EP4229497A1 - Haptic operating device having a magnetorheological brake device - Google Patents

Haptic operating device having a magnetorheological brake device

Info

Publication number
EP4229497A1
EP4229497A1 EP21799193.4A EP21799193A EP4229497A1 EP 4229497 A1 EP4229497 A1 EP 4229497A1 EP 21799193 A EP21799193 A EP 21799193A EP 4229497 A1 EP4229497 A1 EP 4229497A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
operating device
brake
braking
core
haptic operating
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
EP21799193.4A
Other languages
German (de)
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
Application filed by Inventus Engineering GmbH filed Critical Inventus Engineering GmbH
Publication of EP4229497A1 publication Critical patent/EP4229497A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05GCONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/03Means 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B60K35/10Input arrangements, i.e. from user to vehicle, associated with vehicle functions or specially adapted therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/005Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback
    • B62D5/006Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback power actuated
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D57/00Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders
    • F16D57/002Liquid-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
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05GCONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G1/00Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
    • G05G1/08Controlling members for hand actuation by rotary movement, e.g. hand wheels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K2360/00Indexing scheme associated with groups B60K35/00 or B60K37/00 relating to details of instruments or dashboards
    • B60K2360/126Rotatable input devices for instruments
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/005Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback

Definitions

  • the invention relates to a haptic operating device and in particular a haptic operating button with a magnetorheological braking device with a fixed holder and with at least two braking components which can be rotated continuously relative to one another about an axis of rotation.
  • the haptic operating or actuating device can be used in particular when operating technical equipment in motor vehicles and other vehicles, for example as a turntable, turntable/push button, for infotainment, air conditioning (temperature, ventilation level, distribution), as a gear selector switch, for navigation, with cruise control, with distance control, as seat adjustment, in the steering (steer by wire or steering in general) or in the steering wheel, in the handlebar or steering column of a two-wheeler, three-wheeler or four-wheeler (e.g.
  • OFF-Highway vehicle such as vehicles from Polaris), jet skis, snowmobiles, ALL Terrain Vehicles, for adjusting the chassis, for changing the driving mode, for adjusting the windscreen wipers, for adjusting windows or for adjusting the sunroof, for parking assistants or for setting (partly) autonomous driving or even as a replacement steering wheel.
  • It can be used in motor vehicles, aircraft, airplanes, ships, boats, in agricultural engineering, for example in tractors or combine harvesters, harvesters and other field machines for agriculture. It can also be used in construction machinery and, for example, forklifts or similar machines or in medical or industrial systems.
  • the invention can also be used when operating or as an input device for washing machines, kitchen appliances and household appliances, radios, Cameras and film cameras, hi-fi and television systems, smart devices, smart home devices, laptops, PCs, smartwatches, in a crown wheel of wristwatches or as a computer mouse or as a rotary wheel in a computer mouse, on game consoles, in gaming equipment, as Rotary knob used in a keyboard or other devices.
  • Magnetorheological fluids have, for example, very fine ferromagnetic particles, such as carbonyl iron powder, distributed in an oil.
  • magnetorheological fluids approximately round or spherical particles with a production-related diameter of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m are used, with the particle size and particle shape not being uniform. If such a magnetorheological fluid is subjected to a magnetic field, the carbonyl iron particles of the magnetorheological fluid or the magnetorheological medium or the magnetorheological fluid link up along the magnetic field lines, so that the rheological properties of the magnetorheological medium are significantly influenced depending on the shape and strength of the magnetic field (transmissible shear stresses ) .
  • Brake units with magnetorheological fluids are known from the prior art, for example the MRF brake from Lord Corporation in various sizes (5 Nm, 12 Nm, 20 Nm): https : / /www. lord. com/products-and-solutions/ steer-by-wire-tactile-f eedback-device . These are also used, among other things, as "steer-by-wire tactile feedback”. These brakes function per se. However, a disadvantage of these MRF brakes is their relatively high basic friction (basic torque) in relation to the maximum torque (working range).
  • the working range of the 5 Nm brake According to Lord's website/specification, it is 0.5 to 5 Nm (factor 10), with the 12 Nm brake the working range is between 1 Nm and 12 Nm (factor 12) and with the 20 Nm brake the working range is between 1 Nm and 20 Nm (factor 20) This relatively small working range is not suitable for many applications sufficient, which is why these series products are primarily used for coarse motor applications (among other things, operation mostly with gloves, as in industry, on agricultural machines, on forklifts).
  • Fine motor applications such as operating infotainment with rotary/push controls using three fingers in the car, operating game consoles when gaming, but also steering a car require a significantly lower basic torque with a higher maximum torque at the same time, i.e. a significantly larger working range.
  • the high basic torque in particular quickly leads to fatigue and makes very fine adjustments difficult to feel.
  • the well-known MRF brakes do not allow a large working range because the friction surfaces are too large. Although smaller friction surfaces would reduce the basic torque, the maximum torque would also be smaller.
  • a magnetorheological transmission device which has two components which can be coupled and whose coupling intensity can be influenced.
  • a channel with a magnetorheological medium is provided to influence the coupling intensity.
  • the magnetorheological medium in the channel is influenced by a magnetic field.
  • Rotating bodies are provided in the channel, on which acute-angled areas containing the magnetorheological medium are provided.
  • the channel or at least part of it can be subjected to the magnetic field of a magnetic field generating device in order to selectively (magnetically) concatenate the particles and to wedge them with the rotating bodies or to release them.
  • This magnetorheological transmission device can also be used on a rotary knob to operate technical devices.
  • Such a magnetorheological transmission device works and allows the transmission of very high forces or torques with a relatively small design or volume at the same time.
  • WO 2012/034697 A1 also discloses a rotary knob or operating knob in which the actual knob can be rotated about a shaft is attached.
  • the braking torque can be controlled via the magnetic field generated by an electric coil. If an even higher braking torque that can be generated is desired, cylindrical rollers can also be used instead of spherical rotating bodies, so that the magnetic field acts over a longer distance or larger area (there is a magnetic field concentration and wedge formation over a larger area).
  • a haptic control device with such rotary bodies or rolling elements allows a satisfactory function and a very high torque for a haptic control knob, while at the same time there is a low braking/basic torque when the magnetic field is switched off (e.g. less than 0.5 Nm at a maximum torque of 50 Nm.
  • the ratio of maximum generated torque to minimum torque (basic torque) is high (> 100).
  • the disadvantage is that the high maximum torque can only be achieved at low speeds of the haptic operating device. If the speed exceeds a value that depends on the respective design, the maximum torque drops considerably and does not always meet the requirements.
  • a haptic control device can be used in particular as a haptic control knob or rotary knob or be formed rotating element.
  • the haptic operating device has at least one magnetorheological braking device with a stationary holder and with at least two braking components.
  • One of the two brake components is non-rotatably connected to the holder.
  • the two brake components are continuously rotatable relative to one another about a (common) axis of rotation.
  • a first braking component extends along the axis of rotation (in the axial direction) and comprises at least one core made of a magnetically conductive material.
  • the second brake component includes a hollow shell portion extending around the first brake component.
  • At least one circumferential brake gap section or gap that is at least partially filled with a magnetorheological medium is formed between the first and the second brake component.
  • At least one electrical coil wound around the axis of rotation and (radially) surrounding the core is accommodated between the casing part and the core.
  • At least two (functionally) different and (preferably) radially and/or axially or obliquely formed brake gap sections are included or formed.
  • a disc contour is formed between the casing part and the core at a first braking gap section.
  • a second braking gap section formed between the shell part and the core
  • a plurality of rolling elements are arranged on the circumference of the core.
  • the two braking gap sections are preferably formed at a common gap (braking gap).
  • the two braking gap sections can also be formed on two spatially and/or structurally separate gaps (braking gaps).
  • the haptic operating device according to the invention has many advantages.
  • a significant advantage of the haptic operating device according to the invention is that two functionally different brake gap sections are included, each configured in (preferably) a radial (and/or axial and/or oblique) direction.
  • the haptic control device be braked in different ways. While one of the brake gap sections (functionally related) generates a higher torque at lower speeds, the other brake gap section, due to the different structure, also generates a relatively high torque at higher speeds. As a result, a constant maximum torque is achieved over the entire speed range, which is very advantageous in many applications.
  • the haptic operating device according to the invention has a simple structure, uses only a few parts and allows easy and inexpensive manufacture.
  • the basic friction is low and a high maximum torque can be provided for different speeds and also at standstill. Production is simple and inexpensive.
  • the first braking component defines an axial direction.
  • an axis of symmetry of the first braking component is the axis of rotation.
  • the core of the first brake component preferably extends in the axial direction, but can also have a slight angle to the axial direction.
  • the invention makes it possible to generate a high braking torque at different speeds in a small installation space.
  • the magnetic field passes through the two different braking gap sections between the core and the casing part, in each case essentially radially or in any case transversely to the axis of rotation.
  • the rolling elements serve in particular as magnetic field concentrators. Due to the rolling elements (serving as magnetic field concentrators) there can be acute angles between the individual magnetic field lines and the radial orientation, but generally or on average the magnetic field runs essentially radially. The same applies to the other brake gap section with the disc contour, in which a three-dimensional alignment of the magnetic field lines can also result at the radial end of the disc contour, but on average or overall are again aligned essentially radially.
  • a disk contour or disk body is formed between the casing part and the core, and in a (different) axial section (directly) adjacent to the electrical coil, there is a plurality of rolling bodies (as magnetic field concentrators ) arranged on the circumference of the core.
  • the rolling elements are arranged in a common plane transversely or perpendicularly to the axis of rotation.
  • the rolling elements can move completely around the core.
  • An outer surface of the core is preferably cylindrical in the second braking gap portion.
  • a radius or (typical or maximum) diameter of the first brake gap section is preferably approximately and in particular exactly the same size as a radius or (typical or maximum) diameter of the second brake gap section. This means that large torques can be generated even at higher speeds and when starting from a standstill.
  • the magnetorheological medium particularly wets the first and the second brake component at least in sections.
  • the (at least one) electrical coil is preferably wound around the axis of rotation and generates a magnetic field in an axial direction substantially within the core.
  • the electrical coil is taken up radially between the core and the casing part.
  • the electrical coil can be wound around the core or attached to the inside of the casing part.
  • the core consists of a magnetically (well) conductive material.
  • the first braking component comprises the core and in particular an axle or a shaft which in particular consists at least partially or completely of a magnetically non-conductive material.
  • the axle (the shaft) and the core are detachably connected to each other.
  • the disc contour consists at least partially or completely of a magnetically (well) conductive material.
  • the disk contour is designed as a separate disk body. It is also possible that the disk contour is formed in one piece with the core and z. B. T-shaped, with the long leg of the “T” running along the axis of rotation. It is also possible that part of the disk contour is designed in one piece with the core and is supplemented by a separate disk body. In simple and particularly preferred ones Configurations, the disk contour is formed by a separate disk body that is attached to or on the core.
  • the disk body is preferably applied to the core.
  • the core has, in particular, an adapted receptacle. It is possible and preferred, for example, for the disc body to be connected or pressed onto the core. However, it is also possible for the disk contour or the disk body to be connected to the casing part and, for example, to be pressed into it. It is also conceivable that two disk bodies adapted to one another are used, between which a radial braking gap section is formed.
  • a first hollow-cylindrical disk contour can be applied to the core and a second hollow-cylindrical disk contour with a correspondingly large inner diameter can be introduced into the casing part, so that the two disk contours are aligned with one another in the axial direction, for example, and leave a small (radial) gap between them. Between the two disc contours then remains a brake gap section which is in particular essentially radial in design.
  • the pane contour has at least one pane pack.
  • the pack of disks is formed in particular by a plurality of sheet metal disks that preferably lie directly against one another.
  • Punched parts can be produced particularly easily and inexpensively in large numbers. If they are stacked on top of one another and, for example, pressed together, a disk package or a disk body with a significantly greater thickness can be provided easily and inexpensively.
  • disk sheets (also called disks) and also disk packages can be produced very cost-effectively.
  • Individual discs can also have different properties (eg due to different materials).
  • Individual discs can also be made of (sintered) magnetic material (eg neodymium).
  • sheet metal disks or almost all sheet metal disks or all sheet metal disks are each round and have the same diameter or at least similar diameters.
  • a few or individual non-round disc plates on which, for example, a non-round outer contour or a toothed structure or star contour is formed radially on the outside. If circular and non-circular disk sheets are stacked to form a disk pack, a complex outer contour can be created, which can locally lead to a greater magnetic field concentration.
  • a disk pack to include a plurality of round (or non-round) disk sheets with different outside diameters. In this way, round sheet metal plates with a smaller and a larger diameter can be provided alternately.
  • the disc contour has a cylindrical outer contour overall. It is also possible for the disc contour to be in the form of a star contour or to form one.
  • a star contour as a disc contour can (preferably) have radially and/or (possibly) axially protruding magnetic field concentrators which are integrally connected to the disc contour or attached thereto. Then it is possible that a star contour is provided as a disc contour on a Bremspaltabites. Rotating bodies are then included on the other brake pad section.
  • At least one star contour can be arranged as a disc contour on a braking gap section between the casing part and the core. This results in a variable gap height over the circumference of the braking gap section in the area of the star contour.
  • the second brake gap section is preferably also an axially outer brake gap section.
  • Magnetic field concentrators are preferably formed or arranged on a star contour, which protrude (radially) into the gap, so that a circumferential braking gap section with variable gap height results in the area of the star contour.
  • the elements serving as magnetic field concentrators can protrude radially inwards or radially outwards or axially from a star contour.
  • the magnetic field concentrators can, for. B. tooth-shaped, arc-shaped, sinusoidal, trapezoidal and can be arranged regularly or irregularly distributed and be of different heights.
  • a star contour can also be formed in the axial direction. This means that variable gap heights occur in the axial direction. As a result, the magnetic field can be concentrated in the axial direction at locations with smaller gap heights and reduced in the higher gaps.
  • a mixture of “radial” and “axial” and/or oblique star contours is also conceivable.
  • the disk contour prefferably has an (axially) outwardly protruding outer contour on at least one axial side.
  • the disk contour can be conical, bulbous, rounded or stepped overall.
  • the disk contour is rotationally symmetrical Formed area of the outer contour.
  • the outwardly projecting outer contour can, for example, be supported on a cover or the like or be guided there. The outwardly protruding outer contour thereby makes it possible to provide a reservoir of magnetorheological particles.
  • a radial free space for a rolling body between the casing part and the core in the second brake gap section is greater than a gap height in the first brake gap section (in the area of the disk contour).
  • a radial free space results from the difference in the gap height in the second brake gap section minus the diameter of the rolling element.
  • the radial free space is typically divided approximately equally radially outside of the rolling body and radially inside of the rolling body.
  • the rolling element is arranged radially centrally and the radial distance between the outer surface of the rolling element and the inner surface of the shell part and the radial distance from the outer peripheral surface of the core to the radially inner outer surface of the rolling element are approximately the same.
  • the radial free space (total) for a rolling body in the second brake gap section is preferably more than twice and in particular at least three times as large as the gap height in the first brake gap section. This means that in the normal case, the rolling element has more play radially outwards and radially inwards than the gap height on the disk body in the first braking gap section. It is also possible and preferred that the radial free space for a rolling body in the second brake gap section is four times or even greater than the gap height in the first brake gap section.
  • a gap height at the braking gap section on the disc contour is preferably less than 0.15 mm and preferably less than 0.1 mm.
  • the radial clearance in the second brake gap section and the gap height in the first brake gap section at the disc contour are (considerably) smaller than a radial distance in other areas of the gap.
  • the radial distance from the outer diameter of the electrical coil or from the outer diameter of a coating over the electrical coil or an overmolding of the electrical coil to the radial inner wall of the casing part is (axially) outside of the two brake gap sections preferably (considerably) larger than in the two brake gap sections.
  • the difference in size can reach and far exceed a factor of 2 or 3.
  • the radial clearance for a rolling element in the second brake gap section is approximately 0.2 mm, while the gap height in the first brake gap section is approximately 0.05 mm. Deviations of +/- 50% are possible in each case.
  • the radial play on a haptic control button in the area of the rolling bodies is twice the radial free space, since rolling bodies are arranged on opposite sides of the core, a total of 0.4 mm in this example.
  • the inner contour or preferably the casing part can be non-round (e.g. elliptical).
  • the core can also be mounted eccentrically to the casing part. This results in a changing relative gap (section ) during rotation.
  • the first and second braking gap sections are formed on different axial sides of the electrical coil. Particularly preferably borders at least one brake gap section axially directly or indirectly to the electrical coil.
  • An axial width of the rolling bodies is preferably between half and twice the axial width of the disk contour. This allows a particularly effective transmission of the magnetic field in the braking gap section of the disc contour, which also enables a high magnetic field concentration at the second braking gap section in the area of the rolling elements. As a result, the braking effect in the first brake gap section and the second brake gap section is increased, while the overall axial length remains small.
  • a ratio of an axial width of the rolling bodies to an axial width of the electrical coil is preferably between 1:5 and 3:1 and in preferred configurations between 2:3 and 3:2.
  • a ratio of an axial width of the disk contour to an axial width of the electric coil is preferably between 1:5 and 3:2 and in preferred configurations between 2:3 and 3:2.
  • the axial width of the disk contour is understood to mean the width of the disk contour at the brake gap section. If the disk contour tapers radially outwards, for example, and the axial width of the disk contour decreases radially outwards, this is understood to mean the axial width of the disk contour in the vicinity of the radially outer end.
  • the magnetic field of the magnetic circuit passes at least partly axially through the core and the casing part and to a considerable extent radially and particularly preferably essentially radially through the first and the second brake gap section.
  • the electrical coil is wound around the core and generates a magnetic field in the axial direction of the axis of rotation within the core, which is applied to the respective Ends of the electric coil is passed radially outwards and passes at one axial end through the disc contour and the first brake gap section and at the other axial end through the second brake gap section and the rolling elements from the core to the casing part or vice versa.
  • Such a configuration allows a particularly simple, inexpensive and yet effective construction.
  • the rolling bodies consist at least partially and in particular almost completely or completely of a magnetically conductive material.
  • Non-conductive bodies or rolling elements can also be present.
  • Non-conductive bodies can serve as placeholders or guide elements and can have any shape.
  • magnetically non-conductive bodies can be arranged between the (magnetically conductive) rolling bodies.
  • Several non-conductive bodies e.g. guide elements
  • the disk contour particularly preferably guides the casing part in a rotatable manner and serves as a bearing point.
  • a closed chamber is preferably formed between the brake components.
  • the closed chamber is at least to a significant extent and in particular essentially filled with a magnetorheological medium such as a magnetorheological fluid and/or z.
  • the second brake component is rotatably received on the first brake component.
  • the first braking component preferably includes an axle formed at least in part from a non-magnetically conductive material.
  • the core made of a magnetically conductive material is attached to the axle.
  • the second braking component is axially displaceable taken on the first brake component.
  • This can (also) serve, for example, to enable volume equalization in the event of temperature changes and/or in the event of a leak. It is preferred that a radial and/or axial position of the two brake components relative to one another is detected by sensors.
  • a click element is arranged at one and in particular at the distal end of the chamber.
  • a click element allows in particular two states, after pressing the click element z. B. switches over a metal sheet in an audible and/or tactile manner and thereby performs a (small) axial displacement.
  • Such z. B. designed as snap parts or snap disks click elements are known for example from keyboards or other devices and allow an inexpensive and effective tactile feedback when pressing a button or the like.
  • the click element is preferably arranged at one end of the chamber.
  • An elastic membrane particularly preferably separates the chamber from the click element.
  • the click element can be designed as a snap part or snap disk. This can provide volume compensation to the chamber as the axle continues to enter or exit the chamber.
  • the snap-action disk is designed such that a change in the clamped volume of the snap-action disk between the two states of the snap-action disk is adapted to a cross-sectional area of the axis multiplied by an axial offset of the snap-action disk when actuated.
  • the two volumes differ by less than 50% or 25% and preferably by less than 10% or less than 5%.
  • a sensor device or at least one sensor device for detecting a relative angle of rotation s between the core and the casing part is included.
  • a sensor device or at least one sensor device for detecting a relative axial position of the casing part in relation to the core is preferably included.
  • the sensor device or at least one sensor device comprises at least one magnetic field sensor, which is designed to detect an angle of rotation s and an axial position.
  • the sensor device comprises at least one Hall sensor.
  • the magnetic field sensor is accommodated on the stationary brake component and is exposed to a magnetic field acting in the radial direction.
  • a rotation angle can also be determined via the orientation of the magnetic field sensor relative to the magnetic field.
  • An axial displacement of the sensor device relative to the casing part can be derived from an intensity of the magnetic field strength.
  • a torque sensor can measure the torque.
  • the data recorded by the sensor device can be further processed by the electronics and also passed on to external devices.
  • data about the change in angle in a vehicle can be transferred to the on-board computer/vehicle electronics/external electronics.
  • Information about the condition of the roadway can be determined from this and/or the user behavior of the user can be recorded, evaluated and optimized. Artificial intelligence can then derive the user's wish from this and optimize/facilitate the control of devices.
  • At least one shielding device for at least partially shielding the sensor device from a magnetic field of the electrical coil is particularly preferred.
  • the shielding device preferably comprises at least one shielding body.
  • the shielding body is designed in particular to shield a magnetic ring unit for applying a defined (eg radial) magnetic field to the magnetic field sensor from interfering magnetic influences of the electric coil.
  • the shielding body is preferably at least in sections of the magnetic ring unit.
  • the shielding device surrounds the magnetic ring unit on three sides, namely on both axial sides and radially outwards.
  • the shielding device preferably comprises at least one separating unit arranged between the shielding body and the magnetic ring unit. This decouples the magnetic field of the magnetic ring unit from the shielding body.
  • at least one magnetic decoupling device arranged between the shielding body and the casing part is preferably included.
  • the separating unit and/or the decoupling device preferably have a magnetic conductivity that is many times lower than that
  • the shielding device and the magnetic ring unit are preferably arranged at a distance from one another.
  • a shielding device enables a significant improvement in the measurement quality. In particular, fine angular resolutions and small axial distances can be detected as a result.
  • a rotary knob or a rotary wheel is formed on the casing part.
  • the knob can be formed by a kind of coating.
  • At least one light source is preferably included for illuminating an at least partially transparent rotary knob.
  • a magnetic field strength of greater than 300 kA/m can preferably be achieved between the individual magnetically polarizable particles.
  • the electrical coil generates a maximum magnetic field or a magnetic field in the intended nominal range.
  • the magnetic field strength (which can be generated) in the braking gap is preferably greater than 500 kA/m.
  • At least one drive device is included for the active rotation of one of the brake components.
  • a device component according to the invention comprises a haptic operating device, as described above. It is also possible that two or more haptic operating devices are included.
  • a device component can include a user interface, a control panel, a display, a touch-sensitive display with or without haptic feedback and/or at least one sensor or other input and output options.
  • the user interface can (also) be loaded by inductive coupling. Since the outer brake component, to which the rotary knob and thus also the user interface are attached in particular, can be rotated, cables for the electrical connection to the outer distal end cannot easily be routed up. Contacting via winding springs or sliding contacts is possible, but increases the basic torque and is therefore not particularly preferred.
  • an electrical coil can be attached for an inductive coupling, which can be used both for energy transmission and for data transmission. In this way, the required electrical energy and the data for the display can be transmitted inductively to the user interface. Data coupling is also possible using other wireless methods.
  • the magnetic coil is preferably controlled mostly or predominantly during the operating time with a voltage of in particular 12V.
  • a voltage of in particular 12V In terms of haptics, it is (often) of considerable advantage if the braking torque of the magnetorheological braking device reaches the maximum or set value as quickly as possible. This is sometimes only possible with a greater voltage.
  • a maximum braking torque is generally achieved by a maximum magnetic field in the braking gap. Since the magnetic field is generated by the current in the electrical coil (magnetic coil), the current must also be set to its maximum value as quickly as possible. In principle, you can always set the voltage to a high value, in this specific case instead of e.g. B. 12V to z. B. 24V. For this, however, all components (electrical coil or magnetic coil, the coil wire, etc.) would have to be designed differently (and e.g. a wire with a larger diameter would have to be used).
  • a higher voltage (than would be necessary in continuous operation) is preferably set only at the beginning of a haptic feedback.
  • a higher voltage is set (e.g e.g. by a factor of 1.1 or 1.2 or 1.5 or 2 or 3 higher than would be necessary in continuous operation).
  • the higher voltage is maintained until the current (or magnetic field) reaches the desired following value or maximum value (near, e.g. 90% or 95%) and/or the period is reached or exceeded, which the higher voltage can act.
  • the voltage to the lower voltage of z. B. regulated back 12 V The system reacts more quickly and the desired braking torque is set more quickly. This achieves a closer approximation to a rectangle.
  • An (approximately) stepped progression can be set.
  • Such a registration according to the method is used for haptic control of a device with at least one magnetorheological braking device.
  • the magnetorheological braking device includes two (or more) braking components.
  • the two brake components can be moved relative to one another.
  • a first braking component includes a core made of a magnetically conductive material.
  • At least one braking gap (gap) at least partially filled with a magnetorheological medium is formed between the first and the second braking component.
  • At least one electrical coil applies a controlled magnetic field to the braking gap.
  • at least one performance parameter of at least one electrical coil is changed more strongly in a first period at the beginning of the change than would be permanently necessary to achieve the desired braking intensity.
  • the braking intensity can be "rectangular" than with conventional control.
  • at least one performance parameter of the electrical coil is changed in the first period at least 10% or 20% or 30% or 50% or 100% more than the previous time than in the second Period.
  • the second period is more than three or five times as long as the first period.
  • the first time period preferably has a length of between 3 ms and 30 ms and in particular between 5 ms and 20 ms. In a specific embodiment, the first time period can be approximately 10 ms +/-5 ms.
  • the current and/or the voltage of the electric coil are changed in order to change the braking intensity.
  • the voltage is particularly preferably changed as a performance parameter.
  • the power (the power parameter) of at least two electric coils is changed.
  • the braking gap can comprise at least two or three braking gap sections. More than two braking gaps can also be provided. In particular, at least two braking gap sections can be subjected to magnetic fields from different electrical coils.
  • performance parameters at least one performance parameter, in particular the voltage
  • performance parameters at least one performance parameter, in particular the voltage
  • the second time period which is contiguous to the first period and which is longer than the first period.
  • the method with a carried out according to the application device can have the features described in all the claims in whole or in part.
  • the method can be carried out with the features disclosed in the context of this application. A corresponding use is also possible.
  • the use according to the invention claims the use of a haptic operating device with a braking device in order to generate a high braking torque over a larger speed range, the braking device comprising at least two different radially designed braking gap sections.
  • a disk contour is formed between the casing part and the core in order to generate a high braking torque at higher speeds.
  • a second braking gap section a plurality of rolling elements are arranged on the circumference of the core in order to generate a high braking torque at lower speeds.
  • the operating or actuating device can also be attached via a gear, belt (toothed belt/flat belt), linkage or otherwise superimposed or reduced, so that the actuation angle and the angle of rotation of the braking device connected thereto are different.
  • the haptic operating device or a haptic operating or actuating device can also be designed as a joystick device or joystick.
  • a joystick device can also be attached via a gear, a belt (toothed belt/flat belt), a linkage or otherwise geared up or down, so that the actuation angle and the angle of rotation of the associated braking device are different.
  • At least one drive device for actively rotating one of the brake components can be included in all developments and configurations of the haptic operating device or an operating or actuating device or a device equipped therewith.
  • the control button, the control roller or the rotary unit can preferably be actively rotated. This allows more haptic information to be returned to the user.
  • Figures la- lb schematic three-dimensional views of haptic operating devices with a magneto-rheological braking device's
  • FIG. 2 shows a side view of a haptic operating device with a magnetorheological braking device
  • FIGS. 3a-3c different sections of haptic operating devices
  • FIGS. 4a-4b show a highly schematic view of a sensor device and measurement results
  • FIG. 5 shows a highly schematic view of a haptic
  • FIGS. 6-8 further haptic operating devices in section
  • FIG. 9 shows a highly schematic circuit for controlling the electrical coil
  • FIG. 10 Torque curves of an electric motor and a magnetorheological braking device over the electrically introduced power
  • FIG. 11 shows the resulting braking torque curves of a magnetorheological braking device for two different current strength curves over time
  • FIG. 12 shows a schematic view of a haptic operating or actuating device according to the invention with a drive device.
  • Figures la and lb show two different haptic operating devices 100 according to the invention, each of which includes a magnetorheological braking device 1 and which can be used on different device components 200 .
  • Figure la shows a haptic control knob 101 as a haptic control device 100.
  • the control knob 101 is attached to the console 50 and can be mounted in a motor vehicle, for example.
  • the operating button 101 is operated via the casing part 13 or a rotary part fitted thereon.
  • a user interface 43 can also be used to transmit information.
  • the device component 200 is shown as a thumb roller 102 with a haptic operating device 100 in FIG.
  • the thumb roller 102 can preferably be used, for example, in steering wheels of motor vehicles or the like. However, the thumb roller is not limited to this use case. Depending on the installation situation, the thumb roller 102 can generally also be used with any other finger or with several fingers at the same time.
  • a haptic operating device 100 can be used, for example, to operate machines, medical devices, computer games, music terminals, input devices or for use in and for a motor vehicle.
  • the haptic operating device 100 can be used, for example, to operate air conditioning systems, radios, entertainment, navigation, the distance control, the driving assistant, the recuperation setting, to adjust the seats and to operate the infotainment. It can also be used on other devices or devices.
  • FIG. 2 shows a side view of a haptic operating device 100, which can be used as an operating button 101.
  • the haptic operating device 100 includes a holder 4, which can be fastened to a console 50, for example, via a nut 51.
  • the haptic operating device 100 includes a magnetorheological braking device 1 with two braking components 2, 3, of which the inner braking component 2 is not visible in FIG.
  • the inner brake component 2 is connected to the holder 4 .
  • the holder 4 and the inner brake component 2 are designed to be stationary here.
  • the other brake component 3 includes the casing part
  • the haptic operating device 100 has a compact design and inside the shielding device 75, which has a two-part shielding body 76 as a shielding housing, has a sensor device 70 (not visible here) for detecting the rotational position and the axial position of the casing part 13.
  • the casing part is via pins 16 13 with a left cover
  • FIGS. 3a to 3c Possible cross sections of a haptic operating device 100 according to the invention are shown in FIGS. 3a to 3c, e.g. B. from Figure 2 shown.
  • the haptic operating device 100 has a magnetorheological braking device 1.
  • the braking component 2 is accommodated on the holder 4, which extends in the axial direction and to which the core 21 is fastened.
  • the core 21 is surrounded radially by the casing part 13 as the outer or second brake component 3.
  • the magnetically conductive core 21 is of an electric coil 26, which is wound around the core 21.
  • the electrical coil extends over an axial width 26e.
  • a disk contour 41 is formed, which is applied here to the core and z. B. is pressed.
  • the disk contour 41 has a disk body 42 designed as a hollow cylinder.
  • the receptacle on the core can also be non-round.
  • the core 21 can be made of sintered material (metal).
  • the core can thus be manufactured more easily in the desired shape.
  • the disk body 42 consists here of a disk pack 44 which is formed by a plurality of thin disk plates 46 .
  • the sheet metal disks 46 are each formed as a stamped part and can be stamped out, for example, from a magnetically conductive sheet metal with a thickness of 1 mm or 2 mm or even 3 mm. In this way, the required number of sheet metal panes can be punched out easily and inexpensively in order to produce the desired thickness of the pane body 42 .
  • the individual disc plates 46 are pressed together and applied to the core 21 and thus, for example, screwed or pressed.
  • a braking gap section 5a remains in the area of the disc body 42 with a small gap height 41b between the outer diameter of the disc contour 41 and the inner circumference of the casing part 13.
  • the axial width 41e of the disc contour 41 or its braking gap section 5a is determined here by the number of disc laminations 46 and can be larger or smaller than shown.
  • the disk contour 41 is axially directly adjacent to the electrical coil 26 , which is accommodated in a coil holder 26b and is completely sealed radially on the outside by a casting compound 28 .
  • the disc body 42 is connected to the core 21 and the fixed brake component 2 and rotates in the operation not. This enables a hole or recess to be formed for the cable 45 to be fed through for the electrical connection of the electrical coil 26.
  • the electrical coil 26 can thus be connected simply, inexpensively and quickly.
  • the disk contour 41 is formed here at the proximal end, that is to say at the end of the core 21 which faces the holder 4 .
  • a braking gap portion 5b is formed at the distal end, that is, at the other end of the core 21, a braking gap portion 5b is formed.
  • the braking gap section 5b extends over an axial width Ile.
  • the rolling elements 11 are distributed on the circumference of the core 21 .
  • the rolling elements 11 reinforce the magnetic field locally.
  • the rolling bodies 11 can form a kind of magnetic field concentrators 80 for local amplification of the magnetic field when passing through the brake gap section 5b.
  • a very high braking torque can be achieved by the braking gap section 5b, in particular at low speeds of rotation of the casing part 13.
  • a strong magnetic field can be transmitted from the core 21 to the casing part 13 through the braking gap section 5a in the area of the disk contour 41, since the gap height 41b is considerably less than the radial free space 11c in the area of the braking gap section 5b.
  • a high torque can be generated, which is also made possible, in particular, at higher speeds. This means that a high torque can be made available over the entire speed range.
  • the axial width Ile of the braking gap section 5b and the width 41e of the braking gap section 5a are approximately the same here (+/ ⁇ 25%) and together are somewhat shorter than the electrical coil 26. A very compact structure is achieved overall.
  • the jacket part 13 is surrounded by a cover 49 as a rotary knob 23 in FIG. 3a.
  • the knob 23 is at least partially transparent so that it can be illuminated by the lighting means 18 in the form of LEDs, for example.
  • the lighting can be controlled depending on the situation or independently of the situation.
  • the closed chamber 110 inside the casing part 13 is closed off by a front cover 14 through which the brake component 2 is passed.
  • a seal 38 is used for sealing.
  • the chamber 110 is initially delimited by an elastic membrane 31 , which is adjoined on the outside by a click element 29 designed here as a snap-action disc.
  • the snap disk or. the click element is actuated and the jacket part 13 is moved slightly to the left overall.
  • This axial movement can be controlled by the sensor device 70 with the magnetic field sensor 72 inside the holder or of the first brake component 2, which is surrounded radially by a magnetic ring unit 71.
  • the magnetic field sensor 72 is designed in particular as a Hall sensor 72 and detects the alignment of the radial magnetic field relative to the magnetic field sensor 72 . In this way, an angular position of the jacket part 13 relative to the core 21 can be detected.
  • An axial adjustment of the casing part s 13 by actuating the click element 29 leads to a relative axial offset between the magnetic ring unit 71 and the magnetic field sensor 72 , which causes a change in intensity of the detected signal s. In this way, an actuation of the click element can be detected.
  • FIG. 3b shows a slightly different representation of a haptic operating device 100 with a magnetorheological braking device, in which case, in contrast to FIG. the rotary knob 23 has been omitted.
  • Figure 3b A major difference between Figures 3a and 3b is that s in Figure 3b, the first brake gap portion 5a is provided with the disk contour 41 at the di steel end of the casing part s 13, while the second brake gap portion 5b with the Rotating bodies 11 is provided at the proximal end of the casing part 13.
  • Some magnetic field lines 8 are drawn in by way of example in FIG. Furthermore, it can also be seen that in each case an (approximately) radial passage of the magnetic field lines 8 takes place in the braking gap sections 5a and 5b. A higher torque is generated in the brake gap section 5a at higher speeds, while a higher torque is generated in the brake gap section 5b at lower speeds.
  • the magnetic field sensor 72 is mounted on a sensor circuit board 79 and can be contacted via the contact pins 79a.
  • the electrical coil 26 is also supplied with current via this.
  • inner braking component 2 is preferably made of a material that is not magnetically conductive or has little or no magnetic conductivity, in order to enable detection of the orientation and the intensity of the magnetic field of magnetic ring unit 71 in the interior of axle 12 or the to ensure first brake component 2.
  • the sensor device 70 is accommodated there in a particularly protected manner (protection from water and dust).
  • An O-ring 39 can be seen in FIG.
  • Figure 3c shows basically schematic cross sections
  • Braking gap sections 5a and 5b Here is the one on the left Braking gap section 5b shown, wherein the core 21 can be seen inside, on which the rolling elements 11 are arranged schematically all around.
  • the rolling bodies are in turn surrounded by the casing part 13 .
  • the rolling elements each have a diameter lld.
  • a radial gap height 11b is slightly larger than the diameter lld.
  • a radial free space 11c results as the difference between the gap height 11b and the diameter lld.
  • the radial free space 11c is generally divided relatively evenly radially on the inside and radially on the outside.
  • a magnetorheological medium which comprises magnetorheological particles 19 is accommodated in the chamber 110 .
  • a gap 5 is provided in the chamber 110 between the brake components 2 and 3 .
  • the chamber 110 is at least partially filled with a magnetorheological medium 6 here.
  • the medium here is preferably a magnetorheological fluid which, for example, comprises an oil as the carrier liquid, in which ferromagnetic particles 19 are present. Glycol, grease, water and viscous materials can also be used as a carrier medium, but are not limited to them.
  • the carrier medium can also be gaseous or the carrier medium can be dispensed with (vacuum). In this case, only particles 19 that can be influenced by the magnetic field are filled into the chamber 110 .
  • the ferromagnetic particles 19 are preferably carbonyl iron powder, with the size distribution of the particles depending on the specific application.
  • a particle size distribution of between one and ten micrometers is specifically preferred, although larger particles of twenty, thirty, forty and fifty micrometers are also possible. Depending on the application, the particle size can also become significantly larger and even reach the millimeter range (particle balls).
  • the particles can also have a special coating/shell (titanium coating, ceramic, carbon shell, etc.) so that they can better withstand the high pressure loads that occur depending on the application.
  • the magnetorheological particles can account for this Application not only from carbonyl iron powder (pure iron), but z. B. can also be made of special iron (harder steel).
  • the particles can be coated with PTFE.
  • a coating with PTFE or a comparable coating prevents the particles from clumping together and forming larger heaps. Such larger heaps do not disintegrate easily or may not disintegrate at all.
  • the disk bodies or roller bodies can be coated with PTFE to reduce friction.
  • silicic acid gel known as silica gel
  • another desiccant that absorbs water and thus removes moisture from its surroundings can be mixed in.
  • powder without a carrier liquid can preferably be used. Then the use of up to about 80 percent by volume of carbonyl iron (iron powder) is possible, which greatly increases the braking torque if the remaining design parameters are adjusted accordingly (e.g. the field strength per particle should remain about the same as with a magnetorheological fluid (MRF), i.e the field strength in the braking gap section or braking gap or active gap should be changed from, for example, LORD MRF 140 (40 percent by volume of carbonyl iron with, for example, oil as carrier liquid) to 80% carbonyl iron powder (without carrier liquid) can be twice as high.
  • MRF magnetorheological fluid
  • the magnetically polarizable particles (especially when used as "dry" powder) (to a significant extent) include non-round particles (non-spherical particles) in which a ratio of the largest diameter to the largest transverse extension perpendicular thereto is greater than 1.25 or 1.5 It is also possible to form this ratio as a ratio of the greatest longitudinal extent to the greatest transverse extent, with the longitudinal and transverse extents in particular being measured perpendicular to one another.
  • out-of-round particles is particularly advantageous since they enable an effective canting structure, since different out-of-round sections of the particles jam or wedge with one another.
  • Ratios of the largest diameter to the largest transverse extension perpendicular thereto of 1.75 or 2.0 or more are also possible and preferred.
  • the magnetically polarizable particles are designed to move under the influence of the Magnetic field to jam or wedge together over a large area.
  • This is possible, for example, with particles that are angular in sections or, for example, are triangular or polygonal overall or the like. Two (or more) correspondingly configured particles then jam together and can cause the particles to clump together very effectively and cause the two brake or clutch components to jam and brake together.
  • At least some of the magnetically polarizable particles are preferably designed to clamp or wedge together under the influence of the magnetic field at two or more locations spaced apart from one another.
  • Such particles which are non-circular, allow a very effective increase in the braking force or the braking torque, since, unlike spherical particles, they do not only touch at one point or in a small angular range, but at several points or even over an area.
  • At least some of the magnetically polarizable particles have at least one trough section.
  • Such an inwardly curved trough section allows particularly effective wedging with parts of other particles.
  • At least one surface of at least one clutch or brake component adjoining the brake gap is designed to be non-smooth or (locally) uneven at least in sections.
  • the particles or a significant part of the magnetically polarizable particles have elevations or elevations and/or depressions regularly or irregularly on the outer surface.
  • canting with the particles can be reinforced.
  • at least one surface can have elevations and/or depressions in the manner of pointed or rounded dimples in golf balls.
  • a surface with a pointed or rounded sawtooth profile is also possible.
  • a relative level (at least some) of the Elevations or depressions is preferably at least 5% or 10% of the minimum diameter of a magnetically polarizable particle.
  • a particularly effective canting and jamming of individual particles can be generated with high magnetic field strengths.
  • a magnetic field strength of greater than 150 kiloamperes/meter (kA/m) or 250 kiloamperes/meter or 500 kA/m or more is preferably generated in the brake gap.
  • a magnetic field strength greater than 500 kiloamperes/meter (kA/m) or 750 kiloamperes/meter or 1000 kA/m or more can be generated in the brake gap or is generated there.
  • a different type of seal can be selected, thereby reducing the basic friction.
  • the seal does not have to be pressed as hard against the surfaces, since it is not necessary to seal for liquids, only particles.
  • a non-contact shaft seal such as a labyrinth seal can also be used, for example. This type of seal only rests on one of the two mutually rotating parts.
  • the temperature dependence is reduced or almost eliminated.
  • Liquid carrier media change their viscosity with changing temperatures, while carbonyl iron powder hardly changes its properties in very large temperature ranges (until the Curie temperature is reached). The temperature-related volume change is also negligible for powder, since the particles can redistribute among themselves if the volume of the individual particles changes.
  • the maximum volume fraction of carbonyl iron particles in powder form (approx. 74%) is also higher than in MRF with e.g. oil as a carrier medium.
  • the magnetorheological particles 19 chain together when a magnetic field is applied, as shown very schematically on the left in FIG. 3c pictured. This creates a wedge effect, which leads to a significant increase in the braking torque at low and medium speeds.
  • a cross section through the braking gap section 5a in the area of the disk contour 41 is shown on the right in FIG. 3c.
  • a gap height 41b Radially on the outside between the outer contour of the disc contour 41 and the inner circumference of the casing part 13 there is a gap height 41b which is considerably smaller and can be chosen to be considerably smaller than the radial free space 11c in the brake gap section 5b.
  • the disc body 42 can be designed as a disc pack 44 and can include a plurality of disc metal sheets 46 .
  • a rolling body 11 is shown in dashed lines in the right-hand part of FIG. 3c, just as an example, in order to clarify the differences. It can be clearly seen that the disc body 42 allows a gap height 41b with a smaller height. As a result, a strong braking torque and a high magnetic field strength can be achieved and transmitted there, which then also causes a correspondingly higher magnetic field strength and braking effect in the other brake gap section 5b.
  • the sensor device 70 is shown in detail in FIG. 4a.
  • the first brake component 2 and the second brake component 3 embodied here as a casing part 13 are only indicated (dashed lines).
  • the sensor device 70 is supported via the decoupling device 78 on the rotatable second brake component in a magnetically decoupled manner.
  • the shielding device 75 consists here of three shielding bodies 76 from which the scattering of the magnetic field 8 of the electric coil 26 decrease.
  • the shielding device 75 can also consist of only pot-shaped bodies or a pot-shaped body and a disk-shaped body which are connected to one another.
  • the magnetic ring unit 71 is used to measure the orientation or the angle of rotation of the magnetorheological braking device 1 .
  • the magnetic field sensor 72 is arranged inside the first brake component 2, which is non-magnetic in this area. Small relative axial displacements, such as those caused by actuating a snap-action disc, can be used to detect the actuation of the control button 101, as shown in FIG. 4b. The angle of rotation and the orientation of the magnetic field lines drawn in by arrows can be detected by the magnetic field sensor 72 .
  • FIG. 4b shows the course of the amplitude 69 of the signal 68 detected by the magnetic field sensor 72 as a function of the axial displacement of the brake components 2, 3 relative to one another (push).
  • the amplitude 69 of the detected signal 68 changes as a result of an axial displacement of the magnetic field sensor 72 in relation to the magnetic ring unit 71.
  • An axial displacement or pressing down (push) of an operating button 101 can be detected in this way. This preferably confirms a selection or position.
  • the angle of rotation can also be detected with the same sensor 72, the direction of the magnetic field 8 (arrows shown) being determined to detect the angle of rotation.
  • the intensity determines the axial position.
  • a change in the signal 68 can therefore be used to infer that a button or the snap disk 29 has been actuated. This is advantageous because a single (multidimensional) Hall sensor Determining the angular position and determining an axial position can be used.
  • FIG. 5 shows, very schematically, the haptic operating device with a snap-action disc 29 in two different positions, the unactuated position being illustrated on the left and the actuated position on the right.
  • the snap-action disc is curved outwards and downwards here and is guided here by the guide 29a in the core (but not supported, so there is almost no friction).
  • the volume of the stretched triangle 29b can be seen in the right half of Figure 5.
  • the volume 29b results approximately from the three-dimensional cone. If the haptic operating button 100 is actuated and the snap disk 29 is moved from the rest position (deflected) to a linear position within one plane, the casing part 13 is displaced axially downwards here in relation to the first brake component 2 . As a result, an axial section 22 of the axis or emerges. of the first brake component 2 into the interior within the casing part s 13 .
  • the change in volume 29b of the snap disk 29 is preferably dimensioned in such a way that it essentially corresponds to the immersed volume of the first brake component 2 .
  • the immersed volume is calculated from the axial path 22 multiplied by the cross-sectional area of the first brake component 2 on the axle 12 .
  • pressure buildup within chamber 110 can be minimized or prevented.
  • Volume balancing can also be provided by a membrane 31 as previously discussed.
  • FIG. 6 shows a schematic cross section of a further haptic operating device, the first brake component 2 being fixed to a holder 4 with grub screws, for example.
  • two braking gap sections 5a, 5b are provided, with a disc contour 41 being formed on the braking gap section 5a and on the braking gap section 5b rolling elements 11 or rotating bodies are accommodated on the circumference of the core 21 .
  • the rolling elements are guided over brackets llf.
  • the disk contour 41 has an outwardly protruding outer contour 47 at the axially outer end, which is designed here, for example, as a cone, but can also be designed as a pin.
  • a reservoir 32 for magnetorheological particles remains in each of the corner regions in order to ensure that the brake gap sections are adequately supplied with magnetorheological particles.
  • carbonyl iron particles are attracted from the environment and concentrated in the magnetic field transition region.
  • Screws 48 are used to fill or empty chamber 110.
  • FIGS. 7 and 8 show two further exemplary embodiments of a haptic operating device, with the disk contour 41 being formed with the braking gap section 5a at the distal end in both cases.
  • FIG. 7 it can be seen schematically how a separate receiving ring for the rolling bodies 11 is fastened to the core 21 by a nut 40b in the braking gap section 5b.
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment in which both a separate receiving ring for the rolling bodies 11 and the disk pack 44 for the disk body 42 are fastened to the core 21 via nuts 40b.
  • a cover 14 is attached to the front end and a cover 15 is attached to the rear end.
  • the disk body 41 can be formed separately and in one piece or can also be formed as a disk assembly 44 with a plurality of disk plates 46 .
  • haptic control knob for example as a rotary knob or rotary element with a haptic control device, can be used in a wide variety of areas.
  • an actuation can be detected via a snap part or a snap disk or a button or the like.
  • Illumination of the knob can, for example, via
  • the body of the rotary knob can then be partially or completely milky in order to achieve a corresponding scattering effect.
  • FIG. 9 shows a schematic of a circuit for rapid activation of the electrical coil 26.
  • the electrical coil 26 can be used here, for example B. be driven by an H circuit. This is only indicated here by switches.
  • a voltage source 35a used in normal operation or in continuous operation with a lower voltage of z. B. 12V (or 3V or 6V; depending on the application, a suitable voltage) provides the voltage for normal operation.
  • a voltage source 35b with a higher voltage of, for example, 18V or 24V (or, for example, 6V or 12V) is connected via a switch. Then, the lower voltage power source 35a is temporarily disconnected.
  • the higher voltage source 35b is again disconnected from the circuit and the electrical coil 26 and the lower voltage source 35a is reconnected.
  • the switches can be any electrical components that are particularly capable of coupling and decoupling in the millisecond range. As a result, the current in the electrical coil 26 reaches the desired value more quickly. In a specific case, the desired current is reached within 10ms instead of 40ms. The change between the voltages can take place via an electrical circuit.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of two braking torque curves generated, the braking torque generated (normalized and therefore dimensionless here—Y axis) being plotted against the electrically introduced power (normalized and therefore dimensionless here—X axis).
  • the curve for a BLDC motor brushless direct current motor
  • the curve for a magnetorheological braking device is shown on the right. It can be seen that the electric motor requires significantly more power than the magnetorheological braking device for the same braking torque a braking torque of "14" requires the electric motor more than "130” normalized power, while the magnetorheological braking device requires a (significantly) lower power of less than "0.3".
  • the power consumption ratio is greater than 100:1 and is around 500:1 here.
  • Magnetorheological clutch devices and brakes have the advantage, among other things, that they require little power to engage or dampen movements, are quiet, generate little heat and react very quickly ( ⁇ ms), etc.
  • the low power requirement is particularly advantageous for battery-operated components such as e.g. B. Electric vehicles, in which the power consumption of all components is automatically reflected in the range of the vehicles.
  • B. Electric vehicles in which the power consumption of all components is automatically reflected in the range of the vehicles.
  • power consumption is also an issue in vehicles with combustion engines or electrical devices in general.
  • FIG. 11 shows the resulting braking torque curves of a magnetorheological braking device 1 for two different current strength curves (Y axis) over time (X axis).
  • the dashed curve in the upper half of the figure represents represents the conventional course, in which the current intensity is increased directly to the desired current intensity.
  • the voltage of the electrical coil 261 can also serve as a performance parameter.
  • the performance parameter 271 is significantly increased at the earlier point in time 270 . In fact, it is increased more than is necessary to permanently achieve the braking torque that is then to be set.
  • the performance parameter 271 is at least 10% or 20% higher than the second performance parameter 272. Here even much higher. It is clearly recognizable that the braking torque profile 265 reaches the desired value considerably more quickly due to the excessive increase. As a result, a better approximation of a box-shaped profile can be achieved.
  • the transmittable braking torque increases from the starting time at 0.1 seconds within about 25 milliseconds (time 0.125 seconds) to a read value of about 1.25 (normalized to e.g. an average value or a standard unit) and reaches after about 75 milliseconds (point in time 0.175 seconds) asymptotically (almost) the set limit value of about 1.5.
  • the current intensity is increased threefold to z. If, for example, 6 amperes are increased here, as shown by the solid lines, the braking torque increases considerably more and reaches the final value of 1.5 after around 10 milliseconds.
  • the "current boost” with increased current intensity is activated here for only about 10 ms. After that, as shown by the upper solid curve, the current intensity is reduced to 2 amperes.
  • current boost By briefly increasing the current intensity (“current boost”), a significant quicker setting (making available) of the clutch, damping or braking torque. This is very advantageous in several respects, as it allows you to stop quickly and experience a more direct haptic feeling (feedback). In reality, the difference between the two curves is very noticeable.
  • Voltages of over 24 volts and far above are also possible.
  • two or more electrical coils can be used, which are designed differently (wire thickness, number of turns, material%) and are supplied with different currents in order to obtain the boost effect.
  • Figure 12 shows a registration-compliant haptic operating device 100 for operating a wide variety of devices, facilities and devices, as described in this application and description (introduction, general description, description of the
  • a knob 23 (also in the form of a control roller) is used.
  • the use of a steering unit or a steering wheel is also possible for operation.
  • the rotary knob 23 or the control knob 101 can be connected in particular to the shaft 311 in a rotationally fixed manner.
  • the haptic operating device 100 can also be designed as a steer-by-wire steering system.
  • an actuator device 303 can be included in order to convert the rotational movement into another movement.
  • the actuator device 303 can also only be electrically connected to the control knob 101 .
  • the rotation of the control knob 101 is by means of a Sensor device 70 and, for example, a rotation angle sensor detected. Depending on the angle of rotation, the actuator device 303 then controls other components or actuators.
  • a drive device 307 designed as an electric motor is connected to the shaft 311 here.
  • the control knob 101 can be actively rotated by the drive device 307 .
  • the operating knob 101 is (actively) rotated in certain cases, for example—but not only—in the case of (simulation of) steering, in order to give the operator appropriate haptic feedback.
  • the movement of the operating button or rotatable operating element 101 can be braked in a targeted and controlled manner by means of a magnetorheological braking device 1 .
  • a control unit 302 can be provided here. To this end, control unit 302 is operatively connected to sensor device 70 .
  • Control unit 302 also takes data from an assistance system 304 into account, for example. As a result, the movement of rotatable operating element 101 can be influenced in a targeted manner depending on the driving situation. Control unit 102 can also be operatively connected to other sensors, not shown in detail here, in order to be able to specifically influence the behavior as a function of other parameters.
  • the braking device 1 is equipped here with a safety device 306 which removes a magnetorheological medium 6 (not visible here) from a gap 5 (also not visible here). In the event of a fault, for example, the braking torque can be canceled very quickly and reliably.
  • the gap 5 and the medium 6 can be selected as described within the scope of this application and as shown in the further figures.
  • Actuating device 100 can be used to rotate an operating or actuating means of an operating or actuating unit that is not shown in detail here.
  • the operating or actuating unit 101 is designed here as a rotatable button which is connected to a shaft 311 in a rotationally fixed manner.
  • the operating or actuating device 100 can also be embodied here as a steer-by-wire steering of a game (gaming; force feedback steering wheel), without being restricted thereto.
  • An actuator device 303 is used for this purpose to convert the steering movement executed with the operating or actuating unit 101 into a (virtual) vehicle movement in a (racing) game (e.g. Need for Speed; Project Cars; Moto GP; Flight Simulator).
  • the actuator device 303 steers the (virtual) vehicle wheels or the vehicle wheel in the case of a motorcycle.
  • the actuator device 303 is then only electrically connected to the steering unit 101 .
  • the rotational movement of a steering unit is detected by means of a sensor device 70 and, for example, a rotational angle sensor. Depending on the angle of rotation, the actuator device 303 then steers z. B. the vehicle wheels in the video game.
  • a drive device 307 designed as an electric motor is connected to the shaft (or steering shaft) 311 here.
  • the steering unit 301 can be actively rotated by the drive device 307 .
  • the steering unit 301 is actively moved, for example when cornering or backing up, as would also be the case with a conventional mechanical steering system in a real vehicle.
  • the movement of the operating or actuating unit 101 can be braked in a targeted manner by means of a magnetorheological braking device 1 .
  • a (steering) control unit 302 is provided here.
  • the (steering) control unit 302 is operatively connected to the sensor device 70 .
  • the (steering) control unit 302 also takes into account, for example, data from a (driving) assistance system 304 or data from other players or game situations (Sim Racer;
  • the (steering) control unit 102 can also be operatively connected to other sensors or information sources of a game, not shown in detail here, in order to be able to specifically influence the steering behavior as a function of other parameters.
  • the control button can also be used on or in an industrial plant, in computer peripherals, in automobiles, airplanes, etc. and can be supplemented by the active component described above.
  • the invention provides a haptic operating device that is compact, robust and very inexpensive.
  • the haptic control device is particularly suitable for use in the automotive industry, but can also be used in all kinds of devices and machines.
  • a major advantage of the construction is that no cables, sensors or electronics are required on the outside.
  • a high IP class is therefore possible in all configurations. In principle, everything is behind a mounting panel.
  • the electrical coil is preferably completely separated from the space containing the magnetorheological medium, in particular by means of a casting compound.
  • an axial displacement is possible, in which case, in particular, a liquid volume is displaced in the interior.
  • Sufficient space is preferably provided between a cover and a disk contour so that the medium (or liquid) (carbonyl) therebetween is not compressed. (Otherwise this could lead to high axial displacement forces.)
  • This provides an additional MRF reservoir from which particles can enter the area of the disk contour or the rolling elements can flow. Namely, magnetic particles always flow in the direction of the stronger field since magnetic particles are attracted by the magnetic field gradient.
  • the seal preferably runs on the axle. There is rotary movement (more than 100,000 revolutions are possible) and there can be linear movement for the probe. To ensure that the seal does not run in and form a running groove and that the friction is low and the leakage (drag oil) does not become too high over the service life, a corresponding material pairing with a hard running surface is preferred.
  • the first brake gap section 5a is equipped with a disk contour.
  • the second braking gap section 5b is equipped with rolling bodies and, in particular, rollers. Rolling elements and especially rollers with a round inner ring enable a high static moment. A disk contour enables good magnetic field transmission and high torque at high speeds.
  • the combined solution also called hybrid solution, combines both advantages.
  • an axial transition of the magnetic field in the prior art had a smaller transition area and thus resulted in lower braking torques.
  • an axial magnetic field transition has a smaller distance (radius) and therefore generates less moment.
  • a brake gap section 5a which is also radial, with a disk contour has a larger diameter and thus generates a larger moment with the same force.
  • the area is larger because the larger circumference spans a larger area. If the width of the contour disc is greater than 1/6 of the diameter, the braking torque that can be transmitted at the (circumferential) radial braking gap section is already greater than the maximum braking torque that can be transmitted on the axial surface! Finally, due to the lower gap height at the disk contour, the magnetic losses are smaller. All this also causes a higher braking torque at higher speeds.
  • Volume compensation for the push function can be provided by a membrane at the end of the jacket part. Behind the membrane is a click element like a snap-action disc ("Snap Dome"). This gives a haptic pressure point. You can also hear the click when the pressure point is reached and the snap-action disc presses the entire button or the casing part back into the starting position back (similar to a mouse button on a computer mouse).
  • the membrane then seals off the MRF space.
  • the volume behind the membrane acts as a volume balance when pressed. In the normal position, the snap disk has a bulge. If the button is moved in the axial direction, the stator of the braking device presses against the membrane and the snap-action disk. This will be pressed flat.
  • the design of the haptic control device can be enhanced by adding various light effects to the cover.
  • a cost-effective variant is the use of a cap/cover with a transparent element, which is illuminated from below with LEDs. This can be done either by attaching a transparent sleeve to the shell part or by incorporating it into the cover, or by doing the entire inside of the cover as such (an inverted pot).
  • the transparent part can be ground at an angle at the edges in order to deflect the light in the desired direction.
  • Normal glass can be used as the transparent material, or PMMA (acrylic glass).
  • PMMA acrylic glass
  • the advantage of PMMA is that you can use milky glass, which breaks the light inside and can thus illuminate the entire surface evenly.
  • One or more LEDs can be used for lighting, also with different colors.
  • the outer brake component can also be designed to be non-rotatable and the inner brake component the be a rotatable component.
  • the electric coil must be electrically contacted via lines through the outer braking component or e.g. B. via sliding contacts.

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Abstract

The invention relates to a haptic operating device (100) having a magnetorheological brake device (1) with a stationary holder (4) and two brake components (2, 3). One of the two brake components (2, 3) is connected to the holder (4) in a rotationally fixed manner. Both brake components (2, 3) are continuously rotatable relative to one another about an axis of rotation (20). A fist brake component (2) extends along the axis of rotation (20) and comprises a core (21) made of a magnetically conductive material. The second brake component (3) comprises a hollow jacket part (13) extending around the first brake component (2). At least one peripheral brake gap portion, which is at least partially filled with a magnetorheological medium (6), is formed between the first and the second brake components (2, 3). An electrical coil (26), which surrounds the core (21) and is wound around the axis of rotation (20), is received between the jacket part (13) and the core (21). Two radial brake gap portions (5a, 5b) having a different design are formed, wherein a disc contour (41) is formed at a first brake gap portion (5a) between the jacket part (13) and the core (21), and wherein, in a second brake gap portion (5b), a plurality of rolling bodies (11) are arranged as magnetic field concentrators at the periphery of the core (21).

Description

Haptische Bedieneinrichtung mit einer magnetorheologischen Haptic control device with a magnetorheological
Bremseinrichtung braking device
Die Erfindung betrifft eine haptische Bedieneinrichtung und insbesondere einen haptischen Bedienknopf mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung mit einem feststehenden Halter und mit wenigstens zwei Bremskomponenten, die um eine Rotationsachse relativ zueinander kontinuierlich drehbar sind.The invention relates to a haptic operating device and in particular a haptic operating button with a magnetorheological braking device with a fixed holder and with at least two braking components which can be rotated continuously relative to one another about an axis of rotation.
Die haptische Bedien- oder Betätigungseinrichtung kann insbesondere bei der Bedienung von technischen Einrichtungen in Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen verwendet werden, so zum Beispiel als Drehsteller, Dreh-/Drücksteller, für das Infotainment, die Klimaanlage (Temperatur, Lüftungsstufe, Verteilung) , als Getriebewahlschalter, zur Navigation, bei dem Tempomat, bei der Abstandsregelung, als Sitzverstellung, in der Lenkung (Steer by wire oder Lenkung allgemein) oder im Lenkrad, im Lenker oder Lenkstrang von einem Zweirad, Dreirad, oder Vierrad (z.B. OFF-Highway Fahrzeug wie z.B. Fahrzeuge der Firma Polaris) , Jetski, Schneemobile, ALL Terrain Vehicle, bei der Fahrwerksverstellung, bei der Fahrmodiverstellung, zur Scheibenwischereinstellung, zur Fensterverstellung oder zur Schiebedachverstellung, beim Parkassistenten oder zum Einstellen des (teil-) autonomen Fahrens oder sogar als Lenkradersatz. The haptic operating or actuating device can be used in particular when operating technical equipment in motor vehicles and other vehicles, for example as a turntable, turntable/push button, for infotainment, air conditioning (temperature, ventilation level, distribution), as a gear selector switch, for navigation, with cruise control, with distance control, as seat adjustment, in the steering (steer by wire or steering in general) or in the steering wheel, in the handlebar or steering column of a two-wheeler, three-wheeler or four-wheeler (e.g. OFF-Highway vehicle such as vehicles from Polaris), jet skis, snowmobiles, ALL Terrain Vehicles, for adjusting the chassis, for changing the driving mode, for adjusting the windscreen wipers, for adjusting windows or for adjusting the sunroof, for parking assistants or for setting (partly) autonomous driving or even as a replacement steering wheel.
Der Einsatz ist bei Kraftfahrzeugen, Luftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen, Booten, in der Landtechnik bei zum Beispiel Traktoren oder Mähdrescher, Erntemaschinen und sonstigen Feldmaschinen für die Landwirtschaft möglich. Der Einsatz ist auch bei Baumaschinen und zum Beispiel Gabelstaplern oder ähnlichen Maschinen oder auch bei medizinischen oder industriellen Anlagen möglich. It can be used in motor vehicles, aircraft, airplanes, ships, boats, in agricultural engineering, for example in tractors or combine harvesters, harvesters and other field machines for agriculture. It can also be used in construction machinery and, for example, forklifts or similar machines or in medical or industrial systems.
Die Erfindung kann auch bei der Bedienung oder als Eingabegerät von Waschmaschinen, Küchengeräten und Haushaltsgeräten, Radios, Fotoapparaten und Filmkameras, Hi-Fi- und Fernsehanlagen, Smart Devices, Smart-Home-Geräten, Laptops, PCs, Smartwatches, in einem Kronenrad von Armbanduhren oder als Computermaus oder als Drehrad in einer Computermaus, an Spiele-Konsolen, beim Gamingequipment, als Drehknopf in einer Tastatur oder an anderen Geräten verwendet werden . The invention can also be used when operating or as an input device for washing machines, kitchen appliances and household appliances, radios, Cameras and film cameras, hi-fi and television systems, smart devices, smart home devices, laptops, PCs, smartwatches, in a crown wheel of wristwatches or as a computer mouse or as a rotary wheel in a computer mouse, on game consoles, in gaming equipment, as Rotary knob used in a keyboard or other devices.
Magnetorheologische Fluide weisen beispielsweise in einem Öl verteilt feinste ferromagnetische Partikel wie beispielsweise Carbonyleisenpulver auf. In magnetorheologischen Flüssigkeiten werden annähernd runde oder kugelförmige Partikel mit einem herstellungsbedingten Durchmesser von 1 pm bis 10 pm verwendet, wobei die Partikelgröße und Partikelform nicht einheitlich ist. Wird ein solches magnetorheologisches Fluid mit einem Magnetfeld beaufschlagt, so verketten sich die Carbonyleisenpartikel des magnetorheologischen Fluides oder des magnetorheologischen Mediums oder des magnetorheologischen Fluides entlang der Magnetfeldlinien, sodass die rheologischen Eigenschaften des magnetorheologischen Mediums abhängig von Form und Stärke des Magnetfeldes erheblich beeinflusst werden (übertragbare Schubspannungen) . Magnetorheological fluids have, for example, very fine ferromagnetic particles, such as carbonyl iron powder, distributed in an oil. In magnetorheological fluids, approximately round or spherical particles with a production-related diameter of 1 μm to 10 μm are used, with the particle size and particle shape not being uniform. If such a magnetorheological fluid is subjected to a magnetic field, the carbonyl iron particles of the magnetorheological fluid or the magnetorheological medium or the magnetorheological fluid link up along the magnetic field lines, so that the rheological properties of the magnetorheological medium are significantly influenced depending on the shape and strength of the magnetic field (transmissible shear stresses ) .
Bremseinheiten mit magnetorheologisches Flüssigkeiten sind aus dem Stand der Technik bekannt, z.B. die MRF Bremse der Firma Lord Corporation in verschiedenen Baugrößen (5 Nm, 12 Nm, 20 Nm) : https : / /www. lord. com/products-and-solutions/ steer-by-wire- tactile-f eedback-device . Diese werden u.a. auch als „Steer-by- Wire Tactile Feedback" eingesetzt. Diese Bremsen funktionieren an sich. Ein Nachteil dieser MRF Bremsen ist aber deren relativ hohe Grundreibung (Grundmoment) in Relation zum Maximalmoment (Arbeitsbereich) . Der Arbeitsbereich der 5 Nm Bremse ist laut Webseite/Spezif ikation der Firma Lord 0,5 bis 5 Nm (Faktor 10) , bei der 12 Nm Bremse liegt der Arbeitsbereich zwischen 1 Nm und 12 Nm (Faktor 12) und bei der 20 Nm Bremse liegt der Arbeitsbereich zwischen 1 Nm und 20 Nm (Faktor 20) . Dieser relativ geringe Arbeitsbereich ist für viele Anwendungen nicht ausreichend, weshalb diese Serienprodukte primär bei grobmotorischen Anwendungen im Einsatz sind (u.a. Bedienung meist mit Handschuhen, wie in der Industrie, bei Landmaschinen, an Gabelstaplern. . . ) . Brake units with magnetorheological fluids are known from the prior art, for example the MRF brake from Lord Corporation in various sizes (5 Nm, 12 Nm, 20 Nm): https : / /www. lord. com/products-and-solutions/ steer-by-wire-tactile-f eedback-device . These are also used, among other things, as "steer-by-wire tactile feedback". These brakes function per se. However, a disadvantage of these MRF brakes is their relatively high basic friction (basic torque) in relation to the maximum torque (working range). The working range of the 5 Nm brake According to Lord's website/specification, it is 0.5 to 5 Nm (factor 10), with the 12 Nm brake the working range is between 1 Nm and 12 Nm (factor 12) and with the 20 Nm brake the working range is between 1 Nm and 20 Nm (factor 20) This relatively small working range is not suitable for many applications sufficient, which is why these series products are primarily used for coarse motor applications (among other things, operation mostly with gloves, as in industry, on agricultural machines, on forklifts...).
Feinmotorische Anwendungen wie die Bedienung vom Infotainment mit Dreh-/Drückstellern mittels dreier Finger im Auto, die Bedienung von Spielekonsolen beim Gaming, aber auch das Lenken eines Personenkraftwagens benötigen ein wesentlich niederes Grundmoment bei gleichzeitig höherem Maximalmoment, also einen erheblich größeren Arbeitsbereich. Besonders das hohe Grundmoment führt rasch zum Ermüden bzw. ganz feine Einstellvorgänge werden damit haptisch schwierig. Die bekannten MRF Bremsen lassen einen großen Arbeitsbereich aber nicht zu, da die Reibflächen zu groß sind. Kleinere Reibflächen würden zwar das Grundmoment verringern, aber damit würde auch das Maximalmoment kleiner werden. Fine motor applications such as operating infotainment with rotary/push controls using three fingers in the car, operating game consoles when gaming, but also steering a car require a significantly lower basic torque with a higher maximum torque at the same time, i.e. a significantly larger working range. The high basic torque in particular quickly leads to fatigue and makes very fine adjustments difficult to feel. However, the well-known MRF brakes do not allow a large working range because the friction surfaces are too large. Although smaller friction surfaces would reduce the basic torque, the maximum torque would also be smaller.
Mit der WO 2012/034697 Al ist eine magnetorheologische Übertragungsvorrichtung bekannt geworden, die zwei koppelbare Komponenten aufweist, deren Kopplungsintensität beeinflussbar ist. Zur Beeinflussung der Kopplungsintensität ist ein Kanal mit einem magnetorheologischen Medium vorgesehen. Über ein Magnetfeld wird das magnetorheologische Medium in dem Kanal beeinflusst. In dem Kanal sind Drehkörper vorgesehen, an denen spitzwinklige und das magnetorheologische Medium enthaltende Bereiche vorgesehen sind. Der Kanal oder wenigstens ein Teil davon ist mit dem Magnetfeld einer Magnetfelderzeugungseinrichtung beaufschlagbar, um die Partikel wahlweise (magnetisch) zu verketten und mit den Drehkörpern zu verkeilen oder freizugeben. Diese magnetorheologische Übertragungsvorrichtung kann auch an einem Drehknopf zur Bedienung von technischen Geräten eingesetzt werden. Eine solche magnetorheologische Übertragungsvorrichtung funktioniert und erlaubt die Übertragung von recht hohen Kräften oder Drehmomenten bei gleichzeitig relativ kleiner Bauform bzw. Bauvolumen. With WO 2012/034697 A1 a magnetorheological transmission device has become known which has two components which can be coupled and whose coupling intensity can be influenced. A channel with a magnetorheological medium is provided to influence the coupling intensity. The magnetorheological medium in the channel is influenced by a magnetic field. Rotating bodies are provided in the channel, on which acute-angled areas containing the magnetorheological medium are provided. The channel or at least part of it can be subjected to the magnetic field of a magnetic field generating device in order to selectively (magnetically) concatenate the particles and to wedge them with the rotating bodies or to release them. This magnetorheological transmission device can also be used on a rotary knob to operate technical devices. Such a magnetorheological transmission device works and allows the transmission of very high forces or torques with a relatively small design or volume at the same time.
In der WO 2012/034697 Al ist auch ein Drehknopf oder Bedienknopf offenbart, bei dem der eigentliche Knopf um eine Welle drehbar angebracht ist. Über das von einer elektrischen Spule erzeugte Magnetfeld kann das Bremsmoment gesteuert werden. Wird ein noch höheres erzeugbares Bremsmoment gewünscht, so können statt kugelförmiger Drehkörper auch zylindrische Walzen eingesetzt werden, sodass das Magnetfeld auf einer längeren Strecke bzw. größeren Fläche wirkt (es findet eine Magnetfeldkonzentration und Keilbildung über eine größere Fläche statt) . Eine haptische Bedieneinrichtung mit derartigen Drehkörpern oder Wälzkörpern erlaubt eine zufriedenstellende Funktion und ein sehr hohes Drehmoment für einen haptischen Bedienknopf, während gleichzeitig bei abgeschaltetem Magnetfeld ein geringes Brems- /Grundmoment anliegt (z.B. kleiner 0,5 Nm bei 50 Nm Maximalmoment. Das Verhältnis von maximal erzeugbarem Drehmoment zu minimalem Drehmoment (Grundmoment) ist hoch (> 100) . WO 2012/034697 A1 also discloses a rotary knob or operating knob in which the actual knob can be rotated about a shaft is attached. The braking torque can be controlled via the magnetic field generated by an electric coil. If an even higher braking torque that can be generated is desired, cylindrical rollers can also be used instead of spherical rotating bodies, so that the magnetic field acts over a longer distance or larger area (there is a magnetic field concentration and wedge formation over a larger area). A haptic control device with such rotary bodies or rolling elements allows a satisfactory function and a very high torque for a haptic control knob, while at the same time there is a low braking/basic torque when the magnetic field is switched off (e.g. less than 0.5 Nm at a maximum torque of 50 Nm. The ratio of maximum generated torque to minimum torque (basic torque) is high (> 100).
Nachteilig ist aber, dass das hohe maximal Drehmoment nur bei geringen Drehzahlen der haptischen Bedieneinrichtung erzielbar ist. Überschreitet die Drehzahl einen von der jeweiligen Konstruktion abhängigen Wert, so sinkt das Maximalmoment erheblich ab und erfüllt die Anforderungen nicht immer. The disadvantage, however, is that the high maximum torque can only be achieved at low speeds of the haptic operating device. If the speed exceeds a value that depends on the respective design, the maximum torque drops considerably and does not always meet the requirements.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine haptische Bedieneinrichtung und insbesondere einen haptischen Bedienknopf mit einer magnetorheologischen Brems- oder Dämpf einrichtung zu Verfügung zu stellen, womit ein geringes Grundmoment und ein relativ hohes Maximaldrehmoment bei unterschiedlichen Drehzahlen erzeugbar ist. It is therefore the object of the present invention to provide a haptic operating device and in particular a haptic operating button with a magnetorheological braking or damping device, with which a low basic torque and a relatively high maximum torque can be generated at different speeds.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine haptische Bedieneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele . This object is achieved by a haptic operating device with the features of claim 1. Preferred developments of the invention are the subject matter of the dependent claims. Further advantages and features of the present invention result from the general description and from the description of the exemplary embodiments.
Eine erfindungsgemäße haptische Bedieneinrichtung kann insbesondere als haptischer Bedienknopf oder Drehknopf oder Drehelement ausgebildet sein. Die haptische Bedieneinrichtung weist wenigstens eine magnetorheologische Bremseinrichtung mit einem feststehenden Halter und mit wenigstens zwei Bremskomponenten auf. Eine der beiden Bremskomponenten ist mit dem Halter drehfest verbunden. Die beiden Bremskomponenten sind relativ zueinander kontinuierlich um eine (gemeinsame) Rotationsachse drehbar. Eine erste Bremskomponente erstreckt sich entlang der Rotationsachse (in axialer Richtung) und umfasst wenigstens einen Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material. Die zweite Bremskomponente umfasst ein sich um die erste Bremskomponente herum erstreckendes hohl ausgebildetes Mantelteil. Zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente ist wenigstens ein umlaufender und wenigstens zum Teil mit einem magnetorheologischen Medium gefüllter Bremsspaltabschnitt oder Spalt ausgebildet. Zwischen dem Mantelteil und dem Kern ist wenigstens eine um die Rotationsachse herum gewickelte und den Kern (radial) umgebende elektrische Spule auf genommen. Es sind wenigstens zwei (funktional) unterschiedliche und (vorzugsweise) radial und/oder axial oder schräg ausgebildete Bremsspaltabschnitte umfasst oder ausgebildet. An einem ersten Bremsspaltabschnitt ist eine Scheibenkontur zwischen dem Mantelteil und dem Kern ausgebildet. In einem (zwischen dem Mantelteil und dem Kern ausgebildeten) zweiten Bremsspaltabschnitt ist eine Mehrzahl von Wälzkörpern auf dem Umfang des Kerns angeordnet. Die beiden Bremsspaltabschnitte sind vorzugsweise an einem gemeinsamen Spalt (Bremsspalt) ausgebildet. Die beiden Bremsspaltabschnitte können auch an zwei räumlich und/oder baulich getrennten Spalten (Bremsspalten) ausgebildet sein. A haptic control device according to the invention can be used in particular as a haptic control knob or rotary knob or be formed rotating element. The haptic operating device has at least one magnetorheological braking device with a stationary holder and with at least two braking components. One of the two brake components is non-rotatably connected to the holder. The two brake components are continuously rotatable relative to one another about a (common) axis of rotation. A first braking component extends along the axis of rotation (in the axial direction) and comprises at least one core made of a magnetically conductive material. The second brake component includes a hollow shell portion extending around the first brake component. At least one circumferential brake gap section or gap that is at least partially filled with a magnetorheological medium is formed between the first and the second brake component. At least one electrical coil wound around the axis of rotation and (radially) surrounding the core is accommodated between the casing part and the core. At least two (functionally) different and (preferably) radially and/or axially or obliquely formed brake gap sections are included or formed. A disc contour is formed between the casing part and the core at a first braking gap section. In a second braking gap section (formed between the shell part and the core), a plurality of rolling elements are arranged on the circumference of the core. The two braking gap sections are preferably formed at a common gap (braking gap). The two braking gap sections can also be formed on two spatially and/or structurally separate gaps (braking gaps).
Die erfindungsgemäße haptische Bedieneinrichtung hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen haptischen Bedieneinrichtung besteht darin, dass zwei funktional unterschiedliche und jeweils in (vorzugsweise) radialer (und/oder axialer und/oder schräger) Richtung ausgebildete Bremsspaltabschnitte umfasst sind. Dadurch kann bei unterschiedlichen Drehzahlen der haptischen Bedieneinrichtung auf unterschiedliche Art und Weise gebremst werden . Während einer der Brems spaltabschnitte ( funktional bedingt ) ein höheres Drehmoment bei geringeren Drehzahlen erzeugt , erzeugt der andere Brems spaltabschnitt durch den anderen Aufbau bedingt auch bei höheren Drehzahlen ein relativ hohes Drehmoment . Dadurch wird über den gesamten Drehzahlbereich ein konstantes maximales Drehmoment erreicht , was in vielen Anwendungen sehr vorteilhaft i st . The haptic operating device according to the invention has many advantages. A significant advantage of the haptic operating device according to the invention is that two functionally different brake gap sections are included, each configured in (preferably) a radial (and/or axial and/or oblique) direction. As a result, at different speeds of the haptic control device be braked in different ways. While one of the brake gap sections (functionally related) generates a higher torque at lower speeds, the other brake gap section, due to the different structure, also generates a relatively high torque at higher speeds. As a result, a constant maximum torque is achieved over the entire speed range, which is very advantageous in many applications.
Die erfindungsgemäße hapti sche Bedieneinrichtung i st einfach aufgebaut , verwendet nur wenige Teile und erlaubt eine leichte und kostengünstige Fertigung . Die Grundreibung ist gering und es kann für unterschiedliche Drehzahlen und auch im Still stand ein hohes Maximaldrehmoment bereitgestellt werden . Die Fertigung i st einfach und kostengünstig . The haptic operating device according to the invention has a simple structure, uses only a few parts and allows easy and inexpensive manufacture. The basic friction is low and a high maximum torque can be provided for different speeds and also at standstill. Production is simple and inexpensive.
Die erste Bremskomponente definiert eine axiale Richtung . Insbesondere i st eine Symmetrieachse der ersten Bremskomponente die Rotationsachse . Vorzugswei se erstreckt sich der Kern der ersten Bremskomponente in der axialen Richtung, kann aber auch einen leichten Winkel zur axialen Richtung aufwei sen . The first braking component defines an axial direction. In particular, an axis of symmetry of the first braking component is the axis of rotation. The core of the first brake component preferably extends in the axial direction, but can also have a slight angle to the axial direction.
Die Erfindung ermöglicht es , ein hohes Bremsmoment bei unterschiedlichen Drehzahlen bei einem kleinen Bauraum zu erzeugen . Das Magnetfeld durchtritt die zwei unterschiedlichen Brems spaltabschnitte zwischen dem Kern und dem Mantelteil j eweils im Wesentlichen radial oder j edenfall s doch quer zu der Rotationsachse . The invention makes it possible to generate a high braking torque at different speeds in a small installation space. The magnetic field passes through the two different braking gap sections between the core and the casing part, in each case essentially radially or in any case transversely to the axis of rotation.
Die Wäl zkörper dienen insbesondere al s Magnetfeldkonzentratoren . Aufgrund der ( als Magnetfeldkonzentratoren dienenden) Wäl zkörper können sich zwi schen den einzelnen Magnetfeldlinien und der radialen Ausrichtung spitze Winkel ergeben, aber generell oder im Durchschnitt verläuft das Magnetfeld im Wesentlichen radial . Das Gleiche gilt auch für den anderen Brems spaltabschnitt mit der Scheibenkontur , bei der sich an dem radialen Ende der Scheibenkontur auch eine dreidimensionale Ausrichtung der Magnetfeldlinien ergeben kann, die aber im Durchschnitt oder insgesamt doch wieder im Wesentlichen radial ausgerichtet sind.The rolling elements serve in particular as magnetic field concentrators. Due to the rolling elements (serving as magnetic field concentrators) there can be acute angles between the individual magnetic field lines and the radial orientation, but generally or on average the magnetic field runs essentially radially. The same applies to the other brake gap section with the disc contour, in which a three-dimensional alignment of the magnetic field lines can also result at the radial end of the disc contour, but on average or overall are again aligned essentially radially.
Insbesondere ist in einem axialen Bereich (direkt) benachbart zu der elektrischen Spule eine Scheibenkontur oder ein Scheibenkörper zwischen dem Mantelteil und dem Kern ausgebildet und in einem (anderen) axialen Abschnitt (direkt) benachbart zu der elektrischen Spule ist eine Mehrzahl von Wälzkörpern (als Magnetfeldkonzentratoren) auf dem Umfang des Kerns angeordnet. Die Wälzkörper sind insbesondere in einer gemeinsamen Ebene quer oder senkrecht zur Rotationsachse angeordnet. Vorzugsweise können sich die Wälzkörper vollständig um den Kern herum bewegen. Eine Außenoberfläche des Kerns ist in dem zweiten Bremsspaltabschnitt vorzugsweise zylindrisch ausgebildet. In particular, in an axial area (directly) adjacent to the electrical coil, a disk contour or disk body is formed between the casing part and the core, and in a (different) axial section (directly) adjacent to the electrical coil, there is a plurality of rolling bodies (as magnetic field concentrators ) arranged on the circumference of the core. In particular, the rolling elements are arranged in a common plane transversely or perpendicularly to the axis of rotation. Preferably, the rolling elements can move completely around the core. An outer surface of the core is preferably cylindrical in the second braking gap portion.
Vorzugsweise ist ein Radius bzw. (typischer oder maximaler) Durchmesser des ersten Bremsspaltabschnittes etwa und insbesondere genau so groß wie ein Radius bzw. (typischer oder maximaler) Durchmesser des zweiten Bremsspaltabschnittes. Dadurch werden große Momente auch bei höheren Drehzahlen und beim Anlaufen aus dem Stand erzeugbar. A radius or (typical or maximum) diameter of the first brake gap section is preferably approximately and in particular exactly the same size as a radius or (typical or maximum) diameter of the second brake gap section. This means that large torques can be generated even at higher speeds and when starting from a standstill.
Das magnetorheologische Medium benetzt insbesondere die erste und die zweite Bremskomponente wenigstens abschnittsweise. The magnetorheological medium particularly wets the first and the second brake component at least in sections.
Die (wenigstens eine) elektrische Spule ist vorzugsweise um die Rotationsachse herumgewickelt und erzeugt im Wesentlichen ein Magnetfeld in axialer Richtung innerhalb des Kerns. Die elektrische Spule ist dabei radial zwischen dem Kern und dem Mantelteil auf genommen. Die elektrische Spule kann dabei um den Kern gewickelt oder auch innen an dem Mantelteil befestigt sein.The (at least one) electrical coil is preferably wound around the axis of rotation and generates a magnetic field in an axial direction substantially within the core. The electrical coil is taken up radially between the core and the casing part. The electrical coil can be wound around the core or attached to the inside of the casing part.
Der Kern besteht aus einem magnetisch (gut) leitfähigen Material. Die erste Bremskomponente umfasst den Kern und insbesondere eine Achse oder einen Schaft, der insbesondere wenigstens zum Teil oder vollständig aus einem magnetisch nichtleitenden Material besteht. Vorzugsweise sind die Achse (der Schaft) und der Kern lösbar miteinander verbunden. Die Scheibenkontur besteht wenigstens teilweise oder vollständig auch aus einem magnetisch (gut) leitfähigen Material. The core consists of a magnetically (well) conductive material. The first braking component comprises the core and in particular an axle or a shaft which in particular consists at least partially or completely of a magnetically non-conductive material. Preferably, the axle (the shaft) and the core are detachably connected to each other. The disc contour consists at least partially or completely of a magnetically (well) conductive material.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Scheibenkontur als separater Scheibenkörper ausgebildet. Möglich ist es auch, dass die Scheibenkontur einstückig mit dem Kern ausgebildet ist und z. B. T-förmig gestaltet ist, wobei der lange Schenkel des „T" entlang der Rotationsachse verläuft. Möglich ist es auch, das ein Teil der Scheibenkontur einstückig mit dem Kern ausgebildet ist und durch einen separaten Scheibenkörper ergänzt wird. In einfachen und besonders bevorzugten Ausgestaltungen wird die Scheibenkontur durch einen separaten Scheibenkörper gebildet, der an oder auf dem Kern befestigt wird. In a preferred development, the disk contour is designed as a separate disk body. It is also possible that the disk contour is formed in one piece with the core and z. B. T-shaped, with the long leg of the “T” running along the axis of rotation. It is also possible that part of the disk contour is designed in one piece with the core and is supplemented by a separate disk body. In simple and particularly preferred ones Configurations, the disk contour is formed by a separate disk body that is attached to or on the core.
Vorzugsweise wird der Scheibenkörper auf den Kern aufgebracht. Dazu weist der Kern insbesondere eine angepasste Aufnahme auf. Möglich und bevorzugt ist es zum Beispiel, dass der Scheibenkörper mit dem Kern verbunden oder aufgepresst wird. Möglich ist es aber auch, dass die Scheibenkontur bzw. der Scheibenkörper mit dem Mantelteil verbunden und zum Beispiel darin eingepresst wird. Denkbar ist es auch, dass zwei aufeinander angepasste Scheibenkörper eingesetzt werden, zwischen denen ein radialer Bremsspaltabschnitt gebildet wird. Dabei kann eine erste hohlzylindrische Scheibenkontur auf den Kern aufgebracht werden und eine zweite hohlzylindrische Scheibenkontur mit einem entsprechend großen Innendurchmesser in das Mantelteil eingebracht werden, sodass die beiden Scheibenkonturen zum Beispiel in axialer Richtung zueinander ausgerichtet sind und einen kleinen (radialen) Spalt zwischen sich belassen. Zwischen den beiden Scheibenkonturen verbleibt dann ein insbesondere im Wesentlichen radial ausgebildeter Bremsspaltabschnitt . The disk body is preferably applied to the core. For this purpose, the core has, in particular, an adapted receptacle. It is possible and preferred, for example, for the disc body to be connected or pressed onto the core. However, it is also possible for the disk contour or the disk body to be connected to the casing part and, for example, to be pressed into it. It is also conceivable that two disk bodies adapted to one another are used, between which a radial braking gap section is formed. A first hollow-cylindrical disk contour can be applied to the core and a second hollow-cylindrical disk contour with a correspondingly large inner diameter can be introduced into the casing part, so that the two disk contours are aligned with one another in the axial direction, for example, and leave a small (radial) gap between them. Between the two disc contours then remains a brake gap section which is in particular essentially radial in design.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen weist die Scheibenkontur wenigstens ein Scheibenpaket auf. Das Scheibenpaket wird insbesondere durch eine Mehrzahl von vorzugsweise direkt aneinander anliegenden Scheibenblechen gebildet. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht beispielsweise die Fertigung der Scheibenbleche als Stanzteil. Stanzteile können besonders leicht und kostengünstig in großen Stückzahlen hergestellt werden. Werden sie aufeinandergestapelt und zum Beispiel miteinander verpresst, so kann leicht und kostengünstig ein Scheibenpaket bzw. ein Scheibenkörper mit erheblich größerer Dicke bereitgestellt werden. Dadurch werden Scheibenbleche (auch Scheiben genannt) und auch Scheibenpakete sehr kostengünstig herstellbar. Einzelne Scheiben können auch verschiedene Eigenschaften haben (z.B. aufgrund von unterschiedlichem Materialien) . Einzelne Scheiben können auch aus (gesintertem) Magnetwerkstoff sein (z.B. Neodym) . In particularly preferred configurations, the pane contour has at least one pane pack. The pack of disks is formed in particular by a plurality of sheet metal disks that preferably lie directly against one another. Such Configuration enables, for example, the production of disc plates as a stamped part. Punched parts can be produced particularly easily and inexpensively in large numbers. If they are stacked on top of one another and, for example, pressed together, a disk package or a disk body with a significantly greater thickness can be provided easily and inexpensively. As a result, disk sheets (also called disks) and also disk packages can be produced very cost-effectively. Individual discs can also have different properties (eg due to different materials). Individual discs can also be made of (sintered) magnetic material (eg neodymium).
Es ist bevorzugt, dass wenigstens einige Scheibenbleche oder nahezu alle Scheibenbleche oder alle Scheibenbleche jeweils rund ausgebildet sind und den gleichen Durchmesser oder doch ähnliche Durchmesser aufweisen. Möglich ist aber auch der Einsatz von einigen oder einzelnen unrund ausgebildeten Scheibenblechen, an denen beispielsweise radial außen eine unrunde Außenkontur oder eine Zahnstruktur oder Sternkontur ausgebildet ist. Werden rund und unrund ausgebildete Scheibenbleche zu einem Scheibenpaket gestapelt, so kann eine komplexe Außenkontur erzeugt werden, die lokal zu einer größeren Magnetfeldkonzentration führen kann. Möglich ist es auch, dass ein Scheibenpaket mehrere rund (oder unrund) ausgebildete Scheibenbleche mit unterschiedlichen Außendurchmessern umfasst. So können abwechselnd runde Scheibenbleche mit geringerem und mit größerem Durchmesser vorgesehen sein. It is preferred that at least some sheet metal disks or almost all sheet metal disks or all sheet metal disks are each round and have the same diameter or at least similar diameters. However, it is also possible to use a few or individual non-round disc plates on which, for example, a non-round outer contour or a toothed structure or star contour is formed radially on the outside. If circular and non-circular disk sheets are stacked to form a disk pack, a complex outer contour can be created, which can locally lead to a greater magnetic field concentration. It is also possible for a disk pack to include a plurality of round (or non-round) disk sheets with different outside diameters. In this way, round sheet metal plates with a smaller and a larger diameter can be provided alternately.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen weist die Scheibenkontur insgesamt eine zylindrische Außenkontur auf. Es ist auch möglich, dass die Scheibenkontur als Sternkontur ausgebildet ist oder eine solche bildet. Eine Sternkontur als Scheibenkontur kann (vorzugsweise) radial und/oder (möglicherweise) axial abstehende Magnetfeldkonzentratoren aufweist, die einstückig mit der Scheibenkontur verbunden oder daran befestigt sind. Dann ist es möglich, dass an einem Bremspaltabschnitt eine Sternkontur als Scheibenkontur vorgesehen ist. An dem anderen Bremspaltabschnitt sind dann Drehkörper umfasst. In particularly preferred configurations, the disc contour has a cylindrical outer contour overall. It is also possible for the disc contour to be in the form of a star contour or to form one. A star contour as a disc contour can (preferably) have radially and/or (possibly) axially protruding magnetic field concentrators which are integrally connected to the disc contour or attached thereto. Then it is possible that a star contour is provided as a disc contour on a Bremspaltabschnitt. Rotating bodies are then included on the other brake pad section.
Insbesondere kann in solchen Ausgestaltungen an einem Bremsspaltabschnitt zwischen dem Mantelteil und dem Kern wenigstens eine Sternkontur als Scheibenkontur angeordnet sein. Dadurch ergibt sich in dem Bereich der Sternkontur eine veränderliche Spalthöhe über den Umfang des Bremsspaltabschnitts. Auch in dieser Ausgestaltung ist der zweite Bremsspaltabschnitt vorzugsweise auch ein axial äußerer Bremsspaltabschnitt. In particular, in such configurations, at least one star contour can be arranged as a disc contour on a braking gap section between the casing part and the core. This results in a variable gap height over the circumference of the braking gap section in the area of the star contour. In this configuration, too, the second brake gap section is preferably also an axially outer brake gap section.
An einer Sternkontur sind vorzugsweise Magnetfeldkonzentratoren ausgebildet oder angeordnet, welche (radial) in den Spalt hineinragen, sodass sich in dem Bereich der Sternkontur ein umlaufender Bremsspaltabschnitt mit veränderlicher Spalthöhe ergibt . Magnetic field concentrators are preferably formed or arranged on a star contour, which protrude (radially) into the gap, so that a circumferential braking gap section with variable gap height results in the area of the star contour.
Die als Magnetfeldkonzentratoren dienenden Elemente können radial nach innen oder radial nach außen oder axial von einer Sternkontur abstehen. Die Magnetfeldkonzentratoren können z. B. zahnförmig, bogenförmig, sinusförmig, trapezförmig ausgebildet sein und können regelmäßig oder auch unregelmäßig verteilt angeordnet und unterschiedlich hoch sein. The elements serving as magnetic field concentrators can protrude radially inwards or radially outwards or axially from a star contour. The magnetic field concentrators can, for. B. tooth-shaped, arc-shaped, sinusoidal, trapezoidal and can be arranged regularly or irregularly distributed and be of different heights.
Eine Sternkontur kann auch in axialer Richtung ausgebildet sein. Das bedeutet, dass in axialer Richtung variable Spalthöhen auf treten. Dadurch kann das Magnetfeld in axialer Richtung an Orten mit geringerer Spalthöhe konzentriert werden, und in den höheren Spalten verringert werden. Auch eine Mischung aus „radialen" und „axialen" oder/und schrägen Sternkonturen ist denkbar . A star contour can also be formed in the axial direction. This means that variable gap heights occur in the axial direction. As a result, the magnetic field can be concentrated in the axial direction at locations with smaller gap heights and reduced in the higher gaps. A mixture of “radial” and “axial” and/or oblique star contours is also conceivable.
Es ist möglich und bevorzugt, dass die Scheibenkontur an wenigstens einer axialen Seite eine (axial) nach außen abstehende Außenkontur aufweist. Die Scheibenkontur kann dabei insgesamt konisch, bauchig, abgerundet oder abgestuft ausgebildet sein. Insbesondere ist die Scheibenkontur rotationssymmetrisch im Bereich der Außenkontur ausgebildet. Die nach außen abstehende Außenkontur kann sich beispielsweise an einem Deckel oder dergleichen abstützen oder dort geführt werden. Die nach außen abstehende Außenkontur ermöglicht dadurch die Bereitstellung eines Reservoirs an magnetorheologischen Partikeln. It is possible and preferred for the disk contour to have an (axially) outwardly protruding outer contour on at least one axial side. The disk contour can be conical, bulbous, rounded or stepped overall. In particular, the disk contour is rotationally symmetrical Formed area of the outer contour. The outwardly projecting outer contour can, for example, be supported on a cover or the like or be guided there. The outwardly protruding outer contour thereby makes it possible to provide a reservoir of magnetorheological particles.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass ein radialer Freiraum für einen Wälzkörper zwischen dem Mantelteil und dem Kern in dem zweiten Bremsspaltabschnitt größer ist als eine Spalthöhe in dem ersten Bremsspaltabschnitt (in dem Bereich der Scheibenkontur) . Ein radialer Freiraum ergibt sich dabei als Differenz der Spalthöhe in dem zweiten Bremsspaltabschnitt abzüglich des Durchmessers des Wälzkörpers. Typischerweise teilt sich der radiale Freiraum etwa gleichmäßig radial außerhalb des Wälzkörpers und radial innerhalb des Wälzkörpers auf. In einfachen Fällen ist der Wälzkörper radial mittig angeordnet und der radiale Abstand der Außenfläche des Wälzkörpers zur inneren Oberfläche des Mantelteils und der radiale Abstand von der äußeren Umfangsfläche des Kerns zur radial inneren Außenoberfläche des Wälzkörpers sind etwa gleich. In all configurations, it is preferred that a radial free space for a rolling body between the casing part and the core in the second brake gap section is greater than a gap height in the first brake gap section (in the area of the disk contour). A radial free space results from the difference in the gap height in the second brake gap section minus the diameter of the rolling element. The radial free space is typically divided approximately equally radially outside of the rolling body and radially inside of the rolling body. In simple cases, the rolling element is arranged radially centrally and the radial distance between the outer surface of the rolling element and the inner surface of the shell part and the radial distance from the outer peripheral surface of the core to the radially inner outer surface of the rolling element are approximately the same.
Vorzugsweise ist der radiale Freiraum (insgesamt) für einen Wälzkörper in dem zweiten Bremsspaltabschnitt mehr als doppelt und insbesondere wenigstens dreimal so groß wie die Spalthöhe in dem ersten Bremsspaltabschnitt. Das bedeutet, dass im Normalfall der Wälzkörper radial nach außen und radial nach innen mehr Spielraum hat als die Spalthöhe an dem Scheibenkörper in dem ersten Bremsspaltabschnitt beträgt. Es ist auch möglich und bevorzugt, dass der radiale Freiraum für einen Wälzkörper in dem zweiten Bremsspaltabschnitt viermal so groß oder noch größer ist als die Spalthöhe in dem ersten Bremsspaltabschnitt. Vorzugsweise ist eine Spalthöhe an dem Bremsspaltabschnitt an der Scheibenkontur kleiner als 0,15 mm und vorzugsweise kleiner als 0,1 mm.The radial free space (total) for a rolling body in the second brake gap section is preferably more than twice and in particular at least three times as large as the gap height in the first brake gap section. This means that in the normal case, the rolling element has more play radially outwards and radially inwards than the gap height on the disk body in the first braking gap section. It is also possible and preferred that the radial free space for a rolling body in the second brake gap section is four times or even greater than the gap height in the first brake gap section. A gap height at the braking gap section on the disc contour is preferably less than 0.15 mm and preferably less than 0.1 mm.
Vorzugsweise sind der radiale Freiraum in dem zweiten Bremsspaltabschnitt und die Spalthöhe in dem ersten Bremsspaltabschnitt an der Scheibenkontur (erheblich) kleiner als ein radialer Abstand in anderen Bereichen des Spaltes. Der radiale Abstand von dem Außendurchmesser der elektrischen Spule oder von dem Außendurchmesser eines Überzugs über die elektrische Spule oder einer Umspritzung der elektrischen Spule bis zur radialen Innenwandung des Mantelteils ist (axial) außerhalb der beiden Bremsspaltabschnitte vorzugsweise (erheblich) größer als in den beiden Bremsspaltabschnitten. Der Größenunterschied kann den Faktor 2 oder 3 erreichen und weit übersteigen. Preferably, the radial clearance in the second brake gap section and the gap height in the first brake gap section at the disc contour are (considerably) smaller than a radial distance in other areas of the gap. The radial distance from the outer diameter of the electrical coil or from the outer diameter of a coating over the electrical coil or an overmolding of the electrical coil to the radial inner wall of the casing part is (axially) outside of the two brake gap sections preferably (considerably) larger than in the two brake gap sections. The difference in size can reach and far exceed a factor of 2 or 3.
In konkreten Ausgestaltungen beträgt der radiale Freiraum für einen Wälzkörper in dem zweiten Bremsspaltabschnitt etwa 0,2 mm, während die Spalthöhe in dem ersten Bremsspaltabschnitt etwa 0,05 mm beträgt. Dabei sind jeweils Abweichungen von +/- 50 % möglich. Insgesamt beträgt dann das radiale Spiel an einem haptischen Bedienknopf im Bereich der Wälzkörper das Doppelte des radialen Freiraums, da auf gegenüberliegenden Seiten des Kerns jeweils Wälzkörper angeordnet sind, insgesamt in diesem Beispiel 0,4 mm. Im Bereich des ersten Bremsspaltabschnitts mit einer Spalthöhe von 0,05 mm ergibt sich dann insgesamt ein radiales Spiel von 2 * 0,05 mm, also von 0,1 mm. In specific configurations, the radial clearance for a rolling element in the second brake gap section is approximately 0.2 mm, while the gap height in the first brake gap section is approximately 0.05 mm. Deviations of +/- 50% are possible in each case. Overall, the radial play on a haptic control button in the area of the rolling bodies is twice the radial free space, since rolling bodies are arranged on opposite sides of the core, a total of 0.4 mm in this example. In the area of the first brake gap section with a gap height of 0.05 mm, there is a total radial play of 2*0.05 mm, ie 0.1 mm.
Aufgrund dieses sehr geringen Spiels kann wenigstens an dem Ende der haptischen Bedieneinrichtung mit der Scheibenkontur in vielen Fällen auf ein separates Lager verzichtet werden. Die Scheibenkontur übernimmt dann zusammen mit dem Mantelteil die Führung oder Lagerung des Mantelteils gegenüber dem Kern. Das ermöglicht eine nochmals einfachere und noch kostengünstigere Konstruktion . Because of this very small amount of play, in many cases a separate bearing can be dispensed with, at least at the end of the haptic operating device with the disk contour. The disk contour then, together with the shell part, takes over the guidance or bearing of the shell part relative to the core. This enables an even simpler and more cost-effective construction.
In allen Ausgestaltungen kann die Innenkontur oder bevorzugt das Mantelteil unrund sein (z.B. elliptisch...) . Auch kann der Kern exzentrisch zu dem Mantelteil gelagert sein. Dadurch ergibt sich bei der Drehung ein sich ändernder Relativspalt (abschnitt ) . In all configurations, the inner contour or preferably the casing part can be non-round (e.g. elliptical...). The core can also be mounted eccentrically to the casing part. This results in a changing relative gap (section ) during rotation.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen sind der erste und der zweite Bremsspaltabschnitt an unterschiedlichen axialen Seiten der elektrischen Spule ausgebildet. Besonders bevorzugt grenzt wenigstens ein Bremsspaltabschnitt axial mittelbar oder unmittelbar an die elektrische Spule an. In particularly preferred configurations, the first and second braking gap sections are formed on different axial sides of the electrical coil. Particularly preferably borders at least one brake gap section axially directly or indirectly to the electrical coil.
Vorzugsweise beträgt eine axiale Breite der Wälzkörper zwischen einer halben und einer doppelten axialen Breite der Scheibenkontur. Das erlaubt eine besonders effektive Übertragung des Magnetfeldes in dem Bremsspaltabschnitt der Scheibenkontur, wodurch auch eine hohe Magnetfeldkonzentration an dem zweiten Bremsspaltabschnitt im Bereich der Wälzkörper ermöglicht wird. Dadurch wird die Bremswirkung in dem ersten Bremsspaltabschnitt und dem zweiten Bremsspaltabschnitt verstärkt, während die axiale Baulänge aber gering bleibt. An axial width of the rolling bodies is preferably between half and twice the axial width of the disk contour. This allows a particularly effective transmission of the magnetic field in the braking gap section of the disc contour, which also enables a high magnetic field concentration at the second braking gap section in the area of the rolling elements. As a result, the braking effect in the first brake gap section and the second brake gap section is increased, while the overall axial length remains small.
Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis einer axialen Breite der Wälzkörper zu einer axialen Breite der elektrischen Spule zwischen 1:5 und 3:1 und in bevorzugten Ausgestaltungen zwischen 2 : 3 und 3:2. A ratio of an axial width of the rolling bodies to an axial width of the electrical coil is preferably between 1:5 and 3:1 and in preferred configurations between 2:3 and 3:2.
Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis einer axialen Breite der Scheibenkontur zu einer axialen Breite der elektrischen Spule zwischen 1:5 und 3:2 und in bevorzugten Ausgestaltungen zwischen 2:3 und 3:2. Dabei wird hier unter der axialen Breite der Scheibenkontur die Breite der Scheibenkontur am Bremsspaltabschnitt verstanden. Sollte sich die Scheibenkontur beispielsweise radial nach außen verjüngen und die axiale Breite der Scheibenkontur radial nach außen abnehmen, so wird die axiale Breite der Scheibenkontur in der Nähe des radial äußeren Endes darunter verstanden. A ratio of an axial width of the disk contour to an axial width of the electric coil is preferably between 1:5 and 3:2 and in preferred configurations between 2:3 and 3:2. Here, the axial width of the disk contour is understood to mean the width of the disk contour at the brake gap section. If the disk contour tapers radially outwards, for example, and the axial width of the disk contour decreases radially outwards, this is understood to mean the axial width of the disk contour in the vicinity of the radially outer end.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass das Magnetfeld des Magnetkreislaufs wenigstens zum Teil jeweils axial durch den Kern und das Mantelteil und zu einem erheblichen Teil radial und besonders bevorzugt im Wesentlichen radial durch den ersten und den zweiten Bremsspaltabschnitt durchtritt. In einfachen Ausgestaltungen ist die elektrische Spule um den Kern gewickelt und erzeugt in der axialen Richtung der Rotationsachse innerhalb des Kerns ein Magnetfeld, welches an den jeweiligen Enden der elektrischen Spule radial nach außen geleitet wird und an einem axialen Ende durch die Scheibenkontur und den ersten Bremsspaltabschnitt und an dem anderen axialen Ende durch den zweiten Bremsspaltabschnitt und die Wälzkörper jeweils vom Kern in das Mantelteil bzw. umgekehrt übertritt. Eine solche Ausgestaltung erlaubt einen besonders einfachen, kostengünstigen und dennoch effektiven Aufbau. In all configurations, it is particularly preferred that the magnetic field of the magnetic circuit passes at least partly axially through the core and the casing part and to a considerable extent radially and particularly preferably essentially radially through the first and the second brake gap section. In simple configurations, the electrical coil is wound around the core and generates a magnetic field in the axial direction of the axis of rotation within the core, which is applied to the respective Ends of the electric coil is passed radially outwards and passes at one axial end through the disc contour and the first brake gap section and at the other axial end through the second brake gap section and the rolling elements from the core to the casing part or vice versa. Such a configuration allows a particularly simple, inexpensive and yet effective construction.
Vorzugsweise bestehen die Wälzkörper wenigstens teilweise und insbesondere nahezu vollständig oder vollständig aus einem magnetisch leitenden Material. Preferably, the rolling bodies consist at least partially and in particular almost completely or completely of a magnetically conductive material.
Magnetisch nichtleitende Körper oder Wälzkörper können auch vorhanden sein. Nichtleitende Körper können als Platzhalter oder Führungselemente dienen und beliebige Formen aufweisen. So können zwischen den (magnetisch leitenden) Wälzkörpern magnetisch nichtleitende Körper angeordnet sein. Mehrere nichtleitende Körper (z. B. Führungselemente) können untereinander verbunden sein, z.B. in Form eines Käfigs. Dies erleichtert die Montage.Magnetic non-conductive bodies or rolling elements can also be present. Non-conductive bodies can serve as placeholders or guide elements and can have any shape. Thus, magnetically non-conductive bodies can be arranged between the (magnetically conductive) rolling bodies. Several non-conductive bodies (e.g. guide elements) can be connected to one another, e.g. in the form of a cage. This makes assembly easier.
Besonders bevorzugt führt die Scheibenkontur das Mantelteil drehbar und dient als Lagerstelle. The disk contour particularly preferably guides the casing part in a rotatable manner and serves as a bearing point.
Vorzugsweise ist zwischen den Bremskomponenten eine geschlossene Kammer ausgebildet. Insbesondere ist die geschlossene Kammer wenigstens zu einem erheblichen Anteil und insbesondere im Wesentlichen mit einem magnetorheologischen Medium wie einem magnetorheologischen Fluid und/oder z. B. (trockenem oder pulverförmigen) Carbonyleisenpulver gefüllt. Insbesondere ist die zweite Bremskomponente an der ersten Bremskomponente drehbar auf genommen . A closed chamber is preferably formed between the brake components. In particular, the closed chamber is at least to a significant extent and in particular essentially filled with a magnetorheological medium such as a magnetorheological fluid and/or z. B. (dry or powdered) carbonyl iron powder filled. In particular, the second brake component is rotatably received on the first brake component.
Die erste Bremskomponente umfasst vorzugsweise eine Achse, die wenigstens zu einem Teil aus einem nicht magnetisch leitfähigen Material ausgebildet ist. An der Achse ist der Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material befestigt. The first braking component preferably includes an axle formed at least in part from a non-magnetically conductive material. The core made of a magnetically conductive material is attached to the axle.
Vorzugsweise ist die zweite Bremskomponente axial verschieblich an der ersten Bremskomponente auf genommen. Das kann beispielsweise (auch) dazu dienen, einen Volumenausgleich bei Temperaturänderungen und/oder bei Leckage zu ermöglichen. Bevorzugt ist es, dass eine radiale und/oder axiale Position der beiden Bremskomponenten zueinander sensorisch erfasst wird. Preferably, the second braking component is axially displaceable taken on the first brake component. This can (also) serve, for example, to enable volume equalization in the event of temperature changes and/or in the event of a leak. It is preferred that a radial and/or axial position of the two brake components relative to one another is detected by sensors.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass an den einem und insbesondere dem distalen Ende der Kammer ein Klickelement angeordnet ist. Ein solches Klickelement ermöglicht insbesondere zwei Zustände, wobei nach dem Betätigen des Klickelements z. B. ein Blech hörbar und/oder taktil fühlbar umschaltet und dabei eine (geringe) axiale Verschiebung durchführt. Solche z. B. als Schnappteile oder Schnappscheiben ausgeführten Klickelemente sind beispielsweise von Tastaturen oder anderen Einrichtungen bekannt und ermöglichen eine kostengünstige und effektiv fühlbare Rückmeldung bei Betätigung eines Tasters oder dergleichen. In all of the configurations, it is preferred that a click element is arranged at one and in particular at the distal end of the chamber. Such a click element allows in particular two states, after pressing the click element z. B. switches over a metal sheet in an audible and/or tactile manner and thereby performs a (small) axial displacement. Such z. B. designed as snap parts or snap disks click elements are known for example from keyboards or other devices and allow an inexpensive and effective tactile feedback when pressing a button or the like.
Vorzugsweise ist das Klickelement an einem Ende der Kammer angeordnet. Besonders bevorzugt trennt eine elastische Membran die Kammer von dem Klickelement. Das Klickelement kann als Schnappteil oder Schnappscheibe ausgeführt sein. Dadurch kann ein Volumenausgleich an der Kammer bereitgestellt werden, wenn die Achse in die Kammer weiter eintaucht oder wieder austaucht. The click element is preferably arranged at one end of the chamber. An elastic membrane particularly preferably separates the chamber from the click element. The click element can be designed as a snap part or snap disk. This can provide volume compensation to the chamber as the axle continues to enter or exit the chamber.
In besonders bevorzugten Weiterbildungen wird die Schnappscheibe so ausgebildet, dass eine Änderung des auf gespannten Volumens der Schnappscheibe zwischen den beiden Zuständen der Schnappscheibe an eine Querschnittsfläche der Achse multipliziert mit einem Axialversatz der Schnappscheibe bei Betätigung angepasst ist. Insbesondere unterscheiden sich die beiden Volumina um weniger als 50 % oder 25 % und vorzugsweise um weniger als 10 % oder weniger als 5 %. Eine derartige Ausgestaltung, bei der die Schnappscheibe an die Achse angepasst wird, sorgt dafür, dass nur ein geringes oder gegebenenfalls gar kein Volumen für einen Volumenausgleich bei der Betätigung der Schnappscheibe bereitgestellt werden muss. Der Einsatz eines Klickelements oder Schnappteils am di stalen Ende der Kammer in Zusammenhang mit der Ausbildung des ersten Brems spaltabschnitts mit der Scheibenkontur ebenfalls nahe dem di stalen Ende der Kammer ermöglicht eine besonders einfache und ef fektive Führung und Lagerung des Mantelteil s , da nur ein geringes radiales Spiel vorliegt und die Scheibenkontur deshalb eine ( in vielen Fällen ) ausreichende Führung in radialer Richtung des Mantelteil s übernehmen kann . In particularly preferred developments, the snap-action disk is designed such that a change in the clamped volume of the snap-action disk between the two states of the snap-action disk is adapted to a cross-sectional area of the axis multiplied by an axial offset of the snap-action disk when actuated. In particular, the two volumes differ by less than 50% or 25% and preferably by less than 10% or less than 5%. Such a configuration, in which the snap-action disk is adapted to the axis, ensures that only a small volume or possibly no volume at all has to be provided for volume compensation when the snap-action disk is actuated. The use of a click element or snap part at the distal end of the chamber in connection with the formation of the first braking gap section with the disc contour also close to the distal end of the chamber enables a particularly simple and effective guidance and mounting of the casing part, since only a small there is radial play and the disk contour can therefore (in many cases) assume sufficient guidance in the radial direction of the casing part.
In bevorzugten Weiterbildungen ist eine Sensoreinrichtung oder wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfas sung eines relativen Drehwinkel s zwi schen dem Kern und dem Mantelteil umfas st . In preferred developments, a sensor device or at least one sensor device for detecting a relative angle of rotation s between the core and the casing part is included.
Bevorzugt i st eine Sensoreinrichtung oder wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfas sung einer relativen Axialposition von dem Mantelteil zu dem Kern umfasst . Besonders bevorzugt umfas st die Sensoreinrichtung oder wenigstens eine Sensoreinrichtung wenigstens einen Magnetfeldsensor , der zur Erfassung eines Drehwinkel s und einer Axialposition ausgebildet i st . In besonders vorteilhaften Ausgestaltungen umfas st die Sensoreinrichtung wenigstens einen Hall-Sensor . A sensor device or at least one sensor device for detecting a relative axial position of the casing part in relation to the core is preferably included. Particularly preferably, the sensor device or at least one sensor device comprises at least one magnetic field sensor, which is designed to detect an angle of rotation s and an axial position. In particularly advantageous configurations, the sensor device comprises at least one Hall sensor.
In einfachen bevorzugten Ausgestaltungen wird der Magnetfeldsensor an der feststehenden Bremskomponente aufgenommen und wird einem in radialer Richtung wirkenden Magnetfeld ausgesetzt . Darüber kann über die Orientierung des Magnetfeldsensors relativ zu dem Magnetfeld ein Drehwinkel ermittelt werden . Eine axiale Verschiebung der Sensoreinrichtung relativ zu dem Mantelteil kann über eine Intensität der Magnetfeldstärke abgeleitet werden . In simple preferred configurations, the magnetic field sensor is accommodated on the stationary brake component and is exposed to a magnetic field acting in the radial direction. A rotation angle can also be determined via the orientation of the magnetic field sensor relative to the magnetic field. An axial displacement of the sensor device relative to the casing part can be derived from an intensity of the magnetic field strength.
Ein Drehmoment sensor kann das Drehmoment messen . A torque sensor can measure the torque.
Die von der Sensoreinrichtung erfas sten Daten können von der Elektronik weiter verarbeitet werden und auch an externe Geräte weiter gegeben werden . I st z . B . eine hapti sche Bedieneinrichtung al s Drehknopf /Dreh-Drückknopf in einem Fahrzeug verbaut ( im Lenkrad, in der Mittelkonsole , beim Bordcomputer etc . ) , zur Steuerung des Radios und/oder des Navigations systems , zu Veränderung der Fahrwerkseinstellungen etc . , können Daten über die Winkeländerung in einem Fahrzeug an den Bordcomputer/die Fahrzeugelektronik/die externe Elektronik übergeben werden . Daraus können Informationen über die Fahrbahnbeschaffenheit ermittelt werden und/oder es kann das Nutzerverhalten der Benutzer auf gezeichnet , ausgewertet und optimiert werden . Künstliche Intelligenz kann dann daraus den Wunsch des Benutzers ableiten und die Steuerung von Geräten optimieren/erleichtern .The data recorded by the sensor device can be further processed by the electronics and also passed on to external devices. Is z . B. a haptic operating device installed in a vehicle as a rotary knob/rotary pushbutton (in the steering wheel, in the center console, on the on-board computer, etc.), for Controlling the radio and/or the navigation system, changing the chassis settings, etc. , data about the change in angle in a vehicle can be transferred to the on-board computer/vehicle electronics/external electronics. Information about the condition of the roadway can be determined from this and/or the user behavior of the user can be recorded, evaluated and optimized. Artificial intelligence can then derive the user's wish from this and optimize/facilitate the control of devices.
Besonders bevorzugt i st wenigstens eine Abschirmeinrichtung zur wenigstens teilwei sen Abschirmung der Sensoreinrichtung vor einem Magnetfeld der elektri schen Spule umfas st . Vorzugswei se umfas st die Abschirmeinrichtung wenigstens einen Abschirmkörper . Der Ab schirmkörper ist insbesondere dazu ausgebildet , eine Magnetringeinheit zur Beauf schlagung des Magnetfeldsensors mit einem definierten ( z . B . radialen ) Magnetfeld von störenden Magneteinflüs sen der elektrischen Spule abzuschirmen . Dazu gibt der Ab schirmkörper die Magnetringeinheit vorzugswei se wenigstens abschnittswei se . Vorzugswei se umgibt die Abschirmeinrichtung die Magnetringeinheit nach drei Seiten, nämlich von beiden axialen Seiten und radial nach außen . Vorzugsweise umfasst die Abschirmeinrichtung wenigstens eine zwi schen dem Ab schirmkörper und der Magnetringeinheit angeordnete Trenneinheit . Dadurch wird das Magnetfeld der Magnetringeinheit von dem Ab schirmkörper entkoppelt . Weiterhin i st vorzugsweise wenigstens eine zwi schen dem Ab schirmkörper und dem Mantelteil angeordnete magneti sche Entkopplungseinrichtung umfas st . Vorzugswei se wei sen die Trenneinheit und/oder die Entkopplungseinrichtung eine um ein Vielfaches geringere magnetische Leitfähigkeit al s der At least one shielding device for at least partially shielding the sensor device from a magnetic field of the electrical coil is particularly preferred. The shielding device preferably comprises at least one shielding body. The shielding body is designed in particular to shield a magnetic ring unit for applying a defined (eg radial) magnetic field to the magnetic field sensor from interfering magnetic influences of the electric coil. For this purpose, the shielding body is preferably at least in sections of the magnetic ring unit. Preferably, the shielding device surrounds the magnetic ring unit on three sides, namely on both axial sides and radially outwards. The shielding device preferably comprises at least one separating unit arranged between the shielding body and the magnetic ring unit. This decouples the magnetic field of the magnetic ring unit from the shielding body. Furthermore, at least one magnetic decoupling device arranged between the shielding body and the casing part is preferably included. The separating unit and/or the decoupling device preferably have a magnetic conductivity that is many times lower than that
Ab schirmkörper auf . Vorzugswei se sind die Abschirmeinrichtung und die Magnetringeinheit voneinander beabstandet angeordnet . From umbrella body up . The shielding device and the magnetic ring unit are preferably arranged at a distance from one another.
Eine Abschirmeinrichtung ermöglicht eine erhebliche Verbes serung der Mes squalität . Insbesondere sind dadurch feine Winkelauflösungen und geringe axiale Abstand erfas sbar . In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass an dem Mantelteil ein Drehknopf oder ein Drehrad ausgebildet ist. Der Drehknopf kann durch eine Art Überzug ausgebildet sein. A shielding device enables a significant improvement in the measurement quality. In particular, fine angular resolutions and small axial distances can be detected as a result. In all configurations, it is preferred that a rotary knob or a rotary wheel is formed on the casing part. The knob can be formed by a kind of coating.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Leuchtmittel zu Beleuchtung eines wenigstens zum Teil transparent ausgebildeten Drehknopfs umfasst.At least one light source is preferably included for illuminating an at least partially transparent rotary knob.
Vorzugsweise ist zwischen den einzelnen magnetisch polarisierbaren Partikeln eine magnetische Feldstärke von größer als 300 kA/m erzielbar. Jedenfalls wenn die elektrische Spule ein maximales Magnetfeld oder ein Magnetfeld im vorgesehenen Nennbereich erzeugt. Vorzugsweise ist die (erzeugbare) magnetische Feldstärke im Bremsspalt größer als 500 kA/m. A magnetic field strength of greater than 300 kA/m can preferably be achieved between the individual magnetically polarizable particles. In any case, if the electrical coil generates a maximum magnetic field or a magnetic field in the intended nominal range. The magnetic field strength (which can be generated) in the braking gap is preferably greater than 500 kA/m.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass wenigstens eine Antriebseinrichtung zur aktiven Drehung einer der Bremskomponenten umfasst ist. Dadurch kann nicht nur ein Bremsmoment erzeugt werden, sondern auch eine aktive Drehung erzielt werden, wodurch ein erweitertes haptisches Feedback gegeben werden kann. In all configurations it is preferred that at least one drive device is included for the active rotation of one of the brake components. As a result, not only can a braking torque be generated, but an active rotation can also be achieved, which means that extended haptic feedback can be given.
Eine erfindungsgemäße Gerätekomponente umfasst eine haptische Bedieneinrichtung, wie zuvor beschrieben. Möglich ist es auch, dass zwei oder mehr haptischen Bedieneinrichtungen umfasst sind. Eine solche Gerätekomponente kann eine Benutzerschnittstelle, ein Bedienpanel, ein Display, ein berührungsempfindliches Display mit oder ohne haptischem Feedback und/oder wenigstens einen Sensor oder weitere Ein- und Ausgabemöglichkeiten umfassen. A device component according to the invention comprises a haptic operating device, as described above. It is also possible that two or more haptic operating devices are included. Such a device component can include a user interface, a control panel, a display, a touch-sensitive display with or without haptic feedback and/or at least one sensor or other input and output options.
Die Benutzerschnittstelle kann insbesondere (auch) durch induktive Kopplung geladen werden. Da die äußere Bremskomponente, an der insbesondere der Drehknopf und damit auch die Benutzerschnittstelle befestigt sind, drehbar ist, können ohne Weiteres keine Kabel für die elektrische Anbindung zum Äußeren distalen Ende hinauf geführt werden. Eine Kontaktierung über Wickelfedern oder Schleifkontakte ist möglich, erhöht aber das Grundmoment und ist deshalb nicht besonders bevorzugt. Im Bereich der LEDs bzw. Leuchtmittel kann eine elektrische Spule für eine induktive Kopplung angebracht werden, die sowohl für eine Energieübertragung als auch für die Datenübertragung genutzt werden kann. So können zur Benutzerschnitt stelle induktiv die benötigte elektrische Energie und die Daten zur Anzeige übermittelt werden. Eine Datenkopplung ist auch über andere drahtlose Verfahren möglich. In particular, the user interface can (also) be loaded by inductive coupling. Since the outer brake component, to which the rotary knob and thus also the user interface are attached in particular, can be rotated, cables for the electrical connection to the outer distal end cannot easily be routed up. Contacting via winding springs or sliding contacts is possible, but increases the basic torque and is therefore not particularly preferred. In the area of the LEDs or light sources, an electrical coil can be attached for an inductive coupling, which can be used both for energy transmission and for data transmission. In this way, the required electrical energy and the data for the display can be transmitted inductively to the user interface. Data coupling is also possible using other wireless methods.
Die Ansteuerung der Magnetspule erfolgt vorzugsweise meist oder überwiegend während der Betriebszeit mit einer Spannung von insbesondere 12V. Haptisch ist es (oft) von erheblichem Vorteil, wenn das Bremsmoment der magnetorheologischen Bremseinrichtung so schnell wie möglich den maximalen oder eingestellten Wert erreicht. Das ist manchmal nur mit einer größeren Spannung möglich. Ein maximales Bremsmoment wird generell durch ein maximales Magnetfeld im Bremsspalt erreicht. Da das Magnetfeld durch den Strom in der elektrischen Spule (Magnetspule ) erzeugt wird, muss deshalb auch der Strom so schnell wie möglich auf maximalen Wert eingestellt werden. Grundsätzlich kann man die Spannung immer auf einen hohen Wert einstellen, im konkreten Fall statt auf z. B. 12V auf z. B. 24V. Dazu müssten jedoch alle Bauteile (elektrische Spule bzw. Magnetspule, der Spulendraht etc. ) entsprechend anders ausgelegt werden (und z.B. ein Draht mit größerem Durchmesser verwendet werden) . The magnetic coil is preferably controlled mostly or predominantly during the operating time with a voltage of in particular 12V. In terms of haptics, it is (often) of considerable advantage if the braking torque of the magnetorheological braking device reaches the maximum or set value as quickly as possible. This is sometimes only possible with a greater voltage. A maximum braking torque is generally achieved by a maximum magnetic field in the braking gap. Since the magnetic field is generated by the current in the electrical coil (magnetic coil), the current must also be set to its maximum value as quickly as possible. In principle, you can always set the voltage to a high value, in this specific case instead of e.g. B. 12V to z. B. 24V. For this, however, all components (electrical coil or magnetic coil, the coil wire, etc.) would have to be designed differently (and e.g. a wire with a larger diameter would have to be used).
Vorzugsweise wird in bevorzugten Ausgestaltungen und Weiterbildungen nur am Beginn einer haptischen Rückmeldung eine höhere Spannung eingestellt (als im Dauerbetrieb nötig wäre) . Insbesondere am Beginn oder nahezu direkt nach einer haptischen Rückmeldung wird vorzugsweise für einen Zeitraum von zwischen 0,5 ms und 50ms, vorzugsweise in einem Zeitraum zwischen 1 ms und 20 ms und besonders bevorzugt zwischen 5 ms und 15 ms, eine höhere Spannung eingestellt (z. B. um den Faktor 1,1 oder 1,2 oder 1,5 oder 2 oder 3 höher als im Dauerbetrieb nötig wäre) . Die höhere Spannung wird beibehalten, bis der Strom (bzw. das Magnetfeld) den gewünschten Folgewert oder Maximalwert (nahezu, z.B. zu 90% oder 95%) erreicht und/oder der Zeitraum erreicht oder überschritten wird, den die höhere Spannung wirken kann. Danach wird die Spannung auf die geringere Spannung von z. B. 12 V zurück geregelt. Das System reagiert schneller und das gewünschte Bremsmoment wird schneller eingestellt. Dadurch wird eine stärkere Angleichung an ein Rechteck erreicht. Es kann ein (näherungsweise) stufenförmiger Verlauf eingestellt werden. In preferred refinements and developments, a higher voltage (than would be necessary in continuous operation) is preferably set only at the beginning of a haptic feedback. In particular at the beginning or almost immediately after haptic feedback, a higher voltage is set (e.g e.g. by a factor of 1.1 or 1.2 or 1.5 or 2 or 3 higher than would be necessary in continuous operation). The higher voltage is maintained until the current (or magnetic field) reaches the desired following value or maximum value (near, e.g. 90% or 95%) and/or the period is reached or exceeded, which the higher voltage can act. Thereafter, the voltage to the lower voltage of z. B. regulated back 12 V. The system reacts more quickly and the desired braking torque is set more quickly. This achieves a closer approximation to a rectangle. An (approximately) stepped progression can be set.
Besonders bei modernen Elektroautos sind mehrere Spannungen im Fahrzeug vorhanden und hohe Ströme möglich, sodass diese nicht extra erzeugt bzw. transformiert werden müssen. Bei diesen Elektrofahrzeugen sind auch viel höhere Spannungen vorhanden (z.B. bis 800 Volt) und solche Stromstärken möglich, dass die zuvor beschriebenen Eigenschaften vorteilhaft genutzt werden können . In modern electric cars in particular, there are several voltages in the vehicle and high currents are possible, so that they do not have to be generated or transformed separately. Much higher voltages are also available in these electric vehicles (e.g. up to 800 volts) and such current strengths are possible that the properties described above can be used to advantage.
Die Anmelderin behält sich vor, ein Verfahren zu beanspruchen. Ein solches anmel dungs gemäß es Verfahren dient zur haptischen Steuerung einer Vorrichtung mit wenigstens einer magnetorheologischen Bremseinrichtung. Die magnetorheologische Bremseinrichtung umfasst zwei (oder mehr) Bremskomponenten. Die beiden Bremskomponenten sind relativ zueinander bewegbar. Eine erste Bremskomponente umfasst einen Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material. Zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente ist wenigstens ein wenigstens zum Teil mit einem magnetorheologischen Medium gefüllter Bremsspalt (Spalt) ausgebildet. Wenigstens eine elektrische Spule beaufschlagt den Bremsspalt mit einem gesteuerten Magnetfeld. Zur Erzielung einer schnelleren und insbesondere stufenweisen Veränderung der Bremsintensität wird wenigstens ein Leistungsparameter wenigstens einer elektrischen Spule in einem ersten Zeitraum zu Beginn der Veränderung stärker verändert als zur Erzielung der angestrebten Bremsintensität dauerhaft nötig wäre. The applicant reserves the right to claim a method. Such a registration according to the method is used for haptic control of a device with at least one magnetorheological braking device. The magnetorheological braking device includes two (or more) braking components. The two brake components can be moved relative to one another. A first braking component includes a core made of a magnetically conductive material. At least one braking gap (gap) at least partially filled with a magnetorheological medium is formed between the first and the second braking component. At least one electrical coil applies a controlled magnetic field to the braking gap. In order to achieve a more rapid and in particular gradual change in the braking intensity, at least one performance parameter of at least one electrical coil is changed more strongly in a first period at the beginning of the change than would be permanently necessary to achieve the desired braking intensity.
Ein solches anmel dungs gemäße Verfahren ist sehr vorteilhaft. Es erlaubt eine bessere Steuerung der Bremswirkung. Es kann insbesondere eine verbesserte Sprungantwort erreicht werden. Es sind stuf enf örmige ( re ) Verläufe der Bremswirkung möglich. Dadurch kann die Bremsintensität „rechteckiger" verlaufen als bei einer konventionellen Ansteuerung. Vorzugsweise wird wenigstens ein Leistungsparameter der elektrischen Spule in dem ersten Zeitraum wenigstens 10% oder 20% oder 30% oder 50% oder 100% stärker gegenüber dem Vorzeitpunkt verändert als in dem zweiten Zeitraum. Such a registration procedure is very advantageous. It allows better control of the braking effect. In particular, an improved step response can be achieved. It gradual ( re ) progressions of the braking effect are possible. As a result, the braking intensity can be "rectangular" than with conventional control. Preferably, at least one performance parameter of the electrical coil is changed in the first period at least 10% or 20% or 30% or 50% or 100% more than the previous time than in the second Period.
Insbesondere ist der zweite Zeitraum mehr als dreimal oder fünfmal so lang wie der erste Zeitraum. Vorzugsweise weist der erste Zeitraum eine Länge zwischen 3 ms und 30 ms und insbesondere zwischen 5 ms und 20 ms auf. Der erste Zeitraum kann in einer konkreten Ausgestaltung etwa 10 ms +/-5 ms betragen. In particular, the second period is more than three or five times as long as the first period. The first time period preferably has a length of between 3 ms and 30 ms and in particular between 5 ms and 20 ms. In a specific embodiment, the first time period can be approximately 10 ms +/-5 ms.
In bevorzugten Weiterbildungen werden zur Veränderung der Bremsintensität der Strom und/oder die Spannung der elektrischen Spule verändert. Besonders bevorzugt wird als Leistungsparameter die Spannung verändert. In preferred developments, the current and/or the voltage of the electric coil are changed in order to change the braking intensity. The voltage is particularly preferably changed as a performance parameter.
Vorzugsweise wird die Leistung (der Leistungsparameter) von wenigstens zwei elektrischen Spulen verändert. Preferably, the power (the power parameter) of at least two electric coils is changed.
Der Bremsspalt kann wenigstens zwei oder drei Bremsspaltabschnitte umfassen. Es können auch mehr als zwei Bremsspalte vorgesehen sein. Insbesondere können wenigstens zwei Bremsspaltabschnitte mit Magnetfeldern unterschiedlicher elektrischer Spulen beaufschlagt werden. The braking gap can comprise at least two or three braking gap sections. More than two braking gaps can also be provided. In particular, at least two braking gap sections can be subjected to magnetic fields from different electrical coils.
Es ist möglich und bevorzugt, dass zur Bildung eines haptischen Anschlags oder eines fühlbaren Rasters Leistungsparameter (wenigstens ein Leistungsparameter, insbesondere die Spannung) wenigstens einer elektrischen Spule bei einer Erhöhung (gegenüber einem Vorzeitpunkt) für den ersten Zeitraum höher eingestellt wird als für den zweiten Zeitraum, der sich an den ersten Zeitraum anschließt und der länger ist als der erste Zeitraum. It is possible and preferred that, in order to form a haptic stop or a tactile grid, performance parameters (at least one performance parameter, in particular the voltage) of at least one electric coil when there is an increase (compared to a previous point in time) is set higher for the first time period than for the second time period , which is contiguous to the first period and which is longer than the first period.
In bevorzugten Weiterbildungen wird das Verfahren mit einer anmeldungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt , wie es im Rahmen dieser Anmeldung of fenbart wird . Deshalb kann eine solche Vorrichtung die in allen Ansprüchen beschriebenen Merkmale zum Teil oder voll ständig aufweisen . Das Verfahren kann mit den im Rahmen dieser Anmeldung of fenbarten Merkmalen durchgeführt werden . Auch eine entsprechende Verwendung ist möglich . In preferred developments, the method with a carried out according to the application device, as disclosed in the context of this application. Therefore such a device can have the features described in all the claims in whole or in part. The method can be carried out with the features disclosed in the context of this application. A corresponding use is also possible.
Die erfindungsgemäße Verwendung beansprucht die Verwendung einer hapti schen Bedieneinrichtung mit einer Bremseinrichtung, um über einen größeren Drehzahlbereich ein hohes Bremsmoment zu erzeugen, wobei die Bremseinrichtung wenigstens zwei unterschiedliche radial ausgebildete Brems spaltabschnitte umfas st . An einem ersten Brems spaltabschnitt i st eine Scheibenkontur zwi schen dem Mantelteil und dem Kern ausgebildet , um ein hohes Bremsmoment bei höheren Drehzahlen zu erzeugen . In einem zweiten Brems spaltabschnitt i st eine Mehrzahl von Wäl zkörpern auf dem Umfang des Kerns angeordnet , um ein hohes Bremsmoment bei kleineren Drehzahlen zu erzeugen . Zur Verwendung wird insbesondere Ausgestaltung oder Weiterbildung einer hapti schen Bedieneinrichtung oder einer Gerätekomponente verwendet , wie zuvor beschrieben oder im Rahmen der folgenden Aus führungsbei spiele of fenbart . The use according to the invention claims the use of a haptic operating device with a braking device in order to generate a high braking torque over a larger speed range, the braking device comprising at least two different radially designed braking gap sections. In a first braking gap section, a disk contour is formed between the casing part and the core in order to generate a high braking torque at higher speeds. In a second braking gap section, a plurality of rolling elements are arranged on the circumference of the core in order to generate a high braking torque at lower speeds. In particular, the design or development of a haptic operating device or a device component is used for use, as described above or disclosed in the context of the following exemplary embodiments.
In allen Ausgestaltungen kann die Bedien- oder Betätigungseinrichtung auch über ein Getriebe , Riemen ( Zahnriemen/ Flach- riemen ) , Gestänge oder anderweitig über- oder untersetzt angebracht werden, sodass der Betätigungswinkel und der Drehwinkel der damit verbundenen Bremseinrichtung unterschiedlich sind . In all of the configurations, the operating or actuating device can also be attached via a gear, belt (toothed belt/flat belt), linkage or otherwise superimposed or reduced, so that the actuation angle and the angle of rotation of the braking device connected thereto are different.
Die hapti sche Bedieneinrichtung oder eine hapti sche Bedien- oder Betätigungseinrichtung kann auch al s Joystickeinrichtung oder Joystick ausgeführt sein . Eine Joystickeinrichtung kann auch über ein Getriebe , einen Riemen ( Zahnriemen/ Flachriemen ) , ein Gestänge oder anderweitig über- oder untersetzt angebracht werden, sodas s der Betätigungswinkel und der Drehwinkel der damit verbundenen Bremseinrichtung unterschiedlich sind . In allen Weiterbildungen und Ausgestaltungen der hapti schen Bedieneinrichtung oder einer Bedien- oder Betätigungseinrichtung oder eines damit ausgerüsteten Geräts kann wenigstens eine Antriebseinrichtung zur aktiven Drehung einer der Bremskomponenten umfas st sein . Vorzugsweise ist der Bedienknopf , die Bedienwal ze oder die Dreheinheit aktiv drehbar . Dadurch können dem Benutzer mehr hapti sche Informationen zurückgegeben werden .The haptic operating device or a haptic operating or actuating device can also be designed as a joystick device or joystick. A joystick device can also be attached via a gear, a belt (toothed belt/flat belt), a linkage or otherwise geared up or down, so that the actuation angle and the angle of rotation of the associated braking device are different. At least one drive device for actively rotating one of the brake components can be included in all developments and configurations of the haptic operating device or an operating or actuating device or a device equipped therewith. The control button, the control roller or the rotary unit can preferably be actively rotated. This allows more haptic information to be returned to the user.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbei spielen, welche im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden . Further advantages and features of the present invention result from the exemplary embodiments, which are explained below with reference to the accompanying figures.
Darin zeigen : show in it :
Figuren la- lb schemati sche dreidimensionale Ansichten von haptischen Bedieneinrichtungen mit einer magneto rheologi schen Bremseinrichtung; Figures la- lb schematic three-dimensional views of haptic operating devices with a magneto-rheological braking device's;
Figur 2 eine Seitenansicht einer hapti schen Bedieneinrichtung mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung ; FIG. 2 shows a side view of a haptic operating device with a magnetorheological braking device;
Figuren 3a-3c verschiedene Schnitte von hapti schen Bedieneinrichtungen ; FIGS. 3a-3c different sections of haptic operating devices;
Figuren 4 a- 4b eine stark schemati sche Ansicht einer Sensoreinrichtung und von Messergebnis sen; FIGS. 4a-4b show a highly schematic view of a sensor device and measurement results;
Figur 5 eine stark schemati sche Ansicht einer hapti schenFIG. 5 shows a highly schematic view of a haptic
Bedieneinrichtung mit einer Schnappscheibe in unterschiedlichen Stellungen ; Operating device with a snap disk in different positions;
Figuren 6- 8 weitere haptischen Bedieneinrichtungen im Schnitt ;FIGS. 6-8 further haptic operating devices in section;
Figur 9 eine stark schemati sche Schaltung zur Ansteuerung der elektri schen Spule ; und FIG. 9 shows a highly schematic circuit for controlling the electrical coil; and
Figur 10 Drehmomentverläufe eines elektri schen Motors und einer magnetorheologischen Bremseinrichtung über der elektri sch eingebrachten Lei stung; Figur 11 die sich ergebenden Bremsmomentverläufe einer magnetorheologischen Bremseinrichtung für zwei unterschiedliche Stromstärkenverläufe über der Zeit; und FIG. 10 Torque curves of an electric motor and a magnetorheological braking device over the electrically introduced power; FIG. 11 shows the resulting braking torque curves of a magnetorheological braking device for two different current strength curves over time; and
Figur 12 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen haptischen Bedien- oder Betätigungseinrichtung mit einer Antriebseinrichtung. FIG. 12 shows a schematic view of a haptic operating or actuating device according to the invention with a drive device.
Figuren la und lb zeigen zwei unterschiedliche erfindungsgemäße haptische Bedieneinrichtungen 100, die jeweils eine magnetorheologische Bremseinrichtung 1 umfassen und die an unterschiedlichen Gerätekomponenten 200 eingesetzt werden können.Figures la and lb show two different haptic operating devices 100 according to the invention, each of which includes a magnetorheological braking device 1 and which can be used on different device components 200 .
Figur la zeigt einen haptischen Bedienknopf 101 als haptische Bedieneinrichtung 100. Der Bedienknopf 101 ist über die Konsole 50 befestigt und kann zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug angebracht sein. Der Bedienknopf 101 wird über das Mantelteil 13 oder ein darauf angebrachtes Drehteil bedient. Eine Benutzerschnittstelle 43 kann zusätzlich genutzt werden, um Informationen zu übermitteln. Figure la shows a haptic control knob 101 as a haptic control device 100. The control knob 101 is attached to the console 50 and can be mounted in a motor vehicle, for example. The operating button 101 is operated via the casing part 13 or a rotary part fitted thereon. A user interface 43 can also be used to transmit information.
In Figur lb ist die Gerätekomponente 200 als Daumenwalze 102 mit einer haptischer Bedieneinrichtung 100 dargestellt. Die Daumenwalze 102 ist bevorzugt beispielsweise in Lenkrädern von Kraftfahrzeugen oder dergleichen einsetzbar. Die Daumenwalze ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Die Daumenwalze 102 kann allgemein je nach Einbausituation auch mit jedem anderen Finger oder mit mehreren Fingern gleichzeitig benutzbar sein. The device component 200 is shown as a thumb roller 102 with a haptic operating device 100 in FIG. The thumb roller 102 can preferably be used, for example, in steering wheels of motor vehicles or the like. However, the thumb roller is not limited to this use case. Depending on the installation situation, the thumb roller 102 can generally also be used with any other finger or with several fingers at the same time.
Eine haptische Bedieneinrichtung 100 kann beispielsweise zur Bedienung von Maschinen, Medizingeräten, Computerspielen, Musikterminals, Eingabegeräten oder zur Verwendung in und für ein Kraftfahrzeug eingesetzt werden. In einem Kraftfahrzeug kann die haptische Bedieneinrichtung 100 beispielsweise zur Bedienung von Klimaanlagen, Radios, dem Entertainment, der Navigation, der Distanzkontrolle, dem Fahrassistenten, der Rekuperations- einstellung, zur Einstellung der Sitze und zur Bedienung des Infotainments eingesetzt werden. Möglich ist auch der Einsatz an sonstigen Geräten oder anderen Vorrichtungen. A haptic operating device 100 can be used, for example, to operate machines, medical devices, computer games, music terminals, input devices or for use in and for a motor vehicle. In a motor vehicle, the haptic operating device 100 can be used, for example, to operate air conditioning systems, radios, entertainment, navigation, the distance control, the driving assistant, the recuperation setting, to adjust the seats and to operate the infotainment. It can also be used on other devices or devices.
Figur 2 zeigt eine Seitenansicht einer haptischen Bedieneinrichtung 100, die als Bedienknopf 101 eingesetzt werden kann. Die haptische Bedieneinrichtung 100 umfasst einen Halter 4, der über eine Mutter 51 beispielsweise an einer Konsole 50 befestigt werden kann. Die haptische Bedieneinrichtung 100 umfasst eine magnetorheologische Bremseinrichtung 1 mit zwei Bremskomponenten 2, 3, von denen die hier innere Bremskomponente 2 in Figur 2 nicht sichtbar ist. Die innere Bremskomponente 2 ist mit dem Halter 4 verbunden. Der Halter 4 und die innere Bremskomponente 2 sind hier feststehend ausgebildet. Die andere Bremskomponente 3 umfasst das MantelteilFIG. 2 shows a side view of a haptic operating device 100, which can be used as an operating button 101. The haptic operating device 100 includes a holder 4, which can be fastened to a console 50, for example, via a nut 51. The haptic operating device 100 includes a magnetorheological braking device 1 with two braking components 2, 3, of which the inner braking component 2 is not visible in FIG. The inner brake component 2 is connected to the holder 4 . The holder 4 and the inner brake component 2 are designed to be stationary here. The other brake component 3 includes the casing part
13 und ist rotierbar an der ersten Bremskomponente 2 aufgenommen.13 and is rotatably accommodated on the first brake component 2 .
Die haptische Bedieneinrichtung 100 ist kompakt aufgebaut und verfügt im Inneren der Abschirmeinrichtung 75, die über einen hier zweiteiligen Abschirmkörper 76 als Abschirmgehäuse verfügt, über eine hier nicht erkennbare Sensoreinrichtung 70 zur Erfassung der Drehposition und der Axialposition des Mantelteils 13. Über Stifte 16 ist das Mantelteil 13 mit einem linken DeckelThe haptic operating device 100 has a compact design and inside the shielding device 75, which has a two-part shielding body 76 as a shielding housing, has a sensor device 70 (not visible here) for detecting the rotational position and the axial position of the casing part 13. The casing part is via pins 16 13 with a left cover
14 und einem rechten Deckel 15 verbunden, um eine innere geschlossene Kammer 110 abzudichten. 14 and a right lid 15 to seal an inner closed chamber 110.
In den Figuren 3a bis 3c sind mögliche Querschnitte einer erfindungsgemäßen haptischen Bedieneinrichtung 100 z. B. aus Figur 2 abgebildet. Dabei verfügt die haptische Bedieneinrichtung 100 über eine magnetorheologische Bremseinrichtung 1. An dem Halter 4 ist die Bremskomponente 2 aufgenommen, die sich in axialer Richtung erstreckt und an der der Kern 21 befestigt ist. Radial umgeben wird der Kern 21 von dem Mantelteil 13 als äußerer oder zweiter Bremskomponente 3. Possible cross sections of a haptic operating device 100 according to the invention are shown in FIGS. 3a to 3c, e.g. B. from Figure 2 shown. The haptic operating device 100 has a magnetorheological braking device 1. The braking component 2 is accommodated on the holder 4, which extends in the axial direction and to which the core 21 is fastened. The core 21 is surrounded radially by the casing part 13 as the outer or second brake component 3.
Der magnetisch leitende Kern 21 ist von einer elektrischen Spule 26 umgeben, die um den Kern 21 herumgewickelt ist. Die elektrische Spule erstreckt sich über eine axiale Breite 26e. An dem dem Halter 4 zugewandten Ende des Kerns 21 ist eine Scheibenkontur 41 ausgebildet, die hier auf den Kern aufgebracht und z. B. aufgepresst ist. Die Scheibenkontur 41 weist hierzu einen hohlzylindrisch ausgebildeten Scheibenkörper 42 auf. Die Aufnahme an dem Kern kann auch unrund ausgebildet sein. The magnetically conductive core 21 is of an electric coil 26, which is wound around the core 21. The electrical coil extends over an axial width 26e. At the end of the core 21 facing the holder 4, a disk contour 41 is formed, which is applied here to the core and z. B. is pressed. For this purpose, the disk contour 41 has a disk body 42 designed as a hollow cylinder. The receptacle on the core can also be non-round.
Der Kern 21 kann insbesondere aus gesintertem Material (Metall) hergestellt werden. Der Kern kann so einfacher in gewünschter Form gefertigt werden. In particular, the core 21 can be made of sintered material (metal). The core can thus be manufactured more easily in the desired shape.
Der Scheibenkörper 42 besteht hier aus einem Scheibenpaket 44, welches durch eine Mehrzahl von dünnen Scheibenblechen 46 gebildet wird. Hier sind die Scheibenbleche 46 jeweils als Stanzteil ausgebildet und können zum Beispiel aus einem magnetisch leitenden Blech von 1 mm oder 2 mm oder auch 3 mm Dicke ausgestanzt werden. So kann einfach und kostengünstig die benötigte Anzahl von Scheibenblechen ausgestanzt werden, um die gewünschte Dicke des Scheibenkörpers 42 zu erzeugen. The disk body 42 consists here of a disk pack 44 which is formed by a plurality of thin disk plates 46 . Here, the sheet metal disks 46 are each formed as a stamped part and can be stamped out, for example, from a magnetically conductive sheet metal with a thickness of 1 mm or 2 mm or even 3 mm. In this way, the required number of sheet metal panes can be punched out easily and inexpensively in order to produce the desired thickness of the pane body 42 .
Die einzelnen Scheibenbleche 46 werden miteinander verpresst und auf den Kern 21 aufgebracht und damit zum Beispiel verschraubt oder verpresst. Es verbleibt ein Bremsspaltabschnitt 5a im Bereich des Scheibenkörpers 42 mit einer geringen Spalthöhe 41b zwischen dem Außendurchmesser der Scheibenkontur 41 und dem Innenumfang des Mantelteils 13. Die axiale Breite 41e der Scheibenkontur 41 bzw. dessen Bremsspaltabschnitt 5a wird hier durch die Anzahl der Scheibenbleche 46 bestimmt und kann größer oder auch kleiner als dargestellt gewählt werden. The individual disc plates 46 are pressed together and applied to the core 21 and thus, for example, screwed or pressed. A braking gap section 5a remains in the area of the disc body 42 with a small gap height 41b between the outer diameter of the disc contour 41 and the inner circumference of the casing part 13. The axial width 41e of the disc contour 41 or its braking gap section 5a is determined here by the number of disc laminations 46 and can be larger or smaller than shown.
Die Scheibenkontur 41 grenzt hier axial unmittelbar an die elektrische Spule 26 an, die in einem Spulenhalter 26b aufgenommen ist und radial außen durch eine Vergussmasse 28 vollständig abgedichtet ist. Here, the disk contour 41 is axially directly adjacent to the electrical coil 26 , which is accommodated in a coil holder 26b and is completely sealed radially on the outside by a casting compound 28 .
Der Scheibenkörper 42 ist mit dem Kern 21 und mit dem feststehenden Bremskomponente 2 verbunden und dreht sich im Betrieb nicht. Das ermöglicht die Bildung einer Loches oder Aussparung zur Durchführung der Kabel 45 zum elektrischen Anschluss der elektrischen Spule 26. Die elektrische Spule 26 kann dadurch einfach kostengünstig und schnell angeschlossen werden . The disc body 42 is connected to the core 21 and the fixed brake component 2 and rotates in the operation not. This enables a hole or recess to be formed for the cable 45 to be fed through for the electrical connection of the electrical coil 26. The electrical coil 26 can thus be connected simply, inexpensively and quickly.
Die Scheibenkontur 41 ist hier am proximalen Ende, also an dem Ende des Kerns 21, der dem Halter 4 zugewandt ist, ausgebildet. An dem distalen Ende, also an dem anderen Ende des Kerns 21, ist ein Bremsspaltabschnitt 5b ausgebildet. Der Bremsspaltabschnitt 5b erstreckt sich über eine axiale Breite Ile. Dort sind auf dem Umfang des Kerns 21 die Wälzkörper 11 verteilt angeordnet. Die Wälzkörper 11 verstärken das Magnetfeld lokal. Die Wälzkörper 11 können eine Art von Magnetfeldkonzentratoren 80 zur lokalen Verstärkung des Magnetfeldes beim Durchtritt durch den Bremsspaltabschnitt 5b bilden. The disk contour 41 is formed here at the proximal end, that is to say at the end of the core 21 which faces the holder 4 . At the distal end, that is, at the other end of the core 21, a braking gap portion 5b is formed. The braking gap section 5b extends over an axial width Ile. There, the rolling elements 11 are distributed on the circumference of the core 21 . The rolling elements 11 reinforce the magnetic field locally. The rolling bodies 11 can form a kind of magnetic field concentrators 80 for local amplification of the magnetic field when passing through the brake gap section 5b.
Durch den Bremsspaltabschnitt 5b kann ein sehr hohes Bremsmoment insbesondere bei niedrigen Drehzahlen des Mantelteils 13 erreicht werden. Durch den Bremsspaltabschnitt 5a im Bereich der Scheibenkontur 41 kann ein starkes Magnetfeld von dem Kern 21 in das Mantelteil 13 übertragen werden, da die Spalthöhe 41b erheblich geringer ist als der radiale Freiraum 11c im Bereich dessen Bremsspaltabschnitt 5b beträgt. Dadurch wird ein hohes Drehmoment erzeugbar, welches insbesondere auch bei höheren Drehzahlen ermöglicht wird. Dadurch kann über den gesamten Drehzahlbereich ein hohes Drehmoment zur Verfügung gestellt werden. A very high braking torque can be achieved by the braking gap section 5b, in particular at low speeds of rotation of the casing part 13. A strong magnetic field can be transmitted from the core 21 to the casing part 13 through the braking gap section 5a in the area of the disk contour 41, since the gap height 41b is considerably less than the radial free space 11c in the area of the braking gap section 5b. As a result, a high torque can be generated, which is also made possible, in particular, at higher speeds. This means that a high torque can be made available over the entire speed range.
Die axialen Breite Ile des Bremsspaltabschnitts 5b und die Breite 41e des Bremsspaltabschnitts 5a sind hier etwa gleich (+/-25 %) und zusammen etwas kürzer als die elektrische Spule 26. Insgesamt wird ein sehr kompakter Aufbau erreicht. The axial width Ile of the braking gap section 5b and the width 41e of the braking gap section 5a are approximately the same here (+/−25%) and together are somewhat shorter than the electrical coil 26. A very compact structure is achieved overall.
Das Mantelteil 13 ist in Figur 3a von einem Überzug 49 als Drehknopf 23 umgeben. Der Drehknopf 23 ist wenigstens zum Teil transparent ausgebildet, um durch die Leuchtmittel 18 in Form von zum Beispiel LEDs beleuchtet werden zu können. Die Beleuchtung kann dabei situationsabhängig oder auch situationsunabhängig gesteuert werden . The jacket part 13 is surrounded by a cover 49 as a rotary knob 23 in FIG. 3a. The knob 23 is at least partially transparent so that it can be illuminated by the lighting means 18 in the form of LEDs, for example. The lighting can be controlled depending on the situation or independently of the situation.
Am vorderen Ende wird die geschlos sene Kammer 110 im Inneren des Mantelteil s 13 durch einen vorderen Deckel 14 abgeschlossen, durch den die Bremskomponente 2 durchgeführt wird . Eine Dichtung 38 dient zur Abdichtung . Am hinteren oder distalen Ende wird die Kammer 110 zunächst durch eine elasti sche Membran 31 begrenzt , an die sich nach außen ein hier al s Schnappscheibe ausgebildetes Klickelement 29 anschließt . At the front end, the closed chamber 110 inside the casing part 13 is closed off by a front cover 14 through which the brake component 2 is passed. A seal 38 is used for sealing. At the rear or distal end, the chamber 110 is initially delimited by an elastic membrane 31 , which is adjoined on the outside by a click element 29 designed here as a snap-action disc.
Durch axiale Betätigung des Drehknopfes 23 wird die Schnappscheibe bzw . das Klickelement betätigt und das Mantelteil 13 wird insgesamt etwas nach links bewegt . Diese Axialbewegung kann durch die Sensoreinrichtung 70 mit dem Magnetfeldsensor 72 im Inneren des Halters bzw . der ersten Bremskomponente 2 erfas st werden, die radial von einer Magnetringeinheit 71 umgeben i st . Der Magnetfeldsensor 72 i st insbesondere al s Hall-Sensor 72 ausgeführt und detektiert die Ausrichtung des radialen Magnetfeldes relativ zu dem Magnetfeldsensor 72 . Darüber kann eine Winkel stellung des Mantelteil s 13 relativ zu dem Kern 21 erfas st werden . Eine axiale Verstellung des Mantelteil s 13 durch Betätigung des Klickelements 29 führt zu einem relativen Axialversatz zwischen der Magnetringeinheit 71 und dem Magnetfeldsensor 72 , was eine Intensitätsveränderung des detektierten Signal s bedingt . Darüber kann eine Betätigung des Klickelements erfas st werden . By axial actuation of the knob 23, the snap disk or. the click element is actuated and the jacket part 13 is moved slightly to the left overall. This axial movement can be controlled by the sensor device 70 with the magnetic field sensor 72 inside the holder or of the first brake component 2, which is surrounded radially by a magnetic ring unit 71. The magnetic field sensor 72 is designed in particular as a Hall sensor 72 and detects the alignment of the radial magnetic field relative to the magnetic field sensor 72 . In this way, an angular position of the jacket part 13 relative to the core 21 can be detected. An axial adjustment of the casing part s 13 by actuating the click element 29 leads to a relative axial offset between the magnetic ring unit 71 and the magnetic field sensor 72 , which causes a change in intensity of the detected signal s. In this way, an actuation of the click element can be detected.
Figur 3b zeigt eine leicht andere Darstellung einer hapti schen Bedieneinrichtung 100 mit einer magnetorheologi schen Bremseinrichtung, wobei hier im Unterschied zu Figur 3a der Überzug 4 9 bzw . der Drehknopf 23 weggelas sen wurde . FIG. 3b shows a slightly different representation of a haptic operating device 100 with a magnetorheological braking device, in which case, in contrast to FIG. the rotary knob 23 has been omitted.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen den Figuren 3a und 3b besteht darin, das s in Figur 3b der erste Brems spaltabschnitt 5a mit der Scheibenkontur 41 am di stalen Ende des Mantelteil s 13 vorgesehen ist , während der zweite Bremsspaltabschnitt 5b mit den Drehkörpern 11 an dem proximalen Ende des Mantelteils 13 vorgesehen ist. A major difference between Figures 3a and 3b is that s in Figure 3b, the first brake gap portion 5a is provided with the disk contour 41 at the di steel end of the casing part s 13, while the second brake gap portion 5b with the Rotating bodies 11 is provided at the proximal end of the casing part 13.
Bei dieser Ausgestaltung kann beispielsweise außerhalb der Kammer 110 zwischen der Dichtung 38 und der Sensoreinrichtung 70 noch ein Lager zur Lagerung des Mantelteils 13 gegenüber der Bremskomponente 2 vorgesehen sein. Möglich ist es aber hier auch, dass die Lagerung an einem Ende nur über die Dichtung 38 und am anderen distalen Ende nur über die Scheibenkontur 41 erfolgt.In this configuration, for example, outside of chamber 110 between seal 38 and sensor device 70 there can also be a bearing for mounting jacket part 13 with respect to brake component 2 . However, it is also possible here for the bearing to take place at one end only via the seal 38 and at the other distal end only via the disk contour 41 .
Beispielhaft eingezeichnet sind in Figur 3b einige Magnetfeldlinien 8, die den weitgehend axialen Verlauf der Magnetfeldlinien in dem Kern 21 und in dem Mantelteil 13 zeigen. Weiterhin ist auch zu erkennen, dass in den Bremsspaltabschnitten 5a und 5b jeweils ein (in etwa) radialer Durchtritt der Magnetfeldlinien 8 erfolgt. In dem Bremsspaltabschnitt 5a wird bei höheren Drehzahlen ein höheres Drehmoment erzeugt, während in dem Bremsspaltabschnitt 5b bei niedrigeren Drehzahlen ein höheres Moment erzeugt wird. Some magnetic field lines 8 are drawn in by way of example in FIG. Furthermore, it can also be seen that in each case an (approximately) radial passage of the magnetic field lines 8 takes place in the braking gap sections 5a and 5b. A higher torque is generated in the brake gap section 5a at higher speeds, while a higher torque is generated in the brake gap section 5b at lower speeds.
Der Magnetfeldsensor 72 ist auf einer Sensorplatine 79 angebracht und kann über die Kontaktpins 79a kontaktiert werden. Darüber wird auch die elektrische Spule 26 mit Strom versorgt. The magnetic field sensor 72 is mounted on a sensor circuit board 79 and can be contacted via the contact pins 79a. The electrical coil 26 is also supplied with current via this.
Wenigstens in dem Bereich der Sensoreinrichtung 70 und des Magnetfeldsensors 72 ist die innere Bremskomponente 2 vorzugsweise aus einem wenig oder nicht magnetisch leitenden Material ausgebildet, um eine möglichst ungestörte Detektion der Orientierung und der Intensität des Magnetfeldes der Magnetringeinheit 71 im Inneren der Achse 12 bzw. der ersten Bremskomponente 2 zu gewährleisten. Dort ist die Sensoreinrichtung 70 besonders geschützt aufgenommen (Schutz vor Wasser und Staub) .At least in the area of sensor device 70 and magnetic field sensor 72, inner braking component 2 is preferably made of a material that is not magnetically conductive or has little or no magnetic conductivity, in order to enable detection of the orientation and the intensity of the magnetic field of magnetic ring unit 71 in the interior of axle 12 or the to ensure first brake component 2. The sensor device 70 is accommodated there in a particularly protected manner (protection from water and dust).
In Figur 3b ist ein O-Ring 39 zu erkennen, der den Deckel 14 gegenüber dem Mantelteil 13 abdichtet. An O-ring 39 can be seen in FIG.
Figur 3c zeigt grundsätzlich schematische Querschnitte derFigure 3c shows basically schematic cross sections
Bremsspaltabschnitte 5a und 5b. Dabei ist links der Bremsspaltabschnitt 5b dargestellt, wobei im Inneren der Kern 21 zu sehen ist, auf dem ringsherum die Wälzkörper 11 schematisch angeordnet sind. Die Wälzkörper werden insgesamt wiederum von dem Mantelteil 13 umgeben. Die Wälzkörper weisen jeweils einen Durchmesser lld auf. Eine radiale Spalthöhe 11b ist etwas größer als der Durchmesser lld. Es ergibt sich ein radialer Freiraum 11c als Differenz der Spalthöhe 11b und des Durchmessers lld. Der radiale Freiraum 11c teilt sich in der Regel radial innen und radial außen relativ gleichmäßig auf. Braking gap sections 5a and 5b. Here is the one on the left Braking gap section 5b shown, wherein the core 21 can be seen inside, on which the rolling elements 11 are arranged schematically all around. The rolling bodies are in turn surrounded by the casing part 13 . The rolling elements each have a diameter lld. A radial gap height 11b is slightly larger than the diameter lld. A radial free space 11c results as the difference between the gap height 11b and the diameter lld. The radial free space 11c is generally divided relatively evenly radially on the inside and radially on the outside.
In der Kammer 110 ist ein magnetorheologisches Medium aufgenommen, welches magnetorheologische Partikel 19 umfasst. In der Kammer 110 ist zwischen den Bremskomponenten 2 und 3 ein Spalt 5 vorgesehen. Die Kammer 110 ist hier wenigstens teilweise mit einem magnetorheologischen Medium 6 gefüllt. Das Medium ist hier vorzugsweise ein magnetorheologisches Fluid, welches beispielsweise als Trägerflüssigkeit ein Öl umfasst, in dem ferromagnetische Partikel 19 vorhanden sind. Glykol, Fett, Wasser und dickflüssige Stoffe können auch als Trägermedium verwendet werden, ohne darauf beschränkt zu sein. Das Trägermedium kann auch gasförmig sein bzw. es kann auf das Trägermedium verzichtet werden (Vakuum) . In diesem Fall werden lediglich durch das Magnetfeld beeinflussbare Partikel 19 in die Kammer 110 gefüllt.A magnetorheological medium which comprises magnetorheological particles 19 is accommodated in the chamber 110 . A gap 5 is provided in the chamber 110 between the brake components 2 and 3 . The chamber 110 is at least partially filled with a magnetorheological medium 6 here. The medium here is preferably a magnetorheological fluid which, for example, comprises an oil as the carrier liquid, in which ferromagnetic particles 19 are present. Glycol, grease, water and viscous materials can also be used as a carrier medium, but are not limited to them. The carrier medium can also be gaseous or the carrier medium can be dispensed with (vacuum). In this case, only particles 19 that can be influenced by the magnetic field are filled into the chamber 110 .
Die ferromagnetischen Partikel 19 sind vorzugsweise Carbonyleisenpulver, wobei die Größenverteilung der Partikel vom konkreten Einsatzfall abhängt. Konkret bevorzugt ist eine Verteilung der Partikelgröße zwischen ein und zehn Mikrometern, wobei aber auch größere Partikel von zwanzig, dreißig, vierzig und fünfzig Mikrometer möglich sind. Je nach Anwendungsfall kann die Partikelgröße auch deutlich größer werden und sogar in den Millimeterbereich vordringen (Partikelkugeln) . Die Partikel können auch eine spezielle Beschichtung/Mantel (Titanbeschichtung, Keramik-, Karbonmantel etc. ) aufweisen, damit sie die je nach Anwendungsfall auftretenden hohen Druckbelastungen besser aushalten. Die magnetorheologischen Partikel können für diesen Anwendungsfall nicht nur aus Carbonyleisenpulver (Reineisen) , sondern z. B. auch aus speziellem Eisen (härterem Stahl) hergestellt werden. The ferromagnetic particles 19 are preferably carbonyl iron powder, with the size distribution of the particles depending on the specific application. A particle size distribution of between one and ten micrometers is specifically preferred, although larger particles of twenty, thirty, forty and fifty micrometers are also possible. Depending on the application, the particle size can also become significantly larger and even reach the millimeter range (particle balls). The particles can also have a special coating/shell (titanium coating, ceramic, carbon shell, etc.) so that they can better withstand the high pressure loads that occur depending on the application. The magnetorheological particles can account for this Application not only from carbonyl iron powder (pure iron), but z. B. can also be made of special iron (harder steel).
Es ist möglich, dass lediglich durch das Magnetfeld beeinflussbare Partikel in den Spalt 5 bzw. die Kammer 110 gefüllt werden, wobei gegebenenfalls Luft oder ein Inertgas zugegeben wird. Wenn z. B. nur Luft oder auch ein anderes Gas verwendet wird, können verschiedene Feststoffe dazu gemischt werden, um gewisse Eigenschaften zu verbessern. Z. B. kann Graphitpulver beigemischt werden, um die Reibung zwischen den Carbonyleisenpartikeln zu verringern, da Graphit eine schmierende Wirkung zeigt. Die Partikel können insbesondere mit PTFE beschichtet werden. Eine Beschichtung mit PTFE oder eine vergleichbare Beschichtung verhindert insbesondere, dass die Partikel verklumpen und größere Haufen bilden. Solche größeren Haufen zerfallen nicht leicht oder unter Umständen gar nicht mehr. Alternativ können auch die Scheibenkörper oder Walzkörper mit PTFE beschichtet werden, damit die Reibung verringert wird. Bei Verwendung von MRF ohne Öl oder anderes Flüssiges als Trägermedium muss sichergestellt werden, dass kein Wasser in der Bremskammer (MR-Raum oder MRF-Raum) kondensiert. Z. B. kann Kieselsäuregel (bekannt als Silikagel) oder ein anderes Trocknungsmittel dazu gemischt werden, welches Wasser absorbiert und so seiner Umgebung Feuchtigkeit entzieht. It is possible that only particles that can be influenced by the magnetic field are filled into the gap 5 or the chamber 110, with air or an inert gas being added if necessary. if e.g. B. only air or another gas is used, different solids can be mixed to improve certain properties. For example, graphite powder can be mixed in order to reduce the friction between the carbonyl iron particles since graphite exhibits a lubricating effect. In particular, the particles can be coated with PTFE. In particular, a coating with PTFE or a comparable coating prevents the particles from clumping together and forming larger heaps. Such larger heaps do not disintegrate easily or may not disintegrate at all. Alternatively, the disk bodies or roller bodies can be coated with PTFE to reduce friction. When using MRF without oil or other liquid as a carrier medium, it must be ensured that no water condenses in the brake chamber (MR space or MRF space). For example, silicic acid gel (known as silica gel) or another desiccant that absorbs water and thus removes moisture from its surroundings can be mixed in.
In allen Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Ausführungsbeispielen kann vorzugsweise Pulver ohne Trägerflüssigkeit verwendet werden. Dann ist die Verwendung von bis zu etwa 80 Volumenprozent Carbonyleisen (Eisenpulver) möglich, was das Bremsmoment stark erhöht, wenn die restlichen Auslegungsparameter darauf angepasst werden (z.B. sollte die Feldstärke pro Partikel hierbei in etwa gleichbleiben wie bei einer magnetorheologischen Flüssigkeit (MRF) , d.h. die Feldstärke im Bremsspaltabschnitt bzw. Bremsspalt bzw. Wirkspalt sollte beim Wechsel von z.B. LORD MRF 140 (40 Volumenprozent Carbonyleisen mit z.B. Öl als Trägerflüssigkeit) zu 80% Carbonyleisenpulver (ohne Trägerflüssigkeit) doppelt so hoch sein. Wir sprechen hier von magnetischen Feldstärke im Spalt von größer 200 kA/m bis auf Werte von bis zu 1.000 kA/m (1000000 A/m) oder mehr. Ein weiterer Vorteil von Pulver als Medium im Wirkspalt ist, dass es so zu keiner Sedimentation und auch keiner Haufenbildung im Sinne von „die Eisenpartikel bei MR-Flüssigkeiten werden in Richtung des Magnetfeldgradienten gezogen (die Kraft auf magnetisierbare Partikel wirkt immer in Richtung des stärkeren Magnetfelds, das Trägermedium wird verdrängt)" kommen muss, um so hohe Partikelkonzentrationen zu erhalten. Die maximale Partikelkonzentration liegt so schon an. Dies verbessert die Reproduzierbarkeit der Momente (es stellt sich bei gleichem Strom immer ein ähnliches Bremsmoment ein) . In all configurations, developments and exemplary embodiments, powder without a carrier liquid can preferably be used. Then the use of up to about 80 percent by volume of carbonyl iron (iron powder) is possible, which greatly increases the braking torque if the remaining design parameters are adjusted accordingly (e.g. the field strength per particle should remain about the same as with a magnetorheological fluid (MRF), i.e the field strength in the braking gap section or braking gap or active gap should be changed from, for example, LORD MRF 140 (40 percent by volume of carbonyl iron with, for example, oil as carrier liquid) to 80% carbonyl iron powder (without carrier liquid) can be twice as high. We are talking about magnetic field strengths in the gap of more than 200 kA/m up to values of up to 1,000 kA/m (1000000 A/m) or more. Another advantage of powder as a medium in the effective gap is that there is no sedimentation and no accumulation in the sense of "the iron particles in MR liquids are pulled in the direction of the magnetic field gradient (the force on magnetizable particles always acts in the direction of the stronger magnetic field , the carrier medium is displaced)" must occur in order to obtain such high particle concentrations. The maximum particle concentration is already present. This improves the reproducibility of the torques (a similar braking torque always occurs with the same current) .
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass die magnetisch polarisierbaren Partikel (insbesondere bei Verwendung als „trockenes" Pulver) (zu einem erheblichen Teil) unrunde Partikel umfassen (nicht sphärische Partikel) , bei denen ein Verhältnis von größtem Durchmesser zur größten Quererstreckung senkrecht dazu größer 1,25 oder 1,5 beträgt. Möglich ist die Bildung dieses Verhältnisses auch als ein Verhältnis von größter Längserstreckung zur größten Quererstreckung, wobei insbesondere die Längs- und Quererstreckungen senkrecht zueinander gemessen werden . In all configurations, it is particularly preferred that the magnetically polarizable particles (especially when used as "dry" powder) (to a significant extent) include non-round particles (non-spherical particles) in which a ratio of the largest diameter to the largest transverse extension perpendicular thereto is greater than 1.25 or 1.5 It is also possible to form this ratio as a ratio of the greatest longitudinal extent to the greatest transverse extent, with the longitudinal and transverse extents in particular being measured perpendicular to one another.
Der Einsatz von unrunden Partikeln ist besonders vorteilhaft, da diese eine effektive Verkantungsstruktur ermöglichen, da sich jeweils unterschiedliche unrunde Abschnitte der Partikel miteinander verklemmen bzw. miteinander verkeilen. The use of out-of-round particles is particularly advantageous since they enable an effective canting structure, since different out-of-round sections of the particles jam or wedge with one another.
Möglich und bevorzugt sind auch Verhältnisse von größtem Durchmesser zu größter Quererstreckung senkrecht dazu von 1,75 oder 2,0 oder mehr. Ratios of the largest diameter to the largest transverse extension perpendicular thereto of 1.75 or 2.0 or more are also possible and preferred.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Teil der magnetisch polarisierbaren Partikel dazu ausgebildet, sich unter dem Einfluss des Magnetfeldes flächig miteinander zu verklemmen oder zu verkeilen. Das ist beispielsweise bei Partikeln möglich, die abschnittsweise eckig oder beispielsweise insgesamt dreieckig oder mehreckig oder dergleichen ausgebildet sind. Dann verklemmen zwei (oder mehr) entsprechend ausgestaltete Partikel miteinander und können eine sehr effektive Verklumpung der Partikel miteinander und Verklemmung und Abbremsung der beiden Brems- bzw. Kupplungskomponenten miteinander bewirken. Preferably, at least some of the magnetically polarizable particles are designed to move under the influence of the Magnetic field to jam or wedge together over a large area. This is possible, for example, with particles that are angular in sections or, for example, are triangular or polygonal overall or the like. Two (or more) correspondingly configured particles then jam together and can cause the particles to clump together very effectively and cause the two brake or clutch components to jam and brake together.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Teil der magnetisch polarisierbaren Partikel dazu ausgebildet, sich unter dem Einfluss des Magnetfeldes an zwei oder mehr voneinander beabstandeten Stellen miteinander zu verklemmen bzw. zu verkeilen. Solche Partikel, die unrund ausgestaltet sind, erlauben eine sehr effektive Erhöhung der Bremskraft bzw. des Bremsmomentes, da sie im Unterschied zu sphärischen Partikeln sich nicht nur an einer Stelle bzw. in einem kleinen Winkelbereich berühren, sondern an mehreren Stellen oder sogar flächig. At least some of the magnetically polarizable particles are preferably designed to clamp or wedge together under the influence of the magnetic field at two or more locations spaced apart from one another. Such particles, which are non-circular, allow a very effective increase in the braking force or the braking torque, since, unlike spherical particles, they do not only touch at one point or in a small angular range, but at several points or even over an area.
Vorzugsweise weist wenigstens ein Teil der magnetisch polarisierbaren Partikel wenigstens einen Muldenabschnitt auf. Ein solcher nach innen gewölbter Muldenabschnitt erlaubt eine besonders effektive Verkeilung mit Teilen anderer Partikel. Preferably, at least some of the magnetically polarizable particles have at least one trough section. Such an inwardly curved trough section allows particularly effective wedging with parts of other particles.
Vorzugsweise ist wenigstens eine an den Bremsspalt angrenzende Oberfläche wenigstens einer Kupplungs- bzw. Bremskomponente wenigstens abschnittsweise unglatt oder (lokal) uneben ausgebildet. Möglich ist es auch, dass die Partikel oder ein erheblicher Teil der magnetisch polarisierbaren Partikel regelmäßig oder unregelmäßig auf der äußeren Oberfläche Erhebungen oder Erhöhungen und/oder Vertiefungen aufweisen. Dadurch kann eine Verkantung mit den Partikeln verstärkt werden. Beispielsweise kann wenigstens eine Oberfläche Erhöhungen und/oder Vertiefungen in der Art von spitz oder abgerundet ausgebildeten Dimpels bei Golfbällen aufweisen. Möglich ist auch eine Oberfläche mit einem spitz oder abgerundet ausgebildeten Sägezahnprofil. Eine relative Höhe (wenigstens einiger) der Erhebungen oder Vertiefungen beträgt vorzugsweise wenigstens 5% oder 10% des minimalen Durchmessers eines magnetisch polarisierbaren Partikels. Preferably, at least one surface of at least one clutch or brake component adjoining the brake gap is designed to be non-smooth or (locally) uneven at least in sections. It is also possible that the particles or a significant part of the magnetically polarizable particles have elevations or elevations and/or depressions regularly or irregularly on the outer surface. As a result, canting with the particles can be reinforced. For example, at least one surface can have elevations and/or depressions in the manner of pointed or rounded dimples in golf balls. A surface with a pointed or rounded sawtooth profile is also possible. A relative level (at least some) of the Elevations or depressions is preferably at least 5% or 10% of the minimum diameter of a magnetically polarizable particle.
Es hat sich herausgestellt, dass eine besonders effektive Verkantung und Verklemmung einzelner Partikel mit hohen magnetischen Feldstärken erzeugbar ist. Dazu wird vorzugsweise eine magnetische Feldstärke von größer als 150 Kiloampere/Meter (kA/m) oder von 250 Kiloampere/Meter oder 500 kA/m oder mehr in dem Bremsspalt erzeugt. Insbesondere ist eine magnetische Feldstärke von größer als 500 Kiloampere/Meter (kA/m) oder von 750 Kiloampere/Meter oder 1000 kA/m oder mehr in dem Bremsspalt erzeugbar bzw. wird dort erzeugt. It has been found that a particularly effective canting and jamming of individual particles can be generated with high magnetic field strengths. For this purpose, a magnetic field strength of greater than 150 kiloamperes/meter (kA/m) or 250 kiloamperes/meter or 500 kA/m or more is preferably generated in the brake gap. In particular, a magnetic field strength greater than 500 kiloamperes/meter (kA/m) or 750 kiloamperes/meter or 1000 kA/m or more can be generated in the brake gap or is generated there.
Wenn nur Pulver ohne flüssiges Trägermedium verwendet wird, kann die eine andere Dichtungsart gewählt und die Grundreibung dadurch verringert werden. Die Dichtung muss nicht so stark an die Oberflächen gepresst werden, da nicht für Flüssigkeiten abgedichtet werden muss, sondern nur Partikel. Es kann auch z.B. berührungsfreie Wellendichtung wie eine Labyrinthdichtung verwendet werden. Diese Art von Dichtung liegt nur auf einem der beiden zueinander drehenden Teile auf. Zusätzlich ist die Temperaturabhängigkeit verringert bzw. fast aufgehoben. Flüssige Trägermedien verändern ihre Viskosität mit sich verändernden Temperaturen, während Carbonyleisenpulver in sehr großen Temperaturbereichen seine Eigenschaften kaum ändert (bis zum Erreichen der Curie-Temperatur) . Die temperaturbedingte Volumensänderung ist bei Pulver auch vernachlässigbar, da sich die Partikel untereinander umverteilen können, wenn sich das Volumen der einzelnen Partikel verändert. If only powder is used without a liquid carrier medium, a different type of seal can be selected, thereby reducing the basic friction. The seal does not have to be pressed as hard against the surfaces, since it is not necessary to seal for liquids, only particles. A non-contact shaft seal such as a labyrinth seal can also be used, for example. This type of seal only rests on one of the two mutually rotating parts. In addition, the temperature dependence is reduced or almost eliminated. Liquid carrier media change their viscosity with changing temperatures, while carbonyl iron powder hardly changes its properties in very large temperature ranges (until the Curie temperature is reached). The temperature-related volume change is also negligible for powder, since the particles can redistribute among themselves if the volume of the individual particles changes.
Der maximale Volumensanteil von Carbonyleisenpartikeln ist in Pulverform (ca. 74%) auch höher als in MRF mit z.B. Öl als Trägermedium. The maximum volume fraction of carbonyl iron particles in powder form (approx. 74%) is also higher than in MRF with e.g. oil as a carrier medium.
Die magnetorheologischen Partikel 19 verketten sich bei angelegtem Magnetfeld, wie in Figur 3c links sehr schematisch abgebildet. Dadurch tritt ein Keileffekt auf, der bei geringen und mittleren Drehzahlen zu einer erheblichen Verstärkung des Bremsmomentes führt. The magnetorheological particles 19 chain together when a magnetic field is applied, as shown very schematically on the left in FIG. 3c pictured. This creates a wedge effect, which leads to a significant increase in the braking torque at low and medium speeds.
Zur näheren Erläuterung dieses Effekts wird auf die Figur 4 der internationalen Anmeldung WO 2018/215350 Al der Anmelderin verwiesen, die bezüglich der Erklärung des Effekts in angepasster Weise vollständig in den Offenbarungsumfang dieser Anmeldung aufgenommen wird. For a more detailed explanation of this effect, reference is made to FIG. 4 of the applicant's international application WO 2018/215350 A1, which, with regard to the explanation of the effect, is fully included in the scope of disclosure of this application in an adapted manner.
In Figur 3c rechts abgebildet ist ein Querschnitt durch den Bremsspaltabschnitt 5a in dem Bereich der Scheibenkontur 41. Die Scheibenkontur 41 stellt einen Scheibenkörper 42 zu Verfügung, der hier auf den Kern 21 aufgebracht ist. Radial außen zwischen der Außenkontur der Scheibenkontur 41 und dem Innenumfang des Mantelteils 13 ergibt sich eine Spalthöhe 41b, die erheblich geringer ist und erheblich geringer gewählt werden kann als der radiale Freiraum 11c in dem Bremsspaltabschnitt 5b. Der Scheibenkörper 42 kann als Scheibenpaket 44 ausgebildet sein und eine Mehrzahl von Scheibenblechen 46 umfassen. A cross section through the braking gap section 5a in the area of the disk contour 41 is shown on the right in FIG. 3c. Radially on the outside between the outer contour of the disc contour 41 and the inner circumference of the casing part 13 there is a gap height 41b which is considerably smaller and can be chosen to be considerably smaller than the radial free space 11c in the brake gap section 5b. The disc body 42 can be designed as a disc pack 44 and can include a plurality of disc metal sheets 46 .
Nur beispielhaft ist in dem rechten Teil von Figur 3c ein Wälzkörper 11 gestrichelt abgebildet, um die Unterschiede zu verdeutlichen. Klar erkennbar ist, dass bei dem Scheibenkörper 42 einer Spalthöhe 41b mit geringerer Höhe ermöglicht wird. Dadurch kann dort ein starkes Bremsmoment und eine hohe Magnetfeldstärke erreicht und übertragen werden, was dann auch in dem andern Bremsspaltabschnitt 5b eine entsprechend höhere Magnetfeldstärke und Bremswirkung bewirkt. A rolling body 11 is shown in dashed lines in the right-hand part of FIG. 3c, just as an example, in order to clarify the differences. It can be clearly seen that the disc body 42 allows a gap height 41b with a smaller height. As a result, a strong braking torque and a high magnetic field strength can be achieved and transmitted there, which then also causes a correspondingly higher magnetic field strength and braking effect in the other brake gap section 5b.
In Figur 4a ist die Sensoreinrichtung 70 im Detail dargestellt. Die erste Bremskomponente 2 und die hier als Mantelteil 13 ausgeführte zweite Bremskomponente 3 sind nur angedeutet (gestrichelte Linien) . Die Sensoreinrichtung 70 stützt sich über die Entkopplungseinrichtung 78 an der drehbaren zweiten Bremskomponente magnetisch entkoppelt ab. Die Abschirmeinrichtung 75 besteht hier aus drei Ab schirmkörpern 76, welche die Streuung des magnetischen Feldes 8 der elektrischen Spule 26 vermindern. Die Abschirmeinrichtung 75 kann auch nur aus topfförmigen Körpern oder einem topfförmigen Körper und einem scheibenförmigen Körper bestehen, die miteinander verbunden sind. The sensor device 70 is shown in detail in FIG. 4a. The first brake component 2 and the second brake component 3 embodied here as a casing part 13 are only indicated (dashed lines). The sensor device 70 is supported via the decoupling device 78 on the rotatable second brake component in a magnetically decoupled manner. The shielding device 75 consists here of three shielding bodies 76 from which the scattering of the magnetic field 8 of the electric coil 26 decrease. The shielding device 75 can also consist of only pot-shaped bodies or a pot-shaped body and a disk-shaped body which are connected to one another.
Darüber hinaus ist außerdem noch eine Trenneinheit 77 zur magnetischen Trennung vorhanden. Die Magnetringeinheit 71 wird zum Messen der Orientierung bzw. des Drehwinkels der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 genutzt. Der Magnetfeldsensor 72 ist innerhalb der in diesem Bereich nicht magnetisch ausgebildeten ersten Bremskomponente 2 angeordnet. Kleine relative axiale Verschiebungen, wie sie zum Beispiel durch Betätigen einer Schnappscheibe bewirkt werden, können dazu genutzt werden, um das Betätigen des Bedienknopfs 101 zu detektieren, wie Figur 4b zeigt. Der Drehwinkel und die Orientierung der durch Pfeile eingezeichneten Magnetfeldlinien kann durch den Magnetfeldsensor 72 erfasst werden. In addition, there is also a separation unit 77 for magnetic separation. The magnetic ring unit 71 is used to measure the orientation or the angle of rotation of the magnetorheological braking device 1 . The magnetic field sensor 72 is arranged inside the first brake component 2, which is non-magnetic in this area. Small relative axial displacements, such as those caused by actuating a snap-action disc, can be used to detect the actuation of the control button 101, as shown in FIG. 4b. The angle of rotation and the orientation of the magnetic field lines drawn in by arrows can be detected by the magnetic field sensor 72 .
Durch eine axiale Verschiebung verändert sich das empfangene Signal 68 der Sensoreinrichtung 70 gemäß der Darstellung von Figur 4b. Figur 4b zeigt den Verlauf der Amplitude 69 des durch den Magnetfeldsensor 72 detektierten Signals 68 in Abhängigkeit zur axialen Verschiebung der Bremskomponenten 2, 3 relativ zueinander (Push) . Durch eine axiale Verschiebung des Magnetfeldsensors 72 gegenüber der Magnetringeinheit 71 verändert sich die Amplitude 69 des detektierten Signals 68. Eine axiale Verschiebung bzw. ein Herunterdrücken (Push) eines Bedienknopfs 101 kann so erfasst werden. Bevorzugt wird dadurch eine Auswahl oder Stellung bestätigt. An axial displacement changes the received signal 68 of the sensor device 70 in accordance with the illustration in FIG. 4b. FIG. 4b shows the course of the amplitude 69 of the signal 68 detected by the magnetic field sensor 72 as a function of the axial displacement of the brake components 2, 3 relative to one another (push). The amplitude 69 of the detected signal 68 changes as a result of an axial displacement of the magnetic field sensor 72 in relation to the magnetic ring unit 71. An axial displacement or pressing down (push) of an operating button 101 can be detected in this way. This preferably confirms a selection or position.
Mit dem gleichen Sensor 72 kann auch der Drehwinkel erfasst werden, wobei zur Erfassung des Drehwinkels die Richtung des Magnetfeldes 8 (eingezeichnete Pfeile) ermittelt wird. Die Intensität bestimmt die axiale Position. Aus einer Veränderung des Signals 68 kann deshalb auf eine Betätigung eines Tasters bzw. der Schnappscheibe 29 zurückgeschlossen werden. Das ist vorteilhaft, da ein einziger (mehrdimensionaler) Hallsensor zur Bestimmung der Winkelposition und der Bestimmung einer Axialposition verwendet werden kann . The angle of rotation can also be detected with the same sensor 72, the direction of the magnetic field 8 (arrows shown) being determined to detect the angle of rotation. The intensity determines the axial position. A change in the signal 68 can therefore be used to infer that a button or the snap disk 29 has been actuated. This is advantageous because a single (multidimensional) Hall sensor Determining the angular position and determining an axial position can be used.
Figur 5 zeigt stark schematisch die hapti sche Bedieneinrichtung mit einer Schnappscheibe 29 in zwei unterschiedlichen Positionen, wobei links die unbetätigte und rechts die betätigte Position abgebildet ist . In der linken Darstellung i st die Schnappscheibe nach außen und hier nach unten gewölbt und wird hier durch die Führung 29a in dem Kern geführt ( aber nicht gelagert , deshalb nahezu keine Reibung) . FIG. 5 shows, very schematically, the haptic operating device with a snap-action disc 29 in two different positions, the unactuated position being illustrated on the left and the actuated position on the right. In the illustration on the left, the snap-action disc is curved outwards and downwards here and is guided here by the guide 29a in the core (but not supported, so there is almost no friction).
Das Volumen des auf gespannten Dreiecks 29b ist in der rechten Häl fte der Abbildung 5 zu erkennen . Das Volumen 29b ergibt sich etwa durch den dreidimensionalen Konus . Wird der hapti sche Bedienknopf 100 betätigt und die Schnappscheibe 29 von der Ruheposition Position ( ausgelenkt ) in eine lineare Position innerhalb einer Ebene überführt , so verschiebt sich das Mantelteil 13 gegenüber der ersten Bremskomponente 2 hier axial nach unten . Dadurch taucht ein axialer Abschnitt 22 der Achse bzw . der ersten Bremskomponente 2 in das Innere innerhalb des Mantelteil s 13 ein . Die Volumenänderung 29b der Schnappscheibe 29 wird vorzugswei se so bemes sen, das s sie im Wesentlichen dem eingetauchten Volumen der ersten Bremskomponente 2 entspricht . Das eintauchende Volumen berechnet sich aus dem axialen Weg 22 multipliziert mit der Querschnitts fläche der ersten Bremskomponente 2 an der Achse 12 . Über eine weitgehende Annäherung der Fläche 29b daran kann ein Druckaufbau im Inneren der Kammer 110 minimiert oder verhindert werden . Ein Volumenausgleich kann auch durch eine Membran 31 bereitgestellt werden, wie sie zuvor diskutiert wurde . The volume of the stretched triangle 29b can be seen in the right half of Figure 5. The volume 29b results approximately from the three-dimensional cone. If the haptic operating button 100 is actuated and the snap disk 29 is moved from the rest position (deflected) to a linear position within one plane, the casing part 13 is displaced axially downwards here in relation to the first brake component 2 . As a result, an axial section 22 of the axis or emerges. of the first brake component 2 into the interior within the casing part s 13 . The change in volume 29b of the snap disk 29 is preferably dimensioned in such a way that it essentially corresponds to the immersed volume of the first brake component 2 . The immersed volume is calculated from the axial path 22 multiplied by the cross-sectional area of the first brake component 2 on the axle 12 . By bringing surface 29b as close as possible thereto, pressure buildup within chamber 110 can be minimized or prevented. Volume balancing can also be provided by a membrane 31 as previously discussed.
Figur 6 zeigt einen schematischen Querschnitt einer weiteren hapti schen Bedieneinrichtung, wobei die erste Bremskomponente 2 an einem Halter 4 bei spiel swei se mit Madenschrauben fixiert i st . Auch bei dieser Ausgestaltung sind zwei Brems spaltabschnitte 5a , 5b vorgesehen, wobei an dem Brems spaltabschnitt 5a eine Scheibenkontur 41 ausgebildet i st und an dem Brems spaltabschnitt 5b Wälzkörper 11 bzw. Drehkörper auf dem Umfang des Kerns 21 aufgenommen sind. Die Wälzkörper werden über Halterungen llf geführt . FIG. 6 shows a schematic cross section of a further haptic operating device, the first brake component 2 being fixed to a holder 4 with grub screws, for example. In this configuration, too, two braking gap sections 5a, 5b are provided, with a disc contour 41 being formed on the braking gap section 5a and on the braking gap section 5b rolling elements 11 or rotating bodies are accommodated on the circumference of the core 21 . The rolling elements are guided over brackets llf.
Die Scheibenkontur 41 weist hier am axial äußeren Ende eine nach außen abstehende Außenkontur 47 auf, die hier beispielsweise als Konus ausgebildet ist aber auch als Zapfen ausgebildet sein kann. Dadurch bleibt in den Eckenbereichen jeweils ein Reservoir 32 für magnetorheologische Partikel übrig, um eine ausreichende Versorgung der Bremsspaltabschnitte mit magnetorheologischen Partikeln zu gewährleisten. Insbesondere werden Carbonyleisenpartikel aus der Umgebung angezogen und im Magnetfeldübergangsbereich konzentriert . Here, the disk contour 41 has an outwardly protruding outer contour 47 at the axially outer end, which is designed here, for example, as a cone, but can also be designed as a pin. As a result, a reservoir 32 for magnetorheological particles remains in each of the corner regions in order to ensure that the brake gap sections are adequately supplied with magnetorheological particles. In particular, carbonyl iron particles are attracted from the environment and concentrated in the magnetic field transition region.
Schrauben 48 dienen zur Befüllung bzw. zu Entleerung der Kammer 110. Screws 48 are used to fill or empty chamber 110.
Figuren 7 und 8 zweigen zwei weitere Ausführungsbeispiele einer haptischen Bedieneinrichtung, wobei in beiden Fällen die Scheibenkontur 41 mit dem Bremsspaltabschnitt 5a am distalen Ende ausgebildet ist. FIGS. 7 and 8 show two further exemplary embodiments of a haptic operating device, with the disk contour 41 being formed with the braking gap section 5a at the distal end in both cases.
In Figur 7 ist schematisch zu erkennen, wie ein separater Aufnahmering für die Wälzkörper 11 in dem Bremsspaltabschnitt 5b durch eine Mutter 40b auf dem Kern 21 befestigt ist. In FIG. 7 it can be seen schematically how a separate receiving ring for the rolling bodies 11 is fastened to the core 21 by a nut 40b in the braking gap section 5b.
In Figur 8 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem sowohl ein separater Aufnahmering für die Wälzkörper 11 als auch das Scheibenpaket 44 für den Scheibenkörper 42 über Muttern 40b jeweils auf dem Kern 21 befestigt sind. FIG. 8 shows an exemplary embodiment in which both a separate receiving ring for the rolling bodies 11 and the disk pack 44 for the disk body 42 are fastened to the core 21 via nuts 40b.
In Figur 8 ist am vorderen Ende ein Deckel 14 und am hinteren Ende ein Deckel 15 angebracht. In FIG. 8, a cover 14 is attached to the front end and a cover 15 is attached to the rear end.
Der Scheibenkörper 41 kann separat und einstückig ausgebildet sein oder kann auch als Scheibenpaket 44 mit mehreren Scheibenblechen 46 ausgebildet sein. The disk body 41 can be formed separately and in one piece or can also be formed as a disk assembly 44 with a plurality of disk plates 46 .
Insgesamt wird eine sehr kostengünstig herstellbarer haptische Bedieneinrichtung zur Verfügung gestellt, wobei durch eine „Lagerung" über die Scheibenkontur 41 wenigstens ein Lager eingespart werden kann, wodurch auch die Bauhöhe reduziert wird. Es wird eine sehr geringere Grundreibung erreicht. Dadurch, dass weniger Teile verwendet werden, wird die Herstellung einfacher und kostengünstiger. Durch eine geringere Teileanzahl werden auch die Toleranzanforderungen verbessert, da Toleranzenketten vermieden werden. Ein haptischer Bedienknopf z. B. als Drehknopf oder Drehelement mit einer haptischen Bedieneinrichtung ist in unterschiedlichsten Bereichen anwendbar. Overall, a very inexpensive to produce haptic Operating device made available, whereby at least one bearing can be saved by a "bearing" via the disk contour 41, which also reduces the overall height. A very low basic friction is achieved. The fact that fewer parts are used makes production easier and more cost-effective.A smaller number of parts also improves the tolerance requirements, since tolerance chains are avoided.A haptic control knob, for example as a rotary knob or rotary element with a haptic control device, can be used in a wide variety of areas.
Gegebenenfalls kann eine Betätigung über ein Schnappteil oder eine Schnappscheibe oder einen Taster oder dergleichen erfasst werden. Eine Beleuchtung des Drehknopfs kann beispielsweise überIf necessary, an actuation can be detected via a snap part or a snap disk or a button or the like. Illumination of the knob can, for example, via
LEDs oder dergleichen erfolgen. Der Körper des Drehknopfs kann dann entsprechend teilweise oder ganz milchig ausgebildet sein um eine entsprechende Streuwirkung zu erzielen. LEDs or the like done. The body of the rotary knob can then be partially or completely milky in order to achieve a corresponding scattering effect.
Figur 9 zeigt schematisch eine Schaltung zur schnellen Ansteuerung der elektrischen Spule 26. Die elektrische Spule 26 (Magnet spule ) kann hier z. B. durch eine H-Schaltung angesteuert werden. Diese ist hier nur durch Schalter angedeutet. Eine im Normalbetrieb bzw. im Dauerbetrieb eingesetzte Spannungsquelle 35a mit geringerer Spannung von z. B. 12V (oder auch 3V oder 6V; je nach Anwendungsfall eine geeignete Spannung) liefert die Spannung für den normalen Betrieb. Für die Spannungsspitzen wird über einen Schalter eine Spannungsquelle 35b mit höherer Spannung von z.B. 18V oder 24V (oder z. B. 6V oder 12V) dazu geschaltet. Dann wird die Spannungsquelle 35a mit niedrigerer Spannung zeitweise getrennt. Nach dem Erreichen des maximalen Stroms wird die Spannungsquelle 35b mit höherer Spannung wieder von der Schaltung und der elektrischen Spule 26 getrennt und es wird wieder die Spannungsquelle 35a mit niedriger Spannung angeschlossen. Die Schalter können dabei beliebige elektrische Bauteile sein, die insbesondere in der Lage sind, im Millisekunden-Bereich zu koppeln und entkoppeln. Dadurch erreicht der Strom in der elektrischen Spule 26 schneller den gewünschten Wert. In einem konkreten Fall wird die gewünschte Stromstärke innerhalb von 10ms anstatt von 40ms erreicht. Der Wechsel zwischen den Spannungen kann über eine elektrische Schaltung erfolgen. FIG. 9 shows a schematic of a circuit for rapid activation of the electrical coil 26. The electrical coil 26 (magnetic coil) can be used here, for example B. be driven by an H circuit. This is only indicated here by switches. A voltage source 35a used in normal operation or in continuous operation with a lower voltage of z. B. 12V (or 3V or 6V; depending on the application, a suitable voltage) provides the voltage for normal operation. For the voltage peaks, a voltage source 35b with a higher voltage of, for example, 18V or 24V (or, for example, 6V or 12V) is connected via a switch. Then, the lower voltage power source 35a is temporarily disconnected. After the maximum current has been reached, the higher voltage source 35b is again disconnected from the circuit and the electrical coil 26 and the lower voltage source 35a is reconnected. The switches can be any electrical components that are particularly capable of coupling and decoupling in the millisecond range. As a result, the current in the electrical coil 26 reaches the desired value more quickly. In a specific case, the desired current is reached within 10ms instead of 40ms. The change between the voltages can take place via an electrical circuit.
Figur 10 zeigt in schematischer Darstellung zwei erzeugte Bremsmomentverläufe, wobei das erzeugte Bremsmoment (normiert und deshalb hier dimensionslos - Y-Achse) über der elektrisch eingebrachten Leistung (normiert und deshalb hier dimensionslos - X-Achse) aufgetragen ist. Links ist der Verlauf für einen BLDC- Motor („brushless direct current-Motor" ) und rechts der Verlauf für eine magnetorheologische Bremseinrichtung abgebildet. Es ist erkennbar, dass für das gleiche Bremsmoment der elektrische Motor erheblich mehr Leistung benötigt als die magnetorheologische Bremseinrichtung. Für ein Bremsmoment von „14" benötigt der elektrische Motor mehr als „130" normierte Leistung, während die magnetorheologische Bremseinrichtung eine (deutlich) geringere Leistung von weniger als „0,3" benötigt. Das Verhältnis der Leistungsaufnahmen ist größer als 100:1 und liegt hier bei etwa 500:1. FIG. 10 shows a schematic representation of two braking torque curves generated, the braking torque generated (normalized and therefore dimensionless here—Y axis) being plotted against the electrically introduced power (normalized and therefore dimensionless here—X axis). The curve for a BLDC motor ("brushless direct current motor") is shown on the left and the curve for a magnetorheological braking device is shown on the right. It can be seen that the electric motor requires significantly more power than the magnetorheological braking device for the same braking torque a braking torque of "14" requires the electric motor more than "130" normalized power, while the magnetorheological braking device requires a (significantly) lower power of less than "0.3". The power consumption ratio is greater than 100:1 and is around 500:1 here.
Magnetorheologische Kupplungseinrichtungen und Bremsen haben u.a. den Vorteil, dass sie zum Kuppeln bzw. zur Dämpfung von Bewegungen nur wenig Strom benötigen, leise sind, wenig Wärme erzeugen und sehr schnell reagieren (~ms) etc. Der geringe Strombedarf ist besonders vorteilhaft bei batteriebetriebenen Komponenten wie z. B. Elektrofahrzeugen, bei denen sich der Stromverbrauch aller Komponenten automatisch stark in der Reichweite der Fahrzeuge niederschlägt. Aber auch bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor oder elektrischen Geräten im Allgemeinen ist der Stromverbrauch ein Thema. Magnetorheological clutch devices and brakes have the advantage, among other things, that they require little power to engage or dampen movements, are quiet, generate little heat and react very quickly (~ms), etc. The low power requirement is particularly advantageous for battery-operated components such as e.g. B. Electric vehicles, in which the power consumption of all components is automatically reflected in the range of the vehicles. However, power consumption is also an issue in vehicles with combustion engines or electrical devices in general.
Figur 11 zeigt die sich ergebenden Bremsmomentverläufe einer magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 für zwei unterschiedliche Stromstärkenverläufe (Y-Achse) über der Zeit (X-Achse) . Dabei stellt die gestrichelte Kurve in der oberen Hälfte der Abbildung den konventionellen Verlauf dar, bei dem die Stromstärke direkt auf die angestrebte Stromstärke erhöht wird. Als Leistungsparameter kann auch die Spannung der elektrischen Spule 261 dienen. Zu Beginn soll zum Vorzeitpunkt 270 das Bremsmoment sprungartig erhöht werden. Dazu wird beim Vorzeitpunkt 270 der Leistungsparameter 271 erheblich erhöht. Und zwar stärker erhöht als zur dauerhaften Erreichung des dann einzustellenden Bremsmomentes nötig ist. Der Leistungsparameter 271 ist wenigstens 10% oder 20% höher als der zweite Leistungsparameter 272. Hier sogar noch weitaus stärker. Es ist klar erkennbar, dass der Bremsmomentverlauf 265 durch die Überhöhung erheblich schneller den angestebten Wert erreicht. Dadurch kann eine bessere Annäherung an einen kastenförmigen Verlauf erreicht werden . FIG. 11 shows the resulting braking torque curves of a magnetorheological braking device 1 for two different current strength curves (Y axis) over time (X axis). The dashed curve in the upper half of the figure represents represents the conventional course, in which the current intensity is increased directly to the desired current intensity. The voltage of the electrical coil 261 can also serve as a performance parameter. At the beginning, at the advance point in time 270, the braking torque is to be suddenly increased. For this purpose, the performance parameter 271 is significantly increased at the earlier point in time 270 . In fact, it is increased more than is necessary to permanently achieve the braking torque that is then to be set. The performance parameter 271 is at least 10% or 20% higher than the second performance parameter 272. Here even much higher. It is clearly recognizable that the braking torque profile 265 reaches the desired value considerably more quickly due to the excessive increase. As a result, a better approximation of a box-shaped profile can be achieved.
Hier wird z.B. zum Zeitpunkt 0,1 Sekunden die Stromstärke von 0 Ampere auf 2 Ampere erhöht. Der resultierende Verlauf des Bremsmomentes bzw. der Kopplungsintensität ist in der unteren Hälfte von Figur 11 gestrichelt dargestellt. Das übertragbare Bremsmoment erhöht sich bei der gestrichelten Kurve von dem Start Zeitpunkt bei 0,1 Sekunden innerhalb von etwa 25 Millisekunden (Zeitpunkt 0,125 Sekunden) auf einen abgelesenen Wert von etwa 1,25 (normiert auf z.B. eine mittleeren Wert oder eine Normeinheit) und erreicht nach etwa 75 Millisekunden (Zeitpunkt 0,175 Sekunden) asymptotisch (nahezu) den eingestellten Grenzwert von etwa 1,5. Here, for example, at the point in time 0.1 seconds, the current strength is increased from 0 amperes to 2 amperes. The resulting course of the braking torque or the coupling intensity is shown in broken lines in the lower half of FIG. In the dashed curve, the transmittable braking torque increases from the starting time at 0.1 seconds within about 25 milliseconds (time 0.125 seconds) to a read value of about 1.25 (normalized to e.g. an average value or a standard unit) and reaches after about 75 milliseconds (point in time 0.175 seconds) asymptotically (almost) the set limit value of about 1.5.
Wird hingegen zu Beginn des Kupplungs- bzw. dem Start des Bremsoder Dämpfungsvorgangs die Stromstärke dreifach auf z. B. hier 6 Ampere erhöht, wie es die durchgezogenen Linien zeigen, erhöht sich das Bremsmoment erheblich stärker und erreicht schon nach etwa 10 Millisekunden den Endwert von 1,5. Dabei wird der „Stromboost" mit erhöhter Stromstärke hier nur für etwa 10 ms aktiviert. Danach wird, wie die obere durchgezogene Kurve zeigt, die Stromstärke auf 2 Ampere reduziert. Über die kurzzeitige Erhöhung der Stromstärke („Stromboost") kann eine deutliche schnellere Einstellung (zur Verfügung Stellung) des Kupplungs-, Dämpf- oder Bremsmomentes erfolgen. Das ist in mehrerlei Hinsicht sehr vorteilhaft, da ein schnelles Stehenbleiben und ein direkteres haptisches Gefühl (Feedback) erfahrbar ist. In der Realität merkt man den Unterschied zwischen den zwei Kurven sehr stark . If, on the other hand, at the beginning of the clutch or the start of the braking or damping process, the current intensity is increased threefold to z. If, for example, 6 amperes are increased here, as shown by the solid lines, the braking torque increases considerably more and reaches the final value of 1.5 after around 10 milliseconds. The "current boost" with increased current intensity is activated here for only about 10 ms. After that, as shown by the upper solid curve, the current intensity is reduced to 2 amperes. By briefly increasing the current intensity ("current boost"), a significant quicker setting (making available) of the clutch, damping or braking torque. This is very advantageous in several respects, as it allows you to stop quickly and experience a more direct haptic feeling (feedback). In reality, the difference between the two curves is very noticeable.
Eine Kombination aus Spannung und Strom ist auch möglich. Spannungen von über 24 Volt und weit darüber (z.B. > hundert Volt) sind auch möglich. A combination of voltage and current is also possible. Voltages of over 24 volts and far above (e.g. > 100 volts) are also possible.
Statt einer elektrischen Spule können auch zwei oder mehr Elektrospulen verwendet werden, welche verschieden ausgeführt (Drahtstärke, Anzahl Windungen, Material... ) und unterschiedlich bestromt werden, um den Boosteffekt zu erhalten. Instead of one electrical coil, two or more electrical coils can be used, which are designed differently (wire thickness, number of turns, material...) and are supplied with different currents in order to obtain the boost effect.
Figur 12 zeigt eine anmel dungs gemäße haptische Bedieneinrichtung 100 zum Bedienen von verschiedensten Geräten, Einrichtungen und Vorrichtungen, wie sie in dieser Anmeldung und Beschreibung (Einleitung, allgemeine Beschreibung, Beschreibung derFigure 12 shows a registration-compliant haptic operating device 100 for operating a wide variety of devices, facilities and devices, as described in this application and description (introduction, general description, description of the
Ausführungsbeispiele und Ansprüche) erwähnt werden. Zum Drehen wird z. B. ein Drehknopf 23 (auch in Form einer Bedienwalze) verwendet. Auch der Einsatz einer Lenkeinheit oder eines Lenkrades ist zum Bedienen möglich. Der Drehknopf 23 oder der Bedienknopf 101 kann insbesondere mit der Welle 311 drehfest verbunden sein. Embodiments and claims) are mentioned. For turning z. B. a knob 23 (also in the form of a control roller) is used. The use of a steering unit or a steering wheel is also possible for operation. The rotary knob 23 or the control knob 101 can be connected in particular to the shaft 311 in a rotationally fixed manner.
Die haptische Bedieneinrichtung 100 kann auch als eine Steer-by- Wire-Lenkung ausgebildet sein. The haptic operating device 100 can also be designed as a steer-by-wire steering system.
In diesem Ausführungsbeispiel und in allen anderen Ausführungsbeispielen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen kann eine Aktuatoreinrichtung 303 umfasst sein, um die Drehbewegung in eine andere Bewegung umzusetzen. Die Aktuatoreinrichtung 303 kann insbesondere auch nur elektrisch mit dem Bedienknopf 101 verbunden sein. In this exemplary embodiment and in all other exemplary embodiments, refinements and developments, an actuator device 303 can be included in order to convert the rotational movement into another movement. In particular, the actuator device 303 can also only be electrically connected to the control knob 101 .
Die Drehbewegung des Bedienknopfs 101 wird mittels einer Sensoreinrichtung 70 und beispielsweise einem Drehwinkelsensor erfasst. In Abhängigkeit des Drehwinkels steuert die Aktuatoreinrichtung 303 dann andere Komponenten oder Aktuatoren.The rotation of the control knob 101 is by means of a Sensor device 70 and, for example, a rotation angle sensor detected. Depending on the angle of rotation, the actuator device 303 then controls other components or actuators.
An der Welle 311 ist hier eine als Elektromotor ausgebildete Antriebseinrichtung 307 angebunden. Durch die Antriebseinrichtung 307 kann der Bedienknopf 101 aktiv gedreht werden. Dadurch wird der Bedienknopf 101 in bestimmten Fällen (aktiv) gedreht, beispielsweise - aber nicht nur - bei einer (Simulation einer) Lenkung, um dem Bediener ein entsprechendes haptisches Feedback zu geben. A drive device 307 designed as an electric motor is connected to the shaft 311 here. The control knob 101 can be actively rotated by the drive device 307 . As a result, the operating knob 101 is (actively) rotated in certain cases, for example—but not only—in the case of (simulation of) steering, in order to give the operator appropriate haptic feedback.
Die Bewegung des Bedienknopfes oder drehbaren Bedienelementes 101 kann mittels einer magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 gezielt und gesteuert gebremst werden. Zur Ansteuerung der Bremseinrichtung 1 und auch der Antriebseinrichtung 307 in Abhängigkeit verschiedener Parameter und z. B. des Winkels kann hier ein Steuergerät 302 vorgesehen sein. Dazu ist das Steuergerät 302 mit der Sensoreinrichtung 70 wirkverbunden. The movement of the operating button or rotatable operating element 101 can be braked in a targeted and controlled manner by means of a magnetorheological braking device 1 . To control the braking device 1 and also the drive device 307 depending on various parameters and z. B. the angle, a control unit 302 can be provided here. To this end, control unit 302 is operatively connected to sensor device 70 .
Das Steuergerät 302 berücksichtigt beispielsweise auch Daten eines Assistenzsystems 304. Dadurch kann die Bewegung des drehbaren Bedienelementes 101 je nach Fahrsituation gezielt beeinflusst werden. Das Steuergerät 102 kann auch mit weiteren hier nicht näher dargestellten Sensoren wirkverbunden sein, um das Verhalten in Abhängigkeit weiterer Parameter gezielt beeinflussen zu können. Control unit 302 also takes data from an assistance system 304 into account, for example. As a result, the movement of rotatable operating element 101 can be influenced in a targeted manner depending on the driving situation. Control unit 102 can also be operatively connected to other sensors, not shown in detail here, in order to be able to specifically influence the behavior as a function of other parameters.
Die Bremseinrichtung 1 ist hier mit einer Sicherheitseinrichtung 306 ausgestattet, welche ein hier nicht sichtbares magnetorheologisches Medium 6 aus einem hier ebenfalls nicht sichtbaren Spalt 5 entfernt. So kann beispielsweise bei einer Störung das Bremsmoment sehr zügig und zuverlässig aufgehoben werden. Der Spalt 5 und das Medium 6 können so ausgewählt werden, wie es im Rahmen dieser Anmeldung beschrieben und in den weiteren Figuren gezeigt ist. The braking device 1 is equipped here with a safety device 306 which removes a magnetorheological medium 6 (not visible here) from a gap 5 (also not visible here). In the event of a fault, for example, the braking torque can be canceled very quickly and reliably. The gap 5 and the medium 6 can be selected as described within the scope of this application and as shown in the further figures.
Die in Figur 12 dargestellte erfindungsgemäße Bedien- oder Betätigungseinrichtung 100 kann zum Drehen eines hier nicht näher dargestellten Bedien- oder Betätigungsmittels einer Bedien- oder Betätigungseinheit dienen. Die Bedien- oder Betätigungseinheit 101 ist hier als ein drehbarer Knopf ausgebildet, welches mit einer Welle 311 drehfest verbunden ist. The control or inventive shown in Figure 12 Actuating device 100 can be used to rotate an operating or actuating means of an operating or actuating unit that is not shown in detail here. The operating or actuating unit 101 is designed here as a rotatable button which is connected to a shaft 311 in a rotationally fixed manner.
Die Bedien- oder Betätigungseinrichtung 100 kann hier auch als eine Steer-by-Wire-Lenkung eines Spiels (Gaming; Force-Feedback- Lenkrad) ausgebildet sein, ohne darauf beschränkt zu sein. Dazu dient eine Aktuatoreinrichtung 303 zur Umsetzung der mit der Bedien- oder Betätigungseinheit 101 ausgeführten Lenkbewegung in eine (virtuelle) Fahrzeugbewegung in einem (Renn) spiel (z.B. Need for Speed; Project Cars; Moto GP; Flugsimulator...) . Beispielsweise lenkt die Aktuatoreinrichtung 303 die (virtuellen) Fahrzeugräder oder das Fahrzeugrad bei einem Motorrad. Die Aktuatoreinrichtung 303 ist dann nur elektrisch mit der Lenkeinheit 101 verbunden.The operating or actuating device 100 can also be embodied here as a steer-by-wire steering of a game (gaming; force feedback steering wheel), without being restricted thereto. An actuator device 303 is used for this purpose to convert the steering movement executed with the operating or actuating unit 101 into a (virtual) vehicle movement in a (racing) game (e.g. Need for Speed; Project Cars; Moto GP; Flight Simulator...). For example, the actuator device 303 steers the (virtual) vehicle wheels or the vehicle wheel in the case of a motorcycle. The actuator device 303 is then only electrically connected to the steering unit 101 .
Die Drehbewegung einer Lenkeinheit wird mittels einer Sensoreinrichtung 70 und beispielsweise einem Drehwinkelsensor erfasst. In Abhängigkeit des Drehwinkels lenkt die Aktuatoreinrichtung 303 dann z. B. die Fahrzeugräder im Videospiel. The rotational movement of a steering unit is detected by means of a sensor device 70 and, for example, a rotational angle sensor. Depending on the angle of rotation, the actuator device 303 then steers z. B. the vehicle wheels in the video game.
An der Welle (bzw. Lenkungswelle) 311 ist hier eine als Elektromotor ausgebildete Antriebseinrichtung 307 angebunden. Durch die Antriebseinrichtung 307 kann die Lenkeinheit 301 aktiv gedreht werden. Dadurch wird die Lenkeinheit 301 beispielsweise beim Kurvenfahren oder Rückstellen aktiv bewegt, wie es auch bei einer konventionellen mechanischen Lenkung in einem realen Fahrzeug der Fall wäre. A drive device 307 designed as an electric motor is connected to the shaft (or steering shaft) 311 here. The steering unit 301 can be actively rotated by the drive device 307 . As a result, the steering unit 301 is actively moved, for example when cornering or backing up, as would also be the case with a conventional mechanical steering system in a real vehicle.
Die Bewegung der Bedien- oder Betätigungseinheit 101 kann mittels einer magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 gezielt gebremst werden. Zur Ansteuerung der Bremseinrichtung 1 und auch der Antriebseinrichtung 307 in Abhängigkeit verschiedener Parameter und z. B. des Lenkwinkels ist hier ein (Lenkungs-) Steuergerät 302 vorgesehen. Dazu ist das (Lenkungs) Steuergerät 302 mit der Sensoreinrichtung 70 wirkverbunden. Das (Lenkungs-) Steuergerät 302 berücksichtigt beispielsweise auch Daten eines (Fahr-) Assistenzsystems 304 oder Daten von anderen Spieler oder Spielsituationen (Sim Racer; The movement of the operating or actuating unit 101 can be braked in a targeted manner by means of a magnetorheological braking device 1 . To control the braking device 1 and also the drive device 307 depending on various parameters and z. B. the steering angle is a (steering) control unit 302 is provided here. For this purpose, the (steering) control unit 302 is operatively connected to the sensor device 70 . The (steering) control unit 302 also takes into account, for example, data from a (driving) assistance system 304 or data from other players or game situations (Sim Racer;
Rennsimulatoren...) . Dadurch kann die Bewegung der Lenkeinheit 301 je nach Fahrsituationen gezielt beeinflusst werden. Das (Lenkungs-) Steuergerät 102 kann auch mit weiteren hier nicht näher dargestellten Sensoren oder Informationsquellen eines Spieles wirkverbunden sein, um das Lenkverhalten in Abhängigkeit weiterer Parameter gezielt beeinflussen zu können. racing simulators...) . As a result, the movement of the steering unit 301 can be influenced in a targeted manner depending on the driving situation. The (steering) control unit 102 can also be operatively connected to other sensors or information sources of a game, not shown in detail here, in order to be able to specifically influence the steering behavior as a function of other parameters.
Der Bedienknopf kann auch an oder in einer Industrieanlage, in der Computerperipherie, bei Automobilen, Flugzeugen usw. eingesetzt werden und kann um die zuvor beschriebene aktive Komponente ergänzt werden. The control button can also be used on or in an industrial plant, in computer peripherals, in automobiles, airplanes, etc. and can be supplemented by the active component described above.
Die Erfindung stellt eine haptische Bedieneinrichtung zur Verfügung, die kompakt, robust und sehr günstig ist. Die haptische Bedieneinrichtung eignet sich besonders gut zur Verwendung in der Automobilindustrie, ist aber auch in allen möglichen Geräten und Maschinen einsetzbar. The invention provides a haptic operating device that is compact, robust and very inexpensive. The haptic control device is particularly suitable for use in the automotive industry, but can also be used in all kinds of devices and machines.
Ein großer Vorteil der Konstruktion ist, dass außen keine Kabel, kein Sensor und keine Elektronik nötig sind. Somit ist bei allen Ausgestaltungen eine hohe IP Klasse möglich. Im Prinzip liegt alles hinter einer Montageblende. A major advantage of the construction is that no cables, sensors or electronics are required on the outside. A high IP class is therefore possible in all configurations. In principle, everything is behind a mounting panel.
Die elektrische Spule ist vorzugsweise komplett von dem Raum mit dem magnetorheologischen Medium abgetrennt, insbesondere über eine Vergussmasse. The electrical coil is preferably completely separated from the space containing the magnetorheological medium, in particular by means of a casting compound.
In bevorzugten Ausgestaltungen ist eine axiale Verschiebung möglich, wobei insbesondere ein Flüssigkeitsvolumen im inneren verschoben wird. Zwischen einem Deckel und einer Scheibenkontur ist vorzugsweise genügend Raum vorgesehen, damit das dazwischenliegende Medium (oder Flüssigkeit) (Carbonyl) nicht verdichtet wird. (Das könnte sonst zu hohen axialen Verstellkräften führen. ) Dadurch wird ein zusätzlich MRF-Reservoir bereit gestellt, aus dem Partikel in den Bereich der Scheibenkontur bzw. der Wälzkörper nachfließen können. Magnetische Partikel fließen nämlich immer in Richtung des stärkeren Felds, da magnetische Partikel von dem Magnetfeldgradienten angezogen werden. In preferred configurations, an axial displacement is possible, in which case, in particular, a liquid volume is displaced in the interior. Sufficient space is preferably provided between a cover and a disk contour so that the medium (or liquid) (carbonyl) therebetween is not compressed. (Otherwise this could lead to high axial displacement forces.) This provides an additional MRF reservoir from which particles can enter the area of the disk contour or the rolling elements can flow. Namely, magnetic particles always flow in the direction of the stronger field since magnetic particles are attracted by the magnetic field gradient.
Die Dichtung läuft vorzugsweise auf der Achse. Es gibt eine Rotationsbewegung (mehr als 100.000 Umdrehungen sind möglich) und es kann eine Linearbewegung für den Taster geben. Damit die Dichtung nicht einläuft und eine Laufrille bildet und damit die Reibung gering ist und die Leckage (Schleppöl) über die Lebensdauer nicht zu hoch wird, ist eine entsprechende Werkstof fpaarung mit einer harten Lauffläche bevorzugt. The seal preferably runs on the axle. There is rotary movement (more than 100,000 revolutions are possible) and there can be linear movement for the probe. To ensure that the seal does not run in and form a running groove and that the friction is low and the leakage (drag oil) does not become too high over the service life, a corresponding material pairing with a hard running surface is preferred.
Es werden wie zuvor beschrieben zwei Reihen mit unterschiedlichen Magnetfeldkonzentratoren verwendet. Der erste Bremsspaltabschnitt 5a wird mit einer Scheibenkontur ausgerüstet. Der zweite Bremsspaltabschnitt 5b wird mit Wälzkörpern und insbesondere Walzen ausgerüstet. Wälzkörper und insbesondere Walzen mit einem rundem Innenring ermöglichen ein hohes statisches Moment. Eine Scheibenkontur ermöglicht eine gute Magnetfeldweiterleitung und ein hohes Moment bei hohen Drehzahlen. As previously described, two rows with different magnetic field concentrators are used. The first brake gap section 5a is equipped with a disk contour. The second braking gap section 5b is equipped with rolling bodies and, in particular, rollers. Rolling elements and especially rollers with a round inner ring enable a high static moment. A disk contour enables good magnetic field transmission and high torque at high speeds.
Die kombinierte Lösung, auch Hybridlösung genannt, kombiniert beide Vorteile. Ein axialer Übergang des Magnetfeldes hatte im Stand der Technik hingegen eine kleinere Übergangsfläche und ergab so geringere Bremsmomente. Außerdem hat ein axialer Magnetfeldübergang einen geringeren Abstand (Radius) und erzeugt schon daher weniger Moment. Ein ebenfalls radialer Bremsspaltabschnitt 5a mit einer Scheibenkontur hat demgegenüber einen größeren Durchmesser und erzeugt damit bei gleicher Kraft ein größeres Moment. Außerdem ist die Fläche größer, da der größere Umfang eine größere Fläche auf spannt. Wenn die Breite der Konturscheibe größer ist, als 1/6 des Durchmessers, ist das übertragbare Bremsmoment am (umfänglichen) radialen Bremsspaltabschnitt schon größer als das maximal übertragbare Bremsmoment auf der axialen Fläche! Schließlich sind durch die geringere Spalthöhe an der Scheibenkontur die magnetischen Verluste kleiner. Alles das bewirkt ein höheres Bremsmoment auch bei höheren Drehzahlen . The combined solution, also called hybrid solution, combines both advantages. In contrast, an axial transition of the magnetic field in the prior art had a smaller transition area and thus resulted in lower braking torques. In addition, an axial magnetic field transition has a smaller distance (radius) and therefore generates less moment. A brake gap section 5a, which is also radial, with a disk contour has a larger diameter and thus generates a larger moment with the same force. In addition, the area is larger because the larger circumference spans a larger area. If the width of the contour disc is greater than 1/6 of the diameter, the braking torque that can be transmitted at the (circumferential) radial braking gap section is already greater than the maximum braking torque that can be transmitted on the axial surface! Finally, due to the lower gap height at the disk contour, the magnetic losses are smaller. All this also causes a higher braking torque at higher speeds.
Ein Volumenausgleich für die Push-Funktion kann durch eine Membran am Ende des Mantelteil s bereitgestellt werden . Hinter der Membran i st ein Klickelement wie eine Schnappscheibe ( „Snap Dome" ) . Dieses gibt einen hapti sch fühlbaren Druckpunkt . Zusätzlich hört man das Klicken beim Erreichen des Druckpunktes und die Schnappscheibe drückt den gesamten Knopf bzw . das Mantelteil wieder in die Ausgangs stellung zurück ( ähnlich einer Maustaste bei Computermaus ) . Volume compensation for the push function can be provided by a membrane at the end of the jacket part. Behind the membrane is a click element like a snap-action disc ("Snap Dome"). This gives a haptic pressure point. You can also hear the click when the pressure point is reached and the snap-action disc presses the entire button or the casing part back into the starting position back (similar to a mouse button on a computer mouse).
Die Membran dichtet dann den MRF-Raum ab . Das Volumen hinter der Membran wirkt als Volumenausgleich beim Drücken . In der Normal stellung wei st die Schnappscheibe eine Wölbung auf . Wird der Knopf in axialer Richtung verschoben, drückt der Stator der Bremseinrichtung gegen die Membran und die Schnappscheibe . Diese wird dadurch flach gedrückt . The membrane then seals off the MRF space. The volume behind the membrane acts as a volume balance when pressed. In the normal position, the snap disk has a bulge. If the button is moved in the axial direction, the stator of the braking device presses against the membrane and the snap-action disk. This will be pressed flat.
Das Design der haptischen Bedieneinrichtung kann noch aufgewertet werden, indem man die Abdeckung um verschiedenen Lichteffekte ergänzt . Eine kostengünstige Variante i st die Verwendung einer Kappe/Abdeckung mit einem transparenten Element , welches von unten mit LEDs beleuchtet wird . Dazu kann entweder eine transparente Hülse an dem mantelteil angebracht oder in die Abdeckung eingearbeitet werden, oder die gesamte Innenseite der Abdeckung wird al s solches ausgeführt ( ein umgekehrter Topf ) . Dazu kann das transparente Teil an den Kanten schräg geschlif fen sein, um das Licht in gewünschte Richtung abzulenken . The design of the haptic control device can be enhanced by adding various light effects to the cover. A cost-effective variant is the use of a cap/cover with a transparent element, which is illuminated from below with LEDs. This can be done either by attaching a transparent sleeve to the shell part or by incorporating it into the cover, or by doing the entire inside of the cover as such (an inverted pot). For this purpose, the transparent part can be ground at an angle at the edges in order to deflect the light in the desired direction.
Al s transparentes Material kann normales Glas verwendet werden, oder PMMA (Acrylglas ) . Der Vorteil von PMMA i st , dass man milchiges Glas verwenden kann, welches das Licht innerhalb bricht und so die Gesamte Oberfläche gleichmäßig ausleuchten kann . Zur Beleuchtung können eine oder mehrere LEDs verwendet werden, auch mit verschiedenen Farben . Normal glass can be used as the transparent material, or PMMA (acrylic glass). The advantage of PMMA is that you can use milky glass, which breaks the light inside and can thus illuminate the entire surface evenly. One or more LEDs can be used for lighting, also with different colors.
In allen Ausgestaltungen kann auch die äußere Bremskomponente drehfest ausgeführt sein und die innere Bremskomponente die drehbare Komponente sein. In dem Fall muss die elektrische Kontaktierung der elektrischen Spule über Leitungen durch die äußere Bremskomponente erfolgen oder z. B. über Schleifkontakte. In all configurations, the outer brake component can also be designed to be non-rotatable and the inner brake component the be a rotatable component. In this case, the electric coil must be electrically contacted via lines through the outer braking component or e.g. B. via sliding contacts.
Bezugszeichenliste : List of references:
I Magnetorheologische 41b Spalthöhe von 5aI Magnetorheological 41b gap height of 5a
Bremseinrichtung 41e axiale Breite von 5aBraking device 41e axial width of 5a
2 , 3 Bremskomponente 42 Scheibenkörper 2 , 3 brake component 42 disc body
4 Halter 42a Aufnahme 4 holder 42a recording
5 Spalt 43 Benutzerschnittstelle5 column 43 user interface
5a Bremsspaltabschnitt für 41 44 Scheibenpaket 5a Brake gap section for 41 44 disc pack
5b Bremsspaltabschnitt für 11 45 Kabel 5b braking gap section for 11 45 cables
6 Medium 46 Scheibenblech 6 Medium 46 Disc Sheet
8 Magnetfeld, Feld 47 ausgebauchte Außenkontur8 magnetic field, field 47 bulging outer contour
10 spitzwinkliger Bereich 48 Bef üllschraube 10 acute-angled area 48 filling screw
II Wälz körper 49 Überzug II rolling elements 49 coating
11b Spalthöhe von 5b 50 Konsole 11b gap height of 5b 50 console
11c radialer Freiraum bei 5b 51 Mutter lld Durchmesser von 11 68 Signal 11c radial clearance at 5b 51 nut lld diameter of 11 68 signal
Ile axiale Breite von 11 69 Amplitude llf Halterung 70 Sensoreinrichtung Ile axial width of 11 69 amplitude llf bracket 70 sensor device
12 Achse 71 Magnetringeinheit 12 axis 71 magnetic ring assembly
13 Mantelteil 72 Magnetfeldsensor 13 casing part 72 magnetic field sensor
14 Abschluss 75 Abschirmeinrichtung 14 termination 75 shielding device
15 Abschluss , Deckel 76 Abschirmkörper 15 termination, cover 76 shielding body
16 Stift 77 Trenneinheit 16 pin 77 separation unit
18 Leuchtmittel 78 Entkopplungseinrichtung18 lamps 78 decoupling device
19 magnetische Partikel 79 Sensorplatine 19 magnetic particles 79 sensor board
20 Rotationsachse , axiale 79a Kontaktpin 20 axis of rotation, axial 79a contact pin
Richtung 80 MagnetfeldkonzentratorDirection 80 magnetic field concentrator
21 Kern 100 Haptische Bedieneinrichtung21 Kern 100 haptic control device
22 Hub 101 Bedienkopf 22 stroke 101 control head
23 Drehknopf 102 Bedienwalze 23 knob 102 control roller
26 Spule 110 geschlossene Kammer 26 coil 110 closed chamber
26b Spulenhalter 200 Gerätekomponente 26b bobbin holder 200 device component
26e axiale Breite 265 Bremsintensität 26e axial width 265 braking intensity
28 Vergussmasse 266 erster Leistungsparameter28 potting compound 266 first performance parameters
29 Schnappscheibe 267 zweiter Leistungsparameter29 dome 267 second performance parameter
29a Führung 270 Vorzeitpunkt 29a leadership 270 early
29b Volumen 271 erster Zeitraum 29b volume 271 first period
31 Membrane 272 zweiter Zeitraum 31 Diaphragm 272 second period
32 Reservoir 302 Steuergerät 32 reservoir 302 controller
35a Spannungsversorgung 12V 303 Aktuatoreinrichtung 35a power supply 12V 303 actuator device
35b Spannungsversorgung 18V 304 Assistenzsystem 35b Power supply 18V 304 assistance system
38 Dichtung 305 Remanenzeinrichtung 38 seal 305 remanence device
39 O-Ring 306 Sicherheitseinrichtung39 O-ring 306 safety device
40b Mutter 307 Antriebseinrichtung 40b nut 307 driving device
41 Scheibenkontur 311 Welle 41 disc contour 311 shaft

Claims

Ansprüche : Expectations :
1. Haptische Bedieneinrichtung (100) (und insbesondere haptischer Bedienknopf) mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung (1) mit einem feststehenden Halter (4) und mit wenigstens zwei Bremskomponenten (2, 3) , wobei eine der beiden Bremskomponenten (2, 3) mit dem Halter (4) drehfest verbunden ist und wobei die beiden Bremskomponenten (2, 3) relativ zueinander kontinuierlich um eine Rotationsachse (20) drehbar sind, wobei sich eine erste Bremskomponente (2) entlang der Rotationsachse (20) erstreckt und einen Kern (21) aus einem magnetisch leitfähigen Material umfasst und wobei die zweite Bremskomponente (3) ein sich um die erste Bremskomponente (2) herum erstreckendes hohl ausgebildetes Mantelteil (13) umfasst, wobei zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente (2, 3) wenigstens ein umlaufender und wenigstens zum Teil mit einem magnetorheologischen Medium (6) gefüllter Bremsspaltabschnitt ausgebildet ist, wobei zwischen dem Mantelteil (13) und dem Kern (21) wenigstens eine um die Rotationsachse (20) herum gewickelte und den Kern (21) umgebende elektrische Spule (26) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei unterschiedliche radial ausgebildete Bremsspaltabschnitte (5a, 5b) umfasst sind, wobei an einem ersten Bremsspaltabschnitt (5a) eine Scheibenkontur (41) zwischen dem Mantelteil (13) und dem Kern (21) ausgebildet ist, und wobei in einem zweiten Bremsspaltabschnitt (5b) eine Mehrzahl von Wälzkörpern (11) auf dem Umfang des Kerns (21) angeordnet ist. 1. Haptic operating device (100) (and in particular haptic operating knob) with a magnetorheological braking device (1) with a fixed holder (4) and with at least two braking components (2, 3), one of the two braking components (2, 3) being connected to the Holder (4) is non-rotatably connected and wherein the two brake components (2, 3) are continuously rotatable relative to each other about an axis of rotation (20), wherein a first brake component (2) extends along the axis of rotation (20) and a core (21) made of a magnetically conductive material and wherein the second brake component (3) comprises a hollow shell part (13) extending around the first brake component (2), wherein between the first and the second brake component (2, 3) there is at least one circumferential and at least partially with a magnetorheological medium (6) filled brake gap section is formed, wherein between the shell part (13) and the core (21) at least one electric coil (26) wound around the axis of rotation (20) and surrounding the core (21), characterized in that at least two different radially designed brake gap sections (5a, 5b) are included, with a first brake gap section (5a) having a Disc contour (41) is formed between the casing part (13) and the core (21), and wherein a plurality of rolling elements (11) is arranged on the circumference of the core (21) in a second brake gap section (5b).
2. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Scheibenkontur (41) als separater Scheibenkörper (42) oder einstückig mit dem Kern (21) ausgebildet ist. 2. Haptic operating device (100) according to claim 1, wherein the disk contour (41) is formed as a separate disk body (42) or in one piece with the core (21).
3. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Scheibenkörper (42) auf den Kern (21) aufgebracht ist und eine an den Kern (21) angepasste Aufnahme (42a) aufweist. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Scheibenkontur (41) mit dem Kern (21) verbunden und z. B. verpresst oder verschraubt ist . Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Scheibenkontur (41) als Scheibenpaket (44) mit einer Mehrzahl von Scheibenblechen (46) ausgebildet ist. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei wenigstens ein Scheibenblech (46) als Stanzteil ausgebildet ist. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Scheibenpaket (44) im Wesentlichen rund ausgebildete und unrund ausgebildete Scheibenbleche (46) umfasst. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Scheibenkontur (41) an wenigstens einer Axialseite eine nach außen abstehende Außenkontur (47) aufweist. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein radialer Freiraum (11c) für einen Wälzkörper (11) zwischen dem Mantelteil (13) und dem Kern (21) in dem zweiten Bremsspaltabschnitt (11a) größer ist als eine Spalthöhe (41b) in dem ersten Bremsspaltabschnitt (5a) . Haptische Bedieneinrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der radiale Freiraum (11c) für einen Wälzkörper (11) in dem zweiten Bremsspaltabschnitt (11a) mehr als doppelt so groß ist wie die Spalthöhe (41b) in dem ersten Bremsspaltabschnitt (5a) . Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und der zweite Bremsspaltabschnitt (5a, 5b) an unterschiedlichen axialen Seiten der elektrischen Spule (26) ausgebildet sind. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine axiale Breite (Ile) der Wälzkörper (11) zwischen einer halben und einer doppelten axialen Breite (41e) der Scheibenkontur (41) beträgt. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis einer axialen Breite (Ile) der Wälzkörper (11) zu einer axialen Breite (26e) der elektrischen Spule (26) zwischen 1:5 und 3:2 beträgt und wobei ein Verhältnis einer axialen Breite (41e) der Scheibenkontur (41) zu einer axialen Breite (26e) der elektrischen Spule (26) zwischen 1:5 und 3:2 beträgt. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Magnetfeld (8) des Magnetkreislaufs wenigstens zum Teil jeweils axial durch den Kern (21) und das Mantelteil (13) und im Wesentlichen radial durch den ersten und den zweiten Bremsspaltabschnitt (5a, 5b) durchtritt . Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Scheibenkontur (41) das Mantelteil (13) drehbar führt und als Lagerstelle dient. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Spalthöhe (41b) an dem Bremsspaltabschnitt (5a) an der Scheibenkontur kleiner als 0,15 mm oder kleiner als 0,1 mm beträgt. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den Bremskomponenten (2, 3) eine geschlossene Kammer (110) ausgebildet ist, und wobei die geschlossene Kammer (110) wenigstens zu einem erheblichen Anteil mit einem magnetorheologischen Medium (6) wie einem magnetorheologischen Fluid und/oder Carbonyleisenpulver gefüllt ist. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Bremskomponente (3) axial verschieblich an der ersten Bremskomponente (2) auf genommen ist. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem distalen Ende (115) der Kammer (110) ein Klickelement (29) angeordnet ist. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine elastische Membran (31) die Kammer (110) von dem Klickelement (29) trennt. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Klickelement als Schnappscheibe ausgebildet ist und wobei eine Änderung des auf gespannten Volumens der Schnappscheibe an eine Querschnittsfläche der Achse multipliziert mit einem Axialversatz der Schnappscheibe bei Betätigung angepasst ist. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Sensoreinrichtung (70) zur Erfassung eines relativen Drehwinkels zwischen dem Kern (21) und dem Mantelteil (13) umfasst ist. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Sensoreinrichtung (70) zur Erfassung einer relativen Axialposition von dem Mantelteil (13) zu der Bremskomponente (2) umfasst ist. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Abschirmeinrichtung (75) zur wenigstens teilweisen Abschirmung der Sensoreinrichtung (70) vor einem Magnetfeld der elektrischen Spule (26) . Haptische Bedieneinrichtung (100) nach dem vorhergehenden3. Haptic operating device (100) according to the preceding claim, wherein the disc body (42) is applied to the core (21) and a core (21) adapted recording (42a). Haptic operating device (100) according to any one of the preceding claims, wherein the disc contour (41) connected to the core (21) and z. B. is pressed or screwed. Haptic operating device (100) according to one of the preceding claims, wherein the disk contour (41) is designed as a disk package (44) with a plurality of disk plates (46). Haptic operating device (100) according to the preceding claim, wherein at least one disc plate (46) is designed as a stamped part. Haptic operating device (100) according to one of the two preceding claims, in which the disk pack (44) comprises disk plates (46) which are designed to be essentially round and which are designed to be non-round. Haptic operating device (100) according to one of the preceding claims, wherein the disc contour (41) has an outwardly protruding outer contour (47) on at least one axial side. Haptic operating device (100) according to one of the preceding claims, wherein a radial free space (11c) for a rolling element (11) between the casing part (13) and the core (21) in the second braking gap section (11a) is greater than a gap height (41b ) in the first braking gap section (5a). Haptic operating device (100) according to the preceding claim, wherein the radial clearance (11c) for a rolling body (11) in the second brake gap section (11a) is more than twice as large as the gap height (41b) in the first brake gap section (5a). Haptic operating device (100) according to one of the preceding claims, wherein the first and the second braking gap section (5a, 5b) are formed on different axial sides of the electrical coil (26). Haptic operating device (100) according to one of the preceding claims, wherein an axial width (Ile) of the rolling bodies (11) is between half and twice the axial width (41e) of the disk contour (41). Haptic operating device (100) according to one of the preceding claims, wherein a ratio of an axial width (Ile) of the rolling bodies (11) to an axial width (26e) of the electric coil (26) is between 1:5 and 3:2 and wherein a Ratio of an axial width (41e) of the disc contour (41) to an axial width (26e) of the electrical coil (26) is between 1:5 and 3:2. Haptic operating device (100) according to one of the preceding claims, wherein the magnetic field (8) of the magnetic circuit runs at least in part axially through the core (21) and the casing part (13) and essentially radially through the first and the second brake gap section (5a, 5b) passes. Haptic operating device (100) according to one of the preceding claims, wherein the disk contour (41) guides the casing part (13) in a rotatable manner and serves as a bearing point. Haptic operating device (100) according to one of the preceding claims, wherein a gap height (41b) at the braking gap section (5a) on the disc contour is less than 0.15 mm or less than 0.1 mm. Haptic operating device (100) according to any one of the preceding claims, wherein between the brake components (2, 3) a closed chamber (110) is formed, and wherein the closed chamber (110) at least one is filled to a significant extent with a magnetorheological medium (6) such as a magnetorheological fluid and/or carbonyl iron powder. Haptic operating device (100) according to one of the preceding claims, wherein the second brake component (3) is taken on the first brake component (2) in an axially displaceable manner. Haptic operating device (100) according to one of the two preceding claims, wherein a click element (29) is arranged at the distal end (115) of the chamber (110). Haptic operating device (100) according to the preceding claim, wherein an elastic membrane (31) separates the chamber (110) from the click element (29). Haptic operating device (100) according to one of the two preceding claims, wherein the click element is designed as a snap disk and wherein a change in the spanned volume of the snap disk is adapted to a cross-sectional area of the axis multiplied by an axial offset of the snap disk upon actuation. Haptic operating device (100) according to one of the preceding claims, wherein a sensor device (70) for detecting a relative angle of rotation between the core (21) and the casing part (13) is included. Haptic operating device (100) according to one of the preceding claims, wherein a sensor device (70) for detecting a relative axial position of the casing part (13) to the brake component (2) is included. Haptic operating device (100) according to one of the three preceding claims, comprising a shielding device (75) for at least partially shielding the sensor device (70) from a magnetic field of the electrical coil (26) . Haptic operating device (100) according to the preceding one
Anspruch, wobei ein Leuchtmittel (18) zur Beleuchtung eines wenigstens zum Teil transparent ausgebildeten Drehknopfs (23) umfasst ist, der an dem Mantelteil (13) aufgenommen ist. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetische Feldstärke zwischen den einzelnen magnetisch polarisierbaren Partikeln größer als 300 kA/m ist. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetische Feldstärke im Bremsspalt größer als 500 kA/m ist. Haptische Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens eine Antriebseinrichtung zur aktiven Drehung einer der Bremskomponenten (2, 3) . Bedienknopf (101) mit einer haptischen Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Gerätekomponente (200) mit einer haptischen Bedieneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Gerätekomponente (200) nach dem vorhergehenden Anspruch, umfassend wenigstens eine Benutzerschnittstelle (43) , ein Bedienpanel, ein Display, ein berührungsempfindliches Display mit oder ohne haptischem Feedback und/oder wenigstens einen Sensor . Verwendung einer haptischen Bedieneinrichtung mit einer Bremseinrichtung, um über einen größeren Drehzahlbereich ein hohes Bremsmoment zu erzeugen, wobei die Bremseinrichtung wenigstens zwei unterschiedliche radial ausgebildete Bremsweniabschnitte (5a, 5b) umfasst, und wobei an einem ersten Bremsspaltabschnitt (5a) eine Scheibenkontur (41) zwischen dem Mantelteil (13) und dem Kern (21) ausgebildet ist, um ein hohes Bremsmoment bei höheren Drehzahlen zu erzeugen, und wobei in einem zweiten Bremsspaltabschnitt (5b) eine Mehrzahl von Wälzkörpern (11) auf dem Umfang des Kerns (21) angeordnet ist, um ein hohes Bremsmoment bei kleineren Drehzahlen zu erzeugen. Claim, wherein an illuminant (18) for illuminating an at least partially transparent rotary knob (23) is included, which is accommodated on the casing part (13). Haptic operating device (100) according to one of the preceding claims, wherein the magnetic field strength between the individual magnetically polarizable particles is greater than 300 kA/m. Haptic operating device (100) according to one of the preceding claims, wherein the magnetic field strength in the braking gap is greater than 500 kA/m. Haptic operating device (100) according to any one of the preceding claims, comprising at least one drive device for active rotation of one of the brake components (2, 3). Operating button (101) with a haptic operating device (100) according to one of the preceding claims. Device component (200) with a haptic operating device (100) according to one of the preceding claims. Device component (200) according to the preceding claim, comprising at least one user interface (43), a control panel, a display, a touch-sensitive display with or without haptic feedback and / or at least one sensor. Use of a haptic operating device with a braking device in order to generate a high braking torque over a larger speed range, the braking device comprising at least two different, radially designed braking sections (5a, 5b), and a disc contour (41) on a first braking gap section (5a). between the casing part (13) and the core (21) in order to generate a high braking torque at higher speeds, and wherein a plurality of rolling elements (11) are arranged on the circumference of the core (21) in a second braking gap section (5b). is to generate a high braking torque at low speeds.
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