Die Erfindung betrifft eine Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung mit einem feststehenden Halter und mit wenigstens zwei Bremskomponenten. Eine der beiden Bremskomponenten ist mit dem Halter drehfest verbunden und erstreckt sich in axialer Richtung. Die beiden Bremskomponenten sind relativ zueinander kontinuierlich drehbar. Die zweite Bremskomponente weist ein hohl ausgebildetes Hülsenteil auf und umschließt die erste Bremskomponente. Zwischen den Brems komponenten ist eine geschlossene Kammer ausgebildet, wobei die zweite Bremskomponente an einem ersten Ende der geschlossenen Kammer an der ersten Bremskomponente aufgenommen ist. Die geschlossene Kammer ist im Wesentlichen mit einem magnetorheo logischen Medium gefüllt. Wenigstens eine Magnetfelderzeugungs einrichtung zur Erzeugung wenigstens eines Magnetfelds ist vorgesehen, um das magnetorheologische Medium in der geschlossenen Kammer zu beeinflussen.

Die erfindungsgemäße Gerätekomponente mit einer magneto rheologischen Bremseinrichtung kann auf vielfältigen technischen Gebieten zum Abbremsen von Relativbewegungen zueinander eingesetzt werden, insbesondere auch einer Rotationsbewegung zueinander. Die erfindungsgemäße magnetorheologische Bremseinrichtung kann auch als haptische Bedieneinrichtung eingesetzt werden und zum Beispiel bei der Bedienung von technischen Einrichtungen in Fahrzeugen, Luftfahrt- und Flugzeugen, Schiffen, Booten, Landtechnik (Traktoren, Mähdreschern, Erntemaschinen, sonstigen Feldmaschinen für die Landwirtschaft), Baumaschinen und Maschinen für das Material Handling (Gabelstapler ...) oder bei medizinischen oder industriellen Anlagen eingesetzt werden. Die Erfindung kann auch bei der Bedienung oder als Eingabegerät von/für Waschmaschinen, Küchen-/Haushaltsgeräten und -einrichtungen, Radios,

Fotoapparaten und Filmkameras, Hi-Fi- und Fernsehanlagen, Smart Devices, Smart-Home-Geräten, Laptops, PCs, Smartwatches, in einem Kronenrad von Armbanduhren oder als Drehrad in einer Computermaus oder anderen Geräten verwendet werden.

Magnetorheologische Fluide weisen beispielsweise in einem Öl verteilt feinste ferromagnetische Partikel wie beispielsweise Carbonyleisenpulver auf. In magnetorheologischen Flüssigkeiten werden kugelförmige Partikel mit einem herstellungsbedingten Durchmesser von 1 bis 10 pm verwendet, wobei die Partikelgröße und Form nicht einheitlich ist. Wird ein solches magneto- rheologisches Fluid mit einem Magnetfeld beaufschlagt, so verketten sich die Carbonyleisenpartikel des magnetorheologischen Fluids entlang der Magnetfeldlinien, sodass die rheologischen Eigenschaften des magnetorheologischen Fluides (MRF) abhängig von Form und Stärke des Magnetfeldes erheblich beeinflusst werden.

Das magnetorheologische Medium ist im Regelfall in eine geschlossene Kammer innerhalb der magnetorheologischen Bremseinrichtung eingefüllt. Die magnetorheologische Brems einrichtung wird im Regelfall bei Temperaturen zwischen -40°C und +80°C betrieben. Bei einer Änderung der Umgebungs- oder Betriebstemperatur ändert sich auch das Volumen des magnetorheologischen Mediums in der geschlossenen Kammer. Es können hohe Druckkräfte an den Komponenten und vor allem an den Dichtungen entstehen. Die magnetorheologische Bremseinrichtung muss gegenüber der Umgebung abgedichtet sein, damit das magnetorheologische Medium nicht austreten kann und auch keine Flüssigkeiten oder auch Luft von außen in die geschlossene Kammer kommen kann. Beides führt zu einer Minderung der Performance, d. h. die maximal übertragbare Kraft und die Funktion der Kraftübertragung werden gestört. Es muss daher ein Ausgleich für temperaturbedingte Volumenänderungen zur Verfügung gestellt werden. In der Praxis kann einerseits bei der Befüllung der geschlossenen Kammer mit einem magnetorheologischen Medium ein Restvolumen mit einem Gas gefüllt werden. Das Gas wird bei einer temperatur bedingten Volumenänderung des magnetorheologischen Mediums komprimiert. Ein Druckanstieg wird durch den Gaspuffer reduziert, sodass insbesondere Leckagen verhindert werden können.

Nachteilig ist jedoch vor allem, dass die übertragbaren Kräfte und die grundlegende Funktion durch das Gas beeinträchtigt werden können. Darüber hinaus wird durch den erhöhten Druck vor allem die Lebensdauer der Dichtungen beeinträchtigt. Außerdem kommt es zu einer erhöhten Reibung.

Außerdem kann ein Ausgleichsbehälter vorgesehen werden, welcher bei einer Volumenänderung des magnetorheologischen Mediums als Puffer arbeitet und einen Teil des magnetorheologischen Mediums aufnehmen und auch wieder abgeben kann. Bei einer Leckage wird der Verlust des magnetorheologischen Mediums durch den Ausgleichsbehälter wieder ausgeglichen. Dafür ist der Ausgleichsbehälter über Ventil mit der geschlossenen Kammer verbunden. Der Druckanstieg in der geschlossenen Kammer wird reduziert. Der Ausgleichsbehälter muss zur Umgebung offen (bzw. mit einer Membran zum Umgebungsdruck gekoppelt) sein oder selbst einen kompressiblen Gaspuffer aufweisen.

Nachteilig ist hier jedoch vor allem die Unterbringung des Ausgleichsbehälters an bzw. in der magnetorheologischen Bremseinrichtung mit kleinen Abmessungen. Außerdem ist die aufwendige Mechanik zum Anschluss des Ausgleichsbehälters fehleranfällig und teuer. Außerdem kann ein durch eine temperaturbedingte Volumenänderung verursachter Druckanstieg nur gemindert, jedoch nicht verhindert werden. Die Ventile müssen gegebenenfalls gewartet werden.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gerätekomponente mit einer magnetorheologische Bremseinrichtung zur Verfügung zu stellen, welche einen einfachen und kostengünstigen Temperaturausgleich innerhalb der agnetorheologischen Bremseinrichtung der Gerätekomponente ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.

Eine erfindungsgemäße Gerätekomponente umfasst eine magnetorheo- logische Bremseinrichtung mit einem feststehenden Halter und wenigstens zwei Bremskomponenten. Eine der beiden Bremskomponenten ist mit dem Halter drehfest verbunden und erstreckt sich in axialer Richtung. Beide Bremskomponenten sind relativ zueinander (kontinuierlich) drehbar, vorzugsweise wenigstens schwenkbar. Die zweite Bremskomponente weist ein hohl ausgebildetes Hülsenteil auf, welches die erste Bremskomponente umschließt. Zwischen den Bremskomponenten ist eine geschlossene (und nach außen abgedichtete) Kammer ausgebildet. Die zweite Bremskomponente ist an einem ersten Ende der geschlossenen Kammer an der ersten Bremskomponente (an einer ersten Lagerstelle) drehbar aufgenommen und insbesondere gelagert. Die geschlossene Kammer ist im Wesentlichen (im Wesentlichen vollständig oder vollständig) mit einem magnetorheologischen Medium gefüllt. Wenigstens eine Magnetfelderzeugungseinrichtung zur Erzeugung wenigstens eines Magnetfelds ist vorgesehen, um das magnetorheologische Medium in der geschlossenen Kammer zu beeinflussen.

Erfindungsgemäß ist die zweite Bremskomponente axial verschieblich an der ersten Bremskomponente aufgenommen bzw. gelagert. Ein Volumen der geschlossenen Kammer verändert sich durch eine relative axiale Verschiebung der Bremskomponenten. So wird ein Ausgleich für Volumenänderungen und bevorzugt temperaturbedingte Volumenänderungen zur Verfügung gestellt.

Die erfindungsgemäße magnetorheologische Bremseinrichtung hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen magnetorheologischen Bremseinrichtung besteht darin, dass der Temperaturausgleich kostengünstig und einfach realisiert werden kann. Vorteilhaft verändert sich durch die relative Verschiebung der ersten Bremskomponente zur zweiten Bremskomponente das Volumen der geschlossenen Kammer, sodass nur eine geringe Anzahl bewegter Komponenten vorhanden ist. Die magnetorheologische Bremseinrichtung mit erfindungsgemäßem Temperaturausgleich ist wartungsarm und langlebig. Vorteilhaft ist kein Ausgleichsbehälter oder eine sonstige zusätzliche mechanische Einrichtung notwendig. Der erfindungsgemäße Temperaturausgleich eignet sich vorteilhaft zur Kompensation von Volumenänderungen des magnetorheologischen Mediums, die insbesondere durch Temperaturänderungen und/oder aber auch durch Leckagen verursacht sein können. Außerdem vorteilhaft befindet sich kein mit Gas gefülltes Restvolumen innerhalb der Grundkomponente der magnetorheologischen Bremseinrichtung. Durch die relative axiale Verschiebung der ersten und der zweiten Bremskomponente zueinander arbeitet das System immer bei Umgebungsdruck, sodass die Dichtungen nicht zusätzlich belastet werden.

Vorzugsweise ist an einem zweiten Ende der Kammer die zweite Bremskomponente an der ersten Bremskomponente verschieblich aufgenommen und insbesondere gelagert. Zweckmäßig ist ein Durchmesser der ersten Lagerstelle an dem ersten Ende der geschlossenen Kammer von einem Durchmesser der zweiten Lagerstelle an dem zweiten Ende der geschlossenen Kammer verschieden.

Vorteilhaft kann so in Abhängigkeit der Durchmesser eine Richtung der relativen axialen Verschiebung der Bremskomponenten zueinander gesteuert werden. Die Lagerstellen weisen bevorzugt eine zylindrische Dichtfläche auf. Die Dichtfläche ist vorteilhaft kostengünstig zu fertigen. Besonders bevorzugt kommt eine Gleitringdichtung zur radialen Lagerung bei gleichzeitig axial verschieblicher Führung zum Einsatz.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der zweite Durchmesser an der zweiten Lagerstelle kleiner ist als der erste Durchmesser an der ersten Lagerstelle, sodass das Volumen der geschlossenen Kammer durch eine axiale Verschiebung in Richtung der ersten Lagerstelle vergrößert wird und umgekehrt verkleinert wird. Vorteilhaft vergrößert sich demnach das Volumen der geschlossenen Kammer, wenn sich die erste Bremskomponente wenigstens zum Teil aus der umschließenden ersten Bremskomponente herausschiebt.

Diese Weiterbildung eignet sich besonders vorteilhaft, wenn sich die magnetorheologische Bremseinrichtung bei einer insbesondere temperaturbedingten Volumenänderung bevorzugt zur ersten Lagerstelle hin verschieben soll.

Besonders vorteilhaft weist ein Verhältnis vom Durchmesser der ersten Lagerstelle zum Durchmesser der zweiten Lagerstelle einen Wert zwischen 1,1 und 4 auf. Insbesondere weist dieses Verhältnis einen Wert zwischen 1,5 und 3 und besonders bevorzugt einen Wert von ca. 3 oder insbesondere 2 auf. Vorzugsweise ist so eine relative axiale Verschiebung, die aus einer temperaturbedingten Volumenänderung des magnetorheologischen Mediums resultiert, durch dieses Verhältnis steuerbar.

Vorzugsweise ist der Durchmesser der zweiten Lagerstelle größer als der Durchmesser der ersten Lagerstelle, sodass das Volumen der geschlossenen Kammer durch eine axiale Verschiebung in Richtung der zweiten Lagerstelle vergrößert wird.

Vorteilhaft kann so die Richtung der axialen Verschiebung gesteuert bzw. vorgegeben werden. Dabei können die Durchmesser so zueinander dimensioniert werden, dass zum Beispiel toleranzabhängig eine unkritische Bewegungsrichtung favorisiert wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist ein Verhältnis vom Durchmesser der ersten Lagerstelle zum Durchmesser der zweiten Lagerstelle einen Wert zwischen 0,25 und 0,9 auf. Insbesondere kann dieses Verhältnis auch einen Wert zwischen 0,3 und 0,75, und besonders bevorzugt auch einen Wert von 0,5 aufweisen.

Vorteilhaft resultiert ein kleines Verhältnis in einer kleinen Höhenänderung bei bekannter bzw. vorgegebener temperaturbedingter Volumenänderung.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung umschließt die zweite Bremskomponente einen Endabschnitt der ersten Bremskomponente topfförmig. Zweckmäßig ist die zweite Lagerstelle als ein Achsstummel, insbesondere mit freiem Ende, ausgebildet. Die Ausgestaltung eignet sich besonders, wenn die zweite Bremskomponente als Drehknopf, Bedienknopf oder auch Bedieneinrichtung zum Beispiel in Multimediageräten genutzt werden soll.

Bevorzugt ist wenigstens ein Ausgleichskanal innerhalb der ersten Bremskomponente vorhanden, welcher die Bereiche nahe der Lagerstellen miteinander verbindet. So wird vorteilhaft die Drosselwirkung über den Spalt bei einer axialen Verschiebung gemindert. Besonders vorteilhaft sind auch mehrere Ausgleichskanäle möglich.

Vorteilhaft ist eine relative axiale Verschiebung der ersten Bremskomponente zur zweiten Bremskomponente von wenigstens ca. 0,05 mm möglich. Bevorzugt beträgt die relative axiale Verschiebung der ersten Bremskomponente zur zweiten Bremskomponente wenigstens ca. 0,25 mm und insbesondere wenigstens 0,5 mm. Darüber hinaus sind auch größere Verschiebungen möglich.

Zweckmäßig ist eine relative axiale Verschiebung der ersten Bremskomponente zur zweiten Bremskomponente von maximal circa. 2 mm möglich ist. Vorteilhaft beträgt die maximale relative axiale Verschiebung ca. 1,5 mm und insbesondere wenigstens 1 mm.

In einer bevorzugten Weiterbildung weist die geschlossene Kammer wenigstens einen zwischen den Bremskomponenten ausgebildeten umlaufenden Spalt auf. Bevorzugt wird das Magnetfeld der Magnetfelderzeugungseinrichtung innerhalb des Spalts erzeugt, um das magnetorheologische Medium innerhalb des Spalts zu beeinflussen. So wir vorteilhaft eine sehr genaue Steuerung bzw. Bedienbarkeit der magnetorheologischen Bremseinrichtung ermöglicht.

Bevorzugt sind in dem Spalt wenigstens eine, zwei oder mehr drehbare Übertragungselemente angeordnet. Die

Übertragungselemente sind bevorzugt als Wälzkörper ausgebildet und weisen einen zylindrischen oder kugelförmigen oder runden oder abgerundeten Querschnitt auf.

In einer vorteilhaften Weiterbildung besteht wenigstens ein Teil der Übertragungselemente aus einem magnetisch leitfähigen Material. Wenigstens ein Teil der Drehkörper besteht aus einem magnetisch nicht leitfähigen Material.

Bevorzugt umfasst die erste Bremskomponente einen sich in der axialen Richtung erstreckenden Kern aus einem magnetisch leitfähigen Material.

Vorteilhaft bestehen das Hülsenteil und/oder die zweite Bremskomponente aus einem magnetisch leitfähigen Material. Das Hülsenteil und/oder die zweite Bremskomponente stellen bevorzugt einen Außenring für das Magnetfeld zur Verfügung.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die erste Bremskomponente im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Die erste Bremskomponente umfasst insbesondere einen zylindrischen Grundkörper als Kern, der die elektrische Spule der Magnetfelderzeugungseinrichtung umfasst.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform weist der Halter wenigstens eine Kabeldurchführung auf.

Vorteilhaft weist der Halter wenigstens eine Aufnahme zur drehfesten Verbindung mit der ersten Bremskomponente auf. Die erste Bremskomponente weist vorteilhaft eine zylindrische Lauffläche auf. Vorzugsweise ist die zweite Bremskomponente drehbar aufgenommen. An der zylindrischen Lauffläche ist insbesondere eine Dichtung zum Abdichten der geschlossenen Kammer angeordnet.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Magnetfelderzeugungseinrichtung wenigstens eine elektrische Spule.

Vorzugsweise ist die elektrische Spule in radialer Richtung gewickelt, sodass sich das Magnetfeld in der axialen Richtung der ersten Bremskomponente erstreckt.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die elektrische Spule in axialer Richtung gewickelt. Vorteilhaft spannt die elektrische Spule eine Spulenebene auf, sodass sich ein Magnetfeld der elektrischen Spule quer zu der axialen Richtung durch die erste Bremskomponente erstreckt.

Vorteilhaft ist ein maximaler äußerer Durchmesser der elektrischen Spule in einer radialen Richtung innerhalb der Spulenebene größer als ein minimaler äußerer Durchmesser des Kerns in einer radialen Richtung quer, insbesondere senkrecht, zu der Spulenebene.

Vorzugsweise ist wenigstens eine Sensoreinrichtung durch die Gerätekomponente umfasst. Vorteilhaft umfasst die Sensoreinrichtung wenigstens eine Magnetringeinheit und wenigstens einen drehfest an der ersten Bremskomponente angebundenen sowie radial und/oder axial benachbart zu der Magnetringeinheit angeordneten Magnetfeldsensor zur Erfassung eines Magnetfeldes der Magnetringeinheit. Die Sensoreinrichtung ist insbesondere als mehrdimensionaler Hallsensor ausgebildet.

Vorteilhaft ist die Magnetringeinheit wenigstens an dem Drehteil befestigt. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Gerätekomponente wenigstens eine Abschirmeinrichtung. Die Abschirmeinrichtung eignet sich wenigstens zur teilweisen Abschirmung der Sensoreinrichtung vor einem Magnetfeld der elektrischen Spule.

Vorteilhaft umfasst die Abschirmeinrichtung wenigstens einen die Magnetringeinheit wenigstens abschnittsweise umgebenden Abschirmkörper. Die Abschirmeinrichtung umfasst außerdem insbesondere wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper und der Magnetringeinheit angeordnete Trenneinheit. Darüber hinaus kann die Abschirmeinheit wenigstens eine zwischen dem Abschirmkörper und dem Drehteil angeordnete magnetische Entkopplungseinrichtung umfassen.

Bevorzugt weist die Trenneinheit eine um ein Vielfaches geringere magnetische Leitfähigkeit als der Abschirmkörper auf.

Insbesondere weist die Entkopplungseinrichtung eine um ein Vielfaches geringere magnetische Leitfähigkeit als der Abschirmkörper auf.

In einer anderen Weiterbildung kann die Abschirmeinrichtung wenigstens eine axiale Ringscheibe und wenigstens eine Ringhülse umfassen.

Vorteilhaft sind die Abschirmeinrichtung und die Magnetringeinheit voneinander beabstandet angeordnet. Es kann sich insbesondere ein Spritzgussteil dazwischen befinden.

In einer bevorzugten Weiterbildung kann die Gerätekomponente eine Benutzerschnittstelle, ein Bedienpanel, ein Display, ein berührungsempfindliches Display mit oder ohne haptischem Feedback und/oder wenigstens ein Sensor bzw. eine Sensoreinheit umfassen.

In einer anderen Weiterbildung ist wenigstens eine von dem Magnetfeld durchflossene Komponente wenigstens teilweise aus dem Werkstoff FeSi3P. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.

In den Figuren zeigen:

Figur la-lf schematische dreidimensionale Ansichten von erfindungsgemäßen Gerätekomponenten mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung;

Figur 2 einen stark schematischen Querschnitt durch einen

Wälzkörper einer magnetorheologischen Bremseinrichtung;

Figur 3 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung;

Figur 4 einen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen

Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung;

Figur 5a-5d schematische Querschnitte der erfindungsgemäßen Gerätekomponenten mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung nach Figur 3 oder 4;

Figur 6a-6d eine andere erfindungsgemäße Gerätekomponente mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung;

Figur 7 noch eine weitere erfindungsgemäße Gerätekomponente mit magnetorheologischen Bremseinrichtung im Schnitt;

Figur 8 eine schematische Darstellung eines Verlaufs eines

Sensorsignals;

Figuren 9a-9c mögliche Drehmomentverläufe über dem Drehwinkel einer magnetorheologischen Bremseinrichtung einer erfindungsgemäßen Gerätekomponente.

Figuren la bis lf zeigen mehrere erfindungsgemäße Gerätekomponenten 200, in denen die agnetorheologische Bremseinrichtung 1 eingesetzt werden kann. Die Gerätekomponenten 200 sind jeweils als haptische Bedieneinrichtung 100 ausgeführt.

Figur la zeigt einen haptischen Bedienknopf 101. Der Bedienknopf ist über die Konsole 50 befestigt. Der Bedienknopf 101 wird über das Hülsenteil 13e bedient. Die Benutzerschnittstelle 43 kann zusätzlich genutzt werden, um Informationen zu übermitteln.

In Figur lb ist die Gerätekomponente 200 als Daumenwalze 102 mit haptischer Bedieneinrichtung 100 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.

In Figur lc und Figur ld ist die erfindungsgemäße Gerätekomponente 200 als Computermaus 103 ausgeführt. Die haptische Bedieneinrichtung 100 ist in dem Mausrad 106 untergebracht. Die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 kann genutzt werden, um ein haptisches Feedback zu steuern.

Figur ld zeigt einen Joystick 104 als haptische Bedieneinrichtung 100, in welchem eine magnetorheologische Bremseinrichtung 1 untergebracht ist. Außerdem ist die erfindungsgemäße magnetorheologische Bremseinrichtung 100 auch in einem Gamepad 105 bevorzugt nutzbar, um dem Spieler in Abhängigkeit der Spielsituation ein haptisches Feedback zu geben.

In diesen Ausführungsbeispielen weist die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 ein Drehteil 13 bzw. Hülsenteil 13e auf, welches drehbar aufgenommen ist. Das zur Drehung des Drehteils 13 erforderliche Drehmoment ist einstellbar.

Auf der Oberseite der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 kann eine Benutzerschnittstelle 43 angeordnet sein. Eine solche Benutzerschnittstelle 43 kann beispielsweise als Anzeigeeinrichtung oder auch als berührungsempfindliche Eingabemöglichkeit (Touchpad, Bewegungs- und Gestensteuerung, Bilderkennung ...) ausgebildet sein.

Eine haptische Bedieneinrichtung 100 kann beispielsweise zur Bedienung von Maschinen, Medizingeräten oder zur Verwendung im und für das Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Möglich ist auch der Einsatz an sonstigen Geräten oder anderen Vorrichtungen.

Figur 2 zeigt eine stark schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 zur Beeinflussung der Kraftübertragung zwischen zwei Bremskomponenten 2 und 3. Dabei ist zwischen den zwei Bremskomponenten 2 und 3 in Fig. 2 ein Wälzkörper bzw. Drehkörper 11 vorgesehen. Der Wälzkörper 11 ist hier als Kugel 14 ausgebildet. Möglich ist es aber ebenso, Wälzkörper 11 als Zylinder oder Ellipsoide, Rollen oder sonstige rotierbare Drehkörper 11 auszubilden. Auch im eigentlichen Sinn nicht rotationssymmetrische Drehkörper 11 wie beispielsweise ein Zahnrad oder Drehkörper 11 mit einer bestimmten Oberflächenstruktur können als Wälzkörper 11 verwendet werden. Die Wälzkörper 11 werden nicht zur Lagerung der Bremskomponenten 2, 3 relativ zueinander eingesetzt, sondern zur Übertragung von Drehmoment.

Zwischen den Bremskomponenten 2 und 3 ist ein Kanal 5 vorgesehen, der hier mit einem Medium 6 gefüllt ist. Das Medium 6 ist hier ein magnetorheologisches Fluid, welches beispielsweise als Trägerflüssigkeit ein Öl umfasst, in dem ferromagnetische Partikel 19 vorhanden sind. Glykol, Fett, Wasser und dickflüssige Stoffe können auch als Medium oder Trägermedium 6 verwendet werden, ohne darauf beschränkt zu sein. Das Medium oder Trägermediumö kann auch gasförmig sein bzw. es kann auf das Medium oder Trägermedium 6 verzichtet werden (Vakuum). In diesem Fall werden lediglich durch das Magnetfeld 8 beeinflussbare Partikel 19 in den Kanal 5 gefüllt.

Die ferromagnetischen Partikel 19 sind vorzugsweise Carbonyl eisenpulver, wobei die Größenverteilung der Partikel vom konkreten Einsatzfall abhängt. Konkret bevorzugt ist eine Verteilung der Partikelgröße zwischen ein und zehn Mikrometern, wobei aber auch größere Partikel von zwanzig, dreißig, vierzig und fünfzig Mikrometer möglich sind. Je nach Anwendungsfall kann die Partikelgröße auch deutlich größer werden und sogar in den Millimeterbereich Vordringen (Partikelkugeln). Die Partikel können auch eine spezielle Beschichtung/Mantel (Titanbeschich tung, Keramik-, Karbonmantel etc.) aufweisen, damit sie die je nach Anwendungsfall auftretenden hohen Druckbelastungen besser aushalten. Die magnetorheologischen Partikel 19 können für diesen Anwendungsfall nicht nur aus Carbonyleisenpulver (Reineisen), sondern z. B. auch aus speziellem Eisen (härterem Stahl) hergestellt werden.

Der Wälzkörper 11 wird durch die Relativbewegung 17, 18 der beiden Bremskomponenten 2 und 3 vorzugsweise in Rotation um seine Drehachse 12 versetzt und läuft praktisch auf der Oberfläche der Bremskomponente 3 ab. Gleichzeitig läuft der Wälzkörper 11 auf der Oberfläche der anderen Bremskomponente 2, sodass dort eine Relativgeschwindigkeit 18 vorliegt.

Genau genommen hat der Wälzkörper 11 keinen direkten Kontakt zur Oberfläche der Bremskomponenten 2 und/oder 3 und wälzt sich deshalb nicht direkt darauf ab. Der freie Abstand 9 von dem Wälzkörper 11 zu einer der Oberflächen der Bremskomponenten 2 oder 3 beträgt z. B. 140 pm. In einer konkreten Ausgestaltung mit Partikelgrößen zwischen 1 pm und 10 pm liegt der freie Abstand 9 insbesondere zwischen 75 pm und 300 pm und besonders bevorzugt zwischen 100 pm und 200 pm.

Der freie Abstand 9 beträgt insbesondere wenigstens das Zehnfache des Durchmessers eines typischen mittleren Partikeldurchmessers. Vorzugsweise beträgt der freie Abstand 9 wenigstens das Zehnfache eines größten typischen Partikels 19. Durch den fehlenden direkten Kontakt ergibt sich eine sehr geringe(s) Grundreibung/- kraft/-moment beim relativen Bewegen der Bremskomponenten 2 und 3 zueinander. Wird die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 mit einem Magnetfeld 8 beaufschlagt, bilden sich die Feldlinien abhängig vom Abstand zwischen den Wälzkörpern 11 und den Bremskomponenten 2, 3 aus. Der Wälzkörper 11 besteht aus einem ferromagnetischen Material und z. B. hier aus ST 37 (S235). Der Stahltyp ST 37 hat eine magnetische Permeabilität pr von etwa 2000. Die Feldlinien (Magnetkreis) treten durch den Wälzkörper 11 hindurch und konzentrieren sich in dem Wälzkörper 11. An der hier radialen Ein- und Austrittsfläche der Feldlinien an dem Wälzkörper 11 herrscht eine hohe magnetische Flußdichte in dem Kanal 5. Das dort inhomogene und starke Magnetfeld 8 führt zu einer lokalen und starken Vernetzung der magnetisch polarisierbaren Partikel 19 (magnetische Verkettung). Durch die Drehbewegung des Wälzkörpers 11 in Richtung auf den sich bildenden Keil 16 in dem magne- torheologischen Fluid wird die Wirkung stark erhöht und das mögliche Brems- oder Kupplungsmoment wird extrem vergrößert, weit über den Betrag hinaus, der normalerweise in dem magnetorheolo- gischen Fluid 6 erzeugbar ist. Vorzugsweise bestehen Wälzkörper 11 und Bremskomponenten 2, 3 zumindest teilweise aus ferromagnetischem Material, weshalb die magnetische Flussdichte umso höher wird, je kleiner der Abstand zwischen Drehkörper 11 und Bremskomponenten 2, 3 ist. Dadurch bildet sich ein im Wesentlichen keilförmiger Bereich 16 im Medium aus, in welchem der Gradient des Magnetfelds zum spitzen Winkel bei der Kontakt stelle bzw. dem Bereich des geringsten Abstands hin stark zunimmt.

Trotz des Abstands zwischen den Wälzkörpern 11 und den Brems komponenten 2, 3 kann durch die Relativgeschwindigkeit der Oberflächen zueinander der Wälzkörper 11 in eine Drehbewegung versetzt werden. Die Drehbewegung ist ohne und auch mit einem wirkenden Magnetfeld 8 möglich.

Wenn die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 einem Magnetfeld 8 einer hier in Figur 2 nicht dargestellten elektrischen Spule 26 ausgesetzt ist, verketten sich die einzelnen Partikeln 19 des magnetorheologischen Fluides 6 entlang der Feldlinien des Magnetfeldes 8. Zu beachten ist, dass die in Figur 2 eingezeichneten Vektoren den für die Beeinflussung des MRF relevanten Bereich der Feldlinien nur grob schematisch darstellen. Die Feldlinien treten im Wesentlichen normal auf die Oberflächen der ferromagnetischen Bauteile in den Kanal 5 ein und müssen vor allem im spitzwinkligen Bereich 10 nicht geradlinig verlaufen.

Gleichzeitig wird auf dem Umfang des Wälzkörpers 11 etwas Material von dem magnetorheologischen Fluid mit in Rotation versetzt, sodass sich ein spitzwinkliger Bereich 10 zwischen der Bremskomponente 3 und dem Wälzkörper 11 ausbildet. Auf der anderen Seite entsteht ein gleicher spitzwinkliger Bereich 10 zwischen dem Wälzkörper 11 und der Bremskomponente 2. Die spitzwinkligen Bereiche 10 können beispielsweise bei zylinderförmig ausgestalteten Wälzkörpern 11 eine Keilform 16 aufweisen. Durch die Keilform 16 bedingt wird die weitere Rotation des Wälzkörpers 11 behindert, sodass die Wirkung des Magnetfeldes auf das magnetorheologische Fluid 6 verstärkt wird, da sich durch das wirkende Magnetfeld 8 innerhalb des spitzwinkligen Bereiches 10 ein stärkerer Zusammenhalt des dortigen Mediums 6 ergibt. Dadurch wird die Wirkung des magnetorheologischen Fluids 6 im angesammelten Haufen verstärkt (die Kettenbildung im Fluid und damit der Zusammenhalt bzw. die Viskosität), was die weitere Rotation bzw. Bewegung des Drehkörpers 11 erschwert.

Durch die Keilform 16 (Partikelanhäufung) können wesentlich größere Kräfte oder Momente übertragen werden als es mit einem vergleichbaren Aufbau möglich wäre, der nur die Scherbewegung ohne Keileffekt nützt.

Die direkt durch das angelegte Magnetfeld 8 übertragbaren Kräfte stellen nur einen kleinen Teil der durch die Einrichtung über tragbaren Kräfte dar. Durch das Magnetfeld 8 lässt sich die Keilbildung und somit die mechanische Kraftverstärkung steuern. Die mechanische Verstärkung des agnetorheologischen Effekts kann soweit gehen, dass eine Kraftübertragung auch nach Abschalten eines angelegten Magnetfeldes 8 möglich ist, wenn die Partikel 19 verkeilt wurden.

Es hat sich herausgestellt, dass durch die Keilwirkung der spitz winkligen Bereiche 10 eine erheblich größere Wirkung eines Magnetfeldes 8 einer bestimmten Stärke erzielt wird. Dabei kann die Wirkung um ein Vielfaches verstärkt werden. In einem konkreten Fall wurde eine etwa zehnmal so starke Beeinflussung der Relativgeschwindigkeit zweier Bremskomponenten 2 und 3 zueinander wie beim Stand der Technik bei MRF Kupplungen nach dem Scherprinzip beobachtet, bei dem zwischen zwei sich zueinander bewegenden Flächen ein magnetorheologisches Medium oder Fluid 6 angeordnet ist und den Scherkräften der sich zueinander bewegenden Flächen ausgesetzt ist. Die mögliche Verstärkung hier durch die Keilwirkung hängt von unterschiedlichen Faktoren ab. Gegebenenfalls kann sie durch eine größere Oberflächenrauhigkeit der Wälzkörper 11 noch verstärkt werden. Möglich ist es auch, dass auf der Außenoberfläche der Wälzkörper 11 nach außen ragende Vorsprünge vorgesehen sind, die zu einer noch stärkeren Keilbildung führen können.

Die Keilwirkung bzw. der Keileffekt verteilt sich flächig auf den Wälzkörper 11 und die Komponenten 2 oder 3.

Figur 3 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Gerätekomponente 200 mit einer magnetorheologischen Bremseinrichtung 1, die über zwei Bremskomponenten 2 und 3 verfügt. Die erste Bremskomponente 2 und die zweite Bremskomponente 3 erstrecken sich im Wesentlichen in eine axiale Richtung 20. Die erste Bremskomponente 2 ist hier im Inneren der zweiten Bremskomponente 3 angeordnet und wird durch einen Halter 4 formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten. Der Halter 4 kann beispielsweise an einer externen Konsole oder an einem Gerät befestigt werden. Der Halter 4 wird regelmäßig drehfest befestigt. Die zweite Bremskomponente 3 ist relativ zu der ersten Bremskomponente 2 kontinuierlich drehbar daran aufgenommen.

Die zweite Bremskomponente 3 ist länglich ausgebildet und verfügt über das Drehteil 13 und darin ein magnetisch leitfähiges Hülsenteil 13e.

Die zweite Bremskomponente 3 ist an der ersten Lagerstelle 112 und an der zweiten Lagerstelle 118 an der zweiten Bremskomponente 2 drehbar aufgenommen und insbesondere axial verschiebbar gelagert. An den Lagerstellen 112, 118 können Kräfte in eine globale radiale Richtung 122 durch die Lagerungen 30 abgestützt werden, während die erste Bremskomponente 2 relativ axial zur zweiten Bremskomponente 3 verschiebbar ist. Der Durchmesser 116 der ersten Lagerstelle 112 ist hier ungefähr doppelt so groß wie der Durchmesser 117 der zweiten Lagerstelle 118.

Die zweite Bremskomponente 3 ist an beiden Enden herausgeführt. Zwischen den Bremskomponenten 2 und 3 ist eine geschlossene Kammer 110 ausgebildet, die mit MRF gefüllt ist. Im Bereich des ersten Endes 111 der Kammer 110 ist eine zylindrische Lauffläche an dem Halter 4 als erste Lagerstelle 112 ausgebildet. Dort liegt eine gehärtete Oberfläche oder eine Oberfläche entsprechender Güte vor. An dieser zylindrischen Lauffläche 37 ist ein Lager 30 zur drehbaren Lagerung der zweiten Bremskomponente 3 angebracht. In der axialen Richtung 20 weiter nach innen ist benachbart zu dem Lager 30 eine Dichtung 38 vorgesehen. Die Dichtung 38 dichtet das Innere zuverlässig ab.

Die erste Bremskomponente 2 weist einen Grundkörper 33 auf. Um den Kern 21 sind die Wicklungen einer elektrischen Spule 26 gewickelt. Dabei stehen die die einzelnen Windungen der elektrischen Spule 26 nach außen über den zylindrischen Grundkörper 33 hervor (vgl. Fig. 5).

Radial besteht zwischen der Außenwandung der ersten Bremskomponente 2 und der inneren Wandung des Hülsenteils 13 ein Spalt 5, der hier im Wesentlichen als hohlzylindrischer Spalt 5 ausgeführt ist. In dem Spalt sind mehrere Übertragungskomponenten 11, die hier als Wälzkörper 11 ausgebildet sind, angeordnet. Die Wälzkörper 11 sind hier als zylindrische Wälzkörper 11 ausgebildet und weisen einen Außendurchmesser auf, der etwas geringer ist als die Spaltbreite 5a des Spaltes 5. Der Spalt 5 ist des Weiteren hier mit einem magnetorheologischen Medium 6 gefüllt.

Im einem Bereich des Spaltes 5 kann beispielsweise ein mit Luft oder einem anderen Gas gefüllter O-Ring oder dergleichen angeordnet sein, der einen Volumenausgleich bei Temperaturschwankungen zur Verfügung stellt. Außerdem wird dadurch dort ein Reservoir gebildet, falls im Laufe des Betriebes magnetorheologisches Fluid bzw. Medium 6 aus dem Inneren nach außen austritt. Hier wird die Konstruktion genutzt, um durch die unterschiedlich großen Durchmesser 116, 117 einen automatischen Temperaturausgleich und ein Reservoir für MRF zur Verfügung zu stellen.

Die (nutzbare) Spaltlänge des Spaltes 5 ist hier größer als die Länge der Wälzkörper 11. Hier ist auch die elektrische Spule 26 in der axialen Richtung 20 länger ausgebildet als die Länge der Wälzkörper 11.

Im Inneren der elektrischen Spule 26 ist der Kern 21 zu erkennen. Der Halter 4 weist eine radial vergrößerte Aufnahme 36 (Durchmesser 36a, vgl. Fig. 4) zur drehfesten Aufnahme der ersten Bremskomponente 2 auf. Durch den Halter 4 erstreckt sich eine Kabeldurchführung 35 nach unten durch den Halter 4 hindurch. Dort werden Kabel 45 zum Anschluss der elektrischen Spule 26 und gegebenenfalls Sensorleitungen herausgeführt. Eine Steuereinrichtung 27 kann im Fuß des Halters 4 oder an anderen geeigneten Stellen vorgesehen oder zugeordnet sein, um eine bedarfsgerechte Steuerung vorzunehmen.

Zwischen dem ersten Ende 111 und dem zweiten Ende 115 ist eine geschlossene Kammer 110 ausgebildet. Die geschlossene Kammer 110 umfasst das Volumen 114, welche im Wesentlichen vollständig mit dem agnetorheologischen Medium 6 gefüllt ist.

Eine Änderung des Volumens der magnetorheologischen Mediums 6 führt hier zu einer relativen axialen Verschiebung der ersten Bremskomponente 2 zur zweiten Bremskomponente 3 aufgrund der verschiedenen Durchmesser 116, 117 der beiden Lagerstellen 112, 118.

Für den Fall, dass die erste Bremskomponente 2 feststeht, wird die zweite Bremskomponente 3 im Falle einer Volumenzunahme in der Orientierung von Figur 3 nach rechts verschoben. Ein kleiner Teil der ersten Bremskomponente 2 mit dem Durchmesser 116 an der ersten Lagerstelle 112 tritt aus der geschlossenen Kammer 110 aus, während ein Teil der ersten Bremskomponente 2 an dem zweiten Ende 115 mit dem deutlich kleineren Durchmesser in die geschlossene Kammer 110 eintritt. Im Endeffekt wird so das Volumen 114 der geschlossenen Kammer 110 vergrößert. So kann insbesondere eine durch einen Temperaturanstieg bedingte Volumenänderung des magnetorheologischen Mediums 6 ausgeglichen werden. Eine Funktion der Magnetfelderzeugungseinrichtung 113 wird hierdurch nicht beeinflusst. Im Falle einer Volumenabnahme, welche temperaturbedingt oder auch durch eine Leckage zustande kommen kann, wird die zweite Bremskomponente 3 hier nach links verschoben.

Bei der Verschiebung herrscht innerhalb der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 praktisch immer Umgebungsdruck. Vor allem wird so eine zusätzliche Belastung der Dichtungen 38 verhindert. Bei einer Ausgleichseinrichtung über eine Gasblase wird der Innenraum hingegen immer unter Überdruck gesetzt, wodurch eine höhere Leckage und eine höhere Reibung durch die erforderliche bessere Dichtung 38 entstehen.

Es kann ein Ausgleichskanal 120 vorgesehen sein, welcher die Bereiche nahe der Lagerstellen 112, 118 miteinander verbindet. So wird bei einer Verschiebung des magnetorheologischen Mediums 6 die Drosselwirkung des Spalts 5 gemindert, sofern dieser sehr klein sein sollte.

Darüber hinaus verfügt die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 über eine Sensoreinrichtung 70 wenigstens zur Detektion einer Winkelstellung der beiden Bremskomponenten 2, 3 relativ zueinander. Die Detektion erfolgt mit einer Magnetringeinheit 71 und mittels eines Magnetfeldsensors 72. Die Sensoreinrichtung 70 ist hier über eine Entkopplungseinrichtung 78 an der zweiten Bremskomponente 3 angeschlossen. Die Entkopplungseinrichtung 78 entkoppelt die Sensoreinrichtung magnetisch. Die

Sensoreinrichtung 70 umfasst hier weiter eine Abschirmeinrichtung 75, die hier mehrere Abschirmkörper 76 umfasst und die die Magnetringeinheit 71 auf drei Seiten umgibt. Zwischen der Magnetringeinheit und der Abschirmeinrichtung 75 ist eine Trenneinheit 77 vorhanden. Die Trenneinheit 77 schirmt die Magnetringeinheit 71 zusätzlich ab. Dadurch wird das von der Magnetringeinheit 71 aufgespannte Volumen weitgehend von magnetischen Einflüssen der elektrischen Spule 26 oder anderen Magnetfeldern abgeschirmt.

Figur 4 zeigt eine andere Gerätekomponente 200 im Schnitt mit einer ähnlichen magnetorheologischen Bremseinrichtung 1. Es sind die Quernuten 32 erkennbar, in denen die elektrische Spule 26 an den axialen Enden des Kerns 21 gewickelt ist. In axialer Richtung ist zum Abschluss an beiden Enden jeweils Vergussmasse 28 vorgesehen. Im Bereich der Kabeldurchführung 35 ist eine separate Dichtung über beispielsweise den eingezeichneten O-Ring oder dergleichen vorgesehen.

Es ist auch möglich, dass einzelne der über einem Teil des Umfangs verteilt angeordneten Wälzkörper 11 als magnetisch nicht leitfähige Übertragungskomponenten 11 ausgebildet sind. Vorzugsweise sind alle Wälzkörper 11 aus magnetisch leitendem Material wie z. B. Stahl.

Eine Länge bzw. Höhe 13c des Drehteils 13 und des Hülsenteils 13e oder der zweiten Bremskomponente 3 in axialer Richtung 20 beträgt vorzugsweise zwischen 5 mm mm und 90 mm. Außen kann auf der zweiten Bremskomponente 3 ein Überzug 49 angebracht sein, sodass das äußere Erscheinungsbild des Drehknopfes 23 im Wesentlichen durch die Oberfläche des Überzugs 49 bestimmt wird. Das Drehteil 13 weist einen Außendurchmesser 13b und einen Innendurchmesser 13a auf.

Das Material des Hülsenteils 13e bzw. Außenrings 24 oder des Drehteils 13 insgesamt ist magnetisch leitend und dient zur Schließung des Magnetkreises. Eine Wandstärke 13d des Hülsenteils 13e ist vorzugsweise wenigstens halb so groß wie ein Durchmesser der Wälzkörper 11.

Der Außendurchmesser 36a der Aufnahme 36 ist vorzugsweise erheblich größer als der Durchmesser 37a der zylindrischen Lauffläche 37. Dadurch wird die Reibung an der Dichtung 38 reduziert. Außerdem können standardisierte Lager 30 eingesetzt werden.

Es ist auch möglich, den Kern 21 und auch den Halter 4 zweiteilig auszuführen. Bevorzugt verläuft die Trennung entlang der in Figur 4 gezeichneten Mittellinie, wodurch sich eine linke und rechte (Kern)hälfte ergibt. Die zwei Kernhälften können durch ein magnetisch nicht leitendes Element (z. B. Dichtung) voneinander beabstandet sein. Vorzugsweise ist das Vergussmassenvolumen 28 dann ein Teil der Kernhälfte(n), wodurch sich ein Halbkreiselement mit einer umlaufenden Nut auf der Trennfläche für die Elektrospule 26 ergibt. Weiters bevorzugt wird die Aufnahme 36 auch in zwei Hälften getrennt. Eine Aufnahmehälfte kann auch mit einer Kernhälfte einen Teil bilden (einteilig ausgeführt werden) oder eine Kernhälfte mit einer kompletten Aufnahmeeinheit 36 einteilig ausgeführt werden.

Hier ist die haptische Bedieneinrichtung 100 mit der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 einseitig gelagert. Die zweite Bremskomponente 3 ist hier nur an dem ersten Ende der geschlossenen Kammer 110 an einem Endabschnitt 121 der ersten Bremskomponente 2 aufgenommen, d. h. die zweite Bremskomponente 3 ist lediglich an der ersten Lagerstelle 112 durch die Lagerung 30 gelagert. Bei einer Änderung des Volumens 114 innerhalb der geschlossenen Kammer 110 kann sich die zweite Bremskomponente 3 leicht hin und her bewegen. Hierbei ist wieder angenommen, dass die erste Bremskomponente 2 feststeht. In diesem Fall fährt ein Teil des Durchmessers 116 der ersten Bremskomponente 2 an der ersten Lagerstelle 112 aus oder ein. Das Volumen 114 der geschlossenen Kammer 110 verändert sich. Vorteilhaft ist das System innerhalb des gegebenen Bewegungsspielraums praktisch immer bei Umgebungsdruck. Eine zusätzliche Belastung der Dichtung 38 wird verhindert.

Figuren 5a bis 5d zeigen verschiedene schematische Querschnitte der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1, die bei den Gerätekomponenten 200 nach Figuren 3 und 4 und auch anderen Ausführungsbeispielen einsetzbar sind.

Die innere Bremskomponente 2 ist feststehend ausgebildet und wird von der kontinuierlich drehbaren Bremskomponente 3 umgeben. Die zweite Bremskomponente 3 weist ein sich um die erste Bremskomponente 2 herum drehbares und hohl und innen zylindrisch ausgebildetes Drehteil 13 auf. Deutlich erkennbar ist der zwischen der ersten und der zweiten Bremskomponente 2, 3 umlaufende Spalt 5. Der Spalt 5 ist hier wenigstens zum Teil und insbesondere vollständig mit einem magnetorheologischen Medium 6 gefüllt.

Die erste Bremskomponente 2 weist den sich in der axialen Richtung 20 erstreckenden Kern 21 aus einem magnetisch leitfähigen Material und eine elektrische Spule 26 auf, die in axialer Richtung 20 um den Kern 21 gewickelt ist und eine Spulenebene 26c aufspannt. Das Magnetfeld 8 der elektrischen Spule 26 erstreckt sich quer zu der axialen Richtung 20 durch die erste Bremskomponente 2 bzw. den Kern 21.

Es ist klar erkennbar, dass ein maximaler äußerer Durchmesser 26a der elektrischen Spule 26 in einer radialen Richtung 26d innerhalb der Spulenebene 26c größer ist als ein minimaler äußerer Durchmesser 21b des Kerns 21 in einer radialen Richtung 25 quer und z. B. senkrecht zu der Spulenebene 26c.

Die Wälzkörper 11 sind jeweils nur in Winkelsegmenten 61, 62 angeordnet und können nicht vollständig um den Kern 21 rotieren, da die elektrische Spule 26 in den Spalt 5 bzw. Kanal 5 hineinragt und damit einen vollständigen Umlauf verhindert.

Dadurch steht weniger Platz für die Wälzkörper 11 zur Verfügung. Das führt aber zu einer noch höheren Konzentration des Magnetfeldes 8. In Figur 5a sind beispielhaft drei Magnetfeldlinien eingezeichnet.

In Figur 5b sind die Wälzkörper 11 nicht an einer zylindrischen Außenoberfläche des Kerns 21 aufgenommen, sondern an speziell an die Kontur der Wälzkörper 11 angepasste Aufnahmen 63, an denen die Wälzkörper 11 vorzugsweise mit etwas Spiel aufgenommen und geführt sind. Der Übergang des Magnetfeldes 8 in die Wälzkörper 11 hinein ist vorteilhaft, da mehr Übertragungsfläche zwischen dem Kern 21 bzw. der Außenoberfläche 64 an den Aufnahmen 63 und den Wälzkörpern 11 zur Verfügung steht. Zwischen der Innenoberfläche 67 des Drehteils 13 und dem Kern 21 ist ein Spalt 5 mit veränderlicher Spalthöhe vorhanden.

Die elektrische Spule 26 ist außerhalb der Winkelsegmente 61 und 62 angeordnet. Außerhalb der Winkelsegmente 61 und 62 befinden sich keine Wälzkörper 11.

Figuren 5c und 5d zeigen Fortentwicklungen, bei denen auf Wälzkörper 11 vollständig verzichtet wird. Die Kerne 21 weisen nach außen abstehende Übertragungskomponenten 11 auf, die sich von dem Grundkörper 33 aus radial nach außen erstrecken. In Fig. 5c ist die Kammer 110 zwischen dem Kern 21 und dem Drehteil 13 vollständig mit MRF gefüllt.

Der maximale äußere Durchmesser 26a der Spule 26 ist größer als der minimale Kerndurchmesser 21b. Die radiale Erstreckung des Spaltes 5 variiert über dem Umfang. An den äußeren Enden der Übertragungskomponenten 11 liegt nur ein geringes radiales Spaltmaß 65 vor, während ein radialer Abstand 66 zwischen der Bremskomponente 2 und der Bremskomponente 3 an anderen Stellen erheblich größer ist.

Figur 5d zeigt eine Variante von Fig. 5c, bei der zur Verkleinerung des MRF-Volumens 114 die Kammer 110 über einen zylindrischen Abschnitt mit Vergussmasse 28 gefüllt ist. Dadurch sinkt das benötigte Volumen 114 an MRF. Der radiale Abstand 66 wird deutlich verkleinert, bleibt aber erheblich (wenigstens Faktor 2 oder 3 oder 5 oder 10) größer als das radiale Spaltmaß 65. Dadurch wird sichergestellt, dass der beschriebene Keileffekt auftritt. Die MRF-Partikel 19 verketten sich in den spitzwinkligen Bereichen 10 und bilden eine Art Keil, der zu einem erheblichen Bremsmoment führt. In den Figuren 5c und 5d bilden die Übertragungskomponenten 11 eine Art von radialen Armen lld.

Figuren 6a bis 6d zeigen eine weitere Ausführungsform einer Gerätekomponente 200, die hier wieder über eine magnetorheologische Bremseinrichtung 1 verfügt und Bremskomponenten 2 und 3 umfasst. Es wird wieder eine „liegende oder axiale Spule" 26 verwendet, bei der die elektrische Spule 26 in axialer Richtung 20 um den Kern 21 gewickelt ist und wieder einen maximalen radialen Spulendurchmesser 26a aufweist, der größer ist als ein minimaler Kerndurchmesser 21b des Kerns 21. Auch hier sind die Wälzkörper oder Übertragungselemente 11 nicht über dem vollständigen Umfang angeordnet. Die Gerätekomponente 200 kann darüber hinaus als Taster 74 dienen.

Hier ist die Gerätekomponente 200 als haptische Bedieneinrichtung 100 und im Detail als Bedienknopf 101 ausgeführt. Die zweite Bremskomponente 3 ist an dem ersten Ende der geschlossenen Kammer 110 an der Lagerstelle 112 aufgenommen. Außerdem ist die die zweite Bremskomponente 3 an der zweiten Lagerstelle 118 an der ersten Bremskomponente 2 aufgenommen. Hier wird die Lagerung 30 mittels eines Achsstummels 119 mit dem Durchmesser 117 an der zweiten Lagerstelle 118 realisiert. Der Dichtring 46 hindert das magnetorheologische Medium 6 daran, in den Bereich hinter den Achsstummel 119 zu fließen.

Der Durchmesser 117 an der zweiten Lagerstelle 118 ist hier deutlich kleiner ausgeführt als der Durchmesser 116 an der ersten Lagerstelle 112. So wird auch hier bei einer axialen Verschiebung eine Volumenänderung ermöglicht. Temperaturbedingte Volumenänderungen und durch Leckagen bedingte Volumenänderungen können kompensiert werden. Hierzu erfolgt eine relative axiale Verschiebung der ersten Bremskomponente 2 zur zweiten Bremskomponente 3.

Außerdem ist auch hier eine Sensoreinrichtung 70 zur Detektion einer Winkelstellung der haptischen Bedieneinrichtung 100 vorhanden. Der Magnetfeldsensor 72 ist in der feststehenden Aufnahme 4 bzw. der ersten Bremskomponente 2 integriert. An der Aufnahme 36 ist das Kabel 45 des Magnetfeldsensors 72, d. h. die Sensorleitung 73 durch die Kabeldurchführung 35 nach außen geführt.

Das erste Achsteil bzw. der Halter 4 der Bremskomponente 2 kann, wie in Figuren 6b und 6c dargestellt, bevorzugt zweiteilig ausgeführt sein. Dadurch wird vor allem die Montage der elektrischen Leitungen und insbesondere der Sensorleitung 73 innerhalb der ersten Bremskomponente 2 vereinfacht. Die Kabel können durch die offene Kabeldurchführung 35 gelegt werden.

In Figur 6d ist die Sensoreinrichtung 70 noch einmal im Detail dargestellt. Die erste Bremskomponente 2 und die hier als Drehteil 13 ausgeführte zweite Bremskomponente 3 sind nur angedeutet (gestrichelte Linien). Die Sensoreinrichtung 70 stützt sich über die Entkopplungseinrichtung 78 an der drehbaren zweiten Bremskomponente 3 magnetisch entkoppelt ab. Die

Abschirmeinrichtung 75 besteht hier aus drei Abschirmkörpern 76, welche die Streuung des magnetischen Felds 8 der elektrischen Spule 26 vermindern. Darüber hinaus ist außerdem noch eine Trenneinheit 77 zur magnetischen Trennung vorhanden. Die Magnetringeinheit 71 wird zum Messen der Orientierung bzw. des Drehwinkels der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 genutzt. Der Magnetfeldsensor 72 ist innerhalb der ersten Bremskomponente 2 angeordnet. Kleine relative axiale Verschiebungen können außerdem genutzt werden, um ein Herunterdrücken beispielsweise eines Bedienknopfs 101 zu detektieren, vgl. Figur 8.

In Figur 7 ist die magnetorheologische Bremseinrichtung 1 in ein Mausrad 106 integriert. An der zweiten Seite der geschlossenen Kammer 110 ist die Lagerung der ersten Bremskomponente 2 innerhalb der zweiten Lagerstelle 118 wieder durch einen Achsstummel 119 realisiert. Der Durchmesser 116 an der ersten Lagerstelle 112 ist verschieden vom dem Durchmesser 117 an der zweiten Lagerstelle 118, sodass Volumenänderungen des magnetorheologischen Mediums 6 automatisch innerhalb der magnetorheologischen Bremseinrichtung 1 ausgeglichen werden können.

Die Sensoreinrichtung 70 umfasst neben dem Magnetfeldsensor 72 eine Magnetringeinheit 71 und eine Abschirmeinrichtung 75, um magnetische Störsignale zu minimieren.

Durch eine Axialverschiebung verändert sich das empfangene Signal 68 gemäß der Darstellung von Figur 8. Figur 8 zeigt den Verlauf der Amplitude 69 des durch den Magnetfeldsensor 72 detektierten Signals 68 in Abhängigkeit zur axialen Verschiebung der Bremskomponenten 2, 3 (horizontale Achse) dargestellt. Durch eine axiale Verschiebung des Magnetfeldsensors 72 gegenüber der Magnetringeinheit 71 verändert sich die Amplitude 69 des detektierten Signals 68. Eine axiale Verschiebung bzw. ein Herunterdrücken eines Bedienknopfs 101 oder eine seitliche Verschiebung z. B. eines Mausrades 106 oder anderen Komponenten kann detektiert werden. Mit dem gleichen Sensor kann auch der Drehwinkel erfasst werden, wobei zur Erfassung des Drehwinkels die Richtung des Magnetfeldes 8 ermittelt wird. Die Intensität bestimmt die axiale Position. Aus einer Veränderung des Signals 68 kann deshalb auf eine Betätigung des Tasters 74, vgl. Figur 7, zurückgeschlossen werden. Das ist vorteilhaft, da ein einziger (mehrdimensionaler) Hallsensor zur Bestimmung der Winkelposition und der Bestimmung einer Axialposition verwendet werden kann.

In den Figuren 9a, 9b und 9c sind mögliche Ausführungsvarianten zur Steuerung eines dynamisch erzeugten Magnetfeldes bzw. eines dynamisch erzeugten Bremsmoments in Abhängigkeit von dem Drehwinkel dargestellt.

Figur 9a zeigt dabei eine Variante, bei der die Gerätekomponente 200 als Drehknopf und haptische Bedienhilfe eingesetzt wird. Dargestellt ist der Drehwiderstand über dem Drehwinkel. Mit der Steuerung 27 kann ein linker Endanschlag 228 und ein rechter Endanschlag 229 erzeugt werden. Beim Weiterdrehen des Drehknopfes 23 wird dort ein hohes Magnetfeld bzw. Anschlagmoment 238 erzeugt, wodurch der Drehknopf 23 einen hohen Widerstand gegenüber einer Drehbewegung entgegensetzt. Der Benutzer erhält die haptische Rückmeldung eines Endanschlags 228, 229.

Dabei kann eine Rasterung der Drehbewegung erfolgen bzw. erzeugt werden. Beispielsweise kann dies verwendet werden, um durch ein grafisches Menü zu navigieren und Menüpunkte auszuwählen. Hier ist direkt neben dem linken Endanschlag 228 ein erster Rasterpunkt 226 vorgesehen, der bei einer Bedienung z. B. einem ersten Menüpunkt entspricht. Soll der nächste Menüpunkt angewählt werden, so muss der Drehknopf 100 im Uhrzeigersinn gedreht werden. Dazu muss das dynamisch erzeugte höhere Magnetfeld bzw. Rastmoment 239 bzw. dessen Reibmoment überwunden werden, bevor der nächste Rasterpunkt 226 erreicht wird. In Figur 11a wird für einen gewissen Winkelbereich jeweils an den Rasterpunkten 226 und an den dazwischenliegenden Bereichen ein jeweils konstantes Magnetfeld 8 erzeugt, welches an den Rasterpunkten 226 erheblich geringer ist als in den dazwischenliegenden Bereichen und nochmals deutlich geringer als an den Anschlägen 228, 229. Ein Winkelabstand 237 zwischen einzelnen Rasterpunkten ist dynamisch veränderbar und wird an die Anzahl der zur Verfügung stehenden Rasterpunkte 226 bzw. Menüpunkte angepasst. Dabei weist die Bedieneinrichtung 100 das Grundmoment 240 auf.

Figur 9b zeigt eine Variante, bei der zu den Endanschlägen 228, 229 hin das Magnetfeld 8 nicht schlagartig ansteigt, sondern einen steilen Verlauf nimmt. Weiterhin sind an den Rasterpunkten 226 zu beiden Drehseiten hin jeweils rampenartige Steigungen des Magnetfeldes 8 vorgesehen, wodurch der Drehwiderstand in die entsprechenden Drehrichtungen hin zunimmt. Hier werden mit der gleichen Bedieneinrichtung 100 nur drei Rasterpunkte 226 zur Verfügung gestellt, deren Winkelabstand 237 größer ist als in dem Beispiel gemäß Figur 11a.

Figur 9c zeigt eine Variante, bei der zwischen einzelnen Rasterpunkten 226 ein geringerer Drehwiderstand vorliegt und nur direkt benachbart zu den Rasterpunkten 226 jeweils ein erhöhtes Magnetfeld 239 erzeugt wird, um ein Einrasten an den einzelnen Rasterpunkten 226 zu ermöglichen und gleichzeitig nur einen geringen Drehwiderstand zwischen einzelnen Rasterpunkten 226 zur Verfügung zu stellen.

Grundsätzlich ist auch eine Mischung der Betriebsweisen und der Magnetfeldverläufe der Figuren 9a, 9b und 9c möglich. Z. B. kann bei unterschiedlichen Untermenüs eine entsprechend unterschiedliche Einstellung des Magnetfeldverlaufes erfolgen.

Möglich ist es in allen Fällen auch, dass bei z. B. einem Ripple (Raster) nicht wie bislang zwischen wenig und mehr Stromstärke mit gleicher Polung geschaltet wird (also z. B. +0,2 auf +0,8A = Rippel), sondern abwechslungsweise mit verändertet Polung, d. h. von +0,2 auf +0,8A und dann den nächsten Rippel mit -0,2A auf - 0,8A und dann die nächste Momentenspitze von +0,2 auf +0,8A usw.

Der vorzugsweise niederlegierte Stahl kann ein Restmagnetfeld behalten. Der Stahl wird vorzugsweise regelmäßig oder bei Bedarf entmagnetisiert (u.a. durch ein spezielles Wechselfeld). Bevorzugt wird für die vom Magnetfeld 8 durchflossenen Komponenten der Werkstoff FeSi3P (Siliziumstahl bzw. Silicon Steel) oder ein artverwandter Werkstoffe verwendet.

In allen Fällen kann eine Sprach- oder Geräuschsteuerung durchgeführt werden. Mit der Sprachsteuerung kann die Bremseinrichtung adaptiv gesteuert werden.

Wenn die Dreheinheit nicht gedreht wird, d. h. der Winkel ist konstant, wird vorzugsweise über die Zeit der Strom kontinuier lich verringert. Der Strom kann auch geschwindigkeitsabhängig (Drehwinkelgeschwindigkeit der Dreheinheit) variiert werden.

Bezugszeichenliste :

1 Magnetorheologische Durchmesser Bremseinrichtung Spulenebene

2 erste Bremskomponente radiale Richtung zu 26c

3 zweite Bremskomponente 27 Steuereinrichtung

4 Halter 28 Vergussmasse

5 Spalt, Kanal 30 Lager, Lagerung 5a Spaltbreite 32 Quernut

6 Medium 33 Grundkörper

8 Feld, Magnetfeld 35 Kabeldurchführung

9 freier Abstand 36 Aufnahme

10 spitzwinkliger Bereich 36 Außendurchmesser

11 Übertragungskomponente 37 zylindrische Lauffläche Wälzkörper, Drehkörper 37 Außendurchmesser

11d Arm 38 Dichtung

12 Drehachse 43 Benutzerschnittstelle

13 Drehteil 45 Kabel

13a Innendurchmesser 46 Dichtring 13b Außendurchmesser 49 Überzug 13c Höhe 50 Konsole 13d Wandstärke 61 Winkelsegment 13e Hülsenteil 62 Winkelsegment

14 Kugel 63 Aufnahme für 11

15 Zylinder 64 Außenoberfläche

16 Kei1form 65 radiales Spaltmaß

17 Richtung der 66 radialer Abstand Relativbewegung 67 Innenoberfläche von 13

18 Richtung der 68 Signal Relativbewegung 69 Amplitude

19 magnetische Partikel 70 Sensoreinrichtung

20 axiale Richtung 71 Magnetringeinheit

21 Kern 72 Magnetfeldsensor

21b minimaler Durchmesser 73 Sensorleitung

23 Drehknopf 74 Taster

24 Außenring 75 AbSchirmeinrichtung

25 radiale Richtung 76 Abschirmkörper

26 Spule, Elektrospule 77 Trenneinheit

26a maximaler äußerer 78 Entkopplungseinrichtung 0 Haptische 117 Durchmesser zweite

Bedieneinrichtung Lagerstelle 1 Bedienkopf 118 zweite Lagerstelle 2 Daumenwalze 119 Achsstummel 3 Computermaus 120 Ausgleichskanal 4 Joystick 121 Endabschnitt von 2 5 Gamepad 122 radiale Richtung (global)6 Mausrad 200 Gerätekomponente 0 geschlossene Kammer 226 Rasterpunkt 1 erstes Ende von 110 228 Endanschlag 2 erste Lagerstelle 229 Endanschlag 3 Magnetfelderzeugungs- 237 Winkelabstand einrichtung 238 Anschlagmoment 4 Volumen von 110 239 Rastermoment 5 zweites Ende der 240 Grundmoment geschlossenen Kammer 6 Durchmesser erste Lagerstelle