Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stellvorrichtung für ein Fahrzeug, auf ein Verfahren zum Betreiben einer Stellvorrichtung, auf ein entsprechendes Steuergerät und auf ein entsprechendes Computerprogramm.

Magnetorheologische Flüssigkeit (MRF) wird in unterschiedlichen Dämpfern, Bremsen und Aktoren eingesetzt. Bremsen auf Basis von MRF basieren in der Regel auf einer oder mehreren Scheiben, die von MRF umgeben und bei Aktivierung der Bremse mit einem magnetischen Feld durchflossen werden. Die MRF wird bei diesem Prinzip auf Scherung belastet und erzeugt ein Haltemoment proportional zum Spulenstrom. Ein entsprechendes mechanisches Konzept mit einem zusätzlichen Permanentmagneten, der ein Grundmoment erzeugt, ist ebenfalls entwickelt. Ein alternatives Wirkprinzip verwendet ein mit MRF geflutetes Tonnenlager sowie verschiedene Ausführungen mit verzahnten Wälzkörpern und eine als Sterngeometrie bezeichnete Konturscheibe. Die höchste Leistungsdichte, also das Bremsmoment im Verhältnis zum Bauraum, stellen die Aktoren mit Wälzkörpern. Für die haptische Anwendung der Aktoren werden unterschiedliche Bremsmomentbereiche benötigt. Die Darstellung von Rasten, Rampen und anderen Kraftverläufen erfolgt im unteren Leistungsbereich, je nach Knauf teils bei zum Beispiel maximal 0,5 Newtonmeter. Endanschläge und Blockiermomente erfordern höhere Bremsleistungen von entsprechend beispielsweise etwa 1 ,5 Newtonmeter oder mehr. Da die menschliche Wahrnehmung kleinerer Kräfte deutlich besser ist, werden im unteren Leistungsbereich vergleichsweise hohe Anforderungen an die Regelung der Momente gestellt, während Unterschiede bei Blockiermomenten kaum wahrzunehmen sind.

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Stellvorrichtung für ein Fahrzeug, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Stellvorrichtung und ein verbessertes Steuergerät sowie ein verbessertes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

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Bestätigungskopie Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Stellvorrichtung geschaffen werden kann, die mindestens eine Wälzkörpereinheit und magnetorheologisches Medium aufweist, wobei durch unterschiedliche Bestromungsarten auf einfache und präzise Weise unterschiedliche Widerstandscharakteristiken für eine Betätigung der Stellvorrichtung bewirkt werden können.

Eine Stellvorrichtung für ein Fahrzeug weist ein erstes Wirkelement, ein zweites Wirkelement, zumindest eine Wälzkörpereinheit, ein magnetorheologisches Medium und zumindest eine Spule auf. Das erste Wirkelement und das zweite Wirkelement sind relativ zueinander drehbar gelagert. Das erste Wirkelement ist außenliegend und das zweite Wirkelement ist innenliegend angeordnet. Die Wälzkörpereinheit ist in einem Zwischenraum zwischen dem ersten Wirkelement und dem zweiten Wirkelement angeordnet. Die Wälzkörpereinheit weist einen Wälzkörper und einen Wälzkörperkäfig auf. Der Wälzkörper ist in Anlage an das erste Wirkelement angeordnet und an dem Wälzkörperkäfig gelagert. Der Wälzkörperkäfig ist formschlüssig mit dem zweiten Wirkelement gekoppelt. Das magnetorheologische Medium ist in dem Zwischenraum zwischen dem ersten Wirkelement und dem zweiten Wirkelement angeordnet und ausgebildet, um in einem Ruhezustand eine geringe Widerstandscharakteristik für eine Drehbewegung des Wälzkörpers und des ersten Wirkelements und in einem Aktivierungszustand eine hohe Widerstandscharakteristik für die Drehbewegung des Wälzkörpers und des ersten Wirkelements zu bewirken. Die Spule ist an einem der Wirkelemente angeordnet. Die Spule ist ausgebildet, um abhängig von einer Bestro- mung der Spule ein Magnetfeld zu erzeugen, wobei das Magnetfeld das magnetorheologische Medium in den Aktivierungszustand versetzt.

Bei einer Stellvorrichtung kann es sich um eine Vorrichtung zum Bedienen einer beliebigen Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs handeln. Die Stellvorrichtung kann als eine Bedienvorrichtung oder als eine Betätigungsvorrichtung bzw. ein Aktor ausgeführt sein. Beispielsweise kann eine solche Bedienvorrichtung von einem Insassen des Fahrzeugs bedient werden. Das erste Wirkelement kann in Bezug auf das zweite Wirkelement außen liegend angeordnet sein, sodass beispielsweise das erste Wirkelement zumindest teilweise das zweite Wirkelement umgibt. Bei einem ersten Wirkelement und einem zweiten Wirkelement kann es sich um ein Paar, bestehend aus Rotor und Stator handeln. Wenn es sich bei dem ersten Wirkelement um einen Rotor handelt, handelt es sich bei dem zweiten Wirkelement um einen Stator. Wenn es sich bei dem ersten Wirkelement um einen Stator handelt, handelt es sich bei dem zweiten Wirkelement um einen Rotor. Unter einem Rotor kann ein bewegliches, rotierendes Teil der Vorrichtung verstanden werden. Unter einem Stator kann ein feststehendes, unbewegliches Teil der Vorrichtung verstanden werden. Unter dem Stator und dem Rotor sind nicht zwingend Teile einer Asynchronmaschine zu verstehen, sondern Teile einer Stellvorrichtung, die manuell betätigt werden kann. Der Stator kann innenliegend und der Rotor außenliegend angeordnet sein. Unter einer Wälzkörpereinheit kann eine Einheit mit einem Wälzkörper und einem Wälzkörperkäfig verstanden werden. Die Wälzkörpereinheit kann einem Wälzlager ähnlich oder wie ein solches aufgebaut sein und/oder als ein Wälzlager für die Wirkelemente fungieren. Bei einem Wälzkörper kann es sich um einen Rotationskörper in Form einer Kugel, Rolle, oder Tonne handeln. Bei einem Wälzkörperkäfig kann es sich um einen Käfig, ein Gestell, einen Rahmen oder dergleichen zur Aufnahme eines Wälzkörpers handeln. Bei einem magnetorheologischen Medium kann es sich um ein heterogenes Stoffgemisch von magnetisch polarisierbaren Partikeln handeln. Das magnetorheologische Medium kann auch als magnetorheologische Flüssigkeit bezeichnet werden. Bei dem magnetorheologischen Medium kann es sich alternativ auch um ein Pulver handeln. Durch Anlegen des Magnetfelds können viskoelastische oder dynamischmechanische Eigenschaften des magnetorheologischen Mediums schnell und reversibel verändert werden. Beim Anlegen eines Magnetfeldes, hervorgerufen durch das Bestromen einer Spule, verfestigt sich das magnetorheologische Medium. Bei der Spule kann es sich um ein elektrisches Bauelement handeln, das Windungen aufweist, um bei Stromfluss ein Magnetfeld zu erzeugen. Bei den unterschiedlichen Zuständen des magnetorheologischen Mediums kann es sich um einen Ruhezustand und einen Aktivierungszustand handeln. Der Ruhezustand, also eine geringe Widerstandscharakteristik des magnetorheologischen Mediums, kann bewirkt werden, wenn die Spule nicht bestromt ist oder wird und somit kein Magnetfeld auf das magnetorheologische Medium wirkt. Im Ruhezustand ist die Drehbewegung des Wälzkörpers und die Drehbewegung des Rotors in Bezug auf den Stator möglich, ohne dass ein Bremsmoment auf den Rotor wirkt oder wobei ein minimales Bremsmoment auf den Rotor wirkt. Der Aktivierungszustand, also eine hohe Widerstandscharakteristik des magnetorheologischen Mediums, kann bewirkt werden, wenn die Spule bestromt ist oder wird und somit das Magnetfeld auf das magnetorheologische Medium wirkt. Im Aktivierungszustand ist die Drehbewegung des Wälzkörpers und die Drehbewegung des Rotors kaum möglich, es wirkt ein hohes Bremsmoment auf den Rotor.

Der hier vorgestellte Ansatz kann beispielsweise als MRF-Aktor mit angefederten Wälzkörpern und verstärktem Blockiermoment verstanden oder bezeichnet werden. Der hier vorgestellte Ansatz kann insbesondere eine feine Regelung haptischer Kraftverläufe im besonders relevanten niedrigen Kraftbereich ermöglichen und zudem hohe Endanschlagsmomente durch die mechanische Wechselwirkung der aktiven Komponenten ermöglichen. Der hier vorgestellte Ansatz kann sich insbesondere durch die hohe funktionale Integration der Bauteile besonders auszeichnen. Die Regelbarkeit das Aktors kann ohne weitere Anpassungen am Wirkprinzip möglich sein.

Die Wälzkörper können mittels des Wälzkörperkäfigs geführt sein oder werden, wodurch deren Lage bei der Verwendung des Aktors vorbestimmt werden kann. Die Wälzkörper können somit nicht aneinander reiben, sich nicht an der inneren oder äußeren Wirkfläche ablegen und nehmen zueinander gleichmäßige Abstände ein. Entsprechend dieser definierten geometrischen Lage und der damit vermeidbaren Reibverhältnisse im Aktor kann ein Schwanken der erreichbaren Bremsmomente sowohl zwischen verschiedenen Aktoren, als auch bei einem einzelnen Aktor vermieden bzw. verhindert werden, so das eine zuverlässige Regelung möglich ist.

Werden oder sind die Wälzkörper so geführt, kann von einem erhöhten Maximalmoment ausgegangen werden, da Reibeffekte, die beispielsweise durch eine gegenseitige Berührung der Wälzkörper eintreten können, nicht erfolgen. Somit verbessert sich die Leistungsdichte des Systems.

Der hier vorgestellte Ansatz kann insbesondere einen Aktor realisieren, der über das MRF gut regelbare Bremsmomente im niedrigen Leistungsbereich realisieren kann und für den Endanschlag, beispielsweise über ein abweichendes Wirkprinzip zum MRF-Wälzkörper, hohe Momente erzeugen kann. Dies kann auch die elektronische Realisierung der Regelung vereinfachen. Viele bekannte Aktorprinzipien haben eine Strom/Momenten-Kennlinie, bei der nach einem anfänglich starken Anstieg des Moments ein asymptotisches Abklingen des Anstiegs beim Erreichen des Maximalmoments folgt. Bei einer konventionellen Pulsdauermodulationsregelung der Aktorleistung zwischen Leerlauf und Maximalmoment ist die Reglerauflösung somit im unteren Kraftbereich besonders gering, was den eigentlichen Systemanforderungen diametral entgegensteht. Ein stärkerer Anstieg zum Maximalmoment oder eine sprunghafte Änderung des Momentes durch eine Wirkprinzipänderung beim Erreichen einer vordefinierten Leistung ist entsprechend vorteilhaft.

Zusammenfassend gesagt schafft der vorliegende Ansatz einen Aktor, der bei minimalem Bauraum und minimalem Leerlaufmoment Kräfte bis beispielsweise ca. 0,5 Newtonmeter präzise und reproduzierbar darstellen kann und oberhalb des haptischen Arbeitsbereichs dennoch zuverlässig Blockiermomente ab beispielsweise 1 ,5 Newtonmeter ermöglich kann, wobei insbesondere die Leistungsaufnahme des Aktors für höhere Momente in deutlich geringerem Maß ansteigt als im haptischen Bereich.

Das zweite Wirkelement kann eine Zahnkontur aufweisen, wobei die Wälzkörpereinheit in die Zahnkontur eingreifen kann. Dies bietet den Vorteil, dass die Wälzkörpereinheit zuverlässig an dem zweiten Wirkelement angeordnet sein kann und ein Durchrutschen der Wälzkörpereinheit vermieden oder verhindert werden kann.

Die Wälzkörpereinheit kann ein Federelement aufweisen, wobei das Federelement ausgebildet ist, um den Wälzkörper federnd relativ zu dem Wälzkörperkäfig lagern zu können. Dies bietet den Vorteil, dass eine vorteilhafte und zuverlässige Lagerung des Wälzkörpers in dem Wälzkörperkäfig ermöglicht werden kann. Ab einem durch die Federkraft des Wälzkörperkäfigs bestimmten Bremsmoment können die Positionen zumindest eines Wälzkörpers und/oder des Wälzkörperkäfigs gegenüber dem ersten Wirkelement ausgelenkt werden. So kann ein mechanisches Bremsmoment potenziert werden. Das Federelement kann ausgebildet sein, um den Wälzkörper radial bezüglich einer Drehachse eines als Rotor ausgelegten Wirkelements der Wirkelemente federnd zu lagern. So kann der Wälzkörper in Anlage gegen das erste Wirkelement vorgespannt gelagert sein.

Das Federelement kann aus einem magnetisch leitenden Material ausgeformt sein. Dies bietet den Vorteil, dass magnetische Scherkräfte zwischen der Zahnkontur und dem Federelement wirken können.

Das Federelement kann aus einem magnetisch nicht-leitenden Material ausgeformt sein. Vorteilhafterweise kann somit je nach Anforderungen einer konkreten Anwendung der Stellvorrichtung ein geeignetes Material für das Federelement gewählt werden.

Die zumindest eine Wälzkörpereinheit kann als eine Lagerstelle zum Lagern eines als Rotor ausgelegten Wirkelements der Wirkelemente bezüglich eines als Stator ausgelegten Wirkelements der Wirkelemente ausgeformt sein. Hierbei kann die zumindest eine Wälzkörpereinheit als ein Wälzlager fungieren. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Drehbewegung des als Rotor ausgelegten Wirkelements bezüglich des als Stator ausgelegten Wirkelements sicher und definiert ermöglicht werden kann.

Das magnetorheologische Medium kann im Aktivierungszustand Keile zwischen dem Wälzkörper und dem Wälzkörperkäfig und zwischen dem Wälzkörper und dem ersten Wirkelement bewirken. Dies bietet den Vorteil, dass eine hohe Widerstandscharakteristik der Drehbewegung des Wälzkörpers und des Rotors erzielt werden kann.

Das erste Wirkelement kann als Rotor und das zweite Wirkelement als Stator ausgelegt sein. Alternativ kann das erste Wirkelement als Stator und das zweite Wirkelement als Rotor ausgelegt sein. Ein Stellelement kann mit dem als Rotor ausgelegten Wirkelement der Wirkelemente koppelbar oder gekoppelt sein. Die zumindest eine Spule kann an dem als Stator ausgelegten Wirkelement der Wirkelemente angeordnet sein. So kann je nach konkreter Anforderung einer tatsächlichen beabsichtigten Anwendung der Stellvorrichtung ein innenliegender oder außenliegender Rotor realisiert werden kann.

Ein Verfahren zum Betreiben einer Ausführungsform der hier genannten Stellvorrichtung weist einen Schritt des Bestromens der Spule und einen Schritt des Deaktivierens der Spule auf. Im Schritt des Bestromens der Spule wird das Magnetfeld erzeugt, um das magnetorheologische Medium in den Aktivierungszustand zu versetzen. Im Schritt des Deaktivierens der Spule wird das Magnetfeld deaktiviert, um das magnetorheologische Medium in den Ruhezustand zu versetzen.

Die geringe Widerstandscharakteristik kann einen Zustand des magnetorheologischen Mediums repräsentieren, in dem das magnetorheologische Medium einer Drehbewegung des Wälzkörpers und einer Drehbewegung des Rotors einen geringen Drehwiderstand entgegensetzt, also ein geringes Bremsmoment auf den Wälzkörper und den Rotor ausübt. Dadurch braucht der Bediener nur ein geringes Drehmoment auf das Stellelement auszuüben, um das Stellelement verdrehen zu können. Das Stellelement fühlt sich beispielsweise leichtgängig an. Die hohe Widerstandscharakteristik kann einen Zustand des magnetorheologischen Mediums repräsentieren, in dem das magnetorheologische Medium der Drehbewegung des Wälzkörpers und des Rotors einen im Vergleich zum geringen Drehwiderstand hohen Drehwiderstand entgegensetzt, also ein hohes Bremsmoment auf den Wälzkörper und den Rotor ausübt. Dadurch muss der Bediener ein hohes Drehmoment auf das Stellelement ausüben, um das Stellelement verdrehen zu können. Das Stellelement fühlt sich beispielsweise schwergängig an. Der hohe Drehwiderstand kann auch so groß sein, dass das Stellelement gesperrt ist.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.

Ein Steuergerät kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen des Steuergeräts umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine schematische Teildarstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 eine schematische Teildarstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Stellvorrichtung.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung 100 für ein Fahrzeug. Die Stellvorrichtung 100 ist beispielsweise dazu ausgebildet, um eine beliebige Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs zu bedienen. Beispielsweise kann die Stellvorrichtung 100 durch einen Insassen des Fahrzeugs manuell betätigt werden, z. B. über ein Stellelement. Die Stellvorrichtung 100 weist ein erstes Wirkelement 105, ein zweites Wirkelement 110, zumindest einen Wälzkörper 115, einen Wälzkörperkäfig 120, magnetorheologisches Medium 125 und eine Spule 130 auf.

Das erste Wirkelement 105 und das zweite Wirkelement 110 sind relativ zueinander drehbar gelagert. Das erste Wirkelement 105 ist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel außenliegend angeordnet und als Rotor ausgeführt. Das zweite Wirkelement 110 ist beispielhaft innenliegend angeordnet und als Stator ausgeführt. Das erste Wirkelement 105 ist mit einem Stellelement koppelbar. Das zweite Wirkelement 110 weist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine Zahnkontur auf.

Der Wälzkörper 115 und der Wälzkörperkäfig 120 bilden zusammen eine Wälzkörpereinheit 135. Die Wälzkörpereinheit 135 ist ausgebildet, um in die Zahnkontur einzugreifen. In Fig. 1 ist beispielhaft lediglich eine Wälzkörpereinheit 135 dargestellt. Die Stellvorrichtung 100 kann eine Mehrzahl von Wälzkörpereinheiten 135 aufweisen, wobei jede der Wälzkörpereinheiten 135 in einer eigenen Zahnkontur angeordnet sein kann.

Die mindestens eine Wälzkörpereinheit 135 ist in einem Zwischenraum 140 zwischen dem ersten Wirkelement 105 und dem zweiten Wirkelement 110 angeordnet. Die mindestens eine Wälzkörpereinheit 135 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als eine Lagerstelle zum Lagern des ersten Wirkelements 105 bezüglich des zweiten Wirkelements 110 ausgeformt. Der Wälzkörper 115 der Wälzkörpereinheit 135 ist kraftschlüssig mit dem ersten Wirkelement 105 gekoppelt und an dem Wälzkörperkäfig 120 gelagert. Der Wälzkörperkäfig 120 ist formschlüssig mit dem zweiten Wirkelement 110 gekoppelt. Der Wälzkörperkäfig 120 ist ausgebildet, um den Wälzkörper 115 zu führen und um eine Berührung des Wälzkörpers 115 mit anderen Wälzkörpern zu verhindern. Ferner verhindert der Wälzkörperkäfig 120 ein Herausfallen oder Herausrutschen des Wälzkörpers 115 aus der Führung.

Zusätzlich weist die Wälzkörpereinheit 135 ein Federelement 145 auf. Das Federelement 145 ist ausgebildet, um den Wälzkörper 115 federnd relativ zu dem Wälzkörperkäfig 120 zu lagern. Insbesondere ist das Federelement 145 ausgebildet, um oen Wälzkörper 115 radial bezüglich einer Drehachse des ersten Wirkelements 105 federnd zu lagern. Je nach Ausführungsbeispiel ist das Federelement 145 aus einem magnetisch leitenden Material oder aus einem magnetisch nicht-leitenden Material ausgeformt.

Das magnetorheologische Medium 125 ist in dem Zwischenraum 140 zwischen dem ersten Wirkelement 105 und dem zweiten Wirkelement 110 angeordnet. Das magnetorheologische Medium 125 ist ausgebildet, um in Bezug auf das zweite Wirkelement 110 in einem Ruhezustand eine geringe Widerstandscharakteristik für eine Drehbewegung des Wälzkörpers 115 und des ersten Wirkelements 105 und in einem Aktivierungszustand eine hohe Widerstandscharakteristik für die Drehbewegung des Wälzkörpers 115 und des ersten Wirkelements 105 zu bewirken.

Die Spule 130 ist beispielhaft an dem zweiten Wirkelement 110 angeordnet. Die Spule 130 ist ausgebildet, um abhängig von einer Bestromung der Spule 130 ein Magnetfeld zu erzeugen. Das Magnetfeld versetzt das magnetorheologische Medium 125 in den Aktivierungszustand.

In dem Aktivierungszustand ist die Drehbewegung des Wälzkörpers 115 und des ersten Wirkelements 105 kaum möglich, es wirkt ein hohes Bremsmoment auf den Wälzkörper 115 und das erste Wirkelement 105. In dem Aktivierungszustand bildet das magnetorheologische Medium 125 Keile zwischen dem Wälzkörper 115 und dem Wälzkörperkäfig 120 sowie zwischen dem Wälzkörper 115 und dem ersten Wirkelement 105.

In einem unbestromten Zustand der Spule 130 wird das magnetorheologische 125 in einen Ruhezustand versetzt. Im Ruhezustand ist die Drehbewegung des Wälzkörpers 115 und des ersten Wirkelements 105 möglich, ohne dass ein Bremsmoment auf das erste Wirkelement 105 wirkt.

Bei einer Drehbewegung des ersten Wirkelements 105 drückt der Innenumfang des ersten Wirkelements 105 an den Wälzkörper 115, wodurch der Wälzkörper 115 ebenfalls eine Drehbewegung ausführt. Der Wälzkörper 115 ist in dem Wälzkörperkäfig 120 gelagert. Die Wälzkörpereinheit 135 verbleibt bei einer Drehbewegung des ersten Wirkelements 105 und des Wälzkörpers 120 in der jeweiligen Zahnkontur des zweiten Wirkelements 110.

Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das erste Wirkelement 105 außenliegend als Stator ausgeführt und das zweite Wirkelement 110 innenliegend als Rotor ausgeführt.

Fig. 2 zeigt eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung 100. Dabei handelt es sich um die in Fig. 1 erwähnte Stellvorrichtung 100 oder eine ähnliche Stellvorrichtung.

Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spule unbestromt. Demnach befindet sich das magnetorheologische Medium 125 in einem Ruhezustand. Es wirkt kein Bremsmoment auf den Wälzkörper 115 und das erste Wirkelement 105. Das erste Wirkelement 105 ist im Ruhezustand drehbar, ebenso der Wälzkörper 115.

Die Wälzkörpereinheit 135 befindet sich in einer Zahnkontur 210 des zweiten Wirkelements 110, genauer gesagt in einem Tal zwischen zwei benachbarten Zähnen der Zahnkontur 210. Es ist eine Gleitfläche 205 des Wälzkörperkäfigs 120 dargestellt, ebenso eine Lagerung 200 des Wälzkörpers 115. Fig. 3 zeigt eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung 100. Dabei handelt es sich um die in Fig. 1 und Fig. 2 erwähnte Stellvorrichtung 100 oder eine ähnliche Stellvorrichtung.

In Fig. 3 ist die Spule in einem bestromten Zustand gezeigt. Demnach befindet sich das magnetorheologische Medium 125 in einem Aktivierungszustand. Es wirkt ein hohes Bremsmoment auf das erste Wirkelement 105 und den Wälzkörper 115. Das erste Wirkelement 105 ist im Aktivierungszustand kaum bzw. gar nicht drehbar, ebenso der Wälzkörper 115.

In dem Aktivierungszustand bildet das magnetorheologische Medium 125 Keile 300 zwischen dem Wälzkörper 115 und dem Wälzkörperkäfig 120 sowie zwischen dem Wälzkörper 115 und dem ersten Wirkelement 105. Die Keile 300 werden entlang einer in Fig. 3 exemplarisch dargestellten Magnetfeldlinie 305 bzw. entlang dem magnetischen Fluss der bestromten Spule erzeugt. Das hohe Bremsmoment bewirkt eine Verschiebung der Wälzkörpereinheit 135 in Richtung des ersten Wirkelements 105. Dabei wird der Wälzkörper 115 an den Innenumfang des ersten Wirkelements 105 bzw. an die Keile 300 gedrückt. Die Wälzkörpereinheit 135 verrutscht bzw. springt jedoch nicht in die nächste Zahnkontur. Die Wälzkörpereinheit 135 verbleibt, unabhängig von der Höhe des Bremsmomentes in der Zahnkontur.

Die Keile 300 verhindern eine Drehbewegung des Wälzkörpers 115 und des ersten Wirkelements 105 fast vollständig oder vollständig. Die Drehrichtung 310 der Drehbewegungen ist mittels eines Pfeils dargestellt.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen Figuren die bereits genannten Ausführungsbeispiele zusammengefasst kurz erläutert.

Zur besseren Darstellbarkeit ist der Aktor in Fig. 2 und Fig. 3 nur ausschnittsweise und als lineare Ausführung dargestellt. Die Stellvorrichtung 100, die auch als MRF-Aktor bezeichnet werden kann, weist zumindest einen Wälzkörper 115 auf, der über einen Wälzkörperkäfig 120 und ein Federelement 145, die auch als käfigartiger Federmechanismus bezeichnet werden können, an das erste Wirkelement 105, das als eine äußere Wirkfläche für den Wälzkörper 115 fungiert, angedrückt.

Das Federelement 145, das auch als Federmechanismus bezeichnet werden kann, stützt sich dabei radial beweglich gegen die Zahnkontur 210, die auch als Zahngeometrie bezeichnet werden kann, auf dem zweiten Wirkelement 110, das auch als innerer Wirkradius bezeichnet werden kann, ab. Die Zahnkontur 210 ist derart gestaltet, dass ein Durchrutschen des Wälzkörperkäfigs 120 mit den Wälzkörpern 115 ausgeschlossen werden kann.

In einem unbestromten Zustand, der auch als Leerlauf des Aktors bezeichnet werden kann, rollen die Wälzkörper 115 auf dem ersten Wirkelement 105 ab und der Wälzkörperkäfig 120 liegt in den Tälern der Zahnkontur 210, wie es beispielhaft in Fig. 2 dargestellt ist.

Sobald mit einem magnetischen Feld ein Widerstandsmoment durch das magnetorheologische Medium 125 erzeugt wird, wirkt dieses Moment auch auf die Wälzkörpereinheit 135. In Abhängigkeit der Federkraft, der magnetischen Wechselwirkung zwischen Zahnkontur 210 und Federelement 145 sowie der Steigung der Zahnkonturflanken schiebt sich der angefederte Wälzkörperkäfig 120 gegen die Zahnflanke nach außen, wie es beispielhaft in Fig. 3 dargestellt ist. Hierbei wird die Aufhängung der Wälzkörper 115 elastisch verformt, bis ein Kräftegleichgewicht erreicht ist, wobei sich die Distanz bzw. der Spalt zwischen zweitem Wirkelement 110 und Wälzkörpermantel verringert.

Da die Spaltbreite maßgeblich für die Erzeugung eines Widerstandsmoments im magnetorheologischen Medium 125 ist und zudem die Kraftabstützung an dem ersten Wirkelement 105 durch den magnetischen Wirkbereich erfolgt, ist mit einer Zu- nähme des erzeugten Moments zu rechnen. Zusätzlich können bei einem magnetisch leitenden Federelement 145 magnetische Scherkräfte zwischen den Zahnkonturflanken und der Federelementauflage entstehen.

Mit zunehmendem Bremsmoment wandert die Gleitfläche 205, die auch als Auflagefläche bezeichnet werden kann, des Federmechanismus radial nach außen, bis eine Berührung mit dem Wälzkörper 115 erfolgt. Die Gleitfläche 205 wird somit zwischen Wälzkörper 115 und Zahnkonturflanke geklemmt und blockiert die Rotation des Aktors zusätzlich.

Wird das magnetische Feld ausreichend reduziert, drückt das Federelement 145 sich selbst zurück entlang der Zahnkonturflanke 210 und gibt den Aktor wieder frei.

Wird die Drehrichtung 310 bei aktiviertem magnetischem Feld umgekehrt, hat das System ein durch die Geometrie und die magnetische Wechselwirkung zwischen Federelement 145 und Zahnkontur 210 definiertes Spiel mit verringertem Widerstandsmoment. Dieses Spiel kann genutzt werden, um den Drehrichtungswechsel sensorisch zu erfassen.

Das Federelement 145 kann aus magnetisch leitfähigem Material oder auch aus magnetisch nicht-leitfähigem Material hergestellt sein. Die Materialauswahl hat Einfluss auf den magnetischen Fluss und die Krafterzeugung innerhalb des Aktors.

Falls kein Blockiermoment gewünscht ist, kann die radiale Bewegung des Federelements 145 reduziert oder auch komplett vermieden werden.

Da die Wälzkörper 115 spielfrei an das erste Wirkelement 105 gedrückt werden, kann der Wirkmechanismus als Lagerstelle fungieren.

Da der Wälzkörperkäfig 120 nicht wie in Fig. 1 bis 3 dargestellt am zweiten Wirkelement 110, das auch als Stator bezeichnet werden kann, appliziert zu sein braucht, kann die Ausführung des Aktors wahlweise mit stehender Welle oder drehender Welle erfolgen. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um die in Fig. 1 bis 3 beschriebene Stellvorrichtung 100 oder eine ähnliche Stellvorrichtung.

Die Stellvorrichtung 100 weist ein Steuergerät 400, einen Versorgungsanschluss 405 und eine Schalteinrichtung 410 auf. Ferner ist die Spule 130 der Stellvorrichtung 100 gezeigt.

Der Versorgungsanschluss 405 ist ausgebildet, um elektrische Energie einzuspeisen, um die Spule 130 zu betreiben. Die Schalteinrichtung 410 ist beispielhaft zwischen den Versorgungsanschluss 405 und die Spule 130 geschaltet. Das Steuergerät 400 ist signalübertragungsfähig mit der Schalteinrichtung 410 verbunden. Das Steuergerät 400 ist ausgebildet, um ein Steuersignal 415 zum Bewirken der Bestromung der Spule 130 an die Schalteinrichtung 410 auszugeben. Die Schalteinrichtung 410 ist ausgebildet, um für die Bestromung der Spule 130 ansprechend auf das Steuersignal 415 eine Verschaltung zwischen dem Versorgungsanschluss 405 und den Anschlüssen der Spule 130 zu bewirken. Die Verschaltung bewirkt eine Bestromung der Spule 130.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei handelt es sich um die in Fig. 1 bis Fig. 4 beschriebene Stellvorrichtung 100 oder eine ähnliche Stellvorrichtung. Die Stellvorrichtung 100 ist beispielhaft an einem Lenkrad 500 eines Fahrzeugs angeordnet. An dem ersten Wirkelement der Stellvorrichtung 100 ist beispielhaft ein Stellelement 505 starr angeordnet. Das Stellelement 505 ist von einem Insassen des Fahrzeugs manuell durch eine Drehbewegung 510 betätigbar, genauer gesagt drehbar. Gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele ist das Stellelement 505 Teil der Stellvorrichtung 100 oder mit der Stellvorrichtung 100 koppelbar.

Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 600 zum Betreiben einer Stellvorrichtung. Die Stellvorrichtung entspricht oder ähnelt hierbei der in Fig. 1 bis Fig. 3 beschriebenen Stellvorrichtungen. Das Verfahren 600 weist einen Schritt 605 des Bestromens der Spule auf. Der Schritt 605 wird ausgeführt, um das Magnetfeld zu erzeugen, um das magnetorheologische Medium in den Aktivierungszustand zu versetzen.

Ferner weist das Verfahren 600 einen Schritt 615 des Deaktivierens der Spule auf. Der Schritt 615 wird ausgeführt, um das Magnetfeld zu deaktivieren, um das magnetorheologische Medium in den Ruhezustand zu versetzen.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.

Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Bezugszeichen

Stellvorrichtung erstes Wirkelement zweites Wirkelement

Wälzkörper

Wälzkörperkäfig magnetorheologisches Medium

Spule

Wälzkörpereinheit

Zwischenraum

Federelement

Lagerung des Wälzkörpers

Gleitfläche

Zahnkontur

Keile

Magnetfeldlinie

Drehrichtung

Steuergerät

Versorgungsanschluss

Schalteinrichtung

Steuersignal

Lenkrad

Stellelement

Drehbewegung

Verfahren zum Betreiben einer Stellvorrichtung

Schritt des Bestromens

Schritt des Deaktivierens