WO2020239300A1 - Magnetorheologische einrichtung - Google Patents

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WO2020239300A1
WO2020239300A1 PCT/EP2020/059534 EP2020059534W WO2020239300A1 WO 2020239300 A1 WO2020239300 A1 WO 2020239300A1 EP 2020059534 W EP2020059534 W EP 2020059534W WO 2020239300 A1 WO2020239300 A1 WO 2020239300A1
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WO
WIPO (PCT)
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magnetorheological
magnetic field
drive shaft
switching
designed
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/059534
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English (en)
French (fr)
Inventor
Xi Nowak
Pascal Zehnder
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2020239300A1 publication Critical patent/WO2020239300A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T10/00—Control or regulation for continuous braking making use of fluid or powdered medium, e.g. for use when descending a long slope
    • B60T10/02—Control or regulation for continuous braking making use of fluid or powdered medium, e.g. for use when descending a long slope with hydrodynamic brake
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D63/00—Brakes not otherwise provided for; Brakes combining more than one of the types of groups F16D49/00 - F16D61/00
    • F16D63/002—Brakes with direct electrical or electro-magnetic actuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D37/00—Clutches in which the drive is transmitted through a medium consisting of small particles, e.g. centrifugally speed-responsive
    • F16D2037/007—Clutches in which the drive is transmitted through a medium consisting of small particles, e.g. centrifugally speed-responsive characterised by multiple substantially radial gaps in which the fluid or medium consisting of small particles is arranged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2121/00—Type of actuator operation force
    • F16D2121/18—Electric or magnetic
    • F16D2121/28—Electric or magnetic using electrostrictive or magnetostrictive elements, e.g. piezoelectric elements

Definitions

  • the invention relates to a magnetorheological device, in particular a motor vehicle, with a housing, with at least one first element, which is arranged in an interior of the housing, the first element being arranged coaxially to a rotatably mounted drive shaft and rotatable with the drive shaft, with a second element that the first element
  • Intermediate space can be or is filled with a magnetorheological fluid, and with a magnetic field generating unit which is designed to generate at least one magnetic field which influences a viscosity of the magnetorheological fluid present in the intermediate space.
  • a magnetorheological device of the type mentioned is known, for example, from US Pat. No. 7,490,707 B2. This disclosed a magnetorheological device known as magnetorheological
  • Coupling device is formed.
  • the device has a housing, in the interior of which a first element is arranged coaxially to a rotatably mounted drive shaft and is rotatable with the drive shaft.
  • the first element is connected to the drive shaft for this purpose, for example by threaded bolts.
  • the first element is therefore a rotor.
  • a second element is the first element in the interior of the housing
  • the second element is also a rotor.
  • the first element and the second element are spaced apart so that between the first element and the second element a
  • the gap is with one
  • magnetorheological fluid filled A magnetorheological fluid is to be understood as meaning a fluid whose viscosity changes under the influence of a
  • Magnetic field changed.
  • it is the
  • the previously known magnetorheological device has a
  • Magnetic field generating unit which is designed to generate a magnetic field, the viscosity of the existing in the space
  • the magnetic field generating unit generates a magnetic field that increases the viscosity of the magnetorheological fluid.
  • the magnetorheological device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a residual torque acting in a retarding manner on the drive shaft is lower compared with previously known magnetorheological devices.
  • the residual torque is to be understood as the torque that has a decelerating effect on the drive shaft when no magnetic field is generated by the magnetic field generation unit.
  • the residual torque arises in particular from the fact that magnetorheological fluid that is in contact with the first element connected in a rotationally fixed manner to the drive shaft, even when no magnetic field is generated by the magnetic field generating unit, has a viscosity that is sufficient to delay the first element Provide element or the drive shaft acting torque.
  • the magnetorheological device has a controllable clutch device, wherein the first element is non-rotatably connected to the drive shaft in a first shift position of the clutch device and in a second shift position the
  • Coupling device is rotatable relative to the drive shaft. Will be in the When a magnetic field is generated in the first switching position by the magnetic field generating unit, the viscosity of the fluid present in the gap is increased and a torque can be transmitted through the fluid from the second element to the drive shaft or through the fluid from the drive shaft to the second element. Will not be in the first switch position
  • the drive shaft In the second switching position, the drive shaft can be rotated relative to the first element. In the second switching position, the drive shaft is accordingly not braked by magnetorheological fluid in contact with the first element.
  • the first element is preferably a disk-shaped first element or a brake disk.
  • a first element designed in this way has a large surface and can accordingly transmit high torques.
  • the second element is preferably a stator arranged in a rotationally fixed manner on the housing.
  • the stator is preferably integrated into the housing.
  • the magnetorheological device is then designed as a magnetorheological braking device.
  • the second element is preferably a rotor which is arranged in a rotationally fixed manner on an output shaft.
  • magnetorheological device is then a
  • Coupling device a hollow shaft connected to the first element and an axially displaceable, non-rotatably coupled to the drive shaft
  • the hollow shaft and the switching element can be connected to one another by axially displacing the switching element.
  • the term axial refers to an axis of rotation of the drive shaft.
  • the first element can be connected to the drive shaft in a stable manner by means of the switching element.
  • the hollow shaft is to be understood as a shaft which is arranged coaxially to the drive shaft and which is passed through by the drive shaft.
  • the drive shaft preferably has, at least in sections, a External toothing which meshes with an internal toothing of the switching element for the rotationally fixed coupling of the drive shaft with the switching element.
  • the hollow shaft and the switching element are through axial
  • Moving the switching element can be positively connected to one another.
  • the hollow shaft and the switching element can be non-positively connected to one another by axially displacing the switching element.
  • the shifting element designed as a shifting sleeve can preferably be connected directly and / or indirectly, in particular by a synchronizer ring, to the hollow shaft.
  • Switching position can be adapted to a rotational speed of the shift sleeve or the drive shaft with little wear.
  • the shift sleeve has the synchronizer ring.
  • the hollow shaft has the synchronizer ring or the synchronizer ring is a separate component formed separately from the hollow shaft and the shift sleeve.
  • the shift sleeve can be connected directly, namely positively, and indirectly, namely through the synchronizer ring, to the hollow shaft.
  • the shift sleeve When switching from the second switching position to the first switching position, the shift sleeve is first connected to the hollow shaft with a force fit by the synchronizer ring, so that the rotational speed of the hollow shaft is adapted to the rotational speed of the shift sleeve. Following this, when the rotational speeds are adjusted, the shift sleeve
  • the magnetorheological device preferably has a spring device which is designed to provide a spring force by which the clutch device is pretensioned into the first switching position.
  • the spring device provides the spring force in such a way that the spring force acts axially on the shift sleeve or the shift element. This has the advantage that in the event of an error the
  • the coupling device so if the coupling device is not through Activation is switchable, the first switching position remains set and a torque can still be transmitted by the magnetorheological fluid from the second element to the drive shaft or from the drive shaft to the second element.
  • the invention is characterized in addition or as an alternative to the characterizing features of claim 1 in that an outside of the housing has at least one cooling rib, preferably a plurality of cooling ribs. This has the advantage that heat that is generated during operation of the magnetorheological device can be dissipated through the cooling fins. So it becomes passive cooling for that
  • cooling fins cause a lower additional weight of the magnetorheological device compared with an active cooling of the magnetorheological device.
  • the cooling fins have a curved course, so that air which flows through a gap between two adjacent cooling fins is deflected by the cooling fins.
  • the cooling fins are preferably designed in such a way that the gap - in relation to the magnetorheological device mounted on the motor vehicle - runs at least essentially horizontally in a front area of the outside of the housing so that air can easily flow into the gap, and then continue to run curved in such a way that the air is deflected upwards by the cooling fins.
  • the deflected air flowing through the gap creates a contact pressure of the
  • air heated by the cooling fins can also flow through the curved shape of the cooling fins when the
  • the invention is characterized in addition or as an alternative to the characterizing features of claim 1 in that the magnetic field generating unit has at least a first magnetic field generator and a second magnetic field generator, each of which is designed to generate a magnetic field that has a viscosity of the in affects the interspace existing magnetorheological fluid.
  • the magnetic field generating unit is accordingly designed redundantly.
  • a magnetic field can still be generated by the second magnetic field generator.
  • the magnetorheological device preferably has a switching device, the magnetic field generator in a first switching state
  • Switching device connected in series and electrically and / or mechanically separated from one another in a second switching state of the switching device. In the first switching state it is connected in series
  • Magnetic field generator a particularly strong magnetic field to increase the viscosity of the magnetorheological fluid can be generated.
  • the electrical and / or mechanical separation of the magnetic field generator preferably relates to a configuration of a switch of the switching device.
  • the switching device has, for example, a semiconductor switch.
  • the switching device has a switch which has a switch element that can be mechanically displaced to separate the magnetic field generator.
  • At least one of the voltage supply devices preferably has at least one electrical energy store, for example a battery.
  • At least one of the voltage supply devices preferably has a supercapacitor or is designed as a supercapacitor.
  • the supercapacitor is preferably designed in such a way that the amount of energy that can be or stored in the supercapacitor is sufficient to power the vehicle by means of what is considered to be magnetorheological
  • the invention is additionally or as an alternative to the characterizing features of claim 1 characterized in that the magnetorheological device has at least two first elements which are connected to one another in a rotationally fixed manner and axially spaced from one another, the second element being radially between the first Elements engages. Opposing surfaces of the second element and the first elements are then particularly large, so that high torques from the second element to the drive shaft or from the
  • Drive shaft can be transferred to the second element.
  • the first elements differ with regard to their radial extension.
  • the magnetorheological device is based on the available installation space, for example on the geometry of an inner rim diameter of a rim
  • the housing is the
  • magnetorheological device magnetically conductive.
  • a magnetic saturation can be improved by providing first elements which differ in terms of their radial extension.
  • a first end face of the second element opposite a first of the first elements has at least one receiving recess fluidly connected to the intermediate space, wherein a magnetic field generating device is arranged in the receiving recess, which is designed to generate a magnetic field through the magnetorheological fluid present in the space is at least partially displaced into the receiving recess.
  • the magnetorheological fluid can thus be at least partially removed from the intermediate space.
  • the second element has a second of the first and which faces away from the first end face Has elements opposite second end face, the first
  • the end face and the second end face each have at least one receiving recess which is fluidically connected to the intermediate space and in each of which a magnetic field generating device is arranged.
  • the contact area between the magnetorheological fluid and the first of the first elements and the contact area between the magnetorheological fluid and the second of the first elements can then be reduced by the receiving recesses or the magnetic field generating devices, so that the residual torque is further reduced.
  • the receiving recess of the first end face and the receiving recess of the second end face are in the axial extension of the
  • Magnetorheological device seen in alignment or radially offset from one another.
  • the axial extent of the magnetorheological device is to be understood as the extent that runs parallel to the axis of rotation of the drive shaft. If the receiving recesses are radially offset from one another, this results in the advantage that an axial distance between the first end face and the second end face can be reduced compared with the aligned receiving recesses.
  • the second element can then be designed to save overall space. In particular, they are
  • Receiving recesses offset radially in such a way that a point on the second end face which is axially aligned with a center point of a receiving recess in the first end face is free of receiving recesses.
  • the invention is characterized as an alternative or in addition to the characterizing features of claim 1 in that the magnetorheological device has a control device which is designed to measure a temperature of the magnetorheological fluid and / or a strength of a generated by the magnetic field generating unit To monitor the magnetic field and depending on the temperature and / or the strength to provide a control command to a Limit the maximum speed of the motor vehicle. If, for example, the control device detects an impermissibly high temperature or an impermissibly low strength, it can be assumed that the magnetorheological device designed as a braking device can only provide a reduced torque or braking torque.
  • the control device is preferably designed to determine, as a function of the temperature, in particular as a function of an integral of a profile of the temperature, whether a maximum service life of the
  • control device determines that the maximum service life has been exceeded, the control device preferably provides the control command to allow the
  • control device provides a warning, for example to inform a driver of the motor vehicle that an exchange of the magnetorheological fluid is necessary.
  • Figure 1 is a sectional view of a magnetorheological device according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a sectional illustration of the magnetorheological device according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a sectional illustration of the magnetorheological device according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a sectional illustration of the magnetorheological device according to a fourth exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a detailed view of the magnetorheological device according to a fifth exemplary embodiment
  • Figure 6 is a sectional view of a housing
  • Figure 7 is a side view of the housing.
  • Figure 1 shows a sectional view of a magnetorheological device 1.
  • the device 1 is part of a motor vehicle, not shown.
  • the device 1 has a housing 2 which is coupled to a body of the motor vehicle.
  • the device 1 has at least one first element 3 or a brake disk 3, which is arranged in an interior 4 of the housing 2, which is sealed off from an exterior of the housing 2, and coaxially with a rotatably mounted drive shaft 5.
  • the drive shaft 5 is a shaft connected non-rotatably to a wheel of the motor vehicle (not shown), that is to say a wheel drive shaft 5.
  • the device 1 also has a coupling device 7. In a first switching position of the clutch device 7, the first elements 3 are connected to the drive shaft 5 in a rotationally fixed manner.
  • Figure 1 is the
  • Coupling device 7 shown in a second switching position. In the second switching position of the clutch device 7, the first elements 3 can be rotated relative to the drive shaft 5.
  • the coupling device 7 has a hollow shaft 8 through which
  • the hollow shaft 8 is non-rotatably connected to the first elements 3, so that the hollow shaft 8 is also non-rotatably connected to the drive shaft 5 in the first switching position of the coupling device 7 and can be rotated relative to the drive shaft 5 in the second switching position of the coupling device 7.
  • the clutch device 7 also has a switching element 9 which is connected to the drive shaft 5 in an axially displaceable and rotationally fixed manner.
  • the shifting element 9 is a shifting sleeve 9, which has an internal toothing that is connected to an external toothing 34 of the Drive shaft 5 meshes.
  • the clutch device 7 has a synchronizer ring 10, which in the present case is designed separately from the hollow shaft 8 and the shift element 9.
  • the shift element 9 is displaced axially in the direction of the hollow shaft 8 by an actuator (not shown).
  • the switching element 9 is first pressed against the synchronizer ring 10 and coupled to the hollow shaft 8 in a force-locking manner by the synchronizer ring 10, whereby a rotational speed of the hollow shaft 8 or the first elements 3 to a
  • Rotational speed of the switching element 9 or the drive shaft 5 is adjusted. If the rotational speed of the hollow shaft 8 has been adjusted, the switching element 9 is shifted further axially in the direction of the hollow shaft 8 and thereby connected to the hollow shaft 8 in a form-fitting manner.
  • the magnetorheological device 1 also has at least one second element 11, which is arranged opposite the first element 3 in the interior space 4.
  • magnetorheological fluid 22 is filled.
  • the magnetorheological device 1 also has a
  • Magnetic field generation unit 13 which is designed to generate at least one magnetic field which influences a viscosity of the magnetorheological fluid 22 present in the interspace 12. For example, the magnetic field generating unit 13 generates a magnetic field by which the viscosity of the magnetorheological fluid is increased.
  • the second elements 11 are each a stator 11 connected to the housing 2.
  • the drive shaft 5 is accordingly through the magnetorheological fluid 22 of the housing 2 or the second elements 11 decelerating torque can be transmitted to the drive shaft 5.
  • the magnetorheological device 1 is accordingly a magnetorheological braking device 1.
  • the magnetic field generation unit 13 has a first magnetic field generator 14 and a second magnetic field generator 15.
  • the magnetic field generators 14 and 15 are a first coil 14 and a second coil 15.
  • the magnetorheological device 1 also has a switching device 16, which cannot be seen in FIG. 1, which has at least one switch. In a first switching state of the switching device 16 are
  • Magnetic field generator 14 and 15 electrically connected to one another.
  • the magnetic field generators 14 and 15 are then electrically connected in series.
  • the magnetic field generators 14 and 15 are designed to jointly generate a magnetic field.
  • the magnetic field generators 14 and 15 are electrically and / or mechanically separated from one another. In this switching state, the
  • Magnetic field generators 14 and 15 designed to each generate a magnetic field by which the viscosity of the magnetorheological fluid is influenced. If one of the magnetic field generators 14 and 15 has a malfunction, then in the second switching state of the switching device 16, the then other magnetic field generator 14 or 15 can still generate a magnetic field through which the viscosity of the magnetorheological fluid 22 can be increased by the drive shaft 5 to generate retarding torque.
  • different voltage supply devices 17 and 18 are assigned to the magnetic field generators 14 and 15.
  • the voltage supply devices 17 or 18 are designed to apply an electrical voltage to the magnetic field generator 14 or 15, so that a magnetic field is generated by the magnetic field generator 14 or 15. In the present case it is the
  • the supercapacitor 18 is designed in such a way that the amount of energy storable or stored in the supercapacitor 18 is sufficient to use it Amount of energy to delay the motor vehicle to a standstill.
  • the voltage supply device 18 is, for example, a battery.
  • the magnetic field generators 14 and 15 are arranged axially one behind the other in the magnetorheological device 1. Alternatively, are
  • a magnetically non-affected component 19 is arranged between the magnetic field generating unit 13 and the first elements 3.
  • this component 19 has a copper material.
  • Magnetic field generating unit 13 achieved magnetic fields generated.
  • Magnetic field lines then preferably run between the component 19 and the drive shaft 5 essentially parallel to the axis of rotation 6.
  • FIG. 2 shows a sectional illustration of the magnetorheological device 1 according to a second exemplary embodiment.
  • the first elements 3 are connected directly to the drive shaft 3.
  • the one shown in FIG. 2 shows a sectional illustration of the magnetorheological device 1 according to a second exemplary embodiment.
  • the first elements 3 are connected directly to the drive shaft 3.
  • the magnetorheological device 1 has a coupling device 7 designed as described above.
  • the second elements 11 each have a plurality of receiving recesses 20 that are fluidically connected to the intermediate space 12.
  • the second elements 11 each have a plurality of receiving recesses 20 that are fluidically connected to the intermediate space 12.
  • a magnetic field generating device 21, in this case a coil 21, is arranged in each case, which is designed to generate a magnetic field through which the magnetorheological fluid 22 present in the intermediate space 12 at least partially enters the
  • Receiving recesses 20 is relocated.
  • the second elements 11 each have a first end face 23 and a second end face 24 facing away from the first end face 23.
  • An end face is to be understood as a side oriented perpendicular to the axis of rotation 6. As can be seen from Figure 2, both have the first end faces
  • Receiving recesses 20 are formed in the first end faces 23 and the second end faces 24 in such a way that a receiving recess 20 of the first end face 23 of one of the second elements 11 each with a receiving recess 20 of the second end face
  • magnetorheological device 1 is seen aligned.
  • the magnetorheological device 1 also has a
  • the permanent magnet 25 is also designed to provide a magnetic field which influences the viscosity of the magnetorheological fluid 22.
  • the permanent magnet 25 achieves, for example, that a torque acting deceleratingly on the drive shaft 5 can also be provided when the motor vehicle or is connected to the magnetic field generating unit 13
  • Permanent magnet 25 therefore provides a parking brake function for the
  • magnetorheological device 1 ready.
  • FIG. 3 shows a sectional illustration of the magnetorheological device 1 according to a third exemplary embodiment.
  • the first elements 3 are also connected directly to the drive shaft 5.
  • the magnetorheological device 1 shown in FIG. 3 also has one as described above
  • the magnetorheological device 1 shown in FIG. 3 differs from the magnetorheological device 1 shown in FIG. 2 in that the first elements 3 differ in terms of their radial extension
  • the magnetic field generating unit 13 and optionally Existing components 19 extend parallel to the axis of rotation 6 of the drive shaft 5.
  • FIG. 4 shows a sectional illustration of the magnetorheological device 1 according to a fourth exemplary embodiment.
  • the first elements 3 are also connected directly to the drive shaft 5.
  • the magnetorheological device 1 shown in FIG. 4 also has one as described above
  • the magnetorheological device 1 shown in FIG. 4 differs from the magnetorheological device 1 shown in FIG. 3 in that the magnetic field generating unit 13 and the optional component 19 are adapted in shape to the first elements 3, which differ in terms of their radial extent.
  • the magnetic field generating unit 13 and the component 19 extend at least in sections at an angle with respect to the
  • FIG. 5 shows a detailed view of the magnetorheological device 1 according to a fifth exemplary embodiment. An alternative is shown in FIG. 5
  • the receiving recesses 20 are formed in the first end faces 23 and the second end faces 24 that the
  • Receiving recesses 20 of the first end face 23 of one of the second elements 11 are each radially offset from the receiving recesses 20 of the second end face 24 of the same second element 11, seen in the axial extension of the magnetorheological device 1. This results in the advantage that, compared with the aligned arrangement of the receiving recesses 20, an axial extension of the second element 11 can be reduced.
  • FIG. 6 shows a sectional illustration of the housing 2 of one of the magnetorheological devices 1 described above.
  • An outer side 26 of the housing 2 is formed by a jacket surface 27 and two end faces 28, 29.
  • the end faces 28, 29 extend - in the properly assembled state of the magnetorheological device 1 - perpendicular to the Axis of rotation 6 of drive shaft 5.
  • End faces 28, 29 each have a large number of cooling ribs 30.
  • a gap 31 separating the cooling fins 30 from one another is present between two adjacent cooling fins 30.
  • the jacket surface 27 also has a plurality of cooling ribs 34. In the operation of the motor vehicle, so if that
  • FIG. 7 shows a side view of the end face 28 of the housing 2. As can be seen from FIG. 7, the cooling fins 30 of the end face 28 are curved
  • the cooling fins 30 are designed or curved in such a way that air flowing essentially horizontally into the gap 31 is deflected upwards by the cooling fins 30 as the gap 31 continues.
  • An entry direction of the air represented by the arrow 32 accordingly encloses an angle to an exit direction of the air represented by the arrow 33.
  • the contact pressure of the motor vehicle is increased, thereby increasing driving dynamics and traction of the motor vehicle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine magnetorheologische Einrichtung (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse (2), mit zumindest einem ersten insbesondere scheibenförmigen Element (3), das in einem Innenraum (4) des Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei das erste Element (3) koaxial zu einer drehbar gelagerten Antriebswelle (5) angeordnet und mit der Antriebswelle (5) mitdrehbar ist, mit zumindest einem zweiten Element (11), das dem ersten Element (3) gegenüberliegend in dem Innenraum (4) angeordnet ist, mit einem Zwischenraum (12) zwischen dem ersten Element (3) und dem zweiten Element (11), wobei der Zwischenraum (12) mit einem magnetorheologischen Fluid (22) befüllbar oder befüllt ist, und mit einer Magnetfelderzeugungseinheit (13), die dazu ausgebildet ist, zumindest ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Viskosität des in dem Zwischenraum (12) vorhandenen magnetorheologischen Fluids (22) beeinflusst. Es ist vorgesehen, dass die magnetorheologische Einrichtung (1) eine ansteuerbare Kupplungseinrichtung (7) aufweist, wobei das erste Element (3) in einer ersten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung (7) drehfest mit der Antriebswelle (5) verbunden und in einer zweiten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung (7) relativ zu der Antriebswelle (5) verdrehbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Magnetorheologische Einrichtung
Die Erfindung betrifft eine magnetorheologische Einrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse, mit zumindest einem ersten Element, das in einem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist, wobei das erste Element koaxial zu einer drehbar gelagerten Antriebswelle angeordnet und mit der Antriebswelle mitdrehbar ist, mit einem zweiten Element, das dem ersten Element
gegenüberliegend in dem Innenraum angeordnet ist, mit einem Zwischenraum zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element, wobei der
Zwischenraum mit einem magnetorheologischen Fluid befüllbar oder befüllt ist, und mit einer Magnetfelderzeugungseinheit, die dazu ausgebildet ist, zumindest ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Viskosität des in dem Zwischenraum vorhandenen magnetorheologischen Fluids beeinflusst.
Stand der Technik
Eine magnetorheologische Einrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der Patentschrift US 7,490,707 B2 bekannt. Diese offenbarte eine magnetorheologische Einrichtung, die als magnetorheologische
Kupplungseinrichtung ausgebildet ist. Die Einrichtung weist ein Gehäuse auf, in dessen Innenraum ein erstes Element koaxial zu einer drehbar gelagerten Antriebswelle angeordnet und mit der Antriebswelle mitdrehbar ist. Gemäß der vorbekannten magnetorheologischen Einrichtung ist das erste Element hierzu beispielsweise durch Gewindebolzen mit der Antriebswelle verbunden. Bei dem ersten Element handelt es sich demnach um einen Rotor. Außerdem ist in dem Innenraum des Gehäuses ein zweites Element dem ersten Element
gegenüberliegend angeordnet. Bei dem zweiten Element handelt es sich gemäß der vorbekannten magnetorheologischen Einrichtung ebenfalls um einen Rotor. Das erste Element und das zweite Element sind voneinander beabstandet, sodass zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ein
Zwischenraum vorhanden ist. Der Zwischenraum ist mit einem
magnetorheologischen Fluid befüllt. Unter einem magnetorheologischen Fluid ist dabei ein Fluid zu verstehen, dessen Viskosität sich unter Einfluss eines
Magnetfelds verändert. Beispielsweise handelt es sich bei dem
magnetorheologischen Fluid um eine Suspension von magnetisch
polarisierbaren Partikeln, die in einer Trägerflüssigkeit fein verteilt sind. Letztlich weist die vorbekannte magnetorheologische Einrichtung eine
Magnetfelderzeugungseinheit auf, die dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, das die Viskosität des in dem Zwischenraum vorhandenen
magnetorheologischen Fluids beeinflusst. Soll beispielsweise das erste Element mit dem als Rotor ausgebildeten zweiten Element gekoppelt werden, um ein Drehmoment von dem ersten Element auf das zweite Element zu übertragen, so wird durch die Magnetfelderzeugungseinheit ein Magnetfeld erzeugt, durch das die Viskosität des magnetorheologischen Fluids gesteigert wird.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße magnetorheologische Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein verzögernd auf die Antriebswelle wirkendes Restmoment verglichen mit vorbekannten magnetorheologischen Einrichtungen geringer ist. Unter dem Restmoment ist dabei das Moment zu verstehen, das verzögernd auf die Antriebswelle einwirkt, wenn durch die Magnetfelderzeugungseinheit kein Magnetfeld erzeugt wird. Das Restmoment kommt insbesondere dadurch zustande, dass magnetorheologisches Fluid, das mit dem drehfest mit der Antriebswelle verbundenen ersten Element in Kontakt steht, auch dann, wenn kein Magnetfeld durch die Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird, eine Viskosität aufweist, die ausreicht, um ein verzögernd auf das erste Element beziehungsweise die Antriebswelle wirkendes Moment bereitzustellen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die magnetorheologische Einrichtung eine ansteuerbare Kupplungseinrichtung aufweist, wobei das erste Element in einer ersten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung drehfest mit der Antriebswelle verbunden und in einer zweiten Schaltstellung der
Kupplungseinrichtung relativ zu der Antriebswelle verdrehbar ist. Wird in der ersten Schaltstellung durch die Magnetfelderzeugungseinheit ein Magnetfeld erzeugt, so wird die Viskosität des in dem Zwischenraum vorhandenen Fluids gesteigert und es ist ein Drehmoment durch das Fluid von dem zweiten Element auf die Antriebswelle beziehungsweise durch das Fluid von der Antriebswelle auf das zweite Element übertragbar. Wird in der ersten Schaltstellung kein
Magnetfeld durch die Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt, so wirkt auf die sich drehende Antriebswelle dennoch ein die Antriebswelle verzögerndes
Restmoment, weil das drehfest mit der Antriebswelle verbundene erste Element in Berührkontakt mit dem magnetorheologischen Fluid steht und durch das magnetorheologische Fluid hindurchgedreht wird. In der zweiten Schaltstellung ist die Antriebswelle relativ zu dem ersten Element verdrehbar. Die Antriebswelle wird in der zweiten Schaltstellung demnach nicht durch mit dem ersten Element in Berührkontakt stehendes magnetorheologisches Fluid gebremst.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Element um ein scheibenförmiges erstes Element beziehungsweise eine Bremsscheibe. Ein derartig ausgebildetes erstes Element weist eine große Oberfläche auf und kann demnach hohe Drehmomente übertragen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem zweiten Element um einen drehfest an dem Gehäuse angeordneten Stator.
Vorzugsweise ist der Stator in das Gehäuse integriert. Die magnetorheologische Einrichtung ist dann als magnetorheologische Bremseinrichtung ausgebildet. Alternativ dazu handelt es sich bei dem zweiten Element vorzugsweise um einen Rotor, der drehfest auf einer Abtriebswelle angeordnet ist. Bei der
magnetorheologischen Einrichtung handelt es sich dann um eine
magnetorheologische Kupplungsvorrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die
Kupplungseinrichtung eine mit dem ersten Element verbundene Hohlwelle und ein axial verschiebbares, drehfest mit der Antriebswelle gekoppeltes
Schaltelement aufweist, wobei die Hohlwelle und das Schaltelement durch axiales Verschieben des Schaltelementes miteinander verbindbar sind. Der Begriff axial bezieht sich dabei auf eine Rotationsachse der Antriebswelle. Durch das Schaltelement ist das erste Element stabil mit der Antriebswelle drehfest verbindbar. Unter der Hohlwelle ist dabei eine Welle zu verstehen, die koaxial zu der Antriebswelle angeordnet ist und die durch die Antriebswelle durchfasst wird. Vorzugsweise weist die Antriebswelle zumindest abschnittsweise eine Außenverzahnung auf, die mit einer Innenverzahnung des Schaltelements zur drehfesten Kopplung der Antriebswelle mit dem Schaltelement kämmt.
Vorzugsweise sind die Hohlwelle und das Schaltelement durch axiales
Verschieben des Schaltelements formschlüssig miteinander verbindbar.
Alternativ oder zusätzlich sind die Hohlwelle und das Schaltelement durch axiales Verschieben des Schaltelementes kraftschlüssig miteinander verbindbar.
Vorzugsweise ist das als Schaltmuffe ausgebildete Schaltelement direkt und/oder indirekt, insbesondere durch einen Synchronring, mit der Hohlwelle verbindbar.
Ist die Schaltmuffe direkt mit der Hohlwelle verbindbar, so ergibt sich daraus eine besonders robuste Verbindung zwischen der Schaltmuffe und der Hohlwelle. Durch das Vorsehen des Synchronrings beziehungsweise die indirekte
Verbindung ergibt sich der Vorteil, dass eine Drehgeschwindigkeit der Hohlwelle beim Einstellen der ersten Schaltstellung ausgehend von der zweiten
Schaltstellung verschleißarm an eine Drehgeschwindigkeit der Schaltmuffe beziehungsweise der Antriebswelle anpassbar ist. Insbesondere weist die Schaltmuffe den Synchronring auf. Alternativ dazu weist die Hohlwelle den Synchronring auf oder es handelt es sich bei dem Synchronring um ein separates, getrennt von der Hohlwelle und der Schaltmuffe ausgebildetes Bauteil. Besonders bevorzugt ist die Schaltmuffe direkt, nämlich formschlüssig, und indirekt, nämlich durch den Synchronring, mit der Hohlwelle verbindbar.
Beim Umschalten von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung wird die Schaltmuffe dann zunächst durch den Synchronring kraftschlüssig mit der Hohlwelle verbunden, sodass die Drehgeschwindigkeit der Hohlwelle an die Drehgeschwindigkeit der Schaltmuffe angepasst wird. Im Anschluss daran, wenn also die Drehgeschwindigkeiten angepasst sind, wird die Schaltmuffe
formschlüssig direkt mit der Hohlwelle verbunden.
Vorzugsweise weist die magnetorheologische Einrichtung eine Federeinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, eine Federkraft bereitzustellen, durch die die Kupplungseinrichtung in die erste Schaltstellung vorgespannt wird.
Beispielsweise stellt die Federeinrichtung die Federkraft derart bereit, dass die Federkraft auf die Schaltmuffe beziehungsweise das Schaltelement axial einwirkt. Es ergibt sich daraus der Vorteil, dass im Fehlerfall der
Kupplungseinrichtung, wenn also die Kupplungseinrichtung nicht durch Ansteuern schaltbar ist, die erste Schaltstellung eingestellt bleibt und weiterhin ein Drehmoment durch das magnetorheologische Fluid von dem zweiten Element auf die Antriebswelle beziehungsweise von der Antriebswelle auf das zweite Element übertragbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die Erfindung zusätzlich oder alternativ zu den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 dadurch aus, dass eine Außenseite des Gehäuses zumindest eine Kühlrippe, vorzugsweise mehrere Kühlrippen, aufweist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass Wärme, die im Betrieb der magnetorheologischen Einrichtung entsteht, durch die Kühlrippen abführbar ist. Es wird also eine passive Kühlung für die
magnetorheologische Einrichtung bereitgestellt, wobei die Kühlrippen verglichen mit einer aktiven Kühlung der magnetorheologischen Einrichtung ein geringeres zusätzliches Gewicht der magnetorheologischen Einrichtung bewirken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kühlrippen einen gekrümmten Verlauf aufweisen, sodass Luft, die einen zwischen zwei benachbarten Kühlrippen vorhandenen Spalt durchströmt, durch die Kühlrippen umgelenkt wird. Vorzugsweise sind die Kühlrippen derart ausgebildet, dass der Spalt - bezogen auf die an dem Kraftfahrzeug montierte magnetorheologische Einrichtung - in einem vorderen Bereich der Außenseite des Gehäuses zumindest im Wesentlichen horizontal verläuft, sodass Luft leicht in den Spalt einströmen kann, und sind dann im weiteren Verlauf derart gekrümmt, dass die Luft durch die Kühlrippen nach oben umgelenkt wird. Hierdurch wird durch die den Spalt durchströmende, umgelenkte Luft ein Anpressdurck des
Kraftfahrzeugs gesteigert. Hierdurch werden Fahreigenschaften des
Kraftfahrzeugs verbessert. Außerdem kann durch die Kühlrippen erwärmte Luft durch den gekrümmten Verlauf der Kühlrippen auch im Stillstand des
Kraftfahrzeugs einfach nach oben aus dem Spalt entweichen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die Erfindung zusätzlich oder alternativ zu den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch aus, dass die Magnetfelderzeugungseinheit zumindest einen ersten Magnetfelderzeuger und einen zweiten Magnetfelderzeuger aufweist, die jeweils dazu ausgebildet sind, ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Viskosität des in dem Zwischenraum vorhandenen magnetorheologischen Fluids beeinflusst. Die Magnetfelderzeugungseinheit ist demnach redundant ausgebildet.
Beispielsweise ist auch bei Ausfall des ersten Magnetfelderzeugers dann noch ein Magnetfeld durch den zweiten Magnetfelderzeuger erzeugbar.
Vorzugsweise weist die magnetorheologische Einrichtung eine Schalteinrichtung auf, wobei die Magnetfelderzeuger in einem ersten Schaltzustand der
Schalteinrichtung in Reihe geschaltet und in einem zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung elektrisch und/oder mechanisch voneinander getrennt sind. In dem ersten Schaltzustand ist durch die in Reihe geschalteten
Magnetfelderzeuger ein besonders starkes Magnetfeld zur Erhöhung der Viskosität des magnetorheologischen Fluids erzeugbar. In dem zweiten
Schaltzustand ist auch bei Ausfall eines der Magnetfelderzeuger durch den dann anderen Magnetfelderzeuger noch ein Magnetfeld zum Erhöhen der Viskosität des magnetorheologischen Fluids erzeugbar. Die elektrische und/oder mechanische Trennung der Magnetfelderzeuger bezieht sich dabei vorzugsweise auf eine Ausgestaltung eines Schalters der Schalteinrichtung. Zum elektrischen Trennen der Magnetfelderzeuger weist die Schalteinrichtung beispielsweise einen Halbleiterschalter auf. Zum mechanischen Trennen der
Magnetfelderzeuger weist die Schalteinrichtung einen Schalter auf, der ein zum Trennen der Magnetfelderzeuger mechanisch verlagerbares Schalterelement aufweist.
Vorzugsweise sind den Magnetfelderzeugern jeweils unterschiedliche
Spannungsbereitstellungseinrichtungen zugeordnet. Auch dadurch wird eine Redundanz der magnetorheologischen Einrichtung bereitgestellt. Vorzugsweise weist zumindest eine der Spannungsbereitstellungseinrichtungen zumindest einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie, auf.
Vorzugsweise weist zumindest eine der Spannungsbereitstellungseinrichtungen einen Superkondensator auf beziehungsweise ist als Superkondensator ausgebildet. Vorzugsweise ist der Superkondensator derart ausgebildet, dass die in dem Superkondensator speicherbare oder gespeicherte Energiemenge ausreicht, um das Fahrzeug mittels der als magnetorheologische
Bremseinrichtung ausgebildeten magnetorheologischen Einrichtung in den Stillstand zu verzögern. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die Erfindung zusätzlich oder alternativ zu den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch aus, dass die magnetorheologische Einrichtung zumindest zwei erste Elemente aufweist, die drehfest miteinander verbunden und axial beabstandet zueinander sind, wobei das zweite Element radial zwischen die ersten Elemente eingreift. Sich gegenüberliegende Oberflächen des zweiten Elementes und der ersten Elemente sind dann besonders groß, sodass hohe Drehmomente von dem zweiten Element auf die Antriebswelle beziehungsweise von der
Antriebswelle auf das zweite Element übertragbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die ersten Elemente bezüglich ihrer Radialerstreckung unterscheiden. Hierdurch ist die magnetorheologische Einrichtung an den verfügbaren Bauraum, beispielsweise an eine Geometrie eines Felgeninnendurchmessers einer Felge des
Kraftfahrzeugs, anpassbar. Insbesondere ist das Gehäuse der
magnetorheologischen Einrichtung magnetisch leitend. In diesem Fall ist durch das Vorsehen von ersten Elementen, die sich bezüglich ihrer Radialerstreckung unterscheiden, eine magnetische Sättigung verbesserbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine einem ersten der ersten Elemente gegenüberliegende erste Stirnseite des zweiten Elementes zumindest eine fluidtechnisch mit dem Zwischenraum verbundene Aufnahmeausnehmung aufweist, wobei in der Aufnahmeausnehmung eine Magnetfelderzeugungseinrichtung angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, durch das in dem Zwischenraum vorhandenes magnetorheologisches Fluid zumindest anteilig in die Aufnahmeausnehmung verlagert wird. Gemäß dieser Ausführungsform ist das magnetorheologische Fluid also zumindest anteilig aus dem Zwischenraum entfernbar. Durch das Verlagern des magnetorheologischen Fluids in die Aufnahmeausnehmung wird eine Kontaktfläche zwischen dem magnetorheologischen Fluid und dem ersten Element verringert. Hierdurch wird das Restmoment weiter verringert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zweite Element eine von der ersten Stirnseite abgewandte, einem zweiten der ersten Elemente gegenüberliegende zweite Stirnseite aufweist, wobei die erste
Stirnseite und die zweite Stirnseite jeweils zumindest eine fluidtechnisch mit dem Zwischenraum verbundene Aufnahmeausnehmung aufweisen, in denen jeweils eine Magnetfelderzeugungseinrichtung angeordnet ist. Gemäß dieser
Ausführungsform ist dann durch die Aufnahmeausnehmungen beziehungsweise die Magnetfelderzeugungseinrichtungen die Kontaktfläche zwischen dem magnetorheologischen Fluid und dem ersten der ersten Elemente sowie die Kontaktfläche zwischen dem magnetorheologischen Fluid und dem zweiten der ersten Elemente verringerbar, sodass das Restmoment weiter verringert wird.
Vorzugsweise sind die Aufnahmeausnehmung der ersten Stirnseite und die Aufnahmeausnehmung der zweiten Stirnseite in Axialerstreckung der
magnetorheologischen Einrichtung gesehen fluchtend oder radial versetzt zueinander. Unter der Axialerstreckung der magnetorheologischen Einrichtung ist dabei die Erstreckung zu verstehen, die parallel zu der Rotationsachse der Antriebswelle verläuft. Sind die Aufnahmeausnehmungen radial versetzt zueinander, so ergibt sich daraus der Vorteil, dass ein Axialabstand zwischen der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite verglichen mit den fluchtenden Aufnahmeausnehmungen verringerbar ist. Das zweite Element ist dann insgesamt bauraumsparend ausbildbar. Insbesondere sind die
Aufnahmeausnehmungen derart radial versetzt, dass eine Stelle der zweiten Stirnseite, die mit einem Mittelpunkt einer Aufnahmeausnehmung der ersten Stirnseite axial fluchtet, aufnahmeausnehmungsfrei ist. Sind die
Aufnahmeausnehmungen fluchtend zueinander, so ergibt sich daraus der Vorteil, dass die erste Stirnseite und die zweite Stirnseite verglichen mit den radial versetzten Aufnahmeausnehmungen insgesamt eine größere Anzahl an
Aufnahmeausnehmungen aufweisen können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die Erfindung alternativ oder zusätzlich zu den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch aus, dass die magnetorheologische Einrichtung ein Steuergerät aufweist, das dazu ausgebildet ist, eine Temperatur des magnetorheologischen Fluids und/oder eine Stärke eines durch die Magnetfelderzeugungseinheit erzeugten Magnetfeldes zu überwachen und in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder der Stärke einen Steuerbefehl bereitzustellen, um eine Maximalgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu begrenzen. Wird durch das Steuergerät beispielsweise eine unzulässig hohe Temperatur oder eine unzulässig geringe Stärke festgestellt, so ist davon auszugehen, dass durch die als Bremseinrichtung ausgebildete magnetorheologische Einrichtung lediglich ein reduziertes Drehmoment beziehungsweise Bremsmoment bereitstellbar ist.
Durch die Begrenzung der maximal zulässigen Geschwindigkeit des
Kraftfahrzeugs wird dann die Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs gesteigert. Vorzugsweise ist das Steuergerät dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von der Temperatur, insbesondere in Abhängigkeit eines Integrals eines Verlaufs der Temperatur, zu ermitteln, ob eine maximale Lebensdauer des
magnetorheologischen Fluids überschritten ist. Wird durch das Steuergerät festgestellt, dass die maximale Lebensdauer überschritten ist, so wird durch das Steuergerät vorzugsweise der Steuerbefehl bereitgestellt, um die
Maximalgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu begrenzen. Alternativ oder zusätzlich wird durch das Steuergerät ein Warnhinweis bereitgestellt, um beispielsweise einen Fahrer des Kraftfahrzeugs darauf hinzuweisen, dass ein Austausch des magnetorheologischen Fluids notwendig ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen
Figur 1 eine Schnittdarstellung einer magnetorheologischen Einrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2 eine Schnittdarstellung der magnetorheologischen Einrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 3 eine Schnittdarstellung der magnetorheologischen Einrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Figur 4 eine Schnittdarstellung der magnetorheologischen Einrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
Figur 5 eine Detailansicht der magnetorheologischen Einrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, Figur 6 eine Schnittdarstellung eines Gehäuses einer
magnetorheologischen Einrichtung, und
Figur 7 eine Seitenansicht des Gehäuses.
Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer magnetorheologischen Einrichtung 1. Die Einrichtung 1 ist Teil eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Die Einrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist. Außerdem weist die Einrichtung 1 zumindest ein erstes Element 3 beziehungsweise eine Bremsscheibe 3 auf, das in einem Innenraum 4 des Gehäuses 2, der gegenüber einem Äußeren des Gehäuses 2 abgedichtet ist, und koaxial zu einer drehbar gelagerten Antriebswelle 5 angeordnet ist.
Vorliegend sind drei derartige erste Elemente 3 vorhanden, die bezüglich einer Rotationsachse 6 der Antriebswelle 5 axial beabstandet voneinander sind. Bei der Antriebswelle 5 handelt es sich vorliegend um eine mit einem nicht dargestellten Rad des Kraftfahrzeugs drehfest verbundene Welle, also um eine Radantriebswelle 5.
Die Einrichtung 1 weist außerdem eine Kupplungseinrichtung 7 auf. In einer ersten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung 7 sind die ersten Elemente 3 drehfest mit der Antriebswelle 5 verbunden. In der Figur 1 ist die
Kupplungseinrichtung 7 in einer zweiten Schaltstellung dargestellt. In der zweiten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung 7 sind die ersten Elemente 3 relativ zu der Antriebswelle 5 verdrehbar.
Die Kupplungseinrichtung 7 weist eine Hohlwelle 8 auf, die durch die
Antriebswelle 5 durchfasst wird. Die Hohlwelle 8 ist mit den ersten Elementen 3 drehfest verbunden, sodass auch die Hohlwelle 8 in der ersten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung 7 mit der Antriebswelle 5 drehfest verbunden und in der zweiten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung 7 relativ zu der Antriebswelle 5 verdrehbar ist. Die Kupplungseinrichtung 7 weist außerdem ein Schaltelement 9 auf, das axial verschiebbar und drehfest mit der Antriebswelle 5 verbunden ist. Vorliegend handelt es sich bei dem Schaltelement 9 um eine Schaltmuffe 9, die eine Innenverzahnung aufweist, die mit einer Außenverzahnung 34 der Antriebswelle 5 kämmt. Außerdem weist die Kupplungseinrichtung 7 einen Synchronring 10 auf, der vorliegend von der Hohlwelle 8 und dem Schaltelement 9 getrennt ausgebildet ist. Wird ausgehend von der zweiten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung 7 die erste Schaltstellung der Kupplungseinrichtung 7 eingestellt, so wird das Schaltelement 9 durch einen nicht dargestellten Aktor axial in Richtung der Hohlwelle 8 verschoben. Dabei wird das Schaltelement 9 zunächst gegen den Synchronring 10 gepresst und durch den Synchronring 10 kraftschlüssig mit der Hohlwelle 8 gekoppelt, wodurch eine Drehgeschwindigkeit der Hohlwelle 8 beziehungsweise der ersten Elemente 3 an eine
Drehgeschwindigkeit des Schaltelementes 9 beziehungsweise der Antriebswelle 5 angepasst wird. Ist die Drehgeschwindigkeit der Hohlwelle 8 angepasst, so wird das Schaltelement 9 weiter axial in Richtung der Hohlwelle 8 verlagert und dadurch formschlüssig mit der Hohlwelle 8 verbunden.
Die magnetorheologische Einrichtung 1 weist außerdem zumindest ein zweites Element 11 auf, das dem ersten Element 3 gegenüberliegend in dem Innenraum 4 angeordnet ist. Vorliegend sind zwei derartige zweite Elemente 11 vorhanden, die jeweils zwischen zwei ersten Elementen 3 in dem Innenraum 4 angeordnet sind. Zwischen den ersten Elementen 3 und den zweiten Elementen 11 ist ein Zwischenraum 12 vorhanden, der mit einem nicht dargestellten
magnetorheologischen Fluid 22 befüllt ist.
Die magnetorheologische Einrichtung 1 weist außerdem eine
Magnetfelderzeugungseinheit 13 auf, die dazu ausgebildet ist, zumindest ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Viskosität des in dem Zwischenraum 12 vorhandenen magnetorheologischen Fluids 22 beeinflusst. Beispielsweise wird durch die Magnetfelderzeugungseinheit 13 ein Magnetfeld erzeugt, durch das die Viskosität des magnetorheologischen Fluids erhöht wird. In der ersten
Schaltstellung der Kupplungseinrichtung 7 ist dann durch das
magnetorheologische Fluid 22 ein Drehmoment von der Antriebswelle 5 auf die zweiten Elemente 11 übertragbar. Gemäß dem in Figur 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den zweiten Elementen 11 jeweils um einen mit dem Gehäuse 2 verbundenen Stator 11. In der ersten Schaltstellung ist demnach durch das magnetorheologische Fluid 22 von dem Gehäuse 2 beziehungsweise den zweiten Elementen 11 ein die Antriebswelle 5 verzögerndes Drehmoment auf die Antriebswelle 5 übertragbar. Bei der magnetorheologischen Einrichtung 1 handelt es sich demnach um eine magnetorheologische Bremseinrichtung 1.
Die Magnetfelderzeugungseinheit 13 weist gemäß dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten Magnetfelderzeuger 14 und einen zweiten Magnetfelderzeuger 15 auf. Bei den Magnetfelderzeugern 14 und 15 handelt es sich vorliegend um eine erste Spule 14 und eine zweite Spule 15.
Die magnetorheologische Einrichtung 1 weist außerdem eine in Figur 1 nicht erkennbare Schalteinrichtung 16 auf, die zumindest einen Schalter aufweist. In einem ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung 16 sind die
Magnetfelderzeuger 14 und 15 elektrisch miteinander verbunden. Beispielsweise sind die Magnetfelderzeuger 14 und 15 dann elektrisch in Reihe geschaltet. In diesem Schaltzustand sind die Magnetfelderzeuger 14 und 15 dazu ausgebildet, gemeinsam ein Magnetfeld zu erzeugen. In einem zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung 16 sind die Magnetfelderzeuger 14 und 15 elektrisch und/oder mechanisch voneinander getrennt. In diesem Schaltzustand sind die
Magnetfelderzeuger 14 und 15 dazu ausgebildet, jeweils ein Magnetfeld zu erzeugen, durch das die Viskosität des magnetorheologischen Fluids beeinflusst wird. Weist einer der Magnetfelderzeuger 14 und 15 eine Fehlfunktion auf, so ist in dem zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung 16 durch den dann anderen Magnetfelderzeuger 14 oder 15 immer noch ein Magnetfeld erzeugbar, durch das die Viskosität des magnetorheologischen Fluids 22 erhöht werden kann, um ein die Antriebswelle 5 verzögerndes Drehmoment zu erzeugen.
Den Magnetfelderzeugern 14 und 15 sind hierzu jeweils unterschiedliche Spannungsbereitstellungseinrichtungen 17 beziehungsweise 18 zugeordnet. Die Spannungsbereitstellungseinrichtungen 17 beziehungsweise 18 sind dazu ausgebildet, eine elektrische Spannung an die Magnetfelderzeuger 14 oder 15 anzulegen, sodass durch die Magnetfelderzeuger 14 oder 15 ein Magnetfeld erzeugt wird. Vorliegend handelt es sich bei der
Spannungsbereitstellungseinrichtung 18 um einen Superkondensator 18. Der Superkondensator 18 ist derart ausgebildet, dass die in dem Superkondensator 18 speicherbare oder gespeicherte Energiemenge ausreicht, um mittels dieser Energiemenge das Kraftfahrzeug in den Stillstand zu verzögern. Alternativ dazu handelt es sich bei der Spannungsbereitstellungseinrichtung 18 beispielsweise um eine Batterie.
Vorliegend sind die Magnetfelderzeuger 14 und 15 axial hintereinander in der magnetorheologischen Einrichtung 1 angeordnet. Alternativ dazu sind
Spulendrähte der Magnetfelderzeuger 14 und 15 nebeneinander gewickelt, sodass die Magnetfelderzeuger 14 und 15 dann axial auf der gleichen Höhe angeordnet sind.
Zwischen der Magnetfelderzeugungseinheit 13 und den ersten Elementen 3 ist ein magnetisch nichtleidendes Bauteil 19 angeordnet. Dieses Bauteil 19 weist vorliegend einen Kupfer-Werkstoff auf. Durch das Bauteil 19 wird eine vorteilhafte Ausrichtung von Magnetfeldlinien von durch die
Magnetfelderzeugungseinheit 13 erzeugten Magnetfeldern erreicht. Die
Magnetfeldlinien verlaufen dann vorzugsweise zwischen dem Bauteil 19 und der Antriebswelle 5 im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse 6.
Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung der magnetorheologischen Einrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Gemäß dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten Elemente 3 direkt mit der Antriebswelle 3 verbunden. Alternativ dazu weist auch die in Figur 2 dargestellte
magnetorheologische Einrichtung 1 eine wie vorstehend beschrieben ausgebildete Kupplungseinrichtung 7 auf.
Gemäß der in Figur 2 dargestellten magnetorheologischen Einrichtung 1 weisen die zweiten Elemente 11 jeweils mehrere fluidtechnisch mit dem Zwischenraum 12 verbundene Aufnahmeausnehmungen 20 auf. In jeder der
Aufnahmeausnehmungen 20 ist jeweils eine Magnetfelderzeugungseinrichtung 21, vorliegend jeweils eine Spule 21, angeordnet, die dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, durch das in dem Zwischenraum 12 vorhandenes magnetorheologisches Fluid 22 zumindest anteilig in die
Aufnahmeausnehmungen 20 verlagert wird. Die zweiten Elemente 11 weisen jeweils eine erste Stirnseite 23 und eine von der ersten Stirnseite 23 abgewandte zweite Stirnseite 24 auf. Unter einer Stirnseite ist dabei eine senkrecht zu der Rotationsachse 6 ausgerichtete Seite zu verstehen. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, weisen sowohl die ersten Stirnseiten
23 als auch die zweiten Stirnseite 24 jeweils eine gleiche Anzahl an
Aufnahmeausnehmungen 20 auf. Die Aufnahmeausnehmungen 20 sind dabei derart in den ersten Stirnseiten 23 und den zweiten Stirnseiten 24 ausgebildet, dass eine Aufnahmeausnehmung 20 der ersten Stirnseite 23 eines der zweiten Elemente 11 jeweils mit einer Aufnahmeausnehmung 20 der zweiten Stirnseite
24 desselben zweiten Elementes 11 in Axialerstreckung der
magnetorheologischen Einrichtung 1 gesehen fluchtet.
Die magnetorheologische Einrichtung 1 weist außerdem einen
Permanentmagneten 25 auf. Auch der Permanentmagnet 25 ist dazu ausgebildet ein Magnetfeld bereitzustellen, das die Viskosität des magnetorheologischen Fluids 22 beeinflusst. Durch den Permanentmagnet 25 wird beispielsweise erreicht, dass auch dann ein verzögernd auf die Antriebswelle 5 wirkendes Drehmoment bereitstellbar ist, wenn das Kraftfahrzeug beziehungsweise mit der Magnetfelderzeugungseinheit 13 verbundene
Spannungsbereitstellungseinrichtungen ausgeschaltet sind. Der
Permanentmagnet 25 stellt demnach eine Parkbremsfunktion für die
magnetorheologische Einrichtung 1 bereit.
Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung der magnetorheologischen Einrichtung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Auch gemäß dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten Elemente 3 direkt mit der Antriebswelle 5 verbunden. Alternativ dazu weist auch die in Figur 3 dargestellte magnetorheologische Einrichtung 1 eine wie vorstehend beschrieben
ausgebildete Kupplungseinrichtung 7 auf.
Die in Figur 3 dargestellte magnetorheologische Einrichtung 1 unterscheidet sich von der in Figur 2 dargestellten magnetorheologischen Einrichtung 1 dadurch, dass die ersten Elemente 3 sich bezüglich ihrer Radialerstreckung
unterscheiden. Die Magnetfelderzeugungseinheit 13 und das optional vorhandene Bauteil 19 erstrecken sich dabei parallel zu der Rotationsachse 6 der Antriebswelle 5.
Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung der magnetorheologischen Einrichtung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Auch gemäß dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten Elemente 3 direkt mit der Antriebswelle 5 verbunden. Alternativ dazu weist auch die in Figur 4 dargestellte magnetorheologische Einrichtung 1 eine wie vorstehend beschrieben
ausgebildete Kupplungseinrichtung 7 auf.
Die in Figur 4 dargestellte magnetorheologische Einrichtung 1 unterscheidet sich von der in Figur 3 dargestellten magnetorheologischen Einrichtung 1 dadurch, dass die Magnetfelderzeugungseinheit 13 und das optionale Bauteil 19 an die sich bezüglich ihrer Radialerstreckung unterscheidenden ersten Elemente 3 formangepasst sind. Hierzu erstrecken sich die Magnetfelderzeugungseinheit 13 und das Bauteil 19 zumindest abschnittsweise schräg bezüglich der
Rotationsachse 6 der Antriebswelle 5.
Figur 5 zeigt eine Detailansicht der magnetorheologischen Einrichtung 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Dabei ist in Figur 5 eine alternative
Anordnung der Aufnahmeausnehmungen 20 in den zweiten Elementen 11 dargestellt. Die Aufnahmeausnehmungen 20 sind derart in den ersten Stirnseiten 23 und den zweiten Stirnseiten 24 ausgebildet, dass die
Aufnahmeausnehmungen 20 der ersten Stirnseite 23 eines der zweiten Elemente 11 jeweils radial versetzt zu den Aufnahmeausnehmungen 20 der zweiten Stirnseite 24 desselben zweiten Elementes 11 sind, in Axialerstreckung der magnetorheologischen Einrichtung 1 gesehen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass, verglichen mit der fluchtenden Anordnung der Aufnahmeausnehmungen 20, eine Axialerstreckung des zweiten Elements 11 verringerbar ist.
Figur 6 zeigt eine Schnittdarstellung des Gehäuses 2 einer der vorstehend beschriebenen magnetorheologischen Einrichtungen 1. Eine Außenseite 26 des Gehäuses 2 wird durch eine Mantelfläche 27 und zwei Stirnseiten 28, 29 gebildet. Die Stirnseiten 28, 29 erstrecken sich - im bestimmungsgemäß montierten Zustand der magnetorheologischen Einrichtung 1 - senkrecht zu der Rotationsachse 6 der Antriebswelle 5. Die Stirnseiten 28, 29 weisen jeweils eine Vielzahl an Kühlrippen 30 auf. Zwischen zwei benachbarten Kühlrippen 30 ist jeweils ein die Kühlrippen 30 voneinander trennender Spalt 31 vorhanden.
Gemäß dem in Figur 6 dargestellten Gehäuse 2 weist auch die Mantelfläche 27 mehrere Kühlrippen 34 auf. Im Betrieb des Kraftfahrzeugs, wenn also das
Kraftfahrzeug rollt, umströmt Luft die Kühlrippen 30 und 34, wodurch die magnetorheologische Einrichtung 1 gekühlt wird.
Figur 7 zeigt eine Seitenansicht der Stirnseite 28 des Gehäuses 2. Wie aus Figur 7 ersichtlich ist, weisen die Kühlrippen 30 der Stirnseite 28 einen gekrümmten
Verlauf auf. Die Kühlrippen 30 sind dabei derart ausgebildet beziehungsweise gekrümmt, dass im Wesentlichen horizontal in die Spalte 31 einströmende Luft im weiteren Verlauf der Spalte 31 durch die Kühlrippen 30 nach oben umgelenkt wird. Eine durch den Pfeil 32 dargestellte Eintrittsrichtung der Luft schließt demnach einen Winkel zu einer durch den Pfeil 33 dargestellten Austrittsrichtung der Luft ein. Dadurch, dass die Luft nach oben umgelenkt wird, wird ein
Anpressdruck des Kraftfahrzeugs erhöht, wodurch eine Fahrdynamik und eine Traktion des Kraftfahrzeugs gesteigert werden.

Claims

Ansprüche
1. Magnetorheologische Einrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse (2), mit zumindest einem ersten insbesondere
scheibenförmigen Element (3), das in einem Innenraum (4) des Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei das erste Element (3) koaxial zu einer drehbar gelagerten Antriebswelle (5) angeordnet und mit der Antriebswelle (5) mitdrehbar ist, mit zumindest einem zweiten Element (11), das dem ersten Element (3)
gegenüberliegend in dem Innenraum (4) angeordnet ist, mit einem
Zwischenraum (12) zwischen dem ersten Element (3) und dem zweiten Element (11), wobei der Zwischenraum (12) mit einem magnetorheologischen Fluid (22) befüllbar oder befüllt ist, und mit einer Magnetfelderzeugungseinheit (13), die dazu ausgebildet ist, zumindest ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Viskosität des in dem Zwischenraum (12) vorhandenen magnetorheologischen Fluids (22) beeinflusst, gekennzeichnet durch eine ansteuerbare Kupplungseinrichtung (7), wobei das erste Element (3) in einer ersten Schaltstellung der
Kupplungseinrichtung (7) drehfest mit der Antriebswelle (5) verbunden und in einer zweiten Schaltstellung der Kupplungseinrichtung (7) relativ zu der
Antriebswelle (5) verdrehbar ist.
2. Magnetorheologische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (7) eine mit dem ersten
Element (3) verbundene Hohlwelle (8) und ein axial verschiebbares, drehfest mit der Antriebswelle (5) gekoppeltes Schaltelement (9) aufweist, wobei die
Hohlwelle (8) und das Schaltelement (9) durch axiales Verschieben des
Schaltelementes (9) miteinander verbindbar sind.
3. Magnetorheologische Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das als Schaltmuffe (9) ausgebildete Schaltelement (9) direkt und/oder indirekt, insbesondere durch einen Synchronring (10), mit der Hohlwelle (8) verbindbar ist.
4. Magnetorheologische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Federeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine Federkraft bereitzustellen, durch die die Kupplungseinrichtung (7) in die erste Schaltstellung vorgespannt wird.
5. Magnetorheologische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenseite (26) des Gehäuses (2) zumindest eine Kühlrippe (30), vorzugsweise mehrere Kühlrippen (30), aufweist.
6. Magnetorheologische Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (30) einen gekrümmten Verlauf aufweisen, sodass Luft, die einen zwischen zwei benachbarten Kühlrippen (30) vorhandenen Spalt (31) durchströmt, durch die Kühlrippen (30) umgelenkt wird.
7. Magnetorheologische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungseinheit (13) zumindest einen ersten Magnetfelderzeuger (14) und einen zweiten
Magnetfelderzeuger (15) aufweist, die jeweils dazu ausgebildet sind, ein
Magnetfeld zu erzeugen, das eine Viskosität des in dem Zwischenraum (12) vorhandenen magnetorheologischen Fluids (22) beeinflusst.
8. Magnetorheologische Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (16), wobei die Magnetfelderzeuger (14,15) in einem ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung (16) in Reihe geschaltet und in einem zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung (16) elektrisch und/oder mechanisch voneinander getrennt sind.
9. Magnetorheologische Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass den Magnetfelderzeugern (14,15) jeweils unterschiedliche Spannungsbereitstellungeinrichtungen (17,18) zugeordnet sind, wobei insbesondere zumindest eine der Spannungsbereitstellungseinrichtungen (17,18) einen Superkondensator (18) aufweist.
10. Magnetorheologische Einrichtung, gekennzeichnet durch zumindest zwei erste insbesondere scheibenförmige Elemente (3), die drehfest miteinander verbunden und axial beabstandet zueinander sind, wobei das zweite Element (11) radial zwischen die ersten Elemente (3) eingreift.
11. Magnetorheologische Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ersten Elemente (3) bezüglich ihrer
Radialerstreckung unterscheiden.
12. Magnetorheologische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine einem ersten der ersten Elemente (3) gegenüberliegende erste Stirnseite (23) des zweiten Elementes (11) zumindest eine fluidtechnisch mit dem Zwischenraum (12) verbundene Aufnahmeausnehmung (20) aufweist, wobei in der Aufnahmeausnehmung (20) eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (21) angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, durch das in dem Zwischenraum (12) vorhandenes magnetorheologisches Fluid (22) zumindest anteilig in die
Aufnahmeausnehmung (20) verlagert wird.
13. Magnetorheologische Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element (11) eine von der ersten Stirnseite (23) abgewandte, einem zweiten der ersten Elemente (3) gegenüberliegende zweite Stirnseite (24) aufweist, wobei die erste Stirnseite (23) und die zweite Stirnseite (24) jeweils zumindest eine fluidtechnisch mit dem Zwischenraum (12) verbundene Aufnahmeausnehmung (20) aufweisen, in denen jeweils eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (21) angeordnet ist.
14. Magnetorheologische Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeausnehmung (20) der ersten Stirnseite (23) und die Aufnahmeausnehmung (20) der zweiten Stirnseite (24) in
Axialerstreckung der magnetorheologischen Einrichtung (1) gesehen fluchtend oder radial versetzt zueinander sind.
15. Magnetorheologische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, eine Temperatur des magnetorheologischen Fluids (22) und/oder eine Stärke eines durch die Magnetfelderzeugungseinheit (13) erzeugten Magnetfeldes zu überwachen und in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder der Stärke einen Steuerbefehl bereitzustellen, um eine Maximal-Geschwindigkeit des
Kraftfahrzeugs zu begrenzen.
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