DE102020126971B4 - Haptic operating device with a magnetorheological braking device - Google Patents
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Abstract
Haptische Bedieneinrichtung (100) mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung (1) mit einem feststehenden Halter (4) und mit zwei Bremskomponenten (2, 3). Eine der beiden Bremskomponenten (2, 3) ist mit dem Halter (4) drehfest verbunden. Die beiden Bremskomponenten (2, 3) sind relativ zueinander kontinuierlich um eine Rotationsachse (20) drehbar. Eine erste Bremskomponente (2) erstreckt sich entlang der Rotationsachse (20) und umfasst einen Kern (21) aus einem magnetisch leitfähigen Material. Die zweite Bremskomponente (3) umfasst ein sich um die erste Bremskomponente (2) herum erstreckendes hohl ausgebildetes Mantelteil (13). Zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente (2, 3) ist ein umlaufender und wenigstens zum Teil mit einem magnetorheologischen Medium (6) gefüllter Spalt (5) ausgebildet. Zwischen dem Mantelteil (13) und dem Kern (21) ist eine um die Rotationsachse (20) herum gewickelte und den Kern (21) umgebende elektrische Spule (26) aufgenommen. Der Spalt (5) umfasst zwei radiale und unterschiedliche ausgebildete Bremsspaltabschnitte (5a, 5b), wobei an einem ersten Bremsspaltabschnitt (5a) eine Scheibenkontur (41) zwischen dem Mantelteil (13) und dem Kern (21) ausgebildet ist, und wobei in einem zweiten Bremsspaltabschnitt (5b) eine Mehrzahl von Wälzkörpern (11) als Magnetfeldkonzentratoren auf dem Umfang des Kerns (21) angeordnet ist.Haptic operating device (100) with a magnetorheological braking device (1) with a fixed holder (4) and with two braking components (2, 3). One of the two brake components (2, 3) is non-rotatably connected to the holder (4). The two brake components (2, 3) can be continuously rotated relative to one another about an axis of rotation (20). A first brake component (2) extends along the axis of rotation (20) and comprises a core (21) made of a magnetically conductive material. The second brake component (3) comprises a hollow shell part (13) extending around the first brake component (2). Between the first and the second brake component (2, 3) there is a circumferential gap (5) which is at least partially filled with a magnetorheological medium (6). An electrical coil (26) wound around the axis of rotation (20) and surrounding the core (21) is accommodated between the casing part (13) and the core (21). The gap (5) comprises two radial and differently designed brake gap sections (5a, 5b), with a disc contour (41) being formed between the casing part (13) and the core (21) on a first brake gap section (5a), and with in one second brake gap section (5b) a plurality of rolling elements (11) is arranged as magnetic field concentrators on the circumference of the core (21).
Description
Die Erfindung betrifft eine haptische Bedieneinrichtung und insbesondere einen haptischen Bedienknopf mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung mit einem feststehenden Halter und mit wenigstens zwei Bremskomponenten, die um eine Rotationsachse relativ zueinander kontinuierlich drehbar sind.The invention relates to a haptic operating device and in particular a haptic operating button with a magnetorheological braking device with a fixed holder and with at least two braking components which can be rotated continuously relative to one another about an axis of rotation.
Die haptische Bedieneinrichtung kann insbesondere bei der Bedienung von technischen Einrichtungen in Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen verwendet werden, so zum Beispiel als Drehsteller, Dreh-/Drücksteller, für das Infotainment, die Klimaanlage (Temperatur, Lüftungsstufe, Verteilung), als Getriebewahlschalter, zur Navigation, bei dem Tempomat, bei der Abstandsregelung, als Sitzverstellung, in der Lenkung oder im Lenkrad, bei der Fahrwerksverstellung, bei der Fahrmodiverstellung, zur Scheibenwischereinstellung, zur Fensterverstellung oder zur Schiebedachverstellung, beim Parkassistenten oder zum Einstellen des (teil-) autonomen Fahrens oder sogar als Lenkradersatz.The haptic control device can be used in particular when operating technical equipment in motor vehicles and other vehicles, for example as a turntable, rotary/push button, for infotainment, air conditioning (temperature, ventilation level, distribution), as a gear selector switch, for navigation, in cruise control, in distance control, as seat adjustment, in the steering or in the steering wheel, in chassis adjustment, in driving mode adjustment, for windscreen wiper adjustment, for window adjustment or sunroof adjustment, for parking assistants or for setting (partly) autonomous driving or even as a steering wheel replacement.
Der Einsatz ist bei Kraftfahrzeugen, Luftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen, Booten, in der Landtechnik bei zum Beispiel Traktoren oder Mähdrescher, Erntemaschinen und sonstigen Feldmaschinen für die Landwirtschaft möglich. Der Einsatz ist auch bei Baumaschinen und zum Beispiel Gabelstaplern oder ähnlichen Maschinen oder auch bei medizinischen oder industriellen Anlagen möglich.It can be used in motor vehicles, aircraft, airplanes, ships, boats, in agricultural engineering, for example in tractors or combine harvesters, harvesters and other field machines for agriculture. It can also be used in construction machinery and, for example, forklifts or similar machines or in medical or industrial systems.
Die Erfindung kann auch bei der Bedienung oder als Eingabegerät von Waschmaschinen, Küchengeräten und Haushaltsgeräten, Radios, Fotoapparaten und Filmkameras, Hi-Fi- und Fernsehanlagen, Smart Devices, Smart-Home-Geräten, Laptops, PCs, Smartwatches, in einem Kronenrad von Armbanduhren oder als Computermaus oder als Drehrad in einer Computermaus, an Spiele-Konsolen, beim Gamingequipment, als Drehknopf in einer Tastatur oder an anderen Geräten verwendet werden.The invention can also be used in the operation or as an input device of washing machines, kitchen appliances and household appliances, radios, cameras and film cameras, hi-fi and television systems, smart devices, smart home devices, laptops, PCs, smartwatches, in a crown wheel of wristwatches or used as a computer mouse or as a wheel in a computer mouse, on game consoles, in gaming equipment, as a knob in a keyboard or on other devices.
Mit der
Magnetorheologische Fluide weisen beispielsweise in einem Öl verteilt feinste ferromagnetische Partikel wie beispielsweise Carbonyleisenpulver auf. In magnetorheologischen Flüssigkeiten werden annähernd runde oder kugelförmige Partikel mit einem herstellungsbedingten Durchmesser von 1 µm bis 10 µm verwendet, wobei die Partikelgröße und Partikelform nicht einheitlich ist. Wird ein solches magnetorheologisches Fluid mit einem Magnetfeld beaufschlagt, so verketten sich die Carbonyleisenpartikel des magnetorheologischen Fluides oder des magnetorheologischen Mediums oder des magnetorheologischen Fluides entlang der Magnetfeldlinien, sodass die rheologischen Eigenschaften des magnetorheologischen Mediums abhängig von Form und Stärke des Magnetfeldes erheblich beeinflusst werden (übertragbare Schubspannungen).Magnetorheological fluids have, for example, very fine ferromagnetic particles, such as carbonyl iron powder, distributed in an oil. In magnetorheological fluids, approximately round or spherical particles with a manufacturing-related diameter of 1 μm to 10 μm are used, with the particle size and particle shape not being uniform. If such a magnetorheological fluid is subjected to a magnetic field, the carbonyl iron particles of the magnetorheological fluid or the magnetorheological medium or the magnetorheological fluid link up along the magnetic field lines, so that the rheological properties of the magnetorheological medium are significantly influenced depending on the shape and strength of the magnetic field (transmissible shear stresses ).
Mit der
In der
Nachteilig ist aber, dass das hohe maximal Drehmoment nur bei geringen Drehzahlen der haptischen Bedieneinrichtung erzielbar ist. Überschreitet die Drehzahl einen von der jeweiligen Konstruktion abhängigen Wert, so sinkt das Maximalmoment erheblich ab und erfüllt die Anforderungen nicht immer.The disadvantage, however, is that the high maximum torque can only be achieved at low speeds of the haptic operating device. If the speed exceeds a value that depends on the respective design, the maximum torque drops considerably and does not always meet the requirements.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine haptische Bedieneinrichtung und insbesondere einen haptischen Bedienknopf mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung zu Verfügung zu stellen, womit ein geringes Grundmoment und ein relativ hohes Maximaldrehmoment bei unterschiedlichen Drehzahlen erzeugbar ist.It is therefore the object of the present invention to provide a haptic operating device and in particular a haptic operating button with a magnetorheological braking device, with which a low basic torque and a relatively high maximum torque can be generated at different speeds.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine haptische Bedieneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.This object is achieved by a haptic operating device with the features of
Eine erfindungsgemäße haptische Bedieneinrichtung kann insbesondere als haptischer Bedienknopf ausgebildet sein. Die haptische Bedieneinrichtung weist wenigstens eine magnetorheologische Bremseinrichtung mit einem feststehenden Halter und mit wenigstens zwei Bremskomponenten auf. Eine der beiden Bremskomponenten ist mit dem Halter drehfest verbunden. Die beiden Bremskomponenten sind relativ zueinander kontinuierlich um eine (gemeinsame) Rotationsachse drehbar. Eine erste Bremskomponente erstreckt sich entlang der Rotationsachse (in axialer Richtung) und umfasst einen Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material. Die zweite Bremskomponente umfasst ein sich um die erste Bremskomponente herum erstreckendes hohl ausgebildetes Mantelteil. Zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente ist ein umlaufender und wenigstens zum Teil mit einem magnetorheologischen Medium gefüllter Spalt ausgebildet. Zwischen dem Mantelteil und dem Kern ist wenigstens eine um die Rotationsachse herum gewickelte und den Kern (radial) umgebende elektrische Spule aufgenommen. Der Spalt umfasst wenigstens zwei (funktional) unterschiedliche und radial ausgebildete Bremsspaltabschnitte. An einem ersten Bremsspaltabschnitt ist eine Scheibenkontur zwischen dem Mantelteil und dem Kern ausgebildet. In einem zweiten Bremsspaltabschnitt ist eine Mehrzahl von Wälzkörpern auf dem Umfang des Kerns angeordnet.A haptic operating device according to the invention can be designed in particular as a haptic operating button. The haptic operating device has at least one magnetorheological braking device with a stationary holder and with at least two braking components. One of the two brake components is non-rotatably connected to the holder. The two brake components are continuously rotatable relative to each other about a (common) axis of rotation. A first braking component extends along the axis of rotation (in the axial direction) and includes a core of magnetically conductive material. The second brake component includes a hollow shell portion extending around the first brake component. A circumferential gap that is at least partially filled with a magnetorheological medium is formed between the first and the second brake component. At least one electrical coil wound around the axis of rotation and (radially) surrounding the core is accommodated between the casing part and the core. The gap comprises at least two (functionally) different and radially designed brake gap sections. A disc contour is formed between the casing part and the core at a first braking gap section. In a second braking gap section, a plurality of rolling elements are arranged on the circumference of the core.
Die erfindungsgemäße haptische Bedieneinrichtung hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen haptischen Bedieneinrichtung besteht darin, dass zwei funktional unterschiedliche und jeweils in radialer Richtung ausgebildete Bremsspaltabschnitte umfasst sind. Dadurch kann bei unterschiedlichen Drehzahlen der haptischen Bedieneinrichtung auf unterschiedliche Art und Weise gebremst werden. Während einer der Bremsspaltabschnitte (funktional bedingt) ein höheres Drehmoment bei geringeren Drehzahlen erzeugt, erzeugt der andere Bremsspaltabschnitt durch den anderen Aufbau bedingt auch bei höheren Drehzahlen ein relativ hohes Drehmoment. Dadurch wird über den gesamten Drehzahlbereich ein konstantes maximales Drehmoment erreicht, was in vielen Anwendungen sehr vorteilhaft ist.The haptic operating device according to the invention has many advantages. A significant advantage of the haptic operating device according to the invention is that it includes two functionally different brake gap sections that are each formed in the radial direction. As a result, the haptic operating device can be braked in different ways at different speeds. While one of the brake gap sections (functionally related) generates a higher torque at lower speeds, the other brake gap section generates a relatively high torque even at higher speeds due to the different structure. As a result, a constant maximum torque is achieved over the entire speed range, which is very advantageous in many applications.
Die erfindungsgemäße haptische Bedieneinrichtung ist einfach aufgebaut, verwendet nur wenige Teile und erlaubt eine leichte und kostengünstige Fertigung. Die Grundreibung ist gering und es kann für unterschiedliche Drehzahlen und auch im Stillstand ein hohes Maximaldrehmoment bereitgestellt werden. Die Fertigung ist einfach und kostengünstig.The haptic control device according to the invention has a simple structure, uses only a few parts and allows easy and inexpensive production. The basic friction is low and a high maximum torque can be provided for different speeds and also at standstill. Manufacturing is simple and inexpensive.
Die erste Bremskomponente definiert eine axiale Richtung. Insbesondere ist eine Symmetrieachse der ersten Bremskomponente die Rotationsachse. Vorzugsweise erstreckt sich der Kern der ersten Bremskomponente in der axialen Richtung, kann aber auch einen leichten Winkel zur axialen Richtung aufweisen.The first braking component defines an axial direction. In particular, an axis of symmetry of the first braking component is the axis of rotation. Preferably, the core of the first brake component extends in the axial direction, but may also have a slight angle to the axial direction.
Die Erfindung ermöglicht es, ein hohes Bremsmoment bei unterschiedlichen Drehzahlen bei einem kleinen Bauraum zu erzeugen. Das Magnetfeld durchtritt die zwei unterschiedlichen Bremsspaltabschnitte zwischen dem Kern und dem Mantelteil jeweils im Wesentlichen radial oder jedenfalls doch quer zu der Rotationsachse.The invention makes it possible to generate a high braking torque at different speeds in a small space. The magnetic field passes through the two different brake gap sections between the core and the casing part, each essentially radially or at least transversely to the axis of rotation.
Die Wälzkörper dienen insbesondere als Magnetfeldkonzentratoren. Aufgrund der (als Magnetfeldkonzentratoren dienenden) Wälzkörper können sich zwischen den einzelnen Magnetfeldlinien und der radialen Ausrichtung spitze Winkel ergeben, aber generell oder im Durchschnitt verläuft das Magnetfeld im Wesentlichen radial. Das Gleiche gilt auch für den anderen Bremsspaltabschnitt mit der Scheibenkontur, bei der sich an dem radialen Ende der Scheibenkontur auch eine dreidimensionale Ausrichtung der Magnetfeldlinien ergeben kann, die aber im Durchschnitt oder insgesamt doch wieder im Wesentlichen radial ausgerichtet sind.The rolling elements serve in particular as magnetic field concentrators. Due to the rolling elements (serving as magnetic field concentrators) there can be acute angles between the individual magnetic field lines and the radial orientation, but generally or on average the magnetic field is essentially radial. The same also applies to the other brake gap section with the disk contour, in which a three-dimensional alignment of the magnetic field lines can also result at the radial end of the disk contour, but which are again essentially radially aligned on average or overall.
Insbesondere ist in einem axialen Bereich (direkt) benachbart zu der elektrischen Spule eine Scheibenkontur oder ein Scheibenkörper zwischen dem Mantelteil und dem Kern ausgebildet und in einem (anderen) axialen Abschnitt (direkt) benachbart zu der elektrischen Spule ist eine Mehrzahl von Wälzkörpern (als Magnetfeldkonzentratoren) auf dem Umfang des Kerns angeordnet. In particular, in an axial region (directly) adjacent to the electric coil, a disk contour or disk body is formed between the shell part and the core, and in an (another) axial section (directly) adjacent to the electric coil is a plurality of Rolling elements (as magnetic field concentrators) arranged on the circumference of the core.
Die Wälzkörper sind insbesondere in einer gemeinsamen Ebene quer oder senkrecht zur Rotationsachse angeordnet. Vorzugsweise können sich die Wälzkörper vollständig um den Kern herum bewegen. Eine Außenoberfläche des Kerns ist in dem zweiten Bremsspaltabschnitt vorzugsweise zylindrisch ausgebildet.In particular, the rolling elements are arranged in a common plane transversely or perpendicularly to the axis of rotation. Preferably, the rolling elements can move completely around the core. An outer surface of the core is preferably cylindrical in the second braking gap portion.
Vorzugsweise ist ein Radius bzw. (typischer oder maximaler) Durchmesser des ersten Bremsspaltabschnittes etwa und insbesondere genau so groß wie ein Radius bzw. (typischer oder maximaler) Durchmesser des zweiten Bremsspaltabschnittes. Dadurch werden große Momente auch bei höheren Drehzahlen und beim Anlaufen aus dem Stand erzeugbar.A radius or (typical or maximum) diameter of the first brake gap section is preferably approximately and in particular exactly the same size as a radius or (typical or maximum) diameter of the second brake gap section. This means that large torques can be generated even at higher speeds and when starting from a standstill.
Das magnetorheologische Medium benetzt insbesondere die erste und die zweite Bremskomponente wenigstens abschnittsweise.The magnetorheological medium particularly wets the first and the second brake component at least in sections.
Die (wenigstens eine) elektrische Spule ist vorzugsweise um die Rotationsachse herumgewickelt und erzeugt im Wesentlichen ein Magnetfeld in axialer Richtung innerhalb des Kerns. Die elektrische Spule ist dabei radial zwischen dem Kern und dem Mantelteil aufgenommen. Die elektrische Spule kann dabei um den Kern gewickelt oder auch innen an dem Mantelteil befestigt sein.The (at least one) electrical coil is preferably wound around the axis of rotation and generates a magnetic field in an axial direction substantially within the core. The electrical coil is accommodated radially between the core and the casing part. The electrical coil can be wound around the core or attached to the inside of the casing part.
Der Kern besteht aus einem magnetisch (gut) leitfähigen Material. Die erste Bremskomponente umfasst den Kern und insbesondere eine Achse oder einen Schaft, der insbesondere wenigstens zum Teil oder vollständig aus einem magnetisch nichtleitenden Material besteht. Vorzugsweise sind die Achse (der Schaft) und der Kern lösbar miteinander verbunden.The core consists of a magnetically (well) conductive material. The first braking component comprises the core and in particular an axle or a shaft which in particular consists at least partially or completely of a magnetically non-conductive material. Preferably, the axle (the shaft) and the core are detachably connected to each other.
Die Scheibenkontur besteht wenigstens teilweise oder vollständig auch aus einem magnetisch (gut) leitfähigen Material.The disc contour consists at least partially or completely of a magnetically (well) conductive material.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Scheibenkontur als separater Scheibenkörper ausgebildet. Möglich ist es auch, dass die Scheibenkontur einstückig mit dem Kern ausgebildet ist und z. B. T-förmig gestaltet ist, wobei der lange Schenkel des „T“ entlang der Rotationsachse verläuft. Möglich ist es auch, das ein Teil der Scheibenkontur einstückig mit dem Kern ausgebildet ist und durch einen separaten Scheibenkörper ergänzt wird. In einfachen und besonders bevorzugten Ausgestaltungen wird die Scheibenkontur durch einen separaten Scheibenkörper gebildet, der an oder auf dem Kern befestigt wird.In a preferred development, the disk contour is designed as a separate disk body. It is also possible that the disk contour is formed in one piece with the core and z. B. T-shaped, with the long leg of the “T” running along the axis of rotation. It is also possible that a part of the disk contour is designed in one piece with the core and is supplemented by a separate disk body. In simple and particularly preferred configurations, the disk contour is formed by a separate disk body that is attached to or on the core.
Vorzugsweise wird der Scheibenkörper auf den Kern aufgebracht. Dazu weist der Kern insbesondere eine angepasste Aufnahme auf. Möglich und bevorzugt ist es zum Beispiel, dass der Scheibenkörper mit dem Kern verbunden oder aufgepresst wird. Möglich ist es aber auch, dass die Scheibenkontur bzw. der Scheibenkörper mit dem Mantelteil verbunden und zum Beispiel darin eingepresst wird. Denkbar ist es auch, dass zwei aufeinander angepasste Scheibenkörper eingesetzt werden, zwischen denen ein radialer Bremsspaltabschnitt gebildet wird. Dabei kann eine erste hohlzylindrische Scheibenkontur auf den Kern aufgebracht werden und eine zweite hohlzylindrische Scheibenkontur mit einem entsprechend großen Innendurchmesser in das Mantelteil eingebracht werden, sodass die beiden Scheibenkonturen zum Beispiel in axialer Richtung zueinander ausgerichtet sind und einen kleinen (radialen) Spalt zwischen sich belassen. Zwischen den beiden Scheibenkonturen verbleibt dann ein insbesondere im Wesentlichen radial ausgebildeter Bremsspaltabschnitt.The disk body is preferably applied to the core. For this purpose, the core has, in particular, an adapted receptacle. It is possible and preferred, for example, for the disc body to be connected or pressed onto the core. However, it is also possible for the disk contour or the disk body to be connected to the casing part and, for example, to be pressed into it. It is also conceivable that two disk bodies adapted to one another are used, between which a radial brake gap section is formed. A first hollow-cylindrical disk contour can be applied to the core and a second hollow-cylindrical disk contour with a correspondingly large inner diameter can be introduced into the casing part, so that the two disk contours are aligned with one another in the axial direction, for example, and leave a small (radial) gap between them. Between the two disk contours then remains a brake gap section that is in particular designed essentially radially.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen weist die Scheibenkontur wenigstens ein Scheibenpaket auf. Das Scheibenpaket wird insbesondere durch eine Mehrzahl von vorzugsweise direkt aneinander anliegenden Scheibenblechen gebildet. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht beispielsweise die Fertigung der Scheibenbleche als Stanzteil. Stanzteile können besonders leicht und kostengünstig in großen Stückzahlen hergestellt werden. Werden sie aufeinandergestapelt und zum Beispiel miteinander verpresst, so kann leicht und kostengünstig ein Scheibenpaket bzw. ein Scheibenkörper mit erheblich größerer Dicke bereitgestellt werden. Dadurch werden Scheibenbleche und auch Scheibenpakete sehr kostengünstig herstellbar.In particularly preferred configurations, the pane contour has at least one pane pack. The pack of disks is formed in particular by a plurality of sheet metal disks that preferably lie directly against one another. Such a configuration enables, for example, the production of the sheet metal discs as a stamped part. Punched parts can be produced particularly easily and inexpensively in large numbers. If they are stacked on top of one another and, for example, pressed together, a disk package or a disk body with a significantly greater thickness can be provided easily and inexpensively. As a result, sheet metal panes and also pane packs can be produced very cost-effectively.
Es ist bevorzugt, dass wenigstens einige Scheibenbleche oder nahezu alle Scheibenbleche oder alle Scheibenbleche jeweils rund ausgebildet sind und den gleichen Durchmesser oder doch ähnliche Durchmesser aufweisen. Möglich ist aber auch der Einsatz von einigen oder einzelnen unrund ausgebildeten Scheibenblechen, an denen beispielsweise radial außen eine unrunde Außenkontur oder eine Zahnstruktur oder Sternkontur ausgebildet ist. Werden rund und unrund ausgebildete Scheibenbleche zu einem Scheibenpaket gestapelt, so kann eine komplexe Außenkontur erzeugt werden, die lokal zu einer größeren Magnetfeldkonzentration führen kann. Möglich ist es auch, dass ein Scheibenpaket mehrere rund (oder unrund) ausgebildete Scheibenbleche mit unterschiedlichen Außendurchmessern umfasst. So können abwechselnd runde Scheibenbleche mit geringerem und mit größerem Durchmesser vorgesehen sein.It is preferred that at least some sheet metal disks or almost all sheet metal disks or all sheet metal disks are each round and have the same diameter or at least similar diameters. However, it is also possible to use a few or individual non-round disc plates on which, for example, a non-round outer contour or a toothed structure or star contour is formed radially on the outside. If circular and non-circular disk sheets are stacked to form a disk pack, a complex outer contour can be created, which can locally lead to a greater magnetic field concentration. It is also possible for a disk pack to include a plurality of round (or non-round) disk sheets with different outside diameters. In this way, round sheet metal plates with a smaller and a larger diameter can be provided alternately.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen weist die Scheibenkontur insgesamt eine zylindrische Außenkontur auf.In particularly preferred configurations, the disc contour has a cylindrical outer contour overall.
Es ist möglich und bevorzugt, dass die Scheibenkontur an wenigstens einer axialen Seite eine (axial) nach außen abstehende Außenkontur aufweist. Die Scheibenkontur kann dabei insgesamt konisch, bauchig, abgerundet oder abgestuft ausgebildet sein. Insbesondere ist die Scheibenkontur rotationssymmetrisch im Bereich der Außenkontur ausgebildet. Die nach außen abstehende Außenkontur kann sich beispielsweise an einem Deckel oder dergleichen abstützen oder dort geführt werden. Die nach außen abstehende Außenkontur ermöglicht dadurch die Bereitstellung eines Reservoirs an magnetorheologischen Partikeln.It is possible and preferred for the disk contour to have an (axially) outwardly protruding outer contour on at least one axial side. The disk contour can be conical, bulbous, rounded or stepped overall. In particular, the disc contour is rotationally symmetrical in the area of the outer contour. The outwardly projecting outer contour can, for example, be supported on a cover or the like or be guided there. The outwardly protruding outer contour thereby makes it possible to provide a reservoir of magnetorheological particles.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass ein radialer Freiraum für einen Wälzkörper zwischen dem Mantelteil und dem Kern in dem zweiten Bremsspaltabschnitt größer ist als eine Spalthöhe in dem ersten Bremsspaltabschnitt (in dem Bereich der Scheibenkontur). Ein radialer Freiraum ergibt sich dabei als Differenz der Spalthöhe in dem zweiten Bremsspaltabschnitt abzüglich des Durchmessers des Wälzkörpers. Typischerweise teilt sich der radiale Freiraum etwa gleichmäßig radial außerhalb des Wälzkörpers und radial innerhalb des Wälzkörpers auf. In einfachen Fällen ist der Wälzkörper radial mittig angeordnet und der radiale Abstand der Außenfläche des Wälzkörpers zur inneren Oberfläche des Mantelteils und der radiale Abstand von der äußeren Umfangsfläche des Kerns zur radial inneren Außenoberfläche des Wälzkörpers sind etwa gleich.In all configurations, it is preferred that a radial free space for a rolling body between the shell part and the core in the second brake gap section is larger than a gap height in the first brake gap section (in the area of the disc contour). A radial free space results from the difference in the gap height in the second brake gap section minus the diameter of the rolling element. The radial free space is typically divided approximately equally radially outside of the rolling body and radially inside of the rolling body. In simple cases, the rolling body is arranged radially centrally and the radial distance between the outer surface of the rolling body and the inner surface of the shell part and the radial distance from the outer peripheral surface of the core to the radially inner outer surface of the rolling body are approximately the same.
Vorzugsweise ist der radiale Freiraum (insgesamt) für einen Wälzkörper in dem zweiten Bremsspaltabschnitt mehr als doppelt und insbesondere wenigstens dreimal so groß wie die Spalthöhe in dem ersten Bremsspaltabschnitt. Das bedeutet, dass im Normalfall der Wälzkörper radial nach außen und radial nach innen mehr Spielraum hat als die Spalthöhe an dem Scheibenkörper in dem ersten Bremsspaltabschnitt beträgt. Es ist auch möglich und bevorzugt, dass der radiale Freiraum für einen Wälzkörper in dem zweiten Bremsspaltabschnitt viermal so groß oder noch größer ist als die Spalthöhe in dem ersten Bremsspaltabschnitt. Vorzugsweise ist eine Spalthöhe an dem Bremsspaltabschnitt an der Scheibenkontur kleiner als 0,15 mm und vorzugsweise kleiner als 0,1 mm.The radial free space (total) for a rolling body in the second brake gap section is preferably more than twice and in particular at least three times as large as the gap height in the first brake gap section. This means that in the normal case, the rolling element has more play radially outwards and radially inwards than the gap height on the disk body in the first braking gap section. It is also possible and preferred that the radial free space for a rolling body in the second brake gap section is four times or even greater than the gap height in the first brake gap section. A gap height at the braking gap section on the disc contour is preferably less than 0.15 mm and preferably less than 0.1 mm.
Vorzugsweise sind der radiale Freiraum in dem zweiten Bremsspaltabschnitt und die Spalthöhe in dem ersten Bremsspaltabschnitt an der Scheibenkontur (erheblich) kleiner als ein radialer Abstand in anderen Bereichen des Spaltes. Der radiale Abstand von dem Außendurchmesser der elektrischen Spule oder von dem Außendurchmesser eines Überzugs über die elektrische Spule oder einer Umspritzung der elektrischen Spule bis zur radialen Innenwandung des Mantelteils ist (axial) außerhalb der beiden Bremsspaltabschnitte vorzugsweise (erheblich) größer als in den beiden Bremsspaltabschnitten. Der Größenunterschied kann den Faktor 2 oder 3 erreichen und weit übersteigen.Preferably, the radial clearance in the second brake gap section and the gap height in the first brake gap section on the disc contour are (considerably) smaller than a radial distance in other areas of the gap. The radial distance from the outer diameter of the electrical coil or from the outer diameter of a coating over the electrical coil or an extrusion coating of the electrical coil to the radial inner wall of the casing part is (axially) outside of the two brake gap sections preferably (considerably) larger than in the two brake gap sections. The difference in size can reach and far exceed a factor of 2 or 3.
In konkreten Ausgestaltungen beträgt der radiale Freiraum für einen Wälzkörper in dem zweiten Bremsspaltabschnitt etwa 0,2 mm, während die Spalthöhe in dem ersten Bremsspaltabschnitt etwa 0,05 mm beträgt. Dabei sind jeweils Abweichungen von +/- 50 % möglich. Insgesamt beträgt dann das radiale Spiel an einem haptischen Bedienknopf im Bereich der Wälzkörper das Doppelte des radialen Freiraums, da auf gegenüberliegenden Seiten des Kerns jeweils Wälzkörper angeordnet sind, insgesamt in diesem Beispiel 0,4 mm. Im Bereich des ersten Bremsspaltabschnitts mit einer Spalthöhe von 0,05 mm ergibt sich dann insgesamt ein radiales Spiel von 2 × 0,05 mm, also von 0,1 mm.In specific configurations, the radial clearance for a rolling element in the second brake gap section is approximately 0.2 mm, while the gap height in the first brake gap section is approximately 0.05 mm. Deviations of +/- 50% are possible in each case. Overall, the radial play on a haptic control button in the area of the rolling bodies is twice the radial free space, since rolling bodies are arranged on opposite sides of the core, a total of 0.4 mm in this example. In the area of the first brake gap section with a gap height of 0.05 mm, there is a total radial play of 2×0.05 mm, ie 0.1 mm.
Aufgrund dieses sehr geringen Spiels kann wenigstens an dem Ende der haptischen Bedieneinrichtung mit der Scheibenkontur in vielen Fällen auf ein separates Lager verzichtet werden. Die Scheibenkontur übernimmt dann zusammen mit dem Mantelteil die Führung oder Lagerung des Mantelteils gegenüber dem Kern. Das ermöglicht eine nochmals einfachere und noch kostengünstigere Konstruktion.Because of this very small amount of play, in many cases a separate bearing can be dispensed with, at least at the end of the haptic operating device with the disk contour. The disk contour then, together with the shell part, takes over the guidance or bearing of the shell part relative to the core. This enables an even simpler and more cost-effective construction.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen sind der erste und der zweite Bremsspaltabschnitt an unterschiedlichen axialen Seiten der elektrischen Spule ausgebildet. Besonders bevorzugt grenzt wenigstens ein Bremsspaltabschnitt axial mittelbar oder unmittelbar an die elektrische Spule an.In particularly preferred configurations, the first and second braking gap sections are formed on different axial sides of the electrical coil. Particularly preferably, at least one braking gap section is axially directly or indirectly adjacent to the electric coil.
Vorzugsweise beträgt eine axiale Breite der Wälzkörper zwischen einer halben und einer doppelten axialen Breite der Scheibenkontur. Das erlaubt eine besonders effektive Übertragung des Magnetfeldes in dem Bremsspaltabschnitt der Scheibenkontur, wodurch auch eine hohe Magnetfeldkonzentration an dem zweiten Bremsspaltabschnitt im Bereich der Wälzkörper ermöglicht wird. Dadurch wird die Bremswirkung in dem ersten Bremsspaltabschnitt und dem zweiten Bremsspaltabschnitt verstärkt, während die axiale Baulänge aber gering bleibt.An axial width of the rolling bodies is preferably between half and twice the axial width of the disk contour. This allows a particularly effective transmission of the magnetic field in the braking gap section of the disc contour, which also enables a high magnetic field concentration at the second braking gap section in the area of the rolling elements. As a result, the braking effect in the first brake gap section and the second brake gap section is increased, while the overall axial length remains small.
Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis einer axialen Breite der Wälzkörper zu einer axialen Breite der elektrischen Spule zwischen 1:5 und 3:1 und in bevorzugten Ausgestaltungen zwischen 2:3 und 3:2.A ratio of an axial width of the rolling elements to an axial width of the electrical coil is preferably between 1:5 and 3:1 and in preferred configurations between 2:3 and 3:2.
Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis einer axialen Breite der Scheibenkontur zu einer axialen Breite der elektrischen Spule zwischen 1:5 und 3:2 und in bevorzugten Ausgestaltungen zwischen 2:3 und 3:2. Dabei wird hier unter der axialen Breite der Scheibenkontur die Breite der Scheibenkontur am Bremsspaltabschnitt verstanden. Sollte sich die Scheibenkontur beispielsweise radial nach außen verjüngen und die axiale Breite der Scheibenkontur radial nach außen abnehmen, so wird die axiale Breite der Scheibenkontur in der Nähe des radial äußeren Endes darunter verstanden.A ratio of an axial width of the disk contour to an axial width of the electrical coil is preferably between 1:5 and 3:2 and in preferred embodiments between 2:3 and 3:2. Here, the axial width of the disk contour is understood to mean the width of the disk contour at the brake gap section. If the disk contour tapers radially outwards, for example, and the axial width of the disk contour decreases radially outwards, this is understood to mean the axial width of the disk contour in the vicinity of the radially outer end.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass das Magnetfeld des Magnetkreislaufs wenigstens zum Teil jeweils axial durch den Kern und das Mantelteil und zu einem erheblichen Teil radial und besonders bevorzugt im Wesentlichen radial durch den ersten und den zweiten Bremsspaltabschnitt durchtritt. In einfachen Ausgestaltungen ist die elektrische Spule um den Kern gewickelt und erzeugt in der axialen Richtung der Rotationsachse innerhalb des Kerns ein Magnetfeld, welches an den jeweiligen Enden der elektrischen Spule radial nach außen geleitet wird und an einem axialen Ende durch die Scheibenkontur und den ersten Bremsspaltabschnitt und an dem anderen axialen Ende durch den zweiten Bremsspaltabschnitt und die Wälzkörper jeweils vom Kern in das Mantelteil bzw. umgekehrt übertritt. Eine solche Ausgestaltung erlaubt einen besonders einfachen, kostengünstigen und dennoch effektiven Aufbau.In all configurations, it is particularly preferred that the magnetic field of the magnetic circuit passes at least partly axially through the core and the casing part and to a considerable extent radially and particularly preferably essentially radially through the first and the second brake gap section. In simple configurations, the electrical coil is wound around the core and generates a magnetic field in the axial direction of the axis of rotation within the core, which is conducted radially outwards at the respective ends of the electrical coil and at one axial end through the disk contour and the first brake gap section and at the other axial end passes through the second brake gap section and the rolling elements from the core into the shell part and vice versa. Such a configuration allows a particularly simple, inexpensive and yet effective construction.
Vorzugsweise bestehen die Wälzkörper wenigstens teilweise und insbesondere nahezu vollständig oder vollständig aus einem magnetisch leitenden Material.Preferably, the rolling bodies consist at least partially and in particular almost completely or completely of a magnetically conductive material.
Magnetisch nichtleitende Körper oder Wälzkörper können auch vorhanden sein. Nichtleitende Körper können als Platzhalter oder Führungselemente dienen und beliebige Formen aufweisen. So können zwischen den (magnetisch leitenden) Wälzkörpern magnetisch nichtleitende Körper angeordnet sein. Mehrere nichtleitende Körper (z. B. Führungselemente) können untereinander verbunden sein, z.B. in Form eines Käfigs. Dies erleichtert die Montage.Magnetic non-conductive bodies or rolling elements can also be present. Non-conductive bodies can serve as placeholders or guide elements and can have any shape. Thus, magnetically non-conductive bodies can be arranged between the (magnetically conductive) rolling bodies. Several non-conductive bodies (e.g. guide elements) can be connected to one another, e.g. in the form of a cage. This makes assembly easier.
Besonders bevorzugt führt die Scheibenkontur das Mantelteil drehbar und dient als Lagerstelle.The disk contour particularly preferably guides the casing part in a rotatable manner and serves as a bearing point.
Vorzugsweise ist zwischen den Bremskomponenten eine geschlossene Kammer ausgebildet. Insbesondere ist die geschlossene Kammer wenigstens zu einem erheblichen Anteil und insbesondere im Wesentlichen mit einem magnetorheologischen Medium wie einem magnetorheologischen Fluid und/oder z. B. (trockenem oder pulverförmigen) Carbonyleisenpulver gefüllt. Insbesondere ist die zweite Bremskomponente an der ersten Bremskomponente drehbar aufgenommen.A closed chamber is preferably formed between the brake components. In particular, the closed chamber is at least to a significant extent and in particular essentially filled with a magnetorheological medium such as a magnetorheological fluid and/or z. B. (dry or powdered) carbonyl iron powder filled. In particular, the second brake component is rotatably accommodated on the first brake component.
Die erste Bremskomponente umfasst vorzugsweise eine Achse, die wenigstens zu einem Teil aus einem nicht magnetisch leitfähigen Material ausgebildet ist. An der Achse ist der Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material befestigt.The first braking component preferably includes an axle formed at least in part from a non-magnetically conductive material. The core made of a magnetically conductive material is attached to the axle.
Vorzugsweise ist die zweite Bremskomponente axial verschieblich an der ersten Bremskomponente aufgenommen. Das kann beispielsweise (auch) dazu dienen, einen Volumenausgleich bei Temperaturänderungen und/oder bei Leckage zu ermöglichen. Bevorzugt ist es, dass eine radiale und/oder axiale Position der beiden Bremskomponenten zueinander sensorisch erfasst wird.The second brake component is preferably accommodated in an axially displaceable manner on the first brake component. This can (also) serve, for example, to enable volume equalization in the event of temperature changes and/or in the event of a leak. It is preferred that a radial and/or axial position of the two brake components relative to one another is detected by sensors.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass an den einem und insbesondere dem distalen Ende der Kammer ein Klickelement angeordnet ist. Ein solches Klickelement ermöglicht insbesondere zwei Zustände, wobei nach dem Betätigen des Klickelements z. B. ein Blech hörbar und/oder taktil fühlbar umschaltet und dabei eine (geringe) axiale Verschiebung durchführt. Solche z. B. als Schnappteile oder Schnappscheiben ausgeführten Klickelemente sind beispielsweise von Tastaturen oder anderen Einrichtungen bekannt und ermöglichen eine kostengünstige und effektiv fühlbare Rückmeldung bei Betätigung eines Tasters oder dergleichen. In all of the configurations, it is preferred that a click element is arranged at one and in particular at the distal end of the chamber. Such a click element allows in particular two states, after pressing the click element z. B. switches over a metal sheet in an audible and/or tactile manner and thereby performs a (small) axial displacement. Such z. B. designed as snap parts or snap disks click elements are known for example from keyboards or other devices and allow an inexpensive and effective tactile feedback when pressing a button or the like.
Vorzugsweise ist das Klickelement an einem Ende der Kammer angeordnet. Besonders bevorzugt trennt eine elastische Membran die Kammer von dem Klickelement. Das Klickelement kann als Schnappteil oder Schnappscheibe ausgeführt sein. Dadurch kann ein Volumenausgleich an der Kammer bereitgestellt werden, wenn die Achse in die Kammer weiter eintaucht oder wieder austaucht.The click element is preferably arranged at one end of the chamber. An elastic membrane particularly preferably separates the chamber from the click element. The click element can be designed as a snap part or snap disk. This can provide volume compensation to the chamber as the axle continues to enter or exit the chamber.
In besonders bevorzugten Weiterbildungen wird die Schnappscheibe so ausgebildet, dass eine Änderung des aufgespannten Volumens der Schnappscheibe zwischen den beiden Zuständen der Schnappscheibe an eine Querschnittsfläche der Achse multipliziert mit einem Axialversatz der Schnappscheibe bei Betätigung angepasst ist. Insbesondere unterscheiden sich die beiden Volumina um weniger als 50 % oder 25 % und vorzugsweise um weniger als 10 % oder weniger als 5 %. Eine derartige Ausgestaltung, bei der die Schnappscheibe an die Achse angepasst wird, sorgt dafür, dass nur ein geringes oder gegebenenfalls gar kein Volumen für einen Volumenausgleich bei der Betätigung der Schnappscheibe bereitgestellt werden muss.In particularly preferred developments, the snap-action disk is designed such that a change in the spanned volume of the snap-action disk between the two states of the snap-action disk is adapted to a cross-sectional area of the axis multiplied by an axial offset of the snap-action disk when actuated. In particular, the two volumes differ by less than 50% or 25% and preferably by less than 10% or less than 5%. Such a configuration, in which the snap-action disk is adapted to the axis, ensures that only a small volume or possibly no volume at all has to be provided for volume compensation when the snap-action disk is actuated.
Der Einsatz eines Klickelements oder Schnappteils am distalen Ende der Kammer in Zusammenhang mit der Ausbildung des ersten Bremsspaltabschnitts mit der Scheibenkontur ebenfalls nahe dem distalen Ende der Kammer ermöglicht eine besonders einfache und effektive Führung und Lagerung des Mantelteils, da nur ein geringes radiales Spiel vorliegt und die Scheibenkontur deshalb eine (in vielen Fällen) ausreichende Führung in radialer Richtung des Mantelteils übernehmen kann.The use of a click element or snap part at the distal end of the chamber in connection with the formation of the first brake gap section with the disc contour also close to the distal end of the chamber enables particularly simple and effective guidance and Storage of the shell part, since there is only a small amount of radial play and the disk contour can therefore (in many cases) assume sufficient guidance in the radial direction of the shell part.
In bevorzugten Weiterbildungen ist eine Sensoreinrichtung oder wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung eines relativen Drehwinkels zwischen dem Kern und dem Mantelteil umfasst.In preferred developments, a sensor device or at least one sensor device for detecting a relative angle of rotation between the core and the casing part is included.
Bevorzugt ist eine Sensoreinrichtung oder wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung einer relativen Axialposition von dem Mantelteil zu dem Kern umfasst. Besonders bevorzugt umfasst die Sensoreinrichtung oder wenigstens eine Sensoreinrichtung wenigstens einen Magnetfeldsensor, der zur Erfassung eines Drehwinkels und einer Axialposition ausgebildet ist. In besonders vorteilhaften Ausgestaltungen umfasst die Sensoreinrichtung wenigstens einen Hall-Sensor.A sensor device or at least one sensor device for detecting a relative axial position of the casing part in relation to the core is preferably included. Particularly preferably, the sensor device or at least one sensor device comprises at least one magnetic field sensor, which is designed to detect a rotation angle and an axial position. In particularly advantageous configurations, the sensor device includes at least one Hall sensor.
In einfachen bevorzugten Ausgestaltungen wird der Magnetfeldsensor an der feststehenden Bremskomponente aufgenommen und wird einem in radialer Richtung wirkenden Magnetfeld ausgesetzt. Darüber kann über die Orientierung des Magnetfeldsensors relativ zu dem Magnetfeld ein Drehwinkel ermittelt werden. Eine axiale Verschiebung der Sensoreinrichtung relativ zu dem Mantelteil kann über eine Intensität der Magnetfeldstärke abgeleitet werden.In simple, preferred configurations, the magnetic field sensor is accommodated on the stationary brake component and is exposed to a magnetic field acting in the radial direction. A rotation angle can also be determined via the orientation of the magnetic field sensor relative to the magnetic field. An axial displacement of the sensor device relative to the casing part can be derived from an intensity of the magnetic field strength.
Besonders bevorzugt ist wenigstens eine Abschirmeinrichtung zur wenigstens teilweisen Abschirmung der Sensoreinrichtung vor einem Magnetfeld der elektrischen Spule umfasst. Vorzugsweise umfasst die Abschirmeinrichtung wenigstens einen Abschirmkörper. Der Abschirmkörper ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Magnetringeinheit zur Beaufschlagung des Magnetfeldsensors mit einem definierten (z. B. radialen) Magnetfeld von störenden Magneteinflüssen der elektrischen Spule abzuschirmen. Dazu gibt der Abschirmkörper die Magnetringeinheit vorzugsweise wenigstens abschnittsweise. Vorzugsweise umgibt die Abschirmeinrichtung die Magnetringeinheit nach drei Seiten, nämlich von beiden axialen Seiten und radial nach außen. Vorzugsweise umfasst die Abschirmeinrichtung wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper und der Magnetringeinheit angeordnete Trenneinheit. Dadurch wird das Magnetfeld der Magnetringeinheit von dem Abschirmkörper entkoppelt. Weiterhin ist vorzugsweise wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper und dem Mantelteil angeordnete magnetische Entkopplungseinrichtung umfasst. Vorzugsweise weisen die Trenneinheit und/oder die Entkopplungseinrichtung eine um ein Vielfaches geringere magnetische Leitfähigkeit als der Abschirmkörper auf. Vorzugsweise sind die Abschirmeinrichtung und die Magnetringeinheit voneinander beabstandet angeordnet.At least one shielding device for at least partially shielding the sensor device from a magnetic field of the electrical coil is particularly preferably included. The shielding device preferably comprises at least one shielding body. The shielding body is designed in particular to shield a magnetic ring unit for applying a defined (eg radial) magnetic field to the magnetic field sensor from interfering magnetic influences of the electric coil. For this purpose, the shielding body preferably gives at least sections of the magnetic ring unit. The shielding device preferably surrounds the magnetic ring unit on three sides, namely on both axial sides and radially outwards. The shielding device preferably comprises at least one separating unit arranged between the shielding body and the magnetic ring unit. As a result, the magnetic field of the magnetic ring unit is decoupled from the shielding body. Furthermore, at least one magnetic decoupling device arranged between the shielding body and the casing part is preferably included. The separating unit and/or the decoupling device preferably have a magnetic conductivity that is many times lower than that of the shielding body. The shielding device and the magnetic ring unit are preferably arranged at a distance from one another.
Eine Abschirmeinrichtung ermöglicht eine erhebliche Verbesserung der Messqualität. Insbesondere sind dadurch feine Winkelauflösungen und geringe axiale Abstand erfassbar.A shielding device enables a significant improvement in the measurement quality. In particular, fine angular resolutions and small axial distances can be detected as a result.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass an dem Mantelteil ein Drehknopf oder ein Drehrad ausgebildet ist. Der Drehknopf kann durch eine Art Überzug ausgebildet sein.In all configurations, it is preferred that a rotary knob or a rotary wheel is formed on the casing part. The knob can be formed by a kind of coating.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Leuchtmittel zu Beleuchtung eines wenigstens zum Teil transparent ausgebildeten Drehknopfs umfasst.At least one light source is preferably included for illuminating an at least partially transparent rotary knob.
Eine erfindungsgemäße Gerätekomponente umfasst eine haptische Bedieneinrichtung, wie zuvor beschrieben. Möglich ist es auch, dass zwei oder mehr haptischen Bedieneinrichtungen umfasst sind. Eine solche Gerätekomponente kann eine Benutzerschnittstelle, ein Bedienpanel, ein Display, ein berührungsempfindliches Display mit oder ohne haptischem Feedback und/oder wenigstens einen Sensor oder weitere Ein- und Ausgabemöglichkeiten umfassen.A device component according to the invention comprises a haptic operating device, as described above. It is also possible that two or more haptic operating devices are included. Such a device component can include a user interface, a control panel, a display, a touch-sensitive display with or without haptic feedback and/or at least one sensor or other input and output options.
Die Benutzerschnittstelle kann insbesondere (auch) durch induktive Kopplung geladen werden. Da die äußere Bremskomponente, an der insbesondere der Drehknopf und damit auch die Benutzerschnittstelle befestigt sind, drehbar ist, können ohne Weiteres keine Kabel für die elektrische Anbindung zum Äußeren distalen Ende hinauf geführt werden. Eine Kontaktierung über Schleifkontakte ist möglich, erhöht aber das Grundmoment und ist deshalb nicht besonders bevorzugt.In particular, the user interface can (also) be loaded by inductive coupling. Since the outer brake component, to which the rotary knob and thus also the user interface are attached in particular, can be rotated, cables for the electrical connection to the outer distal end cannot easily be routed up. Contacting via sliding contacts is possible, but increases the basic torque and is therefore not particularly preferred.
Im Bereich der LEDs kann eine elektrische Spule für eine induktive Kopplung angebracht werden, die sowohl für eine Energieübertragung als auch für die Datenübertragung genutzt werden kann. So können zur Benutzerschnittstelle induktiv die benötigte elektrische Energie und die Daten zur Anzeige übermittelt werden. Eine Datenkopplung ist auch über andere drahtlose Verfahren möglich.In the area of the LEDs, an electrical coil can be attached for an inductive coupling, which can be used both for energy transmission and for data transmission. In this way, the required electrical energy and the data for the display can be transmitted inductively to the user interface. Data coupling is also possible using other wireless methods.
Die Ansteuerung der Magnetspule erfolgt vorzugsweise meist oder überwiegend während der Betriebszeit mit einer Spannung von insbesondere 12V. Haptisch ist es (oft) von erheblichem Vorteil, wenn das Bremsmoment der magnetorheologischen Bremseinrichtung so schnell wie möglich den maximalen oder eingestellten Wert erreicht. Das ist manchmal nur mit einer größeren Spannung möglich. Ein maximales Bremsmoment wird generell durch ein maximales Magnetfeld im Bremsspalt erreicht. Da das Magnetfeld durch den Strom in der elektrischen Spule (Magnetspule) erzeugt wird, muss deshalb auch der Strom so schnell wie möglich auf maximalen Wert eingestellt werden. Grundsätzlich kann man die Spannung immer auf einen hohen Wert einstellen, im konkreten Fall statt auf z. B. 12V auf z. B. 24V. Dazu müssten jedoch alle Bauteile (elektrische Spule bzw. Magnetspule, der Spulendraht etc.) entsprechend anders ausgelegt werden (und z.B. ein Draht mit größerem Durchmesser verwendet werden).The magnetic coil is preferably controlled mostly or predominantly during the operating time with a voltage of in particular 12V. In terms of haptics, it is (often) of considerable advantage if the braking torque of the magnetorheological braking device reaches the maximum or set value as quickly as possible. This is sometimes only possible with a greater voltage. A maximum braking torque is generally achieved by a maximum magnetic field in the braking gap. Since the magnetic field is generated by the current in the electric coil (solenoid), Therefore, the current must also be set to the maximum value as quickly as possible. In principle, you can always set the voltage to a high value, in this specific case instead of e.g. B. 12V to z. B. 24V. For this, however, all components (electrical coil or magnetic coil, the coil wire, etc.) would have to be designed differently (and, for example, a wire with a larger diameter would have to be used).
Deshalb wird in bevorzugten Ausgestaltungen und Weiterbildungen nur am Beginn einer haptischen Rückmeldung eine höhere Spannung eingestellt. Insbesondere am Beginn oder nahezu direkt nach einer haptischen Rückmeldung wird vorzugsweise für einen Zeitraum von zwischen 0,5 ms und 50ms, vorzugsweise in einem Zeitraum zwischen 1 ms und 10 ms, eine höhere Spannung eingestellt. Die höhere Spannung wird beibehalten, bis der Strom (bzw. das Magnetfeld) den gewünschten Maximalwert erreicht und/oder der Zeitraum erreicht oder überschritten wird, den die höhere Spannung wirken kann. Danach wird die Spannung auf die geringere Spannung von z. B. 12V zurück geregelt. Das System reagiert schneller und das gewünschte Bremsmoment kann schneller eingestellt werden.Therefore, in preferred refinements and developments, a higher voltage is set only at the beginning of a haptic feedback. A higher voltage is preferably set for a period of between 0.5 ms and 50 ms, preferably in a period of between 1 ms and 10 ms, particularly at the beginning or almost immediately after a haptic feedback. The higher voltage is maintained until the current (or magnetic field) reaches the desired maximum value and/or the amount of time that the higher voltage can act is reached or exceeded. Thereafter, the voltage to the lower voltage of z. B. regulated back 12V. The system reacts more quickly and the desired braking torque can be set more quickly.
Die erfindungsgemäße Verwendung beansprucht die Verwendung einer haptischen Bedieneinrichtung mit einer Bremseinrichtung, um über einen größeren Drehzahlbereich ein hohes Bremsmoment zu erzeugen, wobei die Bremseinrichtung wenigstens zwei unterschiedliche radial ausgebildete Bremsspaltabschnitte umfasst. An einem ersten Bremsspaltabschnitt ist eine Scheibenkontur zwischen dem Mantelteil und dem Kern ausgebildet, um ein hohes Bremsmoment bei höheren Drehzahlen zu erzeugen. In einem zweiten Bremsspaltabschnitt ist eine Mehrzahl von Wälzkörpern auf dem Umfang des Kerns angeordnet, um ein hohes Bremsmoment bei kleineren Drehzahlen zu erzeugen. Zur Verwendung wird insbesondere Ausgestaltung oder Weiterbildung einer haptischen Bedieneinrichtung oder einer Gerätekomponente verwendet, wie zuvor beschrieben oder im Rahmen der folgenden Ausführungsbeispiele offenbart.The use according to the invention claims the use of a haptic operating device with a braking device in order to generate a high braking torque over a larger speed range, the braking device comprising at least two different radially designed braking gap sections. A disk contour is formed between the shell part and the core at a first braking gap section in order to generate a high braking torque at higher speeds. In a second braking gap section, a plurality of rolling elements are arranged on the circumference of the core in order to generate a high braking torque at lower speeds. In particular, the embodiment or development of a haptic operating device or a device component is used for use, as described above or disclosed in the context of the following exemplary embodiments.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.Further advantages and features of the present invention result from the exemplary embodiments, which are explained below with reference to the enclosed figures.
Darin zeigen:
-
1a-1b schematische dreidimensionale Ansichten von haptischen Bedieneinrichtungen mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung; -
2 eine Seitenansicht einer haptischen Bedieneinrichtung mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung; -
3a-3c verschiedene Schnitte von haptischen Bedieneinrichtungen; -
4a-4b eine stark schematische Ansicht einer Sensoreinrichtung und von Messergebnissen; -
5 eine stark schematische Ansicht einer haptischen Bedieneinrichtung mit einer Schnappscheibe in unterschiedlichen Stellungen; -
6-8 weitere haptischen Bedieneinrichtungen im Schnitt; und -
9 eine stark schematische Schaltung zur Ansteuerung der elektrischen Spule.
-
1a-1b schematic three-dimensional views of haptic operating devices with a magnetorheological braking device; -
2 a side view of a haptic operating device with a magnetorheological braking device; -
3a-3c different cuts of haptic operating devices; -
4a-4b a highly schematic view of a sensor device and measurement results; -
5 a highly schematic view of a haptic operating device with a snap disk in different positions; -
6-8 other haptic controls in section; and -
9 a highly schematic circuit for driving the electric coil.
In
Eine haptische Bedieneinrichtung 100 kann beispielsweise zur Bedienung von Maschinen, Medizingeräten oder zur Verwendung in und für ein Kraftfahrzeug eingesetzt werden. In einem Kraftfahrzeug kann die haptische Bedieneinrichtung 100 beispielsweise zur Bedienung von Klimaanlagen, Radios, dem Entertainment, der Navigation, der Distanzkontrolle, dem Fahrassistenten, zur Einstellung der Sitze und zur Bedienung des Infotainments eingesetzt werden. Möglich ist auch der Einsatz an sonstigen Geräten oder anderen Vorrichtungen.A
Die haptische Bedieneinrichtung 100 ist kompakt aufgebaut und verfügt im Inneren der Abschirmeinrichtung 75, die über einen hier zweiteiligen Abschirmkörper 76 als Abschirmgehäuse verfügt, über eine hier nicht erkennbare Sensoreinrichtung 70 zur Erfassung der Drehposition und der Axialposition des Mantelteils 13. Über Stifte 16 ist das Mantelteil 13 mit einem linken Deckel 14 und einem rechten Deckel 15 verbunden, um eine innere geschlossene Kammer 110 abzudichten.The
In den
Der magnetisch leitende Kern 21 ist von einer elektrischen Spule 26 umgeben, die um den Kern 21 herumgewickelt ist. Die elektrische Spule erstreckt sich über eine axiale Breite 26e. An dem dem Halter 4 zugewandten Ende des Kerns 21 ist eine Scheibenkontur 41 ausgebildet, die hier auf den Kern aufgebracht und z. B. aufgepresst ist. Die Scheibenkontur 41 weist hierzu einen hohlzylindrisch ausgebildeten Scheibenkörper 42 auf. Die Aufnahme an dem Kern kann auch unrund ausgebildet sein.The magnetically
Der Kern 21 kann insbesondere aus gesintertem Material (Metall) hergestellt werden. Der Kern kann so einfacher in gewünschter Form gefertigt werden.In particular, the core 21 can be made of sintered material (metal). The core can thus be manufactured more easily in the desired shape.
Der Scheibenkörper 42 besteht hier aus einem Scheibenpaket 44, welches durch eine Mehrzahl von dünnen Scheibenblechen 46 gebildet wird. Hier sind die Scheibenbleche 46 jeweils als Stanzteil ausgebildet und können zum Beispiel aus einem magnetisch leitenden Blech von 1 mm oder 2 mm oder auch 3 mm Dicke ausgestanzt werden. So kann einfach und kostengünstig die benötigte Anzahl von Scheibenblechen ausgestanzt werden, um die gewünschte Dicke des Scheibenkörper 42 zu erzeugen.The
Die einzelnen Scheibenbleche 46 werden miteinander verpresst und auf den Kern 21 aufgebracht und damit zum Beispiel verschraubt oder verpresst. Es verbleibt ein Bremsspaltabschnitt 5a im Bereich des Scheibenkörpers 42 mit einer geringen Spalthöhe 41b zwischen dem Außendurchmesser der Scheibenkontur 41 und dem Innenumfang des Mantelteils 13. Die axiale Breite 41e der Scheibenkontur 41 bzw. dessen Bremsspaltabschnitt 5a wird hier durch die Anzahl der Scheibenbleche 46 bestimmt und kann größer oder auch kleiner als dargestellt gewählt werden.The
Die Scheibenkontur 41 grenzt hier axial unmittelbar an die elektrische Spule 26 an, die in einem Spulenhalter 26b aufgenommen ist und radial außen durch eine Vergussmasse 28 vollständig abgedichtet ist.Here, the
Der Scheibenkörper 42 ist mit dem Kern 21 und mit dem feststehenden Bremskomponente 2 verbunden und dreht sich im Betrieb nicht. Das ermöglicht die Bildung einer Loches oder Aussparung zur Durchführung der Kabel 45 zum elektrischen Anschluss der elektrischen Spule 26. Die elektrische Spule 26 kann dadurch einfach kostengünstig und schnell angeschlossen werden.The
Die Scheibenkontur 41 ist hier am proximalen Ende, also an dem Ende des Kerns 21, der dem Halter 4 zugewandt ist, ausgebildet. An dem distalen Ende, also an dem anderen Ende des Kerns 21, ist ein Bremsspaltabschnitt 5b ausgebildet. Der Bremsspaltabschnitt 5b erstreckt sich über eine axiale Breite 11e. Dort sind auf dem Umfang des Kerns 21 die Wälzkörper 11 verteilt angeordnet. Die Wälzkörper 11 verstärken das Magnetfeld lokal. Die Wälzkörper 11 können eine Art von Magnetfeldkonzentratoren 80 zur lokalen Verstärkung des Magnetfeldes beim Durchtritt durch den Bremsspaltabschnitt 5b bilden.The
Durch den Bremsspaltabschnitt 5b kann ein sehr hohes Bremsmoment insbesondere bei niedrigen Drehzahlen des Mantelteils 13 erreicht werden. Durch den Bremsspaltabschnitt 5a im Bereich der Scheibenkontur 41 kann ein starkes Magnetfeld von dem Kern 21 in das Mantelteil 13 übertragen werden, da die Spalthöhe 41b erheblich geringer ist als der radiale Freiraum 11c im Bereich dessen Bremsspaltabschnitt 5b beträgt. Dadurch wird ein hohes Drehmoment erzeugbar, welches insbesondere auch bei höheren Drehzahlen ermöglicht wird. Dadurch kann über den gesamten Drehzahlbereich ein hohes Drehmoment zur Verfügung gestellt werden.A very high braking torque can be achieved by the
Die axialen Breite 11e des Bremsspaltabschnitts 5b und die Breite 41e des Bremsspaltabschnitts 5a sind hier etwa gleich (+/-25 %) und zusammen etwas kürzer als die elektrische Spule 26. Insgesamt wird ein sehr kompakter Aufbau erreicht.The
Das Mantelteil 13 ist in
Am vorderen Ende wird die geschlossene Kammer 110 im Inneren des Mantelteils 13 durch einen vorderen Deckel 14 abgeschlossen, durch den die Bremskomponente 2 durchgeführt wird. Eine Dichtung 38 dient zur Abdichtung. Am hinteren oder distalen Ende wird die Kammer 110 zunächst durch eine elastische Membran 31 begrenzt, an die sich nach außen ein hier als Schnappscheibe ausgebildetes Klickelement 29 anschließt.At the front end, the
Durch axiale Betätigung des Drehknopfes 23 wird die Schnappscheibe bzw. das Klickelement betätigt und das Mantelteil 13 wird insgesamt etwas nach links bewegt. Diese Axialbewegung kann durch die Sensoreinrichtung 70 mit dem Magnetfeldsensor 72 im Inneren des Halters bzw. der ersten Bremskomponente 2 erfasst werden, die radial von einer Magnetringeinheit 71 umgeben ist. Der Magnetfeldsensor 72 ist insbesondere als Hall-Sensor 72 ausgeführt und detektiert die Ausrichtung des radialen Magnetfeldes relativ zu dem Magnetfeldsensor 72. Darüber kann eine Winkelstellung des Mantelteils 13 relativ zu dem Kern 21 erfasst werden. Eine axiale Verstellung des Mantelteils 13 durch Betätigung des Klickelements 29 führt zu einem relativen Axialversatz zwischen der Magnetringeinheit 71 und dem Magnetfeldsensor 72, was eine Intensitätsveränderung des detektierten Signals bedingt. Darüber kann eine Betätigung des Klickelements erfasst werden.The snap-action disk or the click element is actuated by axial actuation of the
Ein wesentlicher Unterschied zwischen den
Bei dieser Ausgestaltung kann beispielsweise außerhalb der Kammer 110 zwischen der Dichtung 38 und der Sensoreinrichtung 70 noch ein Lager zur Lagerung des Mantelteils 13 gegenüber der Bremskomponente 2 vorgesehen sein. Möglich ist es aber hier auch, dass die Lagerung an einem Ende nur über die Dichtung 38 und am anderen distalen Ende nur über die Scheibenkontur 41 erfolgt.In this configuration, for example, outside of
Beispielhaft eingezeichnet sind in
Der Magnetfeldsensor 72 ist auf einer Sensorplatine 79 angebracht und kann über die Kontaktpins 79a kontaktiert werden. Darüber wird auch die elektrische Spule 26 mit Strom versorgt.The
Wenigstens in dem Bereich der Sensoreinrichtung 70 und des Magnetfeldsensors 72 ist die innere Bremskomponente 2 vorzugsweise aus einem wenig oder nicht magnetisch leitenden Material ausgebildet, um eine möglichst ungestörte Detektion der Orientierung und der Intensität des Magnetfeldes der Magnetringeinheit 71 im Inneren der Achse 12 bzw. der ersten Bremskomponente 2 zu gewährleisten. Dort ist die Sensoreinrichtung 70 besonders geschützt aufgenommen (Schutz vor Wasser und Staub).At least in the area of
In
In der Kammer 110 ist ein magnetorheologisches Medium aufgenommen, welches magnetorheologische Partikel 19 umfasst. In der Kammer 110 ist zwischen den Bremskomponenten 2 und 3 ein Spalt 5 vorgesehen. Die Kammer 110 ist hier wenigstens teilweise mit einem magnetorheologischen Medium 6 gefüllt. Das Medium ist hier vorzugsweise 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 auch gasförmig sein bzw. es kann auf das Trägermedium verzichtet werden (Vakuum). In diesem Fall werden lediglich durch das Magnetfeld beeinflussbare Partikel 19 in die Kammer 110 gefüllt.A magnetorheological medium which comprises
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 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.The
Es ist möglich, dass lediglich durch das Magnetfeld beeinflussbare Partikel in den Spalt 5 bzw. die Kammer 110 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. Alternativ können auch die Scheibenkörper oder Walzkörper mit PTFE beschichtet werden, damit die Reibung verringert wird. 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.It is possible that only particles that can be influenced by the magnetic field are filled into the
Die magnetorheologischen Partikel 19 verketten sich bei angelegtem Magnetfeld, wie in
Zur näheren Erläuterung dieses Effekts wird auf die
In
Nur beispielhaft ist in dem rechten Teil von
In
Darüber hinaus ist außerdem noch eine Trenneinheit 77 zur magnetischen Trennung vorhanden. Die Magnetringeinheit 71 wird zum Messen der Orientierung bzw. des Drehwinkels der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 genutzt. Der Magnetfeldsensor 72 ist innerhalb der in diesem Bereich nicht magnetisch ausgebildeten ersten Bremskomponente 2 angeordnet. Kleine relative axiale Verschiebungen, wie sie zum Beispiel durch Betätigen einer Schnappscheibe bewirkt werden, können dazu genutzt werden, um das Betätigen des Bedienknopfs 101 zu detektieren, wie
Durch eine axiale Verschiebung verändert sich das empfangene Signal 68 der Sensoreinrichtung 70 gemäß der Darstellung von
Mit dem gleichen Sensor 72 kann auch der Drehwinkel erfasst werden, wobei zur Erfassung des Drehwinkels die Richtung des Magnetfeldes 8 (eingezeichnete Pfeile) ermittelt wird. Die Intensität bestimmt die axiale Position. Aus einer Veränderung des Signals 68 kann deshalb auf eine Betätigung eines Tasters bzw. der Schnappscheibe 29 zurückgeschlossen werden. Das ist vorteilhaft, da ein einziger (mehrdimensionaler) Hallsensor zur Bestimmung der Winkelposition und der Bestimmung einer Axialposition verwendet werden kann.The angle of rotation can also be detected with the
Das Volumen des aufgespannten Dreiecks 29b ist in der rechten Hälfte der
Die Scheibenkontur 41 weist hier am axial äußeren Ende eine nach außen abstehende Außenkontur 47 auf, die hier beispielsweise als Konus ausgebildet ist aber auch als Zapfen ausgebildet sein kann. Dadurch bleibt in den Eckenbereichen jeweils ein Reservoir 32 für magnetorheologische Partikel übrig, um eine ausreichende Versorgung der Bremsspaltabschnitte mit magnetorheologischen Partikeln zu gewährleisten. Insbesondere werden Carbonyleisenpartikel aus der Umgebung angezogen und im Magnetfeldübergangsbereich konzentriert.Here, the
Schrauben 48 dienen zur Befüllung bzw. zu Entleerung der Kammer 110.
In
In
In
Der Scheibenkörper 41 kann separat und einstückig ausgebildet sein oder kann auch als Scheibenpaket 44 mit mehreren Scheibenblechen 46 ausgebildet sein.The
Insgesamt wird eine sehr kostengünstig herstellbarer haptische Bedieneinrichtung zur Verfügung gestellt, wobei durch eine „Lagerung“ über die Scheibenkontur 41 wenigstens ein Lager eingespart werden kann, wodurch auch die Bauhöhe reduziert wird. Es wird eine sehr geringere Grundreibung erreicht. Dadurch, dass weniger Teile verwendet werden, wird die Herstellung einfacher und kostengünstiger. Durch eine geringere Teileanzahl werden auch die Toleranzanforderungen verbessert, da Toleranzenketten vermieden werden. Ein haptischer Bedienknopf mit einer haptischen Bedieneinrichtung ist in unterschiedlichsten Bereichen anwendbar.Overall, a haptic operating device that can be produced very inexpensively is made available, with at least one bearing being able to be saved by “bearing” via the
Gegebenenfalls kann eine Betätigung über ein Schnappteil oder eine Schnappscheibe oder einen Taster oder dergleichen erfasst werden. Eine Beleuchtung des Drehknopfs kann beispielsweise über LEDs oder dergleichen erfolgen. Der Körper des Drehknopfs kann dann entsprechend teilweise oder ganz milchig ausgebildet sein, um eine entsprechende Streuwirkung zu erzielen.If necessary, an actuation can be detected via a snap part or a snap disk or a button or the like. The rotary knob can be illuminated, for example, via LEDs or the like. The body of the rotary knob can then be made partially or entirely milky in order to achieve a corresponding scattering effect.
Dadurch erreicht der Strom in der elektrischen Spule 26 schneller den gewünschten Wert. In einem konkreten Fall wird die gewünschte Stromstärke innerhalb von 10ms anstatt von 40ms erreicht. Der Wechsel zwischen den Spannungen kann über eine elektrische Schaltung erfolgen.As a result, the current in the
Die Erfindung stellt eine haptische Bedieneinrichtung zur Verfügung, die kompakt, robust und sehr günstig ist. Die haptische Bedieneinrichtung eignet sich besonders gut zur Verwendung in der Automobilindustrie, ist aber auch in allen möglichen Geräten und Maschinen einsetzbar.The invention provides a haptic operating device that is compact, robust and very inexpensive. The haptic control device is particularly suitable for use in the automotive industry, but can also be used in all kinds of devices and machines.
Ein großer Vorteil der Konstruktion ist, dass außen keine Kabel, kein Sensor und keine Elektronik nötig sind. Somit ist bei allen Ausgestaltungen eine hohe IP Klasse möglich. Im Prinzip liegt alles hinter einer Montageblende.A major advantage of the construction is that no cables, sensors or electronics are required on the outside. A high IP class is therefore possible in all configurations. In principle, everything is behind a mounting panel.
Die elektrische Spule ist vorzugsweise komplett von dem Raum mit dem magnetorheologischen Medium abgetrennt, insbesondere über eine Vergussmasse.The electrical coil is preferably completely separated from the space containing the magnetorheological medium, in particular by means of a casting compound.
In bevorzugten Ausgestaltungen ist eine axiale Verschiebung möglich, wobei insbesondere ein Flüssigkeitsvolumen im inneren verschoben wird. Zwischen einem Deckel und einer Scheibenkontur ist vorzugsweise genügend Raum vorgesehen, damit das dazwischenliegende Medium (oder Flüssigkeit) (Carbonyl) nicht verdichtet wird. (Das könnte sonst zu hohen axialen Verstellkräften führen.) Dadurch wird ein zusätzlich MRF-Reservoir bereit gestellt, aus dem Partikel in den Bereich der Scheibenkontur bzw. der Wälzkörper nachfließen können. Magnetische Partikel fließen nämlich immer in Richtung des stärkeren Felds, da magnetische Partikel von dem Magnetfeldgradienten angezogen werden.In preferred configurations, an axial displacement is possible, in which case, in particular, a liquid volume is displaced in the interior. Sufficient space is preferably provided between a cover and a disk contour so that the medium (or liquid) (carbonyl) therebetween is not compressed. (Otherwise this could lead to high axial adjustment forces.) This provides an additional MRF reservoir from which particles can flow into the area of the disk contour or the rolling elements. Namely, magnetic particles always flow in the direction of the stronger field since magnetic particles are attracted by the magnetic field gradient.
Die Dichtung läuft vorzugsweise auf der Achse. Es gibt eine Rotationsbewegung (mehr als 100.000 Umdrehungen sind möglich) und es kann eine Linearbewegung für den Taster geben. Damit die Dichtung nicht einläuft und eine Laufrille bildet und damit die Reibung gering ist und die Leckage (Schleppöl) über die Lebensdauer nicht zu hoch wird, ist eine entsprechende Werkstoffpaarung mit einer harten Lauffläche bevorzugt.The seal preferably runs on the axle. There is rotary movement (more than 100,000 revolutions are possible) and there can be linear movement for the probe. To ensure that the seal does not run in and form a running groove and that the friction is low and the leakage (drag oil) does not become too high over the service life, a corresponding material pairing with a hard running surface is preferred.
Es werden wie zuvor beschrieben zwei Reihen mit unterschiedlichen Magnetfeldkonzentratoren verwendet. Der erste Bremsspaltabschnitt 5a wird mit einer Scheibenkontur ausgerüstet. Der zweite Bremsspaltabschnitt 5b wird mit Wälzkörpern und insbesondere Walzen ausgerüstet. Wälzkörper und insbesondere Walzen mit einem rundem Innenring ermöglichen ein hohes statisches Moment. Eine Scheibenkontur ermöglicht eine gute Magnetfeldweiterleitung und ein hohes Moment bei hohen Drehzahlen.As previously described, two rows with different magnetic field concentrators are used. The first
Die kombinierte Lösung, auch Hybridlösung genannt, kombiniert beide Vorteile. Ein axialer Übergang des Magnetfeldes hatte im Stand der Technik hingegen eine kleinere Übergangsfläche und ergab so geringere Bremsmomente. Außerdem hat ein axialer Magnetfeldübergang einen geringeren Abstand (Radius) und erzeugt schon daher weniger Moment. Ein ebenfalls radialer Bremsspaltabschnitt 5a mit einer Scheibenkontur hat demgegenüber einen größeren Durchmesser und erzeugt damit bei gleicher Kraft ein größeres Moment. Außerdem ist die Fläche größer, da der größere Umfang eine größere Fläche aufspannt. Wenn die Breite der Konturscheibe größer ist, als 1/6 des Durchmessers, ist das übertragbare Bremsmoment am (umfänglichen) radialen Bremsspaltabschnitt schon größer als das maximal übertragbare Bremsmoment auf der axialen Fläche! Schließlich sind durch die geringere Spalthöhe an der Scheibenkontur die magnetischen Verluste kleiner. Alles das bewirkt ein höheres Bremsmoment auch bei höheren Drehzahlen.The combined solution, also called hybrid solution, combines both advantages. In contrast, an axial transition of the magnetic field in the prior art had a smaller transition area and thus resulted in lower braking torques. In addition, an axial magnetic field transition has a smaller distance (radius) and therefore generates less moment. A braking gap section that is also radial In contrast, 5a with a disk contour has a larger diameter and thus generates a greater moment with the same force. In addition, the area is larger because the larger circumference spans a larger area. If the width of the contour disc is greater than 1/6 of the diameter, the braking torque that can be transmitted at the (circumferential) radial braking gap section is already greater than the maximum braking torque that can be transmitted on the axial surface! Finally, due to the lower gap height at the disk contour, the magnetic losses are smaller. All of this results in a higher braking torque, even at higher speeds.
Ein Volumenausgleich für die Push-Funktion kann durch eine Membran am Ende des Mantelteils bereitgestellt werden. Hinter der Membran ist ein Klickelement wie eine Schnappscheibe („Snap Dome“). Dieses gibt einen haptisch fühlbaren Druckpunkt. Zusätzlich hört man das Klicken beim Erreichen des Druckpunktes und die Schnappscheibe drückt den gesamten Knopf bzw. das Mantelteil wieder in die Ausgangsstellung zurück (ähnlich einer Maustaste bei Computermaus).Volume compensation for the push function can be provided by a membrane at the end of the jacket part. Behind the membrane is a click element like a snap disk ("snap dome"). This gives a haptically perceptible pressure point. In addition, you can hear the click when the pressure point is reached and the snap disk pushes the entire button or the shell part back into the starting position (similar to a mouse button on a computer mouse).
Die Membran dichtet dann den MRF-Raum ab. Das Volumen hinter der Membran wirkt als Volumenausgleich beim Drücken. In der Normalstellung weist die Schnappscheibe eine Wölbung auf. Wird der Knopf in axialer Richtung verschoben, drückt der Stator der Bremseinrichtung gegen die Membran und die Schnappscheibe. Diese wird dadurch flach gedrückt.The membrane then seals the MRF space. The volume behind the membrane acts as a volume balance when pressed. In the normal position, the snap-action disc has a bulge. If the button is moved in the axial direction, the stator of the braking device presses against the membrane and the snap-action disk. This will flatten it out.
Das Design der haptischen Bedieneinrichtung kann noch aufgewertet werden, indem man die Abdeckung um verschiedenen Lichteffekte ergänzt. Eine kostengünstige Variante ist die Verwendung einer Kappe/Abdeckung mit einem transparenten Element, welches von unten mit LEDs beleuchtet wird. Dazu kann entweder eine transparente Hülse an dem mantelteil angebracht oder in die Abdeckung eingearbeitet werden, oder die gesamte Innenseite der Abdeckung wird als solches ausgeführt (ein umgekehrter Topf). Dazu kann das transparente Teil an den Kanten schräg geschliffen sein, um das Licht in gewünschte Richtung abzulenken.The design of the haptic control device can be enhanced by adding various light effects to the cover. A cost-effective option is to use a cap/cover with a transparent element that is illuminated from below with LEDs. This can either be done by attaching a transparent sleeve to the shell part or by incorporating it into the cover, or by making the entire inside of the cover as such (an inverted pot). For this purpose, the transparent part can be beveled at the edges in order to deflect the light in the desired direction.
Als transparentes Material kann normales Glas verwendet werden, oder PMMA (Acrylglas). Der Vorteil von PMMA ist, dass man milchiges Glas verwenden kann, welches das Licht innerhalb bricht und so die Gesamte Oberfläche gleichmäßig ausleuchten kann. Zur Beleuchtung können eine oder mehrere LEDs verwendet werden, auch mit verschiedenen Farben.Normal glass can be used as the transparent material, or PMMA (acrylic glass). The advantage of PMMA is that you can use milky glass, which breaks the light inside and can thus illuminate the entire surface evenly. One or more LEDs can be used for lighting, also with different colors.
In allen Ausgestaltungen kann auch die äußere Bremskomponente drehfest ausgeführt sein und die innere Bremskomponente die drehbare Komponente sein. In dem Fall muss die elektrische Kontaktierung der elektrischen Spule über Leitungen durch die äußere Bremskomponente erfolgen oder z. B. über Schleifkontakte.In all configurations, the outer brake component can also be non-rotatable and the inner brake component can be the rotatable component. In this case, the electric coil must be electrically contacted via lines through the outer braking component or e.g. B. via sliding contacts.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Magnetorheologische BremseinrichtungMagnetorheological braking device
- 2,32.3
- Bremskomponentebraking component
- 44
- Halterholder
- 55
- Spaltgap
- 5a5a
- Bremsspaltabschnitt für 41Braking gap section for 41
- 5b5b
- Bremsspaltabschnitt für 11Braking gap section for 11
- 66
- Mediummedium
- 88th
- Magnetfeld, Feldmagnetic field, field
- 1010
- spitzwinkliger Bereichacute-angled area
- 1111
- Wälzkörperrolling elements
- 11b11b
- Spalthöhe von 5bgap height of 5b
- 11c11c
- radialer Freiraum bei 5bradial clearance at 5b
- 11d11d
- Durchmesser von 11diameter of 11
- 11e11e
- axiale Breite von 11axial width of 11
- 11f11f
- Halterungbracket
- 1212
- Achseaxis
- 1313
- Mantelteiljacket part
- 1414
- AbschlussDiploma
- 1515
- Abschluss, Deckelconclusion, lid
- 1616
- StiftPen
- 1818
- Leuchtmittelbulbs
- 1919
- magnetische Partikelmagnetic particles
- 2020
- Rotationsachse, axiale RichtungAxis of rotation, axial direction
- 2121
- Kerncore
- 2222
- Hubhub
- 2323
- Drehknopfknob
- 2626
- SpuleKitchen sink
- 26b26b
- Spulenhalterspool holder
- 26e26e
- axiale Breiteaxial width
- 2828
- Vergussmassepotting compound
- 2929
- Schnappscheibesnap disk
- 29a29a
- Führungguide
- 29b29b
- Volumenvolume
- 3131
- Membranemembrane
- 3232
- Reservoirreservoir
- 35a35a
- Spannungsversorgung 12V Power supply 12V
- 35b35b
- Spannungsversorgung 18VPower supply 18V
- 3838
- Dichtungpoetry
- 3939
- O-Ringo ring
- 40b40b
- Muttermother
- 4141
- Scheibenkonturdisc contour
- 41b41b
- Spalthöhe von 5agap height of 5a
- 41e41e
- axiale Breite von 5aaxial width of 5a
- 4242
- Scheibenkörperdisc body
- 42a42a
- Aufnahmerecording
- 4343
- Benutzerschnittstelleuser interface
- 4444
- Scheibenpaketdisc package
- 4545
- KabelCable
- 4646
- Scheibenblechsheet metal
- 4747
- ausgebauchte Außenkonturbulging outer contour
- 4848
- Befüllschraubefilling screw
- 4949
- Überzugcoating
- 5050
- Konsoleconsole
- 5151
- Muttermother
- 6868
- Signalsignal
- 6969
- Amplitudeamplitude
- 7070
- Sensoreinrichtungsensor device
- 7171
- Magnetringeinheitmagnetic ring unit
- 7272
- Magnetfeldsensormagnetic field sensor
- 7575
- Abschirmeinrichtungshielding device
- 7676
- Abschirmkörpershielding body
- 7777
- Trenneinheitseparation unit
- 7878
- Entkopplungseinrichtungdecoupling device
- 7979
- Sensorplatinesensor board
- 79a79a
- Kontaktpincontact pin
- 8080
- Magnetfeldkonzentratormagnetic field concentrator
- 100100
- Haptische BedieneinrichtungHaptic control device
- 101101
- Bedienkopfcontrol head
- 102102
- Bedienwalzeoperating roller
- 110110
- geschlossene Kammerclosed chamber
- 200200
- Gerätekomponentedevice component
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-
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