WO2024003055A1 - Brake device and game controller - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a braking device for varying an actuation force of an actuation element or for generating a braking torque.
- the invention relates to a magnetorheological operating device for setting operating states.
- buttons or keys also called trigger elements
- trigger elements are often provided, which are often spring-loaded pressure or oscillating elements, when pressed, something is triggered in the computer game and, in particular, an input is made in the computer game. For example, the start of a machine or the triggering of a weapon in the computer game can be triggered, or the lighting of a building can be switched on in the computer game or in a simulation, or the like.
- a braking device should have the smallest possible space requirement and preferably combine low costs with low energy consumption.
- the installation space for game consoles and game controls such as game controllers and other operating devices is often very limited and, in particular, limited.
- An outer contour is often predetermined by an ergonomic design or should not or only minimally be determined by a control element and its technical dimensions or Their structure can be influenced or even changed because it is ergonomically important and e.g. B. has been known for many years, so that the outer contour is often an identifying feature.
- game consoles and operating devices are subject to high price pressure, which is why often only very cost-effective solutions are possible.
- such control devices are often used wirelessly, so power consumption and therefore battery life are important.
- a braking device is used in particular to brake a movement of (in particular pivotable, rotary or linear) control elements such as control buttons, control levers, push buttons and other control parts.
- the braking device comprises at least one first braking component extending along a longitudinal direction and a second braking component at least partially comprising a magnetically conductive material and a magnetic field generating device.
- the magnetic field generating device comprises (at least) one electrical coil unit.
- Preferably (at least) one magnetically conductive core is included.
- the first braking component is movably received on the second braking component along the axial longitudinal direction.
- the braking device according to the invention has many advantages.
- a significant advantage of the braking device according to the invention is that in the linearly movable braking device only the effective gap is filled with a magnetorheological medium.
- no separate fluid chambers or reservoirs are necessary between which the magnetorheological medium preferably has to be pumped back and forth depending on the direction of movement.
- this linear braking device can advantageously be designed to be particularly small and lightweight.
- the braking device according to the invention can be manufactured particularly cost-effectively, so that it is preferably also suitable for use in game controllers or computer keyboards.
- a displacement resistance or a resistance to displacement of the brake components relative to one another is variable by applying a magnetic field to the magnetorheological medium in the effective gap and can in particular be increased compared to the basic force, so that a user can perceive a changing resistance.
- the magnetically conductive second brake component is in particular at least one component of a magnetically conductive stator unit.
- the stator unit can advantageously have several preferably include magnetically conductive housing parts or components.
- the first braking component is in particular at least one component of a linear actuator unit or rotor unit movably mounted on the stator unit.
- the linear actuator unit, preferably the first braking component and the stator unit are arranged coaxially and preferably concentrically to one another along at least the movement axis or longitudinal axis of the linear actuator unit.
- the linear actuator unit is expediently arranged at least partially radially within the stator unit.
- the stator unit advantageously encloses the linear actuator unit completely and/or along an entire circumference of the linear actuator unit.
- the second brake component is preferably designed as a, in particular cylindrical, sleeve or as a sleeve-shaped part, which encloses the first brake component at least partially along the circumference.
- the second brake component completely surrounds the first brake component.
- the second brake component can expediently also form a housing part and/or be designed as such.
- the magnetorheological medium preferably comprises magnetorheological particles and gas as a filling medium.
- the sealing device can be designed in such a way that only one seal has to be provided for the magnetorheological particles.
- Gas exchange with the environment is advantageously possible and unproblematic.
- the gas used is preferably a gas mixture and in particular air. This allows a particularly low basic friction and thus a basic force to be achieved, so that a ratio of the maximum braking force that can be generated to the basic force required for the movement is very high.
- gas and especially air as the filling medium, leaks are not a problem and compensate for each other during operation.
- the magnetorheological medium also liquids, such as B. include oils or fats.
- the magnetorheological particles can advantageously be finely dispersed in the liquid or fat, so that a homogeneous distribution of the particles in the filling medium and thus in the effective gap can be permanently ensured.
- a grease also includes all thickened lubricants, preferably also saponified oils.
- the effective gap contains more than 40 percent by volume of magnetorheological particles. Particularly preferably, the effective gap is filled to more than 50, 60 or 80 percent by volume with magnetorheological particles. It is preferred that the effective gap is filled to less than 95 percent by volume with magnetorheological particles.
- a high volume fraction of magnetorheological particles within the effective gap advantageously enables a high braking torque.
- the magnetorheological particles behave almost like a fluid and can be displaced accordingly.
- the magnetorheological particles each or in the majority or over 90% or 100% have a maximum external diameter of less than 200 pm and in particular less than 100 pm.
- a typical diameter of the magnetorheological particles is between 10 and 50 pm.
- the magnetorheological particles consist predominantly of carbonyl iron powder and can have a coating to prevent corrosion and/or to improve the sliding behavior (sliding coating). This ensures long-term and advantageously maintenance-free operation.
- Such an additive or coating can include graphite, molybdenum, Have or include bronze and the like. Such additions can improve sliding and also reduce or eliminate squeaking.
- the magnetorheological medium preferably comprises an addition of graphite. It is possible for a (thin) graphite layer to be applied at least in sections to some (or all) of the magnetorheological particles. It is also possible for a certain proportion of graphite to be added to a certain volume of magnetorheological particles.
- the magnetorheological medium is advantageously accommodated in at least one receiving body.
- a receiving body is preferably at least partially covered by a random fiber material, such as. B. a ball of one or more (fabric) threads and/or a foam is formed.
- a random fiber material such as. B. a ball of one or more (fabric) threads and/or a foam is formed.
- other receiving bodies such as porous media and in particular sintered materials are also possible.
- the random fiber material is preferably arranged within the knitting gap.
- the receiving body advantageously contributes to the more homogeneous distribution of the magnetorheological medium and in particular the magnetic particles.
- the receiving body holds the magnetorheological medium and expediently also its components in place during relative movements, the risk of (global) agglomeration of the magnetorheological medium and preferably the magnetic particles at one point or at one end of the effective gap is reduced or even completely prevented .
- the receiving body can z. B. in the case of a foam also act like a sponge, which absorbs and stores the magnetorheological medium and preferably a liquid filling medium and reduces the risk of leaks.
- At least one effective surface of the effective gap is flat in its axial direction (ie along the longitudinal extent of the effective gap), at least in sections.
- the magnetorheological medium in the effective gap is advantageously subject to a pure shear load, which in particular (precisely) predictable.
- the effective surface of the effective gap has a (periodic) cross-sectional narrowing at least in sections in its axial direction and is in particular wavy.
- “mountain and valley sections” alternate, with a smaller height of the effective gap in the area of a “mountain” than in the area of a “valley”.
- Magnetorheological media in particular are concentrated in the area of the “mountains” of the effective surfaces or the contained magnetic particles, so that a “wedge effect” is created and particularly high forces can be transmitted.
- the transition between “mountain and valley” is smooth and/or without jumps and edges and/or continuously differentiable in order to create a flow in the effective gap e.g. B. not to be negatively influenced by separation vortices.
- a height between a “mountain and a valley” is in particular between 5% and 50% of the height of the effective gap or even up to 75% or even 90% of the height of the effective gap.
- the active surface can also have any shape and in particular have jumps or can also fall or rise (strictly) monotonically in one direction in order to positively influence the flow in the effective gap and in particular to optimize the power transmission between the moving components.
- the sealing device is mounted on one of the two brake components and preferably on the first brake component.
- the effective gap between the sealing devices moves with the first braking component and the relative position of the effective gap to the first braking component is unchangeable.
- the sealing device is preferably accommodated on the second brake component, so that a position of the effective gap relative to the second brake component is unchangeable.
- the sealing device comprises at least one or several sealing units.
- a sealing unit of the sealing device expediently seals the effective gap without contact between the parts moving towards one another, in particular the first and second brake components.
- a non-contact seal is virtually or at least almost wear-free and in particular offers a particularly low resistance to movement.
- the sealing unit of the sealing device preferably seals the effective gap at least partially in contact with it. At least a part of the sealing unit at least partially touches a wall of the second brake component or the first brake component on the effective surface or sealing surface of the effective gap, on which the sealing device is not accommodated.
- the contacting sealing unit can expediently be designed, for example, as an O-ring or as a sealing ring such as a felt ring or the like.
- the contacting seal unit at least partially comprises a rubber or a PTFE (polytetrafluoroethylene) seal. Contact seals offer the advantage that they work robustly and reliably and mechanically seal and/or close and/or cover the effective gap.
- the sealing device or at least one sealing unit has at least one sealing gap of at least less than 0.3 mm or preferably less than 0.15 mm or in particular less than 0.075 mm or particularly preferably a sealing gap of less than 0.05 mm or also very particularly preferably less than 0.01 mm to the effective surface of the effective gap or a sealing surface, which results between the first brake component and the passage on the second brake component when the sealing device is accommodated on the first brake component. If the sealing device is accommodated on the second brake component, the sealing surface is defined accordingly.
- the sealing device and/or the sealing unit comprises at least one (mechanically sealing) sealing lip, which, when installed, has a sealing gap which is permeable to liquid and which, in particular, retains the magnetorheological particles.
- the sealing lip can also seal completely in contact, so that no sealing gap remains. Sealing lips are particularly cost-effective and are advantageous (also) in conjunction with other sealing units to ensure a reliable and permanent seal of the effective gap.
- liquid-permeable here means that pure liquid water would at least partially pass through the sealing gap at, for example, a temperature of 20 ° C. In the long term, water (or a carrier oil) would therefore be able to escape at least partially in this embodiment
- pressure compensation can also be made possible in the event of temperature changes and density changes of the magnetorheological medium and preferably of the filling medium.
- the sealing device and/or the sealing unit comprises at least one (preferably non-contact or even touching) labyrinth seal.
- a sealing labyrinth of the labyrinth seal is arranged at least partially on the side of the effective gap (the first braking component and/or the second braking component) on which the sealing device is accommodated.
- the sealing labyrinth particularly advantageously includes e.g. B. several chambers connected (to each other) along a sealing gap or a sealing surface, so that an escape of the magnetorheological medium or its components from the effective gap is effectively prevented or at least (greatly) reduced.
- a labyrinth seal can also advantageously be used to seal components that move axially towards one another.
- a labyrinth seal advantageously seals reliably and independently of external forces such as magnetic fields.
- the sealing device and/or the sealing unit comprises at least one magnetic seal, in particular with at least one non-contact sealing gap.
- the Magnetic seal can be formed by one or more permanent magnets.
- the magnetic seal is preferably designed as a magnetic ring.
- the magnetic seal can also comprise a sealing fluid, such as a ferro-fluid, which is held in the sealing gap by the magnetic forces and thereby seals the sealing gap permanently and with little wear mechanically and in contact or even in a non-contact manner.
- the sealing device and/or the sealing unit comprises at least one magnetic particle collector.
- the particle collector is advantageously arranged axially outside the effective gap and, as viewed from the effective gap, is arranged on the outside of the sealing device, in particular behind the sealing device.
- the particle collector preferably comprises, for example, a (strong) magnetic source, such as a permanent or permanent magnet or an electric coil, and is arranged near the sealing gap, so that magnetic particles that could emerge from the effective gap are collected on the particle collector and adhere there, so that these individual particles cannot get into the environment or even lead to a mechanical malfunction.
- the braking device and in particular the magnetic field generating device comprises at least one electrical coil unit.
- the braking device and in particular the magnetic field generating device or the first braking component comprises at least one (magnetically conductive) core.
- the core on the first brake component and preferably at least partially accommodated or formed on the first brake component.
- the first brake component comprises several component parts or components or the first brake component is constructed from several components.
- the braking device (and in particular the first braking component or the magnetic field generating device) advantageously comprises at least one magnetically conductive core and/or a coil holder as well as further components.
- At least one component part can consist (largely or completely) of a plastic.
- the first brake component comprises (at least) two component parts and a core that is firmly connected to both component parts.
- the core is in particular (in a central region) of the two component parts wrapped with an electrical coil unit. This results in a sequence of parts in the longitudinal direction (axial direction), which includes a (first) component part, a part of the electrical coil unit, a core, a part of the electrical coil unit and a (second) component part.
- a component part adjoins the core wrapped by the electrical coil unit on both sides in the axial direction.
- the magnetically conductive core is preferably on a z. B. component part designed as a coil holder (on) the first brake component.
- the core can also be held by a (separate) spool holder.
- the spool holder can also be formed by the two component parts.
- the component part (or the coil holder) preferably has a (significantly) lower magnetic conductivity than the core.
- the component parts (around the core) and adjacent to the core have a significantly lower magnetic conductivity than the core (preferably at least a factor of 1/10 or 1/100).
- a magnetically non-conductive material is in particular a material with a Permeability number of less than ten and preferably less than one is understood.
- Materials with a permeability number greater than ten and preferably ferromagnetic materials are understood to be magnetically conductive here.
- the magnetic conductivity is the "relative magnetic permeability", which is also simply called “magnetic permeability”.
- at least one component part (and in particular the component parts adjacent to the core) consists of magnetically non-conductive materials.
- a core made of a material without a "residual field" or only with a lower residual field is preferably advantageous, in the absence of the magnetic field of the magnetic field generating device, i.e. no or only a weak or almost no hysteresis. It has been found that silicon steel in particular , soft magnetic cobalt-iron alloys such as “Vacoflux”, a 17% cobalt-iron alloy, are particularly suitable for this.
- the core can advantageously be produced as a cast solid or as a sintered material.
- the remaining components of the first brake component have a (significantly) lower magnetic conductivity than the (magnetically conductive) core.
- a ratio of the magnetic conductivities of the core to other components is advantageous, in particular greater than 10 or 100 or 1000 or even 10,000 or even more.
- the magnetic field lines of the magnetic field of the coil unit and in particular of the magnetic field generating device are guided specifically in the direction of the effective gap and through it, so that the effect of the magnetic field is improved and advantageously maximized. At the same time, scattering of the magnetic field is advantageously minimized.
- the components with at least low magnetic conductivity can preferably be made from a plastic (inexpensive).
- the electrical coil unit is preferably wound in the longitudinal direction at least partially around the first braking component, and advantageously around the coil holder, such that a vertical on the plane spanned by the coil unit (essentially) is aligned transversely and in particular perpendicular to a winding plane spanned by the coil windings is.
- a vertical on the plane spanned by the coil unit (essentially) is aligned transversely and in particular perpendicular to a winding plane spanned by the coil windings is.
- an axis of symmetry of the windings does not extend along the longitudinal direction, but that the coil unit is wound transversely to it, so that the magnetic field of the coil unit extends perpendicular or at least transversely to the longitudinal direction.
- the coil unit is advantageously cast on the core using a suitable filling material.
- the magnetic field of the electrical coil unit then expediently enters from the core through the effective gap into the housing part surrounding the core and comprising a magnetically conductive material and runs along a peripheral wall to the opposite side, where the magnetic field again passes through the effective gap between the core and the second braking component passes through.
- the magnetic field lines can thus be closed. It is also possible for a plurality of arms to be arranged radially distributed over the circumference of the core, on each of which an electrical coil unit is accommodated, so that a plurality of electrical coil units are arranged on the circumference of the brake component or an enclosed piston, each of which generates separate magnetic fields.
- the first brake component comprises a cable bushing in order to guide connecting cables of the coil unit and in particular of the magnetic field generating device to the outside.
- the cable bushing is expediently designed at least partially within the first brake component, so that, for example, connecting cables of a coil unit can be easily routed to the outside.
- the magnetically conductive second braking component extends between the ends of the effective gap.
- the magnetically conductive core extends between the sealing devices that form the effective gap limit.
- the sealing devices (in particular in all possible positions and preferably in all positions that make sense in regular operation) are arranged axially outside the second brake component and/or the first brake component.
- the sealing devices are not influenced by a magnetic field of the coil unit and in particular the magnetic field generating device or are only influenced to a significantly lesser extent than if the sealing devices are arranged at a position axially within the second brake component and/or the core. This can be particularly advantageous if the sealing unit is designed as a magnetic seal, as this can minimize the mutual influence of the magnetic fields.
- At least one sealing device has a minimum axial distance from the core. This achieves effective (magnetic) decoupling.
- the (axial) minimum distance from the core is at least 5% or 10% of the diameter of the core.
- the minimum axial distance is at least 3% or 5% of the outer diameter of the braking device.
- At least one sealing device has a minimum axial distance from the magnetically conductive second brake component.
- sealing device at a position at least partially axially within the sealing devices in order to preferably obtain a particularly small braking device.
- a particularly small braking device e.g. B. mechanically touching sealing units, such as sealing rings, which are not influenced by the magnetic field generating device.
- a receiving space extends at least partially (also) through the second brake component, in which the first brake component is accommodated.
- the receiving space advantageously also extends through further parts and components, preferably also an (outer) housing.
- the first braking component is arranged radially inside of the second braking component.
- the second brake component advantageously surrounds the first brake component along its circumference, advantageously completely.
- a minimum internal cross section of the receiving space is expediently adapted to the outermost cross section of the first braking component, at least in sections and preferably along the effective gap.
- the outermost cross section of the first brake component and the minimum inner cross section of the receiving space are designed to be rotationally symmetrical at least in sections.
- the first brake component has, at least in sections, a non-round outer and in particular outermost cross section.
- a minimum internal cross section of the receiving space is preferably adapted to the outermost cross section of the first brake component.
- the first brake component has a substantially constant external cross section over its length.
- the internal cross section of the receiving space is preferably over at least a substantial part of the length of the housing or. of the receiving space is uniform.
- the angular orientation in a circumferential direction is precisely defined or, in other words, the first braking component only fits into the second braking component or in one orientation. the outer casing.
- the first is Brake component at least in sections and preferably in the area of the effective gap transverse to its longitudinal extent polygonal, polygonal with rounded corners, oval or, for example, kidney-shaped.
- Such configurations are made possible cost-effectively in particular by the fact that magnetorheological particles are accommodated in the effective gap without a carrier liquid. This makes sealing much easier, which is often difficult with liquids and angular designs.
- a V-shaped or U-shaped or C-shaped or semicircular piston cross section with two legs that meet at their middle ends enables particularly space-saving designs while at the same time having particularly large effective areas of the effective gap. Solutions that can be used in series production can also be advantageously implemented.
- the first brake component is (therefore) advantageously accommodated in the receiving space in an almost or completely (rotatably) rotationally fixed manner.
- a rotary movement or a pivoting movement of an operating element can be reliably converted into a linear movement on the first brake component.
- the receiving space of the magnetically conductive second brake component is advantageously filled with air or gas and is opened to the outside through a ventilation channel in order to enable gas exchange and to prevent compression of the gas in the receiving space.
- At least one sensor device for detecting a measure of a position of the first brake component is included.
- a sensor device can directly detect a position of the first brake component and can be designed, for example, as a linear sensor. It is also possible for the sensor device to detect an angular position, which is converted into a linear position of the first brake component based on the known installation situation.
- the sensor device preferably comprises at least one Hall sensor.
- Such a sensor device, which is based on the Hall effect advantageously enables an exact measurement of an axial position with high and repeatable accuracy, so that this is particularly good suitable for input information or Passing input requests from a user to a computer program such as a computer game.
- a change in position can be resolved particularly finely and particularly continuously over the (in particular entire) travel path.
- the sensor device can also include, in particular, an infrared sensor or an ultrasonic sensor or the like in order to detect the position of a (relatively) moving component of the braking device.
- the cross section of the receiving space is constant over the intended travel path, so that the first braking component can be moved over the entire travel path.
- the effective gap is preferably formed between the first braking component and the inner wall of the receiving space.
- a ratio of the maximum diameter of the first braking component at least in the area of the effective gap transverse to its longitudinal extent to a height of the effective gap is greater than 10 or greater than s 20 and even preferably greater than 30.
- a large ratio makes the effective gap small in relation to the first brake component, in particular a piston.
- the effective gap therefore preferably represents a small magnetic resistance through which the magnetic field can easily pass.
- the magnetically conductive second brake component advantageously forms at least one component of an outer housing with at least one further housing part or is housed in a housing.
- the outer housing expediently includes the magnetically conductive second brake component and at least one further housing part.
- the magnetically conductive second brake component is accommodated on the outer housing.
- the receiving space preferably extends through the entire outer housing and in particular also through the second brake component.
- the outer housing has a lower magnetic conductivity than the magnetically conductive second brake component.
- the ratio of the magnetic conductivity of the second brake component to the magnetic conductivity of the outer housing is greater than 5 and in particular greater than 10 or 50 or 100.
- the at least one further housing part of the outer housing has a lower magnetic conductivity than the magnetically conductive second brake component.
- a ratio of the magnetic conductivity of the magnetically conductive second brake component to other components of the outer housing is in particular greater than 10 or advantageously 100 or preferably greater than 1000, 10000 or even more.
- one further component of the outer housing or the remaining components is not or only particularly poorly magnetically conductive. This advantageously improves the alignment of the magnetic field lines, so that the magnetic field can align itself particularly effectively and scattering is minimized.
- the at least one further housing part of the outer housing is advantageously made of plastic and can therefore advantageously be manufactured particularly cost-effectively.
- the further housing part can preferably be produced in series production by injection molding or equivalent manufacturing processes.
- the magnetically conductive second brake component is made of the same or a very similar material as the core.
- an outer end of the first brake component and an end of the outer housing or the first brake component facing away from it can each be pivotally received, in particular on a console.
- the braking device can thereby advantageously align itself along a force acting on a control element.
- a pivoting control such as a lever or rocker
- the angle of an applied finger force may change to a fixed and non-pivoting axis as the user operates the control as the user's finger moves along a circular path moves around the pivot point of the control element and thus also that of the Finger actuating force that acts on the braking device.
- the first braking component can advantageously move independently along the acting force or align a (pivoting) position of the control element, so that the risk of tilting relative to the second brake component is minimized or at least significantly reduced and actuating forces act advantageously in the direction of movement of the first brake component.
- the pivotable receptacle is designed as a ball head or joint socket or as a circular hole (receiving eye), which can be received via a corresponding joint socket or a pin and a second hole in the console.
- the pivotable receptacle makes it possible to operate the braking device over large pivot angles of the actuating element.
- the first brake component and/or the first brake component is preloaded into at least one rest position relative to the second brake component via a preload unit.
- the preload unit can be located outside of the receiving space and preferably outside of the second brake component or of the outer housing. However, it is also possible for the preload unit to be accommodated within the second brake component or even within the first brake component.
- the preloading unit advantageously comprises at least one spiral spring, a torsion spring or the like, which are inexpensive and robust.
- the first brake component advantageously comprises at least one piston and/or at least one piston rod.
- a length of the piston or the first braking component along the longitudinal direction is greater than a maximum diameter of the piston or the first Brake component.
- a guide length of the piston or The brake component on the inner wall along the other brake component is so long in relation to the diameter that the risk of tilting due to forces acting transversely to the direction of movement is minimized.
- the piston or the first braking component is at least 50% wider than its height transversely to its longitudinal extent.
- the piston or The first brake component can also be twice or three times as wide as it is high.
- a wide and flat piston or A wide and flat first brake component can also be fitted into small installation spaces.
- a ratio of the outside diameter of the second brake component to an outside diameter of the first brake component is less than two.
- the receiving space is preferably divided into two different subspaces by the first brake component, in particular the (linearly movable) piston.
- a game controller comprises a control element or a control button or the like and a (magnetorheological) braking device for braking the movement of the control button or. the control element or the like.
- the braking device comprises a first braking component extending along an axial longitudinal direction and a second braking component made of a magnetically conductive material with a and in particular elongated receiving space formed therein and a magnetic field generating device.
- the first brake component is at least partially accommodated movably in the receiving space along the longitudinal direction and preloaded into a rest position via a preloading unit.
- An effective gap is formed between the first brake component and the second brake component, which is sealed at each of its axial ends via a sealing device.
- the effective gap is at least partially filled with a magnetorheological medium.
- the game controller according to the invention also has many advantages.
- the game controller allows for easy and permanently stable structure.
- the maximum braking force that can be generated when the control button of the control element is pressed is high, while the minimum necessary basic force is very low.
- the invention not only makes it possible to provide a braking device for a game controller, but its use is also conceivable and possible on computer keyboards, exoskeletons, prostheses and/or when operating machines or other devices.
- an active element can also be attached (such as an electric motor, a spindle drive, a solenoid, a piezo actuator, a voice coil, ). This allows an active force to be generated.
- the linear brake would preferably be locked (blocked) when the active element is switched on.
- the adaptive linear element can also dampen or dampen the movement of the active element. influence .
- a “dry” magnetorheological medium is preferably used and does not contain any oil or hydraulic fluid, the basic torque or the basic friction can be reduced.
- the sealing device can be changed in such a way that the basic friction is significantly reduced If necessary, a touching sealing lip can advantageously be dispensed with and the sealing is carried out solely by a magnetic seal.
- Fig. la- li various configurations of devices, in particular operating devices, with braking devices according to the invention
- Fig. 2 a perspective view of an inventive
- Fig. 3a-e a highly schematic section through a braking device according to the invention as well as highly schematic detailed views and a highly schematic sectional view;
- Fig. 4 u. 5 two cuts in the retracted and extended state of the braking device according to FIG. 2 ;
- Fig. 6 u. 7 is a perspective sectional view of the embodiment of the braking device and a further perspective view of the braking device according to FIG. 2 ;
- Fig. 8 is a schematic sectional view of a further embodiment of a braking device
- FIG. 11 - 13 further sections and detailed views of the embodiment according to FIG. 9 and 10;
- FIG. 14 u. 15 i sometric views of the embodiment according to FIG. 9 and 10 in the extended and retracted states.
- Figures la to lg show several operating devices 100 according to the invention in which the magnetorheological braking device 1 can be used.
- the operating devices 100 are each designed as a haptic operating device 100 with an operating element 101.
- Figure la shows a haptic control button 101.
- the control button 101 can be rotated or pivoted and also preferably moved in a direction along the axis of rotation.
- An axial movement or a pivoting movement can advantageously be influenced by the braking device 1 according to the invention, as in the following embodiments.
- the operating device 100 is shown as a thumb roller 102.
- the thumb roller 102 can preferably be used in steering wheels, for example. However, the thumb roller is not limited to this application.
- the thumb roller 102 can generally also be used with any other finger, depending on the installation situation.
- the thumb roller is preferably rotatable about an axis of rotation and, in particular, displaceable along the axis of rotation.
- the operating device 100 is arranged in a computer mouse 103.
- the haptic operating device 100 is housed in the mouse wheel 106.
- the magnetorheological braking device 1 can be used to control haptic feedback, in particular during a displacement along the axis of rotation.
- Figure le shows a joystick 104 as a haptic operating device
- a braking device 1 is housed.
- the braking device 1 can preferably be used in a game controller 100 in order to give the player haptic feedback depending on the game situation, in particular when actuating the control buttons 101, control lever
- the game controller 100 is in a side view shown.
- the braking device 1 according to the invention is arranged inside the game controller 100 (dashed lines).
- the control element 101 is formed here by a rocker or a lever 101, which can be pivoted about the angle of rotation 41. If a user presses the control element 101, this movement is transmitted to the braking device 1.
- the braking device 1 according to the invention is so small that the outer contour of the game controller is not influenced by the braking device 1.
- the braking device 1 according to the invention is particularly light, so that the braking device 1 does not negatively influence the weight of the game controller 101.
- the braking device 1 according to the invention can be manufactured inexpensively in series or mass production.
- a vibration device 45 can be connected in series.
- the vibration device 45 is particularly preferably designed as a “voicecoil” or includes at least one such device.
- the vibration device 45 can, for example, cause the simulation of “continuous fire” in a computer game or an earthquake or the like. simulate.
- the vibration device 45 can also be arranged on the opposite side, ie in the area of the control element 101 (e.g. a trigger button).
- the intensity of the vibration generated by the vibration device 45 or voice coil can be adjusted.
- the braking device 1 is preferably set to “braked” in order to transmit the movements.
- Figure lh shows a very schematic top view of a game controller 100 and a braking device 1.
- the dimensions of the game controller 101 and the braking device 1 are shown here (approximately) to scale.
- the length 34 of the braking device here is between approximately 1/3 and approximately 1/2 of the maximum (transverse) extent 108 of the game controller 100 and is between approximately 1/2 and 2/3 of the length 107 of the side edge.
- An outer diameter 3a of the braking device 1 is approximately 1/4 of the length 34. This clearly shows that cramped space conditions and the high demands on the construction of the braking device 1, which must be completely installed in the housing of the game controller 101. You cannot simply take a braking device 1 “off the shelf” and use it.
- Figure left shows dashed z. B. a housing of an operating device.
- the operating device can z. B. be a steering wheel spoke in a motor vehicle.
- the operating device can also be a game controller or the like.
- Shown with a solid line and shown in dashed lines in several pivoting positions is an operating element 101 (e.g. an actuating element such as a switching lug 46), which can be pivoted about the central pivot point 47.
- Articulated at the (opposite) articulation point 48 is a (linear) braking device 1, with which the actuation of the switching lug 46 or the like can be braked in a targeted manner.
- the control element 101 can z. B. be designed as a rocker switch.
- the control element 101 in the form of z. B.
- a switching lug 46 can z. B. can be installed in steering wheels of motor vehicles and can have several switching positions. The feel is adjustable.
- the braking device 1 can z. B. two reset units in the form of z. B. have return springs to force the control element 101 into the neutral position. However, return springs can also be dispensed with, or separate return springs can be provided.
- FIG. 2 shows a perspective view of a braking device 1 according to the invention in an installation situation with a schematic control element 101, as z. B. can be used in a game controller 100.
- the braking device 1 is pivotally mounted on a console 2 at an outer end 37 of a first brake component 8 and an opposite end 38 of a second brake component 3, here by ball joints with ball heads and joint sockets. This allows the braking device 1 to rely on the actuating force 42 or in Align depending on the pivot angle 41 so that the actuating force 42 acts along the longitudinal direction 19 of the piston rod 9 of the first brake component 8, so that the braking device 1 can be moved smoothly and does not tilt. Further advantageously, large pivot angles are also possible thanks to the pivotable mount.
- Figures 3a-e show a highly schematic section through a braking device 1 according to the invention as well as detailed views and a sectional view.
- 3a shows a highly schematic section through a braking device 1 according to the invention for braking a movement of an operating element 101 of an operating device 100.
- the braking device 1 comprises a first braking component 8 extending along the axial longitudinal direction 19 and a second braking component 3 made of a magnetically conductive material.
- a receiving space 4 extends through the second brake component 3.
- the first braking component 8 is movably accommodated in the receiving space 4.
- the first brake component 8 divides the receiving space 4 here into different sub-spaces 6, 7.
- the first brake component 8 comprises a piston 10 received in the receiving space 4 and a piston rod 9 projecting outwards from the receiving space 4.
- the piston 10 and the second brake component 3 form an effective gap 5 filled with a magnetorheological medium 13, which is sealed at the axial ends via a sealing device 12.
- the magnetorheological medium 13 can include magnetorheological particles 14 and a gas as a filling medium 14a.
- the filling medium 14a can also be formed by a liquid, such as a (carrier oil) or a fat.
- the magnetorheological medium 13 is advantageously only present in the effective gap 5.
- the effective gap 5 here advantageously contains between 40 and 95 percent by volume of magnetorheological particles 14.
- the magneto- rheological particles 14 each consist of carbonyl iron powder. Due to the high particle concentration, the magnetorheological particles 14 themselves behave like a fluid, with the effective gap 5 not becoming clogged.
- the particles 14 each have a coating to prevent corrosion.
- the particles 14 have a sliding coating, here in the form of a graphite additive, which is applied to the particles 14 in sections as a thin graphite layer. This improves the sliding behavior and enables long-lasting and reliable operation.
- the effective gap 5 is here at each end via a sealing device 12 with a sealing unit 15 between the parts moving towards one another, i.e. H. the first brake component 8 and the second brake component 3, sealed and limited.
- the sealing devices 12 are accommodated here on the first brake component 8 and more precisely on its piston 10, so that the effective gap 5 moves with the piston 10 or the first brake component 8.
- the braking device 1 further comprises a magnetic field generating device 24 designed as an electrical coil unit 24a and a magnetically conductive core 26.
- the magnetically conductive core 26 is formed here on the first brake component 8 and more precisely on the piston 10.
- the electrical coil unit 24 is wound in the longitudinal direction 19 around the first brake component 8 and more precisely around the piston 10.
- the piston rod 9 extends along the longitudinal direction 19.
- a vertical 24d is spanned on the plane 24c tensioned by the coil unit 24 transversely and in particular perpendicular to a winding plane 25 tensioned by the coil windings.
- the magnetic field 24b is guided through the magnetically conductive second braking component 3 and the magnetically conductive core 26 and passes through the effective gap 5 here, so that the magnetic particles 14 align themselves along the magnetic field 24b and the viscosity of the magnetorheological medium 13 can thereby be changed.
- a movement of the first brake component 8 relative to the second brake component 3 can be braked and influenced in this way.
- the piston 10 of the first brake component 8 is here preloaded into a rest position 43 by a preloading unit 39.
- the preload unit 39 is accommodated outside the piston 10 of the first brake component 8 but within an outer housing 3b.
- the receiving space 4 is filled with air here and connected to the environment via the ventilation channel 11, so that gas exchange and pressure equalization can take place.
- 3b is a detailed view of a sealing device 12 of a braking device 1 according to the invention with several sealing units 15, which include a non-contact labyrinth seal 16, a non-contact magnetic seal 20 and a sealing lip 18 that is non-contact to the sealing surface 12a of the sealing device 12.
- the magnetic seal 20 is designed here as a magnetic ring, which prevents the magnetic particles 14 of the magnetorheological medium 13 from passing through the sealing device 12 with the sealing surface 12a.
- the labyrinth seal 16 comprises several chambers or Groove (s) extending over the circumference, which allows the passage of the magnetorheological particles 14 from the effective gap 5 through the sealing device 12 along the sealing surface 12a into the recording room 4.
- a sealing lip 18 is present to mechanically retain the magnetorheological particles 14.
- the sealing lip 18 blocks the cross section of the effective gap 5 along the height of the effective gap 5a, with a small sealing gap 17 remaining to the sealing surface 12a of the second brake component 3.
- the sealing lip 18 is permeable to liquid while magnetorheological particles 14 are retained and cannot pass through the sealing lip 18.
- the sealing device 12 here has a magnetic particle collector 21.
- the particle collector 21 is here radially outside the effective gap 5, i.e. H. on the side of the sealing device 12 facing away from the sealing gap.
- the particle collector 21 here has a (strong) permanent magnet, through which the magnetic particles 14 are collected, which pass through the sealing device 12 from the effective gap 5 despite the sealing lip 14.
- the first braking component 8 has a non-round outermost cross section 29.
- a minimal internal cross section 30 of the receiving space 4 of the second brake component is adapted to the outermost cross section 29 of the first brake component.
- the piston 10 of the first brake component 8 here has an oval outermost cross section 29.
- the minimum inner cross section 30 of the receiving space 4 is here adapted to the outermost cross section 29 of the first brake component 8, so that a thin gap remains between the first brake component 8 and the second brake component 3, in which the effective gap 5 is arranged.
- the effective gap 5 is formed here between the piston 10 and the inner wall 33 of the receiving space 4.
- the first brake component 8 here is thus
- the piston 10 of the first brake component 8 here has a length 27 along the longitudinal direction 19, which is larger than a maximum diameter 28 of the piston 10 of the first brake component 8.
- the piston 10 is here transverse to the longitudinal extent 19 at least 50% wider than it is tall .
- the internal cross section 30 is constant over the intended travel path 31, so that the piston 10 can be displaced over an entire piston path 31.
- the braking device 1 further comprises a sensor device 32, which is designed here as a Hall sensor.
- the sensor device 32 is used to record a measure of a position of the piston 10 of the first brake component 8 in relation to the second brake component 3.
- a ratio of the largest transverse dimension of the piston 10 (transverse to its longitudinal extension 19) to a height 5a of the effective gap 5 is greater than 20. Consequently, the effective gap 5 represents a (only small) resistance for the magnetic field 24b, through which it ( can pass through without any problems.
- FIG. 3d An alternative embodiment of the sealing device 12 is shown in FIG. 3d.
- the sealing device 12 here comprises two sealing units 15 touching the opposite sealing surface 12a, a magnetic seal 20 and a sealing lip 18.
- the sealing lip here lies in contact with the inner wall 33 of the receiving space 4.
- the magnetic seal 20 here comprises two magnetic rings with electrical coils which hold a ferro-fluid 20a, shown only schematically here, in the sealing gap 17, which blocks the sealing gap 17.
- FIG. 3e An enlarged section of the effective gap 5 is shown in FIG. 3e.
- the active surfaces 5b of the effective gap 5 are formed here along the axial direction 5c of the effective gap 5.
- the active surfaces 5b can also have a different shape, as shown here in dashed lines, for example.
- B. a periodically repeating, wavy “mountains and valleys” Profile, whereby a height between "mountain and valley” extends over approximately 50% of the height 5a of the effective gap 5, so that a wedge effect can arise, which leads to a local concentration of the magnetorheological particles 14, whereby higher forces can be transmitted.
- the profile extends here over the entire circumference of the piston 10 of the first brake component 8.
- the effective surface 5b on the second brake component 3 can also be designed analogously.
- Figures 4 and 5 show two sections in the retracted and extended state of the braking device 1 according to Fig. 2.
- a ratio of the outer diameter 3a of the second brake component 3 to an outer diameter 9a of the piston rod 9 is smaller than two, so that the design is very compact.
- the first brake component 8 is displaceable along the travel path 31 and is preloaded into the rest position 43 by the preloading device 39, which is designed here as a spiral spring.
- Connection cables can be led out through the cable bushing 40, which extends through the piston rod 9 of the first brake component 8.
- the magnetically conductive second brake component 3 is here a component of the outer housing 3b, which here has a significantly lower magnetic conductivity than the magnetically conductive second brake component 3.
- the housing 3b or outer housing 3b comprises a further component which is made of plastic. Plastics have the advantage that they are easy and inexpensive to produce compared to metallic materials and, above all, can be mass-produced.
- the housing 3b here has the largest outside diameter 3a of the entire braking device 1.
- the end 38 (connection end) intended for connection is formed on the housing 3b.
- the other (outer) end 37 (connection end) intended for connection is formed on the piston rod 9.
- a wall thickness of the Outer housing 3b preferably corresponds (approximately) to a wall thickness (+/- 20%) of the magnetically conductive second brake component 3 (in a central region) of the second brake component 3.
- the sealing device 12 is only shown schematically in FIGS. 4 and 5 and in detail can have a structure that deviates from the rectangular cross section shown.
- the first brake component 8 also has several components here.
- the core 26 is magnetically conductive and is formed on the piston 10.
- the first brake component 8 here includes a coil holder for the coil unit 24a of the magnetic field generating device 24 and a piston rod 9. All components except the magnetically conductive core 26 are also made here from a plastic that is inexpensive and has very poor magnetic conductivity.
- the magnetorheological medium 13 in the effective gap 5 can be subjected to a magnetic field by the magnetic field generating device 24, which is designed here as a coil unit 24a, so that the magnetic particles 14 are in the effective gap 5 align and transfer forces between the second brake component 3 and the first brake component and here the piston 10. Consequently, a movement of the piston 10 relative to the second brake component 3 is braked.
- the magnetorheological medium 13 is present exclusively in the (thin) effective gap 5 between the piston 10 of the first brake component 8 and the second brake component 3, which is limited by the sealing devices 12.
- Figures 6 and 7 show a perspective section
- Figure 8 shows a schematic sectional view of another Embodiment of a braking device 1.
- the sealing devices 12 are accommodated on the second brake component 3, so that the effective gap 5 is stationary in relation to the second brake component 3 and the sealing surface 12a is formed on the first brake component. Consequently, the effective gap 5 moves here with the second braking component 3.
- Figures 9 and 10 show schematic sectional views of a further embodiment of a braking device 1 in the retracted and extended state.
- the ends 37, 38 are designed here as joint sockets.
- the sealing device 12 here comprises two sealing units 15, a magnetic seal 20, in particular with a ferro-fluid, not shown separately, and a mechanical contact seal, which is designed in particular as a felt ring in order to obtain an optimal seal of the effective gap 5. Furthermore, the outer housing 3b completely encloses the entire piston 10 and the piston rod 9 of the first brake component 8.
- the 10 shows a minimum (axial) distance 12b between the second brake component 3 and the sealing device 12 arranged closer to the end 37 and in particular the magnetic seal 20. As a result, the seal is (largely) magnetically decoupled from the magnetic field generating device 24.
- the maximum (axial) distance 12c is shown on the other side (closer to the end 38).
- the corresponding distance on the right side here closer to the end 38 is smaller than the distance on the left side here.
- the distance on the right side can then correspond to the minimum distance 12b (or possibly be larger).
- the minimum distance 12b between the second brake component 3 and the sealing device 12 is dimensioned such that the magnetic seal 20 seals reliably and remains largely unaffected. Such a minimum distance 12b is preferred in all configurations and Examples of embodiments and positions are provided.
- component parts 8a and 8b are provided with reference numbers.
- the component parts 8a and 8b can be designed as separate parts or in one piece as e.g. B. coil holder can be shaped.
- the component parts 8a and 8b have a significantly lower magnetic conductivity than the core 26.
- the ratio of the magnetic conductivities of the component parts 8a and 8b (and also the outer housing 3b) to the core 26 is (in all configurations) less than 1:5 and preferably less than 1:10 and in particular less than 1:50 or 1:100.
- Figures 11, 12 and 13 show further sectional and detailed views of the embodiment according to Figures 9 and 10.
- Figure 12 a section through the winding plane 25 is shown, so that the winding of the coil unit 24 in the longitudinal direction 19 can be seen.
- Figures 14 and 15 show isometric views of the embodiment according to Figures 9 and 10 in the extended and retracted states.
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- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
The invention relates to a brake device (1) and a game controller (100) comprising a brake device (1), in particular for braking a movement of operating elements (101), such as operating buttons, operating levers, push buttons. The brake device (1) comprises: a first brake component (8) extending in an axial longitudinal direction (19): a second brake component (3) made of a magnetically conductive material; and a magnetic-field-generation device (24) which comprises an electric coil unit (24a) and a magnetically conductive core (26). The first brake component (8) is accommodated on the second brake component (3) so as to be movable in the axial direction (19). The electric coil unit (24) is wound around the first brake component (8) in the longitudinal direction (19) so that a perpendicular (24c) on the plane spanned by the coil unit (24a) is oriented transversely to a winding plane (25) spanned by the coil windings. An effective gap (5) filled with a magnetorheological medium (13) is formed between the first brake component (8) and the second brake component (3) and is sealed at each axial end via a sealing device (12).
Description
Bremsvorrichtung und Spielecontroller Braking device and game controller
Die vorliegende Erfindung betri f ft eine Bremsvorrichtung zum Variieren einer Betätigungskraft eines Betätigungselements oder zum Erzeugen eines Bremsmoments . Insbesondere betri f ft die Erfindung eine magnetorheologische Bedieneinrichtung zur Einstellung von Bedienzuständen . The present invention relates to a braking device for varying an actuation force of an actuation element or for generating a braking torque. In particular, the invention relates to a magnetorheological operating device for setting operating states.
Im Stand der Technik sind verschiedenste Spielecontroller und andere Bedienvorrichtungen und Bedieneinrichtungen bekannt geworden, bei denen unterschiedliche Bedienelemente , wie Bedientaster , Bedienhebel und dergleichen mehr betätigt werden, um Computerspiele oder technische Geräte aus dem Heimbereich oder aus dem Arbeitsbereich zu bedienen und zu steuern . A wide variety of game controllers and other operating devices and operating devices have become known in the prior art, in which different operating elements, such as control buttons, operating levers and the like, are operated in order to operate and control computer games or technical devices from the home or from the work area.
Bei Steuerungen von Computerspielen sind oftmal s Knöpfe oder Tasten, auch Triggerelemente genannt , vorgesehen, die oft federvorgespannte Druck- oder Schwingelemente sind, bei deren Betätigung im Computerspiel etwas ausgelöst wird und insbesondere eine Eingabe im Computerspiel erfolgt . Zum Bei spiel kann der Start einer Maschine oder Abzug einer Waf fe im Computerspiel damit ausgelöst oder eine Beleuchtung eines Gebäudes in dem Computerspiel oder in einer Simulation eingeschaltet werden oder dergleichen mehr . When controlling computer games, buttons or keys, also called trigger elements, are often provided, which are often spring-loaded pressure or oscillating elements, when pressed, something is triggered in the computer game and, in particular, an input is made in the computer game. For example, the start of a machine or the triggering of a weapon in the computer game can be triggered, or the lighting of a building can be switched on in the computer game or in a simulation, or the like.
Grundsätzlich werden an solche Bedieneinrichtungen hohe Anforderungen gestellt . Eine Bremsvorrichtung soll einen möglichst geringen Bauraumbedarf aufwei sen und vorzugsweise geringe Kosten mit einem geringen Energieverbrauch kombinieren . Denn der Bauraum an Spielekonsolen und Spielesteuerungen wie Spielecontrollern und an anderen Bedieneinrichtungen i st oft sehr knapp, und insbesondere begrenzt . Eine Außenkontur i st oft durch ein ergonomi sches Design insbesondere fest vorgegeben oder sollte nicht oder nur minimal durch ein Bedienelement und des sen techni schen Abmessungen oder
deren Aufbau beeinflusst oder gar verändert werden, da diese ergonomisch wichtig ist und z. B. über viele Jahre bekannt ist, sodass die Außenkontur auch oft ein Erkennungsmerkmal darstellt. Zudem unterliegen Spielekonsolen und Bedieneinrichtungen einem hohen Preisdruck, weshalb oftmals nur sehr kostengünstige Lösungen infrage kommen. Außerdem werden derartige Steuereinrichtungen aus Komfortgründen oft kabellos verwendet, sodass der Stromverbrauch und damit die Akkulaufzeit wichtig sind. Fundamentally, high demands are placed on such operating devices. A braking device should have the smallest possible space requirement and preferably combine low costs with low energy consumption. The installation space for game consoles and game controls such as game controllers and other operating devices is often very limited and, in particular, limited. An outer contour is often predetermined by an ergonomic design or should not or only minimally be determined by a control element and its technical dimensions or Their structure can be influenced or even changed because it is ergonomically important and e.g. B. has been known for many years, so that the outer contour is often an identifying feature. In addition, game consoles and operating devices are subject to high price pressure, which is why often only very cost-effective solutions are possible. In addition, for reasons of convenience, such control devices are often used wirelessly, so power consumption and therefore battery life are important.
Zunächst wurden im Stand der Technik diese Betätigungselemente nur mit einem Sensor und einer Rückstellfeder ausgerüstet, wobei der Sensor den Benutzerwunsch an den Computer bzw. das Spiel weitergegeben hat und die Feder das Bedienelement anschließend zurückgestellt hat. Im weiteren Verlauf der Entwicklung wurden Vibrationselemente eingebaut, über die ein zusätzliches Feedback gegeben werden kann. Im Jahr 2020 hat Sony bei der Playstation 5 den Triggerknopf haptisch verfeinert und einen Elektromotor mit Schneckengetriebe und mehreren Getriebestufen integriert. Der Elektromotor interagiert mit der Schwenktaste und damit mit dem Benutzer, sodass der Benutzer in Abhängigkeit der Spielsituation gegen einen veränderlichen Widerstand andrücken muss bzw. den Widerstand beim Betätigen spürt und wahrnimmt. Grundsätzlich funktioniert das System. Das haptische Feedback könnte allerdings feiner variiert werden und die aufbringbare Kraft könnte größer sein. Vorteilhaft bei dem bekannten System ist, dass eine Grundkraft, d. h. die minimal mögliche Kraft gegen die ein Benutzer arbeiten muss, gering ist bzw. ein entsprechendes Grundmoment gering ist. Grundkräfte dürfen nicht zu hoch sein, weil sonst der Benutzer (bzw. dessen Finger) zu schnell ermüdet. Je nach Benutzer und Spiel bzw. Anwendung bzw. technischem Gebiet variieren die Wünsche an die aufzubringenden Kräfte. Initially, in the prior art, these actuating elements were only equipped with a sensor and a return spring, whereby the sensor passed on the user's request to the computer or the game and the spring then reset the control element. As development progressed, vibration elements were installed to provide additional feedback. In 2020, Sony refined the feel of the trigger button on the Playstation 5 and integrated an electric motor with a worm gear and several gear stages. The electric motor interacts with the swivel button and thus with the user, so that the user has to press against a variable resistance depending on the game situation or feels and perceives the resistance when actuating. Basically the system works. However, the haptic feedback could be varied more finely and the force that can be applied could be greater. The advantage of the known system is that a basic force, i.e. H. the minimum possible force against which a user has to work is low or a corresponding basic moment is low. Basic forces must not be too high, otherwise the user (or their fingers) will tire too quickly. Depending on the user and the game or application or technical area, the requirements for the forces to be applied vary.
Bei derartigen Spielecontrollern oder anderen Bedieneinrichtungen drückt der Benutzer meist mit dem Finger eine Bedientaste oder ein Bedienelement. Oft wird die Bewegung des Fingers über einen Drehpunkt in eine Schwenkbewegung umgewandelt. Diese Schwenkbewegung kann über eine oder mehrere Getriebestufen in eine Rotationsbewegung mit höherer Drehzahl umgewandelt werden.
Zur Dämpfung derartiger Drehbewegungen wurde auch versucht , magnetorheologi sche Bremsvorrichtungen vorzugswei se mit einem Drehdämpfer einzusetzen . Mit einem Drehdämpfer können ein sehr geringes Grundmoment und ein hohes Maximalmoment und somit eine hohe Spreizung des erzeugbaren Momentes erreicht werden . Magnetorheologi sche Drehdämpfer können über reibungsarme Dichtungen abgedichtet werden, da bei kleinen Dichtungsdurchmessern auch nur geringe Reibmomente bei Drehbewegungen entstehen . Aktoren mit magnetorheologi schen Flüs sigkeiten benötigen nämlich gute Dichtungen, da bei den geforderten hohen Zykluszahlen eine dauerhafte Funktion gewährleistet werden mus s . Aufgrund der Anforderungen an den Bauraum i st es aber nicht immer möglich, Drehdämpfer zur Erzeugung eines Bremsmomentes einzusetzen . With such game controllers or other operating devices, the user usually presses a control button or a control element with his finger. Often the movement of the finger is converted into a pivoting movement via a pivot point. This pivoting movement can be converted into a rotational movement at a higher speed via one or more gear stages. To dampen such rotary movements, attempts have also been made to use magnetorheological braking devices, preferably with a rotary damper. With a rotary damper, a very low basic torque and a high maximum torque and thus a high spread of the torque that can be generated can be achieved. Magnetorheological rotary dampers can be sealed using low-friction seals, since small seal diameters only produce low frictional moments during rotary movements. Actuators with magnetorheological fluids require good seals because long-term functionality must be guaranteed given the high number of cycles required. However, due to the space requirements, it is not always possible to use rotary dampers to generate braking torque.
Es i st deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Bremsvorrichtung insbesondere für Spielecontroller und andere Bedieneinrichtungen zur Verfügung zu stellen, die einen geringen Bauraumbedarf aufwei st und auch dauerhaft zuverlässig funktioniert . Insbesondere soll die Bremsvorrichtung kostengünstig herstellbar sein und vorzugswei se ein geringes Gewicht aufweisen . It is therefore the object of the present invention to provide a braking device, in particular for game controllers and other operating devices, which requires little installation space and also functions reliably over the long term. In particular, the braking device should be inexpensive to produce and should preferably be low in weight.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Bremsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche . Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Aus führungsbeispiele . This task is solved by a braking device with the features of claim 1. Preferred developments of the invention are the subject of the subclaims. Further advantages and features of the present invention result from the general description and the description of the exemplary embodiments.
Eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung dient insbesondere zum Bremsen einer Bewegung von ( insbesondere schwenkbaren, rotativen oder linearen ) Bedienelementen wie zum Beispiel Bedientasten, Bedienhebeln, Drucktasten und anderen Bedienteilen mehr . Die Bremsvorrichtung umfasst wenigstens eine sich entlang einer Längsrichtung erstreckende erste Bremskomponente und eine wenigstens teilweise ein magneti sch leitendes Material umfas sende zweite Bremskomponente und eine Magnetfelderzeugungseinrichtung . Die Magnetfelderzeugungseinrichtung umfas st (wenigstens ) eine
elektrische Spuleneinheit. Vorzugsweise ist (wenigstens) ein magnetisch leitender Kern umfasst. Die erste Bremskomponente ist entlang der axialen Längsrichtung beweglich an der zweiten Bremskomponente aufgenommen. Vorzugsweise ist die elektrische Spuleneinheit in Längsrichtung wenigstens teilweise um die erste Bremskomponente (oder einen Teil davon) gewickelt, sodass eine Senkrechte auf der durch die Spuleneinheit aufgespannten Ebene quer (und insbesondere senkrecht) zu einer durch die Spulenwicklungen auf gespannten Wickelebene ausgerichtet ist. Zwischen der ersten Bremskomponente und der zweiten Bremskomponente ist ein (wenigstens teilweise) mit einem magnetorheologischen Medium gefüllter Wirkspalt ausgebildet, der an den axialen Enden jeweils über eine Dichtungseinrichtung abgedichtet ist. A braking device according to the invention is used in particular to brake a movement of (in particular pivotable, rotary or linear) control elements such as control buttons, control levers, push buttons and other control parts. The braking device comprises at least one first braking component extending along a longitudinal direction and a second braking component at least partially comprising a magnetically conductive material and a magnetic field generating device. The magnetic field generating device comprises (at least) one electrical coil unit. Preferably (at least) one magnetically conductive core is included. The first braking component is movably received on the second braking component along the axial longitudinal direction. Preferably, the electrical coil unit is at least partially wound in the longitudinal direction around the first braking component (or a part thereof), so that a vertical on the plane spanned by the coil unit is aligned transversely (and in particular perpendicularly) to a winding plane spanned by the coil windings. An effective gap filled (at least partially) with a magnetorheological medium is formed between the first brake component and the second brake component and is sealed at the axial ends via a sealing device.
Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung besteht darin, dass bei der linear beweglichen Bremsvorrichtung ausschließlich der Wirkspalt mit einem magnetorheologischen Medium befüllt wird. Vorteilhaft sind keine separaten Fluidkammern bzw. Reservoire notwendig zwischen denen das magnetorheologische Medium in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung vorzugsweise hin und her gepumpt werden muss. Dadurch ist diese lineare Bremsvorrichtung vorteilhaft besonders klein und leichtbauend ausführbar. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung dadurch besonders kostengünstig hergestellt werden, sodass diese sich bevorzugt auch zum Einsatz in Spielecontrollern oder Computertastaturen eignet. Vorteilhaft ist ein Verschiebewiderstand bzw. ein Widerstand gegen Verschiebung der Bremskomponenten gegeneinander durch die Beaufschlagung des magnetorheologischen Mediums in dem Wirkspalt mit einem Magnetfeld veränderlich und insbesondere gegenüber der Grundkraft erhöhbar, sodass ein Benutzer einen sich verändernden Widerstand wahrnehmen kann. The braking device according to the invention has many advantages. A significant advantage of the braking device according to the invention is that in the linearly movable braking device only the effective gap is filled with a magnetorheological medium. Advantageously, no separate fluid chambers or reservoirs are necessary between which the magnetorheological medium preferably has to be pumped back and forth depending on the direction of movement. As a result, this linear braking device can advantageously be designed to be particularly small and lightweight. In addition, the braking device according to the invention can be manufactured particularly cost-effectively, so that it is preferably also suitable for use in game controllers or computer keyboards. Advantageously, a displacement resistance or a resistance to displacement of the brake components relative to one another is variable by applying a magnetic field to the magnetorheological medium in the effective gap and can in particular be increased compared to the basic force, so that a user can perceive a changing resistance.
Die magnetisch leitende zweite Bremskomponente ist insbesondere wenigstens ein Bestandteil einer magnetisch leitfähigen Statoreinheit. Die Statoreinheit kann vorteilhaft mehrere
vorzugsweise magnetisch leitende Gehäuseteile bzw. Bauteile umfassen. Die erste Bremskomponente ist insbesondere wenigstens ein Bestandteil einer beweglich an der Statoreinheit auf genommenen Linearaktoreinheit bzw. Rotoreinheit. Vorzugsweise sind die Linearaktoreinheit, bevorzugt die erste Bremskomponente und die Statoreinheit koaxial und vorzugsweise konzentrisch zueinander entlang wenigstens der Bewegungsachse bzw. Längsachse der Linearaktoreinheit angeordnet. Zweckmäßig ist die Linearaktoreinheit wenigstens teilweise radial innerhalb der Statoreinheit angeordnet. Vorteilhaft umschließt die Statoreinheit die Linearaktoreinheit vollumfänglich und/oder entlang eines gesamten Umfangs der Linearaktoreinheit. The magnetically conductive second brake component is in particular at least one component of a magnetically conductive stator unit. The stator unit can advantageously have several preferably include magnetically conductive housing parts or components. The first braking component is in particular at least one component of a linear actuator unit or rotor unit movably mounted on the stator unit. Preferably, the linear actuator unit, preferably the first braking component and the stator unit are arranged coaxially and preferably concentrically to one another along at least the movement axis or longitudinal axis of the linear actuator unit. The linear actuator unit is expediently arranged at least partially radially within the stator unit. The stator unit advantageously encloses the linear actuator unit completely and/or along an entire circumference of the linear actuator unit.
Vorzugsweise ist die zweite Bremskomponente als, insbesondere zylindrische, Hülse bzw. als hülsenförmiges Teil ausgeführt, welche die erste Bremskomponente wenigstens teilweise entlang des Umfangs umschließt. Insbesondere umschließt die zweite Bremskomponente die erste Bremskomponente vollumfänglich. Zweckmäßig kann die zweite Bremskomponente auch ein Gehäuseteil bilden und/oder als solches ausgeführt sein. The second brake component is preferably designed as a, in particular cylindrical, sleeve or as a sleeve-shaped part, which encloses the first brake component at least partially along the circumference. In particular, the second brake component completely surrounds the first brake component. The second brake component can expediently also form a housing part and/or be designed as such.
Vorzugsweise umfasst das magnetorheologische Medium magnetorheologische Partikel und Gas als Füllmedium. Insbesondere sind keine oder weitestgehend keine oder wenigstens nahezu keine flüssigen Bestandteile in dem Wirkspalt enthalten. Dadurch kann die Dichtungseinrichtung derart ausgebildet werden, dass nur eine Dichtung für die magnetorheologischen Partikel zur Verfügung gestellt werden muss. Ein Gasaustausch mit der Umgebung ist vorteilhaft möglich und unproblematisch. Das eingesetzte Gas ist vorzugsweise ein Gasgemisch und insbesondere Luft. Dadurch kann eine besonders geringe Grundreibung und damit eine Grundkraft erzielt werden, sodass ein Verhältnis von maximal erzeugbarer Bremskraft zu der für die Bewegung nötigen Grundkraft sehr hoch ist. Vorteilhaft sind bei einem Gas und insbesondere Luft als Füllmedium Leckagen unproblematisch und gleichen sich im Betrieb aus . The magnetorheological medium preferably comprises magnetorheological particles and gas as a filling medium. In particular, no or largely no or at least almost no liquid components are contained in the effective gap. As a result, the sealing device can be designed in such a way that only one seal has to be provided for the magnetorheological particles. Gas exchange with the environment is advantageously possible and unproblematic. The gas used is preferably a gas mixture and in particular air. This allows a particularly low basic friction and thus a basic force to be achieved, so that a ratio of the maximum braking force that can be generated to the basic force required for the movement is very high. Advantageously, when using gas and especially air as the filling medium, leaks are not a problem and compensate for each other during operation.
Alternativ oder zusätzlich kann das magnetorheologische Medium
auch Flüssigkeiten, wie z. B. Öle, oder auch Fette umfassen. Vorteilhaft können die magnetorheologischen Partikel in der Flüssigkeit bzw. dem Fett fein dispergiert werden, sodass dauerhaft eine homogene Verteilung der Partikel in dem Füllmedium und somit in dem Wirkspalt gewährleistet werden kann. Im Sinne dieser Anmeldung umfasst ein Fett auch alle eingedickten Schmierstoffe, vorzugsweise auch verseifte Öle. Alternatively or additionally, the magnetorheological medium also liquids, such as B. include oils or fats. The magnetorheological particles can advantageously be finely dispersed in the liquid or fat, so that a homogeneous distribution of the particles in the filling medium and thus in the effective gap can be permanently ensured. For the purposes of this application, a grease also includes all thickened lubricants, preferably also saponified oils.
Darüber hinaus kann das magnetorheologische Medium auch ein Gemisch aus mehreren Füllmedien, insbesondere aus Gasen, Flüssigkeiten und/oder Fetten umfassen. Vorteilhaft können sich die positiven Eigenschaften der einzelnen Füllmedien bzw. Fluide so ergänzen. In addition, the magnetorheological medium can also comprise a mixture of several filling media, in particular gases, liquids and/or fats. The positive properties of the individual filling media or fluids can advantageously complement each other.
In einer bevorzugten Weiterbildung beinhaltet der Wirkspalt mehr als 40 Volumenprozent an magnetorheologischen Partikeln. Besonders bevorzugt ist der Wirkspalt zu mehr als 50, 60 oder 80 Volumenprozent mit magnetorheologischen Partikeln gefüllt. Es ist bevorzugt, dass der Wirkspalt zu weniger als 95 Volumenprozent mit magnetorheologischen Partikeln gefüllt ist. In a preferred development, the effective gap contains more than 40 percent by volume of magnetorheological particles. Particularly preferably, the effective gap is filled to more than 50, 60 or 80 percent by volume with magnetorheological particles. It is preferred that the effective gap is filled to less than 95 percent by volume with magnetorheological particles.
Ein hoher Volumenanteil von magnetorheologischen Partikeln innerhalb des Wirkspalts ermöglicht vorteilhaft ein hohes Bremsmoment. Gleichzeitig verhalten sich die magnetorheologischen Partikel insgesamt nahezu wie ein Fluid und können entsprechend verdrängt werden. Vorzugsweise haben die magnetorheologischen Partikel jeweils oder in der Mehrheit oder zu über 90% oder zu 100% einen maximalen Außendurchmesser kleiner 200 pm und insbesondere kleiner als 100 pm. In bevorzugten Ausgestaltungen beträgt ein typischer Durchmesser der magnetorheologischen Partikel zwischen 10 und 50 pm. A high volume fraction of magnetorheological particles within the effective gap advantageously enables a high braking torque. At the same time, the magnetorheological particles behave almost like a fluid and can be displaced accordingly. Preferably, the magnetorheological particles each or in the majority or over 90% or 100% have a maximum external diameter of less than 200 pm and in particular less than 100 pm. In preferred embodiments, a typical diameter of the magnetorheological particles is between 10 and 50 pm.
In bevorzugten Weiterbildungen bestehen die magnetorheologischen Partikel (jeweils) überwiegend aus Carbonyleisenpulver und können eine Beschichtung gegen Korrosion und/oder zur Verbesserung des Gleitverhaltens (Gleitbeschichtung) aufweisen. Dadurch wird ein dauerhafter und vorteilhaft wartungsfreier Betrieb gewährleistet. Eine solche Beigabe oder Beschichtung kann Graphit, Molybdän,
Bronze und dergleichen aufweisen oder umfassen. Solche Zugaben können das Gleiten verbessern und auch ein Quietschen reduzieren oder verhindern. In preferred developments, the magnetorheological particles (each) consist predominantly of carbonyl iron powder and can have a coating to prevent corrosion and/or to improve the sliding behavior (sliding coating). This ensures long-term and advantageously maintenance-free operation. Such an additive or coating can include graphite, molybdenum, Have or include bronze and the like. Such additions can improve sliding and also reduce or eliminate squeaking.
Vorzugsweise umfasst das magnetorheologische Medium eine Graphitbeigabe. Dabei ist es möglich, dass eine (dünne) Graphitschicht wenigstens abschnittsweise auf einen Teil der magnetorheologischen Partikel (oder auf alle) aufgetragen wird. Möglich ist es auch, dass einem bestimmten Volumen von magnetorheologischen Partikeln ein bestimmter Graphitanteil beigegeben wird. The magnetorheological medium preferably comprises an addition of graphite. It is possible for a (thin) graphite layer to be applied at least in sections to some (or all) of the magnetorheological particles. It is also possible for a certain proportion of graphite to be added to a certain volume of magnetorheological particles.
Vorteilhaft ist das magnetorheologische Medium in wenigstens einem Aufnahme körper auf genommen. Bevorzugt wird ein Aufnahmekörper wenigstens teilweise durch einen Wirrfaserstoff, wie z. B. ein Knäuel aus einem oder mehreren (Stof f- ) Fäden, und/oder einem Schaumstoff gebildet. Darüber hinaus sind auch andere Aufnahmekörper wie poröse Medien und insbesondere Sintermaterialien möglich. Vorzugsweise ist der Wirrfaserstoff innerhalb des Wirkspalts angeordnet. Vorteilhaft trägt der Aufnahmekörper zur homogeneren Verteilung des magnetorheologischen Mediums und insbesondere der magnetischen Partikel bei. Indem der Aufnahmekörper das magnetorheologische Medium und zweckmäßig auch dessen Bestandteile bei Relativbewegungen an Ort und Stelle hält, wird eine Gefahr einer (globalen) Agglomeration des magnetorheologischen Mediums und vorzugsweise der magnetischen Partikel an einer Stelle bzw. an einem Ende des Wirkspalts verringert oder sogar vollständig verhindert. Darüber hinaus kann der Aufnahmekörper z. B. im Falle eines Schaumstoffs auch wie ein Schwamm wirken, der das magnetorheologische Medium und vorzugsweise ein flüssiges Füllmedium in sich aufsaugt und speichert und die Gefahr von Leckagen vermindert. The magnetorheological medium is advantageously accommodated in at least one receiving body. A receiving body is preferably at least partially covered by a random fiber material, such as. B. a ball of one or more (fabric) threads and/or a foam is formed. In addition, other receiving bodies such as porous media and in particular sintered materials are also possible. The random fiber material is preferably arranged within the knitting gap. The receiving body advantageously contributes to the more homogeneous distribution of the magnetorheological medium and in particular the magnetic particles. Because the receiving body holds the magnetorheological medium and expediently also its components in place during relative movements, the risk of (global) agglomeration of the magnetorheological medium and preferably the magnetic particles at one point or at one end of the effective gap is reduced or even completely prevented . In addition, the receiving body can z. B. in the case of a foam also act like a sponge, which absorbs and stores the magnetorheological medium and preferably a liquid filling medium and reduces the risk of leaks.
Insbesondere ist wenigstens eine Wirkfläche des Wirkspalts in ihrer axialen Richtung (d. h. entlang der Längserstreckung des Wirkspalts) wenigstens abschnittsweise eben ausgebildet. Vorteilhaft unterliegt das magnetorheologische Medium in dem Wirkspalt in diesem Fall einer reinen Scherbelastung, welche
insbesondere (präzise) vorhersagbar ist. In particular, at least one effective surface of the effective gap is flat in its axial direction (ie along the longitudinal extent of the effective gap), at least in sections. In this case, the magnetorheological medium in the effective gap is advantageously subject to a pure shear load, which in particular (precisely) predictable.
Vorzugsweise weist die Wirkfläche des Wirkspalts wenigstens abschnittsweise in ihrer axialen Richtung eine (periodische) Querschnittsverengung auf und ist insbesondere wellig ausgebildet. Bei einer welligen Wirkfläche wechseln sich „Berg- und Tal-Abschnitte" ab, wobei im Bereich eines „Bergs" eine kleinere Höhe des Wirkspalts als im Bereich eines „Tals" vorliegt. Im Bereich der „Berge" der Wirkflächen konzentrieren sich insbesondere magnetorheologische Medien bzw. die enthaltenen magnetischen Partikel, sodass ein „Keileffekt" entsteht und besonders hohe Kräfte übertragbar sind. Vorzugsweise ist der Übergang zwischen „Berg und Tal" glatt und/oder ohne Sprünge und Kanten und/oder stetig differenzierbar, um eine Strömung in dem Wirkspalt z. B. durch Ablösewirbel nicht negativ zu beeinflussen. Eine Höhe zwischen einem „Berg und einem Tal" beträgt dabei insbesondere zwischen 5 % und 50 % der Höhe des Wirkspalts oder sogar bis zu 75 % oder sogar 90 % der Höhe des Wirkspalts. Preferably, the effective surface of the effective gap has a (periodic) cross-sectional narrowing at least in sections in its axial direction and is in particular wavy. In the case of a wavy effective surface, “mountain and valley sections” alternate, with a smaller height of the effective gap in the area of a “mountain” than in the area of a “valley”. Magnetorheological media in particular are concentrated in the area of the “mountains” of the effective surfaces or the contained magnetic particles, so that a “wedge effect” is created and particularly high forces can be transmitted. Preferably, the transition between “mountain and valley” is smooth and/or without jumps and edges and/or continuously differentiable in order to create a flow in the effective gap e.g. B. not to be negatively influenced by separation vortices. A height between a “mountain and a valley” is in particular between 5% and 50% of the height of the effective gap or even up to 75% or even 90% of the height of the effective gap.
Darüber hinaus kann die Wirkfläche auch eine beliebige Form aufweisen und insbesondere Sprünge aufweisen oder auch in einer Richtung (streng) monoton fallen oder steigen, um die Strömung in dem Wirkspalt positiv zu beeinflussen und insbesondere die Kraftübertragung zwischen den sich bewegenden Bauteilen zu optimieren . In addition, the active surface can also have any shape and in particular have jumps or can also fall or rise (strictly) monotonically in one direction in order to positively influence the flow in the effective gap and in particular to optimize the power transmission between the moving components.
Insbesondere ist die Dichtungseinrichtung an einer der beiden Bremskomponenten und vorzugsweise an der ersten Bremskomponente auf genommen. Vorteilhaft bewegt sich der zwischen den Dichtungseinrichtungen liegende Wirkspalt mit der ersten Bremskomponente und die relative Lage des Wirkspalts zur ersten Bremskomponente ist unveränderlich. Alternativ ist die Dichtungseinrichtung vorzugsweise an der zweiten Bremskomponente aufgenommen, sodass eine Lage des Wirkspalts relativ zu der zweiten Bremskomponente unveränderlich ist. In particular, the sealing device is mounted on one of the two brake components and preferably on the first brake component. Advantageously, the effective gap between the sealing devices moves with the first braking component and the relative position of the effective gap to the first braking component is unchangeable. Alternatively, the sealing device is preferably accommodated on the second brake component, so that a position of the effective gap relative to the second brake component is unchangeable.
Vorzugsweise umfasst die Dichtungseinrichtung wenigstens eine
oder mehrere Dichtungseinheiten. Zweckmäßig dichtet eine Dichtungseinheit der Dichtungseinrichtung den Wirkspalt berührungslos zwischen den sich zueinander bewegenden Teilen, insbesondere der ersten und der zweiten Bremskomponente. Vorteilhaft ist eine berührungslose Dichtung quasi oder wenigstens nahezu verschleißfrei und bietet insbesondere einen besonders geringen Bewegungswiders fand . Preferably, the sealing device comprises at least one or several sealing units. A sealing unit of the sealing device expediently seals the effective gap without contact between the parts moving towards one another, in particular the first and second brake components. Advantageously, a non-contact seal is virtually or at least almost wear-free and in particular offers a particularly low resistance to movement.
Alternativ dichtet die Dichtungseinheit der Dichtungseinrichtung den Wirkspalt vorzugsweise wenigstens teilweise berührend ab. Dabei berührt wenigstens ein Teil der Dichtungseinheit wenigstens teilweise eine Wandung der zweiten Bremskomponente bzw. der ersten Bremskomponente an der Wirkfläche bzw. Dichtfläche des Wirkspalts, an welcher die Dichtungseinrichtung nicht aufgenommen ist. Zweckmäßig kann die berührende Dichtungseinheit beispielsweise als O-Ring oder auch als Dichtring wie ein Filzring oder dergleichen ausgeführt sein. Vorzugsweise umfasst die berührende Dichtungseinheit wenigstens teilweise ein Gummi oder eine PTFE-Dichtung (Polytetrafluorethylen) . Berührende Dichtungen bieten den Vorteil, dass sie robust und zuverlässig arbeiten und den Wirkspalt mechanisch abdichten und/oder abschließen und/oder abdecken. Alternatively, the sealing unit of the sealing device preferably seals the effective gap at least partially in contact with it. At least a part of the sealing unit at least partially touches a wall of the second brake component or the first brake component on the effective surface or sealing surface of the effective gap, on which the sealing device is not accommodated. The contacting sealing unit can expediently be designed, for example, as an O-ring or as a sealing ring such as a felt ring or the like. Preferably, the contacting seal unit at least partially comprises a rubber or a PTFE (polytetrafluoroethylene) seal. Contact seals offer the advantage that they work robustly and reliably and mechanically seal and/or close and/or cover the effective gap.
Insbesondere weist die Dichtungseinrichtung bzw. wenigstens eine Dichtungseinheit wenigstens einen Dichtspalt wenigstens kleiner 0,3 mm oder bevorzugt kleiner als 0,15 mm oder insbesondere kleiner 0,075 mm oder besonders bevorzugt einen Dichtspalt von weniger als 0,05 mm oder auch sehr besonders bevorzugt weniger als 0,01 mm zu der Wirkfläche des Wirkspalts bzw. einer Dichtfläche auf, welche sich zwischen der ersten Bremskomponente und dem Durchtritt an der zweiten Bremskomponente ergibt, wenn die Dichtungseinrichtung an der ersten Bremskomponente aufgenommen ist. Falls die Dichtungseinrichtung an der zweiten Bremskomponente aufgenommen ist, definiert sich die Dichtfläche entsprechend analog. In particular, the sealing device or at least one sealing unit has at least one sealing gap of at least less than 0.3 mm or preferably less than 0.15 mm or in particular less than 0.075 mm or particularly preferably a sealing gap of less than 0.05 mm or also very particularly preferably less than 0.01 mm to the effective surface of the effective gap or a sealing surface, which results between the first brake component and the passage on the second brake component when the sealing device is accommodated on the first brake component. If the sealing device is accommodated on the second brake component, the sealing surface is defined accordingly.
Vorzugsweise umfasst die Dichtungseinrichtung und/oder die Dichtungseinheit wenigstens eine (mechanisch dichtende) Dichtlippe,
die im eingebauten Zustand einen Dichtspalt aufweist, der flüs- sigkeitsdurchlässig ist und der insbesondere die magnetorheologischen Partikel zurückhält. Alternativ kann die Dichtlippe auch vollständig berührend abdichten, sodass kein Dichtspalt verbleibt. Dichtlippen sind besonders kostengünstig und eigenen sich vorteilhaft (auch) in Verbindung mit anderen Dichtungseinheiten, um eine zuverlässige und dauerhafte Dichtung des Wirkspalts zu gewährleisten. Preferably, the sealing device and/or the sealing unit comprises at least one (mechanically sealing) sealing lip, which, when installed, has a sealing gap which is permeable to liquid and which, in particular, retains the magnetorheological particles. Alternatively, the sealing lip can also seal completely in contact, so that no sealing gap remains. Sealing lips are particularly cost-effective and are advantageous (also) in conjunction with other sealing units to ensure a reliable and permanent seal of the effective gap.
Unter dem Begriff „flüssigkeitsdurchlässig" ist hier zu verstehen, dass reines flüssiges Wasser bei zum Beispiel einer Temperatur von 20 °C wenigstens teilweise durch den Dichtspalt durchtreten würde. Auf Dauer würde in dieser Ausgestaltung Wasser (oder ein Trägeröl) folglich wenigstens zum Teil austreten können. Vorteilhaft kann so auch bei Temperaturänderungen und Dichteänderungen des magnetorheologischen Mediums und vorzugsweise des Füllmediums ein Druckausgleich ermöglicht werden. The term “liquid-permeable” here means that pure liquid water would at least partially pass through the sealing gap at, for example, a temperature of 20 ° C. In the long term, water (or a carrier oil) would therefore be able to escape at least partially in this embodiment Advantageously, pressure compensation can also be made possible in the event of temperature changes and density changes of the magnetorheological medium and preferably of the filling medium.
Insbesondere umfasst die Dichtungseinrichtung und/oder die Dichtungseinheit wenigstens eine (vorzugsweise berührungslose oder auch berührende) Labyrinthdichtung. Vorzugsweise ist ein Dichtlabyrinth der Labyrinthdichtung dabei wenigstens teilweise auf der Seite des Wirkspalts (der ersten Bremskomponente und/oder der zweiten Bremskomponente) angeordnet, an dem die Dichtungseinrichtung auf genommen ist. Besonders vorteilhaft umfasst das Dichtlabyrinth z. B. mehrere entlang eines Dichtspalts bzw. einer Dichtfläche (miteinander) verbundene Kammern, sodass ein Austritt des magnetorheologischen Mediums bzw. seiner Bestandteile aus dem Wirkspalt effektiv verhindert oder wenigstens (stark) reduziert wird. Vorteilhaft kann eine Labyrinthdichtung so auch zur Abdichtung bei sich axial zueinander bewegenden Bauteilen genutzt werden. Vorteilhaft dichtet eine Labyrinthdichtung zuverlässig und unabhängig von äußeren Kräften, wie Magnetfeldern, ab. In particular, the sealing device and/or the sealing unit comprises at least one (preferably non-contact or even touching) labyrinth seal. Preferably, a sealing labyrinth of the labyrinth seal is arranged at least partially on the side of the effective gap (the first braking component and/or the second braking component) on which the sealing device is accommodated. The sealing labyrinth particularly advantageously includes e.g. B. several chambers connected (to each other) along a sealing gap or a sealing surface, so that an escape of the magnetorheological medium or its components from the effective gap is effectively prevented or at least (greatly) reduced. A labyrinth seal can also advantageously be used to seal components that move axially towards one another. A labyrinth seal advantageously seals reliably and independently of external forces such as magnetic fields.
In bevorzugten Ausgestaltungen umfasst die Dichtungseinrichtung und/oder die Dichtungseinheit wenigstens eine Magnetdichtung insbesondere mit wenigstens einem berührungslosen Dichtspalt. Die
Magnetdichtung kann durch einen oder auch durch mehrere Dauermagnete bzw. Permanentmagnete gebildet werden. Vorzugsweise ist die Magnetdichtung als Magnetring ausgeführt. Möglich ist es aber auch, dass die Magnetdichtung über eine wenigstens eine oder auch mehrere Elektrospulen erfolgt. Ein magnetisches Feld einer Elektrospule könnte auch unterstützend die Dichtwirkung im Bedarfsfall verstärken. Vorteilhaft kann die Magnetdichtung darüber hinaus ein Dichtfluid umfassen, wie zum Beispiel ein Ferro-Fluid, dass durch die magnetischen Kräfte in dem Dichtspalt gehalten wird und den Dichtspalt dadurch mechanisch und berührend oder auch berührungslose dauerhaft und verschleißarm abdichtet. In preferred embodiments, the sealing device and/or the sealing unit comprises at least one magnetic seal, in particular with at least one non-contact sealing gap. The Magnetic seal can be formed by one or more permanent magnets. The magnetic seal is preferably designed as a magnetic ring. However, it is also possible for the magnetic seal to be created via at least one or more electric coils. A magnetic field from an electric coil could also support the sealing effect if necessary. Advantageously, the magnetic seal can also comprise a sealing fluid, such as a ferro-fluid, which is held in the sealing gap by the magnetic forces and thereby seals the sealing gap permanently and with little wear mechanically and in contact or even in a non-contact manner.
Möglich ist es auch, dass sowohl eine (nahezu) berührende Dichtlippe und eine zusätzliche (berührungslose) Magnetdichtung als Dichtungseinheiten von der Dichtungseinrichtung umfasst sind. It is also possible for both an (almost) touching sealing lip and an additional (non-contact) magnetic seal to be included as sealing units by the sealing device.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Dichtungseinrichtung und/oder die Dichtungseinheit wenigstens einen magnetischen Partikelsammler. Vorteilhaft ist der Partikelsammler axial außerhalb des Wirkspalts angeordnet und von dem Wirkspalt aus gesehen außen an der Dichtungseinrichtung, insbesondere hinter der Dichtungseinrichtung, angeordnet ist. Vorzugsweise umfasst der Partikelsammler beispielsweise eine (starke) Magnetquelle, wie einen Dauer- oder Permanentmagneten oder auch eine Elektrospule und ist in der Nähe des Dichtspalts angeordnet, sodass magnetische Partikel, die aus dem Wirkspalt austreten könnten, an dem Partikelsammler gesammelt werden und dort anhaften, sodass diese einzelnen Partikel nicht in die Umgebung gelangen oder gar zu einer mechanischen Fehlfunktion führen können. In an advantageous embodiment, the sealing device and/or the sealing unit comprises at least one magnetic particle collector. The particle collector is advantageously arranged axially outside the effective gap and, as viewed from the effective gap, is arranged on the outside of the sealing device, in particular behind the sealing device. The particle collector preferably comprises, for example, a (strong) magnetic source, such as a permanent or permanent magnet or an electric coil, and is arranged near the sealing gap, so that magnetic particles that could emerge from the effective gap are collected on the particle collector and adhere there, so that these individual particles cannot get into the environment or even lead to a mechanical malfunction.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass die Bremsvorrichtung und insbesondere die Magnetfelderzeugungseinrichtung wenigstens eine elektrische Spuleneinheit umfasst. Vorzugsweise umfasst die Bremsvorrichtung und insbesondere die Magnetfelderzeugungseinrichtung bzw. die erste Bremskomponente wenigstens einen (magnetisch leitenden) Kern. Besonders bevorzugt ist der Kern an der ersten Bremskomponente und vorzugsweise
wenigstens teilweise an der ersten Bremskomponente aufgenommen oder ausgebildet. Vorzugsweise umfasst die erste Bremskomponente mehrere Komponententeile bzw. Bestandteile bzw. ist die erste Bremskomponente aus mehreren Bestandteilen aufgebaut. In all embodiments, it is particularly preferred that the braking device and in particular the magnetic field generating device comprises at least one electrical coil unit. Preferably, the braking device and in particular the magnetic field generating device or the first braking component comprises at least one (magnetically conductive) core. Particularly preferred is the core on the first brake component and preferably at least partially accommodated or formed on the first brake component. Preferably, the first brake component comprises several component parts or components or the first brake component is constructed from several components.
Vorteilhaft umfasst die Bremsvorrichtung (und insbesondere die erste Bremskomponente oder die Magnetfelderzeugungseinrichtung) wenigstens einen magnetisch leitfähigen Kern und/oder einen Spulenhalter sowie weitere Bauteile. The braking device (and in particular the first braking component or the magnetic field generating device) advantageously comprises at least one magnetically conductive core and/or a coil holder as well as further components.
Wenigstens ein Komponententeil kann (weitestgehend oder vollständig) aus einem Kunststoff bestehen. Vorzugsweise umfasst die erste Bremskomponente (wenigstens) zwei Komponententeile und einen Kern, der mit beiden Komponententeilen fest verbunden ist. Der Kern ist insbesondere (in einem mittleren Bereich) der beiden Komponententeile mit einer elektrischen Spuleneinheit umwickelt. Es ergibt sich in Längsrichtung (axialer Richtung) eine Reihenfolge von Teilen, welche ein (erstes) Komponententeil, einen Teil der elektrischen Spuleneinheit, einen Kern, einen Teil der elektrischen Spuleneinheit und ein (zweites) Komponententeil umfasst. Anders ausgedrückt schließt sich an den von der elektrischen Spuleneinheit umwickelten Kern in axialer Richtung beidseits jeweils ein Komponententeil an. At least one component part can consist (largely or completely) of a plastic. Preferably, the first brake component comprises (at least) two component parts and a core that is firmly connected to both component parts. The core is in particular (in a central region) of the two component parts wrapped with an electrical coil unit. This results in a sequence of parts in the longitudinal direction (axial direction), which includes a (first) component part, a part of the electrical coil unit, a core, a part of the electrical coil unit and a (second) component part. In other words, a component part adjoins the core wrapped by the electrical coil unit on both sides in the axial direction.
Der magnetisch leitende Kern ist vorzugsweise an einem z. B. als Spulenhalter ausgebildeten Komponententeil (an) der ersten Bremskomponente auf genommen. Der Kern kann auch durch einen (separaten) Spulenhalter gehalten werden. Der Spulenhalter kann auch von den beiden Komponententeilen gebildet werden. Das Komponententeil (bzw. der Spulenhalter) weist vorzugsweise eine (erheblich) geringere magnetische Leitfähigkeit als der Kern auf. Besonders bevorzugt weisen die Komponententeile (um den Kern herum) und benachbart zu dem Kern eine erheblich geringere magnetische Leitfähigkeit als der Kern auf (vorzugsweise mindestens Faktor 1/10 oder 1/100) . The magnetically conductive core is preferably on a z. B. component part designed as a coil holder (on) the first brake component. The core can also be held by a (separate) spool holder. The spool holder can also be formed by the two component parts. The component part (or the coil holder) preferably has a (significantly) lower magnetic conductivity than the core. Particularly preferably, the component parts (around the core) and adjacent to the core have a significantly lower magnetic conductivity than the core (preferably at least a factor of 1/10 or 1/100).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem magnetisch nicht leitfähigen Werkstoff insbesondere ein Werkstoff mit einer
Permeabilitätszahl von kleiner zehn und vorzugsweise kleiner eins verstanden. Als magnetisch leitfähig werden hier insbesondere Werkstoffe mit einer Permeabilitätszahl von größer zehn und vorzugsweise ferromagnetische Stoffe verstanden. Die magnetische Leitfähigkeit ist dabei die „relative magnetische Permeabilität", die auch vereinfacht „magnetische Permeabilität" genannt wird. Vorzugsweise bestehen wenigstens ein Komponententeil (und insbesondere die an den Kern angrenzenden Komponententeile) aus magnetisch nicht leitfähigen Werkstoffen. In the context of the present invention, a magnetically non-conductive material is in particular a material with a Permeability number of less than ten and preferably less than one is understood. Materials with a permeability number greater than ten and preferably ferromagnetic materials are understood to be magnetically conductive here. The magnetic conductivity is the "relative magnetic permeability", which is also simply called "magnetic permeability". Preferably, at least one component part (and in particular the component parts adjacent to the core) consists of magnetically non-conductive materials.
Für ein niedriges Grundmoment ist bevorzugt ein Kern aus einem Material ohne „Restfeld" oder nur mit einem geringeren Restfeld vorteilhaft, beim Wegfall des magnetischen Felds der Magnetfelderzeugungseinrichtung, d. h. keiner oder nur einer schwachen oder nahezu keiner Hysterese. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere Siliziumstahl, weichmagnetische Kobalt-Eisen-Legierungen wie „Vacoflux", eine 17 %ige Kobalt- Eisen-Legierung, hierfür besonders gut geeignet sind. Der Kern kann vorteilhaft als gegossener Feststoff wie auch als Sintermaterial hergestellt sein. For a low basic torque, a core made of a material without a "residual field" or only with a lower residual field is preferably advantageous, in the absence of the magnetic field of the magnetic field generating device, i.e. no or only a weak or almost no hysteresis. It has been found that silicon steel in particular , soft magnetic cobalt-iron alloys such as “Vacoflux”, a 17% cobalt-iron alloy, are particularly suitable for this. The core can advantageously be produced as a cast solid or as a sintered material.
Vorzugsweise weisen die übrigen Bestandteile der ersten Bremskomponente eine (deutlich) geringere magnetische Leitfähigkeit auf als der (magnetisch leitfähige) Kern. Vorteilhaft ist ein Verhältnis der magnetischen Leitfähigkeiten des Kerns vorzugsweise zu übrigen Bestandteilen insbesondere größer als 10 oder 100 oder 1000 oder sogar 10000 oder noch mehr. Vorteilhaft werden die Magnetfeldlinien des Magnetfelds der Spuleneinheit und insbesondere der Magnetfelderzeugungseinrichtung so gezielt in Richtung des Wirkspalts und durch diesen hindurch geleitet, sodass die Wirkung des Magnetfelds verbessert und vorteilhaft maximiert wird. Gleichzeitig wird eine Streuung des Magnetfelds vorteilhaft minimiert. Darüber hinaus können die Bestandteile mit wenigstens niedriger magnetischer Leitfähigkeit bevorzugt aus einem Kunststoff (kostengünstig) hergestellt werden.
Die elektrische Spuleneinheit ist vorzugsweise in Längsrichtung wenigstens teilweise um die erste Bremskomponente, und vorteilhaft um den Spulenhalter gewickelt, derart, dass eine Senkrechte auf der durch die Spuleneinheit (im Wesentlichen) auf gespannten Ebene quer und insbesondere senkrecht zu einer durch die Spulenwicklungen aufgespannten Wickelebene ausgerichtet ist. Das bedeutet praktisch, dass sich eine Symmetrieachse der Wicklungen nicht entlang der Längsrichtung erstreckt, sondern dass die Spuleneinheit quer dazu gewickelt ist, sodass sich das Magnetfeld der Spuleneinheit senkrecht oder wenigstens quer zu der Längsrichtung erstreckt. Vorteilhaft ist die Spuleneinheit an dem Kern mittels eines geeigneten Füllmaterials vergossen. Preferably, the remaining components of the first brake component have a (significantly) lower magnetic conductivity than the (magnetically conductive) core. A ratio of the magnetic conductivities of the core to other components is advantageous, in particular greater than 10 or 100 or 1000 or even 10,000 or even more. Advantageously, the magnetic field lines of the magnetic field of the coil unit and in particular of the magnetic field generating device are guided specifically in the direction of the effective gap and through it, so that the effect of the magnetic field is improved and advantageously maximized. At the same time, scattering of the magnetic field is advantageously minimized. In addition, the components with at least low magnetic conductivity can preferably be made from a plastic (inexpensive). The electrical coil unit is preferably wound in the longitudinal direction at least partially around the first braking component, and advantageously around the coil holder, such that a vertical on the plane spanned by the coil unit (essentially) is aligned transversely and in particular perpendicular to a winding plane spanned by the coil windings is. This practically means that an axis of symmetry of the windings does not extend along the longitudinal direction, but that the coil unit is wound transversely to it, so that the magnetic field of the coil unit extends perpendicular or at least transversely to the longitudinal direction. The coil unit is advantageously cast on the core using a suitable filling material.
Das Magnetfeld der elektrischen Spuleneinheit tritt dann zweckmäßig aus dem Kern durch den Wirkspalt in das den Kern umgebende, ein magnetisch leitendes Material umfassende, Gehäuseteil ein und verläuft entlang einer Umfangswandung zur gegenüberliegenden Seite, wo das Magnetfeld wieder durch den Wirkspalt zwischen Kern und der zweiten Bremskomponente durchtritt. Somit können die Magnetfeldlinien geschlossen werden. Möglich ist es auch, dass über dem Umfang des Kerns verteilt mehrere Arme radial angeordnet sind, an denen jeweils eine elektrische Spuleneinheit aufgenommen ist, sodass auf dem Umfang der Bremskomponente bzw. eines umfassten Kolbens mehrere elektrische Spuleneinheiten angeordnet sind, die jeweils separate Magnetfelder erzeugen. The magnetic field of the electrical coil unit then expediently enters from the core through the effective gap into the housing part surrounding the core and comprising a magnetically conductive material and runs along a peripheral wall to the opposite side, where the magnetic field again passes through the effective gap between the core and the second braking component passes through. The magnetic field lines can thus be closed. It is also possible for a plurality of arms to be arranged radially distributed over the circumference of the core, on each of which an electrical coil unit is accommodated, so that a plurality of electrical coil units are arranged on the circumference of the brake component or an enclosed piston, each of which generates separate magnetic fields.
Vorzugsweise umfasst die erste Bremskomponente eine Kabeldurchführung, um Anschlusskabel der Spuleneinheit und insbesondere der Magnetfelderzeugungseinrichtung nach außen zu führen. Zweckmäßig ist die Kabeldurchführung wenigstens teilweise innerhalb der ersten Bremskomponente ausgeführt, sodass beispielsweise Anschlusskabel einer Spuleneinheit problemlos nach außen geführt werden können. Preferably, the first brake component comprises a cable bushing in order to guide connecting cables of the coil unit and in particular of the magnetic field generating device to the outside. The cable bushing is expediently designed at least partially within the first brake component, so that, for example, connecting cables of a coil unit can be easily routed to the outside.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich die magnetisch leitende zweite Bremskomponente zwischen den Enden des Wirkspalts. Vorzugsweise erstreckt sich der magnetisch leitende Kern zwischen den Dichtungseinrichtungen, die den Wirkspalt
begrenzen . Vorzugswei se sind die Dichtungseinrichtungen ( insbesondere in allen möglichen Stellungen und vorzugsweise in allen im regulären Betrieb sinnvollen Stellungen ) axial außerhalb der zweiten Bremskomponente und/oder der ersten Bremskomponente angeordnet . Vorteilhaft werden die Dichtungseinrichtungen so von einem magneti schen Feld der Spuleneinheit und insbesondere der Magnetfelderzeugungseinrichtung nicht beeinflus st oder nur in einem deutlich geringeren Maße beeinflus st , als wenn die Dichtungseinrichtungen an einer Position axial innerhalb der zweiten Bremskomponente und/oder des Kerns angeordnet sind . Dies kann besonders vorteilhaft sein, wenn die Dichtungseinheit al s Magnetdichtung ausgeführt i st , da so eine gegenseitige Beeinflus sung der Magnetfelder minimiert werden kann . In a preferred embodiment, the magnetically conductive second braking component extends between the ends of the effective gap. Preferably, the magnetically conductive core extends between the sealing devices that form the effective gap limit. Preferably, the sealing devices (in particular in all possible positions and preferably in all positions that make sense in regular operation) are arranged axially outside the second brake component and/or the first brake component. Advantageously, the sealing devices are not influenced by a magnetic field of the coil unit and in particular the magnetic field generating device or are only influenced to a significantly lesser extent than if the sealing devices are arranged at a position axially within the second brake component and/or the core. This can be particularly advantageous if the sealing unit is designed as a magnetic seal, as this can minimize the mutual influence of the magnetic fields.
Vorzugsweise wei st wenigstens eine Dichtungseinrichtung einen axialen Mindestabstand von dem Kern auf . Dadurch wird eine effektive (magnetische ) Entkopplung erzielt . Vorzugswei se beträgt der ( axiale ) Mindestabstand von dem Kern wenigstens 5 % oder 10% des Durchmes sers des Kerns . Insbesondere beträgt der axiale Mindestabstand wenigstens 3% oder 5 % des Außendurchmessers der Bremsvorrichtung . Preferably at least one sealing device has a minimum axial distance from the core. This achieves effective (magnetic) decoupling. Preferably, the (axial) minimum distance from the core is at least 5% or 10% of the diameter of the core. In particular, the minimum axial distance is at least 3% or 5% of the outer diameter of the braking device.
Vorzugsweise wei st wenigstens eine Dichtungseinrichtung einen axialen Mindestabstand von der magnetisch leitenden zweiten Bremskomponente auf . Preferably, at least one sealing device has a minimum axial distance from the magnetically conductive second brake component.
Besonders bevorzugt ergibt sich ( in allen im normalen Betrieb ergebenden Stellungen ) ein solcher axialer Mindestabstand von einer Dichtungseinrichtung zu der magneti sch leitenden zweiten Bremskomponente und dem Kern . In allen ( sich im Betrieb ergebenden Stellungen ) wird der axiale Mindestabstand eingehalten, der insbesondere wenigstens 3% oder 5% des Außendurchmes sers der Bremsvorrichtung beträgt . Particularly preferably (in all positions resulting from normal operation) there is such a minimum axial distance from a sealing device to the magnetically conductive second brake component and the core. In all positions (that arise during operation), the minimum axial distance is maintained, which is in particular at least 3% or 5% of the external diameter of the braking device.
Alternativ i st auch eine Anordnung der Dichtungseinrichtung an einer Position wenigstens teilwei se axial innerhalb der Dichtungseinrichtungen möglich, um vorzugswei se eine besonders kleinbauende Bremsvorrichtung zu erhalten . Vorteilhaft eignen
sich hierfür z . B . mechanisch berührende Dichtungseinheiten, wie Dichtringe , welche nicht durch die Magnetfelderzeugungseinrichtung beeinflus st werden . Alternatively, it is also possible to arrange the sealing device at a position at least partially axially within the sealing devices in order to preferably obtain a particularly small braking device. Suitable for use for this e.g. B. mechanically touching sealing units, such as sealing rings, which are not influenced by the magnetic field generating device.
Insbesondere erstreckt sich ein Aufnahmeraum wenigstens teilwei se ( auch ) durch die zweite Bremskomponente , in welchem die erste Bremskomponente aufgenommen i st . Vorteilhaft erstreckt sich der Aufnahmeraum auch durch weitere Bauteile und Komponenten vorzugsweise auch ein (Außen- ) Gehäuse . Vorzugswei se i st die erste Bremskomponente radial innen zur zweiten Bremskomponente angeordnet . Vorteilhaft umschließt die zweite Bremskomponente die erste Bremskomponente entlang ihres Umfangs , vorteilhaft vollumf änglich . In particular, a receiving space extends at least partially (also) through the second brake component, in which the first brake component is accommodated. The receiving space advantageously also extends through further parts and components, preferably also an (outer) housing. Preferably, the first braking component is arranged radially inside of the second braking component. The second brake component advantageously surrounds the first brake component along its circumference, advantageously completely.
Zweckmäßig i st ein minimaler Innenquerschnitt des Aufnahmeraums an den äußersten Querschnitt der ersten Bremskomponente wenigstens abschnittswei se und vorzugswei se entlang des Wirkspalts angepasst . A minimum internal cross section of the receiving space is expediently adapted to the outermost cross section of the first braking component, at least in sections and preferably along the effective gap.
In vorteilhaften Ausgestaltungen sind der äußerste Querschnitt der ersten Bremskomponente und der minimale Innenquerschnitt des Aufnahmeraums wenigstens abschnittsweise rotationssymmetrisch ausgebildet . Alternativ wei st die erste Bremskomponente wenigstens abschnittswei se einen unrunden äußeren und insbesondere äußersten Querschnitt auf . Ein minimaler Innenquerschnitt des Aufnahmeraums i st vorzugswei se an den äußersten Querschnitt der ersten Bremskomponente angepas st . In besonders bevorzugten Ausgestaltungen wei st die erste Bremskomponente über ihre Länge im Wesentlichen einen konstanten äußeren Querschnitt auf . Dementsprechend ist der Innenquerschnitt des Aufnahmeraums vorzugswei se über wenigstens einen wesentlichen Teil der Länge des Gehäuses bzw . des Aufnahmeraums gleichförmig ausgebildet . Vorteilhaft ist die winkelmäßige Orientierung in einer Umfangrichtung dadurch genau definiert oder mit anderen Worten passt die erste Bremskomponente nur in einer Orientierung in die zweite Bremskomponente bzw . das Außengehäuse . In advantageous embodiments, the outermost cross section of the first brake component and the minimum inner cross section of the receiving space are designed to be rotationally symmetrical at least in sections. Alternatively, the first brake component has, at least in sections, a non-round outer and in particular outermost cross section. A minimum internal cross section of the receiving space is preferably adapted to the outermost cross section of the first brake component. In particularly preferred embodiments, the first brake component has a substantially constant external cross section over its length. Accordingly, the internal cross section of the receiving space is preferably over at least a substantial part of the length of the housing or. of the receiving space is uniform. Advantageously, the angular orientation in a circumferential direction is precisely defined or, in other words, the first braking component only fits into the second braking component or in one orientation. the outer casing.
In besonders bevorzugten Weiterbildungen ist die erste
Bremskomponente wenigstens abschnittsweise und vorzugsweise im Bereich des Wirkspalts quer zu ihrer Längserstreckung mehreckig, mehreckig mit abgerundeten Ecken, oval oder zum Beispiel nierenförmig ausgebildet. Derartige Ausgestaltungen werden insbesondere dadurch kostengünstig ermöglicht, dass magnetorheologische Partikel ohne Trägerflüssigkeit in dem Wirkspalt aufgenommen sind. Dadurch wird die Dichtung erheblich erleichtert, die bei Flüssigkeiten und eckigen Ausgestaltungen oftmals schwierig ist. Ein V-förmiger oder U-förmiger oder C- förmiger oder halbkreisförmiger Kolbenquerschnitt mit zwei Schenkeln, die sich an ihren mittleren Enden treffen, ermöglicht besonders bauraumsparsame Konstruktionen bei gleichzeitig besonders großen Wirkflächen des Wirkspalts. Vorteilhaft sind so auch serientechnisch brauchbare Lösungen umsetzbar. Die erste Bremskomponente ist (dadurch) vorteilhaft insgesamt insbesondere nahezu oder vollständig ( ver- ) drehfest in dem Aufnahmeraum aufge- nommen. Dazu kann eine Drehbewegung bzw. eine Schwenkbewegung eines Bedienelements zuverlässig in eine Linearbewegung an der ersten Bremskomponente umgewandelt werden. In particularly preferred further training, the first is Brake component at least in sections and preferably in the area of the effective gap transverse to its longitudinal extent polygonal, polygonal with rounded corners, oval or, for example, kidney-shaped. Such configurations are made possible cost-effectively in particular by the fact that magnetorheological particles are accommodated in the effective gap without a carrier liquid. This makes sealing much easier, which is often difficult with liquids and angular designs. A V-shaped or U-shaped or C-shaped or semicircular piston cross section with two legs that meet at their middle ends enables particularly space-saving designs while at the same time having particularly large effective areas of the effective gap. Solutions that can be used in series production can also be advantageously implemented. The first brake component is (therefore) advantageously accommodated in the receiving space in an almost or completely (rotatably) rotationally fixed manner. For this purpose, a rotary movement or a pivoting movement of an operating element can be reliably converted into a linear movement on the first brake component.
Vorteilhaft ist der Aufnahmeraum der magnetisch leitfähigen zweiten Bremskomponente mit Luft oder Gas gefüllt ist und nach außen durch einen Entlüftungskanal geöffnet, um einen Gasaustausch zu ermöglichen und eine Kompression des Gases in dem Aufnahmeraum zu verhindern. The receiving space of the magnetically conductive second brake component is advantageously filled with air or gas and is opened to the outside through a ventilation channel in order to enable gas exchange and to prevent compression of the gas in the receiving space.
In vorteilhaften Ausgestaltungen ist wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung eines Maßes für eine Position der ersten Bremskomponente umfasst. Eine solche Sensoreinrichtung kann direkt eine Position der ersten Bremskomponente erfassen und zum Beispiel als Linearsensor ausgebildet sein. Möglich ist es auch, dass die Sensoreinrichtung eine Winkelstellung erfasst, die aufgrund der bekannten Einbausituation in eine lineare Position der ersten Bremskomponente umgerechnet wird. Vorzugsweise umfasst die Sensoreinrichtung wenigstens einen Hall-Sensor. Vorteilhaft ermöglicht eine solche Sensoreinrichtung, die auf dem Hall-Effekt basiert, eine genaue Messung einer axialen Position mit hoher und wiederholbarer Genauigkeit, sodass diese sich besonders gut
eignet , um Eingabeinformationen bzw . Eingabewünsche eines Benutzers an ein Computerprogramm wie ein Computerspiel zu übergeben . Gleichzeitig kann eine Änderung der Position besonders fein und insbesondere kontinuierlich über den ( insbesondere gesamten ) Verfahrweg aufgelöst werden . In advantageous embodiments, at least one sensor device for detecting a measure of a position of the first brake component is included. Such a sensor device can directly detect a position of the first brake component and can be designed, for example, as a linear sensor. It is also possible for the sensor device to detect an angular position, which is converted into a linear position of the first brake component based on the known installation situation. The sensor device preferably comprises at least one Hall sensor. Such a sensor device, which is based on the Hall effect, advantageously enables an exact measurement of an axial position with high and repeatable accuracy, so that this is particularly good suitable for input information or Passing input requests from a user to a computer program such as a computer game. At the same time, a change in position can be resolved particularly finely and particularly continuously over the (in particular entire) travel path.
Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoreinrichtung auch insbesondere einen Infrarotsensor oder einen Ultraschall sensor oder dergleichen umfassen, um die Position eines sich ( relativ) bewegenden Bauteils der Bremsvorrichtung zu erfas sen . Alternatively or additionally, the sensor device can also include, in particular, an infrared sensor or an ultrasonic sensor or the like in order to detect the position of a (relatively) moving component of the braking device.
Vorzugsweise ist der Querschnitt des Aufnahmeraums über den vorgesehenen Verfahrweg konstant , sodas s die erste Bremskomponente über den gesamten Verfahrweg verfahrbar i st . Preferably, the cross section of the receiving space is constant over the intended travel path, so that the first braking component can be moved over the entire travel path.
Vorzugsweise ist zwi schen der ersten Bremskomponente und der Innenwandung des Aufnahmeraums der Wirkspalt ausgebildet . Vorzugsweise ist ein Verhältnis des maximalen Durchmessers der ersten Bremskomponente wenigstens im Bereich des Wirkspalts quer zu seiner Längserstreckung zu einer Höhe des Wirkspalts größer als 10 oder größer al s 20 und sogar vorzugsweise größer als 30 . Vorteilhaft wird durch ein großes Verhältni s der Wirkspalt klein im Verhältni s zur ersten Bremskomponente , insbesondere einem umfas sten Kolben . Der Wirkspalt stellt dadurch vorzugswei se einen kleinen magneti schen Widerstand dar , den das Magnetfeld einfach durchtreten kann . The effective gap is preferably formed between the first braking component and the inner wall of the receiving space. Preferably, a ratio of the maximum diameter of the first braking component at least in the area of the effective gap transverse to its longitudinal extent to a height of the effective gap is greater than 10 or greater than s 20 and even preferably greater than 30. Advantageously, a large ratio makes the effective gap small in relation to the first brake component, in particular a piston. The effective gap therefore preferably represents a small magnetic resistance through which the magnetic field can easily pass.
Vorteilhaft bildet die magnetisch leitende zweite Bremskomponente wenigstens einen Bestandteil eines Außengehäuses mit wenigstens einem weiteren Gehäuseteil bzw . i st in einem Gehäuse aufgenommen . Zweckmäßig umfas st das Außengehäuse die magneti sch leitende zweite Bremskomponente und wenigstens ein weiteres Gehäuseteil . Insbesondere ist die magneti sch leitende zweite Bremskomponente an dem Außengehäuse auf genommen . Vorzugswei se erstreckt sich der Aufnahmeraum durch das gesamte Außengehäuse und insbesondere auch durch die zweite Bremskomponente . Vorzugswei se wei st das Außengehäuse eine geringere magneti sche Leitfähigkeit auf al s die magneti sch leitende zweite Bremskomponente . Das Verhältni s der
magnetischen Leitfähigkeit der zweiten Bremskomponente zu der magnetischen Leitfähigkeit des Außengehäuses ist größer 5 und insbesondere größer 10 oder 50 oder 100. The magnetically conductive second brake component advantageously forms at least one component of an outer housing with at least one further housing part or is housed in a housing. The outer housing expediently includes the magnetically conductive second brake component and at least one further housing part. In particular, the magnetically conductive second brake component is accommodated on the outer housing. The receiving space preferably extends through the entire outer housing and in particular also through the second brake component. Preferably, the outer housing has a lower magnetic conductivity than the magnetically conductive second brake component. The ratio of the magnetic conductivity of the second brake component to the magnetic conductivity of the outer housing is greater than 5 and in particular greater than 10 or 50 or 100.
Vorzugsweise weist das wenigstens eine weitere Gehäuseteil des Außengehäuses eine geringere magnetische Leitfähigkeit auf als die magnetisch leitende zweite Bremskomponente. Insbesondere ist ein Verhältnis der magnetischen Leitfähigkeit der magnetisch leitfähigen zweiten Bremskomponente zu übrigen Bestandteilen des Außengehäuses insb. größer als 10 oder vorteilhaft 100 bzw. bevorzugt größer als 1000, 10000 oder sogar noch mehr. Vorteilhaft ist der eine weitere Bestandteile des Außengehäuses bzw. die übrigen Bestandteile nicht oder nur besonders schlecht magnetisch leitend. Vorteilhaft wird dadurch eine Ausrichtung der Magnetfeldlinien verbessert, sodass sich das magnetische Feld besonders wirksam ausrichten kann und eine Streuung minimiert wird. Vorteilhaft ist das wenigstens eine weitere Gehäuseteil des Außengehäuses aus Kunststoff hergestellt und dadurch vorteilhaft besonders kostengünstig fertigbar. Vorzugweise ist das weitere Gehäuseteil in der Serienproduktion durch Spritzgießen oder gleichwertige Herstellungsverfahren herstellbar. Vorzugsweise ist die magnetisch leitende zweite Bremskomponente aus dem gleichen oder einem sehr ähnlichen Material wie der Kern hergestellt. Preferably, the at least one further housing part of the outer housing has a lower magnetic conductivity than the magnetically conductive second brake component. In particular, a ratio of the magnetic conductivity of the magnetically conductive second brake component to other components of the outer housing is in particular greater than 10 or advantageously 100 or preferably greater than 1000, 10000 or even more. Advantageously, one further component of the outer housing or the remaining components is not or only particularly poorly magnetically conductive. This advantageously improves the alignment of the magnetic field lines, so that the magnetic field can align itself particularly effectively and scattering is minimized. The at least one further housing part of the outer housing is advantageously made of plastic and can therefore advantageously be manufactured particularly cost-effectively. The further housing part can preferably be produced in series production by injection molding or equivalent manufacturing processes. Preferably, the magnetically conductive second brake component is made of the same or a very similar material as the core.
Vorzugsweise ist ein äußeres Ende der ersten Bremskomponente und ein davon abgewandtes Ende des Außengehäuses bzw. der ersten Bremskomponente jeweils schwenkbar, insbesondere an einer Konsole, aufnehmbar. Vorteilhaft kann sich die Bremsvorrichtung dadurch entlang einer auf ein Bedienelement wirkenden Kraft ausrichten. Wenn die Bremsvorrichtung zum Beispiel an einem schwenkbaren Bedienelement, wie einem Hebel oder einer Wippe, befestigt ist, kann sich der Winkel einer angreifenden Fingerkraft zu einer feststehenden und nicht schwenkbaren Achse verändern, während der Benutzer das Bedienelement betätigt, da sich der Finger des Benutzers entlang einer Kreisbahn um den Drehpunkt des Bedienelements bewegt und damit auch die von dem
Finger ausgehende Betätigungskraft , die auf die Bremsvorrichtung wirkt . Solche quer zur Bewegungsrichtung wirkenden Kräfte können problematisch werden, wenn dadurch die erste Bremskomponente verkantet oder auch gegebenenfall s verbiegt oder sogar brechen könnte . Durch die schwenkbare Aufnahme kann sich die erste Bremskomponente vorteilhaft selbstständig entlang der wirkenden Kraft bzw . einer ( Schwenk- ) Position des Bedienelements ausrichten, sodas s eine Gefahr eines Verkantens gegenüber der zweiten Bremskomponente minimiert wird oder wenigstens deutlich verringert wird und Betätigungskräfte vorteilhaft in Bewegungsrichtung der ersten Bremskomponente wirken . Insbesondere i st die schwenkbare Aufnahme j eweil s al s Kugelkopf oder Gelenkpfanne oder auch al s krei srunde Bohrung ( Aufnahme äuge ) ausgeführt , welches über eine entsprechende Gelenkpfanne oder auch einen Sti ft und eine zweite Bohrung vorteilhaften der Konsole aufnehmbar i st . Darüber hinaus kann durch die schwenkbare Aufnahme ein Betrieb der Bremsvorrichtung über große Schwenkwinkel des Betätigungselements ermöglicht werden . Preferably, an outer end of the first brake component and an end of the outer housing or the first brake component facing away from it can each be pivotally received, in particular on a console. The braking device can thereby advantageously align itself along a force acting on a control element. For example, if the braking device is attached to a pivoting control, such as a lever or rocker, the angle of an applied finger force may change to a fixed and non-pivoting axis as the user operates the control as the user's finger moves along a circular path moves around the pivot point of the control element and thus also that of the Finger actuating force that acts on the braking device. Such forces acting transversely to the direction of movement can become problematic if the first braking component tilts or, if necessary, bends or even breaks. Due to the pivotable mount, the first braking component can advantageously move independently along the acting force or align a (pivoting) position of the control element, so that the risk of tilting relative to the second brake component is minimized or at least significantly reduced and actuating forces act advantageously in the direction of movement of the first brake component. In particular, the pivotable receptacle is designed as a ball head or joint socket or as a circular hole (receiving eye), which can be received via a corresponding joint socket or a pin and a second hole in the console. In addition, the pivotable receptacle makes it possible to operate the braking device over large pivot angles of the actuating element.
Vorzugsweise wird die erste Bremskomponente und/oder die erste Bremskomponente zu der zweiten Bremskomponente über eine Vorbelastungseinheit in wenigstens eine Ruheposition vorbelastet . Die Vorbelastungseinheit kann außerhalb des Aufnahmeraums und vorzugsweise außerhalb der zweiten Bremskomponente bzw . des Außengehäuses aufgenommen sein . Möglich i st es aber auch, das s die Vorbelastungseinheit innerhalb der zweiten Bremskomponente oder sogar innerhalb der ersten Bremskomponente aufgenommen i st . Vorteilhaft umfas st die Vorbelastungseinheit wenigstens eine Spiralfeder , eine Drehfeder oder dergleichen, die kostengünstig und robust sind . Preferably, the first brake component and/or the first brake component is preloaded into at least one rest position relative to the second brake component via a preload unit. The preload unit can be located outside of the receiving space and preferably outside of the second brake component or of the outer housing. However, it is also possible for the preload unit to be accommodated within the second brake component or even within the first brake component. The preloading unit advantageously comprises at least one spiral spring, a torsion spring or the like, which are inexpensive and robust.
Vorteilhaft umfas st die erste Bremskomponente wenigstens einen Kolben und/oder wenigstens eine Kolbenstange . The first brake component advantageously comprises at least one piston and/or at least one piston rod.
Vorzugsweise ist eine Länge des Kolbens bzw . der ersten Bremskomponente entlang der Längsrichtung größer al s ein maximaler Durchmesser des Kolbens bzw . der ersten
Bremskomponente . Vorteilhaft ist eine Führungslänge des Kolbens bzw . der Bremskomponente an der Innenwandung entlang der anderen Bremskomponente so lang im Verhältni s zum Durchmesser , sodas s eine Gefahr des Verkantens durch quer zur Bewegungsrichtung wirkende Kräfte minimiert wird . In bevorzugten Weiterbildungen i st der Kolben bzw . die erste Bremskomponente quer zu seiner Längserstreckung wenigstens 50 % breiter al s hoch ausgebildet . Der Kolben bzw . die erste Bremskomponente kann auch doppelt oder dreimal so breit wie hoch ausgebildet sein . Ein breiter und flacher Kolben bzw . eine breite und flache erste Bremskomponente kann auch in kleine Bauräume eingepas st werden . Preferably a length of the piston or the first braking component along the longitudinal direction is greater than a maximum diameter of the piston or the first Brake component. A guide length of the piston or The brake component on the inner wall along the other brake component is so long in relation to the diameter that the risk of tilting due to forces acting transversely to the direction of movement is minimized. In preferred developments, the piston or the first braking component is at least 50% wider than its height transversely to its longitudinal extent. The piston or The first brake component can also be twice or three times as wide as it is high. A wide and flat piston or A wide and flat first brake component can also be fitted into small installation spaces.
Insbesondere ist ein Verhältnis des Außendurchmes sers der zweiten Bremskomponente zu einem Außendurchmesser der ersten Bremskomponente kleiner zwei . In particular, a ratio of the outside diameter of the second brake component to an outside diameter of the first brake component is less than two.
Der Aufnahmeraum wird durch die erste Bremskomponente , insbesondere den ( linear beweglichen ) Kolben, vorzugswei se in zwei unterschiedliche Teilräume geteilt . The receiving space is preferably divided into two different subspaces by the first brake component, in particular the (linearly movable) piston.
Ein Spielecontroller gemäß der Erfindung umfasst ein Bedienelement oder eine Bedientaste oder dergleichen und eine (magnetorheologi sche ) Bremsvorrichtung zum Bremsen der Bewegung der Bedientaste bzw . des Bedienelementes oder dergleichen . Die Bremsvorrichtung umfasst eine sich entlang einer axialen Längsrichtung erstreckende erste Bremskomponente und eine zweite Bremskomponente aus einem magneti sch leitenden Material mit einem darin ausgebildeten und insbesondere lang gestreckten Aufnahmeraum und eine Magnetfelderzeugungseinrichtung . Die erste Bremskomponente i st wenigstens teilweise in dem Aufnahmeraum entlang der Längsrichtung beweglich auf genommenen und über eine Vorbelastungseinheit in eine Ruheposition vorbelastet . Zwischen der ersten Bremskomponente und der zweiten Bremskomponente i st ein Wirkspalt ausgebildet , der an seinen axialen Enden über j eweils eine Dichtungseinrichtung abgedichtet i st . Der Wirkspalt i st wenigstens teilweise mit einem magnetorheologischen Medium gefüllt . Auch der erfindungsgemäße Spielecontroller hat viele Vorteile . Der Spielecontroller ermöglicht einen einfachen und
dauerhaft beständigen Aufbau . Die erzeugbare maximale Bremskraft bei der Betätigung der Bedientaste des Bedienelementes i st hoch, während eine minimal notwendige Grundkraft sehr gering i st . A game controller according to the invention comprises a control element or a control button or the like and a (magnetorheological) braking device for braking the movement of the control button or. the control element or the like. The braking device comprises a first braking component extending along an axial longitudinal direction and a second braking component made of a magnetically conductive material with a and in particular elongated receiving space formed therein and a magnetic field generating device. The first brake component is at least partially accommodated movably in the receiving space along the longitudinal direction and preloaded into a rest position via a preloading unit. An effective gap is formed between the first brake component and the second brake component, which is sealed at each of its axial ends via a sealing device. The effective gap is at least partially filled with a magnetorheological medium. The game controller according to the invention also has many advantages. The game controller allows for easy and permanently stable structure. The maximum braking force that can be generated when the control button of the control element is pressed is high, while the minimum necessary basic force is very low.
Vorzugsweise umfasst die erste Bremskomponente einen in dem Aufnahmeraum auf genommenen Kolben und eine insbesondere aus dem Aufnahmeraum nach außen ragende Kolbenstange . Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus der gesamten Beschreibung und aus allen (Unter- ) Ansprüchen . Preferably, the first brake component comprises a piston accommodated in the receiving space and a piston rod, in particular, projecting outwards from the receiving space. Further advantageous developments result from the entire description and from all (sub)claims.
Mit der Erfindung kann nicht nur eine Bremsvorrichtung für einen Spielecontroller zur Verfügung gestellt werden, sondern der Einsatz i st auch an Computertastaturen, Exoskeletten, an Prothesen und/oder bei der Bedienung von Maschinen oder anderen Einrichtungen denkbar und möglich . The invention not only makes it possible to provide a braking device for a game controller, but its use is also conceivable and possible on computer keyboards, exoskeletons, prostheses and/or when operating machines or other devices.
Am Ende der ersten Bremskomponente oder der zweiten Bremskomponente ( al so an einem Ende der zwei sich zueinander bewegenden Teile ) kann noch ein aktives Element befestigt sein (wie z . B . ein Elektromotor , ein Spindeltrieb , ein Hubmagnet , ein Piezoaktuator , eine Voicecoil , ... ) . Dadurch kann eine aktive Kraft erzeugt werden . Die Linearbremse würde beim Einschalten des aktiven Elements vorzugswei se gesperrt (blockiert ) . Das adaptive Linearelement kann aber auch die Bewegung des aktiven Elements dämpfen bzw . beeinflussen . At the end of the first brake component or the second brake component (i.e. at one end of the two parts moving towards each other) an active element can also be attached (such as an electric motor, a spindle drive, a solenoid, a piezo actuator, a voice coil, ...). This allows an active force to be generated. The linear brake would preferably be locked (blocked) when the active element is switched on. The adaptive linear element can also dampen or dampen the movement of the active element. influence .
Dadurch, das s bevorzugt ein „trockenes" magnetorheologi sches Medium verwendet wird und kein Öl oder hydrauli sches Fluid enthalten i st , kann das Grundmoment bzw . die Grundreibung verringert werden . Insbesondere kann die Dichtungseinrichtung so verändert werden, das s die Grundreibung bedeutend reduziert wird . Gegebenenfall s kann vorteilhaft auf eine berührende Dichtlippe verzichtet werden und die Dichtung erfolgt allein durch eine Magnetdichtung . Because a “dry” magnetorheological medium is preferably used and does not contain any oil or hydraulic fluid, the basic torque or the basic friction can be reduced. In particular, the sealing device can be changed in such a way that the basic friction is significantly reduced If necessary, a touching sealing lip can advantageously be dispensed with and the sealing is carried out solely by a magnetic seal.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in den Ausführungsbei spielen beschrieben, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden .
Dari zeigen : Further advantages and features of the present invention are described in the exemplary embodiments, which are explained below with reference to the accompanying figures. Dari show:
Fig . la- li verschiedene Ausgestaltungen von Vorrichtungen, insbesondere Bedieneinrichtungen, mit erf indungs gemäß en Bremsvorrichtungen; Fig. la- li various configurations of devices, in particular operating devices, with braking devices according to the invention;
Fig . 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßenFig. 2 a perspective view of an inventive
Bremsvorrichtung in einer Einbausituation mit einem schematisch dargestellten Bedienelement ; Braking device in an installation situation with a schematically illustrated control element;
Fig . 3a-e einen stark schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung sowie stark schematische Detailansichten und eine stark schematische Schnittansicht ; Fig. 3a-e a highly schematic section through a braking device according to the invention as well as highly schematic detailed views and a highly schematic sectional view;
Fig . 4 u . 5 zwei Schnitte in eingefahrenem und ausgefahrenem Zustand der Bremsvorrichtung nach Fig . 2 ; Fig. 4 u. 5 two cuts in the retracted and extended state of the braking device according to FIG. 2 ;
Fig . 6 u . 7 eine perspektivische geschnittene Darstellung der Aus führungs form der Bremsvorrichtung und eine weitere perspektivi sche Darstellung der Bremsvorrichtung nach Fig . 2 ; Fig. 6 u. 7 is a perspective sectional view of the embodiment of the braking device and a further perspective view of the braking device according to FIG. 2 ;
Fig . 8 eine schemati sche Schnittdarstellung einer weiteren Aus führungs form einer Bremsvorrichtung ; Fig. 8 is a schematic sectional view of a further embodiment of a braking device;
Fig . 9 u . 10 eine schemati sche Schnittdarstellung einer weiterenFig. 9 u. 10 a schematic sectional view of another
Aus führungs form einer Bremsvorrichtung eingefahrenen und ausgefahrenen Zustand; From leadership form of a braking device retracted and extended state;
Fig . 11 - 13 weitere Schnitte und Detailansichten der Ausführungsform nach Fig . 9 und 10 ; und Fig. 11 - 13 further sections and detailed views of the embodiment according to FIG. 9 and 10; and
Fig . 14 u . 15 i sometri sche Ansichten der Aus führungs form nach Fig . 9 und 10 im ausgefahrenen und eingefahrenen Zustand .
Figuren la bis lg zeigen mehrere erfindungsgemäße Bedieneinrichtungen 100, in denen die magnetorheologische Bremsvorrichtung 1 eingesetzt werden kann. Die Bedieneinrichtungen 100 sind jeweils als haptische Bedieneinrichtung 100 mit einem Bedienelement 101 ausgeführt . Fig. 14 u. 15 i sometric views of the embodiment according to FIG. 9 and 10 in the extended and retracted states. Figures la to lg show several operating devices 100 according to the invention in which the magnetorheological braking device 1 can be used. The operating devices 100 are each designed as a haptic operating device 100 with an operating element 101.
Figur la zeigt einen haptischen Bedienknopf 101. Der Bedienknopf 101 kann gedreht bzw. verschwenkt und auch vorzugsweise auch in einer Richtung entlang der Drehachse bewegt werden. Vorteilhaft kann eine axiale Bewegung bzw. eine Schwenkbewegung durch die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 1 beeinflusst werden, wie auch in den nachfolgenden Aus führungs formen. Figure la shows a haptic control button 101. The control button 101 can be rotated or pivoted and also preferably moved in a direction along the axis of rotation. An axial movement or a pivoting movement can advantageously be influenced by the braking device 1 according to the invention, as in the following embodiments.
In Figur lb ist die Bedieneinrichtung 100 als Daumenwalze 102 dargestellt. Die Daumenwalze 102 ist bevorzugt beispielsweise in Lenkrädern einsetzbar. Die Daumenwalze ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Die Daumenwalze 102 kann allgemein je nach Einbausituation auch mit jedem anderen Finger nutzbar sein. Vorzugsweise ist die Daumenwalze um eine Drehachse drehbar und insbesondere entlang der Drehachse verschiebbar. In Figure 1b, the operating device 100 is shown as a thumb roller 102. The thumb roller 102 can preferably be used in steering wheels, for example. However, the thumb roller is not limited to this application. The thumb roller 102 can generally also be used with any other finger, depending on the installation situation. The thumb roller is preferably rotatable about an axis of rotation and, in particular, displaceable along the axis of rotation.
In Figur lc und Figur ld ist die Bedieneinrichtung 100 in einer Computermaus 103 angeordnet. Die haptische Bedieneinrichtung 100 ist in dem Mausrad 106 untergebracht. Die magnetorheologische Bremsvorrichtung 1 kann genutzt werden, um ein haptisches Feedback zu steuern, insbesondere auch bei einer Verschiebung entlang der Drehachse. In Figure lc and Figure ld, the operating device 100 is arranged in a computer mouse 103. The haptic operating device 100 is housed in the mouse wheel 106. The magnetorheological braking device 1 can be used to control haptic feedback, in particular during a displacement along the axis of rotation.
Figur le zeigt einen Joystick 104 als haptische BedieneinrichtungFigure le shows a joystick 104 as a haptic operating device
100, in welchem eine Bremseinrichtung 1 untergebracht ist. 100, in which a braking device 1 is housed.
Außerdem ist die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 1 in einem Spielecontroller 100 bevorzugt nutzbar, um dem Spieler in Abhängigkeit der Spielsituation ein haptisches Feedback zu geben, insbesondere beim Betätigen der Bedientasten 101, BedienhebelIn addition, the braking device 1 according to the invention can preferably be used in a game controller 100 in order to give the player haptic feedback depending on the game situation, in particular when actuating the control buttons 101, control lever
101, Drucktasten 101, etc. , siehe Figur lf. 101, pushbuttons 101, etc., see figure lf.
In Figur lg ist der Spielecontroller 100 in einer Seitenansicht
dargestellt. Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 1 ist im Inneren des Spielecontrollers 100 angeordnet (gestrichelte Linien) . Das Bedienelement 101 wird hier durch eine Wippe bzw. einen Hebel gebildet 101, der um den Drehwinkel 41 schwenkbar ist. Drückt ein Benutzer auf das Bedienelement 101 wird diese Bewegung auf die Bremsvorrichtung 1 übertragen. Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 1 ist so kleinbauend, dass die Außenkontur des Spielecontrollers durch die Bremsvorrichtung 1 nicht beeinflusst ist. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 1 besonders leicht, sodass die Bremsvorrichtung 1 ein Gewicht des Spielecontrollers 101 nicht negativ beeinflusst. Weiter kann die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 1 kostengünstig in Serien- bzw. Massenproduktion hergestellt werden. Insbesondere in Reihe kann eine Vibrationseinrichtung 45 geschaltet sein. Die Vibrationseinrichtung 45 ist besonders bevorzugt als „Voicecoil" ausgeführt oder umfasst wenigstens eine solche Einrichtung. Die Vibrationseinrichtung 45 kann z. B. bei einem Computerspiel die Simulation von „Dauerfeuer" bewirken oder ein Erdbeben oder dgl . simulieren. Die Vibrationseinrichtung 45 kann auch auf der gegenüberliegenden Seite, d. h. , in dem Bereich des Bedienelements 101 (z. B. eines Triggerknopfs) angeordnet sein. Mit der Bremseinrichtung 1 kann die Intensität der von der Vibrationseinrichtung 45 bzw. Voicecoil erzeugten Vibration eingestellt werden. Im Allgemeinen ist die Bremseinrichtung 1 vorzugsweise auf „gebremst" eingestellt, um die Bewegungen zu übertragen . In Figure lg the game controller 100 is in a side view shown. The braking device 1 according to the invention is arranged inside the game controller 100 (dashed lines). The control element 101 is formed here by a rocker or a lever 101, which can be pivoted about the angle of rotation 41. If a user presses the control element 101, this movement is transmitted to the braking device 1. The braking device 1 according to the invention is so small that the outer contour of the game controller is not influenced by the braking device 1. In addition, the braking device 1 according to the invention is particularly light, so that the braking device 1 does not negatively influence the weight of the game controller 101. Furthermore, the braking device 1 according to the invention can be manufactured inexpensively in series or mass production. In particular, a vibration device 45 can be connected in series. The vibration device 45 is particularly preferably designed as a “voicecoil” or includes at least one such device. The vibration device 45 can, for example, cause the simulation of “continuous fire” in a computer game or an earthquake or the like. simulate. The vibration device 45 can also be arranged on the opposite side, ie in the area of the control element 101 (e.g. a trigger button). With the braking device 1, the intensity of the vibration generated by the vibration device 45 or voice coil can be adjusted. In general, the braking device 1 is preferably set to “braked” in order to transmit the movements.
Figur lh zeigt stark schematisch eine Draufsicht auf einen Spielecontroller 100 und eine Bremsvorrichtung 1. Beispielhaft sind hier die Abmessungen des Spielecontrollers 101 und der Bremsvorrichtung 1 (etwa) maßstäblich wiedergegeben. Die Länge 34 der Bremsvorrichtung beträgt hier zwischen etwa 1/3 und etwa 1/2 der maximalen (Quer-) Ausdehnung 108 des Spielecontrollers 100 und liegt zwischen etwa 1/2 und 2/3 der Länge 107 der Seitenkante. Ein Außendurchmesser 3a der Bremsvorrichtung 1 beträgt etwa 1/4 der Länge 34. Das zeigt eindrücklich die
beengten Raumverhältnisse und die hohen Anforderungen an die Konstruktion der Bremsvorrichtung 1, die vollständig in das Gehäuse des Spielecontrollers 101 eingebaut werden muss. Es kann nicht einfach eine Bremsvorrichtung 1 "von der Stange" genommen und eingesetzt werden. Figure lh shows a very schematic top view of a game controller 100 and a braking device 1. As an example, the dimensions of the game controller 101 and the braking device 1 are shown here (approximately) to scale. The length 34 of the braking device here is between approximately 1/3 and approximately 1/2 of the maximum (transverse) extent 108 of the game controller 100 and is between approximately 1/2 and 2/3 of the length 107 of the side edge. An outer diameter 3a of the braking device 1 is approximately 1/4 of the length 34. This clearly shows that cramped space conditions and the high demands on the construction of the braking device 1, which must be completely installed in the housing of the game controller 101. You cannot simply take a braking device 1 “off the shelf” and use it.
Figur li zeigt gestrichelt z. B. ein Gehäuse einer Bedieneinrichtung. Die Bedieneinrichtung kann z. B. eine Lenkradspeiche in einem Kraftfahrzeug sein. Die Bedieneinrichtung kann auch ein Spielecontroller oder dergleichen sein. Mit einer durchgezogenen Linie dargestellt und in mehreren Schwenkpositionen gestrichelt eingezeichnet ist ein Bedienelement 101 (z. B. ein Betätigungselement wie eine Schaltnase 46) , welches um den zentralen Drehpunkt 47 schwenkbar ist. Angelenkt an dem (gegenüberliegenden) Anlenkpunkt 48 ist eine (lineare) Bremsvorrichtung 1, mit welcher das Betätigen der Schaltnase 46 oder dergleichen gezielt abbremsbar ist. Das Bedienelement 101 kann z. B. als Wippschalter ausgebildet sein. Das Bedienelement 101 in Form z. B. einer Schaltnase 46 kann z. B. in Lenkrädern von Kraftfahrzeugen verbaut werden und kann mehrere Schaltstellungen aufweisen. Die Haptik ist einstellbar. Die Bremsvorrichtung 1 kann z. B. zwei Rückstelleinheiten in Form von z. B. Rückstellfedern aufweisen, um das Bedienelement 101 in die Neutralstellung zu forcieren. Es kann aber auch auf Rückstellfedern verzichtet werden, oder es können separate Rückstellfedern vorgesehen sein. Figure left shows dashed z. B. a housing of an operating device. The operating device can z. B. be a steering wheel spoke in a motor vehicle. The operating device can also be a game controller or the like. Shown with a solid line and shown in dashed lines in several pivoting positions is an operating element 101 (e.g. an actuating element such as a switching lug 46), which can be pivoted about the central pivot point 47. Articulated at the (opposite) articulation point 48 is a (linear) braking device 1, with which the actuation of the switching lug 46 or the like can be braked in a targeted manner. The control element 101 can z. B. be designed as a rocker switch. The control element 101 in the form of z. B. a switching lug 46 can z. B. can be installed in steering wheels of motor vehicles and can have several switching positions. The feel is adjustable. The braking device 1 can z. B. two reset units in the form of z. B. have return springs to force the control element 101 into the neutral position. However, return springs can also be dispensed with, or separate return springs can be provided.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 1 in einer Einbausituation mit einem schematischen Bedienelement 101, wie sie z. B. in einem Spielecontroller 100 genutzt werden kann. Die Bremsvorrichtung 1 ist an einem äußeren Ende 37 einer ersten Bremskomponente 8 und einem gegenüberliegenden Ende 38 einer zweiten Bremskomponente 3 schwenkbar an einer Konsole 2 aufgenommen, hier durch Kugelgelenke mit Kugelköpfen und Gelenkpfannen. Dadurch kann sich die Bremsvorrichtung 1 an der Betätigungskraft 42 bzw. in
Abhängigkeit des Schwenkwinkels 41 ausrichten, sodass die Betätigungskraft 42 entlang der Längsrichtung 19 der Kolbenstange 9 der ersten Bremskomponente 8 wirkt, sodass die Bremsvorrichtung 1 leichtgängig bewegt werden kann und nicht verkantet. Weiter vorteilhaft sind durch die schwenkbare Aufnahme auch große Schwenkwinkel möglich. Figure 2 shows a perspective view of a braking device 1 according to the invention in an installation situation with a schematic control element 101, as z. B. can be used in a game controller 100. The braking device 1 is pivotally mounted on a console 2 at an outer end 37 of a first brake component 8 and an opposite end 38 of a second brake component 3, here by ball joints with ball heads and joint sockets. This allows the braking device 1 to rely on the actuating force 42 or in Align depending on the pivot angle 41 so that the actuating force 42 acts along the longitudinal direction 19 of the piston rod 9 of the first brake component 8, so that the braking device 1 can be moved smoothly and does not tilt. Further advantageously, large pivot angles are also possible thanks to the pivotable mount.
Figuren 3a-e zeigen einen stark schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 1 sowie Detailansichten und eine Schnittansicht. Figur 3a zeigt einen stark schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 1 zum Bremsen einer Bewegung eines Bedienelements 101 einer Bedieneinrichtung 100. Die Bremsvorrichtung 1 umfasst eine sich entlang der axialen Längsrichtung 19 erstreckende erste Bremskomponente 8 und eine zweite Bremskomponente 3 aus einem magnetisch leitenden Material. Ein Aufnahmeraum 4 erstreckt sich durch die zweite Bremskomponente 3. In dem Aufnahmeraum 4 ist die erste Bremskomponente 8 beweglich auf genommen. Figures 3a-e show a highly schematic section through a braking device 1 according to the invention as well as detailed views and a sectional view. 3a shows a highly schematic section through a braking device 1 according to the invention for braking a movement of an operating element 101 of an operating device 100. The braking device 1 comprises a first braking component 8 extending along the axial longitudinal direction 19 and a second braking component 3 made of a magnetically conductive material. A receiving space 4 extends through the second brake component 3. The first braking component 8 is movably accommodated in the receiving space 4.
Die erste Bremskomponente 8 teilt den Aufnahmeraum 4 hier in unterschiedliche Teilräume 6, 7. Die erste Bremskomponente 8 umfasst einen in dem Aufnahmeraum 4 auf genommenen Kolben 10 und eine aus dem Aufnahmeraum 4 nach außen ragende Kolbenstange 9. Zwischen der ersten Bremskomponente 8 und hier genauer deren Kolben 10 und der zweiten Bremskomponente 3 ist ein mit einem magnetorheologischen Medium 13 gefüllter Wirkspalt 5 ausgebildet, der an den axialen Enden jeweils über eine Dichtungseinrichtung 12 abgedichtet ist. Hier kann das magnetorheologische Medium 13 magnetorheologische Partikel 14 und ein Gas als Füllmedium 14a umfassen. Darüber hinaus kann das Füllmedium 14a auch durch eine Flüssigkeit, wie ein (Träger-Öl) , oder auch ein Fett gebildet werden. Vorteilhaft ist das magnetorheologische Medium 13 nur in dem Wirkspalt 5 vorhanden. The first brake component 8 divides the receiving space 4 here into different sub-spaces 6, 7. The first brake component 8 comprises a piston 10 received in the receiving space 4 and a piston rod 9 projecting outwards from the receiving space 4. Between the first brake component 8 and more precisely here The piston 10 and the second brake component 3 form an effective gap 5 filled with a magnetorheological medium 13, which is sealed at the axial ends via a sealing device 12. Here, the magnetorheological medium 13 can include magnetorheological particles 14 and a gas as a filling medium 14a. In addition, the filling medium 14a can also be formed by a liquid, such as a (carrier oil) or a fat. The magnetorheological medium 13 is advantageously only present in the effective gap 5.
Vorteilhaft beinhaltet der Wirkspalt 5 hier zwischen 40 und 95 Volumenprozent an magnetorheologischen Partikeln 14. Die magneto-
rheologischen Partikel 14 bestehen jeweils aus Carbonyleisenpulver. Aufgrund der hohen Partikelkonzentration verhalten sich die magnetorheologischen Partikel 14 selbst wie ein Fluid, wobei der Wirkspalt 5 nicht verstopft. The effective gap 5 here advantageously contains between 40 and 95 percent by volume of magnetorheological particles 14. The magneto- rheological particles 14 each consist of carbonyl iron powder. Due to the high particle concentration, the magnetorheological particles 14 themselves behave like a fluid, with the effective gap 5 not becoming clogged.
Die Partikel 14 weisen jeweils eine Beschichtung gegen Korrosion auf. Außerdem weisen die Partikel 14 eine Gleitbeschichtung, hier in Form einer Graphitbeigabe auf, welche als dünne Graphitschicht abschnittsweise auf die Partikel 14 aufgetragen ist. Dadurch wird das Gleitverhalten verbessert und so ein dauerhafter und zuverlässiger Betrieb ermöglicht. The particles 14 each have a coating to prevent corrosion. In addition, the particles 14 have a sliding coating, here in the form of a graphite additive, which is applied to the particles 14 in sections as a thin graphite layer. This improves the sliding behavior and enables long-lasting and reliable operation.
Der Wirkspalt 5 ist hier an jedem Ende über jeweils eine Dichtungseinrichtung 12 mit einer Dichtungseinheit 15 zwischen den sich zueinander bewegenden Teilen, d. h. der ersten Bremskomponente 8 und der zweiten Bremskomponente 3, abgedichtet und begrenzt. Die Dichtungseinrichtungen 12 sind hier an der ersten Bremskomponente 8 und genauer an deren Kolben 10 aufgenommen, sodass sich der Wirkspalt 5 mit dem Kolben 10 bzw. der ersten Bremskomponente 8 mitbewegt. The effective gap 5 is here at each end via a sealing device 12 with a sealing unit 15 between the parts moving towards one another, i.e. H. the first brake component 8 and the second brake component 3, sealed and limited. The sealing devices 12 are accommodated here on the first brake component 8 and more precisely on its piston 10, so that the effective gap 5 moves with the piston 10 or the first brake component 8.
Die Bremsvorrichtung 1 umfasst weiter eine als elektrische Spuleneinheit 24a ausgebildete Magnetfelderzeugungseinrichtung 24 und einen magnetisch leitfähigen Kern 26. Der magnetisch leitfähige Kern 26 ist hier an der ersten Bremskomponente 8 und genauer an dem Kolben 10 ausgebildet. Die elektrische Spuleneinheit 24 ist in Längsrichtung 19 um die erste Bremskomponente 8 und genauer um den Kolben 10 gewickelt. Die Kolbenstange 9 erstreckt sich entlang der Längsrichtung 19. Dadurch wird eine Senkrechte 24d auf der durch die Spuleneinheit 24 auf gespannten Ebene 24c quer und insbesondere senkrecht zu einer durch die Spulenwicklungen auf gespannten Wickelebene 25 aufgespannt. Das Magnetfeld 24b wird durch die magnetisch leitende zweite Bremskomponente 3 und den magnetisch leitenden Kern 26 geleitet und tritt hier durch den Wirkspalt 5 durch, sodass die magnetischen Partikel 14 sich entlang dem Magnetfeld 24b ausrichten und die Viskosität des magnetorheologischen Mediums 13
dadurch verändert werden kann . Eine Bewegung der ersten Bremskomponente 8 gegenüber der zweiten Bremskomponente 3 kann so gebremst und beeinflusst werden . Der Kolben 10 der ersten Bremskomponente 8 wird hier durch eine Vorbelastungseinheit 39 in eine Ruheposition 43 vorbelastet . Hier i st die Vorbelastungseinheit 39 außerhalb des Kolbens 10 der ersten Bremskomponente 8 j edoch innerhalb eines Außengehäuses 3b auf genommen . The braking device 1 further comprises a magnetic field generating device 24 designed as an electrical coil unit 24a and a magnetically conductive core 26. The magnetically conductive core 26 is formed here on the first brake component 8 and more precisely on the piston 10. The electrical coil unit 24 is wound in the longitudinal direction 19 around the first brake component 8 and more precisely around the piston 10. The piston rod 9 extends along the longitudinal direction 19. As a result, a vertical 24d is spanned on the plane 24c tensioned by the coil unit 24 transversely and in particular perpendicular to a winding plane 25 tensioned by the coil windings. The magnetic field 24b is guided through the magnetically conductive second braking component 3 and the magnetically conductive core 26 and passes through the effective gap 5 here, so that the magnetic particles 14 align themselves along the magnetic field 24b and the viscosity of the magnetorheological medium 13 can thereby be changed. A movement of the first brake component 8 relative to the second brake component 3 can be braked and influenced in this way. The piston 10 of the first brake component 8 is here preloaded into a rest position 43 by a preloading unit 39. Here the preload unit 39 is accommodated outside the piston 10 of the first brake component 8 but within an outer housing 3b.
Im unteren Teil i st zusätzlich ein Aufnahmekörper 14b in dem Wirkspalt 5 angeordnet . Der Aufnahmekörper 14b i st al s Wirrfaserstof f bzw . Schaumstof f mit einzelnen verbundenen Räumen ausgeführt . Der Aufnahmekörper 14b beinhaltet das magnetorheologi sche Medium 13 und insbesondere die magnetorheologischen Partikel 14 . Vorteilhaft verhindert der Aufnahmekörper 14b mit seiner inneren Struktur eine ( globale ) Partikelagglomeration an einer Stelle des Wirkspalts 5 auftritt und dementsprechend andere Bereiche des Wirkspalts 5 deutlich weniger Partikel 14 oder sogar gar keine Partikel 14 mehr aufwei sen . Dementsprechend wird eine homogene Partikelverteilung in dem Wirkspalt 5 gewährlei stet . In the lower part, a receiving body 14b is additionally arranged in the effective gap 5. The receiving body 14b is a random fiber material or Foam made with individual connected rooms. The receiving body 14b contains the magnetorheological medium 13 and in particular the magnetorheological particles 14. With its internal structure, the receiving body 14b advantageously prevents (global) particle agglomeration occurring at one point of the effective gap 5 and, accordingly, other areas of the effective gap 5 have significantly fewer particles 14 or even no particles 14 at all. Accordingly, a homogeneous particle distribution in the effective gap 5 is guaranteed.
Der Aufnahmeraum 4 i st hier mit Luft gefüllt und über den Entlüftungskanal 11 mit der Umgebung verbunden, sodas s ein Gasaustausch und ein Druckausgleich stattfinden können . The receiving space 4 is filled with air here and connected to the environment via the ventilation channel 11, so that gas exchange and pressure equalization can take place.
In Figur 3b i st eine Detailansicht einer Dichtungseinrichtung 12 einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 1 mit mehreren Dichteinheiten 15 , die eine berührungslose Labyrinthdichtung 16 eine berührungslose Magnetdichtung 20 und eine zur Dichtfläche 12a der Dichtungseinrichtung 12 berührungslose Dichtlippe 18 umfassen . 3b is a detailed view of a sealing device 12 of a braking device 1 according to the invention with several sealing units 15, which include a non-contact labyrinth seal 16, a non-contact magnetic seal 20 and a sealing lip 18 that is non-contact to the sealing surface 12a of the sealing device 12.
Die Magnetdichtung 20 i st hier al s Magnetring ausgeführt , welcher die magneti schen Partikel 14 des magnetorheologi schen Mediums 13 daran hindert , die Dichtungseinrichtung 12 mit der Dichtfläche 12a zu passieren . Die Labyrinthdichtung 16 umfas st mehrere Kammern bzw . sich über den Umfang erstreckende Nute ( n ) , die den Durchtritt der magnetorheologischen Partikel 14 aus dem Wirkspalt 5 durch die Dichtungseinrichtung 12 entlang der Dichtfläche 12a
in den Aufnahmeraum 4 behindern. The magnetic seal 20 is designed here as a magnetic ring, which prevents the magnetic particles 14 of the magnetorheological medium 13 from passing through the sealing device 12 with the sealing surface 12a. The labyrinth seal 16 comprises several chambers or Groove (s) extending over the circumference, which allows the passage of the magnetorheological particles 14 from the effective gap 5 through the sealing device 12 along the sealing surface 12a into the recording room 4.
Zusätzlich ist eine Dichtlippe 18 vorhanden, um die magnetorheologischen Partikel 14 mechanisch zurückzuhalten. Die Dichtlippe 18 versperrt den Querschnitt des Wirkspalts 5 entlang der Höhe des Wirkspalts 5a, wobei ein kleiner Dichtspalt 17 zu der Dichtfläche 12a der zweiten Bremskomponente 3 verbleibt. Die Dichtlippe 18 ist flüssigkeitsdurchlässig während magnetorheologische Partikel 14 zurückgehalten werden und die Dichtlippe 18 nicht passieren können. In addition, a sealing lip 18 is present to mechanically retain the magnetorheological particles 14. The sealing lip 18 blocks the cross section of the effective gap 5 along the height of the effective gap 5a, with a small sealing gap 17 remaining to the sealing surface 12a of the second brake component 3. The sealing lip 18 is permeable to liquid while magnetorheological particles 14 are retained and cannot pass through the sealing lip 18.
Außerdem weist die Dichtungseinrichtung 12 hier einen magnetischen Partikelsammler 21 auf. Der Partikelsammler 21 ist hier radial außerhalb des Wirkspalts 5, d. h. auf der dem Dichtspalt abgewandten Seite der Dichtungseinrichtung 12, angeordnet. Der Partikelsammler 21 weist hier einen (starken) Permanentmagneten auf, durch den die magnetische Partikel 14 aufgesammelt werden, die trotz der Dichtlippe 14 aus dem Wirkspalt 5 durch die Dichtungseinrichtung 12 durchtreten. In addition, the sealing device 12 here has a magnetic particle collector 21. The particle collector 21 is here radially outside the effective gap 5, i.e. H. on the side of the sealing device 12 facing away from the sealing gap. The particle collector 21 here has a (strong) permanent magnet, through which the magnetic particles 14 are collected, which pass through the sealing device 12 from the effective gap 5 despite the sealing lip 14.
Figur 3c zeigt hier einen Querschnitt quer zur Längsrichtung 19 durch die Bremsvorrichtung 1. die erste Bremskomponente 8 weist einen unrunden äußersten Querschnitt 29 auf. Dabei ist ein minimaler Innenquerschnitt 30 des Aufnahmeraums 4 der zweiten Bremskomponente an den äußersten Querschnitt 29 der ersten Bremskomponente angepasst. Der Kolben 10 der ersten Bremskomponente 8 weist hier einen ovalen äußersten Querschnitt 29 auf. Der minimale Innenquerschnitt 30 des Aufnahmeraums 4 ist hier an den äußersten Querschnitt 29 der ersten Bremskomponente 8 angepasst, sodass zwischen der ersten Bremskomponente 8 und der zweiten Bremskomponente 3 ein dünner Spalt verbleibt, in dem der Wirkspalt 5 angeordnet ist. Der Wirkspalt 5 ist hier zwischen dem Kolben 10 und der Innenwandung 33 des Aufnahmeraums 4 ausgebildet. Die erste Bremskomponente 8 hier ist somit 3c shows a cross section transverse to the longitudinal direction 19 through the braking device 1. The first braking component 8 has a non-round outermost cross section 29. A minimal internal cross section 30 of the receiving space 4 of the second brake component is adapted to the outermost cross section 29 of the first brake component. The piston 10 of the first brake component 8 here has an oval outermost cross section 29. The minimum inner cross section 30 of the receiving space 4 is here adapted to the outermost cross section 29 of the first brake component 8, so that a thin gap remains between the first brake component 8 and the second brake component 3, in which the effective gap 5 is arranged. The effective gap 5 is formed here between the piston 10 and the inner wall 33 of the receiving space 4. The first brake component 8 here is thus
( ver- ) drehfest in dem Aufnahmeraum 4 der zweiten Bremskomponente 3 auf genommen.
Der Kolben 10 der ersten Bremskomponente 8 weist hier eine Länge 27 entlang der Längsrichtung 19 auf, die größer ist als ein maximaler Durchmesser 28 des Kolbens 10 der ersten Bremskomponente 8. Der Kolben 10 ist hier quer zur Längserstreckung 19 wenigstens 50 % breiter als hoch ausgebildet. (rotatably) recorded in the receiving space 4 of the second brake component 3. The piston 10 of the first brake component 8 here has a length 27 along the longitudinal direction 19, which is larger than a maximum diameter 28 of the piston 10 of the first brake component 8. The piston 10 is here transverse to the longitudinal extent 19 at least 50% wider than it is tall .
Vorteilhaft ist hier weiter der Innenquerschnitt 30 über den vorgesehenen Verfahrweg 31 konstant, sodass der Kolben 10 über einen gesamten Kolbenweg 31 verschiebbar ist. Advantageously, the internal cross section 30 is constant over the intended travel path 31, so that the piston 10 can be displaced over an entire piston path 31.
Die Bremsvorrichtung 1 umfasst weiter eine Sensoreinrichtung 32, die hier als Hall-Sensor ausgebildet ist. Die Sensoreinrichtung 32 dient zur Erfassung eines Maßes für eine Position des Kolbens 10 der ersten Bremskomponente 8 zu der zweiten Bremskomponente 3. The braking device 1 further comprises a sensor device 32, which is designed here as a Hall sensor. The sensor device 32 is used to record a measure of a position of the piston 10 of the first brake component 8 in relation to the second brake component 3.
Im Ausführungsbeispiel ist ein Verhältnis der größten Querabmessung des Kolbens 10 (quer zur seiner Längserstreckung 19) zu einer Höhe 5a des Wirkspalts 5 größer als 20. Folglich stellt der Wirkspalt 5 für das Magnetfeld 24b einen (nur geringen) Widerstand dar, durch den es (problemlos) durchtreten kann . In the exemplary embodiment, a ratio of the largest transverse dimension of the piston 10 (transverse to its longitudinal extension 19) to a height 5a of the effective gap 5 is greater than 20. Consequently, the effective gap 5 represents a (only small) resistance for the magnetic field 24b, through which it ( can pass through without any problems.
In Figur 3d ist eine alternative Aus führungs form der Dichtungseinrichtung 12 dargestellt. Die Dichtungseinrichtung 12 umfasst hier zwei die gegenüberliegende Dichtfläche 12a berührende Dichtungseinheiten 15, eine Magnetdichtung 20 und eine Dichtlippe 18. Die Dichtlippe liegt hier berührend an der Innenwandung 33 des Aufnahmeraums 4 an. Die Magnetdichtung 20 umfasst hier zwei Magnetringe mit elektrischen Spulen, die ein hier nur schematisch dargestelltes Ferro-Fluid 20a in dem Dichtspalt 17 halten, welches den Dichtspalt 17 versperrt. An alternative embodiment of the sealing device 12 is shown in FIG. 3d. The sealing device 12 here comprises two sealing units 15 touching the opposite sealing surface 12a, a magnetic seal 20 and a sealing lip 18. The sealing lip here lies in contact with the inner wall 33 of the receiving space 4. The magnetic seal 20 here comprises two magnetic rings with electrical coils which hold a ferro-fluid 20a, shown only schematically here, in the sealing gap 17, which blocks the sealing gap 17.
In Figur 3e ist ein vergrößerter Ausschnitt des Wirkspalts 5 dargestellt. Die Wirkflächen 5b des Wirkspalts 5 sind hier eben entlang der axialen Richtung 5c des Wirkspalts 5 ausgebildet. Alternativ oder auch abschnittweise können die Wirkflächen 5b auch eine andere Form aufweisen, wie hier gestrichelt dargestellt z. B. ein sich periodisch wiederholendes, welliges „Berg und Tal"
Profil, wobei sich eine Höhe zwischen „Berg und Tal" über ca. 50 % der Höhe 5a des Wirkspalts 5 erstreckt, sodass ein Keileffekt entstehen kann, der zu einer lokalen Konzentration der magnetorheologischen Partikel 14 führt, wodurch höhere Kräfte übertragbar sind. Das Profil erstreckt sich hier über den gesamten Umfang des Kolbens 10 der ersten Bremskomponente 8. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Wirkfläche 5b an der zweiten Bremskomponente 3 analog ausgeführt sein. An enlarged section of the effective gap 5 is shown in FIG. 3e. The active surfaces 5b of the effective gap 5 are formed here along the axial direction 5c of the effective gap 5. Alternatively or in sections, the active surfaces 5b can also have a different shape, as shown here in dashed lines, for example. B. a periodically repeating, wavy “mountains and valleys” Profile, whereby a height between "mountain and valley" extends over approximately 50% of the height 5a of the effective gap 5, so that a wedge effect can arise, which leads to a local concentration of the magnetorheological particles 14, whereby higher forces can be transmitted. The profile extends here over the entire circumference of the piston 10 of the first brake component 8. Alternatively or additionally, the effective surface 5b on the second brake component 3 can also be designed analogously.
Figuren 4 und 5 zeigen zwei Schnitte in eingefahrenem und ausgefahrenem Zustand der Bremsvorrichtung 1 nach Fig. 2. Hier ist ein Verhältnis des Außendurchmessers 3a der zweiten Bremskomponente 3 zu einem Außendurchmesser 9a der Kolbenstange 9 kleiner als zwei, sodass die Bauweise sehr kompakt ist. Die erste Bremskomponente 8 ist entlang des Verfahrwegs 31 verschieblich und wird durch die Vorbelastungseinrichtung 39, die hier als Spiralfeder ausgebildet ist, in die Ruheposition 43 vorbelastet. Figures 4 and 5 show two sections in the retracted and extended state of the braking device 1 according to Fig. 2. Here, a ratio of the outer diameter 3a of the second brake component 3 to an outer diameter 9a of the piston rod 9 is smaller than two, so that the design is very compact. The first brake component 8 is displaceable along the travel path 31 and is preloaded into the rest position 43 by the preloading device 39, which is designed here as a spiral spring.
Anschlusskabel können durch die Kabeldurchführung 40, welche sich durch die Kolbenstange 9 der ersten Bremskomponente 8 erstreckt nach außen geführt werden. Connection cables can be led out through the cable bushing 40, which extends through the piston rod 9 of the first brake component 8.
Die magnetisch leitende zweite Bremskomponente 3 ist hier ein Bestandteil des Außengehäuses 3b, welches hier eine deutlich geringere magnetische Leitfähigkeit aufweist als die magnetisch leitende zweite Bremskomponente 3. Hier umfasst das Gehäuse 3b bzw. Außengehäuse 3b einen weiteren Bestandteil, der aus Kunststoff hergestellt ist. Kunststoffe haben den Vorteil, dass sie im Verhältnis zu metallischen Werkstoffen leicht und kostengünstig herstellbar und vor allem auch in der Massenproduktion herstellbar sind. The magnetically conductive second brake component 3 is here a component of the outer housing 3b, which here has a significantly lower magnetic conductivity than the magnetically conductive second brake component 3. Here the housing 3b or outer housing 3b comprises a further component which is made of plastic. Plastics have the advantage that they are easy and inexpensive to produce compared to metallic materials and, above all, can be mass-produced.
Das Gehäuse 3b weist hier den größten Außendurchmesser 3a der gesamten Bremsvorrichtung 1 auf. An dem Gehäuse 3b ist das zum Anschluss vorgesehene Ende 38 (Anschlussende) ausgebildet. Das andere zum Anschluss vorgesehene (äußere) Ende 37 (Anschlussende) ist an der Kolbenstange 9 ausgebildet. Eine Wandstärke des
Außengehäuses 3b entspricht vorzugsweise (etwa) einer Wandstärke (+/- 20%) der magnetisch leitenden zweiten Bremskomponente 3 (in einem mittleren Bereich) der zweiten Bremskomponente 3. The housing 3b here has the largest outside diameter 3a of the entire braking device 1. The end 38 (connection end) intended for connection is formed on the housing 3b. The other (outer) end 37 (connection end) intended for connection is formed on the piston rod 9. A wall thickness of the Outer housing 3b preferably corresponds (approximately) to a wall thickness (+/- 20%) of the magnetically conductive second brake component 3 (in a central region) of the second brake component 3.
Die Dichtungseinrichtung 12 ist hier in Figuren 4 und 5 nur schematisch eingezeichnet und kann im Detail eine vom gezeigten Rechteckquerschnitt abweichende Struktur aufweisen. The sealing device 12 is only shown schematically in FIGS. 4 and 5 and in detail can have a structure that deviates from the rectangular cross section shown.
Auch die erste Bremskomponente 8 weist hier mehrere Bestandteile auf. Der Kern 26 ist magnetisch leitfähig und an dem Kolben 10 ausgebildet. Darüber hinaus umfasst die erste Bremskomponente 8 hier einen Spulenhalter für die Spuleneinheit 24a der Magnetfelderzeugungseinrichtung 24 und eine Kolbenstange 9. Alle Bestandteile außer dem magnetisch leitenden Kern 26 sind hier ebenfalls aus einem Kunststoff hergestellt, der kostengünstig ist und sehr schlecht magnetisch leitend ist. The first brake component 8 also has several components here. The core 26 is magnetically conductive and is formed on the piston 10. In addition, the first brake component 8 here includes a coil holder for the coil unit 24a of the magnetic field generating device 24 and a piston rod 9. All components except the magnetically conductive core 26 are also made here from a plastic that is inexpensive and has very poor magnetic conductivity.
Im Betrieb verfährt der Kolben 10 in Längsrichtung 19 innerhalb des Aufnahmeraums 4. Durch die Magnetfelderzeugungseinrichtung 24, die hier als Spuleneinheit 24a ausgebildet ist kann das magnetorheologische Medium 13 in dem Wirkspalt 5 mit einem Magnetfeld beaufschlagt werden, sodass sich die magnetischen Partikel 14 in dem Wirkspalt 5 ausrichten und Kräfte zwischen der zweiten Bremskomponente 3 und der ersten Bremskomponente und hier dem Kolben 10 übertragen. Folglich wir eine Bewegung des Kolbens 10 relativ zu der zweiten Bremskomponente 3 gebremst. Dabei ist das magnetorheologische Medium 13 ausschließlich in dem (dünnen) Wirkspalt 5 zwischen dem Kolben 10 der ersten Bremskomponente 8 und der zweiten Bremskomponente 3 vorhanden, der durch die Dichtungseinrichtungen 12 begrenzt wird. During operation, the piston 10 moves in the longitudinal direction 19 within the receiving space 4. The magnetorheological medium 13 in the effective gap 5 can be subjected to a magnetic field by the magnetic field generating device 24, which is designed here as a coil unit 24a, so that the magnetic particles 14 are in the effective gap 5 align and transfer forces between the second brake component 3 and the first brake component and here the piston 10. Consequently, a movement of the piston 10 relative to the second brake component 3 is braked. The magnetorheological medium 13 is present exclusively in the (thin) effective gap 5 between the piston 10 of the first brake component 8 and the second brake component 3, which is limited by the sealing devices 12.
Figuren 6 und 7 zeigen eine perspektivische geschnitteneFigures 6 and 7 show a perspective section
Darstellung der Aus führungs form der Bremsvorrichtung 1 und eine weitere perspektivische Darstellung der Bremsvorrichtung 1 nach Fig. 2. Representation of the embodiment of the braking device 1 and a further perspective view of the braking device 1 according to FIG.
Figur 8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren
Aus führungs form einer Bremsvorrichtung 1. Im Unterschied zu den anderen Aus führungs formen sind hier die Dichtungseinrichtungen 12 an der zweiten Bremskomponente 3 aufgenommen, sodass der Wirkspalt 5 ortsfest zu der zweiten Bremskomponente 3 ist und die Dichtfläche 12a an der ersten Bremskomponente ausgebildet ist. Folglich bewegt sich der Wirkspalt 5 hier mit der zweiten Bremskomponente 3. Figure 8 shows a schematic sectional view of another Embodiment of a braking device 1. In contrast to the other embodiments, here the sealing devices 12 are accommodated on the second brake component 3, so that the effective gap 5 is stationary in relation to the second brake component 3 and the sealing surface 12a is formed on the first brake component. Consequently, the effective gap 5 moves here with the second braking component 3.
Figuren 9 u. 10 zeigen schematische Schnittdarstellungen einer weiteren Aus führungs form einer Bremsvorrichtung 1 im eingefahrenen und ausgefahrenen Zustand. Die Enden 37, 38 sind hier als Gelenkpfannen ausgeführt. Figures 9 and 10 show schematic sectional views of a further embodiment of a braking device 1 in the retracted and extended state. The ends 37, 38 are designed here as joint sockets.
Die Dichtungseinrichtung 12 umfasst hier jeweils zwei Dichtungseinheiten 15, eine Magnetdichtung 20, insbesondere mit einem nicht gesondert dargestellten Ferro-Fluid, und eine mechanische berührende Dichtung, die insbesondere als Filzring ausgeführt ist, um eine optimale Dichtung des Wirkspalts 5 zu erhalten. Weiter umschließt das Außengehäuse 3b den gesamten Kolben 10 und die Kolbenstange 9 der ersten Bremskomponente 8 vollumfänglich. The sealing device 12 here comprises two sealing units 15, a magnetic seal 20, in particular with a ferro-fluid, not shown separately, and a mechanical contact seal, which is designed in particular as a felt ring in order to obtain an optimal seal of the effective gap 5. Furthermore, the outer housing 3b completely encloses the entire piston 10 and the piston rod 9 of the first brake component 8.
Eingezeichnet ist in Figur 10 ein minimaler (axialer) Abstand 12b zwischen der zweiten Bremskomponente 3 und der näher an dem Ende 37 angeordneten Dichtungseinrichtung 12 und insbesondere der Magnetdichtung 20. Dadurch wird die Dichtung (weitgehend) magnetisch von der Magnetfelderzeugungseinrichtung 24 entkoppelt. Der maximale (axiale) Abstand 12c ist auf der anderen Seite (näher zu dem Ende 38) eingezeichnet. 10 shows a minimum (axial) distance 12b between the second brake component 3 and the sealing device 12 arranged closer to the end 37 and in particular the magnetic seal 20. As a result, the seal is (largely) magnetically decoupled from the magnetic field generating device 24. The maximum (axial) distance 12c is shown on the other side (closer to the end 38).
In der in Fig. 9 gezeigten Stellung ist der entsprechende Abstand auf der hier rechten Seite näher zum Ende 38 kleiner als der Abstand auf der hier linken Seite. Der Abstand auf der rechten Seite kann dann dem minimalen Abstand 12b entsprechen (oder gegebenenfalls größer sein) . Der minimale Abstand 12b zwischen der zweiten Bremskomponente 3 und der Dichtungseinrichtung 12 ist so bemessen, dass die Magnetdichtung 20 zuverlässig abdichtet und weitestgehend unbeeinflusst bleibt. Ein solcher minimaler Abstand 12b wird vorzugsweise in allen Ausgestaltungen und
Ausführungsbeispielen und Stellungen zur Verfügung gestellt. In the position shown in FIG. 9, the corresponding distance on the right side here closer to the end 38 is smaller than the distance on the left side here. The distance on the right side can then correspond to the minimum distance 12b (or possibly be larger). The minimum distance 12b between the second brake component 3 and the sealing device 12 is dimensioned such that the magnetic seal 20 seals reliably and remains largely unaffected. Such a minimum distance 12b is preferred in all configurations and Examples of embodiments and positions are provided.
Weiterhin sind in Figur 10 - beispielhaft für alle Ausführungsbeispiele - Komponententeile 8a und 8b mit Bezugszeichen versehen. Die Komponententeile 8a und 8b können als separate Teile ausgebildet oder auch einstückig als z. B. Spulenhalter geformt sein. Die Komponententeile 8a und 8b weisen jedenfalls eine erheblich geringe magnetische Leitfähigkeit als der Kern 26 auf. Das Verhältnis der magnetischen Leitfähigkeiten von den Komponententeilen 8a und 8b (und auch dem Außengehäuse 3b) zu dem Kern 26 ist (in allen Ausgestaltungen) kleiner 1:5 und vorzugsweise kleiner 1:10 und insbesondere kleiner 1:50 oder 1:100. Furthermore, in Figure 10 - as an example for all exemplary embodiments - component parts 8a and 8b are provided with reference numbers. The component parts 8a and 8b can be designed as separate parts or in one piece as e.g. B. coil holder can be shaped. In any case, the component parts 8a and 8b have a significantly lower magnetic conductivity than the core 26. The ratio of the magnetic conductivities of the component parts 8a and 8b (and also the outer housing 3b) to the core 26 is (in all configurations) less than 1:5 and preferably less than 1:10 and in particular less than 1:50 or 1:100.
Figuren 11, 12 und 13 zeigen weitere Schnitt- und Detailansichten der Aus führungs form nach Fig. 9 und 10. In Figur 12 ist ein Schnitt durch die Wickelebene 25 dargestellt, sodass die Wicklung der Spuleneinheit 24 in Längsrichtung 19 ersichtlich ist. Figures 11, 12 and 13 show further sectional and detailed views of the embodiment according to Figures 9 and 10. In Figure 12, a section through the winding plane 25 is shown, so that the winding of the coil unit 24 in the longitudinal direction 19 can be seen.
Die Figuren 14 und 15 zeigen isometrische Ansichten der Aus führungs form nach Fig. 9 und 10 im ausgefahrenen und eingefahrenen Zustand.
Figures 14 and 15 show isometric views of the embodiment according to Figures 9 and 10 in the extended and retracted states.
Bezugszeichenliste : List of reference symbols:
1 Bremsvorrichtung 24 Magnetfelderzeug¬1 braking device 24 magnetic field generator
2 Konsole ungseinrichtung 2 Console device
3 zweite Bremskomponente , 24a Spuleneinheit3 second brake component, 24a coil unit
Statoreinheit 24b Magnetfeld Stator unit 24b magnetic field
3a Außendurchmes ser von 3 24 c Senkrechte Ebene zur Spule3a Outside diameter of 3 24 c Perpendicular plane to the coil
3b Außengehäuse , Gehäuse 25 Wickelebene , Spulenebene3b outer housing, housing 25 winding level, coil level
4 Aufnahmeraum 26 Kern 4 recording room 26 core
5 Wirkspalt 27 Länge von 10 5 effective gap 27 length of 10
5a Höhe von 5 28 Durchmes ser von 10 5a Height of 5 28 Diameter of 10
5b Wirkfläche von 5 29 Querschnitt von 10 5b Effective area of 5 29 Cross section of 10
5 c axiale Spaltrichtung von 5 30 Innenquerschnitt 5 c axial gap direction of 5 30 internal cross section
6 Teilraum 31 Kolbenweg 6 subspace 31 piston travel
7 Teilraum 32 Sensoreinrichtung 7 subspace 32 sensor device
8 erste Bremskomponente 33 Innenwandung 8 first brake component 33 inner wall
8a Komponententeil 34 Länge 8a component part 34 length
8b Komponententeil 37 äußeres Ende 8b component part 37 outer end
9 Kolbenstange 38 Ende 9 piston rod 38 end
9a Außendurchmes ser von 9 39 Vorbelastungseinheit9a outside diameter of 9 39 preload unit
10 Kolben 40 Kabeldurchführung 10 piston 40 cable gland
11 Entlüftungskanal 41 Drehwinkel 11 Ventilation channel 41 Angle of rotation
12 Dichtungseinrichtung 42 Betätigungskraft 12 sealing device 42 actuation force
12a Dichtfläche 43 Ruheposition 12a sealing surface 43 rest position
12b Abstand (minimal ) 45 Vibrationseinrichtung12b Distance (minimum) 45 Vibration device
12c Abstand (maximal ) 4 6 Schaltnase 12c distance (maximum) 4 6 switching lug
13 magnetorheologisches 47 Drehpunkt 13 magnetorheological 47 fulcrum
Medium 48 Anlenkpunkt Medium 48 pivot point
14 Partikel 100 Spielecontroller , 14 particles 100 game controller,
14a Füllmedium Bedieneinrichtung 14a Filling medium control device
14b Aufnahmekörper 101 Bedienelement , 14b receiving body 101 control element,
15 Dichtungseinheit Bedientaste , Bedienknopf ,15 Sealing unit control button, control button,
16 Labyrinthdichtung Bedienhebel , Drucktaste16 Labyrinth seal operating lever, push button
17 Dichtspalt 102 Daumenwal ze 17 Sealing gap 102 Thumb roller
18 Dichtlippe 103 Computermaus 18 sealing lip 103 computer mouse
19 Längsrichtung, axiale 104 Joystick 19 longitudinal, axial 104 joystick
Richtung 106 Mausrad Direction 106 mouse wheel
20 Magnetdichtung 107 Länge des Seitenteil s20 Magnetic seal 107 Length of the side part s
20a Ferro-Fluid von 20 108 maximale Länge 20a ferro-fluid of 20 108 maximum length
21 Partikel sammler
21 particle collectors
Claims
Ansprüche : Expectations :
1. Bremsvorrichtung (1) insbesondere zum Bremsen einer Bewegung von Bedienelementen (101) wie z. B. Bedientasten, Bedienhebeln, Drucktasten, umfassend eine sich entlang einer axialen Längsrichtung (19) erstreckende erste Bremskomponente (8) und eine wenigstens teilweise ein magnetisch leitendes1. Braking device (1) in particular for braking a movement of controls (101) such as. B. control buttons, control levers, push buttons, comprising a first brake component (8) extending along an axial longitudinal direction (19) and an at least partially magnetically conductive one
Material umfassende zweite Bremskomponente (3) und eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (24) , wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung (24) eine elektrische Spuleneinheit (24a) umfasst, wobei die erste Bremskomponente (8) entlang der axialen Längsrichtung (19) beweglich an der zweiten Bremskomponente (3) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Spuleneinheit (24) in Längsrichtung (19) wenigstens teilweise um die erste Bremskomponente (8) gewickelt ist, sodass eine Senkrechte (24c) auf der durch die Spuleneinheit (24a) aufgespannten Ebene quer zu einer durch die Spulenwicklungen auf gespannten Wickelebene (25) ausgerichtet ist, und dass zwischen der ersten Bremskomponente (8) und der zweiten Bremskomponente (3) ein mit einem magnetorheologischen Medium (13) gefüllter Wirkspalt (5) ausgebildet ist, der an den axialen Enden jeweils über eine Dichtungseinrichtung (12) abgedichtet ist. Second braking component (3) comprising material and a magnetic field generating device (24), wherein the magnetic field generating device (24) comprises an electrical coil unit (24a), wherein the first braking component (8) is movable along the axial longitudinal direction (19) on the second braking component (3) is recorded, characterized in that the electrical coil unit (24) is at least partially wound around the first braking component (8) in the longitudinal direction (19), so that a perpendicular (24c) on the plane spanned by the coil unit (24a) is transverse to a through the coil windings are aligned on the tensioned winding plane (25), and that an effective gap (5) filled with a magnetorheological medium (13) is formed between the first braking component (8) and the second braking component (3), which extends over each of the axial ends a sealing device (12) is sealed.
2. Bremsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das magnetorheologische Medium (13) magnetorheologische Partikel2. Braking device (1) according to claim 1, wherein the magnetorheological medium (13) magnetorheological particles
(14) und ein Gas oder eine Flüssigkeit oder ein Fett als Füllmedium (14a) umfasst. (14) and a gas or a liquid or a fat as a filling medium (14a).
3. Bremsvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Wirkspalt (5) zu mehr als 40 Volumenprozent oder mehr als 50 Volumenprozent oder mehr als 60 Volumenprozent mit magnetorheologischen Partikeln (14) gefüllt ist,
und wobei der Wirkspalt (5) zu weniger als 95 Volumenprozent mit magnetorheologischen Partikeln (14) gefüllt ist. Bremsvorrichtung (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetorheologischen Partikel (14) überwiegend aus Carbonyleisenpulver bestehen und eine Beschichtung gegen Korrosion und/oder eine Beschichtung zum besseren Gleiten aufweisen können. Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das magnetorheologische Medium (13) in einem Aufnahmekörper (14b) , wie z. B. einem Wirrf aserstof f oder einem Schaumstoff aufgenommen ist, und wobei der Aufnahmekörper (14b) innerhalb des Wirkspalts (5) angeordnet ist . Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Wirkfläche (5b) des Wirkspalts (5) in axialer Richtung (5c) des Wirkspalts (5) wenigstens abschnittsweise eben ausgebildet ist. Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wirkspalt (5) entlang der axialen Richtung (5c) des Wirkspalts (5) wenigstens abschnittsweise eine (periodische) Querschnittsverengung aufweist und insbesondere wellig ausgebildet ist. Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtungseinrichtung (12) an einer der beiden Bremskomponenten (3, 8) aufgenommen ist. Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtungseinrichtung (12) eine oder mehrere Dichtungseinheiten (15) umfasst, und wobei die Dichtungseinheiten (15) den Wirkspalt (5) berührungslos oder berührend zwischen den sich zueinander bewegenden Teilen
(3,8) abdichten. Bremsvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Dichtungseinheit (15) wenigstens einen Dichtspalt (17) von kleiner 0,075 mm oder einen Dichtspalt (17) von weniger als 0,01 mm zu einer gegenüberliegenden Dichtfläche (12a) an der ersten Bremskomponente (8) oder der zweiten Bremskomponente (3) aufweist. Bremsvorrichtung (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Labyrinthdichtung (16) als Dichtungseinheit (15) umfasst ist. Bremsvorrichtung (1) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Dichtungseinheit (15) wenigstens eine Dichtlippe (18) umfasst, die insbesondere im eingebauten Zustand einen Dichtspalt (17) aufweist, der durchlässig für Fluide ist und (insbesondere) die magnetorheologischen Partikel (14) zurückhält. Bremsvorrichtung (1) nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtungseinrichtung (12) wenigstens eine Magnetdichtung (20) umfasst. Bremsvorrichtung (1) nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtungseinrichtung (12) wenigstens einen magnetischen Partikelsammler (21) umfasst, der axial außerhalb des Wirkspalts (5) angeordnet ist und von dem Wirkspalt (5) aus gesehen außen an der Dichtungseinrichtung (12) angeordnet ist. Bremsvorrichtung (1) einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der magnetisch leitende Kern (26) an einem Komponententeil (8a, 8b) der ersten Bremskomponente (8) aufgenommen ist.
Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Komponententeil (8a, 8b) eine geringere magnetische Leitfähigkeit als der Kern (26) aufweist. Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die magnetisch leitende zweite Bremskomponente (3) zwischen den Enden des Wirkspalts (5) erstreckt und/oder die Dichtungseinrichtungen (12) axial außerhalb der magnetisch leitenden zweiten Bremskomponente (3) angeordnet sind. Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Dichtungseinrichtung (12) einen axialen Mindestabstand (12b) von dem Kern (26) aufweist. Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich ein Aufnahmeraum (4) wenigstens teilweise durch die zweite Bremskomponente (3) erstreckt, in welchem die erste Bremskomponente (8) auf genommen ist. Bremsvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein minimaler Innenquerschnitt (30) des Aufnahmeraums (4) an den äußersten Querschnitt (29) der ersten Bremskomponente (8) wenigstens entlang des Wirkspalts (5) angepasst ist. Bremsvorrichtung (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der äußerste Querschnitt (29) der ersten Bremskomponente (8) und der minimale Innenquerschnitt (30) des Aufnahmeraums (4) rotationssymmetrischen ausgebildet sind oder wobei (wenigstens) die erste Bremskomponente (8) einen unrunden äußersten Querschnitt (29) aufweist. Bremsvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Bremskomponente (10) quer zu der Längserstreckung (19) mehreckig, mehreckig mit abgerundeten Ecken, oval oder nierenförmig oder C-, U- oder V-förmig ausgebildet ist.
Bremsvorrichtung (1) nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aufnahmeraum (4) mit Luft oder Gas gefüllt ist und nach außen geöffnet ist, um einen Gasaustausch zu ermöglichen. Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens eine Sensoreinrichtung (32) wenigstens zur Erfassung eines Maßes für eine Position der ersten Bremskomponente (8) zu der zweiten Bremskomponente (3) vorhanden ist und wobei die Sensoreinrichtung (32) insbesondere einen Hall-Sensor umfasst. Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetisch leitende zweite Bremskomponente (3) in einem Außengehäuse (3b) aufgenommen ist und wobei das Außengehäuse (3b) eine geringere magnetische Leitfähigkeit aufweist als die magnetisch leitende zweite Bremskomponente (3) . Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein äußeres Ende (37) der ersten Bremskomponente (8) und ein davon abgewandtes Ende (38) des Außengehäuses (3b) oder der zweiten Bremskomponente (3) jeweils schwenkbar, insbesondere an einer Konsole (2) , aufnehmbar sind. Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (10) über eine Vorbelastungseinheit (39) in eine Ruheposition (43) vorbelastet wird. Bremsvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Vorbelastungseinheit (39) außerhalb der ersten Bremskomponente (8) und/oder außerhalb der zweiten Bremskomponente (3) aufgenommen ist. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Bremskomponente (9) einen Kolben (10)
und/oder eine Kolbenstange (9) umfasst. Bremsvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Länge (27) des Kolbens (10) entlang der Längsrichtung (19) größer ist als ein maximaler Durchmesser (28) des Kolbens (10) und/oder wobei der Kolben (10) quer zu der Längserstreckung (19) wenigstens 50% breiter als hoch ausgebildet ist. Bremsvorrichtung (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis des Außendurchmessers (3a) der zweiten Bremskomponente (3) zu einem Außendurchmesser (9a) der Kolbenstange (9) kleiner zwei ist. Bremsvorrichtung (1) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aufnahmeraum (4) durch die erste Bremskomponente (8) , und insbesondere den Kolben (10) , in zwei unterschiedliche Teilräume (6, 7) geteilt wird. Spielecontroller (100) mit einem Bedienelement (101) oder einer Bedientaste (101) und mit einer Bremsvorrichtung (1) zum Bremsen der Bewegung des Bedienelements (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
3. Braking device (1) according to the preceding claim, wherein the effective gap (5) is filled to more than 40 percent by volume or more than 50 percent by volume or more than 60 percent by volume with magnetorheological particles (14), and wherein the effective gap (5) is filled to less than 95 percent by volume with magnetorheological particles (14). Braking device (1) according to one of the two preceding claims, wherein the magnetorheological particles (14) consist predominantly of carbonyl iron powder and can have a coating against corrosion and/or a coating for better sliding. Braking device (1) according to one of the preceding claims, wherein the magnetorheological medium (13) in a receiving body (14b), such as. B. a random fiber material or a foam is accommodated, and wherein the receiving body (14b) is arranged within the effective gap (5). Braking device (1) according to one of the preceding claims, wherein at least one effective surface (5b) of the effective gap (5) is designed to be flat at least in sections in the axial direction (5c) of the effective gap (5). Braking device (1) according to one of the preceding claims, wherein the effective gap (5) has a (periodic) cross-sectional narrowing at least in sections along the axial direction (5c) of the effective gap (5) and is in particular wavy. Braking device (1) according to one of the preceding claims, wherein the sealing device (12) is accommodated on one of the two brake components (3, 8). Braking device (1) according to one of the preceding claims, wherein the sealing device (12) comprises one or more sealing units (15), and wherein the sealing units (15) the effective gap (5) without contact or touching between the parts moving towards one another (3,8) seal. Braking device (1) according to the preceding claim, wherein the sealing unit (15) has at least one sealing gap (17) of less than 0.075 mm or one sealing gap (17) of less than 0.01 mm to an opposite sealing surface (12a) on the first brake component ( 8) or the second brake component (3). Braking device (1) according to one of the two preceding claims, wherein a labyrinth seal (16) is included as a sealing unit (15). Braking device (1) according to one of the three preceding claims, wherein at least one sealing unit (15) comprises at least one sealing lip (18), which, in particular when installed, has a sealing gap (17) which is permeable to fluids and (in particular) the magnetorheological particles (14) holds back. Braking device (1) according to one of the four preceding claims, wherein the sealing device (12) comprises at least one magnetic seal (20). Braking device (1) according to one of the five preceding claims, wherein the sealing device (12) comprises at least one magnetic particle collector (21) which is arranged axially outside the effective gap (5) and, viewed from the effective gap (5), on the outside of the sealing device ( 12) is arranged. Braking device (1) according to one of the preceding claims, wherein the magnetically conductive core (26) is accommodated on a component part (8a, 8b) of the first braking component (8). Braking device according to one of the preceding claims, wherein the component part (8a, 8b) has a lower magnetic conductivity than the core (26). Braking device (1) according to one of the preceding claims, wherein the magnetically conductive second brake component (3) extends between the ends of the effective gap (5) and/or the sealing devices (12) are arranged axially outside the magnetically conductive second brake component (3). Braking device (1) according to one of the preceding claims, wherein at least one sealing device (12) has a minimum axial distance (12b) from the core (26). Braking device (1) according to one of the preceding claims, wherein a receiving space (4) extends at least partially through the second braking component (3), in which the first braking component (8) is received. Braking device (1) according to the preceding claim, wherein a minimum inner cross section (30) of the receiving space (4) is adapted to the outermost cross section (29) of the first braking component (8) at least along the effective gap (5). Braking device (1) according to one of the two preceding claims, wherein the outermost cross section (29) of the first braking component (8) and the minimum inner cross section (30) of the receiving space (4) are designed to be rotationally symmetrical or wherein (at least) the first braking component (8) has a non-round outermost cross section (29). Braking device (1) according to the preceding claim, wherein the first braking component (10) is polygonal, polygonal with rounded corners, oval or kidney-shaped or C-, U- or V-shaped transversely to the longitudinal extent (19). Braking device (1) according to one of the four preceding claims, wherein the receiving space (4) is filled with air or gas and is opened to the outside to enable gas exchange. Braking device (1) according to one of the preceding claims, comprising at least one sensor device (32) at least for detecting a measure of a position of the first braking component (8) relative to the second braking component (3) and wherein the sensor device (32) in particular has a Hall -Sensor includes. Braking device (1) according to one of the preceding claims, wherein the magnetically conductive second brake component (3) is accommodated in an outer housing (3b) and wherein the outer housing (3b) has a lower magnetic conductivity than the magnetically conductive second brake component (3). Braking device (1) according to one of the preceding claims, wherein an outer end (37) of the first braking component (8) and an end (38) facing away from it of the outer housing (3b) or the second braking component (3) are each pivotable, in particular on a console (2), are recordable. Braking device (1) according to one of the preceding claims, wherein the piston (10) is preloaded into a rest position (43) via a preloading unit (39). Braking device (1) according to the preceding claim, wherein the preload unit (39) is accommodated outside the first braking component (8) and/or outside the second braking component (3). Braking device according to one of the preceding claims, wherein the first braking component (9) has a piston (10) and/or a piston rod (9). Braking device (1) according to the preceding claim, wherein a length (27) of the piston (10) along the longitudinal direction (19) is greater than a maximum diameter (28) of the piston (10) and / or wherein the piston (10) is transverse to the longitudinal extent (19) is at least 50% wider than high. Braking device (1) according to one of the two preceding claims, wherein a ratio of the outer diameter (3a) of the second braking component (3) to an outer diameter (9a) of the piston rod (9) is less than two. Braking device (1) according to one of the three preceding claims, wherein the receiving space (4) is divided into two different subspaces (6, 7) by the first braking component (8), and in particular the piston (10). Game controller (100) with a control element (101) or an control button (101) and with a braking device (1) for braking the movement of the control element (101) according to one of the preceding claims.
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