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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Stellgetriebe für ein Fahrzeug, auf ein Fahrzeug mit einem Stellgetriebe und auf ein Verfahren zum Betreiben eines Stellgetriebes.
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Stellgetriebe können beispielsweise in Fahrzeugen verbaut sein, um Fahrzeugfunktionen verstellen zu können. Dabei können einige solcher Stellgetriebe ein magnetorheologisches Medium aufweisen.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Stellgetriebe für ein Fahrzeug, ein verbessertes Fahrzeug mit einem Stellgetriebe und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Stellgetriebes gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein Stellgetriebe mit einer Anordnung von Planetenrädern ermöglicht wird, wobei die Planetenräder eine gegenläufige Drehbewegung eines Gehäuses und einer Scheibe des Stellgetriebes ermöglichen können.
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Ein Stellgetriebe für ein Fahrzeug weist einen Innenzylinder, eine Scheibe, ein Gehäuse, eine Mehrzahl von Planetenrädern, ein magnetorheologisches Medium und eine Spule auf. Der Innenzylinder ist als ein Planetenträger für Planetenräder ausgebildet. Der Innenzylinder ist drehfest und zusätzlich oder alternativ fixierbar ausgebildet. Die Scheibe ist mit einer Welle gekoppelt und drehbar bezüglich des Innenzylinders gelagert. Ein Sonnenrad ist drehfest an der Welle angeordnet. Die Scheibe ist in dem Innenzylinder aufgenommen. Zwischen dem Innenzylinder und der Scheibe ist ein erster Zwischenraum angeordnet. Das Gehäuse ist als ein Hohlrad ausgebildet und ringförmig um den Innenzylinder angeordnet. Zwischen dem Gehäuse und dem Innenzylinder ist ein zweiter Zwischenraum angeordnet. Das Gehäuse ist drehbar bezüglich des Innenzylinders gelagert. Die Planetenräder sind axial versetzt zu der Scheibe angeordnet. Die Planetenräder sind auf dem als Planetenträger ausgebildetem Innenzylinder angeordnet und mit dem Gehäuse und dem Sonnenrad gekoppelt. Die Planetenräder sind ausgebildet, um eine Drehbewegung des Gehäuses gegenläufig zu der Scheibe zu bewirken. Das magnetorheologische Medium ist in dem ersten Zwischenraum und in dem zweiten Zwischenraum angeordnet und ausgebildet, um in einem Ruhezustand eine erste Widerstandscharakteristik für eine Drehbewegung der Scheibe und des Gehäuses und in einem Aktivierungszustand eine zweite Widerstandscharakteristik für die Drehbewegung der Scheibe und des Gehäuses zu bewirken. Die Spule ist an der Scheibe angeordnet und ausgebildet, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Das Magnetfeld ist ausgebildet, um ein Überführen des magnetorheologischen Mediums zwischen dem Ruhezustand und dem Aktivierungszustand zu bewirken.
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Bei dem Stellgetriebe kann es sich beispielsweise um ein Umlaufrädergetriebe oder Zykloidgetriebe zum Verstellen einer beliebigen Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs handeln. Beispielsweise kann ein solches Stellgetriebe von einem Insassen des Fahrzeugs bedient werden. Bei dem magnetorheologischen Medium kann es sich um ein heterogenes Stoffgemisch von magnetisch polarisierbaren Partikeln handeln, das auch als magnetorheologische Flüssigkeit bezeichnet werden kann. Bei dem magnetorheologischen Medium kann es sich alternativ auch um ein Pulver handeln. Beim Anlegen eines Magnetfeldes, also dem Bestromen einer Spule, verfestigt sich das magnetorheologische Medium. Der Ruhezustand des magnetorheologischen Mediums kann als ein Zustand verstanden werden, in dem kein Magnetfeld auf das magnetorheologische Medium wirkt, die Spule also nicht bestromt ist. Der Aktivierungszustand des magnetorheologischen Mediums kann als ein Zustand verstanden werden, in dem ein Magnetfeld auf das magnetorheologische Medium wirkt, die Spule also bestromt ist. Die erste Widerstandscharakteristik kann einen fluidmechanischen Widerstand repräsentieren, der geringer ist als ein durch die zweite Widerstandscharakteristik repräsentierter fluidmechanischer Widerstand. Durch Anlegen des äußeren Magnetfelds können viskoelastische oder dynamischmechanische Eigenschaften des magnetorheologischen Mediums schnell und reversibel verändert werden, wobei zwischen dem Ruhezustand und dem Aktivierungszustand eine Verformung des magnetorheologischen Mediums stattfindet. Somit kann die erste Widerstandscharakteristik einen Zustand des magnetorheologischen Mediums repräsentieren, in dem das magnetorheologische Medium einer Drehbewegung der Scheibe und des Gehäuses einen geringen Drehwiderstand entgegensetzt, also ein geringes Bremsmoment auf die Scheibe und das Gehäuse ausübt. Die zweite Widerstandscharakteristik kann einen Zustand des magnetorheologischen Mediums repräsentieren, in dem das magnetorheologische Medium einer Drehbewegung der Scheibe und des Gehäuses einen hohen Drehwiderstand entgegensetzt, also ein hohes Bremsmoment auf die Scheibe und das Gehäuse ausübt. Das Sonnenrad und die Scheibe können axial zueinander versetzt drehfest mit der Welle gekoppelt sein. Bei der Drehbewegung können eine Bewegung der Scheibe relativ zu dem Innenzylinder und eine Bewegung des Gehäuses relativ zu dem Innenzylinder erfolgen, wobei sich die Scheibe und das Gehäuse gegenläufig zueinander bewegen. Bei der Spule kann es sich um ein elektrisches Bauelement handeln, das Windungen aufweist, um bei Stromfluss ein Magnetfeld zu erzeugen.
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Der hier vorgestellte Ansatz kann beispielsweise auch als ein MRF-Aktor mit zweifachem Wirkprinzip und/oder als ein MRF-Aktor mit vorgeschaltetem Getriebe zur Erhöhung der Scherkräfte und somit zur Erhöhung der Drehmomente im System verstanden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Scheibe, der Innenzylinder und das Gehäuse ausgebildet sein, um bei der gegenläufigen Drehbewegung eine Scherbelastung auf das magnetorheologische Medium in dem ersten Zwischenraum und zusätzlich oder alternativ in dem zweiten Zwischenraum zu bewirken. Vorteilhafterweise können Scherkräfte zwischen der sich drehenden Scheibe und dem Gehäuse sowie dem magnetorheologischen Medium wirken und somit die Widerstandscharakteristik günstig beeinflussen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Scheibe entlang ihres Umfangs eine Fächerkontur und zusätzlich oder alternativ eine Zahnkontur und zusätzlich oder alternativ eine Wellenkontur ausformen. Eine solche Kontur kann durch Vorsprungsabschnitte und Vertiefungsabschnitte ausgeformt sein, die entlang des Umfangs, genauer gesagt des Außenumfangs, der Scheibe angeordnet oder ausgeformt sein können. Dadurch kann die Scherbelastung vorteilhaft beeinflusst werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Gehäuse an seinem Innenumfang eine Wellenkontur und zusätzlich oder alternativ eine Fächerkontur ausformen. Eine solche Kontur kann durch Vorsprungsabschnitte und Vertiefungsabschnitte ausgeformt sein, die entlang des Innenumfangs oder der Innenfläche angeordnet oder ausgeformt sein können. Dadurch kann die Scherbelastung vorteilhaft beeinflusst werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Innenzylinder zumindest teilweise als ein Hohlzylinder ausgeformt sein. Der Innenzylinder kann an seinem Innenumfang und zusätzlich oder alternativ an seinem Außenumfang eine Wellenkontur und zusätzlich oder alternativ eine Fächerkontur ausformen. Eine solche Kontur kann durch Vorsprungsabschnitte und Vertiefungsabschnitte ausgeformt sein, die entlang des jeweiligen Umfangs angeordnet oder ausgeformt sein können. Dadurch kann die Scherbelastung vorteilhaft beeinflusst werden. Die Fächerkontur kann eine Keilbildung bewirken und somit die Scherkraft erhöhen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Innenzylinder eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen in seinem Mantel aufweisen. Vorteilhafterweise kann durch die Durchgangsöffnungen eine Scherkraft günstig beeinflusst werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Innenzylinder auf einer abgewandten Seite eines Bereichs, der als Hohlzylinder ausgeformt sein kann, eine Mehrzahl von Zapfen aufweisen, die ausgebildet sein können, um die Planetenräder als Planetenträger aufzunehmen. Vorteilhafterweise können die Planetenräder zuverlässig von den Zapfen aufgenommen bzw. mit denselben gekoppelt sein, wodurch eine zuverlässige Funktionsweise des Stellgetriebes realisiert werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Scheibe, das Gehäuse und zusätzlich oder alternativ der Innenzylinder aus einem ferromagnetischen Material ausgeformt sein, insbesondere aus Stahl und zusätzlich oder alternativ aus einer Mischung aus Kunststoff und Stahl. Eine solche Materialauswahl kann den magnetischen Fluss vorteilhaft beeinflussen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Stellgetriebe als ein Umlaufgetriebe oder ein Zykloidgetriebe ausgeformt sein. Insbesondere können das als Hohlrad ausgeführte Gehäuse, die Planetenräder und das Sonnenrad als Kernkomponenten eines solchen Getriebes fungieren. Ein Umlaufgetriebe hat vorteilhafterweise eine kompakte Bauform, sodass das Umlaufgetriebe auch bei wenig Bauraum zuverlässig und platzsparend eingebaut werden kann. Zusätzlich kann ein Umlaufgetriebe einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Ein Zykloidgetriebe kann ebenfalls einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweisen. Zusätzlich kann ein Zykloidgetriebe sehr langlebig sein, da es eine robuste Bauweise aufweist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Scheibe als ein Spulenträger für die Spule ausgeformt sein. Die Spule kann teilweise von der als Spulenträger ausgeformten Scheibe umgeben sein. Somit kann das Stellgetriebe kompakt und mit geringer Anzahl von Einzelteilen realisiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Stellgetriebe einen Deckel aufweisen, der ausgebildet sein kann, um das Gehäuse abzudecken. Vorteilhafterweise kann dadurch ein mechanischer Schutz der Bauteile ermöglicht werden, wodurch eine Langlebigkeit der Bauteile in dem Gehäuse sowie eine bessere Funktionsweise der Bauteile und somit des Stellgetriebes ermöglicht werden kann. Es kann auch eine exakte und zuverlässige Lagerung der Bauteile durch das Gehäuse realisiert werden.
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Ein Fahrzeug weist eine Ausführungsform eines hierin genannten Stellgetriebes auf. Auch dadurch können die Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes sehr effizient realisiert werden.
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Ein Verfahren zum Betreiben einer Ausführungsform eines hierin genannten Stellgetriebes weist einen Schritt des Aktivierens der Spule und einen Schritt des Deaktivierens der Spule auf. Der Schritt des Aktivierens der Spule wird ausgeführt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, um ein Überführen des magnetorheologischen Mediums von dem Ruhezustand zu dem Aktivierungszustand zu bewirken, um die zweite Widerstandscharakteristik für die Drehbewegung der Scheibe und des Gehäuses zu bewirken. Der Schritt des Deaktivierens der Spule wird ausgeführt, um ein Überführen des magnetorheologischen Mediums von dem Aktivierungszustand zu dem Ruhezustand zu bewirken, um die erste Widerstandscharakteristik für die Drehbewegung der Scheibe und des Gehäuses zu bewirken. Auch dadurch können die Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes sehr effizient realisiert werden.
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Ein entsprechendes Steuergerät kann eingerichtet sein, um die Schritte einer Ausführungsform des hierin genannten Verfahrens in entsprechenden Einheiten auszuführen und zusätzlich oder alternativ anzusteuern. Dabei können zum Ausführen der Schritte des Verfahrens entsprechende elektrische Signale verwendet werden.
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Ein Steuergerät kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen des Steuergeräts umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Darstellung eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Darstellung eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine Darstellung eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine Darstellung eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 5 eine Seitenansicht eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 6 eine schematische Schnittdarstellung eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 7 einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Stellgetriebes;
- 8 eine Darstellung einer Scherkraft zur Erläuterung einer Variante für ein Stellgetriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 9 eine Darstellung einer Scherkraft zur Erläuterung einer Variante für ein Stellgetriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 10 eine Darstellung einer Scheibe eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 11 eine Darstellung einer Scheibe eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 12 eine Darstellung einer Scheibe eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 13 eine Darstellung einer Scheibe eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 14 eine Darstellung einer Scheibe eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 15 eine Darstellung eines Innenzylinders eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 16 eine Darstellung einer Scheibe eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 17 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Stellgetriebes;
- 18 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Steuergeräts zum Betreiben eines Stellgetriebes;
- 19 eine schematische Darstellung eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 20 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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Bevor nachfolgend auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eingegangen wird, sollen zunächst Hintergründe und Grundlagen von Ausführungsbeispielen kurz erläutert werden: Ein Stellgetriebe weist beispielsweise einen festen Steg, ein rotierendes Sonnenrad und ein rotierendes Hohlrad auf, sodass die Planetenräder nur um sich selbst rotieren. Andernfalls könnte ein herkömmliches Stellgetriebe ein festes Hohlrad und ein rotierendes Sonnenrad aufweisen, sodass die Planetenräder um sich selbst und um das Sonnenrad rotieren. Wiederum andernfalls könnte ein herkömmliches Stellgetriebe ein festes Sonnenrad und ein rotierendes Hohlrad aufweisen, sodass die Planetenräder um sich selbst und um das Sonnenrad rotieren. Unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren wird ein verbessertes Stellgetriebe gemäß Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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1 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Stellgetriebes 100 für ein Fahrzeug. Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, wie beispielsweise einen Personenkraftwagen, ein Kraftrad, ein Nutzfahrzeug oder dergleichen. Das Stellgetriebe 100 ist beispielsweise dazu ausgebildet, um eine Bedienung einer Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs durch einen Nutzer zu ermöglichen. Beispielsweise kann das Stellgetriebe 100 durch einen Insassen des Fahrzeugs manuell betätigt werden, z. B. über ein Stellelement, das mechanisch mit einer Komponente des Stellgetriebes 100 gekoppelt ist.
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Das Stellgetriebe 100 weist eine Welle 105, ein Gehäuse 110 und lediglich beispielhaft einen Deckel 115 auf. Gemäß einem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Deckel 115 ausgebildet, um das Gehäuse 110 abzudecken. Somit ist ein mechanischer Schutz der Bauteile des Stellgetriebes 100, die in dem Gehäuse 110 gelagert und/oder angeordnet sind, erreichbar. Das Gehäuse 110 ermöglicht beispielsweise eine zuverlässige Lagerung von Bauteilen, wobei die innerhalb des Gehäuses 110 gelagerten und/oder angeordneten Bauteile des Stellgetriebes 100in den nachfolgenden Figuren näher erläutert werden. Das Gehäuse 110 ist drehbar gelagert und weist beispielhaft eine Gehäusedurchgangsöffnung 120 für die Welle 105 auf, wobei die Welle 105 beispielsweise mit dem Stellelement koppelbar ist.
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2 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Stellgetriebes 100. Dabei handelt es sich um das in 1 dargestellte Stellgetriebe oder ein ähnliches Stellgetriebe. Genauer gesagt entspricht das Stellgetriebe 100 in 2 dem Stellgetriebe aus 1 mit Ausnahme dessen, dass das Gehäuse weggelassen ist.
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Das Stellgetriebe 100 weist einen Innenzylinder 200, eine Scheibe 205 und eine Mehrzahl von Planetenrädern 210 auf. Der Innenzylinder 200 ist drehfest und/oder fixierbar ausgebildet. Zwischen dem Innenzylinder 200 und der Scheibe 205 ist ein erster Zwischenraum 215 angeordnet, in dem ein magnetorheologisches Medium angeordnet ist.
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Die Scheibe 205 ist mit der Welle 105 gekoppelt und drehbar bezüglich des Innenzylinders 200 gelagert. Die Scheibe 205 ist in dem Innenzylinder 200 aufgenommen, wobei die Scheibe 205 beispielhaft eine Scheibendurchgangsöffnung 220 für die Welle 105 aufweist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel formt die Scheibe 205 an ihrem Außenumfang eine Fächerkontur und/oder eine Zahnkontur und/oder eine Wellenkontur aus. Der Innenzylinder 200 formt gemäß einem Ausführungsbeispiel an seinem Innenumfang und/oder an seinem Außenumfang eine Wellenkontur und/oder eine Fächerkontur aus. Bei einer Drehbewegung der Welle 105 dreht sich die Scheibe 205 innerhalb des Innenzylinders 200, wobei die Kontur des Außenumfangs der Scheibe 205 und die Kontur des Innenumfangs des Innenzylinders 200 sich aneinander entlang bewegen. Das magnetorheologische Medium verfestigt sich in dem ersten Zwischenraum 215, wenn eine Spule, die in 3 dargestellt und näher beschrieben ist, bestromt ist, sodass eine Scherbelastung auf das magnetorheologische Medium in dem ersten Zwischenraum 215 wirkt.
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Der Innenzylinder 200 ist als ein Planetenträger für die Planetenräder 210 ausgebildet. Die Planetenräder 210 sind axial versetzt zu der Scheibe 205 angeordnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Planetenräder 210 zwischen dem Innenzylinder 200 und dem Deckel 115 angeordnet. Die Planetenräder 210 sind ausgebildet, um eine Drehbewegung des Gehäuses gegenläufig zu der Scheibe 205 zu bewirken.
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3 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Stellgetriebes 100. Dabei handelt es sich um ein in den vorangegangenen Figuren beschriebenes Stellgetriebe oder um ein ähnliches Stellgetriebe. Genauer gesagt entspricht das Stellgetriebe 100 in 3 dem Stellgetriebe aus 2 mit Ausnahme dessen, dass der Innenzylinder weggelassen ist.
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Das Stellgetriebe 100 weist ein Sonnenrad 300 auf, das drehfest an der Welle 105 angeordnet ist. Die Welle 105 ist beispielsweise mit dem Stellelement koppelbar, sodass eine Drehbewegung des Stellelements auf die Welle 105 und somit auf die mit der Welle 105 gekoppelte, drehbar gelagerte Scheibe 205 und auf das Sonnenrad 300 übertragbar ist. Die Planetenräder 210 sind mit dem Sonnenrad 300 gekoppelt, wobei Zähne derselben ineinandergreifen oder anders ausgedrückt die Planetenräder 210 mit dem Sonnenrad 300 kämmen. Ferner sind die Planetenräder 210 mit dem als Hohlrad ausgeführten Gehäuse koppelbar, wobei Zähne derselben ineinandergreifen.
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An der Scheibe 205 ist eine Spule 305 angeordnet, wobei die Scheibe 205 beispielhaft als ein Spulenträger für die Spule 305 ausgeformt ist. Die Spule 305 ist ausgebildet, um ein Magnetfeld zu erzeugen, wobei das Magnetfeld ausgebildet ist, um ein Überführen des magnetorheologischen Mediums zwischen dem Ruhezustand und dem Aktivierungszustand zu bewirken. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Spule 305 um einen eingeschnürten Abschnitt bzw. einer Ausnehmung der Scheibe 205 angeordnet.
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In anderen Worten ausgedrückt ist eine Prinzipdarstellung zur Erklärung der Funktion des Stellgetriebes 100 dargestellt. Die Darstellung erfolgt ohne Sensorik, Lager, Kugellager, Gleitlager, Dichtung etc. Die Anordnung der Planetenräder 215 und des Sonnenrades 300, die auch als Getriebe bezeichnet werden können, ist an einer beliebigen Seite der Baugruppe mit der Scheibe 205 und dem Innenzylinder möglich.
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4 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Stellgetriebes 100. Dabei handelt es sich um ein in den vorangegangenen Figuren beschriebenes Stellgetriebe oder um ein ähnliches Stellgetriebe. Genauer gesagt entspricht das Stellgetriebe 100 in 4 dem Stellgetriebe aus 2 mit Ausnahme dessen, dass der Deckel weggelassen ist und das Stellgetriebe 100 um 180 Grad gedreht dargestellt ist.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Stellgetriebe 100 drei Planetenräder 215 auf. Die Planetenräder 215 sind auf bzw. an dem als Planetenträger ausgebildetem Innenzylinder 200 angeordnet. Der Innenzylinder 200 ist beispielhaft als ein Hohlzylinder oder einseitig offener Hohlzylinder ausgeformt und weist eine Mehrzahl von Zapfen 400 auf. Die Zapfen 400 sind beispielsweise ausgebildet, um die Planetenräder 215 als Planetenträger zu halten oder aufzunehmen.
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Das Sonnenrad 300 und die Planetenräder 215 weisen eine Zahnkontur auf, sodass das Sonnenrad 300 und die Planetenräder 215 ineinander kämmen. Durch das Stellgetriebe 100, das auch als Umlaufgetriebe oder Planetenradgetriebe bezeichnet werden kann, besteht die Möglichkeit, mindestens eine weitere Komponente zu integrieren, die eine Scherkraft auf das magnetorheologische Medium ausübt und somit die Momente im System erhöht. Durch die Variation der Durchmesser der Planetenräder 215, des Sonnenrades 300, des Innenzylinders 200 etc. ist die Rotationsgeschwindigkeit veränderbar. Einen weiteren Einfluss hat die Anzahl der Planetenräder 215 sowie die Zähnezahl. Die Planetenräder 215 sind aus Metall, Sintermetall und/oder aus Kunststoff fertigbar. Das Stellgetriebe 100 ist als ein Umlaufgetriebe oder auch als ein Zykloidgetriebe ausführbar.
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5 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Stellgetriebes 100. Dabei handelt es sich um ein in den vorangegangenen Figuren beschriebenes Stellgetriebe oder um ein ähnliches Stellgetriebe. Genauer gesagt entspricht oder ähnelt das Stellgetriebe 100 in 5 dem Stellgetriebe in 1. Die Welle 105 ragt teilweise aus dem Gehäuse 110 heraus.
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6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Stellgetriebes 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um ein in den vorangegangenen Figuren beschriebenes Stellgetriebe oder um ein ähnliches Stellgetriebe.
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Das Gehäuse 110 ist als ein Hohlrad ausgebildet und ringförmig um den Innenzylinder 200 bzw. denselben umgebend angeordnet. Zwischen dem Gehäuse 110 und dem Innenzylinder 200 ist ein zweiter Zwischenraum 600 angeordnet, wobei das Gehäuse 110 drehbar bezüglich des Innenzylinders 200 gelagert ist. Der erste Zwischenraum 215 ist zwischen dem Innenzylinder 200 und der Scheibe 205 angeordnet. Das magnetorheologische Medium ist in dem ersten Zwischenraum 215 und in dem zweiten Zwischenraum 600 angeordnet und ausgebildet, um in einem Ruhezustand eine erste Widerstandscharakteristik für eine gegenläufige Drehbewegung 605 der Scheibe 205 und des Gehäuses 110 und in einem Aktivierungszustand eine zweite Widerstandscharakteristik für die Drehbewegung 605 der Scheibe 205 und des Gehäuses 110 zu bewirken.
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Die Planetenräder sind ausgebildet, um die gegenläufige Drehbewegung 605 des Gehäuses 110 und der Scheibe 205 zu bewirken. Bei der gegenläufigen Drehbewegung 605 bewirken die Scheibe 205, der Innenzylinder 200 und das Gehäuse 110 eine Scherbelastung auf das magnetorheologische Medium in dem ersten Zwischenraum 215 und/oder dem zweiten Zwischenraum 600. Die gegenläufige Drehbewegung 605 ist in 6 beispielhaft mittels zwei Pfeilen dargestellt. Das Gehäuse 110 dreht sich in der Darstellung lediglich beispielhaft gegen den Uhrzeigersinn, während sich die Scheibe 205 in der Darstellung lediglich beispielhaft im Uhrzeigersinn dreht. Der Innenzylinder 200 ist zwischen Gehäuse 110 und der Scheibe 205 angeordnet und fixiert, wobei der Innenzylinder 200 von dem ersten Zwischenraum 215 und dem zweiten Zwischenraum 600 umgeben ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel formt das Gehäuse 110 an seinem Innenumfang eine Wellenkontur und/oder eine Fächerkontur aus. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel formt der Innenzylinder 200 an seinem Innenumfang und/oder an seinem Außenumfang eine Wellenkontur und/oder eine Fächerkontur aus.
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Bei einer Drehbewegung der Welle 105 dreht sich das Gehäuse 110 um den Innenzylinder und die Scheibe 205 dreht sich innerhalb des Innenzylinders 200, wobei die Kontur des Innenumfangs des Gehäuses 110 in die Außenkontur des Innenzylinders 200 sich aneinander entlang bewegen und wobei die Kontur des Außenumfangs der Scheibe 205 in die Kontur des Innenumfangs des Innenzylinders 200 sich aneinander entlang bewegen. Das magnetorheologische Medium verfestigt sich in dem ersten Zwischenraum 215 und dem zweiten Zwischenraum 600, wenn die Spule bestromt ist, sodass bei den Drehbewegungen des Gehäuses 110 und der Scheibe 205 eine Scherbelastung auf das magnetorheologische Medium in dem ersten Zwischenraum 215 und dem zweiten Zwischenraum 600 wirkt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Scheibe 205, das Gehäuse 110 und/oder der Innenzylinder 200 aus einem ferromagnetischen Material ausgeformt, insbesondere aus Stahl und/oder einer Mischung aus Kunststoff und Stahl.
Die Ausprägung der Bauteile kann als Scheibe 205, der Innenzylinder 200 als Vollzylinder, Hohlzylinder, mit Fächerkontur, Wellenkontur etc. ausgeprägt sein. Die Bauteile können auch als Hybridbauteile, z. B. Stahl/Kunststoff etc. ausgeführt sein.
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In anderen Worten ausgedrückt ist ein Stellgetriebe 100, das auch als Aktor oder Controller bezeichnet werden kann, mit magnetorheologischen Flüssigkeiten zur Generierung einer Haptik oder eines Bremsmomentes gefüllt. Das Gehäuse 110 und die Scheibe 205 sind rotierend ausgeführt. Durch die Bestromung der Spule bildet sich ein Magnetfeld. Die Eisenpartikel aus dem magnetorheologischen Medium richten sich nach den Feldlinien aus und verändern damit die Viskosität und somit die Haptik oder auch das Bremsmoment.
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Das Stellgetriebe 100 ist gefüllt mit dem magnetorheologischen Medium und ist als ein vorgeschaltetes Umlaufgetriebe oder Planetengetriebe ausgeführt. Hierdurch sind mindestens zwei Zwischenräume 215 und 600, die auch als Spalte bezeichnet werden können, mit magnetorheologischen Medium gefüllt. Durch eine gegenläufige Drehbewegung 605 sind höhere Scherkräfte und somit höhere Bremsmomente und Haptiken realisierbar.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz wird die Scherung in dem Stellgetriebe 100 mit magnetorheologischem Medium erhöht, sodass durch das Anlegen eines Magnetfeldes ein höheres Bremsmoment oder eine größere Haptik erzeugt wird. Das ergibt sich durch ein Vorschalten des Stellgetriebes 100, es sind mehrere Bauteile in Bewegung und eine erhöhte Scherkraft ist möglich. In anderen Worten ausgedrückt werden durch die gegenläufige Drehbewegung 605 der Bauteile und der Zwischenräume 205 und 600, gefüllt mit magnetorheologischem Medium, höhere Scherkräfte und somit ein höheres Drehmoment oder Bremsmoment und/oder eine verbesserte Haptik erzeugt.
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7 zeigt einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Stellgetriebes 100. Dabei handelt es sich um einen in den vorangegangenen Figuren beschriebenes Stellgetriebe oder ein ähnliches Stellgetriebe. Genauer gesagt zeigt der Ausschnitt in 7 einen Ausschnitt des Stellgetriebes aus 6 mit Ausnahme dessen, dass das magnetorheologisches Medium 700 in dem ersten Zwischenraum 215 und in dem zweiten Zwischenraum 600 beispielhaft dargestellt ist. In anderen Worten ausgedrückt ist sind die Zwischenräume 215 und 600, die auch als Bauteilspalte bezeichnet werden können, mit magnetorheologischem Medium 700 gefüllt, das auch als MR-Fluid bezeichnet werden kann.
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8 zeigt eine Darstellung einer Scherkraft bzw. Scherbelastung 805 zur Erläuterung einer Variante für ein Stellgetriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel. In 8 ist einer der Zwischenräume des Stellgetriebes aus einer der hierin beschriebenen Figuren gezeigt, wobei der Zwischenraum entweder durch das Gehäuse und den Innenzylinder oder durch den Innenzylinder und die Scheibe begrenzt ist.
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Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spule des Stellgetriebes bestromt, sodass sich ein Magnetfeld bildet. Beispielhaft sind Magnetfeldlinien 800 des Magnetfeldes dargestellt. Partikel des magnetorheologischen Mediums 700 richten sich entlang der Magnetfeldlinien 800 aus. Das magnetorheologische Medium 700 verfestigt sich und es kommt zu einer Scherbelastung 805, die beispielhaft mittels Pfeilen dargestellt. Die gegenläufige Drehbewegung des Gehäuses und der Scheibe bzw. die jeweilige Drehbewegung derselben relativ zu dem Innenzylinder bewirken auch eine gegenläufige Scherbelastung 805. dabei ist die Scherbelastung 805, die in dem gezeigten Zwischenraum auf das magnetorheologische Medium 700 wirkt, an einer der den Zwischenraum begrenzenden Komponenten beispielhaft nach links gerichtet, wobei die Scherbelastung 805, die in dem gezeigten Zwischenraum auf das magnetorheologische Medium 700 wirkt, an der anderen den Zwischenraum begrenzenden Komponente beispielhaft nach rechts gerichtet.
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9 zeigt eine Darstellung einer Scherkraft bzw. Scherbelastung 805 zur Erläuterung einer Variante für ein Stellgetriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei ähnelt die Darstellung in 9 der Darstellung in 8 mit Ausnahme dessen, dass die Spule unbestromt ist und somit Magnetfeldlinien nicht dargestellt sind.
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In anderen Worten ausgedrückt ist in 8 und 9 eine Scherung durch Rotation der Kontur dargestellt. Eine Vergrößerung der Scherung bzw. Scherbelastung 805 mit Magnetfeld ist in 8 dargestellt und eine Vergrößerung der Scherung ohne Magnetfeld ist in 9 dargestellt, durch die Erhöhung der Anzahl der Zwischenräume, wodurch ein zweifaches Wirkprinzip realisiert ist.
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10 zeigt eine Darstellung einer Scheibe 205 eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um eine in den vorangegangenen Figuren beschriebene Scheibe oder um eine ähnliche Scheibe. Genauer gesagt entspricht die Scheibe 205 in 10 der Scheibe aus 2 und/oder 3.
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Die Scheibe 205 weist die Scheibendurchgangsöffnung 220 auf, um die Welle zumindest teilweise aufzunehmen. An dem Außenumfang weist die Scheibe 205 eine Wellenkontur und/oder Zahnkontur und oder eine Fächerkontur auf.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Scheibe 205 eine Ausnehmung 1000 auf, die umlaufend um die Scheibe 205 angeordnet ist, wobei die Ausnehmung 1000 ausgebildet ist, um die Spule aufzunehmen, wodurch die Scheibe 205 einen Spulenträger für die Spule ausformt.
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Die Scheibe 205 bildet beispielhaft ein Reservoir 1005 aus, das auf Höhe der Vertiefungen der Kontur beispielhaft in Gestalt mehrerer Nuten an mindestens einer Stirnseite der Scheibe 205 ausgeformt ist.
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11 zeigt eine Darstellung einer Scheibe 205 eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Scheibe 205 weist an ihrem Außenumfang keine Wellenkontur und/oder Zahnkontur und oder eine Fächerkontur auf.
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12 zeigt eine Darstellung einer Scheibe 205 eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Scheibe 205 in 12 entspricht der Scheibe aus 11 mit Ausnahme dessen, dass die Scheibe 205 an ihrem Außenumfang eine Wellenkontur oder eine Fächerkontur oder eine Zahnkontur aufweist. Auch entspricht die Scheibe 205 in 12 der Scheibe aus 10 mit Ausnahme dessen, dass kein Reservoir vorgesehen ist und die Kontur am Außenumfang der Scheibe 205 unterschiedlich ausgeführt ist.
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13 zeigt eine Darstellung einer Scheibe 205 eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Scheibe 205 in 13 ähnelt der Scheibe aus 12 mit Ausnahme dessen, dass die Wellenkontur oder die Fächerkontur oder die Zahnkontur der Scheibe 205 eine höhere Anzahl von Wellen oder Fächern oder Zähnen aufweist, als die Scheibe in 12.
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14 zeigt eine Darstellung einer Scheibe 205 eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Scheibe 205 in 14 ähnelt der Scheibe aus 12 und/oder 13 mit Ausnahme dessen, dass die Wellenkontur oder die Fächerkontur oder die Zahnkontur der Scheibe 205 eine höhere Anzahl von Wellen oder Fächern oder Zähnen aufweist, als die Scheibe in 12 und/oder 13.
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15 zeigt eine Darstellung eines Innenzylinders 200 eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei entspricht oder ähnelt der Innenzylinder 200 einem in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Innenzylinder.
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Der Innenzylinder 200 ist beispielhaft als ein Hohlzylinder ausgeformt und weist eine Hohlzylinder-Durchgangsöffnung 1500 auf, um die Welle zumindest teilweise aufzunehmen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Innenzylinder eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen in seinem Mantel auf. In anderen Worten ausgedrückt ist der Mantel des als Hohlzylinder ausgeformten Innenzylinders 200 gelocht, sodass hierdurch eine Scherkraft erfolgt.
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Der als Hohlzylinder ausgeformte Innenzylinder 200 kann auch mit Wellenkonturen und/oder Fächerkonturen am Umfang versehen werden, um durch eine Keilbildung die Scherkraft zu erhöhen.
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16 zeigt eine Darstellung einer Scheibe 205 eines Stellgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Scheibe 205 in 16 entspricht lediglich beispielhaft der Scheibe aus 11, wobei in der Ausnehmung 1000 die Spule 305 aufgenommen ist.
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Die Anordung der Spule 305 ist nur schematisch dargestellt. Eine Anordnung kann im System so stattfinden, dass ein möglichst günstiges Magnetfeld, die Ausrichtung und/oder Magnetfeldstärke, erzeugt wird.
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17 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 1700 zum Betreiben eines Stellgetriebes. Das Stellgetriebe entspricht oder ähnelt hierbei dem Stellgetriebe aus einer der hierin beschriebenen Figuren. Das Verfahren 1700 weist einen Schritt 1705 des Aktivierens der Spule und einen Schritt 1710 des Deaktivierens der Spule auf. Der Schritt 1705 des Aktivierens der Spule wird ausgeführt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, um ein Überführen des magnetorheologischen Mediums von dem Ruhezustand zu dem Aktivierungszustand zu bewirken, um die zweite Widerstandscharakteristik für die Drehbewegung der Scheibe und des Gehäuses zu bewirken. Der Schritt 1710 des Deaktivierens der Spule wird ausgeführt, um ein Überführen des magnetorheologischen Mediums von dem Aktivierungszustand zu dem Ruhezustand zu bewirken, um die erste Widerstandscharakteristik für die Drehbewegung der Scheibe und des Gehäuses zu bewirken.
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18 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Steuergeräts 1800 zum Betreiben eines Stellgetriebes. Das Steuergerät 1800 ist ausgebildet, um das Verfahren aus 17 oder ein ähnliches Verfahren auszuführen. Das Steuergerät 1800 weist eine Einheit 1805 zum Aktivieren der Spule und eine Einheit 1810 zum Deaktivieren der Spule auf. Die Einheit 1805 zum Aktivieren ist ausgebildet, um den Schritt des Aktivierens auszuführen und/oder anzusteuern. Die Einheit 1810 zum Deaktivieren ist ausgebildet, um den Schritt des Deaktivierens auszuführen und/oder anzusteuern.
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19 zeigt eine schematische Darstellung eines Stellgetriebes 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um ein in den hierin dargestellten Figuren beschriebenes Stellgetriebe oder ein ähnliches Stellgetriebe handeln. Das Stellgetriebe 100 ist beispielhaft an einem Lenkrad 1900 eines Fahrzeugs angeordnet. An einer der Komponenten des Stellgetriebes 100 ist beispielhaft ein Stellelement 1905 starr angeordnet. Das Stellelement 1905 ist von einem Insassen des Fahrzeugs manuell durch eine Drehbewegung 1910 betätigbar, genauer gesagt drehbar. Gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele ist das Stellelement 1905 Teil des Stellgetriebes 100 oder mit dem Stellgetriebe 100 koppelbar.
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20 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 2000 mit einem Stellgetriebe 100 und einem Steuergerät 1800. Das Stellgetriebe 100 und das Steuergerät 1800 entsprechen oder ähneln hierbei dem Stellgetriebe und dem Steuergerät aus einer jeweiligen der hierin beschriebenen Figuren. Dabei sind das Stellgetriebe 100 und das Steuergerät 1800 signalübertragungsfähig, beispielsweise elektrisch miteinander verbunden.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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Bezugszeichen
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- 100
- Stellgetriebe
- 105
- Welle
- 110
- Gehäuse
- 115
- Deckel
- 120
- Gehäusedurchgangsöffnung
- 200
- Innenzylinder
- 205
- Scheibe
- 210
- Planetenräder
- 215
- erster Zwischenraum
- 220
- Scheibendurchgangsöffnung
- 300
- Sonnenrad
- 305
- Spule
- 400
- Zapfen
- 600
- zweiter Zwischenraum
- 605
- Drehbewegung
- 700
- magnetorheologisches Medium
- 800
- Magnetfeldlinien
- 805
- Scherbelastung
- 1000
- Ausnehmung
- 1005
- Reservoir
- 1500
- Hohlzylinder-Durchgangsöffnung
- 1700
- Verfahren zum Betreiben eines Stellgetriebes
- 1705
- Schritt des Aktivierens
- 1710
- Schritt des Deaktivierens
- 1800
- Steuergerät zum Betreiben eines Stellgetriebes
- 1805
- Einheit zum Aktivieren
- 1810
- Einheit zum Deaktivieren
- 1900
- Lenkrad
- 1905
- Stellelement
- 1910
- Drehbewegung
- 2000
- Fahrzeug
