DE102019207683A1

DE102019207683A1 - Magnetorheologische Einrichtung

Info

Publication number: DE102019207683A1
Application number: DE102019207683.1A
Authority: DE
Inventors: Pascal Zehnder; Xi Nowak
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-05-25
Filing date: 2019-05-25
Publication date: 2020-11-26
Also published as: WO2020239300A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine magnetorheologische Einrichtung (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse (2), mit zumindest einem ersten insbesondere scheibenförmigen Element (3), das in einem Innenraum (4) des Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei das erste Element (3) koaxial zu einer drehbar gelagerten Antriebswelle (5) angeordnet und mit der Antriebswelle (5) mitdrehbar ist, mit zumindest einem zweiten Element (11), das dem ersten Element (3) gegenüberliegend in dem Innenraum (4) angeordnet ist, mit einem Zwischenraum (12) zwischen dem ersten Element (3) und dem zweiten Element (11), wobei der Zwischenraum (12) mit einem magnetorheologischen Fluid (22) befüllbar oder befüllt ist, und mit einer Magnetfelderzeugungseinheit (13), die dazu ausgebildet ist, zumindest ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Viskosität des in dem Zwischenraum (12) vorhandenen magnetorheologischen Fluids (22) beeinflusst. Es ist vorgesehen, dass die magnetorheologische Einrichtung (1) eine ansteuerbare Kupplungseinrichtung (7) aufweist, wobei das erste Element (3) in einer ersten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung (7) drehfest mit der Antriebswelle (5) verbunden und in einer zweiten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung (7) relativ zu der Antriebswelle (5) verdrehbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetorheologische Einrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse, mit zumindest einem ersten Element, das in einem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist, wobei das erste Element koaxial zu einer drehbar gelagerten Antriebswelle angeordnet und mit der Antriebswelle mitdrehbar ist, mit einem zweiten Element, das dem ersten Element gegenüberliegend in dem Innenraum angeordnet ist, mit einem Zwischenraum zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element, wobei der Zwischenraum mit einem magnetorheologischen Fluid befüllbar oder befüllt ist, und mit einer Magnetfelderzeugungseinheit, die dazu ausgebildet ist, zumindest ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Viskosität des in dem Zwischenraum vorhandenen magnetorheologischen Fluids beeinflusst.
Stand der Technik
Eine magnetorheologische Einrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der Patentschrift US 7,490,707 B2 bekannt. Diese offenbarte eine magnetorheologische Einrichtung, die als magnetorheologische Kupplungseinrichtung ausgebildet ist. Die Einrichtung weist ein Gehäuse auf, in dessen Innenraum ein erstes Element koaxial zu einer drehbar gelagerten Antriebswelle angeordnet und mit der Antriebswelle mitdrehbar ist. Gemäß der vorbekannten magnetorheologischen Einrichtung ist das erste Element hierzu beispielsweise durch Gewindebolzen mit der Antriebswelle verbunden. Bei dem ersten Element handelt es sich demnach um einen Rotor. Außerdem ist in dem Innenraum des Gehäuses ein zweites Element dem ersten Element gegenüberliegend angeordnet. Bei dem zweiten Element handelt es sich gemäß der vorbekannten magnetorheologischen Einrichtung ebenfalls um einen Rotor.
Das erste Element und das zweite Element sind voneinander beabstandet, sodass zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ein Zwischenraum vorhanden ist. Der Zwischenraum ist mit einem magnetorheologischen Fluid befüllt. Unter einem magnetorheologischen Fluid ist dabei ein Fluid zu verstehen, dessen Viskosität sich unter Einfluss eines Magnetfelds verändert. Beispielsweise handelt es sich bei dem magnetorheologischen Fluid um eine Suspension von magnetisch polarisierbaren Partikeln, die in einer Trägerflüssigkeit fein verteilt sind. Letztlich weist die vorbekannte magnetorheologische Einrichtung eine Magnetfelderzeugungseinheit auf, die dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, das die Viskosität des in dem Zwischenraum vorhandenen magnetorheologischen Fluids beeinflusst. Soll beispielsweise das erste Element mit dem als Rotor ausgebildeten zweiten Element gekoppelt werden, um ein Drehmoment von dem ersten Element auf das zweite Element zu übertragen, so wird durch die Magnetfelderzeugungseinheit ein Magnetfeld erzeugt, durch das die Viskosität des magnetorheologischen Fluids gesteigert wird.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße magnetorheologische Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein verzögernd auf die Antriebswelle wirkendes Restmoment verglichen mit vorbekannten magnetorheologischen Einrichtungen geringer ist. Unter dem Restmoment ist dabei das Moment zu verstehen, das verzögernd auf die Antriebswelle einwirkt, wenn durch die Magnetfelderzeugungseinheit kein Magnetfeld erzeugt wird. Das Restmoment kommt insbesondere dadurch zustande, dass magnetorheologisches Fluid, das mit dem drehfest mit der Antriebswelle verbundenen ersten Element in Kontakt steht, auch dann, wenn kein Magnetfeld durch die Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird, eine Viskosität aufweist, die ausreicht, um ein verzögernd auf das erste Element beziehungsweise die Antriebswelle wirkendes Moment bereitzustellen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die magnetorheologische Einrichtung eine ansteuerbare Kupplungseinrichtung aufweist, wobei das erste Element in einer ersten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung drehfest mit der Antriebswelle verbunden und in einer zweiten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung relativ zu der Antriebswelle verdrehbar ist. Wird in der ersten Schaltstellung durch die Magnetfelderzeugungseinheit ein Magnetfeld erzeugt, so wird die Viskosität des in dem Zwischenraum vorhandenen Fluids gesteigert und es ist ein Drehmoment durch das Fluid von dem zweiten Element auf die Antriebswelle beziehungsweise durch das Fluid von der Antriebswelle auf das zweite Element übertragbar. Wird in der ersten Schaltstellung kein Magnetfeld durch die Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt, so wirkt auf die sich drehende Antriebswelle dennoch ein die Antriebswelle verzögerndes Restmoment, weil das drehfest mit der Antriebswelle verbundene erste Element in Berührkontakt mit dem magnetorheologischen Fluid steht und durch das magnetorheologische Fluid hindurchgedreht wird. In der zweiten Schaltstellung ist die Antriebswelle relativ zu dem ersten Element verdrehbar. Die Antriebswelle wird in der zweiten Schaltstellung demnach nicht durch mit dem ersten Element in Berührkontakt stehendes magnetorheologisches Fluid gebremst. Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Element um ein scheibenförmiges erstes Element beziehungsweise eine Bremsscheibe. Ein derartig ausgebildetes erstes Element weist eine große Oberfläche auf und kann demnach hohe Drehmomente übertragen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem zweiten Element um einen drehfest an dem Gehäuse angeordneten Stator. Vorzugsweise ist der Stator in das Gehäuse integriert. Die magnetorheologische Einrichtung ist dann als magnetorheologische Bremseinrichtung ausgebildet. Alternativ dazu handelt es sich bei dem zweiten Element vorzugsweise um einen Rotor, der drehfest auf einer Abtriebswelle angeordnet ist. Bei der magnetorheologischen Einrichtung handelt es sich dann um eine magnetorheologische Kupplungsvorrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kupplungseinrichtung eine mit dem ersten Element verbundene Hohlwelle und ein axial verschiebbares, drehfest mit der Antriebswelle gekoppeltes Schaltelement aufweist, wobei die Hohlwelle und das Schaltelement durch axiales Verschieben des Schaltelementes miteinander verbindbar sind. Der Begriff axial bezieht sich dabei auf eine Rotationsachse der Antriebswelle. Durch das Schaltelement ist das erste Element stabil mit der Antriebswelle drehfest verbindbar. Unter der Hohlwelle ist dabei eine Welle zu verstehen, die koaxial zu der Antriebswelle angeordnet ist und die durch die Antriebswelle durchfasst wird. Vorzugsweise weist die Antriebswelle zumindest abschnittsweise eine Außenverzahnung auf, die mit einer Innenverzahnung des Schaltelements zur drehfesten Kopplung der Antriebswelle mit dem Schaltelement kämmt. Vorzugsweise sind die Hohlwelle und das Schaltelement durch axiales Verschieben des Schaltelements formschlüssig miteinander verbindbar. Alternativ oder zusätzlich sind die Hohlwelle und das Schaltelement durch axiales Verschieben des Schaltelementes kraftschlüssig miteinander verbindbar.
Vorzugsweise ist das als Schaltmuffe ausgebildete Schaltelement direkt und/oder indirekt, insbesondere durch einen Synchronring, mit der Hohlwelle verbindbar. Ist die Schaltmuffe direkt mit der Hohlwelle verbindbar, so ergibt sich daraus eine besonders robuste Verbindung zwischen der Schaltmuffe und der Hohlwelle. Durch das Vorsehen des Synchronrings beziehungsweise die indirekte Verbindung ergibt sich der Vorteil, dass eine Drehgeschwindigkeit der Hohlwelle beim Einstellen der ersten Schaltstellung ausgehend von der zweiten Schaltstellung verschleißarm an eine Drehgeschwindigkeit der Schaltmuffe beziehungsweise der Antriebswelle anpassbar ist. Insbesondere weist die Schaltmuffe den Synchronring auf. Alternativ dazu weist die Hohlwelle den Synchronring auf oder es handelt es sich bei dem Synchronring um ein separates, getrennt von der Hohlwelle und der Schaltmuffe ausgebildetes Bauteil. Besonders bevorzugt ist die Schaltmuffe direkt, nämlich formschlüssig, und indirekt, nämlich durch den Synchronring, mit der Hohlwelle verbindbar. Beim Umschalten von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung wird die Schaltmuffe dann zunächst durch den Synchronring kraftschlüssig mit der Hohlwelle verbunden, sodass die Drehgeschwindigkeit der Hohlwelle an die Drehgeschwindigkeit der Schaltmuffe angepasst wird. Im Anschluss daran, wenn also die Drehgeschwindigkeiten angepasst sind, wird die Schaltmuffe formschlüssig direkt mit der Hohlwelle verbunden.
Vorzugsweise weist die magnetorheologische Einrichtung eine Federeinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, eine Federkraft bereitzustellen, durch die die Kupplungseinrichtung in die erste Schaltstellung vorgespannt wird. Beispielsweise stellt die Federeinrichtung die Federkraft derart bereit, dass die Federkraft auf die Schaltmuffe beziehungsweise das Schaltelement axial einwirkt. Es ergibt sich daraus der Vorteil, dass im Fehlerfall der Kupplungseinrichtung, wenn also die Kupplungseinrichtung nicht durch Ansteuern schaltbar ist, die erste Schaltstellung eingestellt bleibt und weiterhin ein Drehmoment durch das magnetorheologische Fluid von dem zweiten Element auf die Antriebswelle beziehungsweise von der Antriebswelle auf das zweite Element übertragbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die Erfindung zusätzlich oder alternativ zu den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 dadurch aus, dass eine Außenseite des Gehäuses zumindest eine Kühlrippe, vorzugsweise mehrere Kühlrippen, aufweist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass Wärme, die im Betrieb der magnetorheologischen Einrichtung entsteht, durch die Kühlrippen abführbar ist. Es wird also eine passive Kühlung für die magnetorheologische Einrichtung bereitgestellt, wobei die Kühlrippen verglichen mit einer aktiven Kühlung der magnetorheologischen Einrichtung ein geringeres zusätzliches Gewicht der magnetorheologischen Einrichtung bewirken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kühlrippen einen gekrümmten Verlauf aufweisen, sodass Luft, die einen zwischen zwei benachbarten Kühlrippen vorhandenen Spalt durchströmt, durch die Kühlrippen umgelenkt wird. Vorzugsweise sind die Kühlrippen derart ausgebildet, dass der Spalt - bezogen auf die an dem Kraftfahrzeug montierte magnetorheologische Einrichtung - in einem vorderen Bereich der Außenseite des Gehäuses zumindest im Wesentlichen horizontal verläuft, sodass Luft leicht in den Spalt einströmen kann, und sind dann im weiteren Verlauf derart gekrümmt, dass die Luft durch die Kühlrippen nach oben umgelenkt wird. Hierdurch wird durch die den Spalt durchströmende, umgelenkte Luft ein Anpressdurck des Kraftfahrzeugs gesteigert. Hierdurch werden Fahreigenschaften des Kraftfahrzeugs verbessert. Außerdem kann durch die Kühlrippen erwärmte Luft durch den gekrümmten Verlauf der Kühlrippen auch im Stillstand des Kraftfahrzeugs einfach nach oben aus dem Spalt entweichen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die Erfindung zusätzlich oder alternativ zu den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch aus, dass die Magnetfelderzeugungseinheit zumindest einen ersten Magnetfelderzeuger und einen zweiten Magnetfelderzeuger aufweist, die jeweils dazu ausgebildet sind, ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Viskosität des in dem Zwischenraum vorhandenen magnetorheologischen Fluids beeinflusst. Die Magnetfelderzeugungseinheit ist demnach redundant ausgebildet. Beispielsweise ist auch bei Ausfall des ersten Magnetfelderzeugers dann noch ein Magnetfeld durch den zweiten Magnetfelderzeuger erzeugbar.
Vorzugsweise weist die magnetorheologische Einrichtung eine Schalteinrichtung auf, wobei die Magnetfelderzeuger in einem ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung in Reihe geschaltet und in einem zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung elektrisch und/oder mechanisch voneinander getrennt sind. In dem ersten Schaltzustand ist durch die in Reihe geschalteten Magnetfelderzeuger ein besonders starkes Magnetfeld zur Erhöhung der Viskosität des magnetorheologischen Fluids erzeugbar. In dem zweiten Schaltzustand ist auch bei Ausfall eines der Magnetfelderzeuger durch den dann anderen Magnetfelderzeuger noch ein Magnetfeld zum Erhöhen der Viskosität des magnetorheologischen Fluids erzeugbar. Die elektrische und/oder mechanische Trennung der Magnetfelderzeuger bezieht sich dabei vorzugsweise auf eine Ausgestaltung eines Schalters der Schalteinrichtung. Zum elektrischen Trennen der Magnetfelderzeuger weist die Schalteinrichtung beispielsweise einen Halbleiterschalter auf. Zum mechanischen Trennen der Magnetfelderzeuger weist die Schalteinrichtung einen Schalter auf, der ein zum Trennen der Magnetfelderzeuger mechanisch verlagerbares Schalterelement aufweist.
Vorzugsweise sind den Magnetfelderzeugern jeweils unterschiedliche Spannungsbereitstellungseinrichtungen zugeordnet. Auch dadurch wird eine Redundanz der magnetorheologischen Einrichtung bereitgestellt. Vorzugsweise weist zumindest eine der Spannungsbereitstellungseinrichtungen zumindest einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie, auf. Vorzugsweise weist zumindest eine der Spannungsbereitstellungseinrichtungen einen Superkondensator auf beziehungsweise ist als Superkondensator ausgebildet. Vorzugsweise ist der Superkondensator derart ausgebildet, dass die in dem Superkondensator speicherbare oder gespeicherte Energiemenge ausreicht, um das Fahrzeug mittels der als magnetorheologische Bremseinrichtung ausgebildeten magnetorheologischen Einrichtung in den Stillstand zu verzögern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die Erfindung zusätzlich oder alternativ zu den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch aus, dass die magnetorheologische Einrichtung zumindest zwei erste Elemente aufweist, die drehfest miteinander verbunden und axial beabstandet zueinander sind, wobei das zweite Element radial zwischen die ersten Elemente eingreift. Sich gegenüberliegende Oberflächen des zweiten Elementes und der ersten Elemente sind dann besonders groß, sodass hohe Drehmomente von dem zweiten Element auf die Antriebswelle beziehungsweise von der Antriebswelle auf das zweite Element übertragbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die ersten Elemente bezüglich ihrer Radialerstreckung unterscheiden. Hierdurch ist die magnetorheologische Einrichtung an den verfügbaren Bauraum, beispielsweise an eine Geometrie eines Felgeninnendurchmessers einer Felge des Kraftfahrzeugs, anpassbar. Insbesondere ist das Gehäuse der magnetorheologischen Einrichtung magnetisch leitend. In diesem Fall ist durch das Vorsehen von ersten Elementen, die sich bezüglich ihrer Radialerstreckung unterscheiden, eine magnetische Sättigung verbesserbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine einem ersten der ersten Elemente gegenüberliegende erste Stirnseite des zweiten Elementes zumindest eine fluidtechnisch mit dem Zwischenraum verbundene Aufnahmeausnehmung aufweist, wobei in der Aufnahmeausnehmung eine Magnetfelderzeugungseinrichtung angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, durch das in dem Zwischenraum vorhandenes magnetorheologisches Fluid zumindest anteilig in die Aufnahmeausnehmung verlagert wird. Gemäß dieser Ausführungsform ist das magnetorheologische Fluid also zumindest anteilig aus dem Zwischenraum entfernbar. Durch das Verlagern des magnetorheologischen Fluids in die Aufnahmeausnehmung wird eine Kontaktfläche zwischen dem magnetorheologischen Fluid und dem ersten Element verringert. Hierdurch wird das Restmoment weiter verringert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zweite Element eine von der ersten Stirnseite abgewandte, einem zweiten der ersten Elemente gegenüberliegende zweite Stirnseite aufweist, wobei die erste Stirnseite und die zweite Stirnseite jeweils zumindest eine fluidtechnisch mit dem Zwischenraum verbundene Aufnahmeausnehmung aufweisen, in denen jeweils eine Magnetfelderzeugungseinrichtung angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist dann durch die Aufnahmeausnehmungen beziehungsweise die Magnetfelderzeugungseinrichtungen die Kontaktfläche zwischen dem magnetorheologischen Fluid und dem ersten der ersten Elemente sowie die Kontaktfläche zwischen dem magnetorheologischen Fluid und dem zweiten der ersten Elemente verringerbar, sodass das Restmoment weiter verringert wird.
Vorzugsweise sind die Aufnahmeausnehmung der ersten Stirnseite und die Aufnahmeausnehmung der zweiten Stirnseite in Axialerstreckung der magnetorheologischen Einrichtung gesehen fluchtend oder radial versetzt zueinander. Unter der Axialerstreckung der magnetorheologischen Einrichtung ist dabei die Erstreckung zu verstehen, die parallel zu der Rotationsachse der Antriebswelle verläuft. Sind die Aufnahmeausnehmungen radial versetzt zueinander, so ergibt sich daraus der Vorteil, dass ein Axialabstand zwischen der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite verglichen mit den fluchtenden Aufnahmeausnehmungen verringerbar ist. Das zweite Element ist dann insgesamt bauraumsparend ausbildbar. Insbesondere sind die Aufnahmeausnehmungen derart radial versetzt, dass eine Stelle der zweiten Stirnseite, die mit einem Mittelpunkt einer Aufnahmeausnehmung der ersten Stirnseite axial fluchtet, aufnahmeausnehmungsfrei ist. Sind die Aufnahmeausnehmungen fluchtend zueinander, so ergibt sich daraus der Vorteil, dass die erste Stirnseite und die zweite Stirnseite verglichen mit den radial versetzten Aufnahmeausnehmungen insgesamt eine größere Anzahl an Aufnahmeausnehmungen aufweisen können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die Erfindung alternativ oder zusätzlich zu den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch aus, dass die magnetorheologische Einrichtung ein Steuergerät aufweist, das dazu ausgebildet ist, eine Temperatur des magnetorheologischen Fluids und/oder eine Stärke eines durch die Magnetfelderzeugungseinheit erzeugten Magnetfeldes zu überwachen und in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder der Stärke einen Steuerbefehl bereitzustellen, um eine Maximalgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu begrenzen. Wird durch das Steuergerät beispielsweise eine unzulässig hohe Temperatur oder eine unzulässig geringe Stärke festgestellt, so ist davon auszugehen, dass durch die als Bremseinrichtung ausgebildete magnetorheologische Einrichtung lediglich ein reduziertes Drehmoment beziehungsweise Bremsmoment bereitstellbar ist. Durch die Begrenzung der maximal zulässigen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs wird dann die Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs gesteigert. Vorzugsweise ist das Steuergerät dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von der Temperatur, insbesondere in Abhängigkeit eines Integrals eines Verlaufs der Temperatur, zu ermitteln, ob eine maximale Lebensdauer des magnetorheologischen Fluids überschritten ist. Wird durch das Steuergerät festgestellt, dass die maximale Lebensdauer überschritten ist, so wird durch das Steuergerät vorzugsweise der Steuerbefehl bereitgestellt, um die Maximalgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu begrenzen. Alternativ oder zusätzlich wird durch das Steuergerät ein Warnhinweis bereitgestellt, um beispielsweise einen Fahrer des Kraftfahrzeugs darauf hinzuweisen, dass ein Austausch des magnetorheologischen Fluids notwendig ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen

1 eine Schnittdarstellung einer magnetorheologischen Einrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine Schnittdarstellung der magnetorheologischen Einrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine Schnittdarstellung der magnetorheologischen Einrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4 eine Schnittdarstellung der magnetorheologischen Einrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
5 eine Detailansicht der magnetorheologischen Einrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
6 eine Schnittdarstellung eines Gehäuses einer magnetorheologischen Einrichtung, und
7 eine Seitenansicht des Gehäuses.

1 zeigt eine Schnittdarstellung einer magnetorheologischen Einrichtung 1. Die Einrichtung 1 ist Teil eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Die Einrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist. Außerdem weist die Einrichtung 1 zumindest ein erstes Element 3 beziehungsweise eine Bremsscheibe 3 auf, das in einem Innenraum 4 des Gehäuses 2, der gegenüber einem Äußeren des Gehäuses 2 abgedichtet ist, und koaxial zu einer drehbar gelagerten Antriebswelle 5 angeordnet ist. Vorliegend sind drei derartige erste Elemente 3 vorhanden, die bezüglich einer Rotationsachse 6 der Antriebswelle 5 axial beabstandet voneinander sind. Bei der Antriebswelle 5 handelt es sich vorliegend um eine mit einem nicht dargestellten Rad des Kraftfahrzeugs drehfest verbundene Welle, also um eine Radantriebswelle 5.
Die Einrichtung 1 weist außerdem eine Kupplungseinrichtung 7 auf. In einer ersten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung 7 sind die ersten Elemente 3 drehfest mit der Antriebswelle 5 verbunden. In der 1 ist die Kupplungseinrichtung 7 in einer zweiten Schaltstellung dargestellt. In der zweiten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung 7 sind die ersten Elemente 3 relativ zu der Antriebswelle 5 verdrehbar.
Die Kupplungseinrichtung 7 weist eine Hohlwelle 8 auf, die durch die Antriebswelle 5 durchfasst wird. Die Hohlwelle 8 ist mit den ersten Elementen 3 drehfest verbunden, sodass auch die Hohlwelle 8 in der ersten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung 7 mit der Antriebswelle 5 drehfest verbunden und in der zweiten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung 7 relativ zu der Antriebswelle 5 verdrehbar ist. Die Kupplungseinrichtung 7 weist außerdem ein Schaltelement 9 auf, das axial verschiebbar und drehfest mit der Antriebswelle 5 verbunden ist. Vorliegend handelt es sich bei dem Schaltelement 9 um eine Schaltmuffe 9, die eine Innenverzahnung aufweist, die mit einer Außenverzahnung 34 der Antriebswelle 5 kämmt. Außerdem weist die Kupplungseinrichtung 7 einen Synchronring 10 auf, der vorliegend von der Hohlwelle 8 und dem Schaltelement 9 getrennt ausgebildet ist. Wird ausgehend von der zweiten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung 7 die erste Schaltstellung der Kupplungseinrichtung 7 eingestellt, so wird das Schaltelement 9 durch einen nicht dargestellten Aktor axial in Richtung der Hohlwelle 8 verschoben. Dabei wird das Schaltelement 9 zunächst gegen den Synchronring 10 gepresst und durch den Synchronring 10 kraftschlüssig mit der Hohlwelle 8 gekoppelt, wodurch eine Drehgeschwindigkeit der Hohlwelle 8 beziehungsweise der ersten Elemente 3 an eine Drehgeschwindigkeit des Schaltelementes 9 beziehungsweise der Antriebswelle 5 angepasst wird. Ist die Drehgeschwindigkeit der Hohlwelle 8 angepasst, so wird das Schaltelement 9 weiter axial in Richtung der Hohlwelle 8 verlagert und dadurch formschlüssig mit der Hohlwelle 8 verbunden.
Die magnetorheologische Einrichtung 1 weist außerdem zumindest ein zweites Element 11 auf, das dem ersten Element 3 gegenüberliegend in dem Innenraum 4 angeordnet ist. Vorliegend sind zwei derartige zweite Elemente 11 vorhanden, die jeweils zwischen zwei ersten Elementen 3 in dem Innenraum 4 angeordnet sind. Zwischen den ersten Elementen 3 und den zweiten Elementen 11 ist ein Zwischenraum 12 vorhanden, der mit einem nicht dargestellten magnetorheologischen Fluid 22 befüllt ist.
Die magnetorheologische Einrichtung 1 weist außerdem eine Magnetfelderzeugungseinheit 13 auf, die dazu ausgebildet ist, zumindest ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Viskosität des in dem Zwischenraum 12 vorhandenen magnetorheologischen Fluids 22 beeinflusst. Beispielsweise wird durch die Magnetfelderzeugungseinheit 13 ein Magnetfeld erzeugt, durch das die Viskosität des magnetorheologischen Fluids erhöht wird. In der ersten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung 7 ist dann durch das magnetorheologische Fluid 22 ein Drehmoment von der Antriebswelle 5 auf die zweiten Elemente 11 übertragbar. Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den zweiten Elementen 11 jeweils um einen mit dem Gehäuse 2 verbundenen Stator 11. In der ersten Schaltstellung ist demnach durch das magnetorheologische Fluid 22 von dem Gehäuse 2 beziehungsweise den zweiten Elementen 11 ein die Antriebswelle 5 verzögerndes Drehmoment auf die Antriebswelle 5 übertragbar. Bei der magnetorheologischen Einrichtung 1 handelt es sich demnach um eine magnetorheologische Bremseinrichtung 1.
Die Magnetfelderzeugungseinheit 13 weist gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten Magnetfelderzeuger 14 und einen zweiten Magnetfelderzeuger 15 auf. Bei den Magnetfelderzeugern 14 und 15 handelt es sich vorliegend um eine erste Spule 14 und eine zweite Spule 15.
Die magnetorheologische Einrichtung 1 weist außerdem eine in 1 nicht erkennbare Schalteinrichtung 16 auf, die zumindest einen Schalter aufweist. In einem ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung 16 sind die Magnetfelderzeuger 14 und 15 elektrisch miteinander verbunden. Beispielsweise sind die Magnetfelderzeuger 14 und 15 dann elektrisch in Reihe geschaltet. In diesem Schaltzustand sind die Magnetfelderzeuger 14 und 15 dazu ausgebildet, gemeinsam ein Magnetfeld zu erzeugen. In einem zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung 16 sind die Magnetfelderzeuger 14 und 15 elektrisch und/oder mechanisch voneinander getrennt. In diesem Schaltzustand sind die Magnetfelderzeuger 14 und 15 dazu ausgebildet, jeweils ein Magnetfeld zu erzeugen, durch das die Viskosität des magnetorheologischen Fluids beeinflusst wird. Weist einer der Magnetfelderzeuger 14 und 15 eine Fehlfunktion auf, so ist in dem zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung 16 durch den dann anderen Magnetfelderzeuger 14 oder 15 immer noch ein Magnetfeld erzeugbar, durch das die Viskosität des magnetorheologischen Fluids 22 erhöht werden kann, um ein die Antriebswelle 5 verzögerndes Drehmoment zu erzeugen.
Den Magnetfelderzeugern 14 und 15 sind hierzu jeweils unterschiedliche Spannungsbereitstellungseinrichtungen 17 beziehungsweise 18 zugeordnet. Die Spannungsbereitstellungseinrichtungen 17 beziehungsweise 18 sind dazu ausgebildet, eine elektrische Spannung an die Magnetfelderzeuger 14 oder 15 anzulegen, sodass durch die Magnetfelderzeuger 14 oder 15 ein Magnetfeld erzeugt wird. Vorliegend handelt es sich bei der Spannungsbereitstellungseinrichtung 18 um einen Superkondensator 18. Der Superkondensator 18 ist derart ausgebildet, dass die in dem Superkondensator 18 speicherbare oder gespeicherte Energiemenge ausreicht, um mittels dieser Energiemenge das Kraftfahrzeug in den Stillstand zu verzögern. Alternativ dazu handelt es sich bei der Spannungsbereitstellungseinrichtung 18 beispielsweise um eine Batterie.
Vorliegend sind die Magnetfelderzeuger 14 und 15 axial hintereinander in der magnetorheologischen Einrichtung 1 angeordnet. Alternativ dazu sind Spulendrähte der Magnetfelderzeuger 14 und 15 nebeneinander gewickelt, sodass die Magnetfelderzeuger 14 und 15 dann axial auf der gleichen Höhe angeordnet sind.
Zwischen der Magnetfelderzeugungseinheit 13 und den ersten Elementen 3 ist ein magnetisch nichtleidendes Bauteil 19 angeordnet. Dieses Bauteil 19 weist vorliegend einen Kupfer-Werkstoff auf. Durch das Bauteil 19 wird eine vorteilhafte Ausrichtung von Magnetfeldlinien von durch die Magnetfelderzeugungseinheit 13 erzeugten Magnetfeldern erreicht. Die Magnetfeldlinien verlaufen dann vorzugsweise zwischen dem Bauteil 19 und der Antriebswelle 5 im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse 6.
2 zeigt eine Schnittdarstellung der magnetorheologischen Einrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten Elemente 3 direkt mit der Antriebswelle 3 verbunden. Alternativ dazu weist auch die in 2 dargestellte magnetorheologische Einrichtung 1 eine wie vorstehend beschrieben ausgebildete Kupplungseinrichtung 7 auf.
Gemäß der in 2 dargestellten magnetorheologischen Einrichtung 1 weisen die zweiten Elemente 11 jeweils mehrere fluidtechnisch mit dem Zwischenraum 12 verbundene Aufnahmeausnehmungen 20 auf. In jeder der Aufnahmeausnehmungen 20 ist jeweils eine Magnetfelderzeugungseinrichtung 21, vorliegend jeweils eine Spule 21, angeordnet, die dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, durch das in dem Zwischenraum 12 vorhandenes magnetorheologisches Fluid 22 zumindest anteilig in die Aufnahmeausnehmungen 20 verlagert wird.
Die zweiten Elemente 11 weisen jeweils eine erste Stirnseite 23 und eine von der ersten Stirnseite 23 abgewandte zweite Stirnseite 24 auf. Unter einer Stirnseite ist dabei eine senkrecht zu der Rotationsachse 6 ausgerichtete Seite zu verstehen. Wie aus 2 ersichtlich ist, weisen sowohl die ersten Stirnseiten 23 als auch die zweiten Stirnseite 24 jeweils eine gleiche Anzahl an Aufnahmeausnehmungen 20 auf. Die Aufnahmeausnehmungen 20 sind dabei derart in den ersten Stirnseiten 23 und den zweiten Stirnseiten 24 ausgebildet, dass eine Aufnahmeausnehmung 20 der ersten Stirnseite 23 eines der zweiten Elemente 11 jeweils mit einer Aufnahmeausnehmung 20 der zweiten Stirnseite 24 desselben zweiten Elementes 11 in Axialerstreckung der magnetorheologischen Einrichtung 1 gesehen fluchtet.
Die magnetorheologische Einrichtung 1 weist außerdem einen Permanentmagneten 25 auf. Auch der Permanentmagnet 25 ist dazu ausgebildet ein Magnetfeld bereitzustellen, das die Viskosität des magnetorheologischen Fluids 22 beeinflusst. Durch den Permanentmagnet 25 wird beispielsweise erreicht, dass auch dann ein verzögernd auf die Antriebswelle 5 wirkendes Drehmoment bereitstellbar ist, wenn das Kraftfahrzeug beziehungsweise mit der Magnetfelderzeugungseinheit 13 verbundene Spannungsbereitstellungseinrichtungen ausgeschaltet sind. Der Permanentmagnet 25 stellt demnach eine Parkbremsfunktion für die magnetorheologische Einrichtung 1 bereit.
3 zeigt eine Schnittdarstellung der magnetorheologischen Einrichtung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Auch gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten Elemente 3 direkt mit der Antriebswelle 5 verbunden. Alternativ dazu weist auch die in 3 dargestellte magnetorheologische Einrichtung 1 eine wie vorstehend beschrieben ausgebildete Kupplungseinrichtung 7 auf.
Die in 3 dargestellte magnetorheologische Einrichtung 1 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten magnetorheologischen Einrichtung 1 dadurch, dass die ersten Elemente 3 sich bezüglich ihrer Radialerstreckung unterscheiden. Die Magnetfelderzeugungseinheit 13 und das optional vorhandene Bauteil 19 erstrecken sich dabei parallel zu der Rotationsachse 6 der Antriebswelle 5.
4 zeigt eine Schnittdarstellung der magnetorheologischen Einrichtung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Auch gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten Elemente 3 direkt mit der Antriebswelle 5 verbunden. Alternativ dazu weist auch die in 4 dargestellte magnetorheologische Einrichtung 1 eine wie vorstehend beschrieben ausgebildete Kupplungseinrichtung 7 auf.
Die in 4 dargestellte magnetorheologische Einrichtung 1 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten magnetorheologischen Einrichtung 1 dadurch, dass die Magnetfelderzeugungseinheit 13 und das optionale Bauteil 19 an die sich bezüglich ihrer Radialerstreckung unterscheidenden ersten Elemente 3 formangepasst sind. Hierzu erstrecken sich die Magnetfelderzeugungseinheit 13 und das Bauteil 19 zumindest abschnittsweise schräg bezüglich der Rotationsachse 6 der Antriebswelle 5.
5 zeigt eine Detailansicht der magnetorheologischen Einrichtung 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Dabei ist in 5 eine alternative Anordnung der Aufnahmeausnehmungen 20 in den zweiten Elementen 11 dargestellt. Die Aufnahmeausnehmungen 20 sind derart in den ersten Stirnseiten 23 und den zweiten Stirnseiten 24 ausgebildet, dass die Aufnahmeausnehmungen 20 der ersten Stirnseite 23 eines der zweiten Elemente 11 jeweils radial versetzt zu den Aufnahmeausnehmungen 20 der zweiten Stirnseite 24 desselben zweiten Elementes 11 sind, in Axialerstreckung der magnetorheologischen Einrichtung 1 gesehen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass, verglichen mit der fluchtenden Anordnung der Aufnahmeausnehmungen 20, eine Axialerstreckung des zweiten Elements 11 verringerbar ist.
6 zeigt eine Schnittdarstellung des Gehäuses 2 einer der vorstehend beschriebenen magnetorheologischen Einrichtungen 1. Eine Außenseite 26 des Gehäuses 2 wird durch eine Mantelfläche 27 und zwei Stirnseiten 28, 29 gebildet. Die Stirnseiten 28, 29 erstrecken sich - im bestimmungsgemäß montierten Zustand der magnetorheologischen Einrichtung 1 - senkrecht zu der Rotationsachse 6 der Antriebswelle 5. Die Stirnseiten 28, 29 weisen jeweils eine Vielzahl an Kühlrippen 30 auf. Zwischen zwei benachbarten Kühlrippen 30 ist jeweils ein die Kühlrippen 30 voneinander trennender Spalt 31 vorhanden. Gemäß dem in 6 dargestellten Gehäuse 2 weist auch die Mantelfläche 27 mehrere Kühlrippen 34 auf. Im Betrieb des Kraftfahrzeugs, wenn also das Kraftfahrzeug rollt, umströmt Luft die Kühlrippen 30 und 34, wodurch die magnetorheologische Einrichtung 1 gekühlt wird.
7 zeigt eine Seitenansicht der Stirnseite 28 des Gehäuses 2. Wie aus 7 ersichtlich ist, weisen die Kühlrippen 30 der Stirnseite 28 einen gekrümmten Verlauf auf. Die Kühlrippen 30 sind dabei derart ausgebildet beziehungsweise gekrümmt, dass im Wesentlichen horizontal in die Spalte 31 einströmende Luft im weiteren Verlauf der Spalte 31 durch die Kühlrippen 30 nach oben umgelenkt wird. Eine durch den Pfeil 32 dargestellte Eintrittsrichtung der Luft schließt demnach einen Winkel zu einer durch den Pfeil 33 dargestellten Austrittsrichtung der Luft ein. Dadurch, dass die Luft nach oben umgelenkt wird, wird ein Anpressdruck des Kraftfahrzeugs erhöht, wodurch eine Fahrdynamik und eine Traktion des Kraftfahrzeugs gesteigert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7490707 B2 [0002]

Claims

Magnetorheologische Einrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse (2), mit zumindest einem ersten insbesondere scheibenförmigen Element (3), das in einem Innenraum (4) des Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei das erste Element (3) koaxial zu einer drehbar gelagerten Antriebswelle (5) angeordnet und mit der Antriebswelle (5) mitdrehbar ist, mit zumindest einem zweiten Element (11), das dem ersten Element (3) gegenüberliegend in dem Innenraum (4) angeordnet ist, mit einem Zwischenraum (12) zwischen dem ersten Element (3) und dem zweiten Element (11), wobei der Zwischenraum (12) mit einem magnetorheologischen Fluid (22) befüllbar oder befüllt ist, und mit einer Magnetfelderzeugungseinheit (13), die dazu ausgebildet ist, zumindest ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Viskosität des in dem Zwischenraum (12) vorhandenen magnetorheologischen Fluids (22) beeinflusst, gekennzeichnet durch eine ansteuerbare Kupplungseinrichtung (7), wobei das erste Element (3) in einer ersten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung (7) drehfest mit der Antriebswelle (5) verbunden und in einer zweiten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung (7) relativ zu der Antriebswelle (5) verdrehbar ist.
Magnetorheologische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (7) eine mit dem ersten Element (3) verbundene Hohlwelle (8) und ein axial verschiebbares, drehfest mit der Antriebswelle (5) gekoppeltes Schaltelement (9) aufweist, wobei die Hohlwelle (8) und das Schaltelement (9) durch axiales Verschieben des Schaltelementes (9) miteinander verbindbar sind.
Magnetorheologische Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das als Schaltmuffe (9) ausgebildete Schaltelement (9) direkt und/oder indirekt, insbesondere durch einen Synchronring (10), mit der Hohlwelle (8) verbindbar ist.
Magnetorheologische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Federeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine Federkraft bereitzustellen, durch die die Kupplungseinrichtung (7) in die erste Schaltstellung vorgespannt wird.
Magnetorheologische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenseite (26) des Gehäuses (2) zumindest eine Kühlrippe (30), vorzugsweise mehrere Kühlrippen (30), aufweist.
Magnetorheologische Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (30) einen gekrümmten Verlauf aufweisen, sodass Luft, die einen zwischen zwei benachbarten Kühlrippen (30) vorhandenen Spalt (31) durchströmt, durch die Kühlrippen (30) umgelenkt wird.
Magnetorheologische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungseinheit (13) zumindest einen ersten Magnetfelderzeuger (14) und einen zweiten Magnetfelderzeuger (15) aufweist, die jeweils dazu ausgebildet sind, ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Viskosität des in dem Zwischenraum (12) vorhandenen magnetorheologischen Fluids (22) beeinflusst.
Magnetorheologische Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (16), wobei die Magnetfelderzeuger (14,15) in einem ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung (16) in Reihe geschaltet und in einem zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung (16) elektrisch und/oder mechanisch voneinander getrennt sind.
Magnetorheologische Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass den Magnetfelderzeugern (14,15) jeweils unterschiedliche Spannungsbereitstellungeinrichtungen (17,18) zugeordnet sind, wobei insbesondere zumindest eine der Spannungsbereitstellungseinrichtungen (17,18) einen Superkondensator (18) aufweist.
Magnetorheologische Einrichtung, gekennzeichnet durch zumindest zwei erste insbesondere scheibenförmige Elemente (3), die drehfest miteinander verbunden und axial beabstandet zueinander sind, wobei das zweite Element (11) radial zwischen die ersten Elemente (3) eingreift.
Magnetorheologische Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ersten Elemente (3) bezüglich ihrer Radialerstreckung unterscheiden.
Magnetorheologische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine einem ersten der ersten Elemente (3) gegenüberliegende erste Stirnseite (23) des zweiten Elementes (11) zumindest eine fluidtechnisch mit dem Zwischenraum (12) verbundene Aufnahmeausnehmung (20) aufweist, wobei in der Aufnahmeausnehmung (20) eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (21) angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, durch das in dem Zwischenraum (12) vorhandenes magnetorheologisches Fluid (22) zumindest anteilig in die Aufnahmeausnehmung (20) verlagert wird.
Magnetorheologische Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element (11) eine von der ersten Stirnseite (23) abgewandte, einem zweiten der ersten Elemente (3) gegenüberliegende zweite Stirnseite (24) aufweist, wobei die erste Stirnseite (23) und die zweite Stirnseite (24) jeweils zumindest eine fluidtechnisch mit dem Zwischenraum (12) verbundene Aufnahmeausnehmung (20) aufweisen, in denen jeweils eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (21) angeordnet ist.
Magnetorheologische Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeausnehmung (20) der ersten Stirnseite (23) und die Aufnahmeausnehmung (20) der zweiten Stirnseite (24) in Axialerstreckung der magnetorheologischen Einrichtung (1) gesehen fluchtend oder radial versetzt zueinander sind.
Magnetorheologische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, eine Temperatur des magnetorheologischen Fluids (22) und/oder eine Stärke eines durch die Magnetfelderzeugungseinheit (13) erzeugten Magnetfeldes zu überwachen und in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder der Stärke einen Steuerbefehl bereitzustellen, um eine Maximal-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu begrenzen.