WO2016156544A1 - Dämpfer zur dämpfung einer schwenkbewegung - Google Patents

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WO2016156544A1
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damping
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damper
components
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Stefan Battlogg
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Inventus Engineering Gmbh
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    • G06F2203/015—Force feedback applied to a joystick

Definitions

  • the present invention relates to a damper for damping a relative movement, wherein the damper comprises two components which are movable relative to each other and whose
  • a cylindrical damper chamber is divided by a connected to a piston rod piston in a first chamber and a second chamber.
  • the damping medium flows through a damping channel or in the damping channel from one side of the damper piston to the other side, if a
  • Translational dampers are suitable for a variety of purposes, such as shock absorbers on bicycles or motor vehicles or for damping other shocks.
  • Increasingly favorable controllable dampers are desired in which the damping can be changed, for example, electrically by a control device during operation.
  • the use of proven magnetorheological media and fluids in particular in which a change in the attenuation strength within a few milliseconds can be achieved.
  • Magnetorheological fluids are relatively expensive, making their use difficult or uneconomical in many applications. For example, it may be useful to equip an accelerator pedal or a brake pedal in a motor vehicle or a truck with a damper so that a damped return of the corresponding pedal takes place.
  • a damper for damping a relative movement and / or for generating a haptic feedback to provide, which is inexpensive and requires only a small amount of a magnetorheological medium and allows a more sensitive response.
  • the damper should be very simple, so as to allow commercial applicability with profitable quantities.
  • An inventive damper is designed as a rotary damper and serves to damp a pivoting movement.
  • damping may also be meant haptic feedback resulting from damping, ie feedback of force / moment to the user
  • the rotary damper comprises two components, one component comprising an inner component and the other component comprising an outer component The component is radially inwardly of the inner component and radially outwardly of the outer component and limited
  • the damping gap is preferably annular and circumferentially formed.
  • the rotary damper according to the invention has many advantages. One
  • the rotary damper according to the invention is that it is used for damping a pivoting movement.
  • the components which are movable relative to one another need not be sealed to one another during a relative translational movement. It's enough between the two
  • Components provide, for example, circumferential seal that does not have to move during the relative movement. As a result, a much lower basic torque or a basic force is achieved than in a translational movement, in which, for example, a
  • Sealing ring must be moved on an axis, while the two components move axially relative to each other.
  • Outer component can be optimally acted upon by a magnetic field.
  • Damping gaps are optimally utilized, so that a thin and in particular circumferential damping gap is sufficient to high
  • Magnetic field on at least 25% of a surface of the annular circumferential damping gap is as a whole
  • Peripheral surface of the annular circumferential damping gap more than 30% and preferably more than 40% and more preferably more than 50%, 60%, 70% or 80% of the circumferential surface of the annular circumferential damping gap.
  • a surface element is then counted to the area fraction influenced by the magnetic field if the magnetic field strength there is greater than 5% and preferably greater than 10% of one
  • the rotary damper generates a controllable damper torque. Preference is given to the direct use of the damper moment for damping a rotary or pivoting movement or for generating a haptic feedback (force progression, rattling, ripple, virtual stops, force peaks, etc.).
  • the damper torque can also be converted by other means in a damper force, the z. B. for damping a movement of another component.
  • the rotary damper provides a damper torque which can be converted into a damper force acting on another component.
  • Damping force on another component in particular depend proportionally and in many cases linearly or approximately linearly from each other and can - if technically meaningful - be used interchangeably in the sense of the present application.
  • a damper torque is provided which in a
  • An effective damper force can also be referred to as a damping force.
  • the damping gap preferably extends in axial
  • the damping preferably takes place via shear forces or
  • Magnetorheological medium remains as a kind of controllable friction lining in the damping gap.
  • the required volume of the magnetorheological medium is very small and results essentially from the volume of the preferably cylindrical damping gap.
  • the two components are relative to each other only by a limited pivoting angle
  • the swivel angle can be over
  • the parts connected to the rotary damper directly limit the possible swivel angle. It is also similar if the rotary damper according to the invention is used on, for example, an accelerator pedal, clutch pedal or brake pedal of a motor vehicle. Also there is limited by the structural conditions of the swing angle of course or by the space.
  • the pivot angle is limited by the cable or by the connecting lines to the electric coil. It is possible for the connecting lines to extend in one piece from the outside to the electric coil or the electric coils, if, for example, a slip ring is dispensed with.
  • no slip ring is provided to connect the electric coils and possibly sensors.
  • the electric coils and possibly sensors and thus the components for electrical power or signal transmission via a coil spring, such.
  • a coil spring such.
  • Ribbon cable or material ein Western cable or material ein Cultureige and in particular one-piece connecting lines without rotating against each other components from the outside.
  • Slip ring may be provided which ensures the contact transmission of the electrical connection lines to the electric coil.
  • the damping gap is formed by a chamber or is part of a chamber.
  • the chamber is characterized by the two components and by a between the two components arranged sealing means or arranged by two between the two components
  • the rotary damper may have a type of pot construction in which a pivot shaft out of the pot construction to the outside
  • the inner component is completely surrounded by the outer component, so that only protrudes from the inner component of the pivot shaft to the outside.
  • Dämpfungsspalts each a substantially dense magnetic seal is provided which concatenates the present there magnetorheological particles via a magnetic field acting in a thin gap between the two components, so at least for a substantially reliable
  • Sealing or sealing device may be provided at the outlet of the housing.
  • the housing is preferably formed by the component on which the outer component is formed.
  • a sealing device prevents in particular unwanted material transitions from one room to another.
  • the sealing device may comprise one or more sealing elements.
  • such a sealing device may comprise or be formed by an O-ring or a quadring.
  • the chamber is arranged over the axial length radially between the first component and the second component.
  • the chamber is completely between the first and the second component arranged.
  • the chamber may also comprise at least one reservoir in which a small and in particular small supply of the magnetorheological medium can be stored.
  • a maximum volume of the reservoir is smaller than the volume of the damping gap and in particular smaller than half the volume of the
  • Damping gap Through a reservoir, a certain loss of the magnetorheological medium can be compensated for over time without excessively increasing the total amount of the magnetorheological damping medium charged during manufacture.
  • In the reservoir can also be a resiliently arranged
  • Gas volume may be provided to provide a slight overpressure in the magnetorheological medium, so z. B. in temperature fluctuations (pressure) compensation is possible In addition, the function is still ensured at loss of small portions of the damping medium.
  • An external reservoir connected via a line with or without a spring or an air volume or the like is also possible.
  • the damping gap has a radial height less than 2% of a diameter of the damping gap. Under a diameter of the damping gap, both the inner diameter and the outer diameter can be understood. Preferably, the outer diameter of the damping gap is considered as a diameter.
  • the (maximum) results in a radial height of about 0.6 mm.
  • an outer diameter of 10 mm results in a radial height of the damping gap of 0, 2 mm.
  • a radial height of the damping gap is less than 1 mm and in particular less than 0.5 mm in
  • the radial height is ⁇ 0.3 mm.
  • a radial height of the damping gap is greater than 0.1 mm and in particular> 0.15 mm and may also be larger or equal to about 0.2 mm. If the radial dimensions are even lower, then appropriate tolerances must be maintained, which increases the cost of the rotary damper. This is worthwhile only in certain applications.
  • the volume of the damping gap and / or the chamber is ⁇ 5 ml and more preferably less than 3 ml. Also volumes of 2 ml and less are possible and preferred.
  • Inner component having the radially extending arms with the electric coils arranged thereon. But it is also possible that the radially extending arms protrude from the outer component radially inwardly. It is also preferred that both the inner component and the outer component each have radially extending arms, wherein the radially extending arms then preferably protrude from the inner component to the outside and from the outer component inwardly.
  • the damper torque can be varied, in particular, in less than 20 ms by at least 30% of the required and / or possible working range.
  • the rotary damper is preferably associated with a control device and / or the rotary damper comprises such.
  • the electric coils and possibly sensors are connected via electrical connecting lines, which are guided in particular inside or outside the inner component to the outside.
  • electrical connecting lines are guided in particular inside or outside the inner component to the outside.
  • Slip ring or the like may be installed.
  • Magnetic field generating devices provided. Particularly preferably, an even number of arms is used. Preferably, at least 4 arms are provided. Preferably, 6, 8, 10, 12, 14 or 16 arms are used. The number of arms can also depend on the size of the rotary damper and be even greater.
  • the outer component is preferably part of a housing, on which the inner component is accommodated.
  • Inner component is preferably guided outward from the outer component.
  • one end of the pivot shaft is led out of the housing and that the other end of the
  • a seal or sealing device must be provided, which seals the housing to the outside.
  • the pivot shaft can be stored via one or two bearings or the like within the housing, so that a low-friction rotation is possible.
  • the warehouse can be
  • pivot shaft is guided on both sides through the housing to the outside, so that the first end the pivot shaft is guided out of the housing on one side and on the other side the other end of the pivot shaft protrudes out of the housing to the outside.
  • Torque introduction may be advantageous.
  • Spring device provided to build up a counterforce when a deflection of the two components in at least one
  • Such a spring device is advantageous because it allows a preload of the rotary damper in a basic position.
  • the spring device can both on the rotary damper or
  • Rotary damper acts or is provided as a separate component, which is part of a device on which the rotary damper is used.
  • These can be linear springs, torsion springs,
  • Component are arranged distributed. For example, you can
  • Separating elements may be provided in the annulus, at which the
  • These separators can be, for example, from the
  • Inner component protrude outward or protrude from the outer component inward. Such in the axial direction or
  • Spirally extending separating elements divide the annulus into a plurality of damping gaps. Because of the separating elements then a Power transmission takes place, the separating elements should be firmly connected to either the inner component or the outer component.
  • the magnetic field generating devices also comprise at least one permanent magnet in addition to an electrical coil.
  • the magnetic field of the permanent magnet can be influenced via the associated electrical coil.
  • the magnetic field of the permanent magnet can be varied continuously and / or permanently changed over short pulses of the electrical coil. A continuous variation of the magnetic field of the permanent magnet allows a temporally continuous and
  • the effective magnetic field can be lowered to approximately 0 or 0, or the polarity of the magnetic field can be reversed.
  • a length of the damping gap is greater than its diameter
  • the magnetorheological medium is a suspension of ferromagnetic particles in a medium such as oil, glycol or fat and / or wherein the medium includes stabilizers.
  • the rotary damper according to the invention can in preferred
  • the insert can also be done as an operating or control lever. It is therefore claimed as a training device or
  • the training device is suitable for controlled muscle operation and trained. It comprises at least one at least partially
  • At least one movement of the actuating element can be damped by the rotary damper.
  • a customer comes z. B. ins
  • Gym goes to a body scanner and / or
  • the “leverage ratios” are determined and stored (eg upper arm, forearm, thighs, height ”).
  • the customer receives a device (eg NFC wristband, chip,
  • Smartdevice such as a smartphone or watch or the like which transmits this data to the fitness device when using the device.
  • Exercises eg force over distance, moment over angle or
  • the device adjusts itself (eg by means of electric motors or the like).
  • the customer has the data there (eg using a smartwatch, smartphone, chip or
  • the data from the fitness device are again transmitted to a "memory" and evaluated (eg cloud, internal memory or the like) .
  • the customer can then process the data, for example, at home.
  • the useful profile is preferably refined (for example, an adaptive embodiment can be provided).
  • the data can also be compared and optimized with colleagues (eg via community, cloud or similar).
  • a log file is created that displays the training history and success.
  • the data can also be sent to diagnostics, doctors,
  • Caregivers or health insurances are sent so that they see how and what was done.
  • At least one control device is provided and suitable and designed to set the damper targeted taking into account at least one predetermined parameter.
  • the adjustment preferably takes place in real time. For example, a force desired for a muscle exercise can be provided as a parameter. The damper is then adjusted so that the user has the force to move the actuator
  • control device is suitable for this and
  • the parameter in particular detected by at least one sensor.
  • a continuous detection takes place.
  • the parameter then preferably concerns one
  • Threshold value and / or a comparison function for the parameter can also be an assignment of predetermined parameter and detected characteristic in the manner of a map done.
  • the caregiver can specify a value for a force / torque desired during the exercise as a parameter.
  • a parameter of the movement of the actuating element is then from the User applied force / torque detected and compared with the specified value. If the user exceeds the value, the damper can be made softer or easier to move. Thus, an overload of the muscle during training is effectively avoided. This is especially true
  • a haptic feedback can be output by the damper to the user.
  • the damper With a registered overload, the damper can also be switched powerless or very smooth.
  • the parameter describes an angular position and / or a movement direction and / or a movement moment and / or an acceleration of the actuating element.
  • Muscle operation of the user on the training device are characteristic.
  • the setting of the damper takes place as a function of the parameter.
  • the setting of the damper is dynamic and / or adaptive. This has the advantage that a much more individualized training than with weight trains or a conventional linear damper adjustment is possible. For example, use a training movement with light force and become heavier with increasing stroke and / or rotation.
  • the applied force can also be in real time
  • Dependence of a registered as a parameter acceleration can be set. Also can be between left and right
  • Body half distinguished and adapted accordingly.
  • the training program can also be varied several times and individually within the training time.
  • the parameter describes the angle of rotation when kneeling. Then, depending on the angle of rotation of the damper and thus the applied muscle power can be adjusted. For example, with increasing extension of the knee, the force reduced. This prevents harmful training loads. At a critical angle of rotation, the damper can also be adjusted powerless, so that harmful overstretching can be prevented.
  • Critical angles or positions can also be predetermined due to injury or have physiological origin.
  • the damper can be preset exactly to these conditions (personalized training).
  • z. B. be set for a knee stretching another force than for the backward movement, the squats. In many muscle exercises, it is often very
  • haptic feedback can also give a haptic feedback to the user during the workout. This is done in particular by a targeted change in the damping properties and preferably as described above.
  • the feedback is output in particular as a function of the parameter of the movement. For example, haptic chatter or jerking may be adjusted by the damper if the characteristic indicates that the user is performing an exercise too fast or too hard.
  • the feedback can also be output if the user goes beyond a rotation angle or over a movement distance or within one
  • Movement distance which does not do right. So the user can easily and simply learn the correct execution of the exercises. It is also possible that the feedback is output taking into account other sensor values serving as a parameter.
  • control device can register pulse values, heart rate and other vital parameters and use them to set the damper.
  • the user exhausts
  • Damper properties take place.
  • the force to be applied can be increased when the pulse indicates a warmed-up muscle apparatus. It is also possible that until the registration of a specific value of the vital parameters or other characteristics of the damper in certain angles of rotation is set so hard that the user can not bring the actuator in these rotation angle. This avoids overstretching the muscles at the beginning of the workout.
  • the rotary damper according to the invention can in preferred
  • Pedal rotation in a training bike a partial or complete rudder movement (eg display, draft, reserve or the like) in a bootstraining machine, opening and closing a door uvm. meant. It may also be meant a movement of the actuating element of the training device.
  • the rotary damper according to the invention can also be the only one
  • Energy conversion element eg, a brake or the like
  • a brake or the like are used, which previously not possible or very individual force / torque curves are possible. It can e.g. the operating force / moment not only of individual
  • Operation may be varied to a single actuation (not just, for example, per full revolution, per full stroke), but also during a single actuation.
  • the force / moment can be changed over path / angle, resulting in a multiply changing torque during one revolution and thus a specific torque curve / characteristic during one revolution).
  • the rotary damper according to the invention preferably simulates the rudder or actuating kinematics, immersion depth,
  • a parking space can be measured when parking a car. From the data, the distance to the adjacent vehicle can be calculated. In turn, the maximum apparent door angle can be calculated and correspondingly damped and / or limited upon reaching or even before the opening process.
  • the sensor or the sensors can be used to measure the distance of the vehicle when parking, so that separate sensors are not needed. It is also possible to make the control so that the door first opens slightly and then that comes a grid that is getting finer. This would be practically a haptic display for door openers realized that indicates when you come near the stop.
  • This can e.g. be implemented in motor vehicles (motor vehicles) or in furniture.
  • the rotary damper can also be used as a haptic button, which makes a grid feel when turning, so that a haptic feedback in a rotary or pivoting movement of the
  • Haptic button results Such a grid can by a
  • Control means are generated in which the electrical coil is periodically applied at certain time intervals or the like with electricity, so that the pivoting resistance changes periodically.
  • the haptic feedback or the strength of the damping can be changed depending on the situation, resulting in a wide range of possible applications. Therefore, a device is also claimed with at least one rotary damper, which is designed as described above.
  • the rotary damper can also be used as a vibration damper in or at a pivot point of the rear swing arm or as a steering damper in motorcycles and bicycles, without being limited thereto.
  • an optionally dangerous steering strike can be considerably reduced or almost completely or completely avoided when the front wheel is relieved or lifted off. It can (also) unwanted vibrations in the steering such.
  • the rotary damper which can also be referred to as a shear damper, also directly in the control head (steering head bearing in which the steerer rotates) are installed.
  • the rotary damper according to the invention provides an advantageous
  • Means for damping vibrations available wherein for the purpose of damping translational movements, such a translational movement can first be converted into a rotational movement, so that subsequently the pivoting movement is damped.
  • the strength of the damping can be changed at high speed, wherein within a few milliseconds the damping can be changed from a minimum to a maximum value.
  • the rheological fluid can be made of a variety of
  • Nanowires are also possible.
  • the carrier liquid may in particular consist of the following
  • oils and preferably synthetic or non-synthetic oils are used in the formulation.
  • oils and preferably synthetic or non-synthetic oils are used in the formulation.
  • Hydraulic oil glycol, water, fats and the like more.
  • magnetic material is particularly suitable for material that is easily magnetizable (high permeability) and that retains little or no residual magnetization (low coercitive field strength).
  • it should attenuate induced by field changes eddy currents by poor electrical conductivity.
  • Particularly effective eddy currents can be damped by a laminated structure of the magnetic circuit of ferromagnetic sheets.
  • magnetic circuit and electrical coil are designed so that the coil has the smallest possible inductance.
  • a pulsed control By a pulsed control, an arbitrary current can continue to be set. For rapid changes in the current intensity in both directions, ie increasing and decreasing the current, for example, a control by a full bridge (H-bridge) is suitable.
  • the energy needed for fast load changes is preferably provided by a low impedance source such as a capacitor or a battery close to the load.
  • a switch may be a mechanical switch / button in the simplest embodiment; advantageous is the use of a transistor.
  • a relay or special forms of the transistor MOSFET, IGBT.
  • the switch can also be used in the GND branch, i. be provided between coil and ground (GND).
  • the current measurement can be done at any location of the circuit.
  • a freewheeling diode which allows the electric coil to continue to drive current from the switch after opening may also be provided.
  • the diode can also be replaced by a switch (Sync-FET).
  • Ii bridge full bridge
  • the electric coil can thus be driven in both directions, i.
  • the polarity at the electrical coil connections can be changed. This makes it possible, for example, to amplify or attenuate a permanent magnet in the magnetic circuit of the coil.
  • PWM pulsed control
  • the coil current can be varied.
  • the structure of a control loop can be equipped with various sensors in this version, the structure of a control loop
  • pressure, force, displacement, temperature, speed or acceleration sensors can be used, for example. Also the combination of these or others Sensors are conceivable
  • a control unit (electronics) preferably processes the system variables and kinematic variables continuously and determines the suitable damper force or the suitable damper torque based on the measured data and the known system behavior.
  • a control or regulation and / or control unit can also be based on fuzzy logic and / or adaptive.
  • a control or regulation can be learning / self-learning for influences such as aging and / or temperature influences. Furthermore, this can be adaptive / self-learning for optimum damping for specific motion profiles. It also can
  • the control or regulation can learn independently or be optimized / adjusted by the user.
  • the parameters represent a measure of the quality of the damping.
  • the calculation can be based on all available in the system
  • Measured variables take place.
  • the information of the kinematic variables of all actuators used in the system is preferably used.
  • the calculation of the parameters preferably takes place via the direct processing of the sensor signals and / or via algorithms which further process this information; for example.
  • Frequency analyzes etc.
  • the parameters represent, for example, a measure of vibration and / or ripples. Also, alternative forms of characteristics are conceivable.
  • the monitoring is preferably done in real time. At best at fixed intervals. Time intervals ⁇ 10ms seem realistic and advantageous.
  • the output can, for example, via a display, etc. take place.
  • control unit notifies the user of the parameter on the basis of the determined parameters for optimum damping after each operation.
  • the user can then store the time sequence for upcoming recurring events accordingly.
  • controller can self-learning and / or automatically react to aging phenomena and adjust the control of the actuators accordingly to always optimal damping
  • controller can self-learning and / or automatically respond to temperature influences and adjust the control of the actuators accordingly to always optimal damping
  • the temperature in the actuators can increase significantly during operation, which is why the damping properties can vary significantly when controlled by the user himself. That is why it is an advantage that
  • this can be achieved by measuring the actuator temperature, for example. about a PT1000 in the coil or alternative concepts- and an adaptation
  • the kinematic variables of the actuator can be measured directly via, for example, displacement sensors, speed sensors or Acceleration sensors.
  • the corresponding kinematic variables are generated via suitable algorithms on the basis of a measured variable.
  • the basic measurement e.g.
  • Displacement sensors speed sensors or
  • Acceleration sensors are used.
  • the algorithms are preferably based on a Kalman filter. But there are also alternative algorithms of signal processing conceivable.
  • the calculation of the optimum damping force for at least one part and preferably all the actuators (dampers) used at any desired activation time preferably takes place via at least one suitable control algorithm.
  • For optimal control it is possible that cycle times of up to 50 microseconds are necessary.
  • a plurality and preferably all information regarding the current kinematic variables of a plurality and preferably of all actuators used are taken into account.
  • a plurality and preferably all information of a plurality and preferably of all available system variables such.
  • the calculation of the optimal damping for each individual actuator used can be done in a higher-level central control unit.
  • the information of the optimal damping is then transmitted to the corresponding actuators and implemented / generated by these.
  • each actuator has its own control unit, which calculates and implements the corresponding information.
  • each actuator has its own control unit, with a control unit as a calculation center is working. This represents the master electronics;
  • a control unit must therefore ensure that the actual coil current during operation also the calculated coil current for the optimum
  • Damping corresponds. Due to the prevailing inductances of the coils, no sudden current change in the coil and thus no sudden change in the actuator torque can be generated. To minimize the resulting time constants,
  • At least one current regulator is used.
  • the implementation / calculation / implementation of the current controller can be taken over by a central control unit, for all actuators used in the system.
  • Information about the current coil current required.
  • the procurement of the information can be done by suitable sensors - eg shunt etc.- done.
  • An observer system for estimating the current coil current would also be conceivable.
  • the current controller can be regarded as torque control.
  • At least one torque sensor can also be used. Then preferably the moment of resistance of the actuator / actuators over the
  • the superordinate calculation of the optimal damping can again be done centrally or locally.
  • the residual field can be eliminated as needed or regularly.
  • a device is equipped with at least one rotary damper, wherein a linear movement is damped by the rotary damper.
  • Figure 1 is a schematic exploded view of a
  • Figure 2 is a schematic cross section through the rotary damper of Figure 1;
  • Figure 3 is a perspective view of part of the
  • FIG. 4 shows a schematic cross section through the rotary damper according to FIG. 1;
  • Figure 5 schematically drawn magnetic field lines in the
  • FIG. 6 shows a cross section through a further rotary damper
  • Figure 7 is a schematic perspective view of a
  • Figure 8 is a schematic view of a prosthesis
  • Figure 9 is a highly schematic sketch of the control of
  • Figure 10 is a highly schematic sketch of another
  • Figure 11 is a training device or fitness device.
  • Figure 1 shows a schematic perspective view of a damper device 10 with a rotary damper 1, wherein the
  • the rotary damper 1 is essentially formed from the components 2 and 3, wherein on the component 2, the pivot shaft 4th
  • the pivot shaft 4 has a first end 31 and a second end 32. Over the circumference of the component 2, several arms 21, 22 and 23 can be seen here, to which in the description of Figures 3 to 5 even closer
  • a driver 4a (e.g., key) may be disposed on the pivot shaft 4 to non-rotatably connect the component 2 to a member to be damped.
  • the key can also be a spline, polygonal connection or another non-positive or positive connection can be used.
  • Swivel shaft 4 extends out of the here right end of the component 3 out. Spacers 38 can be used to comply with predetermined distances.
  • Plain bearing but also be a ball or roller bearing with high or very high demands on the basic friction and life. For low requirements, it can also be omitted.
  • a rotary encoder or angle sensor 17 serves to detect the relative angular position of the components 2 and 3 to each other.
  • the angle sensor 17 may include a magnetic stack and
  • the sensors may also be mounted on coupling elements or operatively connected parts. Instead of a rotary measuring system, a linear measuring system can also be used.
  • the connecting lines 14 supply the rotary damper 1 with electrical energy.
  • the components 2 and 3 may also have a tapered shape.
  • the damping gap 6 need not be equal or uniform over the axial extent 16.
  • FIG. 2 shows a schematic cross section in the assembled state, wherein it can be seen that the component 3 in FIG
  • a housing 30 of the rotary damper 1 forms.
  • the component 3 takes in the interior of the essential part of the component 2, so that after the screwing of the lid 3a with the component 3, only the first end 31 of
  • Pivot shaft 4 protrudes out of the housing 30 to the outside. At the outwardly projecting part of the pivot shaft 4 of the driver 4a is arranged.
  • the component 3 has an outer component 13 and forms the housing 30.
  • the component 2 has an inner component 12, which is surrounded by the outer component 13.
  • the pivot shaft 4 is mounted in the vicinity of the first end 31 via a bearing 37 and at the other end 32 is a spherical bearing here with a kind of bearing 37 is provided so that only one implementation of the pivot shaft 4 is present to the outside.
  • a bearing 37 is mounted in the vicinity of the first end 31 via a bearing 37 and at the other end 32 is a spherical bearing here with a kind of bearing 37 is provided so that only one implementation of the pivot shaft 4 is present to the outside.
  • a geometric axis 9 extends centrally through the
  • Slip ring are performed by the pivot shaft 4 to the electric coil 8, which are arranged inside the housing 30.
  • the damping gap 6 is provided radially between the inner component 12 and the outer component 13 and extends over an axial length 16 which has a substantial portion of the length of the inner component 12.
  • the length 16 of the damping gap 6 is preferably at least half and in particular at least 2/3 of the length of the component 3.
  • a magnetic seal may be provided in which a magnetic seal of the very thin gap still existing there between the components 2 and 3 takes place.
  • At least one seal is provided at the outlet of the thinnest possible pivot shaft 4 out of the housing 30.
  • the seal 11 is provided between the pivot shaft and the corresponding passage opening in the lid 3a.
  • Damping gap 6 the basic friction is very low.
  • the volume of the magnetorheological medium is determined by the volume of the damping gap 6 and the approximately disc-shaped volumes at the two axial end faces between the inner component 12 and the outer component 13 and is low overall.
  • the volume of the damping gap 6 is very small, since the radial height of the damping gap is preferably less than 2% of a diameter 27 of the here cylindrical damping gap.
  • the radial height of the damping gap is in particular less than 1 mm and preferably less than 0.6 mm and particularly preferably less than 0.3 mm.
  • the volume of and the magnetorheological medium is in particular less than 3 ml and preferably less than 2 ml.
  • a transmission according to the prior art, preferably a backlash-free planetary gear, microgear or
  • Well gear e.g., Harmony Drive
  • Harmony Drive can be arranged.
  • Coupling linkage can also be a disc mounted on the input shaft.
  • the disc or the disc outer diameter can have at least one rope, belt with the to be damped
  • Connecting element can also be operatively connected via deflections, translations (for example, pulley principle %) with the element to be damped. This is the structure with respect to
  • Attachment very flexible. But it can also be an eccentric or cam disc can be used, whereby the forces / moments are dependent on angular position. It is also possible to use a circulating rope with a fixing point, whereby a positive control becomes possible, that is, tensile and compressive forces can be transmitted.
  • the transmission element e.g., the cable
  • the transmission element may be frictionally or positively connected to the disk.
  • Figure 3 shows a schematic perspective view of a portion of the rotary damper 1, wherein the component 2 without the
  • Swivel shaft 4 is shown. During assembly, the Pictured part of the component 2 rotatably coupled to the pivot shaft 4.
  • the component 2 has a plurality of radially outwardly projecting arms 21, 22, 23, etc. Here are eight arms provided. But possible and preferred are also 6 or 10 or 12 or more arms.
  • a coil 8 is wound with at least one and here a plurality of turns.
  • the winding and the connection of the electric coils are made such that different poles of the magnetic field result at adjacent locations of adjacent arms when the coils 8 are supplied with current.
  • FIG. 4 shows a cross section through the rotary damper 1, the component 2 having the inner component 12 which is surrounded by the outer component 13 of the component 3. Between the two components 2 and 3 extends here in the
  • Substantially cylindrical damping gap 6 in which a
  • At least one reservoir 15 may be provided, in which a supply of the magnetorheological medium is stored in order to be able to compensate for the loss of a certain amount of the medium over the life of the rotary damper 1.
  • a reservoir 15 may be provided, for example, in the recess between two arms 22, 23. The reservoir can also be outside the component 3.
  • the coils 8 are first wound around the individual arms. Subsequently, the remaining
  • Cavities between the individual arms are partially or completely filled with a medium, so there is no
  • magnetorheological fluid must be filled.
  • casting resin or the like can be filled there to fill the cavities.
  • Cast resin or the like less expensive than the magnetorheological fluid.
  • the filling of the cavities is functionally not necessary.
  • a thin protective layer in the form of a cover 34 is coated, for example, to locally limit the attenuation gaps 6, while the recesses between the arms remain hollow.
  • the damping gap is cylindrical. But it is also possible that separating elements 29 in the
  • Coupling gap are arranged, which divide the per se cylindrical coupling gap into a plurality of partial gaps.
  • the separating elements 29 are preferably connected either to the component 2 or the component 3.
  • the coupling gap 6 can itself the chamber 28 for the
  • magnetorheological medium or the coupling gap 6 forms together with the reservoir 15 at least the essential part of the chamber 28th
  • Figure 5 shows a highly schematic view of a
  • Figure 5 shows that practically over the entire circumference of the rotary damper, a high field line density is present, so that an effective damping of a pivoting movement is made possible.
  • Figure 6 shows a further embodiment of a rotary damper 1, in which the functionality is basically the same as in the previous rotary damper 1.
  • the pivot shaft 4 both at the first end 31 and a second end 32 to the outside. Therefore, the pivot shaft 4 stored at both ends and sealed by seals 11 to the outside.
  • magnetic seals IIa can seal the damping gap 6 in the axial directions back.
  • the pivot shaft 6 can at this as well as the other
  • Embodiments are executed standing, i. that is, as an axis, in which case the housing 3 then pivots damping and is operatively connected to the element to be damped.
  • FIG. 7 shows an operating pedal 100, such as a brake pedal
  • a major disadvantage of these systems is the lack of feedback, which is e.g. when operating the X-by-wire foot brake of a vehicle (eg motor vehicle, truck, agricultural vehicles,
  • Mechanics generate generated brake back pressure or the corresponding moment and thus simulate a "normal” braking or operating feeling in the pedal.
  • Hybrid vehicles can have "X-by-wire” or mechanically linked pedals and controls
  • Actuator travel For example, if a hybrid vehicle is traveling down the hill, it is preferred to try to reduce speed To give as little energy as possible into the wheel brakes (heat) and as much as possible into the batteries (electrical energy is fed into the accumulator, a storage capacitor (supercapacitor) or a flywheel storage).
  • the brake pedal must be pressed very little and with little force, the driver receives even a small drag, although the
  • the rotary damper according to the invention can in this case according to the energy distribution produce the difference moment / force and thus simulate a "normal” and always the same feeling in the pedal.
  • an operating lever such as e.g. an accelerator pedal
  • the following conditions are at least partially taken into account and in an individual haptic feedback means of the
  • the accelerator pedal is, for example, with the vehicle overall system and z. B. a cloud (in particular regarding
  • Actuator is preferably adjusted.
  • Near field and / or environmental sensors can also be provided and used.
  • the rotary damper allows a feedback and a damped return and / or operation of the pedal, which allows advantageous operations.
  • a combination with a return spring is possible.
  • Control device whether these vibrations are from the vehicle or triggered by actuation movements of the operator.
  • FIG. 8 shows a prosthesis with a damper device 10, which comprises a rotary damper 1.
  • Components 2 and 3 are connected to parts of the prosthesis and dampen the relative movements.
  • Knee joint available, which is suitable for effective damping.
  • FIGS. 9 and 10 show highly schematic Embodiments of a control system of
  • control also means a regulation, so that the
  • Control system preferably also suitable and designed for control.
  • actuators As an example, only three interconnected rotary damper 1 are shown here as actuators. However, it is also possible to provide four or five or even 10 or a multiplicity of actuated actuators. It is also possible that only one actuator or two actuators are provided.
  • the dampers 1 are here with a computing unit 201
  • the arithmetic unit 201 receives for each damper 1 at least one actuator signal 204, which describes at least one characteristic of at least one state of the damper 1 size.
  • an actuator signal comprises a characteristic quantity which is detected by the rotary encoder 17.
  • the actuator signal may also include a characteristic quantity detected by at least one torque sensor and / or at least one current sensor. Other suitable sensor types are also possible.
  • the arithmetic unit 201 takes into account a plurality of actuator signals 204 originating from different sensors.
  • the arithmetic unit 201 also takes into account at least one system information 203 which describes at least one system variable.
  • the system information 203 includes, for example, acceleration values of the drum 101 and / or the drum housing 109 and / or other system sizes.
  • Arithmetic unit 201 for the damper 1 each at least one parameter for an optimal resistance moment.
  • the parameters for the determined moments of resistance of the damper 1 actuator are each assigned to a current assigned to a damper 1 / Torque control 202 provided.
  • the current / torque control 202 outputs at least one control voltage 205 for each damper 1 as a function of the resistance torques provided.
  • Control signals with other and / or additional suitable for controlling the damper 1 sizes as the voltage Based on
  • the control shown in FIG. 9 is as one
  • Central controller 200 configured. It includes the
  • respective damper 1 associated power / torque control 202 may also be designed decentralized.
  • the arithmetic unit 201 remains central.
  • the current / torque control 202 is arranged in particular separately and spatially separated from the arithmetic unit 201.
  • decentralized control 206 is configured. Here are the
  • Dampers 1 each assigned at least one own computing unit 201 and at least one own current / torque control 202. It is possible that the damper 1 assigned
  • Computing unit 201 and the power / torque control 202 is autonomously acting. But it is also possible
  • FIG. 11 shows a device designed as a training device 300 or fitness device with a device according to the invention
  • the training device 300 is designed as an ergometer or exercise bike. It includes a
  • muscle-powered actuator 301 which is designed here as a pedal crank with a pedal and a bottom bracket. Here is the movement of the actuator 301 dampened by the rotary damper 1.
  • the damping properties of the rotary damper 1 can be adjusted several times during one revolution. In particular, the torque required to rotate the actuator 301 is adjusted.
  • a control device 302 is provided here.

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Abstract

Drehdämpfer (1) zur Dämpfung einer Schwenkbewegung, umfassend zwei Komponenten (2, 3), wobei eine Komponente (2) eine Innenkomponente (12) und die andere Komponente (3) eine Außenkomponente (13) umfasst und wobei die Außenkomponente (13) die Innenkomponente (12) wenigstens abschnittsweise radial umgibt. Zwischen den Komponenten (2, 3) ist ein radial nach innen von der Innenkomponente (12) und radial nach außen von der Außenkomponente (13) begrenzter und mit einem magnetorheologischen Medium (5) gefüllter Dämpfungsspalt (6) angeordnet. Der Dämpfungsspalt (6) ist einem Magnetfeld aussetzbar, um eine Schwenkbewegung zwischen den beiden gegeneinander verschwenkbaren Komponenten (2, 3) um eine Achse (4) zu dämpfen. Es ist eine Mehrzahl an radial verlaufenden Armen (21, 22, 23) an einer der Komponenten (2, 3) vorgesehen. Die Arme (21, 22) sind mit einer elektrischen Spule (8) mit einer Wicklung (18) ausgerüstet, wobei sich die Wicklung (18) jeweils neben der Achse (4) und beabstandet von der Achse (4) erstreckt.

Description

DÄMPFER ZUR DÄMPFUNG EINER SCHWENKBEWEGUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dämpfer zur Dämpfung einer Relativbewegung, wobei der Dämpfer zwei Komponenten umfasst, die relativ zueinander bewegbar sind und deren
Relativbewegung gedämpft werden kann.
Im Stand der Technik sind verschiedenste Dämpfer bekannt
geworden, um Relativbewegungen zu dämpfen. Oftmals werden translatorisch arbeitende Dämpfer eingesetzt, bei denen eine zylindrische Dämpferkammer durch einen mit einer Kolbenstange verbundenen Kolben in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt wird. Dabei fließt das Dämpfungsmedium durch einen Dämpfungskanal an oder in dem Dämpfungskanal von der einen Seite des Dämpferkolbens zu der anderen Seite, wenn eine
translatorische Relativbewegung erfolgt, die dabei gedämpft wird.
Translatorisch arbeitende Dämpfer eignen sich für vielfältige Einsatz zwecke , wie zum Beispiel als Stoßdämpfer an Fahrrädern oder Kraftfahrzeugen oder zur Dämpfung sonstiger Stöße.
Nachteilig bei solchen translatorischen Dämpfern ist aber, dass eine erhebliche Menge des Dämpfungsmediums eingesetzt werden muss, da das Dämpfungsmedium nicht nur in dem Dämpfungskanal, sondern auch auf beiden Seiten des Dämpferkolbens vorhanden sein muss. Zudem ergibt sich bei diesem Aufbau eine erhebliche strömungsgeschwindigkeitsabhängige hydraulische Grunddämpfung in dem Strömungskanal.
Zunehmend werden günstige steuerbare Dämpfer gewünscht, bei denen die Dämpfung zum Beispiel elektrisch durch eine Steuereinrichtung während des Betriebs verändert werden kann. Für besonders schnell reagierende Dämpfersysteme hat sich der Einsatz von magnetorheologischen Medien und insbesondere Fluiden bewährt, bei denen eine Veränderung der Dämpfungsstärke innerhalb von wenigen Millisekunden erzielbar ist. Magnetorheologische Fluide sind aber relativ teuer, sodass der Einsatz in vielen Anwendungen schwierig oder unwirtschaftlich ist. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, ein Gaspedal oder ein Bremspedal in einem Kraftfahrzeug oder einem Lastkraftwagen mit einem Dämpfer auszurüsten, damit eine gedämpfte Rückstellung des entsprechenden Pedals erfolgt.
Außerdem kann dem Fahrer eines solchen Fahrzeugs über eine gedämpfte Bewegung ein besseres Feedback gegeben werden. Werden solche Komponenten aber an Kraftfahrzeugen gedämpft, so ist das dafür vorhandene Budget erheblich geringer als für die Dämpfung der Räder bzw. des gesamten Kraftfahrzeugs. Deshalb eignen sich derartige translatorische Dämpfer nicht für kostengünstige
Dämpferanwendungen .
Bei Kupplungen und Bremsen sind Vorrichtungen bekannt geworden, bei denen die Kupplung bzw. Bremse rotativ arbeitet. In einem z. B. zylindrischen Spalt werden Außenlamellen und Innenlamellen vorgesehen, um den zylindrischen Spalt in mehrere Teilspalte zu unterteilen und die benötigten Kräfte zu übertragen. Nachteilig ist der hohe konstruktive Aufwand und die eingesetzte Menge an magnetorheolgischem Fluid, was die Kosten erhöht.
Mit der WO 2014/037 105 A2 ist eine Übertragungsvorrichtung bekannt geworden bei der nur eine geringe Menge des
magnetorheologischen Mediums benötigt wird, obwohl der Dämpfer translatorisch arbeitet. Das wird dadurch erreicht, dass der Dämpfungsspalt an den axialen Enden abgedichtet ist, sodass das magnetorheologische Medium in der Art eines Reibbelages in dem Dämpfungsspalt verbleibt. Eine solche Übertragungsvorrichtung funktioniert grundsätzlich, hat aber den Nachteil, dass eine relativ hohe Grundkraft anliegt, die überwunden werden muss, bevor eine Dämpfung stattfinden kann.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dämpfer zur Dämpfung einer Relativbewegung oder/und zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks zu Verfügung zu stellen, welcher kostengünstig aufgebaut ist und nur eine geringe Menge eines magnetorheologischen Mediums benötigt und der ein feinfühligeres Ansprechverhalten erlaubt. Insbesondere soll der Dämpfer sehr einfach aufgebaut sein, um so eine gewerbliche Anwendbarkeit mit gewinnbringenden Stückzahlen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch den Dämpfer mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen
Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Ein erfindungsgemäßer Dämpfer ist als Drehdämpfer ausgebildet und dient zur Dämpfung einer Schwenkbewegung. Unter „Dämpfung" kann auch ein sich aus einer Dämpfung ergebendes haptisches Feedback gemeint sein, d.h. eine Rückmeldung von Kraft/Moment an den Nutzer. Der Drehdämpfer umfasst zwei Komponenten, wobei eine Komponente eine Innenkomponente und die andere Komponente eine Außenkomponente umfasst. Dabei umgibt die Außenkomponente die Innenkomponente wenigstens abschnittsweise radial. Zwischen den Komponenten ist ein radial nach innen von der Innenkomponente und radial nach außen von der Außenkomponente begrenzter und
wenigstens teilweise und insbesondere wenigstens nahezu
vollständig mit einem magnetorheologischen Medium gefüllter Dämpfungsspalt angeordnet der Dämpfungsspalt ist einem Magnetfeld aussetzbar, um eine Schwenkbewegung zwischen den beiden
gegeneinander verschwenkbaren Komponenten um eine Achse zu dämpfen. Der Dämpfungsspalt ist vorzugsweise ringförmig und umlaufend ausgebildet. Es ist eine Mehrzahl an wenigstens teilweise radial verlaufenden Armen an wenigstens einer der Komponenten vorgesehen. Wenigstens ein Teil der Arme ist mit einer elektrischen Spule mit jeweils wenigstens einer Wicklung ausgerüstet. Die Wicklung und insbesondere jede Wicklung
erstreckt sich vorzugsweise vollständig neben der Achse und beabstandet von der Achse. Der erfindungsgemäße Drehdämpfer hat viele Vorteile. Ein
erheblicher Vorteil des erfindungsgemäßen Drehdämpfers besteht darin, dass zur Dämpfung einer Schwenkbewegung eingesetzt wird. Dadurch müssen die relativ zueinander bewegbaren Komponenten nicht während einer translatorischen Relativbewegung zueinander abgedichtet werden. Es reicht aus, zwischen den beiden
Komponenten eine zum Beispiel umlaufende Dichtung vorzusehen, die sich bei der Relativbewegung nicht bewegen muss. Dadurch wird ein viel geringeres Grundmoment bzw. eine Grundkraft erzielt als bei einer translatorischen Bewegung, bei der beispielsweise ein
Dichtungsring auf einer Achse verschoben werden muss, während sich die beiden Komponenten relativ zueinander axial verschieben.
Dadurch, dass eine Mehrzahl an radial verlaufenden Armen
vorgesehen ist, die jeweils mit einer elektrischen Spule mit jeweils wenigstens einer Wicklung versehen sind, kann der
Dämpfungsspalt zwischen der Innenkomponente und der
Außenkomponente optimal mit einem Magnetfeld beaufschlagt werden. Die zur Verfügung stehende Fläche und das Volumen des
Dämpfungsspalts werden optimal ausgenutzt, sodass ein dünner und insbesondere umlaufender Dämpfungsspalt ausreicht, um hohe
Dämpfungskräfte zu übertragen. Zur Dämpfung wird ein
entsprechendes Magnetfeld angelegt. Vorzugsweise wirkt das
Magnetfeld auf wenigstens 25% einer Fläche des ringförmig umlaufenden Dämpfungsspalts ein. Insbesondere beträgt der durch das Magnetfeld beeinflusste Flächenanteil an der gesamten
Umfangsfläche des ringförmig umlaufenden Dämpfungsspalts mehr als 30% und vorzugsweise mehr als 40% und besonders bevorzugt mehr als 50%, 60%, 70% oder 80% der Umfangsfläche des ringförmig umlaufenden Dämpfungsspalts. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird eine Flächenelement dann zu dem durch das Magnetfeld beeinflussten Flächenanteil gezählt, wenn die Magnetfeldstärke dort größer als 5% und vorzugsweise größer als 10% einer
durchschnittlich auf die Umfangsfläche (des ringförmig
umlaufenden Dämpfungsspalts) einwirkenden Magnetfeldstärke ist. Der Drehdämpfer erzeugt ein steuerbares Dämpfermoment. Bevorzugt ist die direkte Nutzung des Dämpfermoments zur Dämpfung einer Dreh- oder Schwenkbewegung oder zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks (Kraftverlauf; Rattern; Ripple; virtuelle Anschläge, Kraftspitzen...) . Das Dämpfermoment kann auch über weitere Mittel in eine Dämpferkraft umgewandelt werden, die z. B. zur Dämpfung einer Bewegung eines anderen Bauteils dient. Insofern stellt der Drehdämpfer ein Dämpfermoment bereit, welches in eine an einem anderen Bauteil wirkende Dämpferkraft umgewandelt werden kann. Das Dämpfermoment und die gegebenenfalls effektiv wirkende
Dämpferkraft an einem anderen Bauteil hängen insbesondere proportional und in vielen Fällen linear oder etwa linear voneinander ab und können - soweit technisch sinnvoll - im Sinne der vorliegenden Anmeldung synonym verwendet werden. Jedenfalls wird ein Dämpfermoment bereitgestellt, welches in eine
entsprechende Dämpferkraft umgewandelt werden kann. Eine effektiv wirkende Dämpferkraft kann auch als Dämpfungskraft bezeichnet werden .
Der Dämpfungsspalt erstreckt sich vorzugsweise in axialer
Richtung zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende und insbesondere vollständig innerhalb der Außenkomponente. Die Dämpfung erfolgt vorzugsweise über Scherkräfte bzw.
Schubspannungen in dem magnetorheologischen Medium. Das
magnetorheologische Medium verbleibt als eine Art steuerbarer Reibbelag in den Dämpfungsspalt. Das benötigte Volumen des magnetorheologischen Mediums ist sehr gering und ergibt sich im Wesentlichen aus dem Volumen des vorzugsweise zylinderförmigen Dämpfungsspalts .
In einer bevorzugten Weiterbildung sind die beiden Komponenten relativ zueinander nur um einen begrenzten Schwenkwinkel
zueinander verschwenkbar. Der Schwenkwinkel kann über
verschiedene Maßnahmen begrenzt werden. Bevorzugt ist ein mechanischer Anschlag, der eine übermäßige Verschwenkung
verhindert . Möglich ist es aber auch, dass eine kinematische Begrenzung des Schwenkwinkels vorgesehen ist, wobei sich der maximale
Schwenkwinkel dann durch die angeschlossenen Teile oder
Einrichtungen ergibt. Wird der erfindungsgemäße Drehdämpfer beispielsweise bei einer Vorrichtung wie einer Prothese
angewendet, so begrenzen die an den Drehdämpfer angeschlossenen Teile direkt den möglichen Schwenkwinkel. Ähnlich ist es auch, wenn der erfindungsgemäße Drehdämpfer an beispielsweise einem Gaspedal, Kupplungspedal oder Bremspedal eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird. Auch dort wird durch die baulichen Gegebenheiten der Schwenkwinkel natürlich bzw. durch den Bauraum begrenzt.
Möglich ist es aber auch, dass der Schwenkwinkel durch die Kabel bzw. durch die Verbindungsleitungen zu der elektrischen Spule begrenzt wird. Es ist möglich, dass die Verbindungsleitungen einstückig von außen bis zu der elektrischen Spule bzw. den elektrischen Spulen verlaufen, wenn beispielsweise auf einen Schleifring verzichtet wird.
Vorzugsweise ist kein Schleifring vorgesehen, um die elektrischen Spulen und evtl. Sensoren anzuschließen. Besonders bevorzugt werden die elektrischen Spulen und evtl. Sensoren und damit die Bauteile zur elektrischen Leistungs- oder Signalübertragung über eine Wickelfeder, wie z. B. ein langes aufgewickeltes
Flachbandkabel oder werkstoffeinstückige und insbesondere einstückige Verbindungsleitungen ohne gegeneinander rotierende Bauteile von außen angeschlossen.
In anderen Ausgestaltungen, mit z.B. nicht so hohen Anforderungen an die Lebensdauer, kann auch ein verschleißbehafteter
Schleifring vorgesehen sein, der die Kontaktübertragung der elektrischen Verbindungsleitungen zu den elektrischen Spulen sicherstellt .
In einer bevorzugten Weiterbildung wird der Dämpfungsspalt durch eine Kammer gebildet bzw. ist Teil einer Kammer. Dabei wird die Kammer durch die beiden Komponenten und durch eine zwischen den beiden Komponenten angeordnete Dichtungseinrichtung oder aber durch zwei zwischen den beiden Komponenten angeordnete
Dichtungseinrichtungen abgedichtet. Möglich ist es auch, dass drei oder mehr Dichtungseinrichtungen vorgesehen sind.
Es ist besonders bevorzugt, dass nur eine einzige
Dichtungseinrichtung die Kammer vollständig nach außen hin abgedichtet. Dabei ist diese Dichtungseinrichtung an einem Spalt zwischen den beiden Komponenten vorgesehen. Beispielsweise kann der Drehdämpfer eine Art von Topfkonstruktion aufweisen, bei der eine Schwenkwelle aus der Topfkonstruktion nach außen
hervorsteht. Dabei ist dann die Innenkomponente vollständig von der Außenkomponente umgeben, sodass von der Innenkomponente nur die Schwenkwelle nach außen ragt.
Möglich ist es auch, dass an den axialen Enden des
Dämpfungsspalts jeweils eine im Wesentlichen dichte magnetische Dichtung vorgesehen ist, die über ein in einem dünnen Spalt zwischen den beiden Komponenten wirkendes Magnetfeld die dort vorhandenen magnetorheologischen Partikel miteinander verkettet, sodass wenigstens für eine im Wesentlichen zuverlässige
Abdichtung des Dämpfungsspalts gesorgt wird. Eine weitere
Abdichtung bzw. Dichtungseinrichtung kann an dem Austritt des Gehäuses vorgesehen sein. Das Gehäuse wird vorzugsweise durch die Komponente gebildet, an der die Außenkomponente ausgebildet ist.
Eine Dichtungseinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung verhindert insbesondere ungewollte StoffÜbergänge von einem Raum in einen anderen. Die Dichtungseinrichtung kann ein oder mehrere Dichtungselemente umfassen. Beispielsweise kann eine solche Dichtungseinrichtung einen O-Ring oder einen Quadring umfassen oder durch einen solchen ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Kammer über der axialen Länge radial zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente angeordnet. Insbesondere ist die Kammer vollständig zwischen der ersten und der zweiten Komponente angeordnet. Die Kammer kann neben dem Dämpfungsspalt noch wenigstens ein Reservoir umfassen, in dem ein kleiner und insbesondere geringer Vorrat des magnetorheologischen Mediums bevorratet werden kann. Vorzugsweise ist ein maximales Volumen des Reservoirs kleiner als das Volumen des Dämpfungsspalts und insbesondere kleiner als die Hälfte des Volumens des
Dämpfungsspalts. Über ein Reservoir kann ein gewisser Verlust des magnetorheologischen Mediums über der Zeit ausgeglichen werden, ohne die Gesamtmenge des bei der Herstellung eingefüllten magnetorheologischen Dämpfungsmediums zu stark zu vergrößern.
In dem Reservoir kann auch ein federelastisch angeordnetes
Gasvolumen vorgesehen sein, um einen leichten Überdruck in dem magnetorheologischen Medium zur Verfügung zu stellen, sodass z. B. bei Temperaturschwankungen ein ( Druck- ) Ausgleich möglich ist Außerdem wird bei Verlust geringer Anteile des Dämpfungsmediums die Funktion dennoch sichergestellt. Ein über eine Leitung verbundenes außenliegendes Reservoir mit oder ohne einer Feder oder einem Luftvolumen oder dergleichen ist auch möglich.
Vorzugsweise weist der Dämpfungsspalt eine radiale Höhe kleiner als 2 % eines Durchmessers des Dämpfungsspalts auf. Unter einem Durchmesser des Dämpfungsspalts kann sowohl der Innendurchmesser als auch der Außendurchmesser verstanden werden. Vorzugsweise wird der Außendurchmesser des Dämpfungsspalts als Durchmesser angesehen .
Bei einem Außendurchmesser von 30 mm ergibt sich (maximale) eine radiale Höhe von etwa 0,6 mm. Bei einem Außendurchmesser von 10 mm ergibt sich eine radiale Höhe des Dämpfungsspalts von 0 , 2 mm .
Besonders bevorzugt ist eine radiale Höhe des Dämpfungsspalts kleiner als 1 mm und insbesondere kleiner als 0,5 mm in
vorteilhaften Ausgestaltungen ist die radiale Höhe <0,3 mm.
Besonders bevorzugt ist eine radiale Höhe des Dämpfungsspalts größer als 0,1 mm und insbesondere >0,15 mm und kann auch größer oder gleich etwa 0,2 mm betragen. Werden die radialen Abmessungen noch geringer, so müssen entsprechende Toleranzen eingehalten werden, was die Kosten für den Drehdämpfer steigert. Das lohnt sich nur in bestimmten Anwendungen.
In vorteilhaften Ausgestaltungen ist das Volumen des
Dämpfungsspalts und/oder der Kammer kleiner als 10 ml.
Vorzugsweise ist das Volumen des Dämpfungsspalts und/oder der Kammer <5 ml und besonders bevorzugt kleiner als 3 ml. Auch Volumina von 2 ml und weniger sind möglich und bevorzugt.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die
Innenkomponente die radial verlaufenden Arme mit den daran angeordneten elektrischen Spulen aufweist. Möglich ist es aber auch, dass die radial verlaufenden Arme von der Außenkomponente radial nach innen abstehen. Bevorzugt ist es auch, dass sowohl die Innenkomponente als auch die Außenkomponente jeweils radial verlaufende Arme aufweisen, wobei die radial verlaufenden Arme dann vorzugsweise von der Innenkomponente aus nach außen und von der Außenkomponente aus nach innen ragen.
Das Dämpfermoment kann insbesondere in weniger als 20 ms um mindestens 30% des benötigten und/oder möglichen Arbeitsbereiches variiert werden. In allen Ausgestaltungen ist dem Drehdämpfer vorzugsweise eine Steuereinrichtung zugeordnet und/oder der Drehdämpfer umfasst eine solche.
Die elektrischen Spulen und evtl. Sensoren sind über elektrische Verbindungsleitungen angeschlossen, die insbesondere innerhalb oder außerhalb der Innenkomponente nach außen geführt werden. Beispielsweise können die Verbindungsleitungen durch die
Innenkomponente und dort durch die Schwenkwelle einstückig oder werkstoffeinstückig ohne den Einsatz eines Schleifrings nach außen geführt werden. Möglich ist es aber auch, dass die
Verbindungsleitungen außerhalb der Schwenkwelle nach außen durchgeführt werden. Besonders bevorzugt werden die elektrischen Spulen und evtl. Sensoren und damit die Bauteile zur elektrischen Leistungs- oder Signalübertragung über eine Wickelfeder, wie z. B. ein langes aufgewickeltes Flachbandkabel oder
werkstoffeinstückige und insbesondere einstückige Verbindungsleitungen ohne gegeneinander rotierende Bauteile von außen angeschlossen .
In anderen Ausgestaltungen, mit z.B. nicht so hohen Anforderungen an die Lebensdauer, kann auch ein verschleißbehafteter
Schleifring oder Ähnliches eingebaut sein.
Vorzugsweise sind an den benachbarten Enden benachbarter Arme wenigstens einer Komponente unterschiedliche Pole der
Magnetfelderzeugungseinrichtungen vorgesehen. Besonders bevorzugt wird eine gerade Anzahl von Armen eingesetzt. Vorzugsweise sind wenigstens 4 Arme vorgesehen. Bevorzugt werden 6, 8, 10, 12, 14 oder 16 Arme eingesetzt. Die Anzahl der Arme kann auch von der Größe des Drehdämpfers abhängen und noch größer sein.
Die Außenkomponente ist vorzugsweise Teil eines Gehäuses, an dem die Innenkomponente aufgenommen ist. Eine Schwenkwelle der
Innenkomponente wird vorzugsweise aus der Außenkomponente nach außen geführt.
Dabei ist es bevorzugt, dass ein Ende der Schwenkwelle aus dem Gehäuse herausgeführt ist und dass das andere Ende der
Schwenkwelle innerhalb des Gehäuses endet. Bei einer solchen Ausgestaltung muss nur eine Dichtung bzw. Dichtungseinrichtung vorgesehen werden, die das Gehäuse nach außen hin abgedichtet. Die Schwenkwelle kann dabei über ein oder zwei Lager oder dergleichen innerhalb des Gehäuses gelagert werden, sodass eine reibungsarme Drehung ermöglicht wird. Das Lager kann ein
kostengünstiges Gleitlager, aber auch bei sehr hohen
Anforderungen an die Grundreibung und Lebensdauer ein Kugel- oder Wälzlager sein. Bei geringen Anforderungen kann es auch
weggelassen werden.
Möglich ist es auch, dass die Schwenkwelle auf beiden Seiten durch das Gehäuse nach außen geführt wird, sodass das erste Ende der Schwenkwelle an einer Seite aus dem Gehäuse heraus geführt ist und auf der andern Seite das andere Ende der Schwenkwelle aus dem Gehäuse nach außen ragt. Eine solche Ausgestaltung erlaubt eine symmetrische Aufnahme des Drehdämpfers, was für die
Drehmomenteinleitung vorteilhaft sein kann.
In allen Weiterbildungen ist es möglich, dass auf der Schwenkwelle auch ein Zahnrad montiert werden kann, welches dann mit einer Zahnstange oder anderen Zahnrädern in Wirkverbindung steht oder kämmt.
In allen Ausgestaltungen ist vorzugsweise wenigstens eine
Federeinrichtung vorgesehen, um eine Gegenkraft aufzubauen, wenn eine Auslenkung der beiden Komponenten in wenigstens eine
Schwenkrichtung erfolgt.
Eine derartige Federeinrichtung ist vorteilhaft, da sie eine Vorbelastung des Drehdämpfers in eine Grundposition ermöglicht. Die Federeinrichtung kann sowohl an dem Drehdämpfer oder
innerhalb des Gehäuses des Drehdämpfers vorgesehen sein. Möglich ist es aber auch, dass die Federeinrichtung außen an dem
Drehdämpfer angreift oder als separates Bauteil vorgesehen wird, welches Teil einer Vorrichtung ist, an der der Drehdämpfer eingesetzt wird. Dies können Linearfedern, Schenkelfedern,
Spiralfedern, Flachfedern, Torsionsfedern, Zug- oder Druckfedern sein, ohne darauf beschränkt zu sein.
In allen Ausgestaltungen ist es möglich, dass eine Mehrzahl an Dämpfungsspalten vorgesehen ist, die über dem Umfang der
Komponente verteilt angeordnet sind. Beispielsweise können
Trennelemente in dem Ringraum vorgesehen sein, an dem der
Dämpfungsspalt bzw. die Dämpfungsspalte ausgebildet ist bzw.
sind. Diese Trennelemente können beispielsweise von der
Innenkomponente aus nach außen ragen oder von der Außenkomponente aus nach innen ragen. Derartige in axialer Richtung oder
spiralförmig verlaufende Trennelemente teilen den Ringraum in mehrere Dämpfungsspalte auf. Da an den Trennelementen dann eine Kraftübertragung stattfindet, sollten die Trennelemente fest mit entweder der Innenkomponente oder der Außenkomponente verbunden sein .
In vorteilhaften Ausgestaltungen ist wenigstens einer
elektrischen Spule ein Dauermagnet zugeordnet. Das bedeutet, dass die Magnetfelderzeugungseinrichtungen neben einer elektrischen Spule auch auch noch wenigstens einen Dauermagneten umfassen. Das Magnetfeld des Dauermagneten kann dabei über die zugeordnete elektrische Spule beeinflusst werden. Insbesondere kann das Magnetfeld des Dauermagneten kontinuierlich variiert und/oder über kurze Impulse der elektrischen Spule dauerhaft verändert werden. Eine kontinuierliche Variation des Magnetfeldes des Dauermagneten erlaubt eine zeitlich kontinuierliche und
stufenlose Einstellung des wirkenden Magnetfeldes. Beispielsweise kann das effektiv wirkende Magnetfeld bis auf annähernd 0 oder 0 abgesenkt werden oder es kann die Polarität des Magnetfeldes umgekehrt werden.
Durch derartige Maßnahmen ist es möglich, ein bestimmtes
Magnetfeld und somit eine bestimmte Grunddämpfung einzustellen, die unabhängig von einer Stromquelle dauerhaft wirkt. In
bevorzugten Weiterbildungen ist eine Länge des Dämpfungsspalts größer als sein Durchmesser.
In allen Ausgestaltungen ist es möglich und bevorzugt, dass das magnetorheologische Medium eine Suspension von ferromagnetischen Partikeln in einem Medium wie beispielsweise Öl, Glykol oder Fett ist und/oder wobei das Medium Stabilisatoren beinhaltet.
Der erfindungsgemäße Drehdämpfer kann in bevorzugten
Weiterbildungen für eine Autotür, ein Bremspedal, ein
Kupplungspedal oder ein Gaspedal vorgesehen sein. Auch der
Einsatz an einer Prothese, einem Exoskelett, einem Möbelstück, einem Fitnessgerät oder einem Zweirad ist möglich. Der Einsatz kann auch als Bedienungs- bzw. Steuerhebel erfolgen. Beansprucht wird deshalb auch eine als Trainingsgerät bzw.
Fitnessgerät ausgebildete Vorrichtung mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Drehdämpfer. Insbesondere wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem Trainingsgerät auch ein
Fitnessgerät verstanden und umgekehrt. Das Trainingsgerät ist zur kontrollierten Muskelbetätigung geeignet und ausgebildet. Es umfasst wenigstens ein wenigstens teilweise
muskelkraftbetriebenes Betätigungselement. Dabei ist wenigstens eine Bewegung des Betätigungselementes durch den Drehdämpfer dämpfbar .
In einer möglichen Variante kommt ein Kunde z. B. ins
Fitnessstudio und geht zu einem Körperscanner und/oder
Analysegerät. Hier werden die „Hebelverhältnisse" ermittelt und gespeichert (z. B. Oberarm, Unterarm, Schenkel, Körpergröße...) . Der Kunde erhält einen Device (z. B. NFC Armband, Chip,
Smartdevice wie Smartphone oder -watch oder dergleichen) welches bei der Benutzung des Geräts diese Daten an das Fitnessgerät übermittelt. Somit ist dieses immer optimal bezüglich des
Trainings (z. B. Kraft über Weg; Moment über Winkel oder
dergleichen) eingestellt bzw. sagt dem Benutzer, wie er es einstellen soll (z. B. Sitz mechanisch verstellen oder
dergleichen) oder das Gerät stellt sich selber ein (z. B. mittels E-Motoren oder dergleichen) .
In einer anderen möglichen Variante hat der Kunde die Daten dabei (z. B. anhand einer Smartwatch, Smartphone, Chipoder
dergleichen) . Er kann so in jedem Fitnessstudio (weltweit) gleich loslegen, welches diese Daten verwerten kann bzw. die passenden Fitnessgeräte dazu hat (Nutzerbindung) .
In beiden Varianten oder einer weiteren Variante werden die Daten vom Fitnessgerät wieder an einen „Speicher" übermittelt und ausgewertet (z. B. Cloud, interner Speicher oder dergleichen) . Der Kunde kann dann Z. B. zu Hause die Daten verarbeiten. Aufgrund der Daten wird das Nutzprofil vorzugsweise verfeinert (z. B. kann eine lernfähige Ausgestaltung vorgesehen sein) . Die Daten können auch mit Kollegen vergleichen und optimiert werden (z. B. per Community, Cloud oder dergleichen) . Bevorzugt wird eine Logdatei erstellt, die den Trainingsverlauf und -erfolg anzeigt. Die Daten können auch an Diagnosestellen, Ärzte,
Betreuer oder Krankenkassen übermittelt werden, damit diese sehen, wie und was gemacht wurde.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Steuereinrichtung vorgesehen und dazu geeignet und ausgebildet, unter Berücksichtigung wenigstens eines vorgegebenen Parameters den Dämpfer gezielt einzustellen. Die Einstellung erfolgt vorzugsweise in Echtzeit. Beispielsweise kann als Parameter eine für eine Muskelübung gewünschte Kraft vorgesehen sein. Der Dämpfer wird dann so eingestellt, dass der Benutzer die Kraft zur Bewegung des Betätigungselementes
aufbringen muss.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und
ausgebildet, wenigstens eine Kenngröße der Bewegung des
Betätigungselements zu registrieren. Insbesondere ist die
Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, in Abhängigkeit der Kenngröße den Drehdämpfer in seiner Dämpfung unter
Berücksichtigung des Parameters gezielt einzustellen.
Die Kenngröße der Bewegung des Betätigungselements wird
insbesondere durch wenigstens einen Sensor erfasst. Insbesondere erfolgt eine kontinuierliche Erfassung. Beispielsweise durch einen der hier beschriebenen Sensoren und vorzugsweise durch den Drehgeber. Der Parameter betrifft dann vorzugsweise einen
Schwellenwert und/oder eine Vergleichsfunktion für die Kenngröße. Es kann auch eine Zuordnung von vorgegebenem Parameter und erfasster Kenngröße in der Art eines Kennfeldes erfolgen.
Beispielsweise kann der Betreuer einen Wert für eine bei der Übung gewünschte Kraft/Drehmoment als Parameter vorgeben. Als Kenngröße der Bewegung des Betätigungselements wird dann die vom Benutzer aufgebrachte Kraft/Drehmoment erfasst und mit dem vorgegebenen Wert verglichen. Überschreitet der Benutzer den Wert, kann der Dämpfer weicher bzw. leichter bewegbar eingestellt werden. So wird eine Überlastung des Muskels beim Training wirkungsvoll vermieden. Das ist besonders bei
Rehabilitationsmaßnahmen von Vorteil, wo eine Überlastung unbedingt zu vermeiden ist. Alternativ kann auch ein haptisches Feedback durch den Dämpfer an den Benutzer ausgegeben werden. Bei einer registrierten Überlast kann der Dämpfer auch kraftlos oder sehr leichtgängig geschaltet werden.
Vorzugsweise beschreibt die Kenngröße eine Winkelstellung und/oder eine Bewegungsrichtung und/oder ein Bewegungsmoment und/oder eine Beschleunigung des Betätigungselementes. Diese Kenngrößen sind besonders vorteilhaft, da sie für die
Muskelbetätigung des Benutzers am Trainingsgerät charakteristisch sind .
Besonders bevorzugt erfolgt die Einstellung des Dämpfers als Funktion der Kenngröße. Insbesondere erfolgt die Einstellung des Dämpfers dynamisch und/oder adaptiv. Das hat den Vorteil, dass ein viel individuelleres Training als bei Gewichtszügen oder einer herkömmlichen linearen Dämpfereinstellung möglich ist. So kann beispielsweise eine Trainingsbewegung mit leichter Kraft einsetzen und mit zunehmenden Hub und/oder Drehwinkel schwerer werden. Die aufzubringende Kraft kann auch in Echtzeit in
Abhängigkeit einer als Kenngröße registrierten Beschleunigung eingestellt werden. Auch kann zwischen linker und rechter
Körperhälfte unterschieden und entsprechend angepasst werden.
Das Trainingsprogramm kann auch innerhalb der Trainings zeit mehrmals und individuell variiert werden.
Beispielsweise beschreibt die Kenngröße den Drehwinkel beim Kniestrecken. Dann kann in Abhängigkeit des Drehwinkels der Dämpfer und somit die aufzubringende Muskelkraft eingestellt werden. Z. B. wird bei zunehmender Streckung des Knies die Kraft verringert. Das verhindert schädliche Trainingsbelastungen. Bei einem kritischen Drehwinkel kann der Dämpfer auch kraftlos eingestellt werden, sodass schädliche Überdehnungen verhindert werden .
Kritische Winkel oder Stellungen können auch verletzungsbedingt vorgegeben sein oder physiologischen Ursprung haben. Hier kann der Dämpfer genau auf diese Gegebenheiten voreingestellt werden (Personalisiertes Training) .
Da Übungen oft zu hastig und zu schnell ausgeführt werden, was die Gelenke und die Muskulatur stärker oder sogar schädigend belastet, kann in einer solchen Situation der Dämpfer so
eingestellt werden oder stellt sich automatisch ein, dass ein schnelles Verfahren/Bewegen nicht möglich ist bzw. nicht
zugelassen wird. Der Dämpfer kann dann auch sehr weich
eingestellt werden oder ein haptisches Feedback ausgeben.
Möglich ist auch, dass die Kenngröße die Bewegungsrichtung beschreibt. Dadurch kann z. B. für ein Kniestrecken eine andere Kraft eingestellt werden als für die Rückwärtsbewegung, das Kniebeugen. Bei vielen Muskelübungen ist es oft sehr
entscheidend, dass die Rückbewegung leichter oder auch
kraftaufwendiger erfolgt, als die Hinbewegung.
Es kann während des Trainings auch ein haptisches Feedback an den Benutzer auszugeben. Das erfolgt insbesondere durch eine gezielte Veränderung der Dämpfungseigenschaften und vorzugsweise wie zuvor beschrieben. Das Feedback wird insbesondere in Abhängigkeit der Kenngröße der Bewegung ausgegeben. Beispielsweise kann ein haptisches Rattern oder Ruckeln durch den Dämpfer eingestellt werden, wenn die Kenngröße erkennen lässt, dass der Benutzer eine Übung zu schnell oder zu stark ausführt. Das Feedback kann auch ausgegeben werden, wenn der Benutzer über einen Drehwinkel oder über eine Bewegungsstrecke hinausgeht oder innerhalb einer
Bewegungstrecke was nicht richtig macht. So kann der Benutzer leicht und einfach die korrekte Ausführung der Übungen erlernen. Möglich ist auch, dass das Feedback unter Berücksichtigung anderer als Kenngröße dienender Sensorwerte ausgegeben wird.
Beispielsweise kann die Steuereinrichtung Pulswerte, Herzfrequenz und andere Vitalparameter registrieren und zur Einstellung der Dämpfers heranziehen. Überanstrengt sich der Benutzer
(Erschöpfungszustand) oder liegt er außerhalb eines sinnvollen Trainingsbereichs, wird er durch das haptische Feedback darauf hingewiesen und/oder der Dämpfer passt sich automatisch und adaptiv so an, dass der Benutzer wieder in einem sinnvollen und vorzugsweise gesundheitlich nicht schädlichen Trainingsbereich arbeitet .
Unter Berücksichtigung anderer Sensorwerte und beispielsweise der Vitalparameter als Kenngröße kann auch eine Anpassung der
Dämpfereigenschaften erfolgen. So kann die aufzubringende Kraft erhöht werden, wenn der Puls einen aufgewärmten Muskelapparat anzeigt. Möglich ist auch, dass bis zur Registrierung eines bestimmten Werts der Vitalparameter oder anderer Kenngrößen der Dämpfer in bestimmten Drehwinkeln so hart eingestellt wird, dass der Benutzer das Betätigungselement nicht in diese Drehwinkel bringen kann. So wird eine Überdehnung der Muskeln zu Beginn des Trainings vermieden.
Der erfindungsgemäße Drehdämpfer kann in bevorzugten
Weiterbildungen bei Fitnessgeräten als Dämpfer und insbesondere als Hybriddämpfer zu bestehenden Systemen eingesetzt werden.
Hierbei kann z.B. der im Millisekundenbereich und stufenlos schaltende Drehdämpfer parallel zu einer bestehenden relativ trägen Bremse (z.B. Reibbremse, Wirbelstrombremse oder andere geeignete Bremsen) in einem Trainingsgerät und z. B. einem
Fitness Fahrrad (z. B. Ergotrainer oder dergleichen) geschaltet werden. Dadurch können Lastspitzen (welche sich z. B. aus kinematischen Gegebenheiten ergeben) , Ungleichförmigkeiten, Schwingungen, Verschleiß, Lagerspiel und andere Spiele usw.
ausgeglichen werden. Vorteilhaft geschieht dies als geregeltes System. Nachfolgend ist mit „einzelne Betätigung" z.B. eine
Pedalumdrehung bei einem Trainingsfahrrad, eine teilweise oder komplette Ruderbewegung (z. B. Auslage, Durchzug, Rücklage oder dergleichen) bei einer Bootstrainingsmachine , ein Öffnen und Schließen einer Tür uvm. gemeint. Es kann auch eine Bewegung des Betätigungselementes des Trainingsgerätes gemeint sein.
Der erfindungsgemäße Drehdämpfer kann auch als einziges
Energieumwandlungselement (z. B. eine Bremse oder dergleichen) eingesetzt werden, wodurch bisher nicht mögliche bzw. sehr individuelle Kraft-/Momentenverläufe möglich werden. Es kann so z.B. die Betätigungskraft-/moment nicht nur von einzelner
Betätigung zu einzelner Betätigung (nicht nur z.B. pro volle Umdrehung, pro vollen Hub) variiert werden, sondern auch während einer einzelnen Betätigung. Insbesondere kann die Kraft/Moment über Weg/Winkel verändert werden, sodass sich ein mehrfach änderndes Moment während einer Umdrehung und somit ein gezielter Momentenverlauf/-kennlinie während einer Umdrehung ergibt) .
Bei einer Rudertrainingsmaschine kann so z.B. während einer vollständigen Ruderbewegung der genaue Momentenverlauf (z. B. Kraftverlauf an der Hand des Menschen) , adäquat einer
Ruderbewegung in einem Boot im Wasser, erzeugt werden. Der erfindungsgemäße Drehdämpfer simuliert hierbei vorzugsweise die Ruder- bzw. Betätigungskinematik, Eintauchtiefe,
Verfahrgeschwindigkeit, Anstellwinkel des Paddels und viele andere Kraftverläufe der Sportart.
In allen Ausgestaltungen ist es möglich, einen z.B. adaptiven Türdämpfer zu realisieren. Dazu kann z.B. bei einem KFZ beim Einparken eine Parklücke vermessen werden. Aus den Daten kann der Abstand zum benachbarten KFZ berechnet werden. Daraus wiederum kann der maximal offenbare Türwinkel errechnet werden und bei Erreichen oder schon zuvor der Öffnungsvorgang entsprechend gedämpft und/oder begrenzt werden. Dazu kann der Sensor oder es können die Sensoren zum Messen des Abstandes von Fahrzeug beim Parken verwendet werden, sodass separate Sensoren nicht benötigt werden. Möglich ist es auch, die Steuerung so vorzunehmen, dass die Tür zunächst leicht aufgeht und dass dann ein Raster kommt, das immer feiner wird. Damit wäre praktisch eine Haptikanzeige für Türöffner realisiert, die anzeigt, wenn man in die Nähe des Anschlages kommt.
Möglich ist es auch, Türen, Fenster oder dergleichen in
bestimmten Winkel aufzuhalten. Das kann z.B. bei Kraftfahrzeugen (KFZ) oder auch bei Möbeln realisiert werden.
Der Drehdämpfer kann auch als Haptikknopf eingesetzt werden, der beim Drehen ein Raster fühlen lässt, sodass sich eine haptische Rückkopplung bei einer Dreh- oder Schwenkbewegung des
Haptikknopfs ergibt. Ein derartiges Raster kann durch eine
Steuereinrichtung erzeugt werden, bei der die elektrische Spule periodisch in gewissen Zeitabständen oder dergleichen mit Strom beaufschlagt wird, sodass sich der Schwenkwiderstand periodisch ändert. Die haptische Rückkopplung bzw. die Stärke der Dämpfung kann situationsabhängig verändert werden, sodass sich breite Einsatzmöglichkeiten ergeben. Beansprucht wird deshalb auch eine Vorrichtung mit wenigstens einem Drehdämpfer, der ausgebildet ist, so wie es zuvor beschrieben wurde.
Der Drehdämpfer kann auch als Schwingungsdämpfer in oder an einem Gelenkpunkt der Hinterradschwinge oder als Lenkungsdämpfer bei Motorrädern und bei Fahrrädern, ohne darauf beschränkt zu sein, eingesetzt werden. Dadurch kann ein gegebenenfalls gefährliches Lenkerschlagen bei entlastetem bzw. abgehobenem Vorderrad erheblich reduziert oder nahezu gänzlich oder vollständig vermieden werden. Es können (außerdem) unerwünschte Schwingungen in der Lenkung wie z. B. das Hochgeschwindigkeitspendeln
verringert werden. Dabei kann der Drehdämpfer, der auch als Scherdämpfer bezeichnet werden kann, auch direkt im Steuerkopf (Lenkkopflager in dem sich der Gabelschaft dreht) eingebaut werden . Der erfindungsgemäße Drehdämpfer stellt eine vorteilhafte
Einrichtung zum Dämpfen von Schwingungen zur Verfügung, wobei zur Dämpfung translatorischer Bewegungen eine solche translatorische Bewegung zunächst in eine Rotationsbewegung umgesetzt werden kann, sodass anschließend die Schwenkbewegung gedämpft wird.
Dabei kann die Stärke der Dämpfung mit hoher Geschwindigkeit verändert werden, wobei innerhalb von einigen Millisekunden die Dämpfung von einem minimalen auf einen maximalen Wert verändert werden kann.
Die rheologische Flüssigkeit kann aus verschiedensten
Bestandteilen bestehen, welche einzeln oder in Kombination sein können: Fe, Kohlenstoffstahl , NdFeB (Neodymium) , Alnico,
Samarium, Cobalt, Silizium, Kohlefaser, rostfreier Stahl,
Polymere, Sodalime glass, Kalknatronglas, Keramic und nicht magnetische Metalle und dergleichen mehr. Dimorphische
magnetorheologische Flüssigkeiten mit Nanotubes oder/und
Nanowires sind auch möglich.
Die Trägerflüssigkeit kann insbesondere aus den folgenden
Bestandteilen oder einer Kombination daraus bestehen: Öle und vorzugsweise synthetische oder nicht synthetische Öle,
Hydrauliköl, Glycol, Wasser, Fette und dergleichen mehr.
Damit der Dämpfer der gewünschten Vorgabe möglichst schnell folgen kann, ist eine Konstruktion vorteilhaft, bei der das im Dämpfungsspalt wirkende Magnetfeld sehr schnell verändert werden kann. Dazu eignet sich im Magnetkreis besonders Material, das leicht magnetisierbar ist (hohe Permeabilität) und keine oder kaum Restmagnetisierung behält (geringe Koerzitivfeldstärke) . Zudem soll es die durch Feldänderungen induzierten Wirbelströme durch eine schlechte elektrische Leitfähigkeit dämpfen. Besonders wirkungsvoll können Wirbelströme durch einen laminierten Aufbau des Magnetkreises aus ferromagnetischen Blechen gedämpft werden.
Bevorzugt werden Magnetkreis und elektrische Spule so gestaltet, dass die Spule eine möglichst kleine Induktivität hat. Vorteil- haft ist die Versorgung der Spule mit einer höheren Betriebsspannung, als diese benötigen würde, um den maximalen Strom zu treiben (voltage boost) , wodurch wesentlich schnellere Stromsprünge ermöglicht werden. Durch eine gepulste Ansteuerung kann weiterhin ein beliebiger Strom eingestellt werden. Für schnelle Änderungen der Stromstärke in beide Richtungen, also Erhöhung und Absenkung des Stroms, eignet sich beispielsweise eine Ansteuerung durch eine Vollbrücke (H-Brücke) .
Die für schnelle Lastwechsel benötigte Energie wird bevorzugt von einer niederimpedanten Quelle wie einem Kondensator oder einer Batterie nahe beim Verbraucher bereitgestellt.
Ein Schalter kann in der einfachsten Ausführung ein mechanischer Schalter / Taster sein; vorteilhaft ist die Verwendung eines Transistors. Denkbar sind aber auch andere Möglichkeiten wie z.B ein Relais oder auch Sonderformen des Transistors (MOSFET, IGBT) Der Schalter kann unter anderem auch im GND-Zweig, d.h. zwischen Spule und Masse (GND) vorgesehen sein. Die Strommessung kann an einem beliebigen Ort der Schaltung erfolgen. Eine Freilaufdiode , der es der elektrischen Spule erlaubt nach dem Öffnen vom Schalter weiter Strom zu treiben, kann ebenfalls vorgesehen sein. Die Diode kann ebenfalls durch einen Schalter (Sync-FET) ersetzt werden .
Ebenfalls möglich ist eine Ansteuerung mittels Vollbrücke (Ii- Brücke) . Die Elektrospule kann so in beide Richtungen angesteuert werden, d.h. die Polarität an den Elektrospulenanschlüssen kann gewechselt werden. Das ermöglicht z.B., einen Permanentmagneten im magnetischen Kreis der Spule zu verstärken oder abzuschwächen. Bei gepulster Ansteuerung (PWM) kann der Spulenstrom variiert werden. Neben der einfachen Möglichkeit zur Steuerung kann auch in dieser Ausführung die Steuerung mit verschiedenen Sensoren ausgestattet werden, die den Aufbau eines Regelkreises
ermöglichen. Je nach Einsatzzweck können z.B. Druck-, Kraft-, Weg-, Temperatur-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssensoren verwendet werden. Auch die Kombination dieser oder anderer Sensoren ist denkbar
Eine Steuereinheit (Elektronik) verarbeitet die Systemgrößen und kinematischen Größen vorzugsweise fortlaufend und ermittelt basierend auf den Messdaten und dem bekannten Systemverhalten die geeignete Dämpferkraft bzw. das geeignete Dämpfermoment.
Eine Steuerung oder Regelung und/oder Steuereinheit kann auch auf Fuzzy Logik aufgebaut und/oder lernfähig sein.
Eine Steuerung oder Regelung kann dabei lernfähig/selbstlernend für Einflüsse wie Alterung und/oder Temperatureinflüsse sein. Weiter kann diese lernfähig/ selbstlernend für optimale Dämpfungen für spezifische Bewegungsprofile sein. Dabei können auch
spezifische/wiederkehrende Lastgegebenheiten
berücksichtigt/erlernt werden.
Dabei kann die Steuerung oder Regelung eigenständig lernen oder durch den User optimiert/angepasst werden.
Um eine geeignete/optimale Dämpfung für sämtliche mögliche
Betriebs zustände erkennen zu können, werden auf Basis sämtlicher im System verfügbaren Messgrößen entsprechende Kenngrößen generiert. Diese signalisieren, ob die Dämpfung entsprechend gut oder verhältnismäßig nicht optimal eingestellt ist. Diese
Kenngrößen werden vorzugsweise in einem fixen zeitlichen
Intervall fortlaufend/periodisch erzeugt/generiert.
Die Kenngrößen stellen ein Maß für die Güte der Dämpfung dar. Die Berechnung kann auf Basis sämtlicher im System verfügbaren
Messgrößen erfolgen. Bevorzugt werden die Informationen der kinematischen Größen sämtlicher im System verwendeter Aktoren verwendet .
Die Berechnung der Kenngrößen erfolgt vorzugsweise über die direkte Verarbeitung der Sensorsignale und/oder über Algorithmen welche diese Informationen weiterverarbeiten; bspw.
Frequenzanalysen etc. Die Kenngrößen stellen bspw. ein Maß für Vibrationen und/oder Welligkeiten dar. Auch alternative Ausprägungen von Kenngrößen sind denkbar.
Diese Kenngrößen können dann von der Steuerung interpretiert werden .
Im Allgemeinen können sämtliche verfügbare Systeminformationen, im Speziellen die kinematischen Größen des Aktors, zu Monitoring- Zwecken verwendet werden.
Das Monitoring erfolgt vorzugsweise in Echtzeit. Allenfalls in fixen zeitlichen Intervallen. Dabei scheinen Zeitintervall <10ms realistisch und vorteilhaft.
Ebenso können diese Kenngrößen vom Benutzer des Gerätes
interpretiert werden. Die Ausgabe kann bspw. über ein Display etc. erfolgen.
Es ist möglich, dass der Benutzer im Betrieb die
Dämpfungseigenschaften manuell anpassen kann um eine optimale Dämpfung für jeden Betriebs zustand zu erzeugen. Die
Interpretation der Dämpfungsgüte erfolgt dann insbesondere über die entsprechend automatisch generierten Kenngrößen.
Dem Benutzer ist es somit möglich, Betätigungsfolgen zu
personalisieren. Damit können für spezifische Beladungen bei spezifischen Betriebs zuständen optimale Dämpfungseigenschaften ermittelt und gespeichert werden. Denkbar ist auch eine
Ermittlung/Speicherung einer zeitlichen Abfolge der
Dämpfungseigenschaften .
Damit wird es dem Benutzer ermöglicht, spezifische optimale Betätigungsprogramme für spezifische/wiederkehrende
Betätigungsformen zu erzeugen/speichern/wieder abzurufen.
Bspw. ist es damit möglich energieeffiziente oder
benutzerfreundliche Betätigungen zu erzeugen und wiederkehrende Anwendungen wiederabzurufen.
Ebenso ist es möglich, dass alles soeben Beschriebene automatisch von einer Steuereinheit erlernt/durchgeführt wird.
Dabei ist es bspw. denkbar, dass die Steuereinheit auf Basis der ermittelten Kenngrößen für die optimale Dämpfung nach jedem Vorgang die Kenngröße dem Benutzer mitteilt.
Der Benutzer kann dann entsprechend die zeitliche Abfolge für kommende wiederkehrende Vorgänge speichern.
Weiter kann die Steuerung selbstlernend und/oder automatisch auf Alterungserscheinungen reagieren und die Ansteuerung der Aktoren entsprechend anpassen um eine stets optimale Dämpfung zu
gewährleisten .
Weiter kann die Steuerung selbstlernend und/oder automatisch Temperatureinflüsse reagieren und die Ansteuerung der Aktoren entsprechend anpassen um eine stets optimale Dämpfung zu
gewährleisten .
Die Temperatur in den Aktoren kann im Betrieb deutlich ansteigen, weshalb bei selber Ansteuerung die Dämpfungseigenschaften deutlich variieren können. Deshalb ist es von Vorteil, die
Temperatureinflüsse im Zuge der Ansteuerung zu kompensieren um ein stets gleichbleibendes Verhalten zu erzeugen.
Das ist mit konventionellen Aktoren nicht möglich.
Mit Hilfe des vorliegenden Systems kann das erreicht werden, in dem die Aktortemperatur gemessen wird -bspw. über einen PT1000 in der Spule oder alternative Konzepte- und eine Anpassung
entsprechend den bekannten Temperatureinflüssen auf Basis der Temperaturinformation erfolgt.
Die kinematischen Größen des Aktors können dabei direkt gemessen werden über z.B. Wegsensoren, Geschwindigkeitssensoren oder Beschleunigungssensoren .
Weiter ist es denkbar, dass die entsprechenden kinematischen Größen über geeignete Algorithmen auf Basis einer Messgröße generiert werden. Als Basismessgröße können dabei z.B.
Wegsensoren, Geschwindigkeitssensoren oder
Beschleunigungssensoren verwendet werden. Die Algorithmen basieren dabei vorzugsweise auf einem Kaimanfilter. Es sind aber auch alternative Algorithmen der Signalverarbeitung denkbar.
Die Berechnung der optimalen Dämpfkraft für wenigstens einen Teil und vorzugsweise sämtliche eingesetzte Aktoren (Dämpfer) zu einem beliebigen Ansteuerungszeitpunkt erfolgt vorzugsweise über wenigstens einen geeigneten Steueralgorithmus. Für eine optimale Ansteuerung ist es dabei möglich, dass Taktzeiten von bis zu 50 Mikrosekunden nötig sind. Dazu werden insbesondere eine Mehrzahl und vorzugsweise sämtliche Informationen bezüglich der aktuellen kinematischen Größen einer Mehrzahl und vorzugsweise aller eingesetzten Aktoren berücksichtigt. Weiter werden insbesondere eine Mehrzahl und vorzugsweise sämtliche Informationen einer Mehrzahl und vorzugsweise aller verfügbarer Systemgrößen wie z. B. sämtliche gemessenen Beschleunigungen des Systems
berücksichtigt .
Die Berechnung der optimalen Dämpfung für jeden einzelnen eingesetzten Aktor (Dämpfer) kann dabei in einer übergeordneten zentralen Steuereinheit erfolgen. Die Information der optimalen Dämpfung wird dann an die entsprechenden Aktoren übermittelt und von diesen umgesetzt/erzeugt.
Ebenso ist es möglich, dass die Berechnung der optimalen Dämpfung für jeden einzelnen eingesetzten Aktor (Dämpfer) dezentral erfolgt. Dabei besitzt jeder Aktor eine eigene Steuereinheit, welche die entsprechenden Informationen berechnet und umsetzt.
Ebenso ist es möglich, dass jeder Aktor eine eigene Steuereinheit besitzt, wobei eine Steuereinheit als Berechnungszentrale arbeitet. Diese stellt die Masterelektronik; dar und
verarbeitet/berechnet die übergeordnete Steuerungsstrategie und übermittelt die entsprechenden Informationen der optimalen
Dämpfung an die restlichen im System verfügbaren Aktoren
(Slaves) .
Neben der Berechnung der optimalen Dämpfung für insbesondere sämtliche im System verfügbaren Aktoren ist es wichtig, mittels einer geeigneten Ansteuerung zu gewährleisten, dass diese optimale Dämpfung auch zeitgerecht vom Aktor umgesetzt wird. Das wirkende Moment des Aktors ist dabei proportional zum
Spulenstrom. Die Information der optimalen Dämpfung ist
dementsprechend proportional zum Spulenstrom. Eine Steuereinheit muss demnach gewährleisten, dass der tatsächliche Spulenstrom im Betrieb auch dem kalkulierten Spulenstrom für die optimale
Dämpfung entspricht. Auf Grund der herrschenden Induktivitäten der Spulen, kann keine sprunghafte Stromänderung in der Spule und damit keine sprunghafte Änderung des Aktormoments erzeugt werden. Um die entstehenden Zeitkonstanten zu minimieren, wird
vorzugsweise wenigstens ein Stromregler eingesetzt. Der
Stromregler ist dafür verantwortlich, dass der reale Spulenstrom dem angestrebten Spulenstrom (für die optimale Dämpfung)
möglichst schnell folgt.
Die Implementierung/Berechnung/Umsetzung des Stromreglers kann dabei von einer zentralen Steuereinheit übernommen werden, für alle im System verwendeten Aktoren.
Ebenso ist es möglich, dass die
Implementierung/Berechnung/Umsetzung des Stromreglers für einen einzeln eingesetzten Aktor (Dämpfer) dezentral erfolgt. Dabei besitzt jeder Aktor eine eigene Steuereinheit, welche die entsprechenden Informationen berechnet und umsetzt.
In jeder Form ist für einen Stromregler insbesondere die
Information über den aktuellen Spulenstrom erforderlich. Die Beschaffung der Information kann dabei durch geeignete Sensoren - z.B. Shunt etc.- erfolgen. Denkbar wäre auch ein Beobachtersystem zur Schätzung des aktuellen Spulenstromes.
Der Stromregler kann dabei als Momentenregelung angesehen werden.
Für eine präzisere Momentenregelung kann dabei auch wenigstens ein Drehmomentsensor zum Einsatz kommen. Dann wird vorzugsweise das Widerstandsmoment des Aktors/der Aktoren über das
Sensorsignal des Drehmomentensensor geregelt und ein Stromregler kann entfallen.
Denkbar ist auch eine Kombination von Stromregler und
übergeordnetem Drehmomentenregler .
Die übergeordnete Berechnung der optimalen Dämpfung kann dabei wiederum zentral oder dezentral erfolgen.
Diese beiden Steuerungsaufgaben können separiert voneinander betrachtet werden.
Alterungserscheinungen im System, welche evtl. das
Betriebsverhalten verändern, können über einen Algorithmus berücksichtigt und entsprechend ausgeglichen werden.
Je nach verwendetem Material kann es, abhängig von z.B. der
Anzahl der Schaltungen (Ein-Aus) zu einem bleibenden magnetischen Restfeld im Material kommen. Dadurch steigt das Grundmoment.
Durch ein Wechselfeld mit abnehmender Amplitude kann das Restfeld bei Bedarf oder regelmäßig beseitigt werden.
Dadurch können beim Material usw. größere Toleranzen bezüglich der Materialqualität akzeptiert werden, was die Herstellkosten wiederum reduziert.
Der Bereich zwischen Minimal- und geforderter Maximalkraft bzw. Minimal- und gefordertem Maximalmoment ist der benötigte
Arbeitsbereich . Vorzugsweise wird eine Vorrichtung mit wenigstens einem Drehdämpfer ausgerüstet, wobei eine Linearbewegung durch den Drehdämpfer gedämpft wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im
Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden .
In den Figuren zeigen:
Figur 1 eine schematische Explosionsdarstellung eines
erfindungsgemäßen Drehdämpfers;
Figur 2 einen schematischen Querschnitt durch den Drehdämpfer nach Figur 1;
Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils des
Drehdämpfers nach Figur 1;
Figur 4 einen schematischen Querschnitt durch den Drehdämpfer nach Figur 1;
Figur 5 schematisch eingezeichnete Magnetfeldlinien in dem
Drehdämpfer nach Figur 4;
Figur 6 einen Querschnitt durch einen weiteren Drehdämpfer;
Figur 7 eine schematische perspektivische Ansicht eines
Bedienpedals ;
Figur 8 eine schematische Ansicht einer Prothese; und
Figur 9 eine stark schematisierte Skizze der Steuerung der
Dämpfereinrichtung;
Figur 10 eine stark schematisierte Skizze einer weiteren
Ausgestaltung der Steuerung der Dämpfereinrichtung; und
Figur 11 ein Trainingsgerät bzw. Fitnessgerät.
Figur 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Dämpfereinrichtung 10 mit einem Drehdämpfer 1, wobei die
einzelnen Teile des Drehdämpfers 1 erkennbar sind.
Der Drehdämpfer 1 wird im Wesentlichen aus den Komponenten 2 und 3 gebildet, wobei an der Komponente 2 die Schwenkwelle 4
angeordnet oder ausgebildet ist. Die Schwenkwelle 4 weist ein erstes Ende 31 und ein zweites Ende 32 auf. Über dem Umfang der Komponente 2 sind hier mehrere Arme 21, 22 und 23 zu sehen, auf die in der Beschreibung der Figuren 3 bis 5 noch näher
eingegangen wird.
An der Schwenkwelle 4 kann ein Mitnehmer 4a (z.B. Passfeder) angeordnet werden, um die Komponente 2 drehfest mit einem zu dämpfenden Teil zu verbinden. Statt der Passfeder kann auch eine Keilverzahnung, Polygonverbindung oder eine andere kraft- oder formschlüssige Verbindung verwendet werden. Bei der Montage wird die Komponente 3 über die Komponente 2 geschoben und schließlich mit dem Deckel 3a verschraubt, wobei das erste Ende 31 der
Schwenkwelle 4 sich aus dem hier rechten Ende der Komponente 3 aus nach außen erstreckt. Distanzhülsen 38 können zur Einhaltung vorbestimmter Abstände eingesetzt werden.
Grundsätzlich sind hier zwei Variationen möglich, nämlich, dass sich auf der andern Seite der Komponente 3 das zweite Ende 32 der Schwenkwelle bis nach draußen erstreckt, oder aber, dass das zweite Ende 32 der Schwenkwelle 4 im Inneren der Komponente 3 und z. B. in dem Lager 37 des Deckels 3a aus z. B. Aluminium oder dgl . gelagert wird. Das Lager 37 kann ein kostengünstiges
Gleitlager, aber auch bei hohen oder sehr hohen Anforderungen an die Grundreibung und Lebensdauer ein Kugel- oder Wälzlager sein. Bei geringen Anforderungen kann es auch weggelassen werden.
Ein Drehgeber bzw. Winkelsensor 17 dient zur Erfassung der relativen Winkelposition der Komponenten 2 und 3 zueinander. Der Winkelsensor 17 kann einen Magnetstack enthalten und
berührungslos von außerhalb des Gehäuses 30 abgelesen werden. Die Sensoren können auch auf Koppelungselementen oder wirkverbundenen Teilen angebracht sein. Statt einem rotativen Messsystem kann auch ein lineares Messsystem verwendet werden.
Die Verbindungsleitungen 14 versorgen den Drehdämpfer 1 mit elektrischer Energie.
Des weiteren sind von links nach rechts eine Bundbuchse, eine Passscheibe, noch eine Bundbuchse, Dichtungen und Lager,
Distanzhülse etc. zu sehen.
Die Komponenten 2 und 3 können auch eine kegelige Form haben. Der Dämpfungsspalt 6 muss über die axiale Erstreckung 16 nicht gleich groß oder gleichförmig sein.
Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt im zusammengebauten Zustand, wobei erkennbar ist, dass die Komponente 3 im
zusammengebauten Zustand ein Gehäuse 30 des Drehdämpfers 1 bildet. Die Komponente 3 nimmt im Inneren den wesentlichen Teil der Komponente 2 auf, sodass nach der Verschraubung des Deckels 3a mit der Komponente 3 nur noch das erste Ende 31 der
Schwenkwelle 4 aus dem Gehäuse 30 nach außen hervor steht. An dem nach außen vorstehenden Teil der Schwenkwelle 4 ist der Mitnehmer 4a angeordnet. Die Komponente 3 weist eine Außenkomponente 13 auf und bildet das Gehäuse 30. Die Komponente 2 weist eine Innenkomponente 12 auf, die von der Außenkomponente 13 umgeben ist.
Die Schwenkwelle 4 wird in der Nähe des ersten Endes 31 über ein Lager 37 gelagert und an dem anderen Ende 32 ist eine hier kugelförmige Lagerung mit einer Art Lager 37 vorgesehen, sodass nur eine Durchführung der Schwenkwelle 4 nach außen vorliegt. Dadurch kann die Grundreibung und somit das Grundmoment gesenkt werden, wodurch eine höhere Empfindlichkeit und besseres
Ansprechverhalten des Drehdämpfers 1 bei Belastungen erzielbar ist . Eine geometrische Achse 9 erstreckt sich zentral durch die
Schwenkwelle 4. Durch die Schwenkwelle 4 erstrecken sich auch die elektrischen Verbindungsleitungen 14, die von außen (ohne
Schleifring) durch die Schwenkwelle 4 zu den elektrischen Spulen 8 durchgeführt werden, die im Inneren des Gehäuses 30 angeordnet sind .
In dem hier stark schematischen Querschnitt des Drehdämpfers 1 sind zwei Arme 21, 22 an der Innenkomponente 12 der Komponente 2 zu erkennen.
Der Dämpfungsspalt 6 ist radial zwischen der Innenkomponente 12 und der Außenkomponente 13 vorgesehen und erstreckt sich über eine axiale Länge 16, die einen wesentlichen Teil der Länge der Innenkomponente 12 aufweist. Die Länge 16 des Dämpfungsspalts 6 beträgt vorzugsweise wenigstens die Hälfte und insbesondere wenigstens 2/3 der Länge der Komponente 3.
Insbesondere bei großen Durchmessern 27 des Dämpfungsspalts 6 ist es möglich, an den axialen Enden des Dämpfungsspalts 6 jeweils Dichtungen vorzusehen, um das magnetorheologische Medium im Wesentlichen und vorzugsweise vollständig innerhalb des
Dämpfungsspalts 6 zurückzuhalten. In einfachen Ausgestaltungen kann eine magnetische Dichtung vorgesehen sein, bei der eine magnetische Abdichtung des dort zwischen den Komponenten 2 und 3 noch vorhandenen sehr dünnen Spalts erfolgt.
Es wird wenigstens eine Dichtung an dem Austritt der möglichst dünnen Schwenkwelle 4 aus dem Gehäuse 30 vorgesehen. Hier ist die Dichtung 11 zwischen der Schwenkwelle und der entsprechenden Durchführungsöffnung in dem Deckel 3a vorgesehen.
Ohne eine separate Dichtung an den axialen Enden des
Dämpfungsspalts 6 ist die Grundreibung sehr gering. Das Volumen des magnetorheologischen Mediums bestimmt sich durch das Volumen des Dämpfungsspalts 6 und der etwa scheibenförmigen Volumina an den beiden axialen Stirnseiten zwischen der Innenkomponente 12 und der Außenkomponente 13 und ist insgesamt gering. Das Volumen des Dämpfungsspalts 6 ist sehr gering, da die radiale Höhe des Dämpfungsspalts vorzugsweise kleiner als 2 % eines Durchmessers 27 des hier zylindrischen Dämpfungsspalts beträgt. Die radiale Höhe des Dämpfungsspalts beträgt insbesondere weniger als 1 mm und vorzugsweise weniger als 0,6 mm und besonders bevorzugt weniger als 0,3 mm. Bei einer Länge 16 von zum Beispiel bis zu 40 oder 50 mm und einem Durchmesser 27 von bis zu 30 mm und einer Spalthöhe im Bereich von 0,3 mm ergibt sich so ein Spaltvolumen von <2 ml, wodurch die Herstellkosten sehr gering gehalten werden können. Das Volumen des und des magneto- rheologischen Mediums beträgt insbesondere weniger als 3 ml und vorzugsweise weniger als 2 ml.
Zwischen Schwenkwelle 4 und dem zu dämpfenden Element kann ein Getriebe nach dem Stand der Technik, vorzugsweise ein möglichst spielfreies Planetengetriebe, Microgetriebe oder
Wellgetriebe (z.B. Harmonie Drive) angeordnet werden.
Statt der direkten Anbindung oder einer Anbindung über ein
Koppelgestänge kann auch eine Scheibe auf der Eingangswelle angebracht werden. Die Scheibe bzw. der Scheibenaußendurchmesser kann über zumindest ein Seil, Riemen mit dem zu dämpfenden
Element (kraft- oder wirkschlüssig) verbunden sein. Das
Verbindungselement kann auch über Umlenkungen, Übersetzungen (z.B. Flaschenzugprinzip ...) mit dem zu dämpfenden Element wirkverbunden sein. Dadurch ist der Aufbau bezüglich der
Anbringung sehr flexibel. Es kann aber auch eine Exzenter- oder Nockenscheibe verwendet werden, wodurch die Kräfte/Momente winkelpositionsabhängig werden. Es kann auch ein umlaufendes Seil mit Fixierstelle verwendet werden, wodurch eine Zwangssteuerung möglich wird, d.h., es können Zug- und Druckkräfte übertragen werden. Das Übertragungselement (z.B. das Seil) kann kraft- oder formschlüssig mit der Scheibe verbunden sein.
Figur 3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Teils des Drehdämpfers 1, wobei die Komponente 2 ohne die
Schwenkwelle 4 dargestellt ist. Bei der Montage wird der abgebildete Teil der Komponente 2 mit der Schwenkwelle 4 drehfest gekoppelt .
Die Komponente 2 weist eine Mehrzahl von radial nach außen abstehenden Armen 21, 22, 23 etc. auf. Hier sind acht Arme vorgesehen. Möglich und bevorzugt sind aber auch 6 oder 10 oder 12 oder mehr Arme.
Um die jeweiligen Arme ist jeweils eine Spule 8 mit wenigstens einer und hier einer Mehrzahl von Windungen gewickelt. Dabei erfolgen die Wicklung und der Anschluss der elektrischen Spulen derart, dass sich an benachbarten Stellen benachbarter Arme unterschiedliche Pole des Magnetfelds ergeben, wenn die Spulen 8 mit Strom versorgt werden.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch den Drehdämpfer 1, wobei die Komponente 2 die Innenkomponente 12 aufweist, die von der Außenkomponente 13 der Komponente 3 umgeben ist. Zwischen den beiden Komponenten 2 und 3 erstreckt sich hier ein im
Wesentlichen zylindrischer Dämpfungsspalt 6, in dem ein
magnetorheologisches Medium 5 vorhanden ist. Insbesondere ist der Dämpfungsspalt 6 vollständig mit dem magnetorheologischen Medium 5 gefüllt. Es kann wenigstens ein Reservoir 15 vorgesehen sein, in dem ein Vorrat des magnetorheologischen Mediums bevorratet wird, um über die Lebensdauer des Drehdämpfers 1 den Verlust einer gewissen Menge des Mediums kompensieren zu können. Ein solches Reservoir 15 kann beispielsweise in der Aussparung zwischen zwei Armen 22, 23 vorgesehen sein. Das Reservoir kann aber auch außerhalb der Komponente 3 sein.
Bei der Herstellung werden zunächst um die einzelnen Arme die Spulen 8 gewickelt. Anschließend können die verbleibenden
Hohlräume zwischen den einzelnen Armen teilweise oder vollständig mit einem Medium aufgefüllt werden, damit dort kein
magnetorheologisches Fluid eingefüllt werden muss. Beispielsweise kann dort Gießharz oder dergleichen eingefüllt werden, um die Hohlräume aufzufüllen. Gießharz oder dergleichen ist kostengünstiger wie das magnetorheologische Fluid. Das Ausfüllen der Hohlräume ist funktionsmäßig nicht notwendig. Möglich ist es aber auch, dass eine zum Beispiel dünne Schutzschicht in Form einer Abdeckung 34 übergezogen wird, um die Dämpfungsspalte 6 örtlich zu begrenzen, während die Aussparungen zwischen den armen hohl verbleiben.
Vorzugsweise ist der Dämpfungsspalt zylindrisch ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass Trennelemente 29 in dem
Kopplungsspalt angeordnet sind, die den an sich zylindrischen Kopplungsspalt in mehrere Teilspalte aufteilen. Dabei werden die Trennelemente 29 vorzugsweise entweder mit der Komponente 2 oder der Komponente 3 verbunden.
Der Kopplungsspalt 6 kann selbst die Kammer 28 für das
magnetorheologische Medium bilden oder aber der Kopplungsspalt 6 bildet zusammen mit dem Reservoir 15 wenigstens den wesentlichen Teil der Kammer 28.
Figur 5 zeigt eine stark schematische Ansicht eines
Feldlinienverlaufs über den Querschnitt des Drehdämpfers 1 aus Figur 6. Dabei treten die Feldlinien 36 etwa radial durch den Dämpfungsspalt 6 hindurch, verlaufen jeweils über einen
Winkelabschnitt durch die Komponente 3, bevor sie beim
benachbarten Arm wieder etwa senkrecht durch den Dämpfungsspalt 6 hindurch (in den benachbarten Arm) eintreten.
Anschaulich zeigt Figur 5, dass praktisch über dem gesamten Umfang des Drehdämpfers eine hohe Feldliniendichte vorliegt, sodass eine effektive Dämpfung einer Schwenkbewegung ermöglicht wird .
Figur 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Drehdämpfers 1, bei dem die Funktionalität grundsätzlich genauso ist, wie bei dem vorhergehenden Drehdämpfer 1. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausgestaltungen tritt bei dem Drehdämpfer 1 nach Figur 6 die Schwenkwelle 4 sowohl an dem ersten Ende 31 als auch einem zweiten Ende 32 nach außen aus. Deshalb wird die Schwenkwelle 4 an beiden Enden gelagert und über Dichtungen 11 nach außen hin abgedichtet. Auch hier können wieder magnetische Dichtungen IIa den Dämpfungsspalt 6 in die axialen Richtungen hin abdichten.
Die Schwenkwelle 6 kann bei dieser wie auch den anderen
Ausführungen stehend ausgeführt werden, d.h. also als Achse, wobei dann das Gehäuse 3 dämpfend schwenkt und mit dem zu dämpfenden Element wirkverbunden ist.
Figur 7 zeigt ein Bedienpedal 100, wie ein Bremspedal, ein
Kupplungspedal oder ein Gaspedal mit eingebautem Drehdämpfer 1.
Sogenannte „X-by-wire" Systeme finden zunehmend Einzug in vielen Anwendungsgebieten. Mit X-by-Wire wird der Ersatz von
mechanischen Verbindungen, Signalen und Systemen zur manuellen Steuerung durch die Leitung elektrischer, elektronischer, optoelektronischer oder optischer Steuersignale zwischen den verwendeten Bedienelementen und den ausführenden Aktoren
bezeichnet. Ein großer Nachteil dieser Systeme ist das fehlende Feedback, was z.B. beim Betätigen der X-by-wire Fußbremse eines Fahrzeuges (z. B. KFZ, LKW, landwirtschaftliche Fahrzeuge,
Nutzfahrzeuge, Kran, Baufahrzeuge) ein großer Nachteil ist.
Beispielsweise ist ein „Bremsen mit Gefühl" so nicht mehr möglich. Es kann durch Überbremsen zu instabilen Fahrzuständen, Überlasten oder unkomfortablen Bremsmanövern kommen. Der hier beschriebene Drehdämpfer 1 kann hierbei, den sonst von der
Mechanik erzeugten Bremsgegendruck bzw. das entsprechende Moment erzeugen und so eine „normale" Bremsung bzw. Betätigungsgefühl im Pedal simulieren.
Besonders vorteilhaft ist dies bei Hybridfahrzeugen.
Hybridfahrzeuge können über „X-by-wire" oder auch mechanisch verbundene Pedale und Bedienelement verfügen. Bei diesen
Fahrzeugen verursacht die Rekuperation sich ändernde
Betätigungskräfte und/oder Betätigungsmomente bzw.
Betätigungswege. Fährt z.B. ein Hybridfahrzeug den Berg hinab, so wird beim Reduzieren der Geschwindigkeit vorzugsweise versucht so wenig Energie wie möglich in die Radbremsen (Wärme) und so viel wie möglich in die Batterien zu geben (elektrische Energie wird in den Akkumulator, einen Speicherkondensator (Superkondensator) oder einen Schwungradspeicher gespeist) .
So kann es vorkommen, dass beim Beginn der Fahrt vom Berg ins Tal die Batterien leer sind und das Fahrzeug fast nur durch
Rekuperation „gebremst" werden kann. Dafür muss das Bremspedal nur sehr wenig und mit geringen Kräften gedrückt werden, der Fahrer erhält auch nur eine geringe Gegenkraft, obwohl das
Fahrzeug durch das parallel geschaltete Rekuperationsbremsmoment, z.B. des Elektromotors (Generators), stark verzögert. Je mehr der elektrische Energiespeicher geladen ist, desto weniger kann durch Rekuperation gebremst werden. Dies hat zur Folge, dass sich der „Bremspunkt" und die „Bremskraft" im Pedal fortlaufend ändern, was sehr unangenehm und für den Bediener verwirrend bzw. sogar gefährlich ist. Der erfindungsgemäße Drehdämpfer kann hierbei entsprechend der Energieverteilung das Differenzmoment/-kraft erzeugen und so eine „normale" und immer gleiches Gefühl im Pedal simulieren .
Bei einem Betätigungshebel wie z.B. einem Gaspedal können die nachfolgenden Gegebenheiten wenigstens teilweise berücksichtigt und in ein individuelles haptisches Feedback mittels des
erfindungsgemäßen Drehdämpfers umgesetzt werden.:
Beispielsweise kann bei Erkennung vorausfahrender Fahrzeuge mehr Gegenkraft im Betätigungshebel eingestellt werden, wenn zu dicht aufgefahren wird bzw. das vorausfahrende Fahrzeug verzögert) . Möglich ist auch eine insbesondere frühzeitige Gefahrenwarnung vom vorausfahrenden Fahrzeug. Beispielsweise ist ein Gas geben dann nicht mehr möglich. Dies wird insbesondere durch eine erhöhte Gegenkraft bis hin zum Sperren im Pedal bewerkstelligt.
Das Gaspedal ist beispielsweise mit dem Fahrzeuggesamtsystem und z. B. einer Cloud verbunden (insbesondere betreffend
Navigationssystem, Motormanagement, richtige Zeitpunkt zum Schalten, Start-Stop System, elektrisches Fahren in
Hybridfahrzeugen, situationsgerechtes Betätigen oder
dergleichen) . Eine davon abhängige Gegenkraft/-moment im
Betätigungselement wird vorzugsweise eingestellt.
Es können auch Nahfeld- und/oder Umfeldsensoren vorgesehen sein und herangezogen werden. Dabei wird insbesondere eine
situationsabhängige Gegenkraft eingestellt.
Die gilt auch angepasst für das Bremspedal oder andere
Betätigungselemente .
Weiters erlaubt der Drehdämpfer eine Rückkopplung und eine gedämpfte Rückstellung und/oder Betätigung des Pedals, was vorteilhafte Bedienungen ermöglicht. Auch eine Kombination mit einer Rückstellfeder ist möglich.
Der Bedienweg und somit der Schwenkwinkel wird durch den Bauraum begrenzt .
Bei dem Bedienpedal 100 können (auch) Schwingungen von dem
Bedienpedal gedämpft werden, die von außen, wie zum Beispiel bei Einsatz auf vibrierenden Baumaschinen usw. kommen. Solche oder andere einwirkenden Vibrationen könnten zu einer gewissen
Betätigung des Bedienpedals führen. Hier unterscheidet der Drehdämpfer bzw. die zugeordnete oder eingebaute
Steuereinrichtung, ob diese Vibrationen vom Fahrzeug sind oder durch Betätigungsbewegungen des Bedieners ausgelöst sind.
Figur 8 zeigt eine Prothese mit einer Dämpfereinrichtung 10, die einen Drehdämpfer 1 umfasst. Die Komponenten 2 und 3 sind mit Teilen der Prothese verbunden und dämpfen die Relativbewegungen.
Insgesamt stellt die Dämpfereinrichtung 10 bei Figur 8 ein
Kniegelenk zur Verfügung, das zur effektiven Dämpfung geeignet ist .
Die Figuren 9 und 10 zeigen stark schematisierte Ausführungsbeispiele eines Steuerungssystems der
Dämpfereinrichtung 10.
Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff Steuerung auch eine Regelung verstanden, sodass das
Steuerungssystem vorzugsweise auch zur Regelung geeignet und ausgebildet ist.
Als Beispiel sind hier nur drei verschaltete Drehdämpfer 1 als Aktoren gezeigt. Es können aber auch vier oder fünf oder auch 10 oder eine Vielzahl von angesteuerten Aktoren vorgesehen sein. Möglich ist aber auch, dass nur ein Aktor oder zwei Aktoren vorgesehen sind.
Die Dämpfer 1 sind hier mit einer Recheneinheit 201
wirkverbunden. Die Recheneinheit 201 empfängt für jeweils einen Dämpfer 1 wenigstens ein Aktorsignal 204, welches wenigstens eine für wenigstens einen Zustand des Dämpfers 1 charakteristische Größe beschreibt. Beispielsweise umfasst ein Aktorsignal eine charakteristische Größe, die von dem Drehgeber 17 erfasst wird. Das Aktorsignal kann auch eine charakteristische Größe umfassen, die von wenigstens einem Momentensensor und/oder wenigstens einem Stromsensor erfasst wird. Möglich sind auch andere geeignete Sensorarten. Besonders bevorzugt berücksichtigt die Recheneinheit 201 eine Mehrzahl Aktorsignalen 204, die von unterschiedlichen Sensoren stammen.
Vorzugsweise berücksichtigt die Recheneinheit 201 auch wenigstens eine Systeminformation 203, welche wenigstens eine Systemgröße beschreibt. Die Systeminformation 203 umfasst beispielsweise Beschleunigungswerte der Trommel 101 und/oder des Trommelgehäuses 109 und/oder weitere Systemgrößen.
Anhand der bereitgestellten Aktorsignale 204 ermittelt die
Recheneinheit 201 für die Dämpfer 1 jeweils wenigstens eine Kenngröße für ein optimales Widerstandsmoment. Die Kenngrößen für die ermittelten Widerstandsmomente der Dämpfer 1 Aktors werden jeweils einer einem Dämpfer 1 zugeordneten Strom- /Drehmomentregelung 202 bereitgestellt.
Die Strom-/Drehmomentregelung 202 gibt in Abhängigkeit der bereitgestellten Widerstandsmomente für jeden Dämpfer 1 jeweils wenigstens eine Stellspannung 205 aus. Möglich sind auch
Stellsignale mit anderen und/oder zusätzlichen zur Steuerung der Dämpfer 1 geeigneten Größen als der Spannung. Anhand der
Stellspannung 205 wird der jeweilige Dämpfer 1 eingestellt.
Die in der Figur 9 gezeigte Steuerung ist als eine
Zentralsteuerung 200 ausgestaltet. Dabei umfasst die
Zentralsteuerung 200 die Recheneinheit 201 und die den jeweiligen Dämpfern 1 zugeordnete Strom-/Drehmomentregelung 202.
In einer hier nicht gezeigten Ausgestaltung kann die den
jeweiligen Dämpfern 1 zugeordnete Strom-/Drehmomentregelung 202 auch dezentral ausgebildet sein. Die Recheneinheit 201 bleibt dabei zentral. Dazu ist die Strom-/Drehmomentregelung 202 insbesondere separat und räumlich getrennt zur Recheneinheit 201 angeordnet .
In der Figur 10 ist eine Steuerung gezeigt, die als eine
dezentrale Steuerung 206 ausgestaltet ist. Dabei sind den
Dämpfern 1 jeweils wenigstens eine eigene Recheneinheit 201 und wenigstens eine eigene Strom-/Drehmomentregelung 202 zugeordnet. Es ist möglich, dass die einem Dämpfer 1 zugewiesene
Recheneinheit 201 sowie die Strom-/Drehmomentregelung 202 autonom agierend ausgebildet ist. Möglich ist aber auch eine
Ausgestaltung, bei welcher die dezentrale Steuerung 206 auch Systeminformationen 203 berücksichtigt.
Die Figur 11 zeigt eine als Trainingsgerät 300 bzw. Fitnessgerät ausgebildete Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen
Dämpfereinrichtung 10. Dabei ist das Trainingsgerät 300 als ein Ergometer bzw. Heimtrainer ausgebildet. Es umfasst ein
muskelkraftbetriebenes Betätigungselement 301, welches hier als eine Tretkurbeleinrichtung mit einer Pedale und einem Tretlager ausgebildet ist. Dabei ist die Bewegung des Betätigungselementes 301 durch den Drehdämpfer 1 dämpfbar.
Die Dämpfungseigenschaften des Drehdämpfers 1 können dabei auch während einer Umdrehung mehrfach angepasst werden. Insbesondere wird das zum Drehen des Betätigungselementes 301 benötigte Drehmoment angepasst. Zur Einstellung des Dämpfers 1 ist hier eine Steuereinrichtung 302 vorgesehen.
Bezugszeichenliste :
1 Drehdämpfer 32 Ende von 4
2 Komponente 33 Dauermagnet
3 Komponente 34 Abdeckung
3a Deckel 35 Hohlraum, Füllmasse
4 Schwenkwelle 36 Feldlinie
4a Mitnehmer 37 Lager
5 magnetorheologisches 38 Distanzhülse
Medium 60 Bedienpedal
6 Dämpfungsspalt 100 Vorrichtung
7 Magnetfeld112 Prothese
erzeugungseinrichtung 200 Zentralsteuerung
8 elektrische Spule 201 Recheneinheit
9 Achse 202 Strom-/Drehmomentregelung
10 Dämpfereinrichtung 203 Systeminformation
11 Dichtungseinrichtung 204 Aktorsignal
12 Innenkomponente 205 Stellspannung
13 Außenkomponente 206 dezentrale Steuerung
14 Verbindungsleitung 300 Trainingsgerät
15 Reservoir 301 Betätigungselement
16 axiale Länge 302 Steuereinrichtung
17 Drehgeber
18 Wicklung
19 Ende von 21, 22
20 Federeinrichtung
21 Arm
22 Arm
23 Arm
24 Pol
25 Pol
26 radiale Höhe von 6
27 Durchmesser von 6
28 Kammer
29 Trennelement
30 Gehäuse
31 Ende von 4

Claims

Ansprüche :
1. Drehdämpfer (1) zur Dämpfung einer Schwenkbewegung, umfassend zwei Komponenten (2, 3), wobei eine Komponente (2) eine Innenkomponente (12) und die andere Komponente (3) eine Außenkomponente (13) umfasst und wobei die Außenkomponente
(13) die Innenkomponente (12) wenigstens abschnittsweise radial umgibt, wobei zwischen den Komponenten (2, 3) ein radial nach innen von der Innenkomponente (12) und radial nach außen von der Außenkomponente (13) begrenzter und wenigstens teilweise mit einem magnetorheologischen Medium
(5) gefüllter ringförmiger und umlaufender Dämpfungsspalt (6) angeordnet ist, wobei der Dämpfungsspalt (6) einem Magnetfeld aussetzbar ist, um eine Schwenkbewegung zwischen den beiden gegeneinander verschwenkbaren Komponenten (2, 3) um eine Achse (4) zu dämpfen,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Mehrzahl an wenigstens teilweise radial
verlaufenden Armen (21, 22, 23) an wenigstens einer der Komponenten (2, 3) vorgesehen ist, und dass wenigstens ein Teil der Arme (21, 22) mit einer elektrischen Spule (8) mit wenigstens einer Wicklung (18) ausgerüstet ist, wobei sich die Wicklung (18) jeweils neben der Achse (4) und beabstandet von der Achse (4) erstreckt.
2. Drehdämpfer (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die beiden Komponenten (2, 3) relativ zueinander nur um einen begrenzten Schwenkwinkel verschwenkbar sind.
3. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Dämpfungsspalt (6) durch eine Kammer (28) gebildet wird, und wobei die Kammer (28) durch die beiden Komponenten (2, 3) und durch eine zwischen den beiden Komponenten (2, 3) angeordnete Dichtungseinrichtung (11) oder durch zwei zwischen den beiden Komponenten (2, 3) angeordnete
Dichtungseinrichtungen (11) abgedichtet ist.
4. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kammer (28) über der axialen Länge (16) radial zwischen der ersten Komponente (12) und der zweiten
Komponente (13) angeordnet ist.
5. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Dämpfungsspalt (6) eine radiale Höhe (16) kleiner als 2% eines Durchmessers (27) des Dämpfungsspalts (6) aufweist .
6. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Dämpfungsspalt (6) eine radiale Höhe (16) kleiner 1 mm oder kleiner 0,5 mm oder kleiner 0,3 mm aufweist.
7. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Dämpfungsspalt (6) ein Volumen kleiner 10 ml oder kleiner 5 ml oder kleiner 3 ml aufweist.
8. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Innenkomponente (12) die radial verlaufenden Arme (21, 22, 23) mit den daran angeordneten elektrischen Spulen (8) aufweist.
9. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Dämpfermoment in weniger als 20 ms um mindestens 30% des benötigten Arbeitsbereiches variiert werden kann.
10. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die elektrischen Spulen (8) über elektrische
Verbindungsleitungen (14) angeschlossen sind, die innerhalb oder außerhalb der Innenkomponente (12) nach außen geführt werden .
11. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei an den benachbarten Enden (19) benachbarter Arme (21, 22) wenigstens einer Komponente (2, 3) unterschiedliche Pole (24, 25) der Magnetfelderzeugungseinrichtungen (7) vorgesehen sind .
12. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenkomponente (13) Teil eines Gehäuse (30) ist, an dem die Innenkomponente (12) aufgenommen ist, wobei eine Schwenkwelle (4) der Innenkomponente (12) aus der
Außenkomponente (13) nach außen geführt ist.
13. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei an ein Ende (31) der Schwenkwelle (4) aus dem Gehäuse (30) herausgeführt ist und das andere Ende (32) der
Schwenkwelle (4) innerhalb des Gehäuses (30) endet.
14. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Federeinrichtung (20) vorgesehen ist, um eine Gegenkraft oder ein Gegenmoment aufzubauen, wenn eine
Auslenkung (13) der beiden Komponenten (2, 3) in wenigstens eine Richtung erfolgt.
15. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Mehrzahl an Dämpfungsspalten (6) vorgesehen ist, welche über dem Umfang der Komponente (2, 3) verteilt angeordnet sind.
16. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Dämpfungsspalt (6) mit wenigstens einem Reservoir (15) an magnetorheologischen Medium (5) verbunden ist.
17. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei wenigstens einer elektrischen Spule (8) ein Dauermagnet (33) zugeordnet ist.
18. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Länge (16) des Dämpfungsspalts (6) größer als sein Durchmesser (27) ist.
19. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das magnetorheologische Medium (6) eine Suspension von ferromagnetischen Partikeln in einem Medium (6) wie
beispielsweise Öl, Glykol oder Fett ist und/oder wobei das Medium (6) Stabilisatoren beinhaltet.
20. Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche für eine Autotür (40), ein Brems- oder Gaspedal, eine Prothese (60), ein Exoskelett, ein Fitnessgerät, ein Möbelstück, eine Bedienungs- bzw. Steuerhebel einen Haptikknopf oder ein Zweirad .
21. Vorrichtung (100) mit wenigstens einem Drehdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Linearbewegung durch eine Dämpfeinrichtung (10) mit Drehdämpfer gedämpft wird.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfkraft/das Dämpfmoment durch eine Dämpfeinrichtung (10) mit Drehdämpfer während einer einzelnen Betätigung adaptiv variierbar ist.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
ausgebildet als ein Trainingsgerät (300) zur kontrollierten Muskelbetätigung, umfassend wenigstens ein wenigstens teilweise muskelkraftbetriebenes Betätigungselement (301), wobei wenigstens eine Bewegung des Betätigungselementes (301) durch den Drehdämpfer (1) dämpfbar ist.
25. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
wenigstens eine Steuereinrichtung (302) vorgesehen und dazu geeignet und ausgebildet ist, wenigstens eine Kenngröße der Bewegung des Betätigungselements (301) zu registrieren und in Abhängigkeit der Kenngröße den Drehdämpfer (1) unter
Berücksichtigung wenigstens eines Parameters gezielt
einzustellen .
26. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die
Kenngröße eine Winkelstellung und/oder eine Bewegungsrichtung und/oder ein Bewegungsmoment und/oder eine Beschleunigung des Betätigungselementes beschreibt.
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