DE102020120579A1

DE102020120579A1 - Haptische Bedieneinrichtung mit einer Bremseinrichtung und einem drehbaren Bedienteil

Info

Publication number: DE102020120579A1
Application number: DE102020120579.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Battlogg
Original assignee: Inventus Engineering GmbH
Current assignee: Inventus Engineering GmbH
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2022-02-03
Also published as: WO2022023557A1

Abstract

Haptische Bedieneinrichtung (100) mit einem Tragkörper (50) und einem daran aufgenommenen drehbaren Bedienteil (101) und einer steuerbaren Bremseinrichtung (1) zum gesteuerten Bremsen einer Drehbewegung des Bedienteils (101). Die Bremseinrichtung (1) umfasst zwei relativ zueinander drehbare Bremskomponenten (2, 3), von denen eine mit dem drehbaren Bedienteil (101) gekoppelt ist. Die zweite Bremskomponente (3) umgibt als äußere Bremskomponente (3) die erste Bremskomponente (2) als innere Bremskomponente (2). Ein lichtdurchlässiger Abschnitt (130) des drehbaren Bedienteils (101) ist mit einer radial außerhalb der Bremseinrichtung (1) angeordneten Lichtquelle (140) beleuchtbar, um eine gezielte Beleuchtung des drehbaren Bedienteils (101) zu ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine haptische Bedieneinrichtung mit einem drehbaren Bedienteil und wenigstens einer Bremseinrichtung zum Bremsen einer Drehbewegung des Bedienteils, wobei die Bremseinrichtung wenigstens zwei relativ zueinander drehbare bzw. verschwenkbare Bremskomponenten umfasst, von denen eine mit dem drehbaren Bedienteil gekoppelt ist.
Die erfindungsgemäße haptische Bedieneinrichtung mit der Bremseinrichtung kann auf vielfältigen technischen Gebieten zum Bedienen von Geräten und anderen Einrichtungen eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße haptische Bedieneinrichtung kann zum Beispiel als Computermaus oder an Computermäusen oder als Bedienwalze eingesetzt werden und kann auch bei der Bedienung von technischen Einrichtungen in Fahrzeugen, (als Drehsteller; Dreh-/Drücksteller; für das Infotainment, die Klimaanlage, als Getriebewahlschalter, für die Navigation, zur Sitzverstellung, in der Lenkung oder im Lenkrad, zur Bedienung der Fahrwerksverstellung, Fahrmodiverstellung...), Kraftfahrzeugen, Luftfahrt- und Flugzeugen, Schiffen, Booten, in der Landtechnik (Traktoren, Mähdrescher, Erntemaschinen, sonstigen Feldmaschinen für die Landwirtschaft), Baumaschinen und Maschinen für das Material Handling (Gabelstapler ...), Bearbeitungsmaschinen und - anlagen in der Industrie oder bei medizinischen oder industriellen Anlagen eingesetzt werden.
Die Erfindung kann auch bei der Bedienung oder als Eingabegerät von/für Waschmaschinen, Küchen-/Haushaltsgeräten und -einrichtungen, Radios, Fotoapparaten und Filmkameras, Hi-Fi- und Fernsehanlagen, Smart Devices, Smart-Home-Geräten, Laptops, PCs, Smartwatches, in einem Kronenrad von Armbanduhren oder als Eingabegerät für Computer , Controller, Spielkonsolen, Gamingequipment, Drehknopf in einer Tastatur oder anderen Geräten verwendet werden.
Die haptische Bedieneinrichtung kann insbesondere eine magnetorheologische Bremseinrichtung aufweisen, welche insbesondere mit einem magnetorheologischen Medium und vorzugsweise mit einem magnetorheologischen Fluid versehen ist. Magnetorheologische Fluide weisen beispielsweise in einem Öl verteilt feinste ferromagnetische Partikel wie beispielsweise Carbonyleisenpulver auf. In magnetorheologischen Flüssigkeiten werden kugelförmige Partikel mit einem herstellungsbedingten Durchmesser von 1 bis 10 µm verwendet, wobei die Partikelgröße und Form nicht einheitlich ist. Wird ein solches magnetorheologisches Fluid mit einem Magnetfeld beaufschlagt, so verketten sich die Carbonyleisenpartikel des magnetorheologischen Fluids entlang der Magnetfeldlinien, sodass die rheologischen Eigenschaften des magnetorheologischen Fluides (MRF) abhängig von Form und Stärke des Magnetfeldes erheblich beeinflusst werden (übertragbare Schubspannungen).
Mit der WO 2012/034697 A1 ist eine magnetorheologische Übertragungsvorrichtung bekannt geworden, die zwei koppelbare Komponenten aufweist, deren Kopplungsintensität beeinflussbar ist. Zur Beeinflussung der Kopplungsintensität ist ein Kanal mit einem magnetorheologischen Medium vorgesehen. Über ein Magnetfeld wird das magnetorheologische Medium in dem Kanal beeinflusst. In dem Kanal sind Drehkörper vorgesehen, an denen spitzwinklige und das magnetorheologische Medium enthaltende Bereiche vorgesehen sind. Der Kanal oder wenigstens ein Teil davon ist mit dem Magnetfeld einer Magnetfelderzeugungseinrichtung beaufschlagbar, um die Partikel wahlweise (magnetisch) zu verketten und mit dem Drehkörper zu verkeilen oder freizugeben. Diese magnetorheologische Übertragungsvorrichtung kann auch an einem Drehknopf zur Bedienung von technischen Geräten eingesetzt werden. Eine solche magnetorheologische Übertragungsvorrichtung funktioniert und erlaubt die Übertragung von recht hohen Kräften oder Drehmomenten bei gleichzeitig relativ kleiner Bauform bzw. Bauvolumen und Energiebedarf.
In der WO 2012/034697 A1 ist auch ein Drehknopf oder Bedienknopf offenbart, bei dem der eigentliche Knopf um eine Welle drehbar angebracht ist. Über das von einer elektrischen Spule erzeugte Magnetfeld kann das Bremsmoment gesteuert werden. Wird ein höheres erzeugbares Bremsmoment gewünscht, so können statt kugelförmiger Drehkörper auch zylindrische Walzen eingesetzt werden, sodass das Magnetfeld auf einer längeren Strecke bzw. größeren Fläche wirkt (es findet eine Magnetfeldkonzentration und Keilbildung über eine größere Fläche statt). Es hat sich insbesondere bei Dreh- oder Bedienknöpfen mit relativ kleinem Durchmesser gezeigt, dass eine Verlängerung der Wälzkörper nicht unbedingt zu einer Erhöhung des maximal erzeugbaren Bremsmomentes führt. Es hat sich herausgestellt, dass dies daran liegt, dass das Magnetfeld durch die zentrale Welle geschlossen wird bzw. hindurch gehen muss. Der kleine Durchmesser der Welle begrenzt das erzeugbare Bremsmoment, da das für die Bremsung erforderliche Magnetfeld im (Wellen)material schnell gesättigt ist. Das vom Magnetfeld durchflossene Material lässt keinen höheren Magnetfluss mehr zu, weshalb auch kein stärkeres Magnetfeld zu den Walzen gelangen kann. Der kleinste vom Magnetfeld durchflossene Querschnitt im Gesamtmagnetkreis definiert den maximal möglichen Magnetfluss und damit das maximale Bremsmoment in der Bremsvorrichtung. Der Einsatz von längeren Walzen als Drehkörpern kann sich dann sogar nachteilig auf das erzeugbare Bremsmoment auswirken, da sich das Magnetfeld über die längere Walzenfläche verteilt. Es liegt eine geringere Feldstärke (pro Übertragungsfläche) (geringe Magnetfeldkonzentration) an. Weil die erzielbare Bremswirkung nicht linear von dem Magnetfeld abhängt, sondern bei stärkeren Magnetfeldern überproportional steigt, sinkt die erzielbare Bremswirkung dementsprechend bei schwächeren Magnetfeldern überproportional.
Bei haptischen Bedieneinrichtungen für Computer oder für Maschinen oder Fahrzeuge spielen der Bauraum und der Preis eine große Rolle. Bei einer Serienfertigung ist die Wahl der Materialien und Herstellverfahren von großer Bedeutung. Die Einsparung von Kosten ist ein wichtiges Thema. Gleichzeitig werden hohe Anforderungen an die Genauigkeit gestellt. Drehbare haptische Bedienelemente, die mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung gezielt abbremsbar sind, sollen einerseits ein sehr niedriges Grundmoment aufweisen, damit eine leichte und unbelastende Bedienbarkeit gegeben ist und andererseits soll ein relativ hohes Bremsmoment aufbringbar sein, um ein deutlich fühlbares haptisches Feedback geben zu können.
Konventionelle Computermäuse können ein transparentes Mausrad aufweisen, welches in der Nähe der Achse von der Seite aus beleuchtet werden kann. Dadurch können optisch ansprechende Eindrücke erzeugt werden. Bei einer haptischen Bedieneinrichtung wie einer Computermaus mit einer magnetorheologischen oder anderweitigen Bremseinrichtung ist nur sehr wenig Bauraum vorhanden. Für eine Beleuchtung fehlt der Platz.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine haptische Bedieneinrichtung mit einem drehbaren Bedienteil und mit einer Bremseinrichtung zur Verfügung zu stellen, welche einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweist und welche optisch ansprechend ist. Insbesondere soll auch bei kleinen oder sogar bei sehr kleinen Durchmessern und einem insbesondere sehr kleinen Bauvolumen ein hohes Bremsmoment ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird durch eine haptische Bedieneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der haptischen Bedieneinrichtung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Eine erfindungsgemäße haptische Bedieneinrichtung, wie z. B. eine Computermaus oder eine Bedienwalze oder ein Bedienknopf oder dergleichen, umfasst wenigstens ein an einem Tragkörper aufgenommenes drehbares Bedienteil und wenigstens eine steuerbare und insbesondere stufenlos steuerbare Bremseinrichtung zum gesteuerten Bremsen einer Drehbewegung des Bedienteils. Die Bremseinrichtung umfasst wenigstens zwei relativ zueinander drehbare oder wenigstens verschwenkbare Bremskomponenten, von denen eine mit dem drehbaren Bedienteil gekoppelt ist. Die zweite Bremskomponente umgibt als äußere Bremskomponente die erste Bremskomponente als innere Bremskomponente wenigstens abschnittsweise. Wenigstens ein lichtdurchlässiger Abschnitt des drehbaren Bedienteils ist mit wenigstens einer radial außerhalb der Bremseinrichtung angeordneten Lichtquelle (insbesondere wenigstens abschnittsweise) beleuchtbar, um eine gezielte Beleuchtung des drehbaren Bedienteils zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäße haptische Bedieneinrichtung mit einem drehbaren Bedienteil und mit wenigstens einer Bremseinrichtung hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen haptischen Bedieneinrichtung besteht darin, dass ein steuerbares und über die Bremseinrichtung gezielt abbremsbares drehbares Bedienteil zur Verfügung gestellt wird, welches z. B. situationsabhängig gesteuert beleuchtet bzw. erleuchtet werden kann. Dadurch wird eine optisch ansprechende Gestaltung ermöglicht. Außerdem kann der Benutzer über eine geeignete Beleuchtung gezielt informiert werden. Außerdem kann der Benutzer auch haptische Rückmeldungen erhalten.
Besonders bevorzugt ist die Bremseinrichtung elektrisch angetrieben und/oder elektrisch gesteuert. Vorzugsweise wird die Bremseinrichtung mittels Variation des elektrischen Stroms eingestellt. Besonders bevorzugt ist eine Bremswirkung der Bremseinrichtung elektrisch einstellbar. Besonders bevorzugt ist eine Bremswirkung der Bremseinrichtung elektrisch in einer Vielzahl von Stufen steuerbar. Eine Einstellmöglichkeit von einer Vielzahl von Stufen der Bremswirkung kann auch als stufenlos einstellbare Bremseinrichtung bezeichnet werden. Vorzugsweise ist ein Abstand der Wirkung der Bremskraft zweier unterschiedlicher (benachbarter) Stufen kleiner als 20% oder 10% der maximalen Bremskraft. Insbesondere sind Bremskräfte mit einem Bremskraftunterschied von weniger als 5% oder 1% oder 0,5% einstellbar.
Elektrisch einstellbare Bremseinrichtungen und insbesondere Bremseinrichtungen, deren Bremskraft elektrisch stufenlos einstellbar sind, sind sehr vorteilhaft. Vorzugsweise ist die Bremseinrichtung nicht mechanisch einstellbar. Vorzugsweise wird die Bremskraft nicht mechanisch eingestellt und wird auch nicht mechanisch gesteuert.
Die Bremseinrichtung ist insbesondere als magnetorheologische Bremseinrichtung ausgeführt. Möglich ist es aber auch, dass eine motorisch angetriebene Bremseinrichtung eingesetzt wird, die in Abhängigkeit von dem Drehwinkel, der Drehgeschwindigkeit und/oder der Winkelbeschleunigung des drehbaren Bedienteils angesteuert wird. In solchen Fällen kann die Bremseinrichtung als steuerbarer elektrischer Motor ausgeführt sein. Z. B. als Schrittmotor oder als anderer elektrischer Motor. Ein solcher elektrischer Motor ist vorzugsweise zentral an dem drehbaren Bedienteil angeordnet, sodass die Drehachse des Motors vorzugsweise der Drehachse des drehbaren Bedienteils entspricht. Besonders bevorzugt wird aber eine magnetorheologische Bremseinrichtung eingesetzt.
Vorzugsweise ist die Lichtquelle radial außerhalb des drehbaren Bedienteils angeordnet. Das bedeutet, dass die Lichtquelle wenigstens im Wesentlichen und insbesondere vollständig außerhalb eines Zylinders angeordnet ist, der das drehbare Bedienteil engstmöglich umgibt und die gleiche (Symmetrie-)Achse aufweist wie das Bedienteil. Dann wird von radial außerhalb des Bedienteils auf den lichtdurchlässigen Abschnitt geleuchtet.
Vorzugsweise befindet sich die Lichtquelle wenigstens teilweise in einer Ebene, die durch das drehbare Bedienteil aufgespannt wird. Das ist vorteilhaft, da die Lichtquelle dann insbesondere nahezu oder vollständig radial ausgerichtet sein kann. Insbesondere leuchtet die Lichtquelle dann von unten auf den lichtdurchlässigen Abschnitt.
Besonders bevorzugt ist die Lichtquelle unterhalb der äußeren Oberfläche angeordnet, insbesondere wenn das drehbare Bedienteil über eine äußere Oberfläche des Tragkörpers (und insbesondere des Gehäuses oder des Tragkörpers der haptischen Bedieneinrichtung) nach außen übersteht. Die Lichtquelle leuchtet dann insbesondere von „unten“ nach „oben“ auf den lichtdurchlässigen Abschnitt wenigstens zum Teil in die Richtung der äußeren Oberfläche. In vorteilhaften Ausgestaltungen ist die Lichtquelle schräg zur äußeren Oberfläche ausgerichtet.
Vorzugsweise sind zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Lichtquellen umfasst. Es ist vorteilhaft, wenn wenigstens zwei Lichtquellen aus unterschiedlichen oder auch aus einander gegenüberliegenden Richtungen (insbesondere schräg von unten) auf das drehbare Bedienteil ausgerichtet sind. Schräg aufeinander zu gerichtete Lichtstrahlen ermöglichen optisch ansprechende Lichtverläufe, die in Abhängigkeit von der Situation unterschiedlich sein können.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass wenigstens eine Lichtquelle wenigstens zwei unterschiedliche Leuchtelemente umfasst. Die Leuchtelemente einer Lichtquelle können sich insbesondere (auch) in ihrer Farbe, Intensität und/oder der ausgestrahlten Richtung unterscheiden.
Besonders bevorzugt werden LED (Light Emitting Diode) als Leuchtelemente eingesetzt. Dabei ist es möglich und bevorzugt, mehrere unterschiedlich farbige Leuchtelemente an einer Lichtquelle auszubilden. Dann ist es durch Farbmischung möglich, unterschiedliche Farbeindrücke zu erzielen. Die Leuchtelemente können parallel ausgerichtet sein.
Es ist bevorzugt, dass wenigstens ein lichtdurchlässiger Abschnitt als Ringsegment ausgebildet ist. Das Ringsegment kann sich nur über einen bestimmten Winkel des Umfangs erstrecken. Dann können auf dem Umfang verteilt mehrere Ringsegmente ausgebildet sein. Ein Ringsegment kann aber auch vollständig umlaufen und so eine umlaufende Ringscheibe bilden. Beispielsweise einen transparenten oder teiltransparenten Ring, der im Betrieb beleuchtbar ist.
Vorzugsweise umfasst das drehbare Bedienteil eine Mehrzahl von lichtdurchlässigen Abschnitten. Besonders bevorzugt sind zwei (stärker) lichtdurchlässige Abschnitte axial benachbart zueinander angeordnet. Insbesondere sind die beiden (stärker) lichtdurchlässigen Abschnitte durch wenigstens einen (weniger stark lichtdurchlässigen oder lichtundurchlässigen) Trennabschnitt voneinander getrennt. Es ist auch möglich, dass auf wenigstens einer seitlichen Oberfläche wenigstens eines lichtdurchlässigen Abschnitts eine Sperrschicht oder eine Spiegelschicht oder dergleichen aufgebracht ist. Durch einen Trennabschnitt oder eine Sperr- oder Spiegelschicht wird ein Übertritt von ausgestrahltem Licht von dem einen lichtdurchlässigen Abschnitt zu dem anderen lichtdurchlässigen Abschnitt verhindert. Beide lichtdurchlässigen Abschnitt können separat und unterschiedlich beleuchtet werden.
Vorzugsweise ist den beiden lichtdurchlässigen Abschnitten jeweils wenigstens eine Lichtquelle zugeordnet.
Das Bedienteil (Mausrad oder sonstiges Drehrad) kann mehrere Betätigungszonen aufweisen, welche verschiedene Aktionen auslöst. Z. B. kann der Benutzer ein Mausrad am Rand bzw. an der Kante berühren, zentral in der Mitte (axial) oder am anderen Rand. Je nachdem, wo der Benutzer das Mausrad berührt, wird der jeweilige lichtdurchlässige Teil beleuchtet. Die sensorische Erfassung dazu kann kapazitiv erfolgen oder durch andere Näherungssensoren, Berührungssensoren, Kamera und Bildverarbeitung und Bildbearbeitung, durch induktive Sensoren etc. Dem Benutzer kann so zusätzlich Information gegeben werden, was er auswählt. Die Steuerung der steuerbaren (adaptiven) Bremseinrichtung kann einen Rippel erzeugen, wenn der Benutzer das Bedienteil in der Mitte betätigt, und z. B. das Rad frei drehen lassen (free-wheeling), wenn es am Rand betätigt wird. Mit der Beleuchtung wird das zusätzlich visuell angezeigt.
In allen Ausgestaltungen ist insbesondere wenigstens ein lichtdurchlässiger Abschnitt (insbesondere teiltransparent ausgebildet) und weist Streustrukturen zur Verteilung von Licht auf. Ein lichtdurchlässiger Abschnitt weist insbesondere (im optischen Ergebnis) regelmäßig verteilt optische Wirkelemente wie Lufteinschlüsse oder Streuobjekte auf. Der lichtdurchlässige Abschnitt kann auch wenigstens in Richtung der Beleuchtung eine raue Oberfläche oder Oberflächenstruktur aufweisen, wie sie bei Fresnel-Linsen vorliegen oder sich bei einem Facettenschliff ergeben.
Es ist möglich, dass wenigstens ein lichtdurchlässiger Abschnitt farblos ausgebildet ist. Wenigstens ein lichtdurchlässiger Abschnitt kann auch gefärbt ausgebildet sein. Es sind auch unterschiedliche Färbungen unterschiedlicher lichtdurchlässiger Abschnitte möglich.
In Weiterbildungen ist es möglich, dass das drehbare Bedienteil radial außen einen umlaufenden Ring aus einem elastischen Material aufweist. Der umlaufende elastische Ring kann transparent oder auch lichtundurchlässig ausgebildet sein. Insbesondere ist ein solcher elastischer Ring (in axialer Richtung) schmaler als der lichtdurchlässige Abschnitt, sodass bei Beleuchtung des lichtdurchlässigen Abschnitts Licht auch radial noch austreten kann. Der Ring weist vorzugsweise eine solche haptische Eigenschaft auf, dass ein angenehmes Bedienen ermöglicht wird. Dazu weist der Ring vorzugsweise einen höheren Reibkoeffizient für einen Finger auf als Glas. Bei Einsatz eines Ringes ist die Lichtquelle vorzugsweise wenigstens etwas axial nach außen versetzt angeordnet. Dann ist es immer noch möglich, dass die Lichtquelle wenigstens teilweise innerhalb der durch das drehbare Bedienteil definierten Ebene angeordnet ist. Möglich ist es aber auch, dass die Lichtquelle unter einem Winkel zur axialen Richtung und radialen Richtung ausgerichtet ist und in axialer und radialer Richtung schräg Licht auf das drehbare Bedienteil ausstrahlt.
Es ist bevorzugt, dass wenigstens ein lichtdurchlässiger Abschnitt wenigstens teilweise aus einem Material besteht, welches einer Gruppe von Materialien entnommen ist, welche Gläser, teiltransparente und transparente Kunststoffmaterialien, Polymethylmethacrylat und Acrylgläser und dergleichen mehr umfasst.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die Bremseinrichtung wenigstens überwiegend (oder vollständig) unterhalb der äußeren Oberfläche angeordnet ist. Das bedeutet, dass die Bremseinrichtung im Wesentlichen vollständig oder vorzugsweise vollständig unterhalb der äußeren Oberfläche des Tragkörpers verbleibt. Das drehbare Bedienteil an sich und insbesondere der lichtdurchlässige Abschnitt steht aber radial nach außen über die äußere Oberfläche des Tragkörpers über.
Die (z. B. magnetorheologische) Bremseinrichtung kann an einem Halter oder dem Tragkörper aufgenommen sein. Der Tragkörper kann an einer Konsole ausgebildet sein.
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass eine magnetorheologische Bremseinrichtung eingesetzt wird. Dann ist bevorzugt wenigstens eine Magnetfeldquelle umfasst. Es kann aber auch eine andere steuerbare Bremseinrichtung eingesetzt werden.
Die erste bzw. innere Bremskomponente erstreckt sich insbesondere in einer axialen Richtung und kann mit dem Tragkörper drehfest verbunden sein. Zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente ist insbesondere ein umlaufender Spalt ausgebildet, der auch Bremsspalt oder Wirkspalt genannt werden kann. Der Spalt ist bei Einsatz einer magnetorheologischen Bremseinrichtung wenigstens zum Teil mit einem magnetorheologischen Medium gefüllt.
Zwischen den beiden Bremskomponenten ist eine insbesondere geschlossene und mit einem magnetorheologischen Medium versehene magnetorheologische Bremskammer ausgebildet, welche wenigstens einen (umlaufenden) Spalt bzw. Bremsspalt aufweist. Vorzugsweise ist der Bremsspalt über wenigstens eine Dichtung (nach außen) abgedichtet. Die mit dem magnetorheologischen Medium benetzte oder benetzbare Dichtung umfasst vorzugsweise eine mit der inneren Bremskomponente verbundene Dichtungsbasis und wenigstens eine an der äußeren Bremskomponente anliegende Dichtungslippe.
Die Dichtungslippe liegt insbesondere außen an der äußeren Bremskomponente an und nicht innen an der inneren Bremskomponente. Das bietet erhebliche Vorteile auch in der Materialwahl der inneren Bremskomponente oder von Teilen der inneren Bremskomponente. Es ist nicht nötig, die innere Bremskomponente im Bereich der Dichtungsbasis aus Metall oder einem anderen harten Werkstoff zu fertigen oder eine separate Hülse aus einem solchen Werkstoff aufzubringen. Im Bereich der Aufnahme der Dichtungsbasis kann die innere Bremskomponente auch aus einem weichen Werkstoff und z. B. einem Kunststoff hergestellt werden. Das bietet vielfältige Möglichkeiten zur Verbesserung bei der Konstruktion und Fertigung.
Das magnetorheologische Medium benetzt insbesondere die erste und die zweite Bremskomponente wenigstens abschnittsweise. Die erste Bremskomponente umfasst einen sich in der axialen Richtung erstreckenden Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material und (wenigstens) eine elektrische Spule als Magnetfeldquelle. Die elektrische Spule kann radial oder axial um den Kern gewickelt sein.
Vorzugsweise ist die elektrische Spule in axialer Richtung um den Kern gewickelt und spannt eine Spulenebene auf, sodass sich ein Magnetfeld der elektrischen Spule quer (zu der axialen Richtung) durch die erste Bremskomponente erstreckt.
Dabei ist es möglich und bevorzugt, dass ein maximaler (äußerer) Durchmesser der elektrischen Spule in einer radialen Richtung innerhalb der Spulenebene größer ist als ein minimaler (äußerer) Durchmesser des Kerns in einer radialen Richtung quer (und insbesondere etwa senkrecht oder senkrecht) zu der Spulenebene.
Die erste Bremskomponente definiert jedenfalls eine axiale Richtung. Die erste Bremskomponente kann aber auch wenigstens örtlich zur axialen Richtung gewinkelt ausgebildet sein. Unter der Formulierung, dass sich der Kern der ersten Bremskomponente in der axialen Richtung erstreckt, wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass sich der Kern wenigstens auch im Wesentlichen in die axiale Richtung erstreckt. Der Kern kann einen Verlauf aufweisen, der vorzugsweise parallel zur axialen Richtung ausgerichtet ist, kann aber aber auch einen leichten Winkel zur axialen Richtung aufweisen. Beispielsweise kann der Kern auch unter einem Winkel von 2,5° oder 5° oder 10° oder 15° zur axialen Richtung ausgerichtet sein. Die Wicklung der elektrischen Spule muss ebenso nicht exakt in axialer Richtung um den Kern (oder radial darum herum) ausgerichtet sein. Auch die elektrische Spule kann unter einem Winkel von 5° oder 10° oder 15° oder dergleichen zur axialen Richtung um den Kern gewickelt sein. Es ist in allen Fällen aber bevorzugt, dass ein Winkel zwischen der Ausrichtung des Kerns und der axialen Richtung und ein Winkel der Wicklung der elektrischen Spule zur axialen Richtung kleiner 20° und insbesondere kleiner 10° beträgt.
Besonders bevorzugt ist der Spalt mit einem Magnetfeld der Magnetfeldquelle beaufschlagbar. Dabei durchtritt das Magnetfeld den Spalt. Das Magnetfeld wird (abschnittsweise) durch einen magnetisch leitfähigen äußeren Bremskörper der äußeren Bremskomponente geleitet. Die äußere Bremskomponente kann insbesondere weitgehend aus dem magnetisch leitfähigen äußeren Bremskörper bestehen oder gebildet werden. Besonders bevorzugt ist die äußere Bremskomponente in einem Kontaktbereich mit der Dichtungslippe widerstandsfähiger gegen Abrasion als die innere Bremskomponente in einem Kontaktabschnitt mit der Dichtungsbasis ausgebildet.
Besonders bevorzugt ist die Dichtungslippe elastisch ausgebildet und liegt mit einer (insbesondere geringen) Federkraft elastisch an der äußeren Bremskomponente und vorzugsweise an dem magnetisch leitfähigen äußeren Bremskörper dichtend an.
Bevorzugt weist die Dichtung eine mit der ersten Bremskomponente verbundene Dichtungsbasis und wenigstens eine und insbesondere genau eine an der zweiten Bremskomponente anliegende und umlaufende (elastische) Dichtungslippe auf und die zweite Bremskomponente ist in dem Kontaktbereich mit der (elastischen) Dichtungslippe härter als die innere Bremskomponente in dem Kontaktabschnitt mit der Dichtungsbasis ausgebildet.
Vorzugsweise ist die äußere Bremskomponente in dem Kontaktbereich widerstandsfähiger gegen durch die Dichtungslippe bewirkten Verschleiß als die innere Bremskomponente in einem Kontaktabschnitt mit der Dichtungsbasis. Eine Drehbewegung der Dichtungslippe relativ zu der inneren Bremskomponente und ein sich daraus möglicherweise ergebender Verschleiß wird vermieden. Deshalb kann - abgesehen von dem Kern - die innere Bremskomponente aus leichteren und weniger festen Materialien gebildet werden, z. B. aus einem Kunststoff oder aus einem weichen Metall (insbesondere auch aus einem weichmagnetischen Metall).
In allen Ausgestaltungen kann die Dichtungsbasis zum Beispiel mit der inneren Bremskomponente verklebt sein oder auch über elastische Kräfte an der inneren Bremskomponente halten. Die Dichtungsbasis kann z. B. auch über einen zentralen inneren Befestigungsring auf der inneren Bremskomponente haften. Dazu kann auf dem Innenumfang der Dichtungsbasis eine umlaufende Nut vorhanden sein, in die z. B. der Befestigungsring (z. B. ein 0-Ring oder Quadring oder dergleichen) eingeführt wird. Der radial nach innen überstehende Befestigungsring haftet dann auf Außenoberfläche der inneren Bremskomponente, die gegebenenfalls auch über eine umlaufende Nut auf ihrer Außenoberfläche verfügt, um den Befestigungsring, die Dichtungsbasis und damit die Dichtung definiert zu positionieren. Die Dichtung kann aber auch über z. B. eine Schraube oder eine Mutter eingeklemmt werden, die aufgeschraubt wird.
Vorzugsweise ist die äußere Bremskomponente drehbar. Dabei ist die äußere Bremskomponente vorzugsweise nicht nur um einen bestimmten (und limitierten) Winkelbetrag verschwenkbar angeordnet, sondern kann ohne Beeinflussung durch die magnetorheologische Bremseinrichtung frei gedreht werden. Vorzugsweise ist das Bedienteil mit der äußeren Bremskomponente gekoppelt und insbesondere im Wesentlichen oder auch vollständig drehfest verbunden.
Möglich ist es auch, dass die innere Bremskomponente drehbar ist und dass das Bedienteil mit der inneren Bremskomponente gekoppelt ist.
Vorzugsweise weist die innere Bremskomponente einen Schaft aus einem Kunststoff auf. An und/oder auf dem Schaft ist vorzugsweise die Dichtungsbasis aufgebracht oder fixiert.
Besonders bevorzugt weist die Dichtung einen U-, V-, C- oder W-förmigen Querschnitt auf. Besonders bevorzugt ist der U-, V-, C- oder W-förmige Querschnitt zu dem Bremsspalt hin geöffnet. Dadurch wird bei einem zum Beispiel durch die Temperatur bedingten Druckanstieg im Inneren die Dichtwirkung noch verstärkt.
Die innere Bremskomponente erstreckt sich insbesondere in einer axialen Richtung bzw. definiert eine axiale Richtung. Die innere Bremskomponente ist vorzugsweise als Statoreinheit ausgebildet und die äußere Bremskomponente ist vorzugsweise als Rotoreinheit ausgebildet. Vorzugsweise ist die Rotoreinheit gegenüber der Statoreinheit drehbar.
Besonders bevorzugt weist die innere Bremskomponente einen Statorkörper mit einem Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material und eine um den Kern gewickelte elektrische Spule als Magnetfeldquelle auf.
Vorzugsweise ist ein maximaler äußerer Durchmesser der elektrischen Spule in einer radialen Richtung innerhalb der durch die elektrische Spule aufgespannten Ebene (Spulenebene) größer als ein minimaler äußerer Durchmesser des Kerns in einer radialen Richtung quer zu der Spulenebene.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn die elektrische Spule in axialer Richtung um wenigstens einen wesentlichen Teil des Kerns oder insgesamt um den Kern gewickelt ist. Wenn ein maximaler äußerer Durchmesser der elektrischen Spule in einer radialen Richtung innerhalb der Spulenebene größer ist als ein minimaler äußerer Durchmesser des Kerns in einer radialen Richtung quer und insbesondere wenigstens etwa senkrecht zu der Spulenebene, kann ein größerer Kerndurchmesser realisiert werden. Ein größerer Kernquerschnitt ermöglicht die Erzeugung eines stärkeren Magnetfeldes (höhere Feldstärken im Bremsspalt bzw. Wirkspalt). Dadurch können höhere Bremskräfte bei gleichem Bauraum oder aber gleich hohe Bremskräfte bei geringerem Bauraum erzeugt werden, das erzielbare Drehmoment pro Bauvolumen nimmt damit zu. Bei Bedarf ist es auch möglich, in einem sehr kleinen Bauraum noch beachtliche Bremskräfte zu erzeugen.
Das ergibt sich dadurch, dass das Magnetfeld der elektrischen Spule quer zur axialen Richtung der ersten Bremskomponente verläuft (also radial bezogen auf die Längsachse), und, dass der Durchmesser der elektrischen Spule vergrößert wird.
Der vorhandene Bauraum wird günstig und insbesondere bestmöglich genutzt. Ziel ist es, eine möglichst hohe magnetische Feldstärke (viel Amper/Meter) im Wirkspalt zwischen den sich zueinander bewegenden Wirkflächen (drehenden zu stehenden Komponenten) zu erzeugen. Damit dies möglich ist, werden bestimmte magnetische Querschnitte in den von dem Magnetfeld durchflossenen Komponenten (Magnetkreis) benötigt, welche wiederum von einer elektrischen Spule mit dazu passendem Wickelfenster und elektrischer Auslegung (Drahtstärke/Drahtdurchmesser, Anzahl Wicklungen/Windungen) gespeist werden müssen. Dies alles innerhalb eines meist vorgegebenen (und oft knapp bemessenen) Bauraums.
Versuche beim Stand der Technik haben ergeben, dass eine z. B. vollständig mit Walzen bestückte Bremseinheit weniger Bremsmoment als eine teilweise bestückte ergibt, weil bei einer vollständig bestückten Bremseinheit das von der Elektrospule erzeugte und über den geometrisch restriktierten Kern erzeugte Magnetfeld auf mehrere Übertragungselemente verteilt wird, wodurch pro Übertragungseinheit weniger Feldstärke ankommt. Weniger Feldstärke führt überproportional zu weniger Bremsmoment. Bei dieser Weiterbildung der Konstruktion wurde die magnetorheologische Bremseinrichtung nicht mit magnetisch nicht-leitenden Walzen (quasi sind dies Platzhalter) ausgeführt, sondern der Platz für diese nicht Drehmoment erzeugenden Bauteile wurde für die Vergrößerung der Elektrospule und des Kernes genutzt, sodass mehr Magnetfeld erzeugt wird. Dadurch ergibt sich eine Erhöhung des Bremsmomentes im gleichen Bauraum, weil dadurch die Feldstärke im Wirkspalt erhöht wird. Der Bauraum wurde bestmöglich genutzt.
Bei der magnetorheologischen Bremseinrichtung sind die Übertragungskomponenten wenigstens zum Teil von einem magnetorheologischen Medium umgeben. Insgesamt wird vorzugsweise ein magnetorheologisches Fluid als magnetorheologisches Medium eingesetzt. Das magnetorheologische Medium kann ein Trägermedium umfassen. Das Trägermedium kann in allen Ausgestaltungen flüssig oder auch gasförmig sein. Es kann auf das Trägermedium verzichtet werden (Vakuum). Es ist möglich, dass lediglich durch das Magnetfeld beeinflussbare Partikel in den Kanal gefüllt werden, wobei gegebenenfalls Luft oder ein Inertgas zugegeben wird. Wenn z. B. nur Luft oder auch ein anderes Gas verwendet wird, können verschiedene Feststoffe dazu gemischt werden, um gewisse Eigenschaften zu verbessern. Z. B. kann Graphitpulver beigemischt werden, um die Reibung zwischen den Carbonyleisenpartikeln zu verringern, da Graphit eine schmierende Wirkung zeigt. Die Partikel können insbesondere mit PTFE beschichtet werden. Eine Beschichtung mit PTFE oder eine vergleichbare Beschichtung verhindert insbesondere, dass die Partikel verklumpen und größere Haufen bilden. Solche größeren Haufen zerfallen nicht leicht oder unter Umständen gar nicht mehr.
Es ist vorteilhaft, wenn der Volumenanteil der Partikel groß und insbesondere möglichst groß ist. Mit verschieden großen Partikeln kann eine größere Dichte erreicht werden, da kleinere Partikel in die Zwischenräume von Größeren passen.
Bei Verwendung von MRF ohne Öl oder anderes Flüssiges als Trägermedium muss sichergestellt werden, dass kein Wasser in der Bremskammer (MR-Raum oder MRF-Raum) kondensiert. Z. B. kann Kieselsäuregel (bekannt als Silikagel) oder ein anderes Trocknungsmittel dazu gemischt werden, welches Wasser absorbiert und so seiner Umgebung Feuchtigkeit entzieht.
Vorzugsweise sind über dem Umfang des Spaltes mehrere insbesondere drehbare Übertragungskomponenten verteilt angeordnet. Die Übertragungskomponenten können in dem Spalt drehbar sein und drehen sich dann vorzugsweise wenigstens zum Teil während einer Drehung der ersten und zweiten Bremskomponente relativ zueinander. Ein zentraler Bestandteil der drehbaren Übertragungskomponente oder die drehbare Übertragungskomponente insgesamt ist insbesondere formstabil und ändert während einer Drehung die äußere Form (wenigstens im Wesentlichen) nicht. Vorzugsweise dreht sich die drehbare Übertragungskomponente wenigstens etwas während einer Drehung der zweiten Bremskomponente relativ zu der ersten Bremskomponente.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens eine Übertragungskomponente als Wälzkörper ausgebildet. Unter dem Begriff „Wälzkörper“ ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Drehkörper zu verstehen, der geeignet ist, in dem Spalt auf der ersten bzw. zweiten Bremskomponente abzurollen.
Vorzugsweise weist wenigstens ein Wälzkörper einen zylindrischen oder kugelförmigen oder runden oder abgerundeten (im Wesentlichen formstabilen) Querschnitt auf. Insbesondere kann ein Wälzkörper einen (lang gestreckten) zylindrischen Abschnitt aufweisen. An den Enden kann der Wälzkörper abgerundet sein oder spitz zulaufend oder eckig gestaltet sein. Auch andere Abschnitte und insbesondere Endabschnitte sind möglich. Besonders bevorzugt werden zylindrische Walzen als Wälzkörper eingesetzt. Ein zylindrischer Wälzkörper hat den erheblichen Vorteil, dass der Wälzkörper über der Länge des zylindrischen Abschnitts wirksam sein kann. Dadurch wird die Effektivität erhöht.
Ein erheblicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch eine Verlängerung eines beispielsweise zylindrischen Wälzkörpers ein stärkeres Bremsmoment erzeugbar ist. Gleichzeitig mit der Verlängerung des Wälzkörpers kann (in sinnvoller Weise) auch die elektrische Spule verlängert werden, die sich in Längsrichtung der ersten Bremskomponente erstreckt. Mit einer elektrischen Spule, die in axialer Richtung länger ausgebildet ist, wird eine größere Durchtrittsfläche (vom Magnetfeld durchflossene Querschnittsfläche) für das Magnetfeld zur Verfügung gestellt. Deshalb bewirkt bei dieser Weiterbildung eine Verlängerung der ersten Bremskomponente in axialer Richtung auch eine Vergrößerung des Querschnitts des Kerns. Dadurch kann ein stärkeres Bremsmoment durch eine Verlängerung der ersten Bremskomponente in axialer Richtung erreicht werden.
In bevorzugten Ausgestaltungen besteht wenigstens ein Teil der Übertragungskomponenten aus einem magnetisch leitfähigen Material. Es ist möglich, dass ein Teil der Übertragungskomponenten aus einem magnetisch nicht leitfähigen Material besteht. Vorzugsweise besteht die Mehrzahl der Übertragungskomponenten aus einem magnetisch leitfähigen Material. In allen Fällen konzentriert sich das Magnetfeld im Bereich der magnetisch leitfähigen Übertragungskomponenten. Das führt zu der Konzentration des Magnetfeldes und zu einer örtlichen Verstärkung (Magnetfeldlinienkonzentration). Da der Zusammenhang zwischen erzeugbarem Bremsmoment und Stärke des Magnetfeldes nicht linear ist und da das erzeugbare Bremsmoment mit stärker werdendem Magnetfeld noch überproportional stärker wird, kann dadurch eine erhebliche Verstärkung des erzeugbaren Bremsmomentes (bei gleichem Bauraum/Abmessungen) erzielt werden.
Die Eisenpartikel werden in Richtung des Magnetfeldgradienten gezogen (die Kraft auf ferromagnetische Partikel wirkt immer in Richtung des stärkeren Magnetfelds). Dadurch wird die Konzentration der Carbonyleisenpartikel in den Bereichen höherer Magnetfeldlinienkonzentration auch erhöht. Zum Beispiel erhöht sich die magnetische Feldstärke im Spalt dadurch von < 350 A/m auf Werte größer 350 A/m und auf Werte von bis zu 1.000 A/m (1 kA/m) oder darüber. Die hohe (konzentrierte) Feldstärke zieht mehr Carbonyleisenpartikel aus der magnetorheologischen Flüssigkeit an, es kommt zu einer Carbonyleisen-Anhäufung (Haufenbildung). Dies wiederum erlaubt die Generierung höherer Schubspannungen und damit Bremsmomente.
In allen Ausgestaltungen ist es für eine Erhöhung des erzeugbaren Bremsmomentes nicht nötig, den Durchmesser der ersten Bremskomponente zu erhöhen. Dies ist deshalb sehr wichtig, weil viele Einsatzmöglichkeiten einen größeren Außendurchmesser einer Bremseinrichtung nicht zulassen bzw. ein größerer Außendurchmesser ein gravierender Wettbewerbsnachteil wäre (wie z. B. ein übergroßes seitliches Einstellrad bei einer Armbanduhr). Für eine Verstärkung/Erhöhung des Bremsmomentes kann die erste Bremskomponente axial länger ausgebildet werden, was bauraumtechnisch je nachdem kein bzw. ein kleinerer Nachteil ist.
Die äußere Bremskomponente weist insbesondere einen magnetisch leitfähigen äußeren Bremskörper auf. Vorzugsweise weist die äußere Bremskomponente und insbesondere der äußere Bremskörper der äußeren Bremskomponente (in axialer Richtung) wenigstens abschnittsweise eine zylindrische Innenoberfläche auf.
An wenigstens einem Winkelsegment des Außenumfangs des Kerns ist vorzugsweise wenigstens eine Übertragungskomponente zwischen dem Kern und der zylindrischen Innenoberfläche des magnetisch leitfähigen äußeren Bremskörpers angeordnet. Insbesondere weist an dem Winkelsegment der Kern und/oder die Statoreinheit seitlich neben dem Kern ausgebildete Formelemente auf, welche wenigstens eine an die Form der Übertragungskomponenten angepasste Aufnahme ausbilden. Bei zylindrisch ausgebildeten walzenförmigen Übertragungskomponenten ist der Kern im Bereich der Aufnahme vorzugsweise entsprechend konkav ausgebildet. Vorzugsweise ist nur ein geringer Spalt zwischen der Aufnahme und der Übertragungskomponente ausgebildet. Dadurch wird die Übertragungskomponente von der Aufnahme eingefasst und es findet eine besonders effektive Übertragung des Magnetfeldes auf die Übertragungskomponente statt.
In anderen Ausgestaltungen oder abgesehen von den Bereichen der Aufnahmen ist die Außenoberfläche des Kerns (wenigstens oder nur) über dem Winkelsegment vorzugsweise zylindrisch ausgebildet.
Insbesondere ist die elektrische Spule außerhalb des Winkelsegments an dem Kern aufgenommen. Besonders bevorzugt ragt die elektrische Spule radial weiter nach außen als die Außenoberfläche des Kerns in dem Winkelsegment.
In allen Ausgestaltungen sind vorzugsweise wenigstens zwei Winkelsegmente ausgebildet, an denen Übertragungskomponenten angeordnet sind, wobei insbesondere wenigstens ein Winkelsegment und vorzugsweise jedes Winkelsegment kleiner 150° ist.
In vorteilhaften Ausgestaltungen sind Übertragungskomponenten nur in dem Winkelsegment oder in den (insbesondere zwei) Winkelsegmenten angeordnet.
In vorteilhaften Weiterbildungen ist zwischen den radial äußeren Enden der Übertragungskomponenten und der zylindrischen Innenoberfläche des magnetisch leitfähigen äußeren Bremskörpers ein kleineres radiales Spaltmaß ausgebildet, als ein radialer Abstand zwischen der Spule und der zylindrischen Innenoberfläche des (magnetisch leitfähigen) äußeren Bremskörpers. An den radial äußeren Enden der Übertragungskomponenten liegt bevorzugt ein Spalt mit einer geringen Spalthöhe vor (Wirkspalt). Dadurch kann in Kombination mit hohen Feldstärken ein vorteilhafter Keileffekt eingestellt werden.
Es ist möglich, dass der Kern mit einer Mehrzahl an Übertragungskomponenten fest verbunden ist. Dann ist es möglich, dass keine Übertragungskomponente drehbar ist. Möglich ist es aber auch, dass einzelne Übertragungskomponenten fest mit dem Kern verbunden sind und dass andere Übertragungskomponenten als separate Teile vorgesehen sind, die sich gegebenenfalls auch gegenüber dem Kern bewegen oder drehen können. Diese können seitlich drehbar geführt sein.
Die mit dem Kern fest verbundenen Übertragungskomponenten können einstückig mit dem Kern ausgebildet oder damit fest verbunden und z. B. verschraubt oder vernietet oder verschweißt oder auf eine beliebige andere Art drehfest verbunden sein.
Vorzugsweise bilden wenigstens einige (fest mit dem Kern verbundene) Übertragungskomponenten nach außen abstehende Arme des Kerns.
Es ist auch möglich, dass nicht mehrere Übertragungskomponenten vom Kern nach außen ragen, sondern nur eine als (dünne) Scheibe ausgebildete Übertragungskomponente. Die Form der Scheibe kann so ausgebildet sein, dass sie radial außen dünner ist als innen, damit das Magnetfeld dort auch konzentriert wird.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass eine besonders starke Verkettung der magnetorheologischen Partikel in dem magnetorheologischen Medium auch ohne (drehende) Wälzkörper erzeugt werden kann. Mit einem starken Magnetfeld und hohen Feldstärken im Wirkspalt kann eine effektive Verkettung und Anhäufung von Carbonyleisenpartikel erreicht werden. Die Übertragungskomponenten dienen in allen Fällen als Magnetfeldkonzentratoren. Übertragungskomponenten können auch als Magnetfeldkonzentratoren bezeichnet werden. Durch die hohe Feldkonzentration im Bereich der Übertragungskomponenten wird eine besonders hohe Feldstärke und damit auch eine besonders starke Verkettung und Anhäufung von Partikeln realisiert. Der Keileffekt verstärkt den Effekt, da der Spalt nicht umlaufend eine konstante Höhe aufweist, sondern sich verjüngt. Im Bereich der Übertragungskomponenten wird die radiale Spalthöhe reduziert, während sich daneben Bereiche verketten und eine Art Klumpen/Haufen bilden können.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die erste Bremskomponente axial verschieblich oder verschiebbar an der zweiten Bremskomponente und/oder dem Tragkörper aufgenommen ist.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Sensoreinrichtung umfasst, wobei die Sensoreinrichtung wenigstens eine (insbesondere an der äußeren Bremskomponente mittelbar oder unmittelbar befestigte und besonders bevorzugt damit drehfest gekoppelte) Magnetringeinheit und wenigstens einen drehfest an der ersten Bremskomponente angebundenen sowie radial und/oder axial benachbart zu der Magnetringeinheit angeordneten Magnetfeldsensor zur Erfassung eines Magnetfeldes der Magnetringeinheit umfasst. Insbesondere wird wenigstens ein Hallsensor eingesetzt. Vorteilhaft ist ein zwei- oder dreidimensionaler Hallsensor. Die Magnetringeinheit weist vorzugsweise an einem radialen Ende einen Südpol und an dem gegenüberliegenden radialen Ende einen Nordpol auf. Durch eine Erfassung der Orientierung der Magnetfeldlinien innerhalb (radial innerhalb) der Magnetringeinheit kann so eine Bestimmung der Winkelposition der beiden Bremskomponenten relativ zueinander erfolgen.
Insbesondere ist die Magnetringeinheit (mittelbar) an dem äußeren Bremskörper befestigt.
In allen Weiterbildungen ist es bevorzugt, dass wenigstens eine Abschirmeinrichtung zur wenigstens teilweisen Abschirmung der Sensoreinrichtung vor einem Magnetfeld der elektrischen Spule und/oder anderer Komponenten und/oder einem sonstigen externen Magnetfeld umfasst ist.
Insbesondere umfasst die Abschirmeinrichtung wenigstens einen die Magnetringeinheit wenigstens abschnittsweise umgebenden Abschirmkörper. Vorzugsweise weist die Abschirmeinrichtung wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper und der Magnetringeinheit angeordnete Trenneinheit und/oder wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper und der äußeren Bremskomponente (dem äußeren Bremskörper oder einem damit verbundenen magnetisch nicht-leitenden Körper) angeordnete magnetische Entkopplungseinrichtung auf.
Die Trenneinheit und die Entkopplungseinrichtung weisen insbesondere eine um ein Vielfaches geringere magnetische Leitfähigkeit als der Abschirmkörper auf. Dadurch wird eine besonders vorteilhafte Abschirmung von eventuell störenden Magnetfeldern bewirkt. Dabei besteht der eventuell mehrteilig ausgebildete Abschirmkörper aus einem solchen magnetisch leitfähigen Material und weist eine solche Wandstärke auf, dass in normal üblichen Betrieb keine magnetische Sättigung in wenigstens einer Wandung oder in den Wandungen des Abschirmkörpers auftritt. Dadurch wird eine effektive Abschirmung gewährleistet und es kann eine hohe Qualität des Messsignals erreicht werden.
Die Abschirmeinrichtung kann mehrteilig ausgebildet sein und mehrere miteinander verbundene Komponenten umfassen. Insbesondere umfasst die Abschirmeinrichtung wenigstens eine Ringhülse und wenigstens eine axiale Ringscheibe oder z. B. zwei axiale Ringscheiben, wobei dann an jedem Ende eine axiale Ringscheibe angeordnet werden kann.
Insbesondere wird die Sensoreinrichtung radial zentrisch und etwa axial mittig an der (ein Zylinderabschnittsvolumen aufspannenden) Abschirmeinrichtung angeordnet. Eine axial leicht außermittige Position kann vorteilhaft sein, wenn über eine Stärke des gemessenen Magnetfeldes eine axiale Position abgeleitet wird.
In besonders vorteilhaften Ausgestaltungen sind die Abschirmeinrichtung und die Magnetringeinheit voneinander in radialer und axialer Richtung beabstandet angeordnet. Beispielsweise kann eine Trenneinheit aus einem magnetisch nicht oder nur schwach leitfähigen Material zwischen dem Abschirmkörper und der Magnetringeinheit vorgesehen sein. Die Trenneinheit kann z. B. aus einem Kunststoff bestehen. Beispielsweise kann die Trenneinheit aus einem Spritzgussteil bestehen. Vorzugsweise sorgt die Trenneinheit für einen definierten Abstand und eine definierte Positionierung.
Es ist bevorzugt, dass zwischen den beiden Bremskomponenten eine geschlossene (und nach außen abgedichtete) Kammer ausgebildet ist. Es ist möglich und bevorzugt, dass die zweite Bremskomponente (etwa) an einem ersten Ende der geschlossenen Kammer an der ersten Bremskomponente (an einer ersten Lagerstelle) drehbar aufgenommen oder auch gelagert ist. Die geschlossene Kammer ist besonders bevorzugt im Wesentlichen und insbesondere vollständig mit dem magnetorheologischen Medium gefüllt.
Vorzugsweise ist die zweite bzw. äußere Bremskomponente axial verschieblich an der ersten bzw. inneren Bremskomponente aufgenommen und z. B. gelagert, sodass sich ein Volumen der geschlossenen Bremskammer durch eine relative axiale Verschiebung der beiden Bremskomponenten zueinander verändert, um einen Ausgleich für temperaturbedingte Volumenänderungen zur Verfügung zu stellen.
Es ist möglich, dass an einem zweiten Ende der Bremskammer die zweite Bremskomponente an der ersten Bremskomponente verschieblich aufgenommen ist (und kann dort separat gelagert sein), wobei ein Durchmesser der ersten Lagerstelle an dem ersten Ende der geschlossenen Bremskammer von einem Durchmesser der zweiten Lagerstelle an dem zweiten Ende der geschlossenen Bremskammer verschieden ist.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass an der äußeren Bremskomponente das Bedienteil ausgebildet oder aufgenommen ist und z. B. als Drehteil, Walze, Daumenwalze, Drehknopf, Mausrad oder Drehrad ausgebildet ist. Vorzugsweise kann das Drehteil z. B. einstückig mit einem Drehknopf oder Drehrad gebildet werden. Bei solchen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass der Drehknopf bzw. das Drehteil „topf“-förmig ausgebildet ist. Der „Deckel“ des Drehteils kann einstückig mit einem als Hülsenteil ausgebildeten Drehteil verbunden sein oder separat daran befestigt werden.
Vorzugsweise umfasst das Bedienteil den äußeren Bremskörper aus einem magnetisch leitenden Material. Der äußere Bremskörper stellt einen Außenring für das Magnetfeld zur Verfügung. Das Magnetfeld zu Erzeugung eines Bremsmomentes tritt quer zur axialen Richtung durch die erste Bremskomponente hindurch und durchtritt den Spalt an den Übertragungselementen, die magnetisch leitend ausgebildet sind. Von den feststehenden oder beweglichen Übertragungselementen oder den drehbaren Wälzkörpern aus tritt das Magnetfeld in den Außenring bzw. in den äußeren Bremskörper ein. Dort verlaufen die Magnetfeldlinien zurück zur anderen Seite der ersten bzw. inneren Bremskomponente und durchtreten (auf der gegenüberliegenden Seite) den Spalt wieder an den Übertragungselementen bzw. Wälzkörpern, bevor die Magnetfeldlinien wieder in die innere Bremskomponente eintreten. Somit liegt ein geschlossener Magnetkreis bzw. es liegen geschlossene Magnetfeldlinien vor.
An den Wälzkörpern bildet sich unter dem Einfluss eines Magnetfeldes bei einer Relativdrehung der ersten und der zweiten Bremskomponente relativ zueinander ein Keileffekt aus, so wie er grundsätzlich in der WO 2012/034697 A1 beschrieben ist. Die Offenbarung dieser Druckschrift wird vollständig mit in diese Anmeldung aufgenommen. Das Bremsmoment bei der vorliegenden Erfindung wird regelmäßig ebenfalls durch den Keileffekt an den feststehenden oder beweglichen Übertragungskomponenten bzw. Wälzkörpern bzw. Drehkörpern erzeugt. Es hat sich erstaunlicherweise gezeigt, dass Wälzkörper nicht immer nötig sind. Das ist insbesondere bei besonders klein bauenden Gerätekomponenten sehr vorteilhaft. Möglich ist ein entsprechender Aufbau auch bei einer Bremswirkung über Scherkräfte ohne den Einsatz von Übertragungskomponenten.
Vorzugsweise ist wenigstens eine radiale Wandstärke des äußeren Bremskörpers wenigstens halb so groß wie eine Spaltbreite des Spaltes und/oder ein Durchmesser einer Übertragungskomponente. Vorzugsweise ist eine radiale Wandstärke des äußeren Bremskörpers größer als 3/4 der Spaltbreite des Spaltes und/oder eines Durchmessers einer Übertragungskomponente. Die radiale Wandstärke des äußeren Bremskörpers kann insbesondere auch größer sein als ein Durchmesser einer Übertragungskomponente. Durch eine genügende Wandstärke des aus einem magnetisch leitenden Materials bestehenden äußeren Bremskörpers kann gewährleistet werden, dass die gewünschte Feldstärke des Magnetfeldes im Bereich der Wälzkörper erzeugt werden kann, um ein hohes Bremsmoment erzeugen zu können.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass eine Länge der ersten bzw. inneren Bremskomponente in der axialen Richtung größer ist als eine Länge einer Übertragungskomponente in der axialen Richtung. Wenn die Übertragungskomponente in der axialen Richtung kürzer ausgebildet ist als die erste Bremskomponente führt dies zu einer dreidimensionalen Konzentration des Magnetfeldes im Randbereich der Übertragungskomponente bzw. des Wälzkörpers. Das Magnetfeld kann den Spalt praktisch nur in den Abschnitten durchtreten, in denen sich eine Übertragungskomponente bzw. ein Wälzkörper befindet.
Vorzugsweise ist eine Länge des Spaltes in der axialen Richtung wenigstens doppelt so groß wie eine Länge einer Übertragungskomponente in axialer Richtung. Möglich und bevorzugt ist es auch, dass zwei oder mehr Übertragungskomponenten und insbesondere Wälzkörper in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind. Möglich ist es dabei zum Beispiel, dass sich magnetisch leitende Übertragungskomponenten und magnetisch nicht leitende Übertragungskomponenten in axialer Richtung abwechseln, sodass beispielsweise jede zweite oder dritte Übertragungskomponente in axialer Richtung magnetisch nicht leitend ausgebildet ist. Dadurch wird eine Konzentration des Magnetfeldes erzeugt (hohe Feldstärken im Wirkspalt bei den magnetisch leitenden Übertragungskomponenten), die vorteilhaft für das maximal erzeugbare Bremsmoment ist.
In bestimmten Ausgestaltungen ist die erste Bremskomponente im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und umfasst einen zylindrischen Grundkörper als Kern und die elektrische Spule bzw. die elektrischen Spulen. Es können aber auch davon abweichende Formen gewählt werden (Ellipse ...).
Möglich ist es auch, dass beispielsweise eine Kugel zum Lagern eines Drehknopfes oder der Bremseinrichtung der Gerätekomponente umfasst ist, die am distalen Ende zentral angeordnet sein kann, um eine einfache Lagerung zwischen der ersten Bremskomponente und der zweiten Bremskomponente zur Verfügung zu stellen.
Es ist möglich, dass die elektrische Spule wenigstens teilweise in Axialnuten und/oder Quernuten des zylindrischen Statorkörpers der Statoreinheit (der ersten Bremskomponente) gewickelt ist. Vorzugsweise sind die Wicklungen der elektrischen Spule oder das gesamte Bauteil mit Vergussmasse eingegossen. Es ist bevorzugt, eventuell vorhandene Axialnuten und/oder Quernuten wenigstens teilweise mit Vergussmasse zu füllen. Dadurch wird verhindert, dass in den Bereich der Spulendrähte magnetorheologisches Medium bzw. magnetorheologisches Fluid eintritt. Das könnte zu einer Entmischung des Fluids führen.
Vorzugsweise weist der Tragkörper und/oder die Statoreinheit und vorzugsweise der Statorschaft eine Kabeldurchführung auf. Durch die Kabeldurchführung können Anschlusskabel für die Spule und/oder Sensorkabel und dergleichen mehr geführt werden. Dadurch werden eine leichte Montage und eine kostengünstige Herstellung ermöglicht.
Vorzugsweise weist der Tragkörper eine Aufnahme zur drehfesten Verbindung mit der ersten Bremskomponente auf. Dabei kann der Tragkörper die erste Bremskomponente kraftschlüssig und/oder formschlüssig aufnehmen. Im Betrieb wird das Bremsmoment zwischen der ersten Bremskomponente und der zweiten Bremskomponente über den Tragkörper abgeführt.
Vorzugsweise weist die Statoreinheit eine zylindrische Aufnahme für eine Lagereinheit auf und stützt die zweite Bremskomponente drehbar auf der Statoreinheit ab.
An der zylindrischen Lauffläche ist vorzugsweise die Dichtung zum Abdichten des Spaltes angeordnet, wobei die Dichtung insbesondere näher an dem Spalt angeordnet ist als die Lagereinheit. Dadurch wird die Lagereinheit zuverlässig vor dem magnetorheologischen Medium geschützt. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht einen kompakten Aufbau und einen zuverlässigen Betrieb. Die Lagereinheit kann z. B. ein Gleit- oder Wälzlager sein.
Die haptische Bedieneinrichtung kann an einer Konsole oder auch an anderen Teilen befestigt sein.
Vorzugsweise ist eine relative Winkelstellung oder auch eine absolute Winkelstellung erfassbar. Vorzugsweise ist eine Genauigkeit besser als 1° und insbesondere besser als 0,5° und besonders bevorzugt besser als 0,2° oder 0,1°.
Vorzugsweise ist eine Benutzerschnittstelle, ein Bedienpanel, ein Display, ein berührungsempfindliches Display mit oder ohne haptischem Feedback und/oder wenigstens ein Sensor angebracht. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht neben der Bedienung auch gleichzeitig die Anzeige oder Ausgabe von Informationen während der Bedienung. Damit wird beispielsweise ein Bedienknopf mit gleichzeitigem Ausgabedisplay ermöglicht.
In allen Ausgestaltungen ist es möglich, dass an dem Tragkörper oder der Statoreinheit ein druckempfindlicher Sensor angebracht ist oder der Statoreinheit ein solcher Sensor zugeordnet ist. Beispielsweise kann in der Statoreinheit ein druckempfindlicher Sensor angebracht sein. Möglich ist es aber auch, dass ein Piezo-Sensor am Unterteil der Statoreinheit oder an der Konsole etc. angebracht ist. Es kann auch eine axiale Verschiebung der beiden Bremskomponenten gegeneinander registriert werden. Dabei kann eine haptische Rückmeldung erfolgen.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass eine Differenz zwischen einem lichten Innendurchmesser des äußeren Bremskörpers und einem minimalen Außendurchmesser der ersten Bremskomponente größer 1 oder 2 oder 3 mm und kleiner 50 mm beträgt. Es ist ebenso bevorzugt, dass ein Außendurchmesser des äußeren Bremskörpers zwischen 5 mm oder 10 mm und 90 mm beträgt. Vorzugsweise beträgt eine Höhe des Bedienteils zwischen 5 mm und 100 mm. In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass eine Steuereinrichtung umfasst ist, welche dazu ausgebildet ist, mit der elektrischen Spule eine variable und gezielt steuerbare Bremswirkung hervorzurufen.
Insgesamt arbeitet die vorliegende Erfindung besonders bevorzugt nach dem Grundprinzip der Keilklemmung, wobei eine Übertragungskomponente mit einem gewissen Abstand an den Wänden entlang streift oder gegebenenfalls darauf abrollt. Durch ein Magnetfeld entsteht der Keileffekt, sodass ein hohes Bremsmoment erzeugbar ist. Vorzugsweise wird ein Magnetfeld quer zu (dem Kern) der ersten Bremskomponente erzeugt. Dabei können durch die radial vergrößerte elektrische Spule höhere Bremsmomente bei kleinerer Baugröße erzeugt werden. Durch den Einsatz dieser axialen Spule kann eine bessere Skalierbarkeit erreicht werden. Dadurch wird es möglich, mittels längerer Wälzkörper und einer axial längeren elektrischen Spule ein skalierbares und größeres Bremsmoment oder bei kurzer Bauweise ein entsprechend kleineres Bremsmoment erzeugt. Dabei muss der Durchmesser der ersten Bremskomponente nicht größer gewählt werden, um ein entsprechendes Magnetfeld durchzuleiten, denn mit einer axialen Anpassung des Kerns wird auch die Fläche des Kerns (Querschnittsfläche) größer. Gegebenenfalls kann die axiale Länge auch reduziert werden, wenn nur ein relativ geringes Bremsmoment benötigt wird. Der Bauraum kann dementsprechend angepasst werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass auch für eine Großserie das Herausführen des elektrischen Anschlusskabels für die elektrische Spule einfach möglich ist. Es kann über einfache Mittel eine Dichtheit der magnetorheologischen Bremseinrichtung und ein Skalieren ermöglicht werden.
Grundsätzlich kann über längere Wälzkörper ein größeres Moment von der magnetorheologischen Bremseinrichtung erzeugt werden, da die Wirklänge steigt. Durch die nochmals erheblich größere Kernfläche wird gewährleistet, dass die Übertragungskomponenten immer einer entsprechenden magnetischen Flussdichte ausgesetzt werden. Die Magnetfeldstärke beim „Keil“ an der Übertragungskomponente kann höher gewählt werden als im Stand der Technik. Es können lang ausgebildete Übertragungskomponenten eingesetzt werden, denen ein genügend starkes Magnetfeld zugeleitet werden kann.
Insbesondere geht das von elektrischen Spule erzeugte Magnetfeld radial durch den Kern, dann durch die Wälzkörper und schließt sich über das (Hülsenteil bzw.) den äußeren Bremskörper. Dabei schließen sich die Magnetfeldlinien einmal in der einen und z. B. unteren bzw. linken und einmal in der anderen und z. B. oberen bzw. rechten Hälfte des äußeren Bremskörpers. Die Wege sind somit kurz, was eine bessere Ansprechzeit (geringere Induktivität) zur Folge hat. In einfachen Ausgestaltungen verläuft der Magnetfluss somit im Wesentlichen zweidimensional. Dabei ist es egal, wie lang, kurz oder hoch die Übertragungskomponenten ausgebildet werden. Dadurch kann eine beliebige Skalierung in der Länge erreicht werden, da die Magnetfeldübertragungsfläche mit wächst. Bei konzentrisch um die Längsrichtung der ersten Bremskomponente gewickelten elektrischen Spulen (Stand der Technik) bleibt die Querschnittsfläche im Kern hingegen immer gleich und bildet insofern ein Nadelöhr für das Magnetfeld, solange der Durchmesser nicht verändert wird. Ein größerer Durchmesser der ersten Bremskomponente ändert aber auch den Bauraumbedarf, die Einbauabmessungen und das Gewicht der magnetorheologischen Bremseinrichtung. Außerdem ändern sich die Momentenabstände und die Drehzahlen der Wälzkörper, was nicht immer vorteilhaft ist. Bei Vergrößerung des verfügbaren Kernquerschnittes und einer linearen Verlängerung wie bei der vorliegenden Erfindung ändert sich dies hingegen nicht.
Werden längere Wälzkörper eingesetzt, so kann der Bremseffekt einer langen Walze besser sein als bei zwei kurzen, die die gleiche Gesamtlänge aufweisen. Das liegt unter anderem daran, dass die Flüssigkeit abstandsmässig länger verdrängt werden muss, da der Rand weiter entfernt ist (hydrodynamischer Druck).
In bevorzugten Ausgestaltungen weist die magnetorheologische Bremseinrichtung einen Durchmesser des äußeren Bremskörpers (und somit der zweiten Bremseinrichtung) von zwischen etwa 5 und 40 mm (+/- 20%) auf und in bevorzugten Ausgestaltungen etwa 10 bis 20 mm.
Ingesamt stellt die Erfindung eine vorteilhafte haptische Bedieneinrichtung mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung („MRF Bremse“) zur Verfügung, wobei das drehbare Bedienteil beleuchtet oder erleuchtet werden kann. Dabei ist der Außendurchmesser der MRF Bremse besonders bei haptischen Anwendungen meist vorgegeben. Hier gibt es ergonomische Richtlinien oder Bauraumvorgaben. Deshalb kann der Kernquerschnitt generell nicht so einfach vergrößert werden, weil damit der Außendurchmesser auch größer wird (Knopfaußendurchmesser; Fläche für die Finger). Zudem benötigt man mit größer werdendem Außendurchmesser wieder mehr Sperrmoment, da der Momentenabstand deswegen größer wurde. Die Fingerkraft, also die (Tangential)kraft zwischen den Betätigungsfinger(n) und dem Bremselement bzw. der Außenoberfläche des Bremselements muss bzw. sollte gleich bleiben, da einerseits vom Benutzer nur eine bestimmte Kraft aufgebracht werden kann und die notwendigen Kräfte an den Fingern (Fingerspitzen) für das Wohlbefinden bei der Betätigung (Bedienqualität) wichtig sind.
Die Erfindung erreicht das Ziel, eine möglichst einfache aber dennoch gut skalierbare haptische Bedieneinrichtung mit hohem Bremsmoment bei einem kompakten Außendurchmesser zu erhalten.
Ein Vergießen der Elektrospule ist vorteilhaft, damit das MR-Medium oder die MR-Flüssigkeit (Trägerflüssigkeit) nicht in die Leerräume zwischen den Spulendrähten gelangt (Kapillareffekt). Dies kann sonst zum Entmischen führen. Statt eines (zylindrischen) Spulendrahts kann auch ein Flachmaterial aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Werkstoff verwendet werden.
Der Kern, die Walzkörper und der äußere Bremskörper können aus einem einfachen Stahl (z. B. S235), ohne große Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit und -härte, gefertigt sein, welcher vorzugsweise gute magnetische Eigenschaften aufweist. Es können aber auch (mehrere übereinander gestapelte) Walzkörper oder Kugeln oder anders geformte Übertragungskomponenten verwendet werden. Es können Abstandshalter (Leitblech) zwischen den Wälzkörpern vorhanden sein.
Der noch neben der elektrischen Spule verfügbare Raum (Spalt) zwischen Kern und Außenzylinder muss nicht zwingend (nahezu) komplett mit Walzkörpern gefüllt sein. Es können auch Distanzhalter zwischen den Walzkörpern oder ein oder mehrere Walzkörper oder Übertragungskomponenten aus magnetisch nicht leitendem Material - zusammen mit Walzkörpern oder Übertragungskomponenten aus magnetisch leitendem Material - verwendet werden.
Das Gegendrehmoment kann an z. B. eine Konsole, Grundplatte, Aufnahmeplatte, Gehäuse oder ein anderes Bauteil abgeleitet werden. Die Statoreinheit hat vorzugsweise eine Bohrung, durch welche die Kabel geführt werden. Vorzugsweise dichtet ein Dichtelement (z. B. 0- Ring) das Kabel gegenüber der Statoreinheit bzw. dem Innenraum ab, sodass vom Innenraum keine Flüssigkeit über das Kabel nach außen gelangen kann. Zusätzlich zum (Spulen-)Kabel kann auch ein Temperatursensorkabel oder anderes Sensorkabel durch diese Öffnung geführt werden.
Der Statorkörper kann auch aus einem anderen Material wie der Kern, Walzkörper oder der äußere Bremskörper hergestellt sein. Die bevorzugte Walzkörperhöhe liegt zwischen 3 und 6 mm, kann aber auch 1 oder 2 mm sein.
Vorzugsweise besteht zumindest eine vom Magnetfeld durchflossene Komponente wenigstens teilweise oder vollständig aus dem Werkstoff FeSi3P.
In besonders bevorzugten Weiterbildungen der haptischen Bedieneinrichtung ist die äußere Bremskomponente für ihre Drehbarkeit um die innere Bremskomponente mittels wenigstens einer Lagereinheit wenigstens einer Lagereinrichtung an dem Tragkörper gelagert, sodass mit der Lagereinheit eine von der inneren Bremskomponente unabhängige Lagerung der äußeren Bremskomponente erfolgt.
Vorzugsweise ist die Rotoreinheit für ihre Drehbarkeit um die Statoreinheit mittels wenigstens einer Lagereinheit wenigstens einer Lagereinrichtung an dem Tragkörper gelagert, sodass mit der Lagereinheit eine von der Statoreinheit unabhängige Lagerung der Rotoreinheit erfolgt.
Insbesondere ist die äußere Bremskomponente mittels der Lagereinheit nach radial außen an dem Tragkörper gelagert.
Es ist vorteilhaft, wenn die Lagereinheit an einer radialen Außenseite der äußeren Bremskomponente angeordnet ist und wenn die äußere Bremskomponente wenigstens teilweise zwischen der Lagereinheit und der inneren Bremskomponente angeordnet ist.
Vorzugsweise umgibt die Lagereinheit die äußere Bremskomponente nur teilweise radial. Vorzugsweise umgibt die Lagereinheit die äußere Bremskomponente formschlüssig radial, sodass die äußere Bremskomponente die Lagereinheit in radialer Richtung nicht verlassen kann. Insbesondere ist die äußere Bremskomponente dabei nur mit einem radialen Teilabschnitt ihres Umfangs an dem Tragkörper gelagert.
Vorzugsweise ist die äußere Bremskomponente nicht an der inneren Bremskomponente und vorzugsweise nur an dem Tragkörper gelagert.
Es ist möglich und bevorzugt, dass wenigstens eine Lagereinheit wenigstens ein Festlager zum Blockieren einer axialen Bewegbarkeit der äußeren Bremskomponente bereitstellt und/oder dass der wenigstens einen Lagereinheit wenigstens eine Wegbegrenzung für eine axiale Bewegbarkeit der äußeren Bremskomponente in wenigstens einer Richtung zugeordnet ist.
Insbesondere ist ein Schaft der inneren Bremskomponente mittels wenigstens eines Schafthalters an dem Tragkörper angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Statoreinheit drehfest an dem Schafthalter angeordnet. Insbesondere ist der Schafthalter axial verschiebbar an dem Tragkörper angeordnet und der Schafthalter umgibt die äußere Bremskomponente wenigstens abschnittsweise radial.
Es ist bevorzugt, dass die äußere Bremskomponente axial verschiebbar an dem Tragkörper gelagert ist.
Insbesondere ist die innere Bremskomponente nur einseitig an dem Tragkörper befestigt und/oder ist nur mit einem Endabschnitt des Schafts an dem Tragkörper befestigt.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Ausrichtungseinrichtung zum Ausrichten einer axialen Mittelachse der inneren Bremskomponente umfasst, insbesondere zum Ausrichten des Schafts relativ zu einer axialen Mittelachse bzw. Drehachse der äußeren Bremskomponente.
Vorzugsweise ist mittels der Ausrichtungseinrichtung wenigstens ein Schaft der inneren Bremskomponente an dem Schafthalter ausrichtbar. Insbesondere umfasst der Schaft dazu wenigstens einen konischen Ausrichtungsabschnitt, welcher in und/oder an einem korrespondieren konischen Ausrichtungsteil des Schafthalters angeordnet ist.
Es ist vorteilhaft, wenn mittels der Ausrichtungseinrichtung der Schafthalter an dem Tragkörper und/oder die äußere Bremskomponente an dem Schafthalter ausrichtbar ist.
Insbesondere ist der Schafthalter dazu wenigstens teilweise achsensymmetrisch ausgebildet, sodass eine axiale Mittelachse eines Abschnitts des Schafthalters, welcher die äußere Bremskomponente radial umgibt, und eine axiale Mittelachse eines Abschnitts des Schafthalters, an welchem die innere Bremskomponente befestigt ist, parallel und insbesondere überdeckend angeordnet sind.
Die äußere Bremskomponente kann an einem Abschnitt des Schafthalters, welcher die äußere Bremskomponente radial umgibt, drehbar gelagert sein.
Vorzugsweise umgibt ein Abschnitt des Schafthalters die äußere Bremskomponente radial und ist mit seiner Außenseite wenigstens teilweise in dem Tragkörper angeordnet und ist vorzugsweise dort drehfest angeordnet.
Insbesondere ist ein bei einer Verzögerung der Drehbewegung der äußeren Bremskomponente auftretendes Verzögerungsmoment über die innere Bremskomponente in den Tragkörper ableitbar.
Eine im Rahmen eines Bedienvorgangs auf die äußere Bremskomponente ausgeübte Druckbelastung ist insbesondere wenigstens über die Lagereinheit unter Umgehung der inneren Bremskomponente in den Tragkörper ableitbar.
Die Lagereinrichtung umfasst insbesondere wenigstens eine weitere Lagereinheit und die äußere Bremskomponente ist insbesondere auch mittels der wenigstens einen weiteren Lagereinheit an dem Tragkörper gelagert.
Die äußere Bremskomponente umfasst wenigstens ein Bedienrad als drehbares Bedienteil oder ist als ein solches ausgebildet. Das Bedienrad ist vorzugsweise eine Fingerwalze und besonders bevorzugt ein Mausrad.
In vorteilhaften Ausgestaltungen kann das drehbare Bedienteil zur Durchführung einer Eingabe mittels wenigstens eines Fingers gedreht werden.
In vorteilhaften Weiterbildungen umfasst das drehbare Bedienteil wenigstens zwei Betätigungszonen. Wenigstens eine Bewegung des drehbaren Bedienteils ist mittels der steuerbaren Bremseinrichtung in Abhängigkeit davon gezielt dämpfbar (bremsbar), an welcher Betätigungszone das drehbare Bedienteil betätigt wird und/oder welche Betätigungszone zuvor aktiviert wurde.
Vorzugsweise ist die Dämpfung der Bremseinrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines mittels wenigstens einer Sensoreinrichtung erfassten Drehwinkels des drehbaren Bedienteils einstellbar und ist insbesondere gezielt anpassbar.
Insbesondere wird mittels wenigstens einer Überwachungseinrichtung sensorisch erfasst, von welcher Betätigungszone aus die Betätigung erfolgt. Vorzugsweise sind die Betätigungszonen durch Berühren und/oder Drücken aktivierbar.
Es ist möglich, dass das drehbare Bedienteil zur Durchführung einer Eingabe auch gedrückt werden kann.
Besonders vorteilhaft sind die Betätigungszonen drehfest miteinander verbunden. Vorzugsweise weisen die Betätigungszonen eine gemeinsame (durchgehende) Drehachse auf.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird mit einer zuvor beschriebenen haptischen Bedieneinrichtung durchgeführt.
Vorzugsweise wird das drehbare Bedienteil wenigstens teilweise manuell betätigt. Vorzugsweise kann wenigstens eine Bewegbarkeit des drehbaren Bedienteils mittels der steuerbaren Bremseinrichtung gezielt verzögert und/oder blockiert und/oder freigegeben werden.
Insbesondere können die Lichtquellen gesteuert werden, um Helligkeits- und/oder Farbverläufe gezielt einzustellen und zu verändern.
Bei einer Ausgestaltung als Computermaus und mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung weist die Bremseinrichtung einen im Vergleich zur Ausdehnung des Mausrades relativ großen Durchmesser auf. Der Durchmesser der Bremseinrichtung kann ein Drittel oder die Hälfte des Durchmessers des Mausrades erreichen oder überschreiten. Auch die Ausdehnung der Bremseinrichtung in axialer Richtung ist groß und in der Regel erheblich größer als die axiale Ausdehnung des Mausrades. Bei solchen Ausgestaltungen kann das Mausrad in einem achsnahen Bereich nicht in axialer Richtung mit einer Lichtquelle beleuchtet werden.
Die Erfindung ermöglicht es vorteilhaft, mit (möglichst) wenigen Lichtquellen (insbesondere LEDs) eine (möglichst) gute Ausleuchtung des gesamten sichtbaren drehbaren Bedienteils (sichtbarer Mausradabschnitt) mit verschiedenen Farben gleichzeitig zu erreichen. Das ist auch bei Bewegung des drehbaren Bedienteils möglich. Auch eine zeitliche Veränderung der Farbe und/oder Intensität und/oder des Farbverlaufs ist möglich. Über zwei oder mehr Leuchtelemente einer Lichtquelle oder mit zwei Leuchtelementen (z. B. LEDs) unterschiedlicher Farbe kann ein Farbverlauf erzeugt werden. Bei unterschiedlich starker Bestromung der Leuchtelemente (LEDs) kann auch die Intensität der Farben verändert werden, z. B. auf der einen Seite des drehbaren Bedienteils (Mausrades) kann ein helleres Licht und an der anderen Seite ein dunkleres Licht erkennbar sein. Auch ein einfarbiger Helligkeitsverlauf mit nur einem Leuchtelement ist so möglich.
Es ist möglich, mit zwei LEDs ein drehbares Bedienteil wie ein Mausrad von unten in einem (richtigen) Winkel anzustrahlen. Das drehbare Bedienteil oder ein Teil des drehbaren Bedienteils wird vorzugsweise teiltransparent oder transparent ausgeführt. Das Mausrad kann in axialer Richtung, z. B. aus drei Segmenten bestehen, wobei die zwei äußeren (Stirnseiten) z. B. aus Metall und das Innere aus Acrylglas oder einem anderen transparenten Material besteht. So kann das mittlere Acrylglassegment das Licht von den LEDs von unten nach oben leiten. Im Prinzip ist eine beliebige Anzahl von LEDs möglich, zwei LEDs haben jedoch folgende Vorteile gegenüber nur einer oder mehr:

• Es können verschiedene Farben und Farbverläufe erzeugt werden. Bei einer LED kann regelmäßig immer nur eine Farbe gleichzeitig erzeugt werden.
• Bei mehr als zwei LEDs sind die LEDs regelmäßig hintereinander und können dadurch keine besseren Farbverläufe erzeugen, sondern es würde zu einer stärkeren Mischung der Farben kommen.

Eine Voraussetzung zur Veränderung des Lichtes ist der Einsatz entsprechender Leuchtdioden oder anderen Lichtquellen, die dazu in der Lage sind (wie z. B. RGB-Dioden, die im Prinzip drei Dioden verschiedener Farbe sind, die in einem Bauteil verbaut und als eine RGB-Diode bezeichnet werden).
Es ist eine einfache Beleuchtung des drehbaren Bedienteils möglich, was an sich schon ein Verkaufsargument ist. Zusätzlich kann durch die (steuerbare) Beleuchtung auch der Benutzer unterstützt werden. Wählt der Nutzer eine z. B. kritische Funktion, kann das Mausrad z. B. rot leuchten. Wenn es besonders kritisch ist, kann z. B. ein blinkendes Rot gewählt werden.
Bei einer zulässigen Funktion kann ein grünes Leuchten erfolgen. Oder der Farbverlauf geht in eine oder die andere Richtung und zeigt so an, wohin der Nutzer drehen soll. Dies kann besonders für beeinträchtigte Personen von Vorteil sein.
Der lichtdurchlässige Abschnitt des drehbaren Bedienteils kann aus unterschiedlichen Materialen gefertigt werden. Eine günstige Variante für den lichtdurchlässigen Abschnitt (das transparente Teil) ist Acrylglas. Es können theoretisch beliebige transparente Medien und Materialien verwendet werden. Für eine gute und homogene Ausleuchtung des gesamten drehbaren Bedienteils (Mausrades) bzw. dessen lichtdurchlässigen Abschnitts zu erhalten, ist der lichtdurchlässige Abschnitt des drehbaren Bedienteils vorzugsweise aus einem Material sein bzw. ist aus einem Material, welches das Licht im Material streut. Dadurch wird der gerade Lichtstrahl der LED in alle Richtungen zufällig gebrochen und leuchtet so das ganze Mausrad aus. Gute Ergebnisse wurden mit einem weißen (milchigen) Acrylglas (PMMA) wie z. B. Plexiglas GS Weiß WH17 erzielt.
Grundsätzlich kann auch normales Glas verwendet werden, welches insbesondere angeschliffen ist. Normales Glas ohne Streuelemente würde an sich auch funktionieren, aber das Licht tritt durch das Glas direkt durch, sodass das nicht das ganze drehbare Bedienteil gleichmäßig ausgeleuchtet würde, was nicht so erwünscht ist. Eine Möglichkeit, trotzdem Glas oder transparentes Acrylglas zu verwenden ist es insbesondere, die Oberfläche dementsprechend zu bearbeiten. Z. B. könnte die Oberfläche so geschliffen werden, dass möglichst viele Oberflächensegmente in eine andere Richtung ausgerichtet sind (wie beim Facettenschliff von Diamanten oder anderen Kristallen). Dadurch wird das Licht vorzugsweise in viele Richtungen gebrochen und wie in einem Prisma in verschiedene Frequenzen aufgespalten. Es können auch nur einzelne Linsenabschnitte (Prinzip der Fresnel-Linse) geschliffen werden. So werden einzelne Punkte verstärkt.
Alternativ kann normales Glas auch mit Farbstoffen eingefärbt werden, oder mit anderen Stoffen gemischt werden. So können auch kleine Lufteinschlüsse für Streuung sorgen.
Vorzugsweise wird eine Lichtquelle mit der gleichen Halterung gehalten, wie die Bremseinrichtung bzw. das drehbare Bedienteil. Oder die Lichtquellen oder deren Leuchtelemente (z. B. LEDs) werden vorzugsweise an Halterungen angebracht, die direkt mit einer Leiterplatte verbunden sind. So sind insbesondere die richtige Position und die elektrische Verbindung gewährleistet. Je nach Bauraum können die Leuchtelemente verschieden angeordnet sein, z. B. auch im unteren Drittel gegenüberliegend voneinander angeordnet.
Gut erkennbare Farbverläufe lassen sich insbesondere dann erzeugen, wenn die Leuchtelemente nicht zu nahe beieinander liegen.
Möglich ist es auch, dass die Leuchtelemente auf gegenüberliegenden Seiten platziert sind.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
In den Figuren zeigen:

1a-1g schematische Ansichten von erfindungsgemäßen haptischen Bedieneinrichtungen und Details davon;
2 einen stark schematischen Querschnitt durch einen Wälzkörper einer magnetorheologischen Bremseinrichtung;
3a-3b schematische Querschnitte durch erfindungsgemäße haptische Bedieneinrichtungen;
4a-4c verschiedene Ansichten einer weiteren haptischen Bedieneinrichtung;
5 eine rein schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung einer haptischen Bedieneinrichtung;
6-12 schematische Gesamt- und Detaildarstellungen noch einer weiteren erfindungsgemäßen haptischen Bedieneinrichtung;
13a-e rein schematische Darstellungen der Bewegbarkeit des Bedienteils durch die Bremseinrichtung bei Betätigung des Bedienteils.

1a bis 1g zeigen mehrere erfindungsgemäße haptische Bedieneinrichtungen 100 bzw. Gerätekomponenten 200, an denen jeweils wenigstens eine Bremseinrichtung 1 und wenigstens ein Bedienteil 101 eingesetzt werden kann. Die Bremseinrichtung 1 ist hier als magnetorheologische Bremseinrichtung 1 ausgeführt. Die Bremseinrichtung kann aber auch anders betätigt oder angetrieben sein, z. B. durch einen Elektromotor oder als konventionelle Bremse.
1a zeigt eine als haptische Bedienwalze 102, auch als Daumenwalze 102 bezeichnet, ausgeführte haptische Bedieneinrichtung 100. Die Bedienwalze 102 ist über die Konsole oder einen Tragkörper 50 befestigt. Die Daumenwalze 102 wird durch Drehung des Bedienteils 101 bedient. Es kann eine Benutzerschnittstelle vorgesehen sein, um Informationen zu übermitteln. Die Daumenwalze 102 kann detektieren, ob ein rechter oder eher ein linker Rand der Daumenwalze 102 betätigt wird. Das kann über Sensoren einer Überwachungseinrichtung 101f erfolgen. Je nach Stelle der Betätigung können unterschiedliche Maßnahmen veranlasst werden. Es ist aber auch möglich, dass keine Überwachungseinrichtung 101f vorhanden ist oder dass unabhängig von der Betätigungsstelle immer gleich verfahren wird. Hier weist die Daumenwalze 102 wenigstens einen lichtdurchlässigen Abschnitt 130 auf, der über hier nicht sichtbare Lichtquellen 140 (vgl. 1d) auch von unterhalb der äußeren Oberfläche 50a bedarfsweise beleuchtbar ist. Dadurch kann auch eine optische Rückkopplung erzeugt werden.
Die Daumenwalze 102 ist bevorzugt beispielsweise in Lenkrädern von Fahrzeugen einsetzbar. Die Daumenwalze 102 ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Die Daumenwalze 102 kann allgemein je nach Einbausituation auch mit jedem anderen Finger nutzbar sein.
Wenn das Bedienteil 101 bzw. die Daumenwalze nicht bedient wird, können Vibrationen von zum Beispiel einem Fahrzeug darauf übertragen werden. So können Vibrationen von dem fahrenden Fahrzeug auf das Lenkrad oder die Mittelkonsole übertragen werden. Dann kann es z. B. passieren, dass sich das Bedienteil oder die die Daumenwalze ungewollt durch die Vibrationen bewegt. Damit das nicht passiert, kann eine elektrische Spule 26a (vgl. 3a) der Daumenwalze bei Nichtbenutzung leicht bestromt werden, wodurch praktisch eine Erhöhung des Grundmoments bewirkt wird. Die Software überwacht dabei das Bedienteil 101. Wenn sich der Drehwinkel des Bedienteils 101 (Drehknopfes, Daumenrad, Daumenwalze etc.) auch bei leichter Bestromung noch weiter ändert, dann ist es der Benutzer, der das Bedienteil 101 drehen will. Die Software gibt dann das Bedienteil 101 zum Drehen frei und die Winkeländerung wird dann weiter gegeben (Eingabe). Eine Berührungs- oder Nahfeldsensorik (Überwachungseinrichtung 101f) kann verwendet werden, damit die Steuerung weiß, wann die Drehung vom Benutzer kommt und wann nicht. Das ist vor allem dann sinnvoll, wenn solche Sensoren schon verbaut wurden. Ein geringer Nachteil ist ein leicht erhöhter Stromverbrauch und ein leicht erhöhtes Grundmoment (Festkleben des Knopfes) am Anfang der Drehung.
In 1b bis 1g ist die haptische Bedieneinrichtung 100 als Computermaus 103 ausgeführt. Die steuerbare magnetorheologische Bremseinrichtung 1 der haptischen Bedieneinrichtung 100 ist in dem Mausrad 106 untergebracht. Das Mausrad 106 dient als Bedienteil 101 oder ist damit verbunden oder gekoppelt. Die (magnetorheologische) Bremseinrichtung 1 kann genutzt werden, um ein haptisches Feedback zu steuern.
In diesen Ausführungsbeispielen weist die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 ein drehbares Bedienteil 101 auf. Das zur Drehung des Bedienteils 101 erforderliche Drehmoment ist über die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 einstellbar.
Auf der Oberseite der haptischen Bedieneinrichtung 100 kann eine Benutzerschnittstelle angeordnet sein. Eine solche Benutzerschnittstelle kann beispielsweise als Anzeigeeinrichtung oder auch als berührungsempfindliche Eingabemöglichkeit (Touchpad, Bewegungs- und Gestensteuerung, Bilderkennung ...) ausgebildet sein.
Eine haptische Bedieneinrichtung 100 kann beispielsweise zur Bedienung von Maschinen, Medizingeräten oder zur Verwendung im und für das Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Möglich ist auch der Einsatz an sonstigen Geräten oder anderen Vorrichtungen.
1d zeigt einen Schnitt durch das Gehäuse 50 der Computermaus 103. In praktisch gleicher Form ist auch ein Schnitt durch die Bedienwalze 102 gestaltet. In 1d steht das Mausrad 106 nach außen über die äußere Oberfläche 50a des Gehäuses 50 bzw. der Konsole über. Die Drehachse befindet sich unterhalb der Oberfläche 50a. Das drehbare Bedienteil 101 ist über wenigstens eine Lagereinheit 112 drehbar aufgenommen. An der Konsole 50 bzw. dem Tragkörper 50 ist wenigstens eine Lichtquelle 140 aufgenommen, welche hier bedarfsweise Licht schräg von unten in Richtung des Mausrades 106 strahlt. Eine Lichtquelle 140a strahlt von der einen Seite der Drehachse 12 und die andere Lichtquelle strahlt hier von der gegenüberliegenden Seite schräg von unten auf das Mausrad 106. Das Mausrad 106 weist wenigstens einen lichtdurchlässigen Abschnitt 130 auf. Hier ist der lichtdurchlässige Abschnitt 130 in der Form eines Ringsegmentes 131 und vorzugsweise als Ringscheibe 132 ausgebildet. Das von radial außerhalb auf die Ringscheibe 132 ausgestrahlte Licht wird an oder in dem lichtdurchlässigen Abschnitt 130 gestreut und wird vorzugsweise relativ homogen verteilt.
Jede Lichtquelle 140 kann ein Leuchtelement 141 oder auch mehrere Leuchtelemente 141 bis 143 aufweisen. Vorzugsweise werden LEDs als Leuchtelemente 141 eingesetzt, wobei insbesondere mehrere unterschiedlich farbige Leuchtelemente 141 verwendet werden, um Farbmischungen oder Farbverläufe zu produzieren.
Das Mausrad 106 liegt in der Ebene 101d. Die Ebene 101d schneidet auch die Lichtquellen 140. Die Leuchtelemente 141 bis 143 können jeweils alle in der Ebene 101d angeordnet sein. Es kann aber auch sein, dass einzelne Leuchtelemente leicht versetzt zu der Ebene 101d angeordnet sind. Gestrichelt angedeutet ist in 1d noch ein umlaufender Ring 101e, der außen auf dem Mausrad 106 angebracht sein kann. Der umlaufende Ring 101e kann z. B. aus einem gummiartigen Material sein und kann teiltransparent oder auch nicht transparent ausgeführt sein. Vorzugsweise erstreckt sich der umlaufende Ring 101e - wenn überhaupt vorhanden - nicht über die gesamte Breite des Mausrades 106, sondern z. B. nur in einem Zentralbereich, sodass z. B. rechts und links daneben Licht der Leuchtelemente eingestrahlt werden kann.
1e zeigt ein drehbares Bedienteil 101 bzw. die Ringscheibe 132 mit zwei (stärker) lichtdurchlässigen Abschnitten 130a, 130b in schematischer Ansicht. Hier ist zwischen den beiden lichtdurchlässigen Abschnitten 130a, 130b ein weniger stark lichtdurchlässiger oder lichtundurchlässiger Trennabschnitt 135 abgebildet, um Lichtübertritt zwischen den beiden lichtdurchlässigen Abschnitten 130a, 130b weitgehend zu reduzieren oder zu unterbinden. Dann können beide Abschnitte 130a, 130b zur Informationsübermittlung oder Rückkopplung eingesetzt werden.
Auf der Außenoberfläche können (umlaufend) Streustrukturen 134 vorgesehen sein, um von den Lichtquellen ausgesendetes und auf die lichtdurchlässigen Abschnitte 130a, 130b auftreffendes Licht zu verteilen. Ebenso oder stattdessen können im Inneren unterschiedliche Streustrukturen 134 ausgebildet sein.
1f und 1g zeigen eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf die Konsole 50 oder Halterung für das drehbare Bedienteil 101, wobei die Lichtquellen 140a, 140b und die Lagereinheit 112 sichtbar sind. Die Lichtquellen 140a, 140b können auch an einer Platine 144 zur Ansteuerung aufgenommen sein.
2 zeigt eine stark schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 zur Beeinflussung der Kraftübertragung zwischen zwei Bremskomponenten 2 und 3. Dabei ist zwischen den zwei Bremskomponenten 2 und 3 in 2 ein Wälzkörper bzw. Drehkörper 11 vorgesehen. Der Wälzkörper 11 ist hier als Kugel oder Walze 15 ausgebildet. Möglich ist es aber ebenso, Wälzkörper 11 als Zylinder oder Ellipsoide, Rollen oder sonstige rotierbare Drehkörper auszubilden. Auch im eigentlichen Sinn nicht rotationssymmetrische Drehkörper 11 wie beispielsweise ein Zahnrad oder Drehkörper 11 mit einer bestimmten Oberflächenstruktur können als Wälzkörper 11 verwendet werden.
Denkbar ist es in allen Ausgestaltungen und Ausführungen auch, dass einzelne oder alle Wälzkörper 11 (nicht nur zur Übertragung von Drehmoment, sondern auch) zur Lagerung der Bremskomponenten 2 und 3 relativ zueinander eingesetzt werden, sodass eine separate Lagereinrichtung 30 oder separate Lagerstellen 112, 118 nicht benötigt werden. In besonders einfachen Ausführungen kann das über Wälzkörper 11 in Form von z. B. Walzen aus einem nicht oder nahezu nicht magnetisch leitfähigen Material erfolgen. Auch fest mit dem Kern verbundene Übertragungskomponenten 11 können als Lagerung der Bremskomponenten 2 und 3 dienen.
Zwischen den Bremskomponenten 2 und 3 ist ein Kanal oder Spalt 5 vorgesehen, der über eine Spaltbreite 5a verfügt und hier mit einem Medium 6 gefüllt ist. Das Medium 6 ist hier ein magnetorheologisches Fluid, welches beispielsweise als Trägerflüssigkeit ein Öl umfasst, in dem ferromagnetische Partikel 19 vorhanden sind. Glykol, Fett, Wasser und dickflüssige Stoffe können auch als Trägermedium verwendet werden, ohne darauf beschränkt zu sein. Das Trägermedium kann in allen Ausgestaltungen auch gasförmig sein bzw. es kann auf das Trägermedium verzichtet werden (Vakuum). In diesem Fall werden lediglich durch das Magnetfeld beeinflussbare Partikel in den Kanal gefüllt, wobei gegebenenfalls Luft oder ein Inertgas zugegeben wird.
Die ferromagnetischen Partikel 19 sind vorzugsweise Carbonyleisenpulver, wobei die Größenverteilung der Partikel vom konkreten Einsatzfall abhängt. Konkret bevorzugt ist eine Verteilung der Partikelgröße zwischen ein und zehn Mikrometern, wobei aber auch größere Partikel von zwanzig, dreißig, vierzig und fünfzig Mikrometer möglich sind. Je nach Anwendungsfall kann die Partikelgröße auch deutlich größer werden und sogar in den Millimeterbereich vordringen (Partikelkugeln). Die Partikel können auch eine spezielle Beschichtung/Mantel (Titanbeschichtung, Keramik-, Karbonmantel, Teflon bzw. Polytetrafluorethylen (PTFE) etc.) aufweisen, damit sie die je nach Anwendungsfall auftretenden hohen Druckbelastungen besser aushalten. Die magnetorheologischen Partikel können für diesen Anwendungsfall nicht nur aus Carbonyleisenpulver (Reineisen), sondern z. B. auch aus speziellem Eisen (härterem Stahl) hergestellt werden.
Der Wälzkörper 11 wird durch die Relativbewegung 17 der beiden Bremskomponenten 2 und 3 vorzugsweise in Rotation um seine Drehachse 12 versetzt und läuft praktisch auf der Oberfläche der Bremskomponente 3 ab. Gleichzeitig läuft der Wälzkörper 11 auf der Oberfläche der anderen Bremskomponente 2, sodass dort eine Relativgeschwindigkeit 18 vorliegt.
Genau genommen hat der Wälzkörper 11 keinen direkten Kontakt zur Oberfläche der Bremskomponenten 2 und/oder 3 und wälzt sich deshalb nicht direkt darauf ab. Der freie Abstand 9 von dem Wälzkörper 11 zu einer der Oberflächen der Bremskomponenten 2 oder 3 beträgt z. B. 140 µm. In einer konkreten Ausgestaltung mit Partikelgrößen zwischen 1 µm und 10 µm liegt der freie Abstand insbesondere zwischen 75 µm und 300 µm und besonders bevorzugt zwischen 100 µm und 200 µm.
Der freie Abstand 9 beträgt insbesondere wenigstens das Zehnfache des Durchmessers eines typischen mittleren Partikeldurchmessers. Vorzugsweise beträgt der freie Abstand 9 wenigstens das Zehnfache eines größten typischen Partikels. Durch den fehlenden direkten Kontakt ergibt sich eine sehr geringe(s) Grundreibung/-kraft/- moment beim relativen Bewegen der Bremskomponenten 2 und 3 zueinander.
Wird die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 mit einem Magnetfeld beaufschlagt, bilden sich die Feldlinien abhängig vom Abstand zwischen den Wälzkörpern 11 und den Bremskomponenten 2, 3 aus. Der Wälzkörper 11 besteht aus einem ferromagnetischen Material und z. B. hier aus ST 37 (S235). Der Stahltyp ST 37 hat eine magnetische Permeabilität µr von etwa 2000 (im relevanten Bereich). Die Feldlinien (Magnetkreis) treten durch den Wälzkörper 11 hindurch und konzentrieren sich in dem Wälzkörper 11. An der hier radialen Ein- und Austrittsfläche der Feldlinien an dem Wälzkörper 11 herrscht eine hohe magnetische Flußdichte in dem Kanal bzw. Spalt 5. Das dort inhomogene und starke Feld führt zu einer lokalen und starken Vernetzung der magnetisch polarisierbaren Partikel 19 (magnetische Verkettung). Durch die Drehbewegung des Wälzkörpers 11 in Richtung auf den sich bildenden Keil in dem magnetorheologischen Fluid wird die Wirkung stark erhöht und das mögliche Brems- oder Kupplungsmoment wird extrem vergrößert, weit über den Betrag hinaus, der normalerweise in dem magnetorheologischen Fluid erzeugbar ist. Vorzugsweise bestehen Wälzkörper 11 und Bremskomponenten 2, 3 zumindest teilweise aus ferromagnetischem Material, weshalb die magnetische Flussdichte umso höher wird, je kleiner der Abstand zwischen Drehkörper 11 und Bremskomponenten 2, 3 ist. Dadurch bildet sich ein im Wesentlichen keilförmiger Bereich 16 im Medium aus, in welchem der Gradient des Magnetfelds 8 zum spitzen Winkel 16a bei der Kontaktstelle bzw. dem Bereich des geringsten Abstands hin stark zunimmt.
Trotz Abstand zwischen Wälzkörper 11 und Bremskomponenten 2, 3 kann durch die Relativgeschwindigkeit der Oberflächen zueinander der Wälzkörper 11 in eine Drehbewegung versetzt werden. Die Drehbewegung ist ohne und auch mit einem wirkenden Magnetfeld 8 möglich.
Wenn die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 einem Magnetfeld 8 einer hier in 2 nicht dargestellten elektrischen Spule 26a (vgl. Z. B. 3a) ausgesetzt ist, verketten sich die einzelnen Partikeln 19 des magnetorheologischen Fluides 6 entlang der Feldlinien des Magnetfeldes 8. Zu beachten ist, dass die in 2 eingezeichneten Vektoren den für die Beeinflussung des MRF relevanten Bereich der Feldlinien nur grob schematisch darstellen. Die Feldlinien treten im Wesentlichen normal auf die Oberflächen der ferromagnetischen Bauteile in den Kanal 5 ein und müssen vor allem im spitzwinkligen Bereich 16a nicht geradlinig verlaufen.
Gleichzeitig wird auf dem Umfang des Wälzkörpers 11 etwas Material von dem magnetorheologischen Fluid 6 mit in Rotation versetzt, sodass sich ein spitzwinkliger Bereich 16a zwischen der Bremskomponente 3 und dem Wälzkörper 11 ausbildet. Auf der anderen Seite entsteht ein gleicher spitzwinkliger Bereich 10 zwischen dem Wälzkörper 11 und der Bremskomponente 2. Die spitzwinkligen Bereiche 10 können beispielsweise bei zylinderförmig ausgestalteten Wälzkörpern 11 eine Keilform 16 aufweisen. Durch die Keilform 16 bedingt wird die weitere Rotation des Wälzkörpers 11 behindert, sodass die Wirkung des Magnetfeldes 8 auf das magnetorheologische Fluid 6 verstärkt wird, da sich durch das wirkende Magnetfeld 8 innerhalb des spitzwinkligen Bereiches 16a ein stärkerer Zusammenhalt des dortigen Mediums 6 ergibt. Dadurch wird die Wirkung des magnetorheologischen Fluids 6 im angesammelten Haufen verstärkt (die Kettenbildung im Fluid und damit der Zusammenhalt bzw. die Viskosität), was die weitere Rotation bzw. Bewegung des Drehkörpers 11 erschwert.
Durch die Keilform 16 (Partikelanhäufung) können wesentlich größere Kräfte oder Momente übertragen werden als es mit einem vergleichbaren Aufbau möglich wäre, der nur die Scherbewegung ohne Keileffekt nützt.
Die direkt durch das angelegte Magnetfeld 8 übertragbaren Kräfte stellen nur einen kleinen Teil der durch die Vorrichtung übertragbaren Kräfte dar. Durch das Magnetfeld 8 lässt sich die Keilbildung und somit die mechanische Kraftverstärkung steuern. Die mechanische Verstärkung des magnetorheologischen Effekts kann soweit gehen, dass eine Kraftübertragung auch nach Abschalten eines angelegten Magnetfeldes möglich ist, wenn die Partikel verkeilt wurden.
Es hat sich herausgestellt, dass durch die Keilwirkung der spitzwinkligen Bereiche 16 eine erheblich größere Wirkung eines Magnetfeldes 8 einer bestimmten Stärke erzielt wird. Dabei kann die Wirkung um ein Vielfaches verstärkt werden. In einem konkreten Fall wurde eine etwa zehnmal so starke Beeinflussung der Relativgeschwindigkeit zweier Bremskomponenten 2 und 3 zueinander wie beim Stand der Technik bei MRF Kupplungen nach dem Scherprinzip beobachtet, bei dem zwischen zwei sich zueinander bewegenden Flächen ein magnetorheologisches Fluid 6 angeordnet ist und den Scherkräften der sich zueinander bewegenden Flächen ausgesetzt ist. Die mögliche Verstärkung hier durch die Keilwirkung hängt von unterschiedlichen Faktoren ab. Gegebenenfalls kann sie durch eine größere Oberflächenrauhigkeit der Wälzkörper 11 noch verstärkt werden. Möglich ist es auch, dass auf der Außenoberfläche der Wälzkörper 11 nach außen ragende Vorsprünge vorgesehen sind, die zu einer noch stärkeren Keilbildung führen können.
Die Keilwirkung bzw. der Keileffekt verteilt sich flächig auf den Wälzkörper 11 und die Komponenten 2 oder 3.
3a zeigt einen Schnitt durch eine haptische Bedieneinrichtung 100 mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung 1, die über zwei Bremskomponenten 2 und 3 verfügt. Die erste Bremskomponente 2 und die zweite Bremskomponente 3 erstrecken sich im Wesentlichen in eine axiale Richtung 20.
3a und 3b zeigen verschiedene schematische Querschnitte der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1, die bei unterschiedlichen Ausgestaltungen und Ausführungsbeispielen einsetzbar sind.
Die innere Bremskomponente 2 ist feststehend ausgebildet und wird von der kontinuierlich drehbaren Bremskomponente 3 umgeben. Die zweite Bremskomponente 3 weist einen sich um die erste Bremskomponente 2 herum drehbaren und hohl und innen zylindrisch ausgebildeten magnetisch leitenden Bremskörper 3a auf. Deutlich erkennbar ist der zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente 2, 3 umlaufende Spalt 5. Der Spalt 5 ist hier wenigstens zum Teil und insbesondere vollständig mit einem magnetorheologischen Medium 6 gefüllt.
Die erste Bremskomponente 2 weist den sich in der axialen Richtung 20 erstreckenden Kern 21 aus einem magnetisch leitfähigen Material und eine elektrische Spule 26a auf, die in axialer Richtung 20 um den Kern 21 gewickelt ist und eine Spulenebene 26c aufspannt. Das Magnetfeld 8 der elektrischen Spule 26 erstreckt sich quer zu der axialen Richtung 20 durch die erste Bremskomponente 2 bzw. den Kern 21.
Es ist klar erkennbar, dass ein maximaler äußerer Durchmesser 26b der elektrischen Spule 26a in einer radialen Richtung 26d innerhalb der Spulenebene 26c größer ist als ein minimaler äußerer Durchmesser 21b des Kerns 21 in einer radialen Richtung 25 quer und z. B. senkrecht zu der Spulenebene 26c.
Die Wälzkörper 11 sind jeweils nur in Winkelsegmenten 61, 62 angeordnet und können nicht vollständig um den Kern 21 rotieren, da die elektrische Spule 26a in den Spalt 5 bzw. Kanal hineinragt und damit einen vollständigen Umlauf verhindert.
Dadurch steht weniger Platz für die Wälzkörper 11 zur Verfügung.
Das führt aber zu einer noch höheren Konzentration des Magnetfeldes 8. In 3a sind beispielhaft drei Magnetfeldlinien eingezeichnet.
In 3b sind die Wälzkörper 11 nicht an einer zylindrischen Außenoberfläche des Kerns 21 aufgenommen, sondern an speziell an die Kontur der Wälzkörper 11 angepasste Aufnahmen 63, an denen die Wälzkörper 11 vorzugsweise mit etwas Spiel aufgenommen und geführt sind. Der Übergang des Magnetfeldes 8 in die Wälzkörper 11 hinein ist vorteilhaft, da mehr Übertragungsfläche zwischen dem Kern 21 bzw. der Außenoberfläche 64 an den Aufnahmen 63 und den Wälzkörpern 11 zur Verfügung steht.
Dabei liegt der Querschnitt nach 4c vorzugsweise nur in axialen Endbereichen vor, sodass die z. B. zylindrischen Wälzkörper 11 an den Enden durch die Aufnahmen 63 geführt und in Umfangsrichtung definiert gehalten werden. Über den mittleren Abschnitt ist der Kern dann ausgebildet, wie in 4b.
Die elektrische Spule 26a ist jedenfalls außerhalb der Winkelsegmente 61 und 62 angeordnet. Außerhalb der Winkelsegmente 61 und 62 befinden sich hier keine Wälzkörper 11.
Möglich sind auch Konstruktionen, bei denen auf Wälzkörper 11 vollständig verzichtet wird. Die Kerne 21 weisen dann nach außen abstehende Übertragungskomponenten 11 auf, die sich von dem Grundkörper 33 aus radial nach außen erstrecken. Der maximale äußere Durchmesser 26a der Spule 26 ist dabei größer als der minimale Kerndurchmesser 21b. Die radiale Erstreckung des Spaltes 5 variiert über dem Umfang. An den äußeren Enden der Übertragungskomponenten 11 liegt nur ein geringes Spaltmaß 65 vor, während ein radialer Abstand 66 zwischen der Bremskomponente 2 und der Bremskomponente 3 an anderen Stellen erheblich größer ist.
In allen Ausführungsbeispielen wird vorzugsweise eine „liegende oder axiale Spule“ verwendet, bei der die elektrische Spule 26a in axialer Richtung 20 um den Kern 21 gewickelt ist und wieder einen maximalen radialen Spulendurchmesser 26b aufweist, der größer ist als ein minimaler Kerndurchmesser 21b des Kerns 21. Dann sind die Wälzkörper 11 oder Übertragungselemente nicht über dem vollständigen Umfang angeordnet.
Vorzugsweise ist in jeder Ausgestaltung eine Sensoreinrichtung 70 zur Detektion einer Winkelstellung der haptischen Bedieneinrichtung 100 vorhanden. Der Magnetfeldsensor 72 ist vorzugsweise in oder an dem Schaft 22b bzw. der ersten Bremskomponente 2 integriert.
Die Statoreinheit 22 ist insbesondere zweiteilig ausgeführt. Dadurch wird vor allem die Montage der elektrischen Leitungen und insbesondere der Sensorleitung 73 innerhalb der ersten Bremskomponente 2 vereinfacht. Die Kabel können durch die offene Kabeldurchführung 35 gelegt werden.
4a zeigt eine Seitenansicht einer Ausführung der haptischen Bedieneinrichtung 100 als Computermaus 103, bei welcher der Mauskörper 103a eine in Längsrichtung verlaufende Vertiefung 103d aufweist. Hier weist die haptische Bedieneinrichtung 100 drei Betätigungszonen auf. Alle drei Betätigungszonen 101a, 101b und 101c sind über eine gemeinsame Drehachse miteinander verbunden. Die mittlere Betätigungszone 101b (vgl. 4b) liegt hier über einen größeren Umfangswinkel frei als ihre axial benachbarten Betätigungszonen 101a, 101c. So kann vom Benutzer zuverlässig erfühlt werden, wo am Mausrad 106 bzw. in welcher Betätigungszone 101a-101c sich der Finger gerade befindet. Dabei kann das Mausrad 106 in den unterschiedlichen Betätigungszonen 101a-101c einen gleichbleibenden Durchmesser oder auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen (vgl. 4b und 4c).
Die 4b zeigt ein drehbares Bedienteil 101 (Mausrad 106) mit drei voneinander beabstandeten (zylindrischen) Betätigungszonen 101a-101c. Die Betätigungszonen 101a-101c weisen hier jeweils den gleichen Durchmesser auf. Die gemeinsame Drehachse 12 ist strichpunktiert eingezeichnet.
Die 4c zeigt ein drehbares Bedienteil 101 (Mausrad 106) mit drei voneinander seitlich beabstandeten Betätigungszonen101a-101c. Die mittlere Betätigungszone 101b ist hier zylindrisch ausgebildet. Die seitlichen Betätigungszonen 101a und 101c sind hier jeweils nach außen konisch ausgebildet. Die drehbaren Bedienteile 101 der 4b und 4c eignen sich besonders vorteilhaft für die Computermaus 300 der 4a.
Bei den Ausgestaltungen nach 4a bis 4c sind jeweils Lichtquellen 140 (hier unterhalb) der äußeren Oberfläche 50a des Tragkörpers bzw. des Gehäuses 50 der haptischen Bedieneinrichtung 100 angeordnet. Die einzelnen Lichtquellen 140 erlauben jeweils eine selektive Beleuchtung der jeweiligen lichtdurchlässigen Abschnitte 130. Die Beleuchtung kann insbesondere auch von der Bedienung abhängen.
Die 5 zeigt eine erfindungsgemäße haptische Bedieneinrichtung 100, welche an verschiedenen Gerätekomponenten 200 und u.a. auch in einer Computermaus 103 eingesetzt werden kann. Die haptische Bedieneinrichtung 100 umfasst ein drehbares Bedienteil 101 mit einer Rotoreinheit 23. Die Bedienung erfolgt durch ein Drehen der Rotoreinheit 23.
Die Rotoreinheit 23 ist um eine Statoreinheit 22 drehbar gelagert. Die Statoreinheit 22 umfasst hier einen Statorkörper 22a und einen Statorschaft 22b. Die Drehachse der Rotoreinheit 23 ist hier strichpunktiert dargestellt. Die Drehachse 12 entspricht hier zugleich auch einer axialen Mittelachse der Statoreinheit 22 und der Rotoreinheit 23.
Die Statoreinheit 22 ist an einem Tragkörper 50 befestigt. Der Tragkörper 50 kann beispielsweise ein Mauskörper 103a der Computermaus 103 der 1c sein. An dem Mauskörper 103a können verschiedene Maustasten 103b und 103c z. B. links und rechts des Mausrads 106 ausgebildet sein.
Die Drehbewegung bzw. Drehbarkeit der Rotoreinheit 23 um die Statoreinheit 22 ist hier mittels einer magnetorheologisch ausgebildeten Bremseinrichtung 1 gezielt verzögerbar. Die Bremseinrichtung 1 erzeugt mit einer hier nicht näher dargestellten Magnetfeldquelle 26 und beispielsweise einer elektrischen Spule 26a ein Magnetfeld, das auf ein magnetorheologisches Medium 6 (MR-Flüssigkeit) als Bremsmedium einwirkt. Das führt zu einer lokalen und starken Vernetzung von magnetisch polarisierbaren Partikeln und zu einer Erhöhung der übertragbaren Schubspannung im Bremsmedium.
Die Bremseinrichtung 1 ermöglicht dadurch eine gezielte Verzögerung (Bremsen) und sogar ein vollständiges Blockieren (hohes Bremsmoment) der Drehbewegung. So kann mit der Bremseinrichtung 1 eine haptische Rückkopplung (haptisches Feedback) während der Drehbewegung der Rotoreinheit 23 erfolgen, beispielsweise durch eine entsprechend wahrnehmbare Rasterung (Rippel) bzw. durch dynamisch einstellbare Anschläge. Um die Drehposition der Rotoreinheit 23 zu überwachen und zur Ansteuerung der Bremseinrichtung 1 einsetzen zu können, ist eine hier nicht näher gezeigte Sensoreinrichtung 70 (vgl. 4a) vorgesehen.
Das Bremsmedium ist in einer nach außen abgedichteten Bremskammer 110 aufgenommen. Die Bremskammer 110 wird hier von der Rotoreinheit 23 und der Statoreinheit 22 begrenzt.
Die Rotoreinheit 23 ist hier (nur) an dem Tragkörper 50 gehalten (zur Ableitung des durch die Bremsung erzeugten Reaktionsdrehmomentes). Dadurch können die axialen Abmessungen der Bedieneinrichtung 100 erheblich verringert werden, was beispielsweise für den Einbau in eine Computermaus 103 oder ein Lenkrad eines Fahrzeuges von großem Vorteil ist. Zudem ist hier eine von der Statoreinheit 22 unabhängige Lagerung der Rotoreinheit 23 vorgesehen. So können die Lagerkräfte und Druckbelastungen beim Drehen mit einem Finger unter Umgehung der Statoreinheit 22 direkt in den Tragkörper 50 abgeleitet werden. Die Statoreinheit 22 sieht nur das Reaktionsdrehmoment und keine Lager- oder Radialkräfte, wodurch der Statorschaft 22b dünner und damit platzsparender dimensioniert werden kann. Insgesamt ergibt sich eine besonders kompakte und robuste sowie zugleich haptisch präzise Bedienung.
Zur Lagerung der Rotoreinheit 23 ist hier eine Lagereinrichtung 30 mit einer Lagereinheit 112 und einer weiteren Lagereinheit 118 vorgesehen. Über die Lagereinheiten 112, 118 ist die Rotoreinheit 23 nach radial außen an den Tragkörper 50 gelagert bzw. abgestützt. Dazu sind die Lagereinheiten 112, 118 hier an der radialen Außenseite der Rotoreinheit 23 angeordnet.
Im Bereich der weiteren Lagereinheit 118 sind an der Rotoreinheit 23 hier Wegbegrenzungen 44 angeordnet. Dadurch wird eine axiale Verschiebung der Rotoreinheit 23 um einen definierten Weg ermöglicht. Die Wegbegrenzungen 44 können auch derart angeordnet sein, dass die axiale Bewegbarkeit blockiert wird.
Wenn eine axiale Bewegbarkeit der Rotoreinheit 23 relativ zum Tragkörper 50 unerwünscht ist, können eine oder beide Lagereinheiten 112, 118 auch als Festlager ausgebildet sein. Hier kann beispielsweise die weitere Lagereinheit 118 als Festlager ausgebildet sein.
Um temperaturbedingte oder leckagebedingte Volumenänderungen des Bremsmediums in der Bremskammer 110 zu ermöglichen bzw. zu kompensieren, kann das Volumen der Bremskammer 110 angepasst werden. Dazu sind die Rotoreinheit 23 und die Statoreinheit 22 hier relativ zueinander axial verschiebbar ausgebildet. Die Bewegung für einen solchen Volumenausgleich 39 ist hier durch einen Doppelpfeil skizziert.
Bei einem Volumenausgleich 39 wird der Statorschaft 22 hier aus der Bremskammer 110 herausgeschoben bzw. in die Kammer hineingeschoben. Dazu ist der Statorschaft 22b hier axial verschiebbar an dem Tragkörper 50 aufgenommen. Damit bei einer Verzögerung der Drehbewegung das Verzögerungsmoment in den Tragkörper 50 abgeleitet werden kann, ist der Statorschaft 22b aber auch drehfest an den Tragkörper 50 angebunden.
Mit Bezug zu den 6 bis 12 wird nun eine weitere beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen haptischen Bedieneinrichtung 100 beschrieben, wie sie besonders vorteilhaft in verschiedenen Gerätekomponenten 200 eingesetzt werden kann. Beispielsweise ist der Einsatz an einer Computermaus 103 oder einer Daumenwalze 102 möglich.
Der Tragkörper 50 ist hier so ausgestaltet, dass genügend Raum zur Verfügung steht, um die Rotoreinheit 23 mit einem umlaufenden Ring oder dergleichen für z. B. ein Mausrad 106 ausstatten zu können.
In der 6 ist die haptische Bedieneinrichtung 100 perspektivisch dargestellt. Die Statoreinheit 22 ist hier im Wesentlichen nicht sichtbar von anderen Komponenten verdeckt. Von der Bremseinrichtung 1 ist hier nur eine Elektronikeinheit (PCB und Stecker) 29 sichtbar. An dem Tragkörper 50 ist hier der Schafthalter 14 befestigt bzw. verclipst. In der hier gezeigten Darstellung ist von der Lagereinrichtung 30 nur die Lagereinheit 112 erkennbar. Die weitere Lagereinheit 118 ist hier nicht sichtbar hinter der Rotoreinheit 23 angeordnet.
In 6 ist eine der Lichtquellen 140 zur Beleuchtung des lichtdurchlässigen Abschnittes 130 z. B. eines Mausrads 106 zu erkennen.
Die 7 zeigt den Tragkörper 50 der Bedieneinrichtung 100 der 6. Der Tragkörper 50 ist hier als einstückiges Formteil beispielsweise aus Kunststoff ausgeführt. Die Lagereinheiten 112, 118 bzw. deren Aufnahmebereiche sind hier gut zu erkennen. An solchen Aufnahmebereichen können z. B. ein oder mehrere Gleitlager oder Wälzlager anordenbar sein. Die Aufnahmebereiche können die jeweilige Lagereinheit 112, 118 auch wenigstens teilweise selbst bereitstellen. Hier sind zwei Lichtquellen 140 erkennbar.
Die 8 zeigt eine teilweise geschnittene Draufsicht der haptischen Bedieneinrichtung 100 der 6. Zur Bereitstellung des Mausrads 106 ist die Rotoreinheit 23 hier mit einem grob skizzierten umlaufenden Ring ausgestattet. In dem geschnitten dargestellten Bereich sind hier der konische Ausrichtungsabschnitt 7 des Statorschaftes 22b und das zugehörige Ausrichtungsteil 7b im Schafthalter 14 gut zu erkennen.
Die Dichtung 10 zur Abdichtung der Bremskammer 110 weist einen etwa V-förmigen Querschnitt auf und liegt mit einem Schenkel des „V“, nämlich der Dichtungsbasis 10a, an dem Statorkörper an. Der andere Schenkel liegt radial außen an dem Innenumfang des magnetisch leitfähigen Bremskörpers 3b der äußeren Bremskomponente 3 an und dichtet über die Dichtungslippe 10b die Bremskammer 110 nach außen ab. Dadurch kann eine sehr kompakte Bremskammer 110 und Bremseinrichtung 1 zur Verfügung gestellt werden. Die Bremseinrichtung 1 benötigt ein nur äußerst geringes Bauvolumen. Auch die benötigte Menge des magnetorheologischen Mediums 6 ist besonders gering, was die Kosten verringert.
Über den magnetorheologischen Bremskörper 3a wird das Magnetfeld 8 der Magnetfeldquelle 26 geschlossen, welches im Wesentlichen von der elektrischen Spule 26a erzeugt wird und den radial umlaufenden Spalt 5 zwischen der inneren Bremskomponente 2 und der äußeren Bremskomponente 3 durchtritt.
Ein erheblicher Vorteil des dargestellten inneren Aufbaus ist, dass die Sensoreinrichtung 70 in axialer und radialer Richtung weit von der elektrischen Spule 26a und den anderen Komponenten des Magnetkreises und insbesondere auch von dem äußeren Bremskörper 3a der äußeren Bremskomponente 3 entfernt angeordnet ist. Dadurch wird die Intensität wechselnder Streufelder in dem Bereich der Sensoreinrichtung 70 erheblich reduziert. Die Sensoreinrichtung 70 umfasst einen Magnetfeldsensor 72 und erfasst einen Drehwinkel der Rotoreinheit 23 relativ zu der Statoreinheit 22. Durch die Verringerung lokaler magnetischer Streufelder kann die Genauigkeit der Winkelbestimmung erheblich verbessert werden.
Wird der magnetisch leitfähige äußere Bremskörper 3a der äußeren Bremskomponente 3 axial weiter in Richtung der Sensoreinrichtung 70 geführt, wirken die darin auftretenden und im Betrieb schnell und mehrfach wechselnden Magnetfelder 8 sich auf die Genauigkeit negativ aus. Diese Konstruktion erhöht auf einfache Art und Weise die Genauigkeit ganz erheblich.
Eine weitere und deutliche Verbesserung der Messgenauigkeit wird über die Abschirmeinrichtung 75 und die Entkopplungseinrichtung 78 erzielt. Die Abschirmeinrichtung 75 erstreckt sich hier umlaufen und im Querschnitt etwa C- oder U-förmig um die Magnetringeinheit 71 herum, die hier an gegenüberliegenden radialen Stellen einen Südpol und einen Nordpol aufweist. Gemessen wird die Ausrichtung des Magnetfeldes 8 an dem Statorschaft 22b. Je geringer dort die Einflüsse externer Magnetfelder oder des Magnetfeldes 8 der Magnetfeldquelle 26 ist, desto genauer kann gemessen und somit auch die Bremseinrichtung 1 gesteuert werden.
Die Abschirmeinrichtung 75 weist in einem einfachen Fall mehrere Abschirmkörper 76 und Trenneinheiten 77 auf, die insgesamt die Abschirmeinrichtung 75 bilden. In einem konkreten Beispiel bilden zwei seitliche Scheibenringe und eine zylindrische Hülse drei aufeinander angepasste Abschirmkörper 76, die dicht aneinander anliegen und für eine zuverlässige Abschirmung nach außen sorgen. Im Inneren des umlaufen Profils ist die Magnetringeinheit 71 aufgenommen und wird durch eine oder mehrere Trenneinheiten 77 beabstandet von den magnetisch leitfähigen Abschirmkörpern 76 gehalten. Dadurch werden äußeren Magnetfelder weitgehend von der Magnetringeinheit 71 und dem Magnetfeldsensor 72 abgehalten.
Zu der Verbesserung der Messgenauigkeit und der Einfachheit des Aufbaus trägt erheblich auch die Art und Anordnung der Dichtung 10 bei, die mit der Dichtungslippe 10b außen an dem Innenumfang des Rotorkörpers 23b bzw. dem äußeren Bremskörper 3a anliegt.
Die beiden Lichtquellen 140 können jeweils von unten Licht auf das Mausrad 106 ausstrahlen, um den lichtdurchlässigen Abschnitt 130 anzuleuchten und somit zu erleuchten. Der lichtdurchlässige Abschnitt 130 ist hier als Ringscheibe 132 ausgebildet und besteht vorzugsweise aus einem (leicht) das Licht streuenden Material, um das Verteilen des Lichts zu gewährleisten und um die Ringscheibe 132 erleuchten zu lassen.
In der 9 ist die Statoreinheit 22 zusammen mit dem Schafthalter 14 dargestellt. Die Rotoreinheit 23 ist hier zur besseren Übersicht nicht dargestellt. Der Kern 21 ist zu erkennen. Daneben ist eine Aufnahme bzw. Formelement 22c zur Führung der Übertragungskomponente bzw. Drehkörper 11 zu erkennen, die seitlich neben dem Kern ausgebildet sind.
In der 10 ist der Schafthalter 14 alleine dargestellt. So ist hier die Ausrichtungseinrichtung 7 mit dem Ausrichtungsabschnitt 7a des Statorschaftes 22b und dem Ausrichtungsteil 7b im Schafthalter 14 gut zu erkennen. Auch gut zu erkennen ist hier der radial innen liegende Aufnahmebereich des Schafthalters für die Lagerstelle 112. Dort können z. B. ein oder zwei oder mehr Lagerstellen der Lagereinheit 112 sein.
Der Schafthalter 14 ist hier mit einem Zapfen 34 ausgestattet, um eine drehfeste Anbindung an dem Tragkörper 50 zu ermöglichen (das Reaktionsmoment wird hierüber abgeleitet). Der Schafthalter 14 weist hier zudem im Aufnahmebereich für den Statorschaft 22b zwei Nuten 40 auf. Die Nuten 40 dienen zur drehfesten Aufnahme des Statorschaftes 22b. Dazu weist der Statorschaft 22b zwei entsprechende Erhebungen 41 auf, welche in die Nuten 40 eingreifen. Zudem weist der Schafthalter 14 hier Klebenuten 42 zur Aufnahme bzw. Verteilung eines Klebemittels auf. Mit dem Klebemittel wird der Statorschaft 22b an dem Schafthalter 14 verklebt.
11 zeigt einen Schnitt durch eine haptische Bedieneinrichtung 100, wobei die innere Bremskomponente 2 und die äußere Bremskomponente 3, die Dichtung 10, das Bedienteil 101 und auch die elektrische Spule 26a erkennbar sind. Auch der Schafthalter 14 ist zu sehen.
12 zeigt eine Ansicht der Statoreinheit 22 und des Schafthalters 14, wobei die Rotoreinheit 23 nicht zu sehen sind.
13a bis 13d veranschaulichen verschiedene Haptikmodi bei der Bedienung der erfindungsgemäßen haptischen Bedieneinrichtung 100.
13a zeigt rein schematisch eine Darstellung einer Rasterung 120 des Bewegungsbereichs 128 beim Drehen des Bedienteils 101, wobei die Bewegbarkeit durch die magnetorheologische Bremseinrichtung 100 beeinflusst wird und ein richtungsabhängiger Leerlauf zur Verfügung gestellt wird. Dabei kann über Lichtquellen 140 jeweils auch eine von der jeweiligen aktuellen Funktion und der jeweiligen aktuellen Bedienung erfolgende Beleuchtung des lichtdurchlässigen Abschnitts 130 erfolgen. An Anschlagpunkten 121 kann das Licht intensiver (oder schwächer) werden oder die Farbe oder Farbtemperatur ändern.
Die haptische Bedieneinrichtung 100 ist hier als Mausrad 106 ausgeführt oder umfasst ein solches. Ein Haptikmodus beschreibt hier eine mögliche Ausführungsform eines Verfahrens zur Steuerung des Bedienteils 101.
In dem hier dargestellten Haptikmodus arbeitet das Mausrad 106 richtungsabhängig in Abhängigkeit der Bewegung 17 in dem Bewegungsbereich 128. Wird das hier als Mausrad 106 ausgeführte Bedienteil 101 nach links gedreht, erzeugt die Bremseinrichtung 1 eine drehwinkelabhängige Rasterung 120 mit Anschlagpunkten 121, welche der Benutzer als überwindbaren Widerstand bei Drehen wahrnimmt. Wird das Mausrad 106 nach rechts bewegt, liegt ein Freilauf 127 vor, bei dem das Bedienteil 101 frei drehbar ist. Hierdurch wird dem Benutzer hier ermöglicht, ein direktes Feedback über seine Eingabe zu erhalten. Der Haptikmodus wird auch als Drücken und Blockieren 126 bezeichnet. Bei einer Freilauffunktion kann z. B. die Beleuchtungsfarbe geändert werden.
Ein weiterer Haptikmodus des Verfahrens ist in 13b dargestellt. Nach einer Linearbewegung des Mausrads 103 wird die Bewegbarkeit des Bedienteils 101 durch die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 vollständig gesperrt. Die Farbe der Beleuchtung kann z. B. auf „rot“ gewechselt werden. Dadurch wird eine ungewollte parallele Fehleingabe des Benutzers effektiv vermieden. Die Kraft in dem Anschlagpunkt 121 ist so groß, dass ein Benutzer diese praktisch nicht überwinden kann.
In 13c ist ein weiterer Haptikmodus dargestellt. Die Rasterung 120 im Bewegungsbereich 128 wird hier geschwindigkeitsabhängig 124 oder auch beschleunigungsabhängig 124 verändert. Bei einer schnellen Drehbewegung des Bedienteils 101 durch den Benutzer verändert sich dabei ein Abstand zwischen zwei nebeneinanderliegenden Rasterpunkten 121 geschwindigkeitsabhängig. Bei der dargestellten Bewegung 17 verringert sich mit steigender Geschwindigkeit der Abstand der Anschlagpunkte 121, welche der Benutzer beim Drehen wahrnimmt. Entsprechend kann auch die Farbe geändert werden.
In 13d ist eine weitere Ausführungsform des Verfahrens dargestellt. Das Bedienteil 101 ist hier frei durchdrehbar, sodass ein endloser Bewegungsbereich 128 vorliegt. In dem hier vorliegenden Fall werden einzelne Anschlagpunkte 121 der Rasterung 120 übersprungen (Rasterpunkte 125), wenn eine hohe Beschleunigung des Bedienteils 101 vorliegt. Es wird eine geschwindigkeitsabhängige Rasterung 120 innerhalb des Bewegungsbereichs 128 des Bedienteils durch die magnetorheologische Bremseinrichtung 100 zur Verfügung gestellt.
Der Bewegungsbereich 128 eines Bedienteils 101 kann in Abhängigkeit des Haptikmodus veränderlich und insbesondere einstellbar sein. Vorteilhaft ist so eine Anpassung der Bewegbarkeit und einer haptischen Rückmeldung an die individuellen Bedürfnisse eines Benutzers bzw. in Abhängigkeit einer Benutzung bzw. eines Programms möglich.
13e zeigt die mögliche Verwendung beim Starten eines Programmes oder beim Bedienen eines Gerätes wie z. B. eines Radios. Das Bedienteil 101 kann mit zunächst mit geringem Widerstand z. B. minimal - oder in anderen Fällen auch praktisch gar nicht - gedreht werden. Anschließend steigt das benötigte Drehmoment steil oder auch schlagartig bis zur Schwelle 230 an. Nach dem Überwinden der Schwelle 230 wird z. B. ein Gerät gestartet oder eingeschaltet. Der Drehwiderstand sinkt bis auf ein relatives minimales Moment 231 ab. Sofort danach wird hier die Funktion des Bedienteils 101 geändert. Beim Weiterdrehen wird z. B. die Lautstärke verändert. Hier wird linear das benötigte Drehmoment gemäß der Steigung 232 erhöht. Möglich ist es auch, dass der Verlauf nicht linear ist. Möglich ist es auch, dass ab einer gewissen Stellung (Lautstärke, Empfindlichkeit, Helligkeit einer Beleuchtung) eine stärkere Steigung eingestellt oder das benötigte Moment schlagartig ein gewisses Maß erhöht wird. So kann z. B. auch ein Fahrzeug über eine haptischen Bedieneinrichtung (z. B. mit einem Daumenrad/walze im Lenkrad) gestartet werden. Bei Drehung des Bedienteils 101 (z. B. eines Rades oder Drehknopfes) wird eine Schwelle erzeugt. Nach dem Überwinden der Schwelle wird eine Funktion gestartet, z. B. wie wenn der Zündschlüssel klassisch auf die erste Position gedreht wird. Der Drehwiderstand sinkt danach bis auf ein kleineres oder minimales Moment ab. Beim Weiterdrehen gelangt man in den eingeschaltenen Modus oder zum Vorglühen bei Dieselmotoren. Der Widerstand erhöht sich dabei konstant. Weiteres Drehen startet den Motor, wie beim klassischen Zündschlüssel.
Diese Funktion kann auf beliebige Anwendungsfälle angepasst werden, z. B. auch beim Abnehmen eines Telefons. Zuerst nimmt der Benutzer das Gespräch entgegen, indem er den Drehknopf über eine Drehmomentschwelle gedreht werden muss. Danach nimmt das Drehmoment wieder einen geringeren Wert an und der Benutzer kann durch weiteres Drehen die Lautstärke erhöhen oder durch Gegendrehung reduzieren. Beim Auflegen des Telefongesprächs geschieht dasselbe in die umgekehrte Richtung. Selbes gilt für das Radio: zum Einschalten wird das Daumenrad über eine Schwelle gedreht, danach wird die Lautstärke erhöht, der Widerstand erhöht sich mit der Lautstärke.
Der vorzugsweise niederlegierte Stahl kann ein Restmagnetfeld behalten. Der Stahl wird vorzugsweise regelmäßig oder bei Bedarf entmagnetisiert (u.a. durch ein spezielles Wechselfeld).
Bevorzugt wird für die vom Magnetfeld durchflossenen Komponenten der Werkstoff FeSi3P (Siliziumstahl bzw. Silicon Steel) oder ein artverwandter Werkstoff verwendet.
In allen Fällen kann eine Sprach- oder Geräuschsteuerung durchgeführt werden. Mit der Sprachsteuerung kann die Bremseinrichtung adaptiv gesteuert werden.
Die Steuerung kann zusätzlich durch künstliche Intelligenz (deep learning/ machine learning) unterstützt werden, um die haptischen Funktionen zusätzlich an die Benutzer anzupassen und zu verbessern.
Wenn die Dreheinheit nicht gedreht wird, d. h. der Winkel ist konstant, wird vorzugsweise über die Zeit der Strom kontinuierlich verringert. Der Strom kann auch geschwindigkeitsabhängig (Drehwinkelgeschwindigkeit der Dreheinheit) variiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Magnetorheologische Bremseinrichtung
2: Bremskomponente
2b: Kontaktabschnitt
3: Bremskomponente
3a: Bremskörper
3b: Kontaktbereich
5: Spalt, Kanal, Bremsspalt
5a: Spaltbreite
6: Medium
7: Ausrichtungseinrichtung
7a: Ausrichtungsabschnitt
7b: Ausrichtungsteil
8: Feld, Magnetfeld
9: freier Abstand
10: Dichtung
10a: Dichtungsbasis
10b: Dichtungslippe
11: Übertragungskomponente, Wälzkörper, Drehkörper
12: Drehachse
14: Schafthalter
14a: Abschnitt
14b: Abschnitt
15: Zylinder, Kugel
16: Keilform
16a: spitzwinkliger Bereich
17: Richtung der Relativbewegung
18: Richtung der Relativbewegung
19: magnetische Partikel
20: axiale Richtung
21: Kern
21b: minimaler Durchmesser
22: Statoreinheit
22a: Statorkörper
22b: Statorschaft, Schaft
22c: Formelement
23: Rotoreinheit, Drehknopf
23a: Hülse
23b: Rotorkörper
23c: Höhe
23d: Wandstärke
25: radiale Richtung
26: Magnetfeldquelle
26a: Spule
26b: maximaler Durchmesser
26c: Spulenebene
26d: radiale Richtung zu 26c
27: Steuereinrichtung
28: Vergussmasse
29: Elektronikeinheit
30: Lagereinrichtung
32: Quernut
34: Zapfen
35: Kabeldurchführung
37: Fortsatz
39: Volumenausgleich
40: Nut
41: Erhebung
42: Klebenut
43: Benutzerschnittstelle
44: Wegbegrenzung
45: Kabel
49: Überzug
50: Tragkörper, Konsole, Gehäuse
50a: äußere Oberfläche
61: Winkelsegment
62: Winkelsegment
63: Aufnahme für 11
64: Außenoberfläche
65: radiales Spaltmaß
66: radialer Abstand
67: Innenoberfläche von 23b
70: Sensoreinrichtung
71: Magnetringeinheit
72: Magnetfeldsensor
73: Sensorleitung
75: Abschirmeinrichtung
76: Abschirmkörper
77: Trenneinheit
78: Entkopplungseinrichtung
100: Haptische Bedieneinrichtung
101: Bedienkopf, Bedienteil
101a: Betätigungszone
101b: Betätigungszone
101c: Betätigungszone
101d: Ebene
101e: umlaufender Ring
101f: Überwachungseinrichtung
102: Daumenwalze
103: Computermaus
103a: Mauskörper
103b: Maustaste
103c: Maustaste
103d: Vertiefung
104: Joystick
105: Gamepad
106: Mausrad
110: Bremskammer, geschlossene Kammer
112: Lagereinheit erste Lagerstelle
114: Volumen von 110
118: Lagereinheit, zweite
119: Lagerstelle Achsstummel
120: Rasterung
121: Anschlagpunkt
122: radiale Richtung (global)
123: Richtungsabhängigkeit
124: geschwindigkeitsabhängig, beschleunigungsabhängig
125: Überspringen
126: Drücken und Blockieren
127: Leerlauf, frei drehbar
128: Bewegungsbereich
130: lichtdurchlässiger Abschnitt
130a: lichtdurchlässiger Abschnitt
130b: lichtdurchlässiger Abschnitt
131: Ringsegment
132: Ringscheibe
134: Streustruktur
135: Trennabschnitt
140: Lichtquelle
140a: Lichtquelle
140b: Lichtquelle
141: Leuchtelement
142: Leuchtelement
143: Leuchtelement
144: Platine
200: Gerätekomponente
230: Schwelle
231: Moment
232: Steigung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2012/034697 A1 [0005, 0006, 0092]

Claims

Haptische Bedieneinrichtung (100), wie z. B. eine Computermaus (103) oder eine Bedienwalze (102), mit einem Tragkörper und einem daran aufgenommenen drehbaren Bedienteil (101), und wenigstens einer stufenlos steuerbaren Bremseinrichtung (1) zum Bremsen einer Drehbewegung des Bedienteils (101), wobei die Bremseinrichtung (1) wenigstens zwei relativ zueinander drehbare Bremskomponenten (2, 3) umfasst, von denen eine mit dem drehbaren Bedienteil (101) gekoppelt ist, wobei eine erste Bremskomponente (2) als innere Bremskomponente (2) ausgebildet ist und wobei die zweite Bremskomponente (3) als äußere Bremskomponente (3) die erste Bremskomponente (2) wenigstens abschnittsweise umgibt, und wobei das drehbare Bedienteil (101) die äußere Bremskomponente (3) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein lichtdurchlässiger Abschnitt (130) des drehbaren Bedienteils (101) mit wenigstens einer radial außerhalb der Bremseinrichtung (1) angeordneten Lichtquelle (140) beleuchtbar ist, um eine gezielte Beleuchtung des drehbaren Bedienteils (101) zu ermöglichen.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Bremseinrichtung (1) elektrisch gesteuert und mittels Variation des elektrischen Stroms einstellbar ist.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (140) radial außerhalb des drehbaren Bedienteils (101) angeordnet ist.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Lichtquelle (140) wenigstens teilweise in einer Ebene (101d) befindet, die durch das drehbare Bedienteil (101) aufgespannt wird.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das drehbare Bedienteil (101) über eine äußere Oberfläche (50a) des Tragkörpers (50) nach außen übersteht und wobei die Lichtquelle (140) unterhalb der äußeren Oberfläche (50a) angeordnet ist.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Lichtquelle (140) schräg zur äußeren Oberfläche (50a) ausgerichtet ist.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehr Lichtquellen (140) umfasst sind.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zwei Lichtquellen (140) aus unterschiedlichen oder gegenüberliegenden Richtungen auf das drehbare Bedienteil (101) ausgerichtet sind.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Lichtquelle (140) wenigstens zwei unterschiedliche Leuchtelemente (141-143) umfasst.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der lichtdurchlässige Abschnitt (130) als Ringsegment (131) ausgebildet ist.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das drehbare Bedienteil (101) eine Mehrzahl von lichtdurchlässigen Abschnitten (130) umfasst.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zwei lichtdurchlässige Abschnitte (130a, 130b) axial benachbart zueinander angeordnet sind und durch wenigstens einen Trennabschnitt (135) voneinander getrennt sind.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei den beiden lichtdurchlässigen Abschnitten (130) jeweils wenigstens eine Lichtquelle (140a, 140b) zugeordnet ist.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein lichtdurchlässiger Abschnitt (130) Streustrukturen (134) zur Verteilung von Licht aufweist.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein lichtdurchlässiger Abschnitt (130) farblos oder gefärbt ausgebildet ist.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das drehbare Bedienteil (101) radial außen einen umlaufenden Ring (101e) aus einem elastischen Material aufweist.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein lichtdurchlässiger Abschnitt (130) wenigstens teilweise aus einem Material besteht, welches einer Gruppe von Materialien entnommen wurde, welche Gläser, teiltransparente und transparente Kunststoffmaterialien, Polymethylmethacrylat und Acrylgläser umfasst.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremseinrichtung (1) wenigstens überwiegend unterhalb der äußeren Oberfläche (50a) angeordnet ist.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Magnetfeldquelle (26) umfasst ist und wobei die Bremseinrichtung (1) als magnetorheologische Bremseinrichtung (1) ausgebildet ist und wobei zwischen den beiden Bremskomponenten (2, 3) eine mit einem magnetorheologischen Medium (6) versehene magnetorheologische Bremskammer (110) ausgebildet ist.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Bremseinrichtung (1) wenigstens einen Bremsspalt (5) aufweist, der über wenigstens eine Dichtung (10) abgedichtet ist, wobei der Bremsspalt (5) mit einem Magnetfeld (8) der Magnetfeldquelle (26) beaufschlagbar ist und wobei das Magnetfeld den Bremsspalt (5) durchtritt und durch einen magnetisch leitfähigen äußeren Bremskörper (3a) der äußeren Bremskomponente (3) geleitet wird.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Dichtung (10) eine mit der inneren Bremskomponente (2) verbundene Dichtungsbasis (10a) und eine an der äußeren Bremskomponente (3) anliegende Dichtungslippe (3b) umfasst und/oder wobei die äußere Bremskomponente (3) in einem Kontaktbereich (3b) mit der Dichtungslippe (10b) widerstandsfähiger gegen Abrasion als die innere Bremskomponente (2) in einem Kontaktabschnitt (2b) mit der Dichtungsbasis (10a) ausgebildet ist.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die innere Bremskomponente (2) in einer axialen Richtung (20) erstreckt und wobei die innere Bremskomponente (2) als Statoreinheit (22) und die äußere Bremskomponente (3) als Rotoreinheit (23) ausgebildet sind, wobei die Statoreinheit (22) einen Statorkörper (22a) mit einem Kern (21) aus einem magnetisch leitfähigen Material und einer um den Kern (21) gewickelten elektrischen Spule (26a) als Magnetfeldquelle (26) aufweist.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Bremsspalt (5) wenigstens eine Übertragungskomponente (11) angeordnet ist und wobei wenigstens ein Teil der Übertragungskomponenten (11) aus einem magnetisch leitfähigen Material besteht und wobei wenigstens eine Übertragungskomponente (11) als Wälzkörper ausgebildet ist und z. B. einen zylindrischen oder kugelförmigen oder runden oder abgerundeten Querschnitt aufweist.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der äußeren Bremskomponente (3) das Bedienteil (101) ausgebildet ist und z. B. als Drehteil (13), Drehknopf (23), Mausrad (106) oder Drehrad ausgebildet ist.
Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens eine Benutzerschnittstelle (43), ein Bedienpanel, ein Display, ein berührungsempfindliches Display mit oder ohne haptischem Feedback.
Haptische Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die äußere Bremskomponente (3) für ihre Drehbarkeit um die innere Bremskomponente (2) mittels wenigstens einer Lagereinheit (112) wenigstens einer Lagereinrichtung (30) an dem Tragkörper (50) gelagert ist, sodass mit der Lagereinheit (112) eine von der inneren Bremskomponente (2) unabhängige Lagerung der äußere Bremskomponente (3) erfolgt.
Haptische Bedieneinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die äußere Bremskomponente (3) mittels der Lagereinheit (112) nach radial außen an dem Tragkörper (50) gelagert ist.
Haptische Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein bei einer Verzögerung der Drehbewegung der äußeren Bremskomponente (3) auftretendes Verzögerungsmoment über die innere Bremskomponente (2) in den Tragkörper (50) ableitbar ist.
Haptische Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine im Rahmen eines Bedienvorgangs auf die äußere Bremskomponente (3) ausgeübte Druckbelastung wenigstens über die Lagereinheit (112) unter Umgehung der inneren Bremskomponente (2) in den Tragkörper (50) ableitbar ist.
Haptische Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das drehbare Bedienteil (101) zur Durchführung einer Eingabe mittels wenigstens eines Fingers gedreht werden kann.
Haptische Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das drehbare Bedienteil (101) wenigstens zwei Betätigungszonen (101a, 101b, 101c) umfasst und wobei eine Bewegung des drehbaren Bedienteils (101) mittels der steuerbaren Bremseinrichtung (1) in Abhängigkeit davon gezielt dämpfbar ist, von welcher Betätigungszone (101a, 101b, 101c) aus das drehbare Bedienteil (101) betätigt wird und/oder welche Betätigungszone (101a, 101b, 101c) zuvor aktiviert wurde.
Haptische Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfung der Bremseinrichtung (1) in Abhängigkeit wenigstens eines mittels wenigstens einer Sensoreinrichtung (70) erfassten Drehwinkels des drehbaren Bedienteils (101) einstellbar ist und gezielt anpassbar ist.
Haptische Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels wenigstens einer Überwachungseinrichtung (101f) sensorisch erfasst wird, von welcher Betätigungszone (101a-101c) aus die Betätigung erfolgt und/oder wobei die Betätigungszonen (101a, 101b, 101c) durch Berühren oder Drücken aktivierbar sind.
Haptische Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das drehbare Bedienteil (101) zur Durchführung einer Eingabe auch gedrückt werden kann.
Haptische Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betätigungszonen (101a, 101b, 101c) drehfest miteinander verbunden sind.
Verfahren zum Betreiben einer haptischen Bedieneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das drehbare Bedienteil (101) wenigstens teilweise manuell betätigt wird und wobei wenigstens eine Bewegbarkeit des drehbaren Bedienteils (101) mittels der steuerbaren Bremseinrichtung (1) gezielt verzögert und blockiert und freigegeben werden kann.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Lichtquellen (140) gesteuert werden, um Helligkeits- und/oder Farbverläufe gezielt einzustellen und zu verändern.