DE102022115763A1

DE102022115763A1 - Stellvorrichtung für ein Fahrzeug, Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Stellvorrichtung

Info

Publication number: DE102022115763A1
Application number: DE102022115763.6A
Authority: DE
Inventors: Holger Peschke
Original assignee: Signata GmbH
Current assignee: Signata De GmbH
Priority date: 2022-06-24
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2024-01-04

Abstract

Eine Stellvorrichtung (100) für ein Fahrzeug weist eine erste Komponente (105), eine zweite Komponente (110), ein magnetorheologisches Medium (115), zumindest einen Permanentmagneten (120) und eine Spule (125) auf. Eine der Komponenten ist relativ zu der anderen Komponente beweglich gelagert, wobei die zweite Komponente (110) entlang ihres Umfangs eine Mehrzahl von Vertiefungsabschnitten aufweist. Die Vertiefungsabschnitte sind ausgeformt, um bezüglich der Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente eine Keilbildung eines magnetorheologischen Mediums (115) in einem Aktivierungszustand zu bewirken. Das magnetorheologische Medium (115) ist in einem Zwischenraum (130) angeordnet und ausgebildet, um in einem Ruhezustand eine erste Widerstandscharakteristik und in dem Aktivierungszustand eine zweite Widerstandscharakteristik zu bewirken. Der Permanentmagnet (120) ist in einem an den Zwischenraum (130) angrenzenden Nebenraum (135) angeordnet und ausgebildet, um ein erstes Magnetfeld zu erzeugen. Das erste Magnetfeld ist ausgebildet, um Partikel des magnetorheologischen Mediums (115) im Ruhezustand aus dem Zwischenraum (130) in den Nebenraum (135) zu ziehen. Die Spule (125) ist ausgebildet, um ein zweites Magnetfeld zu erzeugen, wobei das zweite Magnetfeld stärker ist als das erste Magnetfeld. Das zweite Magnetfeld ist ausgebildet, um die Partikel aus dem Nebenraum (135) in den Zwischenraum (130) zu ziehen und ein Überführen des magnetorheologischen Mediums (115) zwischen dem Ruhezustand und dem Aktivierungszustand zu bewirken.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stellvorrichtung für ein Fahrzeug, auf ein Fahrzeug mit einer Stellvorrichtung und auf ein Verfahren zum Betreiben einer Stellvorrichtung.
Stellvorrichtungen können beispielsweise in Fahrzeugen verbaut sein, um Fahrzeugfunktionen verstellen zu können. Dabei können einige solcher Stellvorrichtungen ein magnetorheologisches Medium aufweisen.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Stellvorrichtung für ein Fahrzeug, ein verbessertes Fahrzeug und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Stellvorrichtung gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Stellvorrichtung mit einem Permanentmagneten geschaffen wird, wobei der Permanentmagnet Partikel eines magnetorheologischen Mediums anziehen kann.
Eine Stellvorrichtung für ein Fahrzeug weist eine erste Komponente, eine zweite Komponente, ein magnetorheologisches Medium, einen Permanentmagneten und eine Spule auf. Eine der Komponenten ist relativ zu der anderen Komponente beweglich gelagert, wobei die zweite Komponente entlang ihres Umfangs eine Mehrzahl von Vertiefungsabschnitten aufweist. Die Vertiefungsabschnitte sind ausgeformt, um bezüglich der Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente eine Keilbildung eines magnetorheologischen Mediums in einem Aktivierungszustand zu bewirken. Das magnetorheologische Medium ist in einem Zwischenraum zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente angeordnet und ausgebildet, um in einem Ruhezustand eine erste Widerstandscharakteristik für eine Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente und in dem Aktivierungszustand eine zweite Widerstandscharakteristik für die Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente zu bewirken. Der zumindest eine Permanentmagnet ist in einem an den Zwischenraum angrenzenden Nebenraum angeordnet und ausgebildet, um ein erstes Magnetfeld zu erzeugen. Das erste Magnetfeld ist ausgebildet, um Partikel des magnetorheologischen Mediums im Ruhezustand aus dem Zwischenraum in den Nebenraum zu ziehen. Die Spule ist ausgebildet, um ein zweites Magnetfeld zu erzeugen, wobei das zweite Magnetfeld stärker ist als das erste Magnetfeld. Das zweite Magnetfeld ist ausgebildet, um die Partikel aus dem Nebenraum in den Zwischenraum zu ziehen und ein Überführen des magnetorheologischen Mediums zwischen dem Ruhezustand und dem Aktivierungszustand zu bewirken.
Bei der Stellvorrichtung kann es sich um eine Vorrichtung zum Bedienen einer beliebigen Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs handeln. Die Stellvorrichtung kann als eine Bedienvorrichtung oder als eine Betätigungsvorrichtung bzw. ein Aktor ausgeführt sein. Beispielsweise kann eine solche Bedienvorrichtung 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 dynamisch-mechanische 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 Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente einen geringen Widerstand entgegensetzt. Die zweite Widerstandscharakteristik kann einen Zustand des magnetorheologischen Mediums repräsentieren, in dem das magnetorheologische Medium einer Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente einen hohen Widerstand entgegensetzt. Bei dem Permanentmagneten kann es sich um einen Dauermagnet handeln, der unabhängig von der Bestromung das erste Magnetfeld bilden kann. Der Permanentmagnet weist einen Nordpol und einen Südpol auf. Bei magnetischen Nordpolen kann es sich um Gebiete handeln, aus denen Feldlinien austreten. Gebiete, in denen die Feldlinien eintreten, werden als Südpole bezeichnet. Bei der Spule kann es sich um ein elektrisches Bauelement handeln, das Windungen aufweist, um bei Stromfluss das zweite Magnetfeld zu erzeugen.
Der hier vorgestellte Ansatz kann insbesondere auch als ein MRF-Aktor zur Erhöhung eines maximalen Drehmoments und der Reduzierung eines Grunddrehmoments verstanden werden. Es kann beispielsweise eine Integration von Permanentmagneten in einem Aktorsystem ermöglicht werden, um Partikel aus dem Zwischenraum bzw. magnetorheologischen Spalt zu ziehen und somit ein Grundreibmoment zu senken. Ferner kann eine solche Geometrieanpassung zur Erhöhung des maximalen Drehmoments und einer besseren Regelbarkeit des Systems beitragen. Der hier vorgestellte Ansatz kann ein höheres maximales Drehmoment und ein niedrigeres Grunddrehmoment ermöglichen, wodurch eine bessere Haptik und Regelbarkeit möglich ist. Es können Verklumpungen und mechanisch verkeilte Partikel des magnetorheologischen Mediums aufgelöst werden. Dadurch kann eine erhöhte Reproduzierbarkeit und eine höhere Qualität erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die zweite Komponente entlang ihres Umfangs eine Mehrzahl von Vorsprungsabschnitten aufweisen, wobei die Vorsprungsabschnitte und die Vertiefungsabschnitte abwechselnd zueinander angeordnet sein können. Vorteilhafterweise kann dadurch eine zuverlässige Funktionsweise der Stellvorrichtung durch eine ausgeprägte Keilbildung des Mediums ermöglicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Vorsprungsabschnitte ausgeformt sein, um bei der Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente eine Scherbelastung auf das magnetorheologische Medium in dem Aktivierungszustand ausüben zu können. Dadurch kann die zweite Widerstandscharakteristik zuverlässig und mit hohem Betrag ermöglicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann jeder Vorsprungsabschnitt eine Scherfläche aufweisen, die planar ausgeformt sein kann oder eine Krümmung aufweisen kann, die an eine Krümmung der ersten Komponente angepasst sein kann. Dadurch kann bei der Bewegung einer der Komponente relativ zu der anderen Komponente die Scherbelastung zuverlässig erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Vertiefungsabschnitte zwei Flanken aufweisen, zwischen denen ein stumpfer Winkel aufgespannt sein kann. Vorteilhafterweise kann somit eine Keilbildung eines magnetorheologischen Mediums in einem Aktivierungszustand zuverlässig bewirkt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erste Komponente drehbar oder verschiebbar zu der zweiten Komponente angeordnet sein. Alternativ kann die zweite Komponente drehbar oder verschiebbar zu der ersten Komponente angeordnet sein. So kann je nach Anwendungsfall eine geeignete der Komponenten als Rotor und die andere Komponente als Stator ausgeführt sein. Beispielsweise kann eine der Komponenten starr mit einem Gehäuse und die andere Komponente starr mit einem von einem Insassen betätigbaren Stellelement der Stellvorrichtung verbunden sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der zumindest eine Permanentmagnet aus einem weichmagnetischen Material ausgeformt sein. Vorteilhafterweise kann somit eine schnelle Freigabe des magnetorheologischen Mediums nach einer Umpolung eines durch die Spule induzierten Magnetfeldes erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die zweite Komponente eine erste Platte mit einer ersten Anzahl und zusätzlich oder alternativ einer ersten Verteilung von Vertiefungsabschnitten und zumindest eine weitere Platte mit einer weiteren Anzahl und zusätzlich oder alternativ einer weiteren Verteilung von weiteren Vertiefungsabschnitten aufweisen. Dabei können die Anzahl und zusätzlich oder alternativ die Verteilung der Vertiefungsabschnitte und der weiteren Vertiefungsabschnitte von Platte zu Platte unterschiedlich sein. Ferner kann die zweite Komponente eine dritte Platte oder mehr Platten mit jeweiligen Vertiefungsabschnitten aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Keilbildung und somit ein Drehmoment weiter gesteigert werden können.
Gemäß dieser Ausführungsform kann der zumindest eine Permanentmagnet und zusätzlich oder alternativ die Spule zwischen der ersten Platte und der weiteren Platte angeordnet sein. Auf diese Weise kann eine zielgerichtete Ausbreitung des jeweiligen Magnetfeldes erreicht werden, um insbesondere die Partikel des Mediums zu beeinflussen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Stellvorrichtung eine Welle aufweisen, die an der zweiten Komponente angeordnet oder mit derselben gekoppelt sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Spule an der ersten Komponente angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Stellvorrichtung zwei Permanentmagnete aufweisen, wobei die zweite Komponente zwischen den zwei Permanentmagneten angeordnet sein kann. Vorteilhafterweise kann somit eine Wirkung der Permanentmagneten auf die Partikel des Mediums verbessert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Stellvorrichtung ein Stellelement aufweisen, das mit einer der Komponenten starr gekoppelt sein kann und durch einen Nutzer betätigbar sein kann. Das Stellelement kann als ein Drehschalter, ein Knopf oder ein Schiebeelement ausgebildet sein. Das Stellelement kann beispielsweise mit einer Welle verbindbar oder verbunden sein, die mit der zweiten Komponente gekoppelt sein kann.
Ein Fahrzeug weist eine Ausführungsform einer hierin genannten Stellvorrichtung auf.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Ausführungsform einer hierin genannten Stellvorrichtung weist einen Schritt des Aktivierens der Spule und einen Schritt des Deaktivierens der Spule auf. Der Schritt des Aktivierens der Spule wird ausgeführt, um das zweite Magnetfeld zu erzeugen, um die Partikel aus dem Nebenraum in den Zwischenraum zu ziehen und ein Überführen des magnetorheologischen Mediums zwischen dem Ruhezustand und dem Aktivierungszustand zu bewirken, um die zweite Widerstandscharakteristik für die Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente zu bewirken. Der Schritt des Deaktivierens der Spule wird ausgeführt, um ein Überführen des magnetorheologischen Mediums zwischen dem Aktivierungszustand und dem Ruhezustand zu bewirken, um die erste Widerstandscharakteristik für die Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente zu bewirken, wobei unter Verwendung des Permanentmagneten die Partikel aus dem Zwischenraum in den Nebenraum gezogen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des intermittierenden Bestromens der Spule aufweisen, um Pulse des zweiten Magnetfelds zu erzeugen, um in dem Zwischenraum angeordnete Partikel aufzulockern. Auf diese Weise kann zuverlässig verhindert werden, dass es zu einer Verklumpung der Partikel in dem Zwischenraum oder zu einem Festsetzen der Partikel in dem Zwischenraum kommt, auch wenn der Ruhezustand vorliegt.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eins Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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.
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 einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung;
3 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.;
4 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.;
5 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
10 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
11 eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
12 eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
13 eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
14 eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
15 eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
16 eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
17 eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
18 eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
19 eine schematische Darstellung eines Keils einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
20 eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung;
21 eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung;
22 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Stellvorrichtung;
23 ein schematisches Blockschaltbild eines Steuergeräts zum Betreiben einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
24 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
25 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs;
26 eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
27 eine schematische Teildarstellung einer zweiten Komponente einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
28 eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
29 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung; und
30 eine schematische Teildarstellung einer zweiten Komponente einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Bevor nachfolgend auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eingegangen wird, sollen zunächst Hintergründe und Grundlagen von Ausführungsbeispielen kurz erläutert werden.
Eine herkömmliche Stellvorrichtung weist beispielhaft eine Scheibe mit 16 Zähnen auf. Die Scheibenhöhe beträgt beispielsweise vier Millimeter, der Durchmesser 29 Millimeter, die Zahnbreite 0,57 Millimeter, die Zahnfläche 36,5 Quadratmillimeter. Die Mantelfläche einer Vollscheibe beträgt beispielsweise 364 Quadratmillimeter, der Winkel ca. 30 Grad. In einer solchen Stellvorrichtung kann eine inhomogene Verteilung der magnetischen Flussdichte auftreten. Die Zahnflächen zeigen eine überhöhte Flussdichte und das Drehmoment liegt bei ca. 0,8 Newtonmeter.
Wenn ein solches System unbestromt ist, fließt kein Strom durch die Spule und es wird kein Magnetfeld erzeugt, welches einen Einfluss auf die Partikel des magnetorheologischen Mediums hat. Durch eine Drehbewegung entsteht ein geringes Grunddrehmoment durch das magnetorheologische Medium. Die Partikel sind durchmischt.
Wird die Spule bestromt, so bildet sich ein Magnetfeld. Entlang der Feldlinien richten sich die Partikel aus und bilden Ketten. In einem Bereich, in dem ein hohes Magnetfeld wirkt, bilden sich die Ketten zwischen den Mantelflächen. In einem Bereich, in dem ein mittleres Magnetfeld wirkt und in einem Bereich, in dem ein sehr geringes Magnetfeld wirkt, bildet sich zusätzlich ein Keil. Durch eine Drehbewegung entsteht ein maximales Drehmoment, hervorgerufen durch das Scheren der Ketten im Bereich der höchsten Magnetfeldwirkung und durch eine Mischung aus Scheren und Kompression im Bereich der geringsten Magnetfeldwirkung. Die Partikel sind ausgerichtet. Die Viskosität ändert sich, z. B. hochviskos, zäh, fest.
Wird die Spule nicht mehr bestromt, fällt das Magnetfeld ab. Die Ketten lösen sich zum Teil auf. Ein Teil der Ketten bleibt bestehen oder es bilden sich Agglomerate. Die Agglomerate bilden sich aufgrund einer Restmagnetisierung der Partikel, weil die Partikel mechanisch verkeilt oder verklebt sind durch Oberflächenhaftung. Hierdurch können ein spürbar erhöhtes Grundmoment oder auch einzelne Spitzen bzw. Peaks erzeugt werden.
Die Ursache für ein zu niedriges maximales Drehmoment ist beispielsweise zu wenig Mantelfläche, wodurch eine Keilbildung reduziert sein kann. Dies ist beispielsweise durch eine Erhöhung der Mantelfläche sowie durch eine geeignete Keilgeometrie und Anzahl an Partikeln lösbar. Wenn eine sehr große Anzahl an Partikeln in dem Spalt bzw. dem Keil angeordnet sind, kann dies beispielsweise zu einem zu hohen Grundmoment oder einer schlechten Haptik führen. Dies kann durch einen Permanentmagneten und durch ein Pulsen bzw. intermittierendes Aktivieren der Spule gelöst werden. Eine schlechte Regelbarkeit der Stellvorrichtung ist beispielsweise auf zu wenig Mantelfläche zurückzuführen, wodurch eine Keilbildung reduziert sein kann. Durch eine Erhöhung der Mantelfläche ist dies lösbar.
Unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren wird eine verbesserte Stellvorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung 100 für ein Fahrzeug. Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, wie beispielsweise einen Personenkraftwagen, ein Kraftrad, ein Nutzfahrzeug, ein Kraftrad oder dergleichen. Die Stellvorrichtung 100 ist beispielsweise dazu ausgebildet, um eine Bedienung einer Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs durch einen Nutzer zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Stellvorrichtung 100 durch einen Insassen des Fahrzeugs manuell betätigt werden, zum Beispiel über ein Stellelement.
Die Stellvorrichtung 100 weist eine erste Komponente 105, eine zweite Komponente 110, ein magnetorheologisches Medium 115, einen Permanentmagneten 120 und eine Spule 125 auf. Eine der Komponenten ist relativ zu der anderen Komponente beweglich gelagert. Je nach Ausführungsbeispiel ist entweder die erste Komponente 105 drehbar zu der zweiten Komponente 110 gelagert oder die zweite Komponente 110 drehbar zu ersten Komponente 105 gelagert. Je nach Ausführungsbeispiel wird dann die drehbar gelagerte Komponente als ein Rotor bezeichnet und die andere Komponente als ein Stator bezeichnet.
Die zweite Komponente 110 weist entlang ihres Umfangs eine Mehrzahl von Vertiefungsabschnitten auf. Das magnetorheologische Medium 115 ist in einem Zwischenraum 130 zwischen der ersten Komponente 105 und der zweiten Komponente 110 angeordnet und ausgebildet, um in einem Ruhezustand eine erste Widerstandscharakteristik für eine Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente und in dem Aktivierungszustand eine zweite Widerstandscharakteristik für die Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente zu bewirken. Der Permanentmagnet 120 ist in einem an den Zwischenraum 130 angrenzenden Nebenraum 135 angeordnet und ausgebildet, um ein erstes Magnetfeld zu erzeugen. Das erste Magnetfeld ist ausgebildet, um Partikel des magnetorheologischen Mediums 115 im Ruhezustand aus dem Zwischenraum 130 in den Nebenraum 135 zu ziehen.
Die Spule 125 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel an der ersten Komponente 105 angeordnet. Die Spule 125 ist ausgebildet, um ein zweites Magnetfeld zu erzeugen, wobei das zweite Magnetfeld stärker ist als das erste Magnetfeld. Das zweite Magnetfeld ist ausgebildet, um die Partikel aus dem Nebenraum 135 in den Zwischenraum 130 zu ziehen und ein Überführen des magnetorheologischen Mediums 115 zwischen dem Ruhezustand und dem Aktivierungszustand zu bewirken.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Stellvorrichtung 100 eine Welle 140 auf. Die Welle 140 ist beispielhaft an der zweiten Komponente 110 angeordnet und ragt beispielsweise durch eine Öffnung der zweiten Komponente 110 hindurch.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Komponente 105 als ein Gehäuse ausgeformt, die zweite Komponente 110 ist beispielhaft scheibenförmig ausgeformt. Die erste Komponente 105 ist beispielhaft außenliegend angeordnet und die zweite Komponente 110 ist innenliegend angeordnet. Die zweite Komponente 110 weist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine erste Platte 145 und eine weitere Platte 150 auf, wobei die Spule 125 zwischen der ersten Platte 145 und der weiteren Platte 150 der zweiten Komponente 110 angeordnet ist. Die erste Platte 145 weist eine erste Anzahl und/oder eine erste Verteilung von Vertiefungsabschnitten auf und die weitere Platte 150 weist eine weitere Anzahl und/oder weitere Verteilung von Vertiefungsabschnitten auf.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Permanentmagnet 120 an oder in dem Nebenraum 135 zwischen der ersten Komponenten 105 und der Welle 140 angeordnet. Der Permanentmagnet 120 ist, weise aus einem weichmagnetischen Material ausgeformt. In anderen Worten ausgedrückt ist der Permanentmagnet 120 beispielsweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff oder als ein kunststoffgebundener Magnet ausgeformt.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung 100. Dabei handelt es sich um die Stellvorrichtung aus 1 oder um eine ähnliche Stellvorrichtung. Genauer gesagt entspricht die Stellvorrichtung 100 in 2 der Stellvorrichtung aus 1 mit Ausnahme dessen, dass die zweite Komponente 110 zusätzlich zu der ersten Platte 145 und der weiteren Platte 150 eine dritte Platte 200 und eine vierte Platte 205 aufweist. Unter einer Platte kann auch eine Scheibe verstanden werden. Zudem ist der Permanentmagnet in der schematischen Darstellung weggelassen.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die dritte Platte 200 an der ersten Platte 145 angeordnet und die vierte Platte 205 an der weiteren Platte 150 angeordnet. Die Platten 145, 150, 200, 205 sind beliebig aneinander anordenbar. Die Anzahl der Platten ist ebenfalls variabel. In anderen Worten ausgedrückt sind die Platten 145, 150, 200, 205, die auch als Scheiben bezeichnet werden können, gestapelt in verschiedenen Kombinationen und in verschiedener Anzahl möglich.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um eine in den vorangegangenen Figuren beschriebene Stellvorrichtung oder um eine ähnliche Stellvorrichtung.
Zwischen der ersten Komponente 105 und der zweiten Komponente 110 ist auch das magnetorheologische Medium 115 dargestellt. Genauer gesagt ist das magnetorheologische Medium 115 in dem Zwischenraum 130 angeordnet. Das magnetorheologische Medium 115 weist ein Trägerfluid und eine Mehrzahl von Partikeln 300 auf. In anderen Worten ausgedrückt ist das magnetorheologische Medium 115, das auch als magnetorheologische Flüssigkeit, kurz MRF bezeichnet werden kann, eine Suspension aus einem Trägermaterial, beispielsweise Mineralöl oder synthetisches Öl, und in der Regel Eisenpartikeln mit einem Durchmesser von beispielsweise 1 bis10 Mikrometer. Im nicht aktivierten Zustand der Spule ist das magnetorheologische Medium 115 in seinem Ruhezustand und viskos, wobei sich die Partikel 300 gleichmäßig im Trägermaterial verteilen. Sobald ein magnetisches Feld das magnetorheologische Medium 115 durchdringt und dasselbe in den Aktivierungszustand versetzt, richten sich die Partikel 300 an den Feldlinien aus und die Viskosität des magnetorheologischen Mediums 115 nimmt bis zu einem nahezu festen Zustand ab.
In dem hier gezeigten Zustand ist die Spule unbestromt, sodass kein Magnetfeld auf das magnetorheologische Medium 115 wirkt, wobei angenommen sei, dass kein Permanentmagnet vorgesehen ist. Das magnetorheologische Medium 115 ist somit in einem Ruhezustand. Es ist jedoch noch eine leichte Restmagnetisierung vorhanden, sodass die Mehrzahl der Partikel 300 in dem Zwischenraum 130 angeordnet ist. Einzelne Partikel 300 wandern aus dem Zwischenraum in Richtung Nebenraum 135.
In anderen Worten ausgedrückt, ist das Magnetfeld abgefallen, die Partikel 300 verharren an der Position. Durch Restmagnetisierung, mechanisches Verkeilen, oder Verklebungen durch Oberflächenhaftung etc. können Partikel 300 an ihrem Ort verharren. Ein Pulsen der Spule kann unterstützen, um die Partikel 300 zu lockern.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um eine in den vorangegangenen Figuren beschriebene Stellvorrichtung oder um eine ähnliche Stellvorrichtung. Genauer gesagt entspricht die Stellvorrichtung 100 in 4 der Stellvorrichtung aus 3 mit Ausnahme dessen, dass in 4 die Stellvorrichtung 100 einen Permanentmagneten 120 und einen zweiten Permanentmagneten 400 aufweist und die Partikel 300 an dem Permanentmagneten 120 angeordnet sind.
In dem hier gezeigten Zustand sind die Partikel 300 vollständig in dem Nebenraum 135 an dem Permanentmagneten 120 und dem zweiten Permanentmagneten 400 angeordnet. Dieser Zustand ergibt sich beispielsweise, wenn die Restmagnetisierung des Magnetfelds abgefallen ist und sich das magnetorheologische Medium 115 vollständig in dem Ruhezustand befindet.
In anderen Worten ausgedrückt ist in 4 das Magnetfeld abgefallen, die Partikel 300 sind zum Permanentmagneten 120 und dem zweiten Permanentmagneten 400 gezogen.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um eine in den vorangegangenen Figuren beschriebene Stellvorrichtung oder um eine ähnliche Stellvorrichtung. Genauer gesagt entspricht die Stellvorrichtung 100 in 5 der Stellvorrichtung aus 4 mit Ausnahme dessen, dass in 5 die Stellvorrichtung 100 in einem bestromten Zustand dargestellt ist.
Die Spule der Stellvorrichtung 100 ist bestromt, sodass sich die Partikel 300 entlang der Magnetfeldlinien 500 des zweiten Magnetfelds der Spule ausrichten und es liegt der Aktivierungszustand des magnetorheologischen Mediums 115 vor. In anderen Worten ausgedrückt, das Magnetfeld ist aufgebaut. Die Partikel 300 werden wieder in den Spalt mit der größten Feldstärke/Flussdichte gezogen, also in den Zwischenraum 130, der auch als Spalt bezeichnet werden kann, an dessen Seiten sich Keile bilden.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um eine in den vorangegangenen Figuren beschriebene Stellvorrichtung oder um eine ähnliche Stellvorrichtung.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Permanentmagnet 120 an der zweiten Komponente 110 angeordnet. Genauer gesagt ist der Permanentmagnet 120 auf einer Seite der zweiten Komponente 110, die auch als Scheibe bezeichnet werden kann, als separates Bauteil angeordnet. Alternativ kann der Permanentmagnet 120 in die zweite Komponente 110 oder in einem zusätzlichen Bauteil integriert sein.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um eine in den vorangegangenen Figuren beschriebene Stellvorrichtung oder um eine ähnliche Stellvorrichtung. Genauer gesagt entspricht die Stellvorrichtung 100 in 7 der Stellvorrichtung aus 6 mit Ausnahme dessen, dass der Permanentmagnet 120 an einer anderen Seite der zweiten Komponente 110 angeordnet ist. Dabei ist der Permanentmagnet 120 als separates Bauteil angeordnet oder kann alternativ auch in die zweite Komponente 110 integriert oder in einem zusätzlichen Bauteil angeordnet sein.
8 zeigt eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um eine in den vorangegangenen Figuren beschriebene Stellvorrichtung oder um eine ähnliche Stellvorrichtung. Genauer gesagt entspricht die Stellvorrichtung 100 in 8 der Stellvorrichtung aus 4 mit Ausnahme dessen, dass das magnetorheologische Medium 115 in der schematischen Darstellung weggelassen ist.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweite Komponente 110 zwischen dem zweiten Permanentmagneten 400 auf der einen Seite und dem Permanentmagneten 120 auf der anderen Seite angeordnet. Dabei sind der Permanentmagnet 120 und der zweite Permanentmagnet 400 als separate Bauteile an der zweiten Komponente 110 angeordnet. Alternativ sind die Permanentmagneten 120, 400 in die zweite Komponente 110 integriert oder an einem zusätzlichen Bauteil oder in einem zusätzlichen Bauteil integriert.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um eine in den vorangegangenen Figuren beschriebene Stellvorrichtung oder um eine ähnliche Stellvorrichtung.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Permanentmagnet 120 zwischen der ersten Platte 145 und der weiteren Platte 150 der zweiten Komponente 110 angeordnet. In anderen Worten ausgedrückt ist der Permanentmagnet 120 zwischen zwei Platten integriert oder als separates Bauteil ausgeführt.
10 zeigt eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um eine in den vorangegangenen Figuren beschriebene Stellvorrichtung oder um eine ähnliche Stellvorrichtung.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Permanentmagnet 120 und der zweite Permanentmagnet 400 an der ersten Komponente 105 angeordnet. Genauer gesagt sind der Permanentmagnet 120 und der zweite Permanentmagnet 400 an der ersten Komponente 105, die als Gehäuse ausgeführt sein kann, integriert. Auch ist hierbei die erste Komponente 110 zwischen dem Permanentmagneten 120 und dem zweiten Permanentmagneten 400 angeordnet.
11 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente 110 für eine Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die zweite Komponente 110 entspricht oder ähnelt hierbei der zweiten Komponente 110 einer Stellvorrichtung aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren.
Die zweite Komponente 110 weist entlang ihres Umfangs eine Mehrzahl von Vertiefungsabschnitten 1100 auf. Die Vertiefungsabschnitte 1100 sind ausgeformt, um bezüglich der Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente eine Keilbildung eines magnetorheologischen Mediums in einem Aktivierungszustand zu bewirken. Jeder der Vertiefungsabschnitte 1100 weist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Flanken 1110 auf, zwischen denen ein stumpfer Winkel aufgespannt ist.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist die zweite Komponente 110 entlang ihres Umfangs eine Mehrzahl von Vorsprungsabschnitten 1105 auf, wobei die Vorsprungsabschnitte 1105 und die Vertiefungsabschnitte 1100 abwechselnd zueinander angeordnet sind. Die Vorsprungsabschnitte 1105 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgeformt, um bei der Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente eine Scherbelastung auf das magnetorheologische Medium in dem Aktivierungszustand auszuüben. Jeder Vorsprungsabschnitt 1105 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Scherfläche 1120 auf, die planar ausgeformt ist oder eine Krümmung aufweist, die an eine Krümmung der ersten Komponente angepasst ist.
Die zweite Komponente 110 kann auch als Fächerscheibe mit Keilen bezeichnet werden. Die Scherfläche 1120, die auch als Mantelfläche bezeichnet werden kann, ist beispielhaft um mehr als 50 Prozent vergrößert, im Vergleich zu herkömmlichen Scherflächen einer zweiten Komponente einer herkömmlichen Stellvorrichtung. Aufgrund der vergrößerten Scherfläche 1120 ist ein größerer Schereffekt möglich und somit auch ein größeres maximales Drehmoment. Je größer die Scherfläche 1120 ist, desto größer ist das maximale Drehmoment.
Die Flanken 1110 der Vertiefungsabschnitte 1100 bilden beispielsweise einen kleinen Keil oder Keilwinkel aus. Dadurch ist ein größerer Keileffekt, bis zu drei Mal größer, als bei herkömmlichen Stellvorrichtungen möglich. Somit ist ein größeres maximales Drehmoment möglich. Je kleiner der Keil ist, desto größer sind die Kräfte. Ferner ist eine homogenere Flussdichteverteilung als bei herkömmlichen Stellvorrichtungen möglich.
12 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente 110 einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei entspricht die zweite Komponente 110 in 12 der zweiten Komponente aus 11 mit Ausnahme dessen, dass die Anzahl der Vertiefungsabschnitte 1100 und der Vorsprungsabschnitte 1105 in 12 geringer ist.
Die Vorsprungsabschnitte 1105 der zweiten Komponente 110 weisen eine größere Scherfläche 1120 auf als die Vorsprungsabschnitte in 11. Aufgrund der vergrößerten Scherflächen 1120 ist die Anzahl der Vertiefungsabschnitte 1100 reduziert. In anderen Worten ausgedrückt ist die Anzahl der Vertiefungsabschnitte 1100, die auch als Kerben bezeichnet werden können, reduziert, die Scherflächen 1120 sind vergrößert. Dadurch kann eine elektronische Regelbarkeit verbessert werden. Vorteilhafterweise ist eine homogene Flussdichteverteilung möglich. Die Vertiefungsabschnitte 1100 sind in beliebiger Anzahl oder auch Geometrie ausführbar.
13 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente 110 einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei entspricht die zweite Komponente 110 in 13 der zweiten Komponente aus 12 mit Ausnahme dessen, dass die Anzahl der Vertiefungsabschnitte 1100 und der Vorsprungsabschnitte 1105 in 13 geringer ist.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist die zweite Komponente 110 vier Vorsprungabschnitte 1105 sowie vier Vertiefungsabschnitte 1100 auf. Die Scherflächen 1120 der Vorsprungsabschnitte 1105 sind im Vergleich zu den Scherflächen der vorangegangenen Figuren vergrößert ausgeformt, während die Vertiefungsabschnitte 1100 dieselbe Form wie die Vertiefungsabschnitte in den vorangegangenen Figuren aufweisen.
In anderen Worten ausgedrückt ist die Anzahl der Vertiefungsabschnitte 1100 reduziert, die Scherflächen 1120 sind vergrößert. Somit ist eine elektronische Regelbarkeit verbessert. Vorteilhafterweise ist eine homogene Flussdichteverteilung möglich. Die Vertiefungsabschnitte 1100 sind in beliebiger Anzahl oder auch Geometrie ausführbar.
14 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente 110 einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die zweite Komponente 110 in 14 ähnelt der zweiten Komponente aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren.
Die zweite Komponente 110 weist eine Mehrzahl von Vorsprungsabschnitten 1105 und Vertiefungsabschnitten 1100 auf. Je nach Ausführungsbeispiel ist die erste Komponente verschiebbar zu der zweiten Komponente 110 oder die zweite Komponente 110 verschiebbar zu der ersten Komponente angeordnet.
Für einen translatorischen Aktor kann eine solche zweite Komponente 110 mit Vertiefungsabschnitten 1100 verwendet werden. Die Anzahl der Vertiefungsabschnitte 1100, die Geometrie etc. kann wie bei einem rotatorischen Aktor gestaltet werden. Die Achse der translatorischen Bewegung 1400 ist mittels eines Doppelpfeils beispielhaft dargestellt.
15 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente 110 einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um die in 11 beschriebene zweite Komponente oder um eine ähnliche zweite Komponente. Genauer gesagt entspricht die zweite Komponente 110 aus 15 der zweiten Komponente aus 11 mit Ausnahme dessen, dass die zweite Komponente 110 die erste Platte 145 und die weitere Platte 155 aufweist, die gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel identisch ausgeformt sind.
Die erste Platte 145 weist die Vertiefungsabschnitte 1100 und die Vorsprungsabschnitte 1105 auf, wobei die weitere Platte 155 weitere Vertiefungsabschnitte 1500 und weitere Vorsprungsabschnitte 1505 aufweist.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die erste Platte 145 und die weitere Platte 155 dieselbe Anzahl von Vertiefungsabschnitten 1100, weiteren Vertiefungsabschnitte 1500 sowie Vorsprungsabschnitten 1105 und weiteren Vorsprungsabschnitten 1505 auf. In anderen Worten ausgedrückt weisen die erste Platte 145 und die weitere Platte 150 lediglich beispielhaft 16 Vertiefungsabschnitte 1100 und 16 weitere Vertiefungsabschnitte 1500 auf, wobei die erste Platte 145 und die weitere Platte 150 verdreht zueinander anordenbar sind, um die zweite Komponente 110 zu bilden. Die erste Platte 145 und die weitere Platte 150 sind beispielsweise übereinander anordenbar, wobei zwischen der ersten Platte 145 und weiteren Platte 150 beispielsweise die Spule anordenbar ist.
16 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente 110 einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um die in 15 beschriebene zweite Komponente oder um eine ähnliche zweite Komponente. Genauer gesagt entspricht die zweite Komponente 110 aus 16 der zweiten Komponente aus 15 mit Ausnahme dessen, dass die weiteren Vertiefungsabschnitte und die weiteren Vorsprungsabschnitte der weiteren Platte 155 weggelassen sind bzw. dass die weitere Platte 155 als eine kreisförmige Scheibe ausgeformt ist. In anderen Worten ausgedrückt weist die erste Platte 145 16 Vertiefungsabschnitte 1100 auf. Die weitere Platte 155 ist beispielhaft als eine Vollscheibe ausgeformt.
17 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente 110 einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um eine in den vorangegangenen Figuren beschriebene zweite Komponente oder um eine ähnliche zweite Komponente. Hierbei entspricht die zweite Komponente 110 in 17 der zweiten Komponente aus 15 oder 16 mit Ausnahme dessen, dass die weitere Platte 150 der in 12 dargestellten Platte der zweiten Komponente 110 entspricht.
In anderen Worten ausgedrückt weist die erste Platte 145 beispielhaft 16 Vertiefungsabschnitte 1100 auf. Die weitere Platte 155 weist beispielhaft acht weitere Vertiefungsabschnitte 1500 auf, wobei die erste Platte 145 und die weitere Platte 150 verdreht zueinander anordenbar sind, um die zweite Komponente 110 zu bilden.
18 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente 110 einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um eine in den vorangegangenen Figuren beschriebene zweite Komponente oder um eine ähnliche zweite Komponente. Genauer gesagt ähnelt die zweite Komponente 110 aus 18 der zweiten Komponente aus 16 mit Ausnahme dessen, dass die erste Platte 145 eine geringere Anzahl an Vertiefungsabschnitten 1100 und Vorsprungsabschnitten 1105 aufweist. In anderen Worten ausgedrückt weist die erste Platte 145 lediglich beispielhaft acht Vertiefungsabschnitte 1100 auf. Die weitere Platte 155 ist beispielhaft als eine Vollscheibe ausgeformt.
Die in den 15 bis 18 beschriebenen Ausführungsbeispiele sind Beispiele, die aufzeigen, dass es genügend Kombinationen in allen möglichen Varianten gibt. Als mögliche Varianten zählen die Anzahl der Vertiefungsabschnitte 1100, die Geometrie der Vertiefungsabschnitte 1100, die Höhe der Platten 145, 155 und die gegeneinander verdrehte Anordnung der Platten 145, 155 zueinander.
19 zeigt eine schematische Darstellung eines Keils 1900 einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Keil 1900 ist in einer in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Stellvorrichtung in dem magnetorheologischen Medium erzeugbar.
Die Grundgleichung für einen solchen Keil lautet: $F k = \frac{\frac{F}{2}}{sin (\frac{a}{2})}$
Beträgt der Keilwinkel α = 50 Grad und die auf den Keil wirkende Kraft F 100 Newton, so ergibt sich eine Kraft Fk von 118 Newton. Wenn der Keilwinkel α = 25 Grad beträgt und die auf den Keil wirkende Kraft F 100 Newton, so ergibt sich eine Kraft Fk von 100 Newton. Beträgt der Keilwinkel α = 10 Grad und die auf den Keil wirkende Kraft F 100 Newton, so ergibt sich eine Kraft Fk von 573 Newton. Je kleiner also der Keilwinkel ist, desto größer sind die Kräfte, die übertragen werden. Dies gilt beispielsweise auch für einen Keil, der unter einer Tür als Stopper fungiert.
20 zeigt eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung 100. Die Stellvorrichtung 100 entspricht oder ähnelt hierbei einer Stellvorrichtung aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren. In der Darstellung von 20 ist ein Ausschnitt eines Vorsprungsabschnitts 1105 der zweiten Komponente 110 der Stellvorrichtung 100 dargestellt. Der Vorsprungsabschnitt 1105 ist zwischen zwei Vertiefungsabschnitten 1100 angeordnet. Zwischen der zweiten Komponente 110 und der ersten Komponente 105 der Stellvorrichtung 100 ist der Zwischenraum 130 angeordnet, in dem das magnetorheologische Medium 115 angeordnet ist. In dem Aktivierungszustand, wenn die Spule bestromt ist, richten sich die Partikel des magnetorheologischen Mediums 115 in einem Wirkbereich 2000 aus, in dem das Magnetfeld am stärksten ist. In anderen Worten ausgedrückt erfolgt in dem Wirkbereich 2000 eine Kettenbildung des magnetorheologischen Mediums 115, genauer gesagt der Partikel des magnetorheologischen Mediums 115. Dieser Wirkbereich 2000 umfasst die Scherfläche 1120 des Vorsprungsabschnitts 1105 sowie einen Teilbereich der Vertiefungsabschnitte 1100. In dem Teilbereich der Vertiefungsabschnitte 1100 bilden sich somit Keile 1900 aus magnetorheologischem Medium 115.
Beispielhaft ist eine Spalthöhe 2005 im Keil 1900 an einem Punkt x sowie eine Wirklänge 2010 der Keile 1900 dargestellt. Die Spalthöhe ist bestimmt durch die magnetische Flussdichte.
21 zeigt eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung 100. Genauer gesagt ist ein Ausschnitt eines Vorsprungsabschnitts 1105 der zweiten Komponente 110 dargestellt. Die Stellvorrichtung 100 ähnelt der Stellvorrichtung aus 20, mit Ausnahme dessen, dass der Winkel der Keile 1900 in 21 geringer ist. Zudem weist der Zwischenraum 130 im Bereich der Scherfläche 1120 eine geringere Breite auf als in 21 Beziehung Weise ist ein Abstand zwischen der zweiten Komponente 110 und der ersten Komponente 105 im Bereich der Scherfläche 1120 geringer.
In dem Wirkbereich 2000 erfolgt im Aktivierungszustand die Kettenbildung des magnetorheologischen Mediums 115, genauer gesagt der Partikel des magnetorheologischen Mediums 115.
Beispielhaft ist eine Spalthöhe 2005 im Keil 1900 an einem Punkt x sowie eine Wirklänge 2010 der Keile 1900 dargestellt. Die Spalthöhe ist bestimmt durch die magnetische Flussdichte. Aufgrund eines geringeren Winkels der Keile 1900 sind höhere Keilkräfte möglich. Ferner sind aufgrund der geringeren Breite des Zwischenraums 130 auf Höhe der Scherfläche 1120 höhere Scherkräfte möglich.
22 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 2200 zum Betreiben einer Stellvorrichtung. Die Stellvorrichtung entspricht oder ähnelt hierbei der Stellvorrichtung aus einer der hierin beschriebenen Figuren. Somit ist das Verfahren 2200 ausführbar, um eine Stellvorrichtung aus einer der hierin beschriebenen Figuren zu betreiben. Das Verfahren 2200 weist einen Schritt 2205 des Aktivierens der Spule und einen Schritt 2210 des Deaktivierens der Spule auf.
Der Schritt 2205 des Aktivierens wird ausgeführt, um das zweite Magnetfeld zu erzeugen, um die Partikel aus dem Nebenraum in den Zwischenraum zu ziehen und ein Überführen des magnetorheologischen Mediums zwischen dem Ruhezustand und dem Aktivierungszustand zu bewirken, um die zweite Widerstandscharakteristik für die Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente zu bewirken Der Schritt 2210 des Deaktivierens wird ausgeführt, um ein Überführen des magnetorheologischen Mediums zwischen dem Aktivierungszustand und dem Ruhezustand zu bewirken, um die erste Widerstandscharakteristik für die Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente zu bewirken, wobei unter Verwendung des Permanentmagneten die Partikel aus dem Zwischenraum in den Nebenraum gezogen werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 2200 einen Schritt 2215 des intermittierenden Bestromens der Spule auf, um Pulse des zweiten Magnetfelds zu erzeugen, um in dem Zwischenraum angeordnete Partikel aufzulockern. Der Schritt 2215 des intermittierenden Bestromens der Spule wird beispielhaft nach dem Schritt 2210 des Deaktivierens ausgeführt. Optional wird der Schritt 2215 des intermittierenden Bestromens der Spule vor dem Schritt des Aktivierens der Spule ausgeführt.
23 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Steuergeräts 2300 zum Betreiben einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, wie der Stellvorrichtung aus einer der hier beschriebenen Figuren. Das Steuergerät 2300 weist eine Einheit 2305 zum Aktivieren der Spule und eine Einheit 2310 zum Deaktivieren der Spule auf. Die Einheit 2305 zum Aktivieren ist ausgebildet, um das zweite Magnetfeld zu erzeugen, um die Partikel aus dem Nebenraum in den Zwischenraum zu ziehen. Die Einheit 2310 zum Deaktivieren ist ausgebildet, um ein Überführen des magnetorheologischen Mediums zwischen dem Aktivierungszustand und dem Ruhezustand zu bewirken.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Steuergerät 2300 eine Einheit 2315 zum intermittierenden Bestromen der Spule auf, um Pulse des zweiten Magnetfelds zu erzeugen.
24 zeigt eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine in den vorangegangenen Figuren beschriebene Stellvorrichtung oder eine ähnliche Stellvorrichtung handeln. Die Stellvorrichtung 100 ist beispielhaft an einem Lenkrad 2400 eines Fahrzeugs angeordnet. An einer der Komponenten der Stellvorrichtung 100 ist beispielhaft ein Stellelement 2405 starr angeordnet. Das Stellelement 2405 ist von einem Insassen des Fahrzeugs manuell durch eine Bewegung 2410 betätigbar. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Bewegung 2410 als Drehbewegung ausgeführt. Alternativ ist die Bewegung 2410 als Translationsbewegung ausführbar. Gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele ist das Stellelement 2405 Teil der Stellvorrichtung 100 oder mit der Stellvorrichtung 100 koppelbar.
25 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 2500 mit einer Stellvorrichtung 100 und einem Steuergerät 2300. Die Stellvorrichtung 100 und das Steuergerät 2300 entsprechen oder ähneln hierbei der Stellvorrichtung und dem Steuergerät aus einer jeweiligen der vorstehend beschriebenen Figuren. Dabei sind die Stellvorrichtung 100 und das Steuergerät 2300 signalübertragungsfähig, beispielsweise elektrisch miteinander verbunden.
26 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente 110 einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um eine in den vorangegangenen Figuren beschriebene zweite Komponente oder um eine ähnliche zweite Komponente.
In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist die zweite Komponente 110 einen Vertiefungsabschnitt 1100 auf. In anderen Worten ausgedrückt, zeigt 26 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiel der zweiten Komponente 110 mit einem Vertiefungsabschnitt 1100. Der Vertiefungsabschnitt 1100 kann beliebig oft über den Umfang angebracht werden, wie es beispielsweise in den vorangegangenen Figuren gezeigt ist.
Ein in 26 eingezeichneter Ausschnitt 2600 der zweiten Komponente 110 mit dem Vertiefungsabschnitt 1100 ist in 27 dargestellt.
27 zeigt eine schematische Teildarstellung einer zweiten Komponente 110 einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die zweite Komponente 110 entspricht der Komponente aus 26, wobei in 27 der Ausschnitt aus 26 dargestellt ist.
28 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Komponente 110 einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Teildarstellung entspricht dem Ausschnitt aus 27. Die Ausbildung des Vertiefungsabschnitts 1100 ähnelt der eines Wälzkörpers. Ein Abzugskörper 2800 ist beispielhaft dargestellt.
29 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung 100. Dabei handelt es sich um eine in den vorangegangenen Figuren beschriebene Stellvorrichtung oder um eine ähnliche Stellvorrichtung. Die zweite Komponente 110 ist beispielsweise als Vollscheibe ausgeformt. Ein Ausschnitt 2900 des Keils 1900 ist in 30 dargestellt.
30 zeigt eine schematische Teildarstellung einer zweiten Komponente 110 einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Teilschnittdarstellung bzw. der Ausschnitt 2900 entspricht dem Ausschnitt, der in 29 eingezeichnet ist. In anderen Worten ausgedrückt ist ein vergrößerter Bereich eines Wälzkörpers und eines Keils 1900, der auch als Wirkkeil bezeichnet werden kann, dargestellt. Der Keil 1900 bzw. der Winkel des Keils 1900 ist sehr klein und beträgt beispielsweise zwischen fünf und zehn Grad.
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.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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.
Bezugszeichen

100: Stellvorrichtung
105: erste Komponente
110: zweite Komponente
115: magnetorheologisches Medium
120: Permanentmagnet
125: Spule
130: Zwischenraum
135: Nebenraum
140: Welle
145: erste Platte
150: weitere Platte
200: dritte Platte
205: vierte Platte
300: Partikel
400: zweiter Permanentmagnet
500: Magnetfeldlinien
1100: Vertiefungsabschnitt
1105: Vorsprungsabschnitt
1110: Flanke
1120: Scherfläche
1400: translatorische Bewegung
1500: weiterer Vertiefungsabschnitt
1505: weiterer Vorsprungsabschnitt
1900: Keil
2000: Wirkbereich
2005: Spalthöhe
2010: Wirklänge
2200: Verfahren zum Betreiben einer Stellvorrichtung
2205: Schritt des Aktivierens
2210: Schritt des Deaktivierens
2215: Schritt des intermittierenden Bestromens
2300: Steuergerät zum Betreiben einer Stellvorrichtung
2305: Einheit zum Aktivieren
2310: Einheit zum Deaktivieren
2315: Einheit zum intermittierenden Bestromen
2400: Lenkrad
2405: Stellelement
2410: Bewegung
2500: Fahrzeug
2600: Ausschnitt
2800: Abzugskörper
2900: Ausschnitt

Claims

Stellvorrichtung (100) für ein Fahrzeug (2500), wobei die Stellvorrichtung (100) die folgenden Merkmale aufweist: eine erste Komponente (105) und eine zweite Komponente (110), wobei eine der Komponenten relativ zu der anderen Komponente beweglich gelagert ist, wobei die zweite Komponente (110) entlang ihres Umfangs eine Mehrzahl von Vertiefungsabschnitten (1100) aufweist, wobei die Vertiefungsabschnitte (1100) ausgeformt sind, um bezüglich der Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente eine Keilbildung eines magnetorheologischen Mediums (115) in einem Aktivierungszustand zu bewirken; das magnetorheologische Medium (115), das in einem Zwischenraum (130) zwischen der ersten Komponente (105) und der zweiten Komponente (110) angeordnet ist und ausgebildet ist, um in einem Ruhezustand eine erste Widerstandscharakteristik für eine Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente und in dem Aktivierungszustand eine zweite Widerstandscharakteristik für die Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente zu bewirken; zumindest einen Permanentmagneten (120), der in einem an den Zwischenraum (130) angrenzenden Nebenraum (135) angeordnet ist und ausgebildet ist, um ein erstes Magnetfeld zu erzeugen, wobei das erste Magnetfeld ausgebildet ist, um Partikel (300) des magnetorheologischen Mediums (115) im Ruhezustand aus dem Zwischenraum (130) in den Nebenraum (135) zu ziehen; und eine Spule (125), die ausgebildet ist, um ein zweites Magnetfeld zu erzeugen, wobei das zweite Magnetfeld stärker ist als das erste Magnetfeld, wobei das zweite Magnetfeld ausgebildet ist, um die Partikel (300) aus dem Nebenraum (135) in den Zwischenraum (130) zu ziehen und ein Überführen des magnetorheologischen Mediums (115) zwischen dem Ruhezustand und dem Aktivierungszustand zu bewirken.
Stellvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Komponente (110) entlang ihres Umfangs eine Mehrzahl von Vorsprungsabschnitten (1105) aufweist, wobei die Vorsprungsabschnitte (1105) und die Vertiefungsabschnitte (1100) abwechselnd zueinander angeordnet sind.
Stellvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Vorsprungsabschnitte (1105) ausgeformt sind, um bei der Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente eine Scherbelastung auf das magnetorheologische Medium (115) in dem Aktivierungszustand auszuüben.
Stellvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei jeder Vorsprungsabschnitte (1105) eine Scherfläche (1120) aufweist, die planar ausgeformt ist oder eine Krümmung aufweist, die an eine Krümmung der ersten Komponente (105) angepasst ist.
Stellvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Vertiefungsabschnitte (1100) zwei Flanken (1110) aufweisen, zwischen denen ein stumpfer Winkel aufgespannt ist.
Stellvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die erste Komponente (105) drehbar oder verschiebbar zu der zweiten Komponente (110) angeordnet ist oder wobei die zweite Komponente (110) drehbar oder verschiebbar zu der ersten Komponente (105) angeordnet ist.
Stellvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der zumindest eine Permanentmagnet (120) aus einem weichmagnetischen Material ausgeformt ist.
Stellvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zweite Komponente (110) eine erste Platte (145) mit einer ersten Anzahl und/oder Verteilung von Vertiefungsabschnitten (1100) und zumindest eine weitere Platte (150) mit einer weiteren Anzahl und/oder Verteilung von weiteren Vertiefungsabschnitten (1500) aufweist.
Stellvorrichtung (100) gemäß Anspruch 8, wobei der zumindest eine Permanentmagnet (120) und/oder die Spule (125) zwischen der ersten Platte (145) und der weitere Platte (150) angeordnet ist.
Stellvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Welle (140), die an der zweiten Komponente (110) angeordnet ist, und/oder wobei die Spule (125) an der ersten Komponente (105) angeordnet ist.
Stellvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zwei Permanentmagneten (120, 400), wobei die zweite Komponente (110) zwischen den zwei Permanentmagneten (120, 400) angeordnet ist.
Stellvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Stellelement (2405), das mit einer der Komponenten starr gekoppelt ist und durch einen Nutzer betätigbar ist.
Fahrzeug (2500) mit einer Stellvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
Verfahren (2200) zum Betreiben einer Stellvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (2200) die folgenden Schritte aufweist: Aktivieren (2205) der Spule (125), um das zweite Magnetfeld zu erzeugen, um die Partikel (300) aus dem Nebenraum (135) in den Zwischenraum (130) zu ziehen und ein Überführen des magnetorheologischen Mediums (115) zwischen dem Ruhezustand und dem Aktivierungszustand zu bewirken, um die zweite Widerstandscharakteristik für die Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente zu bewirken; und Deaktivieren (2210) der Spule (125), um ein Überführen des magnetorheologischen Mediums (115) zwischen dem Aktivierungszustand und dem Ruhezustand zu bewirken, um die erste Widerstandscharakteristik für die Bewegung einer der Komponenten relativ zu der anderen Komponente zu bewirken, wobei unter Verwendung des Permanentmagneten (120) die Partikel (300) aus dem Zwischenraum (130) in den Nebenraum (135) gezogen werden.
Verfahren (2200) gemäß Anspruch 14, mit einem Schritt (2215) des intermittierenden Bestromens der Spule (125), um Pulse des zweiten Magnetfelds zu erzeugen, um in dem Zwischenraum (130) angeordnete Partikel (300) aufzulockern.