstens ein Sensor ein Maß für eine Axialposition der Koppelstange und/oder für eine Winkelposition der Dämpferwelle erfasst.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass an der Spindelmutter und/oder der Koppelstange eine Maßstabeinrichtung angeordnet ist. Vorzugsweise ist an dem Gehäuse ein Sensor angebracht, der mit der Maßstabeinrichtung ein Maß für eine Axialposition oder Winkelposition erfasst. Es ist auch möglich, dass ein Belastungssensor zur Erfassung eines Kennwertes für ein Drehmoment der Dämpferwelle vorgesehen ist.
In bevorzugten Weiterbildungen ist wenigstens ein Elektromotor vorgesehen, der mit der Dämpferwelle und/oder der Koppelstange koppelbar ist. Dadurch kann ein aktives System erreicht werden, bei dem eine aktive Überführung zwischen unterschiedlichen Positionen möglich ist.
In allen Ausgestaltungen ist es auch möglich, dass wenigstens eine Sensoreinrichtung vorgesehen ist, welche wenigstens einen Positions- und/oder Abstandssensor zur Erfassung einer Position und/oder eines Abstands von umgebenden Objekten umfasst. Dann kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet sein, den Drehdämpfer in Abhängigkeit von den Sensordaten der Sensoreinrichtung zu steuern.
Betrachtet man die Arbeitsweise der Verdrängereinrichtung, so wird klar, dass in einer bestimmten Stellung und bei Betrachtung eines einzelnen „Zahnraumes“ im Bereich des Einlasses sich das Zahnvolumen zunächst erhöht, wodurch das Arbeitsfluid angesaugt wird. Sobald bei der Weiterdrehung keine Kommunikation zwischen Einlass und Zahnraum mehr möglich ist, muss das Zahnvolumen annähernd gleich bleiben, da kein Volumenausgleich mehr möglich ist. Anschließend wird der Zahnraum in Richtung des Auslasses freigegeben. Durch den sich verkleinernden Zahnraum wird das Fördermedium komprimiert und es wird Druck aufgebaut.
Bei dem Drehdämpfer mit Saugseite und Druckseite an verschiedenen Stirnseiten wird das magnetorheologische Fluid von der einen Seite (Saugebene) zur anderen Seite (Druckebene) gefördert. Die Druckebene und die Saugebene sind über den Ringspalt radial zwischen der zweiten Verdrängerkomponente und der Innenseite des Gehäuses verbunden. Dieser Dämpfungsspalt wird als „MRF-Ventil“ verwendet. Bei Beaufschlagung eines Magnetfeldes im Magnetspalt wird eine Druckdifferenz erzeugt und das Antriebsmoment erhöht sich.
Sich zueinander bewegende Teile benötigen zur einwandfreien Funktion in der Regel Laufspiele (Spalte). So muss ein Radialspalt zwischen einem Außenzahnprofil und einem Innenzahlprofil (Außenrotor zu Innenrotor) bestehen. Besonders die stirnseitigen (Axial-) Spalte sind für die Höhe des Druckaufbaus maßgebend, so sollte es kein oder nur wenig Überströmen geben. Um die Verluste durch interne Leckage möglichst gering zu halten, werden vorzugsweise sämtliche Trennspalte und Übergangsspalte in der Verdrängereinrichtung mit einem Magnetfeld beaufschlagt, wodurch sich durch die magnetorheologische Flüssigkeit eine zusätzliche Abdichtung ergibt (quasi eine Magnetdichtung). Dadurch kann die Verdrängereinrichtung mit größeren Toleranzen und somit kostengünstiger gefertigt werden bzw. es werden bei kleinen Toleranzen höhere Drücke (Bremsmomente) erreicht. Zudem werden so auf einfache Weise niedere Leerlaufdrücke und hohe Maximaldrücke bei Bestromung erreicht.
Das Ausgleichsvolumen für einen Temperatur-und/oder Leckageausgleich wird vorzugsweise etwa mittig zwischen der Ansaugseite und der Druckseite angeordnet.
Vorzugsweise ist der Drehdämpfer in der Art einer Gerotorpumpe ausgeführt und weist eine Hohlwelle auf. Ein erheblicher Vorteil der Erfindung sind niedrige Herstellkosten.
Der Drehdämpfer bzw. das Gehäuse des Drehdämpfers kann in allen Fällen z. B. an einem Stahlbügel befestigt sein. Die Gewindespindel ist vorzugsweise mit einem Gelenkauge drehstarr mit dem Bügel verbunden sein, sodass z. B. lediglich eine Schwenkbewegung möglich ist. Die über die Kinematik eingeleitete Axialkraft wird durch die Gewindespindel-Gewindemutter-Kombination in ein Drehmoment umgewandelt. Die Gewindemutter kann des Weiteren die Axialkraft an das Gehäuse des Drehdämpfers (Pumpendeckel) abgeben.
Die Verbindung der Gewindemutter zum Drehdämpfer kann lediglich ein Drehmoment übertragen, dadurch wird keine Axialkraft in den Drehdämpfer eingeleitet.
Um die Wärmeausdehnung der MR-Flüssigkeit zu kompensieren, ist insbesondere ein Temperaturausgleich vorgesehen. Dieser befindet sich hier (etwa) in der Mitte des Magnetspaltes, dadurch muss er mit (etwa) der Hälfte des maximalen Betriebsdruckes vorgespannt werden.
Um ein möglichst geringes Ausschwenken der Gewindespindel in der Tür zu ermöglichen, wird der Drehdämpfer vorzugsweise an der der Spindel gegenüberliegen Seite aufgehängt und insbesondere mit dem Bügel (Blechbügel oder Stahlbügel) an einer Vorrichtung befestigt.
Statt der Gewindespindel mit Gewindemutter kann auch eine Kugelgewindespindel oder eine Zahnstange mit einem Zahnrad oder eine reibschlüssige Verbindung verwendet werden.
Möglich ist auch eine parallele Anordnung. Bei einer koaxialen Anordnung von Drehdämpfer (Gerotorpumpe) und Gewindespindel bauen der Drehdämpfer bzw. die Verdrängerkomponenten wegen des nötigen Spindeldurchmessers größer. So wird regelmäßig ein bestimmter minimaler Durchmesser der Gewindespindel wegen möglicher Knickgefahr benötigt. Die Belastung auf Zug und Druck ist weniger kritisch. Durch den sich dadurch ergebenden relativ großen Spindeldurchmesser muss auch die Gewindemutter einen größeren Durchmesser aufweisen, wodurch der Drehdämpfer insgesamt schwerer und teurer wird und mehr Bauraum benötigt. Aber es wird auch das mögliche Bremsmoment größer.
Wenn nun nur ein geringes Bremsmoment benötigt wird, könnte der Drehdämpfer parallel zur Gewindespindel angeordnet und mittels eines Übertragungselementes wie z. B. einer Verzahnung, einem Reibrad, einem Riemen oder Zahnriemen, einer Kette, einem Flach- oder Keilriemen angetrieben werden. Dadurch kann der Drehdämpfer kleiner bauen. Zudem kann hierbei noch die Übersetzung zwischen Spindel und dem Drehdämpfer als MRF-Bremse variiert werden.
Wenn nur eine relativ geringe aktive Kraft benötigt wird, kann diese mit einem kleinen Elektromotor erzeugt werden. So kann beim Bremsen z. B. eine Haltekraft von 1.500N erzeugt werden. Wenn für ein (langsames) Bewegen nur relativ wenig Linearkraft im Bereich von z. B. <100N am Drehdämpfer benötigt wird, kann diese Kraft durch einen kleinen Elektromotor aufgebracht werden.
Damit ein kleiner und kostengünstiger Elektromotor verwendet werden kann, muss ein Elektromotor in der Regel mit hoher Drehzahl drehen (P = (M*n)/9550). Die Kombination von Elektromotor und Lineareinheiten ist wegen der hierfür erforderlichen Bewegungsumsetzung (linear in rotativ) und Untersetzung (Getriebe) beim Stand der Technik kosten- und bauraumintensiv. Bei dieser Erfindung kann die Spindelübersetzung als kostengünstiges „erstes Getriebe“ genutzt werden. Der Flansch oder Bund der sich bei dieser Konstruktion sowieso schon drehenden Spindelmutter kann als großes Zahnrad ausgeführt und einfach von einem zweiten kleineren und dem Elektromotor zugeordneten Zahnrad vorzugsweise abgegriffen werden, sodass eine kostengünstige zweite Getriebestufe vorhanden ist. Der Drehgeber zur Steuerung des Elektromotors ist auch schon vorhanden. So erhält man eine kostengünstige und einfache Lösung für eine aktive Tür (Komfortöffnen).
Auf der Spindelmutter ist vorzugsweise eine Maßstabeinrichtung (z. B. Inkremente und insbesondere magnetische Inkremente) montiert. Ein am stehenden Gehäuse befestigter Drehgeber erfasst die Rotationsbewegung und gibt diese an die Steuerung bzw. Elektronik weiter.
Es können Drehgeber oder Winkellagegeber eingesetzt werden. Ein großer Vorteil einer solchen Konstruktion/Lösung ist, dass durch den großen Durchmesser ein großer Umfang entsteht, zusätzlich dreht die Gewindemutter in einer konkreten Ausgestaltung ca. vier Umdrehungen pro Hub, wodurch der Umfang viermal abgewälzt wird. Es kommt zu einer wesentlichen Übersetzung vom gemessenen Hub zum tatsächlichen Hub, sodass ein günstigerer Sensor mit einer geringeren Auflösung verwendet werden kann.
Es können auch in die Gewindespindel integrierte Sensorteile verwendet werden, wobei in die Kolbenstange ein Magnetstack eingebaut werden kann, welcher von einem außen liegenden Sensor ausgewertet wird. Möglich ist es auch, externe Sensoren zu verwenden.
Alternativ dazu oder auch in Kombination kann ein Drehgeber an einer drehbaren Komponente, so z. B. ein Längsgeber zwischen einem Türholm und einer Tür oder ein Nahfeldsensor (optischer Sensor, welcher die Bewegungen überwacht) verwendet werden.
Um die Wärmeausdehnung insbesondere im Temperaturbereich zwischen -40°C und 80°C der MR-Flüssigkeit auszugleichen und das System vorzuspannen, wird vorzugsweise eine Ausgleichseinrichtung zum Temperaturausgleich eingesetzt. Das Ausgleichsvolumen ist dabei insbesondere mit einem Gasdruck (vorzugsweise Luft oder Stickstoff) beaufschlagt. Der Gasdruck muss mindestens dem halben Betriebsdruck des Drehdämpfers entsprechen, um keine unbeabsichtigte Weichheit durch die Gasdruckfeder im System zu haben.
Es ist möglich, dass der Gasdruck durch eine Gummimembrane abgetrennt wird, wodurch eine von der Lage unabhängige Funktion gewährleistet wird. Falls eine aufrechte Lage gewährleistet werden kann, kann auf eine Membrane verzichtet werden. Das Gasdruckpolster muss sich dann immer an der höchsten Stelle des Drehdämpfers befinden. Es ist auch möglich einen Trennkolben einzusetzen, wobei die Abtrennung von Gasvolumen zu dem MR-Volumen durch den Kolben erfolgt.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
In den Figuren zeigen:

1 einen schematischen Querschnitt durch eine Einrichtung mit einem Drehdämpfer;
2 eine Explosionsdarstellung der Einrichtung nach 1;
3 einen stark schematischen Querschnitt durch einen Drehdämpfer;
3b eine schematische Draufsicht auf einen Endbereich des Gehäuses des Drehdämpfers nach 2 oder 3; und

Mit Bezug auf die beiliegenden Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im Folgenden erläutert.
1 zeigt einen Querschnitt durch eine Einrichtung 100 mit einem Drehdämpfer 1. Die Anschlusseinheit 151 ist mit der Koppelstange 60 verbunden. An der Koppelstange 60 ist die erste Übertragungseinheit 61 mit dem ersten Einkerbungsprofil 62 ausgebildet. Hier ist die erste Übertragungseinheit 61 als Gewindespindel 65 ausgeführt. Die erste Übertragungseinheit 61 wirkt mit der zweiten Übertragungseinheit 71 zusammen, die ein angepasstes zweites Einkerbungsprofil 72 aufweist. Hier ist die zweite Übertragungseinheit als Innengewinde an der Gewindemutter 75 ausgebildet, die auf die Gewindespindel 65 aufgebracht ist.
Die Gewindemutter 75 verfügt über einen radial weiter nach außen stehenden Flansch 77 der an seinen beiden axialen Enden Anschlagflächen 76 zur Verfügung stellt. Hier besteht die Gewindemutter insgesamt aus einem Kunststoff, wodurch eine Selbstschmierung der Kontaktflächen mit der Gewindespindel 65 und den Axialanschlägen 54 und 55 des Gehäuses 12 erfolgt.
Die Gewindemutter 75 verfügt an einem Längsabschnitt über eine unrunde Außenkontur, die mit einer entsprechend angepassten unrunden Innenkontur der als Hohlwelle 3a ausgeführten Antriebswelle 3 gekoppelt ist. Dadurch wird eine Drehbewegung der Gewindemutter 75 in eine Drehbewegung der Hohlwelle 3a umgesetzt.
Durch die axiale Fixierung der Gewindemutter 75 durch die Anschlagflächen 76 des Flansches 77 zwischen den axialen Anschlägen 54 und 55, die mit dem Gehäuse 12 gekoppelt sind, verbleibt die Gewindemutter 75 relativ zu dem Gehäuse 12 bei der gleichen axialen Position, auch wenn die Gewindespindel 65 relativ zur Gewindemutter 75 bewegt wird.
Das Gehäuse 12 besteht im Wesentlichen aus einem ersten Endbereich bzw. Endsegment 22, einem zweiten Endbereich bzw. Endsegment 24 und einem dazwischen angeordneten Mittelbereich bzw. Mittelsegment 23.
Die Segmente 22 und 24 sind über Schrauben und Muttern 52 und 53 miteinander verschraubt, wobei der Mittelbereich 23 zwischen den Endbereichen 22 und 24 geklemmt wird. Zwischen den einzelnen Segmenten sind Dichtungen 42 vorgesehen.
In Innenraum des Gehäuses 12 ist die Verdrängereinrichtung 2 angeordnet, die Verdrängerkomponenten 4 und 5 umfasst. Dabei ist die Verdrängerkomponente 4 als Außenverzahnung 11 in einem mittleren Bereich der Hohlwelle 3a ausgebildet. Die Verdrängerkomponente 5 ist ringförmig ausgebildet und weist auf der Innenseite eine Innenverzahnung 13 auf, die in die Außenverzahnung 11 der Verdrängerkomponente 4 eingreift.
Die Anzahl der Zähne der Innenverzahnung 13 und der Außenverzahnung 11 ist vorzugsweise unterschiedlich. Insbesondere unterscheidet sich die Zähnezahl um den Wert 1. Weiterhin sind die Drehachsen der Verdrängerkomponenten 4 und 5 insbesondere parallel zueinander angeordnet.
Die Hohlwelle 3a ist über insbesondere als Gleitlager ausgeführte Lager 44 in den Endbereichen 22 und 24 des Gehäuses 12 gelagert. Axial nach innen von den Gleitlagern sind Dichtungen 28 angeordnet, die die Hohlwelle 3 gegenüber dem Gehäuse 12 abdichten, um den Austritt von magnetorheologischen Fluid aus dem Inneren des Drehdämpfers 1 zu verhindern.
Der Innenraum der Verdrängereinrichtung ist mit dem magnetorheologischen Fluid 6 gefüllt, sodass bei einer Drehbewegung der Hohlwelle 3a die Verdrängerkomponenten 4 und 5 das magnetorheologische Fluid verdrängen.
Über mit elektrischen Spulen 9 ausgerüstete Magnetfeldquellen 8 kann ein Magnetfeld erzeugt werden, welches die Verdrängerkomponenten 4 und 5 zu einem erheblichen Teil durchtritt. Dadurch wird das Innere der Verdrängereinrichtung 2 mit einem Magnetfeld beaufschlagt, wodurch das wirksame Drehmoment eingestellt werden kann.
In dem Mittelbereich 23 ist die Ausgleichseinrichtung 29a an den Dämpfungsspalt 18 angeschlossen und stellt ein Ausgleichsvolumen 29 zur Verfügung, um unterschiedliche Temperaturen und Leckageverluste auszugleichen. In der Ausgleichseinrichtung 29s kann beispielsweise ein Trennkolben oder eine Membrane angeordnet sein, um das mit Luft (kann auch Stickstoff sein) gefüllte Ausgleichsvolumen 29 von dem magnetorheologischen Fluid zuverlässig zu trennen. Wenn im Betrieb das Ausgleichsvolumen 29a immer oberhalb des sonstigen magnetorheologischen Fluids angeordnet bleibt, kann gegebenenfalls auch auf einen Trennkolben oder eine Membrane verzichtet werden, da sich das leichtere Gas des Ausgleichsvolumens dann oberhalb des magnetorheologischen Fluids sammelt.
In 1 ist punktiert noch eine Variante dargestellt, bei der die Hohlwelle an dem hier rechten Ende hin verlängert ausgebildet ist. Die Hohlwelle kann auch an dem anderen Ende verlängert sein. Auf der Hohlwelle ist ein Zahnrad 57 angebracht, welches über einen Zahnriemen als Koppelmittel 56 mit einem Zahnrad eines Elektromotors 35 gekoppelt ist. Das Antriebsritzel des Elektromotors 35 ist mit einer geringeren Zähnezahl versehen als das Zahnrad 57 (Übersetzung ins Schnelle). Außerdem wird über die Kopplung von der Gewindemutter zu der Gewindespindel eine weitere Untersetzung erzielt, sodass der Elektromotor 35 mit einer höheren Drehzahl arbeiten kann, um eine Komponente aktiv zu bewegen oder die Bedienung zu unterstützen. Statt dem Zahnrad/Zahnriemen kann auch eine Kette, Keilriemen, Flachriemen, Keilrippenriemen, Reibrad oder eine direkt kämmende Verzahnung verwendet werden.
Über eine solche Ausgestaltung kann einerseits ein hohes Bremsmoment durch den magnetorheologischen Drehdämpfer 1 aufgebracht werden (z. B. 20 Nm), während andererseits über den Elektromotor 35 ein aktives Bewegen von Komponenten möglich ist. Das von dem Elektromotor 35 aufzubringende Drehmoment muss nicht groß sein (z. B. < 1 Nm, vorzugsweise < 0,1 Nm), sodass ein kleiner/kostengünstiger Motor mit einer geringen Leistung ausreicht.
2 zeigt eine Explosionsdarstellung der Vorrichtung nach 1.
Der Axialanschlag 55 dient zur Fixierung der Gewindemutter 75 und wird auf dem ersten Endbereich 22 des Gehäuses 12 verpresst, um die Gewindemutter 75 an dem Gehäuse 12 axial festzulegen. Auf der anderen Seite wirkt ein Axialanschlag 54 gegen die andere Axialfläche 76 des Flansches 77 der Gewindemutter 75. Die Gewindemutter 75 dreht sich bei einer Linearbewegung der Gewindespindel 65. Die Gewindespindel 65 ist mit der ersten Anschlusseinheit 151 verbunden.
Lager 44 dienen zur Lagerung der als Hohlwelle 3a ausgebildeten Dämpferwelle 3. Die Ringe 20 sind im montierten Zustand neben den elektrischen Spulen 9 positioniert und verhindern einen magnetischen Kurzschluss.
Die Gehäuseteile 22, 23 und 24 werden über Schrauben 52 und Muttern 53 miteinander verschraubt. Dabei werden im Inneren des Gehäuses 12 die Hohlwelle 3a mit der Außenverzahnung 11 (Verdrängerkomponente 4) und die Verdrängerkomponente 5 mit der Innenverzahnung 13 aufgenommen. Die Verdrängerkomponente 5 ist drehbar in dem Gehäuse 12 angeordnet. Führungseinheiten 21 auf der Außenseite stellen sicher, dass ein definierter Radialspalt 18 zwischen der Außenwandung der Verdrängerkomponente 5 und der Innenwandung des Gehäuses 12 verbleibt.
Der Radialspalt 18 dient als Dämpfungsspalt. Über den Radialspalt 18 wird das von der Verdrängereinrichtung 2 von der Einlassseite zu der Auslassseite verdrängte magnetorheologische Fluid wieder zu der Einlassseite zurückgeführt.
3 zeigt eine Variante des Drehdämpfers 1. Die Koppelstange 60 ist wieder als Gewindespindel 65 ausgeführt, um eine axiale Bewegung in eine radiale Bewegung umzusetzen. Hier ist wiederum eine Gewindemutter 75 mit der Hohlwelle 3a gekoppelt.
Der Drehdämpfer 1 baut extrem kompakt und kann sehr kostengünstig produziert werden und kann in hohen Druckbereichen genutzt werden. Zur Erzeugung hoher Maximaldrücke werden Dichtmechanismen ergriffen. Es werden günstige mechanische Spaltmaße eingesetzt. Außerdem werden gezielt Bereiche der Verdrängereinrichtung und des Gehäuses 12 so bedarfsweise magnetisiert. Kritische Bereiche, wie der Bereich zwischen den Ein- und Ausstromkanälen, sowie die Axialspalte 25 weisen weniger Leckagen auf und somit können höhere Maximaldrücke erreicht werden. Dabei können die Zwischenbereiche von Einlass und Auslass, sowie die Axialspalte so magnetisiert werden, dass die Eisenpartikel des MRF speziell an diesen Stellen ausgerichtet werden und eine erhebliche zusätzliche Dichtwirkung übernehmen.
In 3 sind einige Magnetfeldlinien des Magnetfeldes 10 beispielhaft eingezeichnet. Die Magnetfeldlinien verlaufen jeweils durch einen Endbereich 22 bzw. 24 und den Mittelbereich 23 des Gehäuses 12 und treten etwa radial durch den Dämpfungsspalt 18 zwischen dem Gehäuse 12 und der zweiten Verdrängerkomponente 5 hindurch und treten dann von der zweiten Verdrängerkomponente 5 in die erste Verdrängerkomponente 4 über. Von dort aus verlaufen die Magnetfeldlinien durch den Axialspalt 25 zwischen der ersten bzw. zweiten Verdrängerkomponente 4, 5 und dem jeweiligen Endbereich 22, 24, sodass sich geschlossene Magnetfeldlinien ergeben. Hier werden durch jeweils eine elektrische Spule 9 in jeweils einem Endbereich 22, 24 Magnetfelder erzeugt, die insgesamt sowohl den radialen Spalt 18 zwischen den Verdrängerkomponenten und auch die beiden axialen stirnseitigen Axialspalte 25 abdichten.
Dadurch, dass in jedem Endbereich des Gehäuses 12 eine elektrische Spule 9 vorgesehen ist und dadurch, dass sich die elektrischen Spulen 9 über den Umfang des jeweiligen Endbereichs erstrecken, wird praktisch jeder Spalt zwischen den Verdrängerkomponenten 4, 5 und zwischen den Verdrängerkomponenten 4, 5 und dem Gehäuse 12 mit dem Magnetfeld 10 der Magnetfeldquelle 8 beaufschlagt. Dadurch verketten die im Innenraum 16 des Drehdämpfers 1 bzw. des Gehäuses 12 vorhandenen magnetorheologischen Partikel des magnetorheologischen Fluids 6 miteinander, wobei die Stärke der Verkettung von der Stärke des einwirkenden Magnetfeldes 10 abhängt.
Durch die magnetisch nicht leitenden Ringe 20, die insgesamt eine relative Permeabilität kleiner zehn aufweisen, wird ein magnetischer Kurzschluss in den jeweiligen Endbereichen 22, 24 zuverlässig verhindert. Es ist auch möglich, dass ein Endbereich (oder beide) aus zwei oder mehr Teilen oder Abschnitten besteht. Dabei ist der an die Verdrängerkomponenten 4,5 angrenzende Abschnitt vorzugsweise magnetisch besser leitend als der magnetisch nicht leitende Ring. Der angrenzende Abschnitt (oder der gesamte Endbereich) weist vorzugsweise eine relative Permeabilität größer zehn und insbesondere größer 100 und vorzugsweise größer 1000 auf.
In 3 sind die Abstände und Spalte 18, 25 vergrößert dargestellt, um sie bei dem dargestellten Maßstab überhaupt sichtbar machen zu können.
Deutlich sichtbar sind der Axialspalt 25 und der Radialspalt 18 zwischen den Verdrängerkomponenten 4, 5 und den Endbereichen 22, 24 bzw. zwischen der zweiten Komponente 5 und dem Gehäuse 12 in radialer Richtung. In Realität ist der Radialspalt 18 vorzugsweise etwa 2 bis 4 mal und insbesondere etwa dreimal so groß wie der Axialspalt 25. In konkreten Ausgestaltungen haben sich ein Axialspalt 25 von etwa 0,03 mm und ein Radialspalt von etwa bis 0,3 mm als günstig herausgestellt.
An den Axialspalten 25 neben der Saugniere und der Druckniere führt das Magnetfeld zu einem stirnseitigen Abdichten durch ein Vernetzen und Ausrichten der Eisenpartikel. Die stirnseitigen Axialspalte 25 werden zuverlässig auch gegen hohe Drücke abgedichtet. Die Leckage zwischen Druck- und Saugseite ist gering.
3b zeigt eine stark schematische Draufsicht auf einen Endbereich 22 oder 24 eines Gehäuses 12 eines Drehdämpfers 1 aus 1 oder 2, wobei der innere Aufbau des Drehdämpfers 1 und die Strömungsführung deutlicher wird. Die Zeichnung zeigt z. B. den Endbereich 22 in einer Draufsicht von innen, aber ohne die Verdrängerkomponente 4. Die Innenkontur 13 der äußeren Verdrängerkomponente 5 ist gestrichelt eingezeichnet und kann in unterschiedlichen Ausgestaltungen mehr oder weniger Zähne aufweisen. Radial außerhalb der radial äußersten Zahnkontur der Verdrängerkomponenten 4 und 5 ist hier eine Umfangsnut 50 in dem Endbereich 22 (und 24) vorgesehen, die sich in dem Endbereich 22 (und 24) vollständig um die Achse herum erstreckt. Diese Umfangsnut 50 dient als Sammel- (50) bzw. Verteilkanal (51) für das MRF. Die Umfangsnut kann sich aber auch nur über Teilbereiche des Umfangs erstrecken.
Auf der hier in der Zeichnung linken Seite ist auf der Saugseite 26 bzw. an dem Einlass eine Saugniere 26a ausgebildet, durch die das MRF in den Zwischenraum 43 zwischen der Innenverzahnung 13 und der Außenverzahnung 11 angesaugt werden kann. Das durch die Saugniere 26a angesaugte MRF strömt dazu von der Druckseite 27 durch den Dämpfungskanal 17 bzw. dessen Teilsegmente zu der Saugseite 26. Der Dämpfungskanal 17 erstreckt sich dabei über (nahezu) den vollständigen äußeren Umfang der äußeren Verdrängerkomponente 5. Es können an dem vollständigen Umfang z. B. die schmalen Segmente der Führungseinheiten 21 fehlen.
Die Ansaugniere 26a und die in dem anderen Endbereich an der anderen Stirnseite ausgebildete Druckniere 27a erstrecken sich jeweils etwa nierenförmig über einen Winkelbereich <180°, wie es bei Zahnringpumpen oder Gerotorpumpen üblich ist. Die Umfangsnut 50 und die Ansaugniere 26a bilden zusammen einen Zufuhrkanal, während die Umfangsnut 51 und die Druckniere 27a zusammen einen Abfuhrkanal bilden.
Die Sammelnut 50 auf der Saugseite und die Sammelnut 51 sammeln auf der Saugseite das MRF und geben es auf der Druckseite über dem vollständigen Umfang ab. Ein „Übersprechen“ bzw. ein Fluidkurzschluss wird dadurch ausgeschlossen, dass die Sammelnuten 50 und 51 auf unterschiedlichen Stirnseiten angeordnet sind, sodass Saug- und Druckseite hier auch axial voneinander getrennt sind. Im Bereich der Saugniere bzw. der Druckniere, deren Darstellung durch Horizontalspiegelung von 3b erhaltbar ist, wird das MRF gesammelt bzw. verteilt. Die Sammelnut 51 kann auch als Verteilnut 51 bezeichnet werden.
Die Saug- und die Druckniere können auch an der gleichen Stirnseite vorgesehen sein, wobei dann auf (vollumfängliche) Sammelnuten 50 und 51 verzichtet werden muss, da sonst ein Fluidkurzschluss entstehen würde. Die Sammelnuten müssen sich nicht um den vollständigen Umfang erstrecken. Dies gilt auch für den Dämpfungskanal 17.
Bezugszeichenliste

1: Drehdämpfer
2: Verdrängereinrichtung
3: Dämpferwelle
3a: Hohlwelle
4: Verdrängerkomponente
5: Verdrängerkomponente
6: magnetorheologisches Fluid
7: Steuereinrichtung
8: Magnetfeldquelle
9: elektrische Spule
10: Magnetfeld
11: Außenverzahnung von 4
12: Gehäuse von 2
13: Innenverzahnung von 5
14: Drehachse von 4
15: Drehachse von 5
16: Innenraum von 2
17: Dämpfungskanal
18: Dämpfungsspalt (radial)
19: Achse von 9
20: Ring in 12
21: Führungseinheit
22: erster Endbereich
23: Mittelbereich
24: zweiter Endbereich
25: Axialspalt
26: Einlass, Saugseite
26a: Saugniere
27: Auslass, Druckseite
27a: Druckniere
28: Dichtung an 3
29: Ausgleichsvolumen
29a: Ausgleichseinrichtung
29b: Füllventil
32: Sensor
35: Elektromotor
38: Spulenhalter
42: Dichtung von 23
43: Zwischenraum
44: Lager
50: Sammelnut
51: Sammelnut
52: Schraube
53: Mutter
54: Axialanschlag
55: Axialanschlag
56: Koppelmittel
57: Zahnrad
60: Koppelstange
61: erste Übertragungseinheit
62: erstes Einkerbungsprofil
65: Gewindespindel
70: Zahnrad
71: zweite Übertragungseinheit
72: zweites Einkerbungsprofil
75: Gewindemutter
76: Anschlagfläche
77: Flansch
100: Einrichtung
102: Schließstellung
103: Öffnungsstellung
151: Anschlusseinheit
152: Anschlusseinheit

Claims

Drehdämpfer (1) mit einem Gehäuse (12) und mit wenigstens einer Magnetfeldquelle (8) und mit einer als Hohlwelle (3a) ausgebildeten Dämpferwelle (3), wobei in der Dämpferwelle (3) eine Koppelstange (60) aufgenommen ist und wobei die Hohlwelle (3a) und die Koppelstange (60) miteinander zusammenwirkende Übertragungseinheiten (61, 71) aufweisen und eine relative Axialbewegung der Koppelstange (60) in eine Drehbewegung der Hohlwelle (3a) umwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (12) wenigstens eine Verdrängereinrichtung (2) angeordnet ist, wobei die Verdrängereinrichtung (2) die Dämpferwelle (3) aufweist und ein magnetorheologisches Fluid (6) als Arbeitsfluid enthält und damit betreibbar ist, wobei die Magnetfeldquelle (8) dazu geeignet und ausgebildet ist, die ineinander eingreifenden und relativ zueinander drehbaren und miteinander kämmenden Verdrängerkomponenten (4, 5) mit einem Magnetfeld zu beaufschlagen, um eine Drehbewegung der Dämpferwelle (3) zu dämpfen.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 1, wobei die Koppelstange (60) ein Einkerbungsprofil (62) als Übertragungseinheit (61) umfasst und wobei die andere Übertragungseinheit (71) ein daran angepasstes Einkerbungsprofil (72) aufweist.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 2, wobei die Koppelstange (60) eine Gewindespindel (65) als erste Übertragungseinheit (61) umfasst und wobei die zweite Übertragungseinheit (71) als Gewindemutter (75) ausgebildet ist.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 3, wobei die Gewindemutter (75) wenigstens teilweise aus einem Kunststoff besteht.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 4, wobei die Gewindemutter (75) einen Axialanschlag (76) umfasst und in dem Gehäuse (12) drehbar und axial fixiert aufgenommen ist.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Verdrängereinrichtung (2) ineinander eingreifende und relativ zueinander drehbare Verdrängerkomponenten (4, 5) aufweist.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 6, wobei die Magnetfeldquelle (8) dazu geeignet und ausgebildet ist, die ineinander eingreifenden und relativ zueinander drehbaren Verdrängerkomponenten (4, 5) mit einem Magnetfeld zu beaufschlagen, um eine Drehbewegung der Dämpferwelle (3) zu dämpfen.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei wenigstens ein stirnseitiger Axialspalt (25) zwischen dem Gehäuse (12) und der Verdrängereinrichtung (2) ausgebildet ist und wobei ein wesentlicher Teil des Magnetfeldes (10) der Magnetfeldquelle (8) den Axialspalt (25) zwischen dem Gehäuse (12) und den Verdrängerkomponenten (4, 5) durchtritt.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 8, wobei an beiden axialen Enden der Verdrängerkomponenten (4, 5) jeweils ein stirnseitiger Axialspalt (25) zwischen dem Gehäuse und der Verdrängereinrichtung (2) ausgebildet ist und wobei ein wesentlicher Teil des Magnetfeldes (10) der Magnetfeldquelle (8) durch beide Axialspalte (25) zwischen dem Gehäuse (12) und den Verdrängerkomponenten (4, 5) durchtritt und eine Dichtung der stirnseitigen Axialspalte (25) bewirkt.
Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetfeldquelle (8) wenigstens eine elektrische Spule (9) umfasst.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 9 oder nach Anspruch 9 und 10, wobei das Magnetfeld (10) quer zum Axialspalt (25) verläuft.
Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erste Verdrängerkomponente (4) der Verdrängerkomponenten mit der Dämpferwelle (3) fest verbunden ist und wobei eine zweite Verdrängerkomponente (5) der Verdrängerkomponenten in dem Gehäuse (12) der Verdrängereinrichtung (2) drehbar aufgenommen ist, wobei die erste Verdrängerkomponente (4) mit der zweiten Verdrängerkomponente (5) im Eingriff steht und exzentrisch zu der zweiten Verdrängerkomponente (5) angeordnet ist.
Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Verdrängerkomponente (4) eine Außenverzahnung (11) aufweist und wobei die zweite Verdrängerkomponente eine Innenverzahnung (13) aufweist, und wobei die zweite Verdrängerkomponente (5) drehbar in dem Gehäuse (12) aufgenommen ist.
Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Innenraum (16) der Verdrängereinrichtung (2) einem wesentlichen Teil des Magnetfeldes der Magnetfeldquelle (8) aussetzbar ist.
Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verdrängereinrichtung (2) wenigstens einen dem Magnetfeld (10) der Magnetfeldquelle (8) aussetzbaren Dämpfungskanal (17) umfasst.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 15, wobei zumindest ein Dämpfungsspalt (18) als Dämpfungskanal (17) radial zwischen der zweiten Verdrängerkomponente (5) und dem Gehäuse (12) angeordnet ist.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 15 oder 16, wobei wenigstens ein wesentlicher Teil des Magnetfeldes (10) der Magnetfeldquelle (8) durch den Dämpfungsspalt (17) durchtritt.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 15, 16 oder 17, wobei die zweite Verdrängerkomponente (5) in dem Gehäuse (12) über eine Mehrzahl an Führungseinheiten (21) drehbar geführt wird, um einen definierten Dämpfungsspalt (18) zwischen der zweiten Verdrängerkomponente (5) und dem Gehäuse (12) zu gewährleisten.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 10, wobei das Gehäuse (12) einen ersten und einen zweiten Endbereich (22, 24) und dazwischen einen Mittelbereich (23) umfasst, wobei in wenigstens einem der beiden Endbereiche (22, 24) oder in beiden Endbereichen (22, 24) eine elektrische Spule (9) aufgenommen ist, wobei eine Achse (19) der Spule (9) im Wesentlichen parallel zur Dämpferwelle (3) ausgerichtet ist.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 19, wobei eine Ausgleichseinrichtung (29a) an den Mittelbereich (23) gekoppelt ist.
Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (12) wenigstens zu einem wesentlichen Teil aus einem magnetisch leitenden Material mit einer relativen Permeabilität größer 100 besteht.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 10, wobei axial benachbart zu der elektrischen Spule (9) in dem Gehäuse (12) ein Ring (20) aus einem Material mit einer relativen Permeabilität kleiner 10 angeordnet ist, wobei der Ring (20) axial zwischen der elektrischen Spule (9) und den Verdrängerkomponenten (4, 5) angeordnet ist.
Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das magnetorheologische Fluid (6) durch Drehbewegung der ineinander eingreifenden Verdrängerkomponenten (4, 5) von einem Einlass (26) der Verdrängereinrichtung (2) zu einem Auslass (27) der Verdrängereinrichtung (2) förderbar ist.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 23, wobei der Einlass (27) und der Auslass (28) auf unterschiedlichen axialen Seite der Verdrängereinrichtung (2) angeordnet sind.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 23 oder 24, wobei das Magnetfeld (10) in einem Bereich des Einlasses (27) schwächer ausgebildet ist als in einem Bereich des Auslasses (28).
Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Ausgleichseinrichtung mit einem Ausgleichsvolumen (29) vorgesehen ist, um einen Temperaturausgleich zu ermöglichen.
Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dämpfungskreislauf des magnetorheologischen Fluids (6) vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Sensor (32) ein Maß für eine Winkelposition der Dämpferwelle (3) erfasst.
Drehdämpfer (1) nach Anspruch 28, wobei an eine Spindelmutter und/oder der Koppelstange eine Maßstabeinrichtung angeordnet und wobei an dem Gehäuse (12) der Sensor angebracht ist.
Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Belastungssensor (33) zur Erfassung eines Kennwertes für ein Drehmoment an der Dämpferwelle (3).
Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen mit der Dämpferwelle (3) koppelbaren Elektromotor (35).