EP4052111A1 - Magnetorheologische bremsvorrichtung, insbesondere bedieneinrichtung - Google Patents

Magnetorheologische bremsvorrichtung, insbesondere bedieneinrichtung

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Publication number
EP4052111A1
EP4052111A1 EP20811526.1A EP20811526A EP4052111A1 EP 4052111 A1 EP4052111 A1 EP 4052111A1 EP 20811526 A EP20811526 A EP 20811526A EP 4052111 A1 EP4052111 A1 EP 4052111A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
magnetic field
braking device
field sensor
rotating body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20811526.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Battlogg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Inventus Engineering GmbH
Original Assignee
Inventus Engineering GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102019129548.3A external-priority patent/DE102019129548A1/de
Priority claimed from DE102019135030.1A external-priority patent/DE102019135030B4/de
Application filed by Inventus Engineering GmbH filed Critical Inventus Engineering GmbH
Publication of EP4052111A1 publication Critical patent/EP4052111A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G1/00—Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
    • G05G1/08—Controlling members for hand actuation by rotary movement, e.g. hand wheels
    • G05G1/10—Details, e.g. of discs, knobs, wheels or handles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D57/00—Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders
    • F16D57/002—Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders comprising a medium with electrically or magnetically controlled internal friction, e.g. electrorheological fluid, magnetic powder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/53—Means for adjusting damping characteristics by varying fluid viscosity, e.g. electromagnetically
    • F16F9/535—Magnetorheological [MR] fluid dampers
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/03—Means for enhancing the operator's awareness of arrival of the controlling member at a command or datum position; Providing feel, e.g. means for creating a counterforce
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • F16D2066/003—Position, angle or speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2121/00—Type of actuator operation force
    • F16D2121/18—Electric or magnetic
    • F16D2121/20—Electric or magnetic using electromagnets

Definitions

  • Magnetorheological braking device in particular
  • the present invention relates to a magnetorheological braking device for varying a torque of rotary movements and in particular to a magnetorheological operating device for setting operating states at least by means of rotary movements.
  • the braking device has at least one axle unit and at least one rotating body that can be rotated relative to the axle unit. A torque for the rotatability of the rotating body can be set in a targeted manner by means of at least one magnetorheological braking device.
  • Such braking devices allow a particularly targeted deceleration up to a blocking of rotary movements.
  • the braking devices are designed as operating devices.
  • Such control devices are increasingly found in a wide variety of devices and z. B. in motor vehicles (e.g. control element in the center console, in the steering wheel, on the seat ...), medical technology (e.g. for setting medical devices) or in smart devices (e.g. smartphone, smartwatch, computer peripherals, computer mouse, game controller, joystick) , OFF-Highway vehicles (e.g. operating elements in agricultural machinery), boats / ships, airplanes Use, for example, to select menus or to be able to carry out precise controls.
  • the magnetorheological braking device for. B. different moments, stops and grids can be set for the rotary movement. In this way, a special haptic can be achieved when setting operating states (haptic feedback), which the user supports and allows very specific settings, thus reducing the complexity of operation.
  • the sensor device e.g. the distance between the magnetic ring and the sensor
  • the sensor device must usually be arranged within a very narrow tolerance band to the components to be monitored. For example, deviations in the spacing of such components lead to a deterioration in the measurement signal and to disturbing noise. This is particularly disadvantageous for fine grids, reversing the direction of rotation with a stop or locking in one direction of rotation (clockwise or counterclockwise) and for precise setting options (e.g. sensor with 90,112 increments).
  • a braking device designed as a thumb roller often only 12 mm in diameter ready, such as a wheel (roller) rotatable with a finger (e.g. thumb) in a steering wheel or a steering wheel spoke of e.g. a motor vehicle.
  • the installation space for the sensor device is therefore very limited. Overall, this results in a need for optimization in terms of assembly, costs and installation space.
  • the object of the present invention to provide an improved braking device.
  • the structural accommodation (space requirement, arrangement of the components, total tolerance of the components ...) of the Sensor device are improved.
  • a reliable and as precise as possible sensory detection and at the same time a space-saving integration in the magnetorheological braking device should preferably be possible.
  • the braking device according to the invention is designed magnetorheologically and is used to vary a torque of rotary movements and / or to delay rotary movements.
  • the braking device is in particular a magnetorheological operating device for setting operating states at least by means of rotary movements.
  • the braking device comprises at least one axle unit.
  • the braking device comprises at least one rotating body.
  • the rotating body can be rotated relative to the axle unit and / or about the axle unit.
  • a torque of the rotatability of the rotating body (relative to the axle unit) can be set in a targeted manner by means of at least one magnetorheological braking device.
  • the rotatability of the rotating body can be deliberately delayed and / or blocked by means of the braking device.
  • the braking device comprises at least one sensor device at least for detecting a rotational position of the rotating body, in particular in relation to the axle unit.
  • the sensor device comprises at least one magnetic field sensor connected to the axle unit in a rotationally fixed manner.
  • the magnetic field sensor is arranged radially and / or axially adjacent to at least one magnetic ring unit.
  • the sensor device comprises at least one magnetic ring unit.
  • the magnetic field sensor is arranged (at least partially or essentially or completely) within the axle unit.
  • the arrangement of the magnetic field sensor offers a considerable advantage. This enables space-saving accommodation with a particularly short tolerance chain for the components (low total tolerance or few components between the sensor attachment and the magnet attachment) and, at the same time, particularly reliable sensory detection.
  • the connection of the magnetic field sensor to the axle unit offers a particularly tolerance-optimized integration.
  • the inventive arrangement of the magnetic field sensor offers considerable advantages in utilizing the available installation space. This is a great advantage, for example, with particularly compact finger rollers or mouse wheels.
  • a particularly effective and at the same time inexpensive shielding of the sensor from the magnetic fields of the braking device can be achieved with the invention.
  • the axle unit comprises at least one axle section which radially surrounds the magnetic field sensor at least in sections.
  • the magnetic field sensor is arranged (at least partially and in particular predominantly and preferably completely) within the axle section.
  • the axle unit has at least one radial (in particular tubular) wall which at least partially provides the axle section.
  • the axle section has a lower magnetic conductivity than a core which, in particular, interacts with an electrical coil of the braking device.
  • the magnetic field sensor is not undesirably shielded from the magnetic field of the magnetic ring unit.
  • the magnetic field sensor can thereby also be protected in a particularly uncomplicated and effective manner from an undesired influence of the magnetic field of the braking device.
  • the core is made of a magnetically conductive material or comprises at least one.
  • the core is made in particular from a ferromagnetic material.
  • the core has a relative permeability of greater than 1 and preferably greater than 10 and particularly preferably greater than 100 or greater than 1000.
  • the axial section has a relative permeability of less than 10 and preferably less than 2 and particularly preferably less than 1.
  • the axle section is made of a magnetically non-conductive material or comprises at least one such material.
  • the axle section is made in particular from a paramagnetic material and / or diamagnetic material.
  • the axle section is made from a plastic. It is possible that the entire axle unit is designed such. B. made of plastic.
  • the core is then preferably formed separately and attached to or connected to the axle unit.
  • the axle unit in particular provides a support structure for fastening the braking device or comprises at least one such.
  • at least the braking device can be attached to the axle unit.
  • the rotating body is rotatably mounted on the axle unit (by means of at least one bearing device).
  • the axle section preferably provides at least a load-bearing part of the axle unit.
  • the axle section is in particular an axial section of the axle unit.
  • the axle unit then comprises at least two axle sections, namely the at least one (first) axle section and at least one further axle section.
  • the further axis section has a higher magnetic conductivity than the (one or first) Axis section on.
  • the further axis section preferably provides the core or is part of the core.
  • the axle sections can be aligned axially and / or radially to one another.
  • the further axle section axially adjoins the (one or first) axle section.
  • the further axis section can at least partially radially surround the axis section.
  • the axle section and the further axle section (or all axle sections) are firmly connected to one another, so that they preferably form the load-bearing axle unit.
  • the axle sections can be screwed and / or glued and / or joined in another suitable manner.
  • the axle section and the core are preferably (firmly) connected to one another.
  • the axle section and the core together form the axle unit or at least one (in particular load-bearing) part of the axle unit.
  • the (first) axle section forms the axle unit or a supporting part of the axle unit and the further axle section, in particular the core, is carried by the (first) axle section.
  • the axle unit can also comprise at least three axle sections.
  • the core then provides, in particular, a central axis section which is axially enclosed by the at least one (first) axis section and at least one third axis section.
  • the axle unit can also be made in one piece.
  • the axle section is then in particular an integral and, in particular, non-destructively detachable component of the axle unit.
  • the core then forms a separate component to the axle unit, which is preferably at least indirectly attachable to this.
  • the axle unit is then particularly preferably designed as a holder which, in addition to the load-bearing axle function also comprises a receiving device for the core and / or the coil.
  • the core is arranged adjacent to the (first) axial section in an axial direction.
  • at least one electrical coil (coil unit) is arranged around the core and / or within the core and is preferably wound.
  • the electrical coil is wound around the core in the axial direction and in particular spans a coil plane so that a magnetic field of the electrical coil extends transversely to the longitudinal axis of the axle unit (through the axle unit).
  • the electrical coil can be wound around the core in the radial direction and in particular span a coil plane so that a magnetic field of the electrical coil extends along or parallel to the longitudinal axis of the axle unit.
  • the rotating body is preferably designed as a finger roller and particularly preferably as a thumb roller.
  • the rotating body is preferably designed as a cylindrical component which is set in rotation by means of at least one finger.
  • the braking device is intended to be operated with only one finger.
  • the braking device is suitable and designed to be operated in a lying position.
  • the axis of rotation of the rotating body assumes a more horizontal than vertical position.
  • the braking device can be operated in a standing position (vertical alignment).
  • the braking device is in particular mostly gripped with two or more fingers.
  • the rotary body can also be designed as a rotary knob or the like and in particular contain at least one push function and / or pull function (push and / or pull).
  • the rotating body or the finger roller has a diameter of less than 50 mm and preferably less than 20 mm and particularly preferably less than 15 mm.
  • the rotating body has a maximum diameter of 12 mm.
  • larger or smaller diameters for the rotating body are also possible and advantageous for certain applications.
  • the rotating body prefferably be surrounded by at least one additional part for increasing the diameter.
  • the additional component is designed, for example, as a ring or the like.
  • the additional component can be provided with at least one contour to improve the feel and in particular be corrugated and / or rubberized or the like.
  • the magnetic ring unit is preferably arranged on an axial end face of the rotating body. This offers a particularly advantageous way of accommodating the magnetic ring unit.
  • the magnetic ring unit can be fastened directly to the axial end face. It is also possible, however, for the magnetic ring unit to be fastened to the axial end face of the rotating body via at least one connecting element. It is also possible for the magnetic ring unit to be arranged on the axial end face of the rotating body and to be fastened to a different position of the braking device via corresponding connecting elements.
  • the magnetic ring unit surrounds the magnetic field sensor at least in sections in a ring-like manner.
  • the magnetic ring unit is arranged radially around the magnetic field sensor.
  • the magnetic ring unit is arranged at least partially (preferably completely) outside the axle unit.
  • the ring magnet unit surrounds the axle section of the axle unit.
  • the magnetic field sensor is arranged centered on the magnetic ring unit in the axial direction. This is understood to mean that the magnetic field sensor is arranged in the same axial longitudinal position as the magnetic ring unit.
  • the magnetic field sensor can, however also be arranged offset in the axial direction to the magnetic ring unit.
  • such position information and in particular the information “radial” and “axial” relate in particular to an axis of rotation of the rotating body.
  • the magnetic ring unit and the magnetic field sensor are arranged in a coaxial manner with respect to one another. This offers particularly space-saving accommodation even with particularly small dimensions and, for example, with a thumb roller.
  • the magnetic field sensor is surrounded by the magnetic ring unit.
  • the magnetic field sensor is in particular centered axially and / or radially with respect to the magnetic ring unit.
  • the magnetic field sensor has a targeted radial offset to the axis of rotation of the magnetic ring unit.
  • the magnetic field sensor can, however, also be arranged offset in relation to the magnetic ring unit at least in the axial direction.
  • the magnetic field sensor is arranged offset to the axis of rotation of the magnetic ring unit. This can also be provided if, overall, a central arrangement is provided for the magnetic field sensor, for example if the magnetic field sensor is arranged within the axle unit and is surrounded in a ring by the magnetic ring unit.
  • a targeted offset of the magnetic field sensor with respect to the axis of rotation of the magnetic ring unit enables an improved angle of rotation measurement. For example, even with only two poles of the magnetic ring unit, each rotational position can be precisely defined and thus each angle can be measured as precisely as possible.
  • An absolute encoder is particularly inexpensive to implement.
  • the magnetic field sensor is arranged within the axle unit.
  • the axle unit points to this in particular at least one bore in which the magnetic field sensor is arranged.
  • the bore runs within the axle section.
  • a bore is understood to mean in particular all other suitable recesses and / or through openings, regardless of whether or not they are made by means of a drilling process.
  • the bore runs in particular in the longitudinal direction of the axle unit.
  • the bore is in particular made continuous or can also be designed as a blind hole.
  • the magnetic field sensor is arranged centered in the axle unit.
  • at least one active sensor section of the magnetic field sensor is arranged within the axle unit.
  • the entire magnetic field sensor is preferably arranged within the axle unit. It is possible that the magnetic field sensor is attached inside and / or outside the axle unit.
  • the position information for the magnetic field sensor relates in particular to at least the active sensor section.
  • the magnetic field sensor is preferably arranged in the bore of the axle unit, through which at least one electrical connection of the braking device also runs.
  • the electrical connection includes in particular at least one supply line and / or control line for the coil unit. This offers an advantageous utilization of the installation space and at the same time enables a particularly inexpensive transmission of the sensor signals.
  • the electrical connection emerges from the front of the axle unit.
  • the magnetic field sensor is arranged in particular on at least one printed circuit board.
  • the circuit board is, for example, a Print or at least includes one.
  • At least the braking device, in particular the coil unit, is preferably also electrically connected to the circuit board.
  • At least one connection line for contacting the braking device is preferably also connected to the printed circuit board. It is preferred and advantageous that the circuit board is arranged within the axle unit. It is also preferred that the connection line extends out of the axle unit.
  • the circuit board is arranged in the previously described hole.
  • the connection line runs through the bore.
  • the connection line emerges from the axle unit at one end face. This offers a particularly inexpensive and quick assembly and at the same time a compact accommodation of the corresponding components.
  • connection line comprises in particular at least one connector unit.
  • a connector unit with six or eight pins is provided.
  • the braking device can be connected particularly quickly and at the same time reliably to the component to be operated and, for example, to vehicle electronics.
  • the control unit can also be fixed in the assembly position (e.g. holder of the control unit).
  • the magnetic field sensor is preferably encapsulated in the axle unit and / or encapsulated with at least one material.
  • the bore is at least partially filled with the material for this purpose.
  • the circuit board in the axle unit is particularly preferably encapsulated with at least one material.
  • a plastic or another suitable material is preferably provided.
  • the magnetic field sensor or the circuit board can be reliably protected from external influences and, at the same time, fastened in a simple manner.
  • the magnetic field sensor is arranged on an axial end of the axle unit on the front side and particularly preferably centered on the front side.
  • the magnetic field sensor is partially arranged within the axle unit. This accommodation offers advantages in terms of sensor quality as well as the assembly effort and the space requirement.
  • the magnetic field sensor is arranged on that end face of the axle unit which is arranged within the rotating body.
  • the magnetic ring unit is preferably arranged outside the rotating body.
  • the magnetic ring unit can, however, also be arranged within the rotating body.
  • the magnetic field sensor can be arranged offset with respect to the axial direction in relation to the magnetic ring unit.
  • the magnetic field sensor can, however, also have been in the same axial longitudinal position as the magnetic ring unit.
  • the magnetic field sensor is attached directly to and / or in the axle unit.
  • the magnetic field sensor can be connected to the axle unit by means of extrusion coating or the like. It is also possible, however, for the magnetic field sensor to be attached to the axle unit by means of at least one connection structure.
  • the magnetic field sensor can also be at least partially embedded in the end face of the axle unit. It can also be provided that the magnetic field sensor is arranged radially at an axial end of the axle unit.
  • the ring magnet unit surrounds the axle unit at least in sections in a ring-like manner.
  • the ring magnet unit is arranged radially around the axle unit.
  • the magnetic ring unit is arranged in this way with respect to the longitudinal direction of the axle unit.
  • the ring magnet unit and the axle unit are arranged in a coaxial manner with respect to one another.
  • the axle unit is preferably in the center of the arrangement.
  • the magnetic field sensor is arranged at least partially between the magnetic ring unit and the axle unit.
  • the magnetic field sensor is then arranged radially inside the magnetic ring unit.
  • the magnetic ring unit then surrounds the magnetic field sensor like a ring.
  • the rotating body is rotatably mounted on the axle unit by means of at least one bearing device.
  • the bearing device comprises at least one roller bearing and / or slide bearing and / or at least one bearing of another suitable design.
  • the braking device preferably comprises at least one wedge bearing device.
  • the braking device can also be assigned at least one wedge bearing device.
  • Wedge bearing device comprises in particular at least one and preferably a plurality of rolling elements. Cylindrical and / or spherical rolling elements can be provided.
  • the wedge bearing device is designed in particular as a roller bearing or comprises at least one such.
  • the braking device is particularly suitable and designed to specifically dampen and / or decelerate and / or block the rotatability of the rotating body by means of the wedge bearing device and the coil unit and the magnetorheological medium.
  • the braking device is particularly suitable and designed to use the wedge bearing device and the coil unit and the magnetorheological medium to specifically reduce a torque for the rotatability of the rotating body after a deceleration or blocking.
  • the wedge bearing device in particular its roller bearing and preferably its roller body, is preferably axially between the magnetic ring unit and the braking device, in particular one Coil unit of the braking device, arranged. This results in a particularly advantageous spacing between the magnetic ring unit and the magnetic field of the coil unit.
  • the damping takes place in particular via the so-called wedge effect, which was already disclosed in the applicant's earlier patent applications (e.g. in DE 102018100 390.0).
  • wedge effect there are rolling bodies in the rotating body adjacent to the coil unit and axle unit.
  • the rolling elements are surrounded by magnetorheological fluid.
  • the magnetic field of the coil unit passes through the roller body via the housing of the rotating body and closes via the axle unit.
  • wedges form in the magnetorheological fluid, which brake the movement of the rolling elements and thus of the rotating element.
  • the rolling elements can be balls, cylindrical rollers or other parts.
  • the magnetic field sensor is arranged in particular axially between the wedge bearing device and the magnetic ring unit.
  • the magnetic field sensor can also be arranged axially between the coil unit and the magnetic ring unit.
  • the ring magnet unit is arranged in particular axially between the wedge bearing device and the magnetic field sensor.
  • the magnetic ring unit can be arranged axially between the coil unit and the magnetic field sensor.
  • the magnetic field sensor and / or the magnetic ring unit prefferably be arranged on that end face of the rotating body on which there is also an end face of the axle unit from which at least one signal line of the magnetic field sensor emerges, so that the signal line does not run through a magnetic field of the braking device.
  • This has the advantage that the signals from the magnetic field sensor are not transmitted through the Magnetic field of the coil device are disturbed.
  • the connection line of the braking device is also arranged on this end face.
  • An end face is understood in particular to be an axial end region.
  • the magnetic field sensor and in particular also the magnetic ring unit be arranged on that end face of the rotating body which is opposite an end face of the axle unit from which at least one signal line of the magnetic field sensor emerges.
  • signal transmission in the signal line takes place preferably optically.
  • the signals from the magnetic field sensor are not adversely affected in spite of the passage through the magnetic field of the coil device.
  • the signal transmission takes place optically at least where the signal line runs through the magnetic field of the coil device.
  • the signal line comprises, at least in sections, at least one optical waveguide or is designed as such.
  • the signal line runs at least in sections through the bore in the axle unit.
  • the signal line is preferably provided at least in sections through at least one bore in the axle unit.
  • the axis unit itself preferably serves as an optical waveguide.
  • the bore is in particular the previously described bore.
  • the magnetic field sensor is arranged in particular at the end of the axle unit or within the axle unit.
  • the magnetic ring unit and / or the magnetic field sensor are arranged within a (radial) circumferential line delimited by the rotating body.
  • the magnetic ring unit and / or the magnetic field sensor do not protrude beyond the (radial) circumference of the rotating body.
  • the ring magnet unit and / or the magnetic field sensor do not protrude beyond a radius of the Rotating body addition.
  • the magnetic ring unit and the magnetic field sensor are arranged radially inward of the circumferential line of the rotating body.
  • the circumferential line is limited by the rotating body itself and not by an additional part arranged on the rotating body.
  • the magnetic ring unit is arranged outside of a receiving space delimited by the rotating body.
  • at least one sealing device is arranged between the magnetic ring unit and the rotating body.
  • the sealing device lies sealingly against the rotating body and the axle unit in order to prevent a magnetorheological medium arranged in the receiving space from escaping.
  • the sealing device comprises in particular at least one sealing section which rests against the axle unit.
  • the sealing device comprises in particular at least one sealing section which rests on the rotating body.
  • the sealing device comprises at least one sliding seal or is designed as such. It is also possible, however, for the magnetic ring unit to be arranged within the receiving space.
  • At least one, in particular magnetically conductive, wall is preferably arranged between the magnetic ring unit and the braking device, in particular its coil unit.
  • the wall is suitable and designed to shield a magnetic field of the magnetic ring unit in such a way that it does not scatter into the braking device and / or the receiving space and thereby adversely affect the magnetorheological medium.
  • the wall comprises, in particular, a ferromagnetic and / or paramagnetic material or consists of such a material.
  • the wall can also comprise or consist of a diamagnetic material.
  • the rotating body and / or the core is also made from such a material.
  • a nickel Iron alloy with z. B. 69-82% nickel provided.
  • Other metals shielding the magnetic field are also possible.
  • the wall has a relative magnetic permeability of at least 1000 and preferably at least 10,000 and particularly preferably at least 100,000 or at least 500,000.
  • the wall is preferably provided at least partially by an end wall of the rotating body. This is in particular a closed end wall through which the axle unit does not extend. Then the wall is in particular formed in one piece with the rotating body.
  • the wall at least partially closes an open end face of the rotating body. It is then preferred that the axle unit extends through the wall. The wall then has in particular at least one through opening for the axle unit.
  • the wall is also possible and advantageous for the wall to be designed as a support structure for the sealing device.
  • at least one sealing section for the axle unit and the rotating body are fastened to the wall.
  • the wall is in particular attached to the axle unit.
  • the magnetic field sensor is arranged within a receiving space delimited by the rotating body.
  • the rotating body provides a receiving space.
  • the magnetic field sensor is separated from a magnetorheological medium arranged in the receiving space by means of at least one sealing unit.
  • the sealing unit comprises in particular at least one sealing ring (O-ring) or the like running radially around the axle unit.
  • the sealing unit lies against the rotating body and the axle unit in a sealing manner. It is preferred that the magnetic field sensor is separated from the magnetorheological medium by means of at least one wall of the axle unit.
  • the magnetic field sensor is then at least partially arranged in an end-face bulge of the rotating body.
  • the ring magnet unit then lies outside the rotating body.
  • the bulge is in particular arranged in a centered manner on the end face.
  • the magnetic field sensor is arranged in and / or on the axle unit, in particular on the front side.
  • the bulge is arranged in particular on the end face of the rotating body from which the axle unit does not protrude.
  • the magnetic field sensor can also be arranged outside of the rotating body.
  • the magnetic field sensor is suitable and designed to detect at least one axial position of the rotating body in relation to the axle unit in addition to the rotational position.
  • the magnetic field sensor is then designed as a three-dimensional magnetic field sensor.
  • the axial position is detected by means of the magnetic ring unit.
  • the axial position is detected by means of an axial position of the magnetic ring unit relative to the magnetic field sensor.
  • the operating states can also be set by means of pushing and pulling movements.
  • the braking device is suitable and designed to also set operating states by means of at least one pressure movement.
  • the pressure movement takes place in particular in the direction of the axis of rotation for the rotational movement of the rotating body.
  • the magnetic field sensor comprises at least two sensor units.
  • the sensor units are arranged radially adjacent.
  • the sensor units are preferably arranged radially around a common center.
  • the center lies in particular in a longitudinal axis or axis of rotation the axle unit. This can significantly improve the measurement result.
  • the sensor units it is possible for the sensor units to be arranged on a common printed circuit board.
  • the sensor units are arranged concentrically around the circuit board.
  • the sensor units each have at least one active sensor section.
  • the sensor units are radially surrounded by a common magnetic ring unit.
  • the rotating body can be rotated about the axle unit.
  • the axle unit is designed to be stationary.
  • the axle unit provides a support structure for components received thereon and in particular for the rotating body mounted thereon and / or for the braking device and / or for the sensor device. Provision can be made for the axle unit to be connected to at least one bracket or the like when the braking device is properly installed.
  • the axle unit comprises at least one axle, in particular a hollow axle, or is designed as such.
  • an (imaginary) longitudinal axis of the axle unit provides the (imaginary) axis of rotation of the rotating body.
  • the axle unit and the rotating body are arranged in a coaxial manner with one another.
  • axle unit it is also possible for the axle unit to be rotatable or to form the rotating part and for the rotating body surrounding the axle to be fixed. In particular, the axle unit is then rotatably received in the rotating body.
  • the axle unit can then also be referred to as a shaft.
  • the electrical connection of the (magnetic field) sensor then takes place preferably not via cables or wired, but via contacts that are movable relative to one another and not firmly coupled to one another and, for example, via sliding contacts.
  • the electrical connection of the (magnetic field) sensor can also be wireless and, for example, by inductive energy and Data transmission and / or optical transmission and / or radio transmission such. B. Wlan, Bluetooth, etc. take place.
  • the electrical connection of the magnetic field sensor can also take place via a coil spring and / or a flexible cable. This is advantageous when no or only one or only a few complete rotations are provided.
  • the at least one signal line of the magnetic field sensor is designed in this way. It is possible that the electrical contacting of the braking device (in particular the electrical coil) is designed in such a way, for. B. by means of inductive power transmission.
  • the rotating body is in particular designed like a sleeve and consists in particular of magnetically conductive material.
  • the rotating body comprises at least one rotating sleeve or is designed as such.
  • the rotating body is designed in particular as a rotary knob.
  • the rotating body is cylindrical.
  • the rotating body has, in particular, two end faces and a cylindrical wall extending between them.
  • the rotating body preferably has at least one closed end face.
  • both end faces prefferably be at least partially closed.
  • the rotating body is designed in one piece, in particular the cylindrical wall being connected in one piece to at least one end wall.
  • the axle unit extends into the rotating body and preferably into its receiving space.
  • the rotating body is designed and arranged on the axle unit in such a way that the axle unit extends out of the rotating body at an open end face.
  • the other end face of the rotating body is closed.
  • the braking device comprises in particular at least one controllable coil unit for generating a targeted magnetic field.
  • the braking device and preferably at least the coil units are in particular arranged non-rotatably on the axle unit.
  • the braking device comprises in particular at least one magnetorheological medium.
  • the medium is in particular a fluid which preferably comprises a liquid as a carrier for particles.
  • magnetic and preferably ferromagnetic particles are present in the fluid. It is also possible that the medium only comprises particles and that the carrier medium is dispensed with (vacuum).
  • the braking device can be controlled as a function of at least one signal detected by the sensor device.
  • a control device is preferably provided for controlling the braking device as a function of the sensor device.
  • the control device is suitable and designed as a function of the signal from
  • the braking device is in particular also a damper device.
  • At least one receiving space is provided for the medium.
  • the receiving space is provided by the rotating body. It is possible for further components and, for example, the wedge bearing device and / or the coil unit and / or the magnetic field sensor and / or the magnetic ring unit to be arranged in the receiving space. It is possible for the receiving space to be subdivided into sub-spaces which are sealed off from one another. A partial space is preferably provided for the magnetorheological medium. In particular, the magnetic field sensor is arranged in another subspace or not in the subspace with the medium.
  • the braking device in particular the braking device, comprises at least one wedge bearing device and preferably at least one roller bearing.
  • the Wedge bearing device preferably its rolling element, surrounded by the medium (directly).
  • the braking device preferably comprises at least one sealing device and / or at least one sealing unit in order to prevent the medium from escaping from the receiving space.
  • the receiving space is sealed off from the rotating body and the axle unit.
  • Wedge bearing device surrounds the axle unit in particular radially.
  • the sensor device is designed in particular as an absolute value transmitter.
  • the sensor device can also be designed as an incremental encoder or some other suitable type.
  • the sensor device is in particular operatively connected to the control device and / or the braking device.
  • the magnetic ring unit is designed in particular to be closed in a ring shape.
  • the ring magnet unit can also be designed to be open in the shape of a ring.
  • the ring magnet unit comprises at least one permanent magnet or is designed as such.
  • the ring magnet unit provides at least one magnetic north pole and at least one magnetic south pole.
  • the magnetic ring unit is assigned in particular at least one shielding device for shielding its magnetic field from the magnetic field of the coil unit.
  • the shielding device comprises in particular the wall described above or is provided by this.
  • the magnetic field sensor is particularly suitable and designed to detect the alignment of the magnetic field of the magnetic ring unit.
  • the magnetic field sensor is designed as a Hall sensor (in particular a 3D Hall sensor) or comprises at least one such.
  • a braking device suitable for use with the invention is also described in the patent application DE 102018 100 390.0 described.
  • the entire disclosure of DE 102018 100 390.0 hereby becomes part of the disclosure content of the present application.
  • At least one shielding device is particularly preferably included for at least partial shielding of the sensor device from a magnetic field of one or the coil unit (electrical coil) of the braking device.
  • the shielding device comprises at least one shielding body (at least in sections and in particular completely) surrounding the magnetic ring unit and at least one separating unit arranged between the shielding body and the magnetic ring unit and at least one magnetic decoupling device arranged between the shielding body and the rotating body.
  • the separating unit and the decoupling device in particular have a magnetic conductivity that is many times lower than that of the shielding body.
  • the shielding body is not arranged between the magnetic field sensor and the magnetic ring unit, so that the shielding body does not shield the magnetic field sensor from the magnetic field of the magnetic ring unit to be detected.
  • the shielding body preferably surrounds the magnetic ring unit at least on a radial outer side at least in sections and / or the shielding body surrounds the magnetic ring unit at least in sections on at least one axial side which faces the coil unit of the braking device.
  • the shielding body is preferably designed as a shielding ring with an L-shaped or U-shaped cross section.
  • the separating unit comprises in particular at least one gap running between the shielding body and the magnetic ring unit and at least one filling medium arranged in the gap.
  • the filling medium preferably connects the magnetic ring unit to the shielding body in a rotationally fixed manner.
  • the applicant reserves the right to claim a sensor device which comprises at least one axle unit and at least one rotating body rotatable relative to the axle unit at least one sensor device at least for detecting a rotational position of the rotating body.
  • the axle unit, the rotating body and the sensor device are designed as described here for the braking device according to the invention.
  • Figure 1 is a purely schematic representation of a braking device according to the invention in a sectional side view
  • FIG. 5 shows a purely schematic representation of an axle unit of a braking device according to the invention in a sectional side view
  • FIGS. 7b-7d show detailed views of the braking device of FIG. 7a
  • 8a-8e are schematic three-dimensional views of braking devices.
  • FIG. 1 shows a braking device 1 according to the invention, which is designed here as an operating device 100 and has a rotatable rotating body 3 designed as a finger roller 23 or thumb roller 102 for setting operating states. The operation takes place here at least by turning the rotating body 3.
  • the rotating body 3 is rotatably mounted on an axle unit 2 by means of a bearing device not shown in detail here.
  • the axle unit 2 here forms a first brake component 2 and the rotating body forms the second braking component 3.
  • the rotating body 3 can also be rotatably mounted on an axle unit 2 by means of a wedge bearing device 6, which is designed here as a roller bearing.
  • the wedge bearing device 6 is preferably not or only partially intended for the mounting 22 of the rotating body 3 on the axle unit 2, but is used for the braking device 4 presented below.
  • the rolling elements of the wedge bearing device 6 serve here as the braking bodies 44 described in more detail below.
  • the axle unit 2 can be mounted on an object to be operated and, for example, in an interior of a motor vehicle or on a medical device or smart device.
  • the axle unit 2 can have mounting means that are not shown in detail here.
  • the rotating body 3 can also be displaced in the longitudinal direction or along the axis of rotation on the axle unit 2. Operation then takes place both by turning and also by pressing and / or pulling or moving the rotary knob 3.
  • the rotating body 3 is designed here like a sleeve and comprises a cylindrical wall and an end wall integrally connected to it.
  • the axle unit 2 emerges from an open end face of the rotating body 3.
  • the finger roller 23 can be equipped with an additional part 33 indicated here by dashed lines.
  • an increase in diameter is achieved so that the rotatability is facilitated, for example in the case of a wheel of a computer mouse 103 or game controller that can be rotated with a finger, in particular a game pad 105, or a rotary wheel on a computer keyboard thumb roller 102.
  • the rotary movement of the rotary knob 3 is damped here by a magnetorheological braking device 4 arranged in a receiving space 13 inside the rotary knob 3.
  • the braking device 4 With a coil unit 24, the braking device 4 generates a magnetic field which acts on a magnetorheological medium 34 located in the receiving space 13. This leads to a local and strong crosslinking of magnetically polarizable particles in the medium 34.
  • the braking device 4 thereby enables a targeted deceleration and even a complete blocking and in particular also a targeted release of the rotary movement.
  • haptic feedback can take place during the rotary movement of the rotating body 3, for example by means of a correspondingly perceptible grid or by means of dynamically adjustable stops.
  • the braking device 4 here comprises an electrical connection 14, which is designed, for example, in the form of a printed circuit board 35 or prints or as a cable line.
  • the connection line 11 extends here through a bore 12 running in the longitudinal direction of the axle unit 2.
  • the receiving space 13 is here with a sealing device 7 and a sealing unit 17 is sealed to the outside in order to prevent the medium 34 from escaping.
  • the medium 34 is a magnetorheological medium 34 here.
  • the sealing device 7 closes the open end face of the rotating body 3.
  • a first sealing part 27 rests against the inside of the rotating body 3.
  • a second sealing part 37 rests on the axle unit 3.
  • the sealing parts 27, 37 are fastened and / or formed here on a support structure formed as a wall 8.
  • the sealing unit 17 is designed here as an O-ring and surrounds the axle unit 3 radially.
  • the sealing unit 17 rests against the axle unit 2 and the rotating body 3. As a result, the part of the receiving space 13 filled with the medium 34 is sealed off from another part of the receiving space 13.
  • the sensor device 5 comprises a magnetic ring unit 15 and a magnetic field sensor 25.
  • the ring magnet unit 15 is diametrically polarized here and has a north pole and a south pole.
  • the magnetic field sensor 25 is preferably designed three-dimensionally so that, in addition to the rotation, an axial displacement of the rotating body 3 with respect to the axle unit 2 can also be measured. As a result, both the rotation and a push-button function (push / pull) can be measured simultaneously with the same magnetic field sensor 25.
  • the braking device 1 can also only be equipped with a rotary function.
  • the sensor device 5 is particularly advantageous in the Integrated braking device 1.
  • the magnetic field sensor 25 is inserted into the bore 12 of the axle unit 2 here.
  • the magnetic ring unit 15 radially surrounds the magnetic field sensor 25 and is attached to the rotating body 3. This has the advantage that it is not length tolerances, but only diameter tolerances that have to be precisely produced.
  • the radial bearing clearance between the rotating rotating body 3 and the stationary axle unit 2 is correspondingly small and can also be easily controlled in series production.
  • Another advantage is that axial movements or displacements between rotating body 3 and axle unit 2 do not adversely affect the sensor signal, since measurements are made in the radial direction and the radial distance is essentially decisive for the quality of the measurement signal.
  • the arrangement shown here is particularly insensitive to dirt and liquids, since the sensor is arranged on the inside.
  • the magnetic field sensor 25 in the bore 12 can be encapsulated with a plastic, for example.
  • the magnetic field sensor 25 In order to further improve the accommodation of the magnetic field sensor 25, it is arranged here on a circuit board 35 or print. In this case, the coil unit 24 or its connection 14 is also contacted here on the circuit board 35.
  • the connecting line 11 is also connected to the circuit board 35, via which the entire braking device 1 is connected to the system to be operated.
  • a 6-pin or 8-pin plug can be attached to the printed circuit board 35, via which both the magnetic field sensor 25 and the coil unit 24 are then connected to the corresponding controller.
  • the signal line 45 for transmitting the sensor signal is also arranged here in the connecting line 11.
  • the braking device 1 can thus be installed particularly easily and quickly.
  • the printed circuit board 35 can be encapsulated in the bore 12 together with the magnetic field sensor 25 in the axle unit 2.
  • FIG. 2 an embodiment of the braking device 1 is shown which essentially differs in the structural accommodation of the sensor device 5 from the embodiment described above.
  • the magnetic ring unit 15 is arranged here on that end face of the rotating body 3 which is closed or through which the axle unit 2 does not extend.
  • the magnetic field sensor 25 a particularly space-saving accommodation is provided within the axle unit and within the rotating body 3.
  • the magnetic field sensor 25 is arranged with an active sensor part in the receiving space 13. Another part of the magnetic field sensor 25 extends into the axle unit 2 and is fastened there.
  • the magnetic field sensor 25 is located in that part of the receiving space 13 which is separated from the part with the medium 34 by the sealing unit 17. This part of the receiving space 13 lies here in a central bulge of the rotating body 3.
  • the magnetic field sensor 25 is here attached to an end face of the axle unit 2.
  • the axially offset positioning of the magnetic ring unit 15 is highly schematized here and can, for example, also lie closer to the rotating body 3, so that the magnetic ring unit 15 surrounds the magnetic field sensor 25 in an annular manner.
  • the magnetic field sensor 25 is arranged on that end face of the rotating body 3 which is opposite the exit side for the signal line 45 or the connection line 11. Therefore, the sensor signal is here by the Bore 12 in the axle unit 2 is directed to the opposite side and must therefore pass through the magnetic field of the coil unit 24.
  • the signal is transmitted optically here.
  • the light signal is simply radiated through the bore 12 of the axle unit 2 here.
  • the signal line 45 is designed as an optical waveguide at least in the area of the coil unit 24.
  • Corresponding photodiodes are provided for sending or receiving the signals.
  • FIG. 3 shows an embodiment which essentially differs in the structural design of the axle unit 2 from the embodiments described above.
  • the axle unit 2 here comprises an axle section 415 which radially surrounds the magnetic field sensor 25.
  • the axle section 415 has a lower magnetic conductivity than a core 21, which here carries a winding of the electrical coil 24 of the braking device 4.
  • the magnetic field of the magnetic ring unit 15 can penetrate the axle unit 2 particularly well in the area of the magnetic field sensor 25, so that an improved sensor resolution is possible.
  • the core 21 here provides a load-bearing second axle section 425 of the axle unit 2.
  • the axle sections 415, 425 are firmly connected here and z. B. screwed.
  • the axis sections 415, 425 are dimensioned here in such a way that the sealing part 37 rests on the core 21. Since the core 21 here consists of a harder material than the axle section 415, the sealing part 37 is reliably prevented from running into the axle unit 2.
  • FIG. 4 an embodiment of the axle unit 2 is shown in which the second axle section 425 is the first axle section 415 radially surrounds sections.
  • the second axle section 425 is here again provided by the core 21 for the coil 24.
  • the first axis section 415 is designed to be exposed in the axial area of the magnetic field sensor 25.
  • the magnetic field sensor 25 is not shielded from the core 21 there.
  • the second axle section 425 or the core 21 then radially surrounds the first axle section 415.
  • the core 21 can be installed in a particularly uncomplicated manner.
  • the wall 8 is designed to be magnetically conductive. This can prevent the magnetic field of the magnetic ring unit 15 and the magnetic field of the coil unit 24 from influencing one another unfavorably.
  • the wall 8 is formed from a metal shielding a magnetic field and, for example, from a metal with a relative magnetic permeability of at least 100,000.
  • the wall 8 is made of a nickel-iron alloy.
  • the wall 8 serves here as a connection for the sealing device 7.
  • the end face of the rotating body 3 is made of a magnetically conductive material.
  • FIG. 5 shows a detailed illustration of an axle unit 2, which here consists of three axle sections 415, 425, 435.
  • a first axle section 415 serves as a receptacle for the magnetic field sensor 25 and is designed for this purpose as described above with reference to FIGS. 3 and 4.
  • a second axle section 425 which is formed by the core 21, is connected to this here.
  • This is followed here by a third axle section 435, which forms the axial end of the axle unit 2.
  • the rotating body 3 for example, can be attached to the third axle section 435.
  • a further core 21 to adjoin the third axle section 435. In this way, a correspondingly extensive magnetic field can be used a strong braking effect can be generated.
  • the braking device 1 shown here differs from the braking devices 1 described above, in addition to the shielding device 9, in particular also in the design of the rotating body 3 and of the additional part 33.
  • the braking device 1 shown here is, for example, a mouse wheel 106 of a computer mouse 103 or a finger roller 23 or a thumb roller 102.
  • the rotating body 3 is designed here as a cylindrical sleeve and is completely surrounded on its outside by the additional part 33.
  • the additional part 33 closes off the rotating body 3 at that radial end face which faces away from the magnetic ring unit 15.
  • the additional part 33 has a radially circumferential elevation with a considerably larger diameter.
  • the braking device 1 shown here is particularly well suited as a mouse wheel 106 of a computer mouse 103 or the like.
  • the elevation is designed here with a groove, in which a particularly easy-grip material and z. B. rubber is embedded.
  • the braking device 1 shown here has two wedge bearing devices 6 spaced apart from one another.
  • Wedge bearing devices 6 are each equipped with a plurality of brake bodies 44 arranged radially around the axle unit 2.
  • the coil unit 24 is arranged between the wedge bearing devices 6.
  • the braking bodies 44 are, for example, rolling bodies which roll on the inside of the rotating body 3 or the outside of the axle unit 2 or are arranged there and have a small and in particular minimal distance to the outside of the axle unit.
  • the ring magnet unit 15 is coupled to the rotating body 3 in a rotationally test manner, so that the ring magnet unit 15 is also rotated when the rotating body 3 rotates.
  • the magnetic field sensor 25 is inserted into the bore 12 of the axle unit 2 here.
  • the magnetic ring unit 15 surrounds the magnetic field sensor 25 radially and is arranged axially at the end.
  • the magnetic field sensor 25 is arranged here with an axial offset to the axial center of the magnetic ring unit 15. This results in particularly high-resolution and reproducible sensing of the axial position of the rotating body 3 in relation to the axle unit 2.
  • the shielding device 9 comprises a shielding body 19 embodied here as a shielding ring 190.
  • the shielding device 9 also comprises a separating unit 29, which is provided here by a gap 290 filled with a filling medium 291.
  • the shielding device 9 comprises a magnetic decoupling device 39, which is provided here by a decoupling sleeve 390 and a decoupling gap 391.
  • the decoupling sleeve 190 here comprises an axial wall 392 on which the sealing device 7 is arranged.
  • a bearing device 22 (not shown in greater detail here) can be arranged on the axial wall 392.
  • the shielding body 19 is here equipped with an L-shaped cross section and made of a magnetically particularly conductive material.
  • the shielding body 19 surrounds the magnetic ring unit 15 on its radial outer side and on its axial side facing the coil unit 24.
  • the gap 290 is arranged between the shielding body 19 and the magnetic ring unit 15 and is filled with a filling medium 291.
  • the filling medium 291 has a particularly low magnetic conductivity.
  • the magnetic ring unit 15 is fastened to the shielding body 19 via the filling medium 291. Magnetic decoupling is achieved between the rotating body 3 and the shielding body 19 by the decoupling device 39.
  • the decoupling sleeve 390 and a filling medium 291 arranged in the decoupling gap 391 likewise have a particularly low magnetic conductivity.
  • the decoupling sleeve 391 is non-rotatably connected to the shielding body 19 and the additional part 33 as well as the rotating body 3.
  • the rotating body 3 is arranged here axially spaced from the decoupling sleeve 390.
  • the end of the rotating body 3 which faces the magnetic ring unit 15 does not protrude beyond the braking body 44.
  • the rotating body 3 is set back axially or shortened relative to the additional part 33. This results in a particularly advantageous magnetic and spatial separation of rotating body 3 and decoupling sleeve 390 in a very small installation space.
  • the rotating body 3 is made of a magnetically particularly conductive material.
  • the additional part 33 and the decoupling sleeve 390 are made of a magnetically non-conductive material.
  • the shielding body 19 and the rotating body 3 are here made of an m-metal, for example.
  • the components described here as being magnetically non-conductive are made of plastic, for example, and have a relative magnetic permeability of less than 10.
  • the problematic fields that can usually disturb the measurement of the angle of rotation are above all the fields in the radial direction.
  • These fields are shielded here with a shielding body 19 made of a suitable material and acting as a jacket, e.g. B. magnetically conductive steel.
  • the magnetic field of the magnetic ring unit 15 can thus be strengthened. As a result, the magnetic ring unit 15 can be made smaller (thinner) and thus material, structural volume and manufacturing costs can be saved.
  • the construction is also improved in that the wall thickness of the shielding body 19 is varied and a gap 290 is provided between the magnetic ring unit 15 and the shielding body 19.
  • the shielding and the reinforcement can be optimally adapted through the gap 290 between the magnetic ring unit 15 and the shielding body 19.
  • the material of the shielding body 19 is selected here so that it does not go into magnetic saturation so that external magnetic fields are adequately shielded (material in saturation allows magnetic fields to pass through in the same way as air, i.e. with the magnetic field constant mq).
  • the magnetic field does not close too strongly over the shielding body 19 and the field in the center of the magnetic field sensor 25 is sufficiently homogeneous and is increased compared to a magnetic ring unit 15 of the same or larger size without a shielding body 19.
  • the dimensions of the shielding device 9 shown here are particularly suitable for a mouse wheel 106 of a computer mouse 103 and have the following dimensions, for example.
  • the shielding ring 190 is 0.5 mm thick, the distance between the shielding ring 190 and the magnetic ring unit 15 is also 0.5 mm, the width of the magnetic ring unit 15 is 2 mm and the diameter of the magnetic ring unit 15 is 8 mm.
  • the possible interference field from the coil unit 24 is 140 mT, which results in a possible error in the angle measurement of 0.1 ° (cf. earth's magnetic field: approx. 48mT in Europe).
  • FIG. 7a shows a variant in which a push-pull function is integrated.
  • a button 474 can be operated and is automatically reset.
  • the diameters of the two bearing points 412, 418 are selected to be the same here.
  • the volume within the chamber does not change.
  • a shift of the first brake component 2 in the orientation of FIG. 7a to the left leads to the distance between the magnetic field sensor 25 and the magnetic ring unit 15 being increased or changed.
  • the received signal 468 changes as a result of an axial displacement as shown in FIG. 7e.
  • FIG. 7e shows the course of the amplitude 469 of the signal 468 detected by the magnetic field sensor 25 as a function of the axial displacement of the brake components 2, 3 (horizontal axis).
  • An axial displacement of the magnetic field sensor 25 with respect to the magnetic ring unit 15 changes the amplitude 469 of the detected signal 468.
  • An axial displacement or pressing down of the additional part 33 or a lateral displacement of the additional part 33 can thus be detected.
  • the angle of rotation can also be detected with the same magnetic field sensor 25, the direction of the magnetic field being determined to detect the angle of rotation.
  • the intensity determines the axial position.
  • a change in signal 468 can therefore be used to infer an axial actuation of braking device 1 or button 474. This is advantageous because a single (multi-dimensional) Hall sensor can be used to determine the angular position and to determine an axial position.
  • the first brake component 2 is arranged inside the second brake component 3 and is held in a form-fitting and / or force-fitting manner by a holder 404.
  • the holder 404 can be attached to an external console or to a device, for example.
  • the holder 404 regularly becomes non-rotatable attached.
  • the second brake component 3 is received thereon in a continuously rotatable manner relative to the first brake component 2.
  • the holder 404 can preferably be designed in two parts. This primarily simplifies the assembly of the electrical lines and, in particular, of the sensor line 45 within the first brake component 2.
  • the cables can be laid through the cable bushing or hole 12 that is open here.
  • the sensor device 5 is shown again in detail.
  • the first brake component 2 and the second brake component 3, designed here as a rotating part, are only indicated (dashed lines).
  • the sensor device 5 is supported by the decoupling device 39 on the rotatable second brake component 3 in a magnetically decoupled manner.
  • the shielding device 9 here consists of a three-part shielding body 19.
  • the magnetic ring unit 15 is used to measure the orientation or the angle of rotation of the magnetorheological braking device 1.
  • the magnetic field sensor 25 is arranged within the first brake component 2. Small relative axial displacements can also be used to detect a depression of an operating button 101, for example.
  • FIGS 8a to 8f show devices which are equipped with the invention.
  • the braking devices 1 are each designed here as a haptic operating device 100.
  • FIG. 8 a shows a haptic control button 101.
  • the control button is attached via a console 50.
  • the control button 101 is operated via the sleeve part.
  • the user interface can also be used to transmit information.
  • the braking device 1 is shown as a thumb roller 102 with a haptic operating device 100.
  • the thumb roller 102 can preferably be used in steering wheels, for example.
  • thumb roller 102 is not limited to this application.
  • the thumb roller 102 can generally also be usable with any other finger, depending on the installation situation.
  • the braking device 1 is designed as a mouse wheel 106 of a computer mouse 103.
  • the magnetorheological braking device 1 can be used to control a haptic feedback.
  • FIG. 8e shows a joystick 104 with a braking device 1 as a haptic operating device 100.
  • FIG. 8f shows a gamepad 105 with the braking device 1 in order to give the player haptic feedback as a function of the game situation.
  • the preferably low-alloy steel can retain a residual magnetic field.
  • the steel is preferably demagnetized regularly or when necessary (e.g. by a special alternating field).
  • the material FeSi3P (silicon steel or silicon steel) or a related material is preferably used for the components through which the magnetic field flows.
  • voice or sound control can be carried out.
  • the braking device can be controlled adaptively.
  • the current is preferably continuously reduced over time.
  • the current can also be varied as a function of the speed (angular speed of rotation of the rotary unit).
  • Magnet ring unit 390 Decoupling sleeve 17 Sealing unit 391 Decoupling gap 19 Shielding body 392 Axial wall

Landscapes

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Abstract

Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) zur Einstellung von Bedienzuständen mittels Drehbewegungen, mit einer Achseinheit (2) und mit einem relativ zur Achseinheit (2) drehbaren Drehkörper (3). Ein Drehmoment für die Drehbarkeit des Drehkörpers (3) ist mittels einer magnetorheologischen Bremseinrichtung (4) gezielt variierbar. Eine Sensoreinrichtung (5) dient zur Erfassung einer Drehposition des Drehkörpers (3) und umfasst eine Magnetringeinheit (15) und einen drehfest an der Achseinheit (2) angebundenen sowie radial und/oder axial benachbart zu der Magnetringeinheit (15) angeordneten Magnetfeldsensor (25). Dabei ist der Magnetfeldsensor (25) wenigstens teilweise innerhalb der Achseinheit (2) angeordnet.

Description

Magnetorheologische Bremsvorrichtung, insbesondere
Bedieneinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetorheologische Bremsvorrichtung zum Variieren eines Drehmoments von Drehbewegungen und insbesondere eine magnetorheologische Bedieneinrichtung zur Einstellung von Bedienzuständen wenigstens mittels Drehbewegungen. Die Bremsvorrichtung weist wenigstens eine Achseinheit und wenigstens einen relativ zur Achseinheit drehbaren Drehkörper auf. Ein Drehmoment für die Drehbarkeit des Drehkörpers ist mittels wenigstens einer magnetorheologischen Bremseinrichtung gezielt einstellbar.
Solche Bremsvorrichtungen ermöglichen ein besonders gezieltes Verzögern bis hin zu einem Blockieren von Drehbewegungen.
Mitunter sind die Bremsvorrichtungen als Bedieneinrichtungen ausgebildet. Solche Bedieneinrichtungen finden immer häufiger in verschiedensten Geräten und z. B. in Kraftfahrzeugen (z.B. Bedienelement in der Mittelkonsole, in dem Lenkrad, beim Sitz...), der Medizintechnik (z.B. zum Einstellen der medizinischen Geräte) oder bei Smart Devices (z.B. Smartphone, Smartwatch, Computerperipherie, Computermaus, Gamecontroller, Joystick), OFF-Highway Fahrzeugen (z. B. Bedienelemente in Landmaschinen), Booten/Schiffen, Flugzeugen Verwendung, um beispielsweise Menüs auszuwählen oder auch um präzise Steuerungen vornehmen zu können. Mittels der magnetorheologischen Bremseinrichtung können z. B. unterschiedliche Momente, Anschläge und Rasterungen für die Drehbewegung eingestellt werden. So kann eine besondere Haptik bei der Einstellung von Bedienzuständen erreicht werden (haptisches Feedback), welche den Benutzer unterstützt und sehr gezielte Einstellungen erlaubt und somit die Bedienkomplexität reduziert.
Um die magnetorheologische Bremseinrichtung gezielt ansteuern zu können, ist in der Regel eine Sensoreinrichtung zur Überwachung der Drehposition vorgesehen. Allerdings bringt deren konstruktive Unterbringung in der Bremsvorrichtung erhebliche Schwierigkeiten mit sich.
So muss die Sensoreinrichtung (z.B. Abstand des Magnetringes zum Sensor) in der Regel innerhalb eines sehr schmalen Toleranzbandes zu den zu überwachenden Bauteilen angeordnet werden. Z. B. führen Abweichungen der Abstände solcher Bauteile zu einer Verschlechterung des Messsignals und zu störendem Rauschen. Das ist besonders bei feinen Rasterungen, Drehrichtungsumkehr mit Anschlag bzw. Sperrung in eine Drehrichtung (Clockwise oder Counterclockwise) und bei präzisen Einstelloptionen von großem Nachteil (z.B. Sensor mit 90.112 Inkrementen). Zudem ergeben sich aufgrund der meist zahlreichen betroffenen Bauteile viele Schnittstellen mit einer langen Toleranzkette und somit eine hohe Summentoleranz.
Weitere Probleme ergeben sich durch die meist nur sehr geringen Abmessungen der Bremsvorrichtung. So stehen z. B. für eine als Daumenwalze ausgebildete Bremsvorrichtung oft nur 12 mm im Durchmesser bereit, wie z.B. bei einem mit einem Finger (z.B. Daumen) drehbaren Rad (Walze) in einem Lenkrad bzw. einer Lenkradspeiche von z.B. einem Kraftfahrzeug. Somit ist der Bauraum für die Sensoreinrichtung sehr begrenzt. Insgesamt ergibt sich dadurch ein montage-, kosten- und bauraumtechnischer Optimierungsbedarf.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Bremsvorrichtung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll die konstruktive Unterbringung (Bauraumbedarf, Anordnung der Bauteile, Summentoleranz der Bauteile...) der Sensoreinrichtung verbessert werden. Dabei soll vorzugsweise eine zuverlässige und möglichst präzise sensorische Erfassung und zugleich eine Bauraum sparende Integration in der magnetorheologische Bremsvorrichtung möglich sein.
Diese Aufgabe wird durch eine Bremsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung ist magnetorheologisch ausgebildet und dient zum Variieren eines Drehmoments von Drehbewegungen und/oder zum Verzögern von Drehbewegungen. Die Bremsvorrichtung ist insbesondere eine magnetorheologische Bedieneinrichtung zur Einstellung von Bedienzuständen wenigstens mittels Drehbewegungen. Die Bremsvorrichtung umfasst wenigstens eine Achseinheit. Die Bremsvorrichtung umfasst wenigstens einen Drehkörper. Der Drehkörper ist relativ zur Achseinheit und/oder um die Achseinheit drehbar. Ein Drehmoment der Drehbarkeit des Drehkörpers (relativ zu der Achseinheit) ist mittels wenigstens einer magnetorheologischen Bremseinrichtung gezielt einstellbar. Insbesondere ist die Drehbarkeit des Drehkörpers mittels der Bremseinrichtung gezielt verzögerbar und/oder blockierbar. Die Bremsvorrichtung umfasst wenigstens eine Sensoreinrichtung wenigstens zur Erfassung einer Drehposition des Drehkörpers insbesondere in Bezug zu Achseinheit. Dabei umfasst die Sensoreinrichtung wenigstens einen drehfest an der Achseinheit angebundenen Magnetfeldsensor. Insbesondere ist der Magnetfeldsensor radial und/oder axial benachbart zu wenigstens einer Magnetringeinheit angeordnet. Insbesondere umfasst die Sensoreinrichtung wenigstens eine Magnetringeinheit. Insbesondere ist der Magnetfeldsensor (wenigstens teilweise oder im Wesentlichen oder vollständig) innerhalb der Achseinheit angeordnet. Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung bietet viele Vorteile.
Einen erheblichen Vorteil bietet die Anordnung des Magnetfeldsensors. Dadurch wird eine Bauraum sparende Unterbringung mit einer besonders kurzen Toleranzkette der Bauteile (geringe Summentoleranz bzw. wenige Bauteile zwischen der Sensorbefestigung und der Magnetbefestigung) und zugleich eine besonders zuverlässige sensorische Erfassung ermöglicht. Die Anbindung des Magnetfeldsensors an der Achseinheit bietet dabei eine besonders toleranzoptimierte Integration. Zudem bietet die erfindungsgemäße Anordnung des Magnetfeldsensors erhebliche Vorteile bei der Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums. Das ist beispielsweise bei besonders kompakten Fingerwalzen oder Mausrädern von großem Vorteil. Zudem kann bei der Erfindung eine besonders wirksame und zugleich unaufwendige Abschirmung des Sensors von den Magnetfeldern der Bremseinrichtung erzielt werden.
Insbesondere umfasst die Achseinheit wenigstens einen Achsabschnitt, welcher den Magnetfeldsensor wenigstens abschnittsweise radial umgibt. Insbesondere ist der Magnetfeldsensor (wenigstens teilweise und insbesondere überwiegend und vorzugsweise vollständig) innerhalb des Achsabschnitts angeordnet. Insbesondere weist die Achseinheit wenigstens eine radiale (insbesondere rohrartige) Wandung auf, welche den Achsabschnitt wenigstens teilweise bereitstellt.
Es ist besonders bevorzugt und vorteilhaft, dass der Achsabschnitt eine geringere magnetische Leitfähigkeit aufweist als ein Kern, welcher insbesondere mit einer elektrischen Spule der Bremseinrichtung zusammenwirkt. Dadurch wird zum einen der Magnetfeldsensor nicht unerwünscht vor dem Magnetfeld der Magnetringeinheit abgeschirmt. Zum anderen kann der Magnetfeldsensor dadurch aber auch besonders unaufwendig und wirksam vor einem unerwünschten Einfluss des Magnetfelds der Bremseinrichtung geschützt werden. Insbesondere ist der Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material gefertigt oder umfasst wenigstens ein solches. Der Kern ist insbesondere aus einem ferromagnetischen Werkstoff gefertigt. Insbesondere weist der Kern eine relative Permeabilität von größer 1 und vorzugsweise größer 10 und besonders bevorzugt größer 100 oder größer 1000 auf.
Insbesondere weist der Achsabschnitt eine relative Permeabilität von kleiner 10 und vorzugsweise kleiner 2 und besonders bevorzugt kleiner 1 auf. Insbesondere ist der Achsabschnitt aus einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefertigt oder umfasst wenigstens ein solches. Der Achsabschnitt ist insbesondere aus einem paramagnetischen Werkstoff und/oder diamagnetischen Werkstoff gefertigt. Insbesondere ist der Achsabschnitt aus einem Kunststoff gefertigt. Möglich ist, dass die gesamte Achseinheit derart ausgebildet ist, z. B. aus Kunststoff. Dann ist der Kern vorzugsweise separat ausgebildet und an der Achseinheit befestigt oder damit verbunden.
Die Achseinheit stellt insbesondere eine Tragstruktur zur Befestigung der Bremsvorrichtung bereit oder umfasst wenigstens eine solche. Insbesondere ist wenigstens die Bremseinrichtung an der Achseinheit befestigbar. Insbesondere ist der Drehkörper (mittels wenigstens einer Lagereinrichtung) auf der Achseinheit drehbar gelagert. Der Achsabschnitt stellt vorzugsweise wenigstens einen tragenden Teil der Achseinheit bereit. Der Achsabschnitt ist insbesondere ein axialer Abschnitt der Achseinheit.
Möglich und vorteilhaft ist es, dass die Achseinheit mehrteilig ausgeführt ist. Insbesondere umfasst die Achseinheit dann wenigstens zwei Achsabschnitte, nämlich den wenigstens einen (ersten) Achsabschnitt und wenigstens einen weiteren Achsabschnitt. Insbesondere weist der weitere Achsabschnitt eine höhere magnetische Leitfähigkeit als der (eine bzw. erste) Achsabschnitt auf. Der weitere Achsabschnitt stellt vorzugsweise den Kern bereit oder ist Teil des Kerns.
Die Achsabschnitte können axial und/oder radial zueinander ausgerichtet sein. Insbesondere schließt sich der weitere Achsabschnitt axial an den (einen bzw. ersten) Achsabschnitt an. Dabei kann der weitere Achsabschnitt den Achsabschnitt wenigstens teilweise radial umgeben. Insbesondere sind der Achsabschnitt und der weitere Achsabschnitt (bzw. alle Achsabschnitte) fest miteinander verbunden, sodass diese vorzugsweise die tragfähige Achseinheit bilden. Beispielsweise können die Achsabschnitte verschraubt und/oder verklebt und/oder in anderer geeigneter Weise gefügt sein.
Vorzugsweise sind der Achsabschnitt und der Kern (fest) miteinander verbunden. Insbesondere bilden der Achsabschnitt und der Kern zusammen die Achseinheit oder wenigstens einen (insbesondere tragenden) Teil der Achseinheit. Möglich ist aber auch, dass der (erste) Achsabschnitt die Achseinheit oder einen tragenden Teil der Achseinheit bildet und der weitere Achsabschnitt, insbesondere der Kern, von dem (ersten) Achsabschnitt getragen wird.
Die Achseinheit kann auch wenigstens drei Achsabschnitte umfassen. Dann stellt der Kern insbesondere einen mittleren Achsabschnitt bereit, welcher von dem wenigstens einen (ersten) Achsabschnitt und wenigstens einem dritten Achsabschnitt axial eingefasst wird.
Die Achseinheit kann auch einstückig ausgeführt sein. Dann ist der Achsabschnitt insbesondere ein integraler und insbesondere nicht zerstörungsfrei lösbarer Bestandteil der Achseinheit. Insbesondere bildet der Kern dann ein separates Bauteil zur Achseinheit, welches vorzugsweise an dieser wenigstens mittelbar befestigbar ist. Besonders bevorzugt ist die Achseinheit dann als ein Halter ausgebildet, welcher neben der tragenden Achsfunktion auch eine Aufnahmeeinrichtung für den Kern und/oder die Spule umfasst.
Insbesondere ist der Kern in einer axialen Richtung benachbart von dem (ersten) Achsabschnitt angeordnet. Insbesondere ist um den Kern und/oder innerhalb des Kerns wenigstens eine elektrische Spule (Spuleneinheit) angeordnet und vorzugsweise gewickelt. Insbesondere ist die elektrische Spule in axialer Richtung um den Kern gewickelt ist und spannt insbesondere eine Spulenebene auf, sodass sich ein Magnetfeld der elektrischen Spule quer zur Längsachse der Achseinheit (durch die Achseinheit) erstreckt. Zusätzlich oder alternativ kann die elektrische Spule in radialer Richtung um den Kern gewickelt sein und insbesondere eine Spulenebene aufspannen, sodass sich ein Magnetfeld der elektrischen Spule längs bzw. parallel zur Längsachse der Achseinheit erstreckt.
Vorzugsweise ist der Drehkörper als eine Fingerwalze und besonders bevorzugt als eine Daumenwalze ausgebildet. Bevorzugt ist der Drehkörper als ein zylindrisches Bauteil ausgebildet, welches mittels wenigstens eines Fingers in Rotation versetzt wird. Insbesondere ist die Bremsvorrichtung für eine Bedienung mit nur einem Finger vorgesehen. Insbesondere ist die Bremsvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, in einer liegenden Position bedient zu werden. Insbesondere nimmt die Drehachse des Drehkörpers dabei eine mehr horizontale als vertikale Stellung ein. Möglich ist aber auch, dass die Bremsvorrichtung stehend (vertikale Ausrichtung) bedienbar ist. Dabei wird die Bremsvorrichtung insbesondere meist mit zwei oder mehreren Fingern umfasst. Der Drehkörper kann auch als ein Drehknopf oder dergleichen ausgebildet sein und insbesondere wenigstens eine Drückfunktion und/oder Ziehfunktion (Push oder/und Pull) beinhalten. Durch diese Push/Pullfunktion können z.B. angewählte Menüs ausgewählt oder bestätigt werden. Insbesondere weist der Drehkörper bzw. die Fingerwalze einen Durchmesser von weniger als 50 mm und vorzugsweise weniger als 20 mm und besonders bevorzugt weniger als 15 mm auf. Beispielsweise weist der Drehkörper einen Durchmesser von maximal 12 mm auf. Möglich und vorteilhaft für bestimmte Anwendungen sind aber auch größere oder kleinere Durchmesser für den Drehkörper.
Es ist möglich, dass der Drehkörper mit wenigstens einem Zusatzteil zur Durchmesservergrößerung umgeben ist. Das Zusatzbauteil ist beispielsweise als ein Ring oder dergleichen ausgebildet. Das Zusatzbauteil kann zur Verbesserung der Haptik mit wenigstens einer Kontur versehen sein und insbesondere geriffelt und/oder gummiert oder dergleichen sein.
Die Magnetringeinheit ist vorzugsweise an einer axialen Stirnseite des Drehkörpers angeordnet. Das bietet eine besonders vorteilhafte Unterbringung der Magnetringeinheit. Die Magnetringeinheit kann unmittelbar an der axialen Stirnseite befestigt sein. Möglich ist aber auch, dass die Magnetringeinheit über wenigstens ein Verbindungselement an der axialen Stirnseite des Drehkörpers befestigt ist. Möglich ist auch, dass die Magnetringeinheit an der axialen Stirnseite des Drehkörpers angeordnet ist und über entsprechende Verbindungselemente an einer anderen Position der Bremsvorrichtung befestigt ist.
Es ist bevorzugt und vorteilhaft, dass die Magnetringeinheit den Magnetfeldsensor wenigstens abschnittsweise ringartig umgibt. Insbesondere ist die Magnetringeinheit radial um den Magnetfeldsensor herum angeordnet. Insbesondere ist die Magnetringeinheit wenigstens teilweise (vorzugsweise vollständig) außerhalb der Achseinheit angeordnet. Insbesondere umgibt die Magnetringeinheit den Achsabschnitt der Achseinheit. Insbesondere ist der Magnetfeldsensor in axialer Richtung zentriert zu der Magnetringeinheit angeordnet. Darunter wird verstanden, dass der Magnetfeldsensor auf gleicher axialer Längsposition wie die Magnetringeinheit angeordnet ist. Der Magnetfeldsensor kann aber auch in axialer Richtung versetzt zu der Magnetringeinheit angeordnet sein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich solche Positionsangaben und insbesondere die Angaben „radial" und „axial" insbesondere auf eine Drehachse des Drehkörpers.
Bevorzugt und vorteilhaft ist auch, dass die Magnetringeinheit und der Magnetfeldsensor in einer koaxialen Weise zueinander angeordnet sind. Das bietet eine besonders Bauraum sparende Unterbringung auch bei besonders geringen Abmessungen und beispielsweise bei einer Daumenwalze. Insbesondere ist der Magnetfeldsensor dabei von der Magnetringeinheit umgeben. Dabei ist der Magnetfeldsensor insbesondere axial und/oder radial zu der Magnetringeinheit zentriert. Insbesondere weist der Magnetfeldsensor einen gezielten radialen Versatz zur Drehachse der Magnetringeinheit auf. Der Magnetfeldsensor kann aber auch wenigstens in axialer Richtung versetzt zu der Magnetringeinheit angeordnet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass der Magnetfeldsensor versetzt zur Drehachse der Magnetringeinheit angeordnet ist. Das kann auch dann vorgesehen sein, wenn insgesamt eine zentrale Anordnung für den Magnetfeldsensor vorgesehen ist, beispielsweise wenn der Magnetfeldsensor innerhalb der Achseinheit angeordnet ist und von der Magnetringeinheit ringförmig umgeben ist. Durch einen gezielten Versatz des Magnetfeldsensors gegenüber der Drehachse der Magnetringeinheit ist eine verbesserte Drehwinkelmessung möglich. So kann beispielsweise auch bei nur zwei Polen der Magnetringeinheit jede Drehposition genau definiert und somit jeder Winkel möglichst genau gemessen werden. So ist ein Absolutwertgeber besonders unaufwendig umsetzbar.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Magnetfeldsensor innerhalb der Achseinheit angeordnet. Das bietet eine besonders kompakte und zugleich toleranzoptimierte Unterbringung des Magnetfeldsensors. Die Achseinheit weist dazu insbesondere wenigstens eine Bohrung auf, in welcher der Magnetfeldsensor angeordnet ist. Insbesondere verläuft die Bohrung innerhalb des Achsabschnitts. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter einer Bohrung insbesondere auch alle geeigneten anderen Ausnehmungen und/oder Durchgangsöffnungen verstanden, unabhängig davon, ob diese mittels eines Bohrverfahrens hergestellt sind oder nicht. Die Bohrung verläuft insbesondere in Längsrichtung der Achseinheit. Die Bohrung ist insbesondere durchgehend ausgeführt oder kann auch als Sackloch ausgebildet sein.
Insbesondere ist der Magnetfeldsensor in der Achseinheit zentriert angeordnet. Insbesondere ist wenigstens ein aktiver Sensorabschnitt des Magnetfeldsensors innerhalb der Achseinheit angeordnet. Vorzugsweise ist der gesamte Magnetfeldsensor innerhalb der Achseinheit angeordnet. Möglich ist, dass der Magnetfeldsensor innerhalb und/oder außerhalb der Achseinheit befestigt ist. Insbesondere ist wenigstens ein
Befestigungsabschnitt des Magnetfeldsensors innerhalb und/oder außerhalb der Achseinheit angeordnet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich die Positionsangaben für den Magnetfeldsensor insbesondere auf wenigstens den aktiven Sensorabschnitt.
Der Magnetfeldsensor ist vorzugsweise in der Bohrung der Achseinheit angeordnet, durch welche auch wenigstens eine elektrische Anbindung der Bremseinrichtung verläuft. Die elektrische Anbindung umfasst dabei insbesondere wenigstens eine Versorgungsleitung und/oder Steuerleitung für die Spuleneinheit. Das bietet eine vorteilhafte Ausnutzung des Bauraums und ermöglicht zugleich eine besonders unaufwendige Übermittlung der Sensorsignale. Insbesondere tritt die elektrische Anbindung stirnseitig aus der Achseinheit heraus.
Der Magnetfeldsensor ist insbesondere auf wenigstens einer Leiterplatte angeordnet. Die Leiterplatte ist beispielsweise ein Print oder umfasst wenigstens einen solchen. An der Leiterplatte ist vorzugsweise auch wenigstens die Bremseinrichtung, insbesondere die Spuleneinheit, elektrisch angebunden. An der Leiterplatte ist vorzugsweise auch wenigstens eine Anschlussleitung zur Kontaktierung der Bremsvorrichtung angebunden. Es ist bevorzugt und vorteilhaft, dass die Leiterplatte innerhalb der Achseinheit angeordnet ist. Bevorzugt ist auch, dass sich die Anschlussleitung aus der Achseinheit heraus erstreckt.
Insbesondere ist die Leiterplatte dabei in der zuvor beschriebenen Bohrung angeordnet. Insbesondere verläuft die Anschlussleitung durch die Bohrung. Insbesondere tritt die Anschlussleitung an einer Stirnseite aus der Achseinheit heraus. Das bietet eine besonders unaufwendige und zügige Montage und zugleich eine kompakte Unterbringung der entsprechenden Komponenten.
Die Anschlussleitung umfasst insbesondere wenigstens eine Steckereinheit. Beispielsweise ist eine Steckereinheit mit sechs oder acht Pins vorgesehen. So kann die Bremsvorrichtung besonders zügig und zugleich zuverlässig mit der zu bedienen Komponente und beispielsweise einer Fahrzeugelektronik verbunden werden. Durch Aufstecken des Steckers kann die Bedieneinheit auch in der Montageposition (z.B. Halter des Bedienteils) fixiert werden.
Vorzugsweise ist der Magnetfeldsensor in der Achseinheit vergossen und/oder mit wenigstens einem Werkstoff umspritzt. Insbesondere ist dazu die Bohrung wenigstens teilweise mit dem Werkstoff gefüllt. Besonders bevorzugt ist die Leiterplatte in der Achseinheit mit wenigstens einem Werkstoff umspritzt. Vorzugsweise ist ein Kunststoff oder ein anderer geeigneter Werkstoff vorgesehen. So können der Magnetfeldsensor bzw. die Leiterplatte zuverlässig vor äußeren Einflüssen geschützt und zugleich unaufwendig befestigt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Magnetfeldsensor an einem axialen Ende der Achseinheit stirnseitig und besonders bevorzugt stirnseitig zentriert angeordnet. Dabei ist der Magnetfeldsensor teilweise innerhalb der Achseinheit angeordnet. Diese Unterbringung bietet Vorteile sowohl hinsichtlich der Sensorqualität als auch des Montageaufwands sowie des Bauraumbedarfs. Insbesondere ist der Magnetfeldsensor an derjenigen Stirnseite der Achseinheit angeordnet, welche innerhalb des Drehkörpers angeordnet ist. Dabei ist die Magnetringeinheit vorzugsweise außerhalb des Drehkörpers angeordnet. Die Magnetringeinheit kann aber auch innerhalb des Drehkörpers angeordnet sein. In einer solchen Ausgestaltung kann der Magnetfeldsensor in Bezug zur axialen Richtung versetzt zu der Magnetringeinheit angeordnet sein. Der Magnetfeldsensor kann aber auch auf gleicher axialer Längsposition wie die Magnetringeinheit worden sein.
Insbesondere ist der Magnetfeldsensor unmittelbar an und/oder in der Achseinheit befestigt. Beispielsweise kann der Magnetfeldsensor mittels Umspritzen oder dergleichen mit der Achseinheit verbunden sein. Möglich ist aber auch, dass der Magnetfeldsensor mittels wenigstens eine Verbindungsstruktur an der Achseinheit befestigt ist. Der Magnetfeldsensor kann auch wenigstens teilweise in die Stirnseite Achseinheit eingelassen sein. Es es kann auch vorgesehen sein, dass der Magnetfeldsensor an einem axialen Ende der Achseinheit radial angeordnet ist.
Insbesondere umgibt die Magnetringeinheit die Achseinheit wenigstens abschnittsweise ringartig. Insbesondere ist die Magnetringeinheit radial um die Achseinheit angeordnet. Insbesondere ist die Magnetringeinheit in Bezug auf die Längsrichtung der Achseinheit derart angeordnet. Insbesondere sind die Magnetringeinheit und die Achseinheit in einer koaxialen Weise zueinander angeordnet. Dabei ist die Achseinheit vorzugsweise im Zentrum der Anordnung. In einer vorteilhaften und bevorzugten Weiterbildung ist der Magnetfeldsensor wenigstens teilweise zwischen der Magnetringeinheit und der Achseinheit angeordnet. Insbesondere ist der Magnetfeldsensor dann radial innerhalb der Magnetringeinheit angeordnet. Insbesondere umgibt die Magnetringeinheit den Magnetfeldsensor dann ringartig.
Es ist bevorzugt, dass der Drehkörper mittels wenigstens einer Lagereinrichtung auf der Achseinheit drehbar gelagert ist. Zum Beispiel umfasst die Lagereinrichtung wenigstens ein Wälzlager und/oder Gleitlager und/oder wenigstens ein Lager einer anderen geeigneten Bauweise.
Die Bremseinrichtung umfasst vorzugsweise wenigstens eine Keillagereinrichtung. Der Bremseinrichtung kann auch wenigstens eine Keillagereinrichtung zugeordnet sein. Die
Keillagereinrichtung umfasst insbesondere wenigstens einen und vorzugsweise eine Mehrzahl von Wälzkörpern. Es können zylindrische und/oder kugelförmige Wälzkörper vorgesehen sein.
Die Keillagereinrichtung ist dabei insbesondere als ein Wälzlager ausgebildet oder umfasst wenigstens ein solches.
Die Bremseinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, mittels der Keillagereinrichtung und der Spuleneinheit und des magnetorheologischen Mediums die Drehbarkeit des Drehkörpers gezielt zu dämpfen und/oder zu verzögern und/oder zu blockieren. Die Bremseinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, mittels der Keillagereinrichtung und der Spuleneinheit und des magnetorheologischen Mediums ein Moment für die Drehbarkeit des Drehkörpers nach einer Verzögerung bzw. Blockierung auch wieder gezielt zu reduzieren.
Dabei ist die Keillagereinrichtung, insbesondere deren Wälzlager und bevorzugt dessen Wälzkörper, vorzugsweise axial zwischen der Magnetringeinheit und der Bremseinrichtung, insbesondere einer Spuleneinheit der Bremseinrichtung, angeordnet. So ergibt sich eine besonders vorteilhafte Beabstandung der Magnetringeinheit zum Magnetfeld der Spuleneinheit.
Die Dämpfung erfolgt insbesondere über den sogenannten Keileffekt, welcher schon in früheren Patentanmeldungen der Anmelderin offenbart wurde (z. B. in DE 102018100 390.0). Dazu befinden sich Wälzkörper im Drehkörper benachbart zur Spuleneinheit und Achseneinheit. Die Wälzkörper werden von magnetorheologischer Flüssigkeit umgeben. Das Magnetfeld der Spuleneinheit tritt über das Gehäuse des Drehkörpers durch die Walzkörper durch und schließt über die Achseneinheit. Dabei bilden sich im magnetorheologischen Fluid Keile aus, die die Bewegung der Wälzkörper und somit des Drehkörpers bremsen. Die Wälzkörper können Kugeln, zylindrische Walzen oder andere Teile sein.
Der Magnetfeldsensor ist insbesondere axial zwischen der Keillagereinrichtung und der Magnetringeinheit angeordnet. Der Magnetfeldsensor kann auch axial zwischen der Spuleneinheit und der Magnetringeinheit angeordnet sein.
Die Magnetringeinheit ist insbesondere axial zwischen der Keillagereinrichtung und dem Magnetfeldsensor angeordnet. Die Magnetringeinheit kann axial zwischen der Spuleneinheit und dem Magnetfeldsensor angeordnet sein. Solche Ausführungen ermöglichen eine kompakte Bauweise und zugleich eine vorteilhafte Erfassungsqualität.
Es ist möglich, dass der Magnetfeldsensor und/oder die Magnetringeinheit an derjenigen Stirnseite des Drehkörpers angeordnet sind, an welcher auch eine Stirnseite der Achseinheit liegt, aus welcher wenigstens eine Signalleitung des Magnetfeldsensors austritt, sodass die Signalleitung nicht durch ein Magnetfeld der Bremseinrichtung verläuft. Das hat den Vorteil, dass die Signale des Magnetfeldsensors nicht durch das Magnetfeld der Spuleneinrichtung gestört werden. Insbesondere ist auch die Anschlussleitung der Bremsvorrichtung an dieser Stirnseite angeordnet. Unter Stirnseite wird insbesondere ein axialer Endbereich verstanden.
Es ist auch möglich, dass der Magnetfeldsensor und insbesondere auch die Magnetringeinheit an derjenigen Stirnseite des Drehkörpers angeordnet sind, welche eine Stirnseite der Achseinheit gegenüberliegt, aus welcher wenigstens eine Signalleitung des Magnetfeldsensors austritt. In einer solchen Ausgestaltung erfolgt eine Signalübertragung in der Signalleitung vorzugsweise optisch. So werden die Signale des Magnetfeldsensors trotz des Hindurchtretens durch das Magnetfeld der Spuleneinrichtung nicht ungünstig gestört. Insbesondere erfolgt die Signalübertragung wenigstens dort optisch, wo die Signalleitung durch das Magnetfeld der Spuleneinrichtung verläuft. Insbesondere umfasst die Signalleitung wenigstens abschnittsweise wenigstens einen Lichtwellenleiter oder ist als ein solcher ausgebildet. Insbesondere verläuft die Signalleitung wenigstens abschnittsweise durch die Bohrung in der Achseinheit.
Die Signalleitung wird vorzugsweise wenigstens abschnittsweise durch wenigstens eine Bohrung in der Achseinheit bereitgestellt. Vorzugsweise dient die Achseinheit selbst als Lichtwellenleiter. Die Bohrung ist insbesondere die zuvor beschriebene Bohrung. In einer solchen Ausführung ist der Magnetfeldsensor insbesondere stirnseitig an der Achseinheit oder innerhalb der Achseinheit angeordnet.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass die Magnetringeinheit und/oder der Magnetfeldsensor innerhalb einer durch den Drehkörper begrenzten (radialen) Umfangslinie angeordnet sind. Insbesondere stehen die Magnetringeinheit und/oder der Magnetfeldsensor nicht über den (radialen) Umfang des Drehkörpers hinaus. Insbesondere ragen die Magnetringeinheit und/oder der Magnetfeldsensor nicht über einen Radius des Drehkörpers hinaus. Insbesondere sind die Magnetringeinheit und der Magnetfeldsensor radial innerhalb von der Umfangslinie des Drehkörpers angeordnet. Insbesondere wird die Umfangslinie dabei durch den Drehkörper selbst und nicht durch ein auf dem Drehkörper angeordnetes Zusatzteil begrenzt.
Es ist möglich, dass die Magnetringeinheit außerhalb eines von dem Drehkörper begrenzten Aufnahmeraums angeordnet ist. Dabei ist insbesondere zwischen der Magnetringeinheit und dem Drehkörper wenigstens eine Dichtungseinrichtung angeordnet. Insbesondere liegt die Dichtungseinrichtung abdichtend an dem Drehkörper und der Achseinheit an, um das Austreten eines im Aufnahmeraum angeordneten magnetorheologischen Mediums zu verhindern. Die Dichtungseinrichtung umfasst insbesondere wenigstens einen Dichtabschnitt, welcher an der Achseinheit anliegt. Die Dichtungseinrichtung umfasst insbesondere wenigstens einen Dichtabschnitt, welcher an dem Drehkörper anliegt. Die Dichtungseinrichtung umfasst wenigstens eine Schleifdichtung oder ist als eine solche ausgebildet. Möglich ist aber auch, dass die Magnetringeinheit innerhalb des Aufnahmeraums angeordnet ist.
Vorzugsweise ist zwischen der Magnetringeinheit und der Bremseinrichtung, insbesondere deren Spuleneinheit, wenigstens eine insbesondere magnetisch leitfähige Wandung angeordnet. Insbesondere ist die Wandung dazu geeignet und ausgebildet, ein Magnetfeld der Magnetringeinheit derart abzuschirmen, dass dieses nicht in die Bremseinrichtung und/oder den Aufnahmeraum hinein streut und dadurch das magnetorheologische Medium ungünstig beeinflusst.
Die Wandung umfasst dazu insbesondere einen ferromagnetischen und/oder paramagnetischen Werkstoff oder besteht aus einem solchen. Die Wandung kann auch einen diamagnetischen Werkstoff umfassen oder aus einem solchen bestehen. Es ist möglich, dass der Drehkörper und/oder der Kern auch aus einem solchen Werkstoff gefertigt ist. Beispielsweise ist als Werkstoff eine Nickel- Eisen-Legierung mit z. B. 69-82% Nickel vorgesehen. Möglich sind auch andere das Magnetfeld abschirmende Metalle (sog. m-Metalle). Insbesondere weist die Wandung eine relative magnetische Permeabilität von wenigstens 1000 und vorzugsweise wenigstens 10.000 und besonders bevorzugt wenigstens 100.000 oder wenigstens 500.000 auf.
Die Wandung wird vorzugsweise wenigstens teilweise durch eine Stirnwand des Drehkörpers bereitgestellt. Das ist insbesondere eine geschlossene Stirnwand, durch welche sich die Achseinheit nicht erstreckt. Dann ist die Wandung insbesondere einstückig mit dem Drehkörper ausgebildet.
Möglich und bevorzugt ist auch, dass die Wandung eine offen ausgebildete Stirnseite des Drehkörpers wenigstens teilweise verschließt. Dann ist es bevorzugt, dass sich die Achseinheit durch die Wandung erstreckt. Dann weist die Wandung insbesondere wenigstens eine Durchgangsöffnung für die Achseinheit auf.
Möglich und vorteilhaft ist auch, dass die Wandung als eine Tragstruktur für die Dichtungseinrichtung ausgebildet ist. Insbesondere sind an der Wandung jeweils wenigstens ein Dichtabschnitt für die Achseinheit und den Drehkörper befestigt. In solchen Ausführungen ist die Wandung insbesondere an der Achseinheit befestigt.
Es ist möglich, dass der Magnetfeldsensor innerhalb eines von dem Drehkörper begrenzten Aufnahmeraums angeordnet ist. Der Drehkörper stellt insbesondere einen Aufnahmeraum bereit. Insbesondere ist der Magnetfeldsensor mittels wenigstens einer Dichtungseinheit von einem im Aufnahmeraum angeordneten magnetorheologischen Medium getrennt. Die Dichtungseinheit umfasst insbesondere wenigstens einen radial um die Achseinheit verlaufenden Dichtring (O-Ring) oder dergleichen. Die Dichtungseinheit liegt insbesondere abdichtend an dem Drehkörper und der Achseinheit an. Bevorzugt ist, dass der Magnetfeldsensor mittels wenigstens einer Wandung der Achseinheit von dem magnetorheologischen Medium getrennt ist.
Insbesondere ist der Magnetfeldsensor dann wenigstens teilweise in einer stirnseitigen Ausbuchtung des Drehkörpers angeordnet. Insbesondere liegt die Magnetringeinheit dann außerhalb des Drehkörpers. Die Ausbuchtung ist insbesondere zentriert an der Stirnseite angeordnet. In einer solchen Ausgestaltung ist der Magnetfeldsensor insbesondere stirnseitig in und/oder an der Achseinheit angeordnet. Die Ausbuchtung ist insbesondere an der Stirnseite des Drehkörpers angeordnet, aus welcher die Achseinheit nicht heraustritt. Der Magnetfeldsensor kann auch außerhalb des Drehkörpers angeordnet sein.
Es ist möglich und bevorzugt, dass der Magnetfeldsensor dazu geeignet und ausgebildet ist, zusätzlich zu der Drehposition auch wenigstens eine axiale Position des Drehkörpers in Bezug zu der Achseinheit zu erfassen. Insbesondere ist der Magnetfeldsensor dann als ein dreidimensionaler Magnetfeldsensor ausgebildet. Insbesondere erfolgt die Erfassung der axialen Position mittels der Magnetringeinheit. Insbesondere erfolgt die Erfassung der axialen Position mittels einer axialen Position der Magnetringeinheit relativ zum Magnetfeldsensor. Eine solche Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft für eine
Bremsvorrichtung, bei der auch mittels Druck- und Zugbewegungen die Bedienzustände eingestellt werden. Insbesondere ist die Bremsvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, Bedienzustände auch mittels wenigstens einer Druckbewegung einzustellen. Die Druckbewegung erfolgt insbesondere in Richtung der Drehachse für die Drehbewegung des Drehkörpers.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Magnetfeldsensor wenigstens zwei Sensoreinheiten. Insbesondere sind die Sensoreinheiten radial benachbart angeordnet. Vorzugsweise sind die Sensoreinheiten radial um ein gemeinsames Zentrum angeordnet. Das Zentrum liegt insbesondere in einer Längsachse bzw. Drehachse der Achseinheit. Dadurch kann das Messergebnis erheblich verbessert werden. Es ist möglich, dass die Sensoreinheiten auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind. Dabei sind die Sensoreinheiten konzentrisch um die Leiterplatte angeordnet. Insbesondere weisen die Sensoreinheiten jeweils wenigstens einen aktiven Sensorabschnitt auf. Insbesondere sind die Sensoreinheiten von einer gemeinsamen Magnetringeinheit radial umgeben.
Insbesondere ist der Drehkörper um die Achseinheit drehbar. Insbesondere ist die Achseinheit feststehend ausgebildet. Insbesondere stellt die Achseinheit eine Tragstruktur für daran aufgenommene Komponenten und insbesondere für den daran gelagerten Drehkörper und/oder für die Bremseinrichtung und/oder für die Sensoreinrichtung bereit. Es kann vorgesehen sein, dass die Achseinheit in einem bestimmungsgemäß montierten Zustand der Bremsvorrichtung an wenigstens einer Konsole oder dergleichen angebunden ist. Insbesondere umfasst die Achseinheit wenigstens eine Achse, insbesondere Hohlachse, oder ist als eine solche ausgebildet. Insbesondere stellt eine (gedachte) Längsachse der Achseinheit die (gedachte) Drehachse des Drehkörpers bereit. Insbesondere sind die Achseinheit und der Drehkörper in einer koaxialen Weise zueinander angeordnet.
Möglich ist auch, dass die Achseinheit drehbar ist bzw. den drehenden Teil bildet und der die Achse umgebende Drehkörper fest stehend ausgebildet ist. Insbesondere ist die Achseinheit dann im Drehkörper drehbar aufgenommen. Die Achseinheit kann dann auch als Welle bezeichnet werden.
Die elektrische Verbindung des (Magnetfeld-)Sensors erfolgt dann vorzugsweise nicht über Kabel bzw. kabelgebunden, sondern über relativ zueinander bewegbare und nicht fest miteinander gekoppelte Kontakte und z.B. über Schleifkontakte. Die elektrische Verbindung des (Magnetfeld-)Sensors kann auch drahtlos und beispielsweise durch induktive Energie- und Datenübertragung und/oder optische Übertragung und/oder Funkübertragung wie z. B. Wlan, Bluetooth etc. erfolgen. Die elektrische Verbindung des Magnetfeldsensors kann auch über eine Wickelfeder und/oder ein biegsames Kabel erfolgen. Das ist dann vorteilhaft, wenn keine oder nur eine oder nur wenige vollständige Drehungen vorgesehen sind. Insbesondere ist die wenigstens eine Signalleitung des Magnetfeldsensors derart ausgebildet. Es ist möglich, dass auch die elektrische Kontaktierung der Bremseinrichtung (insbesondere der elektrischen Spule) derart ausgebildet ist, z. B. mittels induktiver Stromübertragung.
Der Drehkörper ist insbesondere hülsenartig ausgebildet, und besteht insbesondere aus magnetisch leitendem Material. Insbesondere umfasst der Drehkörper wenigstens eine Drehhülse oder ist als eine solche ausgebildet. Der Drehkörper ist insbesondere als ein Drehknopf ausgebildet. Insbesondere ist der Drehkörper zylindrisch ausgebildet. Der Drehkörper weist insbesondere zwei Stirnseiten und eine sich dazwischen erstreckende zylindrische Wandung auf. Dabei weist der Drehkörper vorzugsweise wenigstens eine verschlossene Stirnseite auf.
Möglich ist auch, dass beide Stirnseiten wenigstens teilweise verschlossen sind. Insbesondere ist der Drehkörper einstückig ausgebildet, wobei insbesondere die zylindrische Wandung mit wenigstens einer Stirnwandung einstückig verbunden ist.
Insbesondere erstreckt sich die Achseinheit in den Drehkörper und vorzugsweise in dessen Aufnahmeraum. Insbesondere ist der Drehkörper derart ausgebildet und auf der Achseinheit angeordnet, dass sich die Achseinheit an einer offenen Stirnseite aus dem Drehkörper heraus erstreckt. Dabei ist insbesondere die andere Stirnseite des Drehkörpers verschlossen.
Die Bremseinrichtung umfasst insbesondere wenigstens eine ansteuerbare Spuleneinheit zur Erzeugung eines gezielten Magnetfeldes. Die Bremseinrichtung und vorzugsweise wenigstens die Spuleneinheit sind insbesondere drehfest an der Achseinheit angeordnet.
Die Bremseinrichtung umfasst insbesondere wenigstens ein magnetorheologisches Medium. Das Medium ist insbesondere ein Fluid, welches vorzugsweise als Träger für Partikel eine Flüssigkeit umfasst. In dem Fluid sind insbesondere magnetische und vorzugsweise ferromagnetische Partikel vorhanden. Möglich ist auch, dass das Medium lediglich Partikel umfasst und auf das Trägermedium verzichtet wird (Vakuum).
Insbesondere ist die Bremseinrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines von der Sensoreinrichtung erfassten Signals ansteuerbar. Vorzugsweise ist eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Bremseinrichtung in Abhängigkeit der Sensoreinrichtung vorgesehen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, in Abhängigkeit des Signals der
Sensoreinrichtung ein gezieltes Magnetfeld mit der Spuleneinheit zu erzeugen. Die Bremseinrichtung ist insbesondere auch eine Dämpfereinrichtung.
Insbesondere ist für das Medium wenigstens ein Aufnahmeraum vorgesehen. Insbesondere wird der Aufnahmeraum durch den Drehkörper bereitgestellt. Es ist möglich, dass in dem Aufnahmeraum weitere Komponenten und beispielsweise die Keillagereinrichtung und/oder die Spuleneinheit und/oder der Magnetfeldsensor und/oder die Magnetringeinheit angeordnet sind. Es ist möglich, dass der Aufnahmeraum in gegeneinander abgedichtete Teilräume unterteilt ist. Vorzugsweise ist ein Teilraum für das magnetorheologische Medium vorgesehen. Insbesondere ist der Magnetfeldsensor in einem anderen Teilraum bzw. nicht in dem Teilraum mit dem Medium angeordnet.
Insbesondere umfasst die Bremsvorrichtung, insbesondere die Bremseinrichtung, wenigstens eine Keillagereinrichtung und vorzugsweise wenigstens ein Wälzlager. Insbesondere ist die Keillagereinrichtung, vorzugsweise deren Wälzkörper, von dem Medium (direkt) umgeben. Vorzugweise umfasst die Bremsvorrichtung wenigstens eine Dichtungseinrichtung und/oder wenigstens eine Dichteinheit, um ein Austreten des Mediums aus dem Aufnahmeraum zu verhindern. Insbesondere ist der Aufnahmeraum gegenüber dem Drehkörper und der Achseinheit abgedichtet. Die
Keillagereinrichtung umgibt die Achseinheit insbesondere radial.
Die Sensoreinrichtung ist insbesondere als ein Absolutwertgeber ausgebildet. Die Sensoreinrichtung kann auch als ein Inkrementalgeber oder als eine andere geeignete Bauart ausgebildet sein. Die Sensoreinrichtung ist insbesondere mit der Steuereinrichtung und/oder der Bremseinrichtung wirkverbunden.
Die Magnetringeinheit ist insbesondere ringförmig geschlossen ausgebildet. Die Magnetringeinheit kann auch ringförmig offen ausgebildet sein. Insbesondere umfasst die Magnetringeinheit wenigstens einen Permanentmagnet oder ist als ein solcher ausgebildet. Insbesondere stellt die Magnetringeinheit wenigstens einen magnetischen Nordpol und wenigstens einem magnetischen Südpol bereit. Der Magnetringeinheit ist insbesondere wenigstens eine Abschirmeinrichtung zur Abschirmung ihres Magnetfeldes von dem Magnetfeld der Spuleneinheit zugeordnet. Die Abschirmeinrichtung umfasst insbesondere die zuvor beschriebene Wandung oder wird durch diese bereitgestellt.
Der Magnetfeldsensor ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, die Ausrichtung des Magnetfeldes der Magnetringeinheit zu erfassen. Insbesondere ist der Magnetfeldsensor als ein Hall-Sensor (insbesondere 3D-Hall- Sensor) ausgebildet oder umfasst wenigstens einen solchen.
Möglich sind auch andere geeignete Sensortypen zur Erfassung des Magnetfeldes der Magnetringeinheit.
Eine für die Verwendung mit der Erfindung geeignete Bremseinrichtung wird auch in der Patentanmeldung DE 102018 100 390.0 beschrieben. Die gesamte Offenbarung der DE 102018 100 390.0 wird hiermit Teil des Offenbarungsgehalts der vorliegenden Anmeldung.
In allen Ausgestaltungen ist besonders bevorzugt wenigstens eine Abschirmeinrichtung zur wenigstens teilweisen Abschirmung der Sensoreinrichtung vor einem Magnetfeld einer bzw. der Spuleneinheit (elektrische Spule) der Bremseinrichtung umfasst. Die Abschirmeinrichtung umfasst wenigstens einen die Magnetringeinheit (wenigstens abschnittsweise und insbesondere vollständig) umgebenden Abschirmkörper und wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper und der Magnetringeinheit angeordnete Trenneinheit und wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper und dem Drehkörper angeordnete magnetische Entkopplungseinrichtung. Die Trenneinheit und die Entkopplungseinrichtung weisen insbesondere eine um ein Vielfaches geringere magnetische Leitfähigkeit als der Abschirmkörper auf.
Der Abschirmkörper ist insbesondere nicht zwischen dem Magnetfeldsensor und der Magnetringeinheit angeordnet, sodass der Abschirmkörper den Magnetfeldsensor nicht von dem zu erfassenden Magnetfeld der Magnetringeinheit abschirmt.
Vorzugsweise umgibt der Abschirmkörper die Magnetringeinheit wenigstens an einer radialen Außenseite wenigstens abschnittsweise und/oder der Abschirmkörper umgibt die Magnetringeinheit wenigstens an wenigstens einer axialen Seite wenigstens abschnittsweise, welche der Spuleneinheit der Bremseinrichtung zugewandt ist.
Vorzugsweise ist der Abschirmkörper als ein Abschirmring mit einem L-förmigen oder U-förmigen Querschnitt ausgebildet.
Die Trenneinheit umfasst insbesondere wenigstens einen zwischen dem Abschirmkörper und der Magnetringeinheit verlaufenden Spalt und wenigstens ein in dem Spalt angeordnetes Füllmedium. Das Füllmedium verbindet vorzugsweise die Magnetringeinheit drehfest mit dem Abschirmkörper.
Die Anmelderin behält sich vor, eine Sensorvorrichtung zu beanspruchen, welche wenigstens eine Achseinheit und wenigstens einen relativ zur Achseinheit drehbaren Drehkörper wenigstens eine Sensoreinrichtung wenigstens zur Erfassung einer Drehposition des Drehkörpers umfasst. Dabei sind die Achseinheit, der Drehkörper und die Sensoreinrichtung wie hier für die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung beschrieben ausgebildet.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
In den Figuren zeigen:
Figur 1 eine rein schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung in einer geschnittenen Seitenansicht;
Fig. 2-4 rein schematische Darstellungen weiterer
Ausgestaltungen der Bremsvorrichtung in geschnittenen Seitenansichten;
Fig. 5 eine rein schematische Darstellung einer Achseinheit einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung in einer geschnittenen Seitenansicht;
Fig. 6-7a rein schematische Darstellungen weiterer
Bremsvorrichtungen in geschnittenen Seitenansichten;
Fig. 7b-7d Detailansichten der Bremsvorrichtung der Fig. 7a;
Fig. 7e eine schematische Darstellung eines Verlaufs eines Sensorsignals; und
Fig. 8a-8e schematische dreidimensionale Ansichten von Bremsvorrichtungen.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 1, welche hier als Bedieneinrichtung 100 ausgebildet ist und einen drehbaren und als Fingerwalze 23 bzw. Daumenwalze 102 ausgebildeten Drehkörper 3 zur Einstellung von Bedienzuständen aufweist. Die Bedienung erfolgt hier also wenigstens durch Drehen des Drehkörpers 3.
Der Drehkörper 3 ist mittels einer hier nicht näher gezeigten Lagereinrichtung auf einer Achseinheit 2 drehbar gelagert. Die Achseinheit 2 bildet hier eine erste Bremskomponente 2 und der Drehkörper bildet die zweite Bremskomponente 3. Der Drehkörper 3 kann auch mittels einer hier als Wälzlager ausgebildeten Keillagereinrichtung 6 auf einer Achseinheit 2 drehbar gelagert sein. Bevorzugt ist die Keillagereinrichtung 6 jedoch nicht oder nur teilweise für die Lagerung 22 des Drehkörpers 3 auf der Achseinheit 2 vorgesehen, sondern dient für die nachfolgend vorgestellte Bremseinrichtung 4. Dabei dienen die Wälzkörper der Keillagereinrichtung 6 hier als die nachfolgend näher beschriebenen Bremskörper 44.
Die Achseinheit 2 kann an einem zu bedienenden Objekt und beispielsweise in einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs oder an einem Medizingerät oder Smart Device montiert werden. Dazu kann die Achseinheit 2 hier nicht näher dargestellte Montagemittel aufweisen.
Es kann hier vorgesehen sein, dass der Drehkörper 3 auch in Längsrichtung bzw. entlang der Drehachse auf der Achseinheit 2 verschiebbar ist. Dann erfolgt eine Bedienung sowohl über das Drehen als auch ein Drücken und/oder Ziehen bzw. Verschieben des Drehknopfs 3. Der Drehkörper 3 ist hier hülsenartig ausgebildet und umfasst eine zylindrische Wand und eine einstückig damit verbundene Stirnwand. An einer offenen Stirnseite des Drehkörpers 3 tritt die Achseinheit 2 heraus.
Die Fingerwalze 23 kann mit einem hier gestrichelt angedeuteten Zusatzteil 33 ausgestattet sein. Dadurch wird eine Durchmesservergrößerung erreicht, sodass die Drehbarkeit erleichtert wird, zum Beispiel bei einem mit einem Finger drehbaren Rad einer Computermaus 103 oder Gamecontroller, insbesondere einem Gamepad 105, oder einem Drehrad bei einer Computertastatur-Daumenwalze 102.
Die Drehbewegung des Drehknopfs 3 ist hier durch eine in einem Aufnahmeraum 13 im Inneren des Drehknopfs 3 angeordnete magnetorheologische Bremseinrichtung 4 gedämpft. Die Bremseinrichtung 4 erzeugt mit einer Spuleneinheit 24 ein Magnetfeld, das auf ein im Aufnahmeraum 13 befindliches magnetorheologisches Medium 34 einwirkt. Das führt zu einer lokalen und starken Vernetzung von magnetisch polarisierbaren Partikeln im Medium 34. Die Bremseinrichtung 4 ermöglicht dadurch eine gezielte Verzögerung und sogar ein vollständiges Blockieren und insbesondere auch ein gezieltes Freigeben der Drehbewegung.
So kann mit der Bremseinrichtung 4 eine haptische Rückkopplung während der Drehbewegung des Drehkörpers 3 erfolgen, beispielsweise durch eine entsprechend wahrnehmbare Rasterung bzw. durch dynamisch einstellbare Anschläge.
Zur Versorgung und Ansteuerung der Spuleneinheit 24 umfasst die Bremseinrichtung 4 hier eine elektrische Anbindung 14, welche beispielsweise in der Art einer Leiterplatte 35 bzw. Prints oder als Kabelleitung ausgebildet ist. Die Anschlussleitung 11 erstreckt sich hier durch eine in Längsrichtung der Achseinheit 2 verlaufende Bohrung 12.
Der Aufnahmeraum 13 ist hier mit einer Dichtungseinrichtung 7 und einer Dichtungseinheit 17 nach außen abgedichtet, um ein Austreten des Mediums 34 zu verhindern. Das Medium 34 ist hier ein magnetorheologisches Medium 34. Dabei verschließt die Dichtungseinrichtung 7 die offene Stirnseite des Drehkörpers 3. Dazu liegt ein erstes Dichtteil 27 an der Innenseite des Drehkörpers 3 an. Ein zweites Dichtteil 37 liegt an der Achseinheit 3 an. Die Dichtteile 27, 37 sind hier an einer als Wandung 8 ausgebildeten Tragstruktur befestigt und/oder ausgebildet.
Die Dichtungseinheit 17 ist hier als O-Ring ausgebildet und umgibt die Achseinheit 3 radial. Die Dichtungseinheit 17 liegt an der Achseinheit 2 und dem Drehkörper 3 an. Dadurch wird der mit dem Medium 34 befüllte Teil des Aufnahmeraums 13 gegenüber einem anderen Teil des Aufnahmeraums 13 abgedichtet.
Um die Drehposition des Drehkörpers 3 zu überwachen zur Ansteuerung der Bremseinrichtung 4 einsetzen zu können, ist hier eine Sensoreinrichtung 5 vorgesehen. Die Sensoreinrichtung 5 umfasst eine Magnetringeinheit 15 und einen Magnetfeldsensor 25.
Die Magnetringeinheit 15 ist hier diametral polarisiert und weist einen Nordpol und einen Südpol auf. Der hier als Hall-Sensor ausgebildete Magnetfeldsensor 25 misst das von der Magnetringeinheit 15 ausgehende Magnetfeld und ermöglicht so eine zuverlässige Bestimmung des Drehwinkels.
Zudem ist der Magnetfeldsensor 25 hier bevorzugt dreidimensional ausgebildet, sodass zusätzlich zur Rotation auch eine axiale Verschiebung des Drehkörpers 3 gegenüber der Achseinheit 2 gemessen werden kann. Dadurch können sowohl die Drehung als auch eine Druckknopf-Funktion (Push/Pull) gleichzeitig mit demselben Magnetfeldsensor 25 gemessen werden. Die Bremsvorrichtung 1 kann aber auch nur mit einer Drehfunktion ausgestattet sein.
Die Sensoreinrichtung 5 ist besonders vorteilhaft in die Bremsvorrichtung 1 integriert. Dazu ist der Magnetfeldsensor 25 hier in die Bohrung 12 der Achseinheit 2 eingesetzt. Die Magnetringeinheit 15 umgibt den Magnetfeldsensor 25 radial und ist an dem Drehkörper 3 befestigt. Das hat den Vorteil, dass nicht Längentoleranzen, sondern nur genau herzustellende Durchmesser-Toleranzen zur Geltung kommen. Die radiale Lagerluft zwischen dem sich drehenden Drehkörper 3 und der stillstehenden Achseinheit 2 sind entsprechend gering und auch in der Serienfertigung gut beherrschbar.
Ein weiterer Vorteil ist, dass axiale Bewegungen bzw. Verschiebungen zwischen Drehkörper 3 und Achseinheit 2 das Sensorsignal nicht ungünstig beeinflussen, da in die radiale Richtung gemessen wird und der radiale Abstand für die Qualität des Messsignals im Wesentlichen maßgebend ist.
Ein Vorteil ist auch, dass die hier gezeigte Anordnung besonders unempfindlich gegen Verschmutzung und Flüssigkeiten ist, da der Sensor innen liegend angeordnet ist. Zudem kann der Magnetfeldsensor 25 in der Bohrung 12 beispielsweise mit einem Kunststoff umspritzt werden.
Um die Unterbringung des Magnetfeldsensor 25 weiter zu verbessern, ist dieser hier auf einer Leiterplatte 35 bzw. Print angeordnet. Dabei ist hier an der Leiterplatte 35 auch die Spuleneinheit 24 bzw. deren Anbindung 14 kontaktiert.
Des Weiteren ist an der Leiterplatte 35 auch die Anschlussleitung 11 angebunden, über welche die gesamte Bremsvorrichtung 1 mit dem zu bedienenden System verbunden wird. So kann an der Leiterplatte 35 beispielsweise ein 6- oder 8-poliger Stecker befestigt werden, über den dann sowohl der Magnetfeldsensor 25 als auch die Spuleneinheit 24 mit der entsprechenden Steuerung verbunden werden. In der Anschlussleitung 11 ist hier auch die Signalleitung 45 zum Übermitteln des Sensorsignals angeordnet. So kann die Bremsvorrichtung 1 besonders einfach und schnell installiert werden. Um das ganze System besonders robust gegenüber Fehlern und Störungen zu gestalten, kann die Leiterplatte 35 in der Bohrung 12 mitsamt des Magnetfeldsensors 25 in der Achseinheit 2 vergossen werden.
In der Figur 2 ist eine Ausgestaltung der Bremsvorrichtung 1 gezeigt, welche sich im Wesentlichen in der konstruktiven Unterbringung der Sensoreinrichtung 5 von der zuvor beschriebenen Ausführung unterscheidet. Dabei ist die Magnetringeinheit 15 hier an derjenigen Stirnseite des Drehkörpers 3 angeordnet, welche verschlossen ist bzw. durch welche sich nicht die Achseinheit 2 erstreckt.
Für den Magnetfeldsensor 25 ist hier eine besonders Bauraum sparende Unterbringung innerhalb der Achseinheit und innerhalb des Drehkörpers 3 vorgesehen. Dazu ist der Magnetfeldsensor 25 mit einem aktiven Sensorteil im Aufnahmeraum 13 angeordnet. Ein anderer Teil des Magnetfeldsensors 25 erstreckt sich in die Achseinheit 2 und ist dort befestigt. Dabei liegt der Magnetfeldsensor 25 in dem Teil des Aufnahmeraums 13, welcher durch die Dichtungseinheit 17 von dem Teil mit dem Medium 34 abgetrennt ist. Dieser Teil des Aufnahmeraums 13 liegt hier in einer zentralen Ausbuchtung des Drehkörpers 3. Dabei ist der Magnetfeldsensor 25 hier an einer Stirnseite der Achseinheit 2 befestigt.
Die axial versetzte Positionierung der Magnetringeinheit 15 ist hier stark schematisiert und kann beispielsweise auch enger an dem Drehkörper 3 anliegend erfolgen, sodass die Magnetringeinheit 15 den Magnetfeldsensor 25 ringförmig umgibt.
Bei der hier gezeigten Ausgestaltung ist der Magnetfeldsensor 25 an derjenigen Stirnseite des Drehkörpers 3 angeordnet, welche der Austrittsseite für die Signalleitung 45 bzw. die Anschlussleitung 11 gegenüberliegt. Daher wird das Sensorsignal hier durch die Bohrung 12 in der Achseinheit 2 zur gegenüberliegenden Seite geleitet und muss daher das Magnetfeld der Spuleneinheit 24 passieren.
Um eine Störung des Signals zu vermeiden, erfolgt die Signalübertragung hier optisch. Dazu wird das Lichtsignal hier einfach durch die Bohrung 12 der Achseinheit 2 hindurchgestrahlt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Signalleitung 45 wenigstens im Bereich der Spuleneinheit 24 als ein Lichtwellenleiter ausgebildet ist. Zum Senden bzw. Empfangen der Signale sind entsprechende hier nicht näher dargestellte Fotodioden vorgesehen.
Die Figur 3 zeigt eine Ausgestaltung, welche sich im Wesentlichen im konstruktiven Aufbau der Achseinheit 2 von den zuvor beschriebenen Ausführungen unterscheidet. Dabei umfasst die Achseinheit 2 hier einen Achsabschnitt 415, welcher den Magnetfeldsensor 25 radial umgibt. Der Achsabschnitt 415 weist eine geringere magnetische Leitfähigkeit auf als ein Kern 21, welcher hier eine Wicklung der elektrischen Spule 24 der Bremseinrichtung 4 trägt. So kann das Magnetfeld der Magnetringeinheit 15 die Achseinheit 2 im Bereich des Magnetfeldsensors 25 besonders gut durchdringen, sodass eine verbesserte Sensorauflösung möglich ist.
Der Kern 21 stellt hier einen tragenden zweiten Achsabschnitt 425 der Achseinheit 2 bereit. Dazu sind die Achsabschnitte 415, 425 hier fest miteinander verbunden und z. B. verschraubt. Die Achsabschnitte 415, 425 sind hier so bemessen, dass das Dichtteil 37 auf dem Kern 21 aufliegt. Da der Kern 21 hier aus einem härteren Werkstoff als der Achsabschnitt 415 besteht, wird so ein Einlaufen des Dichtteils 37 auf der Achseinheit 2 zuverlässig vermieden.
In der Figur 4 ist eine Ausgestaltung der Achseinheit 2 gezeigt, bei welcher der zweite Achsabschnitt 425 den ersten Achsabschnitt 415 abschnittsweise radial umgibt. Der zweite Achsabschnitt 425 wird hier wieder durch den Kern 21 für die Spule 24 bereitgestellt. Dabei ist der erste Achsabschnitt 415 im axialen Bereich des Magnetfeldsensors 25 freiliegend ausgebildet. So wird der Magnetfeldsensor 25 dort nicht vom Kern 21 abgeschirmt. Im Bereich der Bremseinrichtung 4 umgibt der zweite Achsabschnitt 425 bzw. der Kern 21 dann den ersten Achsabschnitt 415 radial. Dadurch kann der Kern 21 besonders unaufwendig montiert werden.
Bei den in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungen ist die Wandung 8 magnetisch leitfähig ausgebildet. Dadurch kann verhindert werden, dass sich das Magnetfeld der Magnetringeinheit 15 und das Magnetfeld der Spuleneinheit 24 gegenseitig ungünstig beeinflussen. Beispielsweise ist die Wandung 8 aus einem Magnetfeld abschirmenden Metall und beispielsweise aus einem Metall mit einer relativen magnetischen Permeabilität von wenigstens 100.000 ausgebildet. Beispielsweise ist die Wandung 8 aus einer Nickel-Eisen-Legierung gefertigt. Zugleich dient die Wandung 8 hier als Anbindung für die Dichtungseinrichtung 7. Um das Magnetfeld der in der Figur 2 gezeigten Magnetringeinheit 15 von dem Magnetfeld der Spuleneinheit 24 abzuschirmen, ist dort die Stirnseite des Drehkörpers 3 aus einem magnetisch leitfähigen Material gefertigt.
Die Figur 5 zeigt eine Detaildarstellung einer Achseinheit 2, welche hier aus drei Achsabschnitten 415, 425, 435 besteht. Dabei dient ein erster Achsabschnitt 415 als Aufnahme für den Magnetfeldsensor 25 und ist dazu wie zuvor mit Bezug zu den Figuren 3 und 4 beschrieben ausgebildet. Daran angebunden ist hier ein zweiter Achsabschnitt 425, welcher durch den Kern 21 gebildet wird. Daran schließt sich sich hier ein dritter Achsabschnitt 435 an, welcher das axiale Ende der Achseinheit 2 bildet. Dadurch kann an dem dritten Achsabschnitt 435 zum Beispiel der Drehkörper 3 befestigt werden. Möglich ist auch, dass sich an den dritten Achsabschnitt 435 ein weiterer Kern 21 anschließt. So kann ein entsprechend weitläufiges Magnetfeld mit einer starken Bremswirkung erzeugt werden.
Die Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung mit einer Abschirmeinrichtung 9 zur Abschirmung der Sensoreinrichtung 5 vor dem Magnetfeld der Spuleneinheit 24 der Bremseinrichtung 4. Die hier gezeigte Bremsvorrichtung 1 unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Bremsvorrichtungen 1 neben der Abschirmeinrichtung 9 insbesondere auch durch die Ausgestaltung des Drehkörpers 3 und des Zusatzteils 33. Die hier gezeigte Bremsvorrichtung 1 ist beispielsweise ein Mausrad 106 einer Computermaus 103 oder eine Fingerwalze 23 oder eine Daumenwalze 102.
Der Drehkörper 3 ist hier als eine zylindrische Hülse ausgebildet und an seiner Außenseite vollständig von dem Zusatzteil 33 umgeben. Dabei schließt das Zusatzteil 33 den Drehkörper 3 an derjenigen radialen Stirnseite ab, welche von der Magnetringeinheit 15 abgewandt ist.
Das Zusatzteil 33 weist eine radial umlaufende Erhebung mit einem erheblich vergrößerten Durchmesser auf. Dadurch eignet sich die hier gezeigte Bremsvorrichtung 1 besonders gut als Mausrad 106 einer Computermaus 103 oder dergleichen. Die Erhebung ist hier mit einer Nut ausgestaltet, in welche hier ein besonders griffiger Werkstoff und z. B. Gummi eingebettet ist.
Die hier gezeigte Bremsvorrichtung 1 weist zwei voneinander beabstandete Keillagereinrichtungen 6 auf. Die
Keillagereinrichtungen 6 sind jeweils mit mehreren radial um die Achseinheit 2 angeordneten Bremskörpern 44 ausgestattet. Zwischen den Keillagereinrichtungen 6 ist die Spuleneinheit 24 angeordnet. Die Bremskörper 44 sind hier beispielsweise Wälzkörper, welche sich an der Innenseite des Drehkörpers 3 bzw. der Außenseite der Achseinheit 2 abrollen bzw. dort angeordnet sind und einen geringen und insbesondere minimalen Abstand zu der Außenseite der Achseinheit aufweisen. Die Magnetringeinheit 15 ist drehtest mit dem Drehkörper 3 gekoppelt, sodass die Magnetringeinheit 15 bei einer Drehung des Drehkörpers 3 mitgedreht wird. Der Magnetfeldsensor 25 ist hier in die Bohrung 12 der Achseinheit 2 eingesetzt. Die Magnetringeinheit 15 umgibt den Magnetfeldsensor 25 radial und ist axial endständig angeordnet. Der Magnetfeldsensor 25 ist hier mit einem axialen Versatz zum axialen Zentrum der Magnetringeinheit 15 angeordnet. Dadurch ergibt sich eine besonders hochauflösende und reproduzierbare Sensierung der axialen Position des Drehkörpers 3 in Bezug zur Achseinheit 2.
Die Abschirmeinrichtung 9 umfasst einen hier als Abschirmring 190 ausgebildeten Abschirmkörper 19. Die Abschirmeinrichtung 9 umfasst zudem eine Trenneinheit 29, welche hier durch einen mit einem Füllmedium 291 gefüllten Spalt 290 bereitgestellt wird. Zudem umfasst die Abschirmeinrichtung 9 eine magnetische Entkopplungseinrichtung 39, welche hier durch eine Entkopplungshülse 390 und einen Entkopplungsspalt 391 bereitgestellt wird.
Die Entkopplungshülse 190 umfasst hier eine Axialwand 392, an welcher die Dichtungseinrichtung 7 angeordnet ist. Zudem kann an der Axialwand 392 eine hier nicht näher dargestellte Lagereinrichtung 22 angeordnet sein.
Der Abschirmkörper 19 ist hier mit einem L-förmigen Querschnitt ausgestattet und aus einem magnetisch besonders leitfähigen Werkstoff gefertigt. Der Abschirmkörper 19 umgibt die Magnetringeinheit 15 an ihrer radialen Außenseite und an ihrer der Spuleneinheit 24 zugewandten axialen Seite. Zur magnetischen Entkopplung ist zwischen dem Abschirmkörper 19 und der Magnetringeinheit 15 der Spalt 290 angeordnet und mit einem Füllmedium 291 gefüllt. Dabei weist das Füllmedium 291 eine besonders geringe magnetische Leitfähigkeit auf. Zudem ist die Magnetringeinheit 15 über das Füllmedium 291 an dem Abschirmkörper 19 befestigt. Zwischen dem Drehkörper 3 und dem Abschirmkörper 19 wird eine magnetische Entkopplung durch die Entkopplungseinrichtung 39 erreicht. Dazu weisen die Entkopplungshülse 390 und ein im Entkopplungsspalt 391 angeordnetes Füllmedium 291 ebenfalls eine besonders geringe magnetische Leitfähigkeit auf. Die Entkopplungshülse 391 ist hier drehfest mit dem Abschirmkörper 19 und dem Zusatzteil 33 sowie dem Drehkörper 3 verbunden.
Um den Drehkörper 3 noch besser von der Sensoreinrichtung 5 entkoppeln zu können, ist der Drehkörper 3 hier axial beabstandet zur Entkopplungshülse 390 angeordnet. Das Ende des Drehkörpers 3, welches der Magnetringeinheit 15 zugewandt ist, ragt dabei nicht über den Bremskörper 44 hinaus. Zudem ist der Drehkörper 3 gegenüber dem Zusatzteil 33 axial zurückversetzt bzw. verkürzt. Dadurch ergibt sich auf sehr kleinem Bauraum eine besonders vorteilhafte magnetische und räumliche Trennung von Drehkörper 3 und Entkopplungshülse 390.
Da das Magnetfeld der Spuleneinheit 24 für die Bremswirkung über den Drehkörper 3 fließt, bietet eine solche Ausgestaltung eine besonders gute Abschirmung. Damit dieser magnetische Fluss den Magnetfeldsensor 25 möglichst wenig beeinflusst, wird der Drehkörper 3 in axialer Richtung früher beendet und das magnetisch nicht leitende Zusatzteil 33 übernimmt die konstruktiven Funktionen (Lagerstelle, Dichtstellen...). Der Abstand zum Magnetfeldsensor 25 ist dadurch auch größer und die Baugruppe wird insgesamt leichter.
Der Drehkörper 3 ist aus einem magnetisch besonders leitfähigen Material. Das Zusatzteil 33 und die Entkopplungshülse 390 sind hingegen aus einem magnetisch nicht leitfähigen Material. Der Abschirmkörper 19 und der Drehkörper 3 sind hier beispielsweise aus einem m-Metall. Die hier als magnetisch nicht leitfähig beschriebenen Komponenten bestehen beispielsweise aus Kunststoff und weisen eine relative magnetische Permeabilität von kleiner 10 auf. Die problematischen Felder, die die Drehwinkelmessung in der Regel stören können, sind vor allem die Felder in radialer Richtung. Diese Felder werden hier mit einem als Mantel wirkenden Abschirmkörper 19 aus geeignetem Material abgeschirmt, z. B. magnetisch leitendem Stahl. Zusätzlich kann so das Magnetfeld der Magnetringeinheit 15 noch verstärkt werden. Dadurch kann die Magnetringeinheit 15 kleiner (dünner) dimensioniert werden und so Material, Bauvolumen und Herstellungskosten eingespart werden.
Die Konstruktion wird erfindungsgemäß auch dadurch verbessert, dass die Wandstärke des Abschirmkörpers 19 variiert wird und ein Spalt 290 zwischen Magnetringeinheit 15 und Abschirmkörper 19 vorgesehen ist. Durch den Spalt 290 zwischen Magnetringeinheit 15 und Abschirmkörper 19 kann die Abschirmung und die Verstärkung optimal angepasst werden. Das Material des Abschirmkörpers 19 ist hier so gewählt, dass es nicht in magnetische Sättigung geht, damit äußere Magnetfelder ausreichend abgeschirmt werden (Material in Sättigung lässt Magnetfelder gleich wie Luft durch, also mit der magnetischen Feldkonstante mq). Bei vorteilhafter Auslegung des Spaltes 290 zwischen Magnetringeinheit 15 und Abschirmkörper 19 schließt sich das Magnetfeld nicht zu stark über den Abschirmkörper 19 und das Feld in im Zentrum beim Magnetfeldsensor 25 ist ausreichend homogen und wird erhöht verglichen mit einem Magnetringeinheit 15 gleicher oder größer ohne Abschirmkörper 19.
Die hier gezeigte Dimensionierung der Abschirmeinrichtung 9 ist besonders gut für ein Mausrad 106 einer Computermaus 103 geeignet und weist beispielsweise die nachfolgenden Abmessungen auf. Der Abschirmring 190 ist 0,5 mm dick, der Abstand zwischen Abschirmring 190 und Magnetringeinheit 15 auch 0,5 mm, die Breite der Magnetringeinheit 15 ist 2 mm und der Durchmesser der Magnetringeinheit 15 ist 8 mm. In diesem Fall ist das mögliche Störfeld von der Spuleneinheit 24 bei 140 mT, dadurch ergibt sich ein möglicher Fehler in der Winkelmessung von 0,1° (vgl. Erdmagnetfeld: ca. 48mT in Europa). Figur 7a zeigt eine Variante, bei der eine Push-Pull-Funktion integriert ist. Ein Taster 474 kann betätigt werden und wird automatisch zurückgestellt. Die Durchmesser der beiden Lagerstellen 412, 418 sind hier gleich groß gewählt. Dadurch ändert sich bei einer relativen axialen Verschiebung der ersten Bremskomponente 2 (entspricht der Achseinheit) zu der zweiten Bremskomponente 3 (entspricht dem Drehkörper) das Volumen innerhalb der Kammer nicht. Eine Verschiebung der ersten Bremskomponente 2 in der Orientierung von Figur 7a nach links hin führt dazu, dass der Abstand des Magnetfeldsensors 25 von der Magnetringeinheit 15 vergrößert bzw. verändert wird.
Durch eine Axialverschiebung verändert sich das empfangene Signal 468 gemäß der Darstellung von Figur 7e. Figur 7e zeigt den Verlauf der Amplitude 469 des durch den Magnetfeldsensor 25 detektierten Signals 468 in Abhängigkeit zur axialen Verschiebung der Bremskomponenten 2, 3 (horizontale Achse) dargestellt. Durch eine axiale Verschiebung des Magnetfeldsensors 25 gegenüber der Magnetringeinheit 15 verändert sich die Amplitude 469 des detektierten Signals 468. Eine axiale Verschiebung bzw. ein Herunterdrücken des Zusatzteils 33 oder eine seitliche Verschiebung des Zusatzteils 33 kann so detektiert werden. Mit dem gleichen Magnetfeldsensor 25 kann auch der Drehwinkel erfasst werden, wobei zur Erfassung des Drehwinkels die Richtung des Magnetfeldes ermittelt wird. Die Intensität bestimmt die axiale Position. Aus einer Veränderung des Signals 468 kann deshalb auf eine axiale Betätigung der Bremsvorrichtung 1 bzw. des Tasters 474 geschlossen werden. Das ist vorteilhaft, da ein einziger (mehrdimensionaler) Hallsensor zur Bestimmung der Winkelposition und der Bestimmung einer Axialposition verwendet werden kann.
In der Figur 7a ist die erste Bremskomponente 2 im Inneren der zweiten Bremskomponente 3 angeordnet und wird durch einen Halter 404 formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten. Der Halter 404 kann beispielsweise an einer externen Konsole oder an einem Gerät befestigt werden. Der Halter 404 wird regelmäßig drehfest befestigt. Die zweite Bremskomponente 3 ist relativ zu der ersten Bremskomponente 2 kontinuierlich drehbar daran aufgenommen.
Der Halter 404 kann, wie in Figuren 7b und 7c dargestellt, bevorzugt zweiteilig ausgeführt sein. Dadurch wird vor allem die Montage der elektrischen Leitungen und insbesondere der Sensorleitung 45 innerhalb der ersten Bremskomponente 2 vereinfacht. Die Kabel können durch die hier offene Kabeldurchführung bzw. Bohrung 12 gelegt werden.
In Figur 7d ist die Sensoreinrichtung 5 noch einmal im Detail dargestellt. Die erste Bremskomponente 2 und die hier als Drehteil ausgeführte zweite Bremskomponente 3 sind nur angedeutet (gestrichelte Linien). Die Sensoreinrichtung 5 stützt sich über die Entkopplungseinrichtung 39 an der drehbaren zweiten Bremskomponente 3 magnetisch entkoppelt ab. Die Abschirmeinrichtung 9 besteht hier aus einem dreiteiligen Abschirmkörper 19. Darüber hinaus ist außerdem noch eine Trenneinheit 29 zur magnetischen Trennung vorhanden. Die Magnetringeinheit 15 wird zum Messen der Orientierung bzw. des Drehwinkels der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 genutzt. Der Magnetfeldsensor 25 ist innerhalb der ersten Bremskomponente 2 angeordnet. Kleine relative axiale Verschiebungen können außerdem genutzt werden, um ein Herunterdrücken beispielsweise eines Bedienknopfs 101 zu detektieren.
Figuren 8a bis 8f zeigen Geräte, welche mit der Erfindung ausgestattet sind. Die Bremsvorrichtungen 1 sind hier jeweils als haptische Bedieneinrichtung 100 ausgeführt.
Figur 8a zeigt einen haptischen Bedienknopf 101. Der Bedienknopf ist über eine Konsole 50 befestigt. Der Bedienknopf 101 wird über das Hülsenteil bedient. Die Benutzerschnittstelle kann zusätzlich genutzt werden, um Informationen zu übermitteln.
In Figur 8b ist die Bremsvorrichtung 1 als Daumenwalze 102 mit haptischer Bedieneinrichtung 100 dargestellt. Die Daumenwalze 102 ist bevorzugt beispielsweise in Lenkrädern einsetzbar. Die Daumenwalze 102 ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Die Daumenwalze 102 kann allgemein je nach Einbausituation auch mit jedem anderen Finger nutzbar sein.
In Figur 8c und Figur 8d ist die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 1 als Mausrad 106 einer Computermaus 103 ausgeführt. Die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 kann genutzt werden, um ein haptisches Feedback zu steuern.
Figur 8e zeigt einen Joystick 104 mit einer Bremsvorrichtung 1 als haptische Bedieneinrichtung 100. Figur 8f zeigt ein Gamepad 105 mit der Bremsvorrichtung 1, um dem Spieler in Abhängigkeit der Spielsituation ein haptisches Feedback zu geben.
Der vorzugsweise niederlegierte Stahl kann ein Restmagnetfeld behalten. Der Stahl wird vorzugsweise regelmäßig oder bei Bedarf entmagnetisiert (u.a. durch ein spezielles Wechselfeld).
Bevorzugt wird für die vom Magnetfeld durchflossenen Komponenten der Werkstoff FeSi3P (Siliziumstahl bzw. Silicon Steel) oder ein artverwandter Werkstoffe verwendet.
In allen Fällen kann eine Sprach- oder Geräuschsteuerung durchgeführt werden. Mit der Sprachsteuerung kann die Bremseinrichtung adaptiv gesteuert werden.
Wenn die Dreheinheit nicht gedreht wird, d. h. der Winkel ist konstant, wird vorzugsweise über die Zeit der Strom kontinuier lich verringert. Der Strom kann auch geschwindigkeitsabhängig (Drehwinkelgeschwindigkeit der Dreheinheit) variiert werden.
Das vorgestellte Prinzip des Sensoraufbaus ist nicht nur rein auf magnetorheologische Drehdämpfer beschränkt, sondern kann auf jedes Gerät mit drehbaren Teilen angewendet werden, wo eine besonders vorteilhafte Messung des Drehwinkels gewünscht wird. Bezugszeichenliste:
1 Bremsvorrichtung 104 Joystick
2 Achseinheit 105 Gamepad
3 Drehkörper 106 Mausrad
4 Bremseinrichtung 190 Abschirmring
5 Sensoreinrichtung 226 Rasterpunkt
6 Keillagereinrichtung 228 Endanschlag
7 Dichtungseinrichtung 229 Endanschlag
8 Wandung 237 Winkelabstand
9 Abschirmeinrichtung 238 Anschlagmoment
11 Anschlussleitung 239 Rastermoment
12 Bohrung 240 Grundmoment
13 Aufnahmeraum 290 Spalt
14 Anbindung 291 Füllmedium
15 Magnetringeinheit 390 Entkopplungshülse 17 Dichtungseinheit 391 Entkopplungsspalt 19 Abschirmkörper 392 Axialwand
21 Kern 404 Halter
22 Lagereinrichtung 412 Lagerstelle
23 Fingerwalze 415 Achsabschnitt
24 Spuleneinheit 416 Durchmesser
25 Magnetfeldsensor 417 Durchmesser 27 Dichtteil 418 Lagerstelle
29 Trenneinheit 425 Achsabschnitt
33 Zusatzteil 435 Achsabschnitt
34 Medium 448 Gleitringführung
35 Leiterplatte 468 Signal 37 Dichtteil 469 Amplitude
39 Entkopplungseinrichtung 474 Taster
44 Bremskörper
45 Signalleitung 50 Konsole
100 Bedieneinrichtung
101 Bedienkopf
102 Daumenwalze
103 Computermaus

Claims

Ansprüche :
1. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) zum Variieren eines Drehmoments von Drehbewegungen, insbesondere magnetorheologische Bedieneinrichtung (100) zur Einstellung von Bedienzuständen wenigstens mittels Drehbewegungen, mit wenigstens einer Achseinheit (2) und mit wenigstens einem relativ zur Achseinheit (2) drehbaren Drehkörper (3), wobei ein Drehmoment für die Drehbarkeit des Drehkörpers (3) mittels wenigstens einer magnetorheologischen Bremseinrichtung (4) gezielt einstellbar ist und umfassend wenigstens eine Sensoreinrichtung (5) wenigstens zur Erfassung einer Drehposition des Drehkörpers (3), wobei die Sensoreinrichtung (5) wenigstens eine Magnetringeinheit (15) und wenigstens einen drehfest an der Achseinheit (2) angebundenen sowie radial und/oder axial benachbart zu der Magnetringeinheit (15) angeordneten Magnetfeldsensor (25) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (25) wenigstens teilweise innerhalb der Achseinheit (2) angeordnet ist.
2. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Achseinheit wenigstens einen den Magnetfeldsensor (25) wenigstens abschnittsweise radial umgebenden Achsabschnitt aufweist und wobei der Achsabschnitt eine geringere magnetische Leitfähigkeit aufweist als ein mit einer elektrischen Spule der Bremseinrichtung (4) zusammenwirkender Kern.
3. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetringeinheit (15) an einer axialen Stirnseite des Drehkörpers (3) angeordnet ist.
4. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetringeinheit (15) den Magnetfeldsensor (25) und/oder die Achseinheit (2) wenigstens abschnittsweise ringartig umgibt.
5. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetringeinheit (15) und der Magnetfeldsensor (25) in einer koaxialen Weise zueinander angeordnet sind.
6. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Magnetfeldsensor (25) in einer Bohrung (12) der Achseinheit (2) angeordnet ist, durch welche auch eine elektrische Anbindung (14) der Bremseinrichtung (4) verläuft.
7. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Magnetfeldsensor (25) auf wenigstens einer Leiterplatte (35) angeordnet ist und wobei an der Leiterplatte (35) auch wenigstens die Bremseinrichtung (4) elektrisch angebunden ist und wobei an der Leiterplatte (35) auch wenigstens eine Anschlussleitung (11) zur Kontaktierung der Bremsvorrichtung (1) angebunden ist und wobei die Leiterplatte (35) innerhalb der Achseinheit (2) angeordnet ist und sich die Anschlussleitung (11) aus der Achseinheit (2) heraus erstreckt.
8. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Magnetfeldsensor (25) in der Achseinheit (2) mit wenigstens einem Werkstoff umspritzt ist und/oder wobei die Leiterplatte (35) in der Achseinheit (2) mit wenigstens einem Werkstoff umspritzt ist.
9. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetringeinheit (15) die Achseinheit (2) wenigstens abschnittsweise ringartig umgibt.
10. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Drehkörper (3) mittels wenigstens einer Keillagereinrichtung (6) verzögerbar und/oder blockierbar ist und wobei die Keillagereinrichtung (6) axial zwischen der Magnetringeinheit (15) und einer Spuleneinheit (24) der Bremseinrichtung (4) angeordnet ist.
11. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Magnetfeldsensor (25) und/oder die Magnetringeinheit (15) an derjenigen Stirnseite des Drehkörpers (3) angeordnet sind, an welcher auch eine Stirnseite der Achseinheit (2) liegt, aus welcher wenigstens eine Signalleitung (45) des Magnetfeldsensors (25) austritt, sodass die Signalleitung (45) nicht durch ein Magnetfeld der Bremseinrichtung (4) verläuft.
12. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Magnetfeldsensor (25) und die Magnetringeinheit (15) an derjenigen Stirnseite des Drehkörpers (3) angeordnet sind, welche einer Stirnseite der Achseinheit (2) gegenüberliegt, aus welcher wenigstens eine Signalleitung (45) des Magnetfeldsensors (25) austritt und wobei eine Signalübertragung in der Signalleitung (45) optisch erfolgt.
13. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Signalleitung (45) wenigstens abschnittsweise durch wenigstens eine Bohrung in der Achseinheit (2) bereitgestellt wird, sodass die Achseinheit (2) selbst als Lichtwellenleiter dient.
14. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetringeinheit (15) und/oder der Magnetfeldsensor (25) innerhalb einer durch den Drehkörper (3) begrenzten radialen Umfangslinie angeordnet sind.
15. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetringeinheit (15) außerhalb eines von dem Drehkörper (3) begrenzten Aufnahmeraums (13) angeordnet ist und wobei zwischen der Magnetringeinheit (15) und dem Drehkörper (3) wenigstens eine Dichtungseinrichtung (7) angeordnet ist, welche abdichtend an dem Drehkörper (3) und der Achseinheit (2) anliegt, um das Austreten eines im Aufnahmeraum (13) angeordneten magnetorheologischen Mediums (34) zuverhindern.
16. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Magnetringeinheit (15) und der Bremseinrichtung (4) wenigstens eine magnetisch leitfähige Wandung (8) angeordnet ist.
17. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach den beiden vorhergehenden Ansprüchen, wobei die Wandung (8) wenigstens teilweise durch eine Stirnwand des Drehkörpers (3) bereitgestellt wird und/oder wobei die Wandung (8) eine offen ausgebildete Stirnseite des Drehkörpers (3) wenigstens teilweise verschließt und/oder wobei die Wandung (8) als eine Tragstruktur für die Dichtungseinrichtung (7) ausgebildet ist.
18. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Magnetfeldsensor (25) innerhalb eines von dem Drehkörper (3) begrenzten Aufnahmeraums (13) angeordnet ist und wobei der Magnetfeldsensor (25) mittels wenigstens einer Dichtungseinheit (17) von einem im Aufnahmeraum (13) angeordneten magnetorheologischen Medium (34) getrennt ist.
19. Magnetorheologische Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Magnetfeldsensor (25) dazu geeignet und ausgebildet ist, zusätzlich zu der Drehposition des Drehkörpers (3) auch wenigstens eine axiale Position des Drehkörpers (3) in Bezug zur Achseinheit (2) zu erfassen.
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