Titel MAGNETORHEOLOGISCHE EINRICHTUNG UND FAHRZEUG MIT SO EINER EINRICHTUNG

Die Erfindung betrifft eine magnetorheologische Einrichtung, mit einem Gehäuse, mit zumindest einem ersten Element, das in einem Innenraum des Gehäuses drehfest auf einer drehbar gelagerten Antriebswelle angeordnet ist, mit einem zweiten Element, das dem ersten Element gegenüberliegend in dem Innenraum angeordnet ist, mit einem Zwischenraum zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element, wobei der Zwischenraum mit einem magnetorheologischen Fluid befüllbar oder befüllt ist, und mit einem Magnetfelderzeuger, der dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Viskosität des in dem Zwischenraum vorhandenen magnetorheologischen Fluids beeinflusst.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit der magnetorheologischen Einrichtung.

Stand der Technik

Eine magnetorheologische Einrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der Patentschrift US 7,490,707 B2 bekannt. Diese offenbart eine magnetorheologische Einrichtung, die als Kupplungseinrichtung ausgebildet ist. Die Einrichtung weist ein Gehäuse auf, in dessen Innenraum ein erstes Element drehfest auf einer drehbar gelagerten Antriebswelle angeordnet ist. Bei dem ersten Element handelt es sich demnach um einen Rotor. Außerdem ist in dem Innenraum des Gehäuses ein zweites Element dem ersten Element gegenüberliegend angeordnet. Bei dem zweiten Element handelt es sich gemäß der vorbekannten magnetorheologischen Einrichtung ebenfalls um einen Rotor. Das erste Element und das zweite Element sind voneinander beabstandet, sodass zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ein Zwischenraum vorhanden ist. Der Zwischenraum ist mit einem magnetorheologischen Fluid befüllt. Unter einem magnetorheologischen Fluid ist dabei ein Fluid zu verstehen, dessen Viskosität sich unter Einfluss eines

Magnetfelds verändert. Beispielsweise handelt es sich bei dem

magnetorheologischen Fluid um eine Suspension von magnetisch

polarisierbaren Partikeln, die in einer Trägerflüssigkeit fein verteilt sind. Letztlich weist die vorbekannte magnetorheologische Einrichtung einen

Magnetfelderzeuger auf, der dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, das die Viskosität des in dem Zwischenraum vorhandenen

magnetorheologischen Fluids beeinflusst. Soll beispielsweise das erste Element mit dem als Rotor ausgebildeten zweiten Element gekoppelt werden, um ein Drehmoment von dem ersten Element auf das zweite Element zu übertragen, so wird durch den Magnetfelderzeuger ein Magnetfeld erzeugt, durch das die Viskosität des magnetorheologischen Fluids gesteigert wird.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2015 120 155 Al ist außerdem eine magnetorheologische Einrichtung bekannt, die als Bremseinrichtung ausgebildet ist. In diesem Fall handelt es sich bei dem zweiten Element um einen drehfest mit dem Gehäuse verbundenen Stator.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße magnetorheologische Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein verzögernd auf das erste Element wirkendes Restmoment verglichen mit vorbekannten magnetorheologischen Einrichtungen geringer ist. Unter dem Restmoment ist dabei das Moment zu verstehen, das verzögernd auf das erste Element einwirkt, wenn durch den Magnetfelderzeuger kein Magnetfeld erzeugt wird. Das Restmoment kommt insbesondere dadurch zustande, dass mit dem ersten Element in Kontakt stehendes magnetorheologisches Fluid auch dann, wenn kein Magnetfeld durch den Magnetfelderzeuger erzeugt wird, eine Viskosität aufweist, die ausreicht, um ein verzögernd auf das erste Element wirkendes Moment bereitzustellen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste Element und/oder das zweite Element axial verschiebbar sind, wobei in einer ersten Schiebestellung ein Volumen des Zwischenraums kleiner ist als in einer zweiten Schiebestellung, wobei in der ersten Schiebestellung ein Fluidvolumen des in dem Zwischenraum vorhandenen Fluids zumindest im Wesentlichen dem Volumen des

Zwischenraums entspricht, und wobei in der zweiten Schiebestellung das Fluidvolumen des in dem Zwischenraum vorhandenen Fluids kleiner ist als das Volumen des Zwischenraums. Vorzugsweise handelt es sich bei dem

Zwischenraum um einen Zwischenraum zwischen einer ersten Stirnseite des ersten Elementes und einer der ersten Stirnseite zugewandten zweiten Stirnseite des zweiten Elementes. Unter einer Stirnseite ist dabei eine Seite zu verstehen, die senkrecht zu einer Rotationsachse des ersten Elementes verläuft. Das Volumen des Zwischenraums ist dann durch eine axiale Verschiebung des ersten Elementes und/oder des zweiten Elementes einfach veränderbar.

Vorzugsweise sind das erste Element und/oder das zweite Element

scheibenförmig ausgebildet. Unter der ersten Schiebestellung ist eine Stellung der beiden Elemente relativ zueinander zu verstehen, in der die Elemente beziehungsweise deren Stirnseiten einen bestimmten ersten axialen Abstand zueinander aufweisen. Unter der zweiten Schiebestellung ist eine Stellung der beiden Elemente relativ zueinander zu verstehen, in der die Elemente

beziehungsweise deren Stirnseiten einen bestimmten zweiten axialen Abstand zueinander aufweisen. Vorzugsweise ist der zweite axiale Abstand größer als der erste axiale Abstand. Ausgehend von der ersten Schiebestellung ist die zweite Schiebestellung durch axiales Verschieben des ersten Elementes und/oder des zweiten Elementes einstellbar. Ausgehend von der zweiten Schiebestellung ist die erste Schiebestellung durch axiales Verschieben des ersten Elementes und/oder des zweiten Elementes einstellbar. In der ersten Schiebestellung wird der Zwischenraum zumindest im Wesentlichen durch das Fluid ausgefüllt. Wird in der ersten Schiebestellung durch den Magnetfelderzeuger ein Magnetfeld erzeugt, wird die Viskosität des in dem Zwischenraum vorhandenen Fluids gesteigert und es ist ein Drehmoment durch das Fluid von dem zweiten Element auf das erste Element beziehungsweise durch das Fluid von dem ersten Element auf das zweite Element übertragbar. Wird in der ersten Schiebestellung kein Magnetfeld durch den Magnetfelderzeuger erzeugt, so wirkt auf das erste Element dennoch ein das erste Element verzögerndes Restmoment, weil das erste Element beziehungsweise dessen Stirnseite, also die erste Stirnseite, in Berührkontakt mit dem magnetorheologischen Fluid steht. In der zweiten

Schiebestellung ist das Fluidvolumen des in dem Zwischenraum vorhandenen Fluids kleiner als das Volumen des Zwischenraums. Ein Bereich des Elementes beziehungsweise ein Bereich der ersten Stirnseite, der in der zweiten

Schiebestellung mit dem Fluid in Berührkontakt steht, ist deshalb geringer als in der ersten Schiebestellung. Somit wird durch das Fluid in der zweiten

Schiebestellung ein geringeres das erste Element verzögerndes Restmoment bereitgestellt als in der ersten Schiebestellung. Vorzugsweise handelt es sich bei dem zweiten Element um einen drehtest an dem Gehäuse angeordneten Stator. Vorzugsweise ist der Stator in das Gehäuse integriert. Die magnetorheologische Einrichtung ist dann als Bremseinrichtung ausgebildet. Alternativ dazu handelt es sich bei dem zweiten Element vorzugsweise um einen Rotor, der drehtest auf einer Abtriebswelle angeordnet ist. Bei der magnetorheologischen Einrichtung handelt es sich dann um eine Kupplungseinrichtung. Vorzugsweise ist der Magnetfelderzeuger dazu ausgebildet, das Magnetfeld derart zu erzeugen, dass durch das Magnetfeld ausgehend von der zweiten Schiebestellung das erste und/oder das zweite Element derart axial verschoben werden, dass die erste Schiebestellung eingestellt wird. Der Magnetfelderzeuger bildet demnach einen Aktuator zum axialen Verschieben des ersten Elementes und/oder des zweiten Elementes.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das

Fluidvolumen des in der ersten Schiebestellung in dem Zwischenraum

vorhandenen Fluids dem Fluidvolumen des in der zweiten Schiebestellung in dem Zwischenraum vorhandenen Fluids entspricht. Vorzugsweise entspricht das Fluidvolumen des in dem Zwischenraum vorhandenen Fluids einem

Gesamtvolumen des Fluids der magnetorheologischen Einrichtung. Weil das Volumen des Zwischenraums in der zweiten Schiebestellung größer ist als in der ersten Schiebestellung, sammelt sich das in dem Zwischenraum vorhandene Fluid aufgrund der Schwerkraft in einem unteren Bereich des Zwischenraums an. Ein Kontaktbereich zwischen der ersten Stirnseite und dem

magnetorheologischen Fluid ist dann in der zweiten Schiebestellung kleiner als in der ersten Schiebestellung. Es handelt sich dabei um eine technisch einfache Lösung zur Verringerung des Restmomentes. Optional sind gemäß dieser Ausführungsform sowohl das erste Element als auch das zweite Element radialdicht in dem Gehäuse angeordnet. Alternativ dazu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die magnetorheologische Einrichtung eine Fluidspeichereinrichtung aufweist, die außerhalb des

Innenraums des Gehäuses angeordnet und fluidtechnisch mit dem

Zwischenraum verbunden ist, wobei zumindest ein Anteil des Fluidvolumens des in der ersten Schiebestellung in dem Zwischenraum vorhandenen Fluids in der zweiten Schiebestellung in die Fluidspeichereinrichtung verlagert ist. Auch durch die Verlagerung des Fluids in die Fluidspeichereinrichtung ist eine Verringerung der Kontaktfläche der ersten Stirnseite mit dem magnetorheologischen Fluid und damit eine Verringerung des Restmoments erreichbar. Vorzugsweise ist in der zweiten Schiebestellung im Wesentlichen das gesamte magnetorheologische Fluid der magnetorheologischen Einrichtung in die Fluidspeichereinrichtung verlagert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zur fluidtechnischen Verbindung der Fluidspeichereinrichtung mit dem Zwischenraum ein erster Fluidkanal vorgesehen, der in den Zwischenraum mündet. Durch den ersten Fluidkanal ist gewährleistet, dass beim Verschieben des ersten Elementes und/oder des zweiten Elementes von der ersten Schiebestellung in die zweite Schiebestellung das Fluid zumindest anteilig in die Fluidspeichereinrichtung verlagerbar ist. Außerdem ist gewährleistet, dass beim Verschieben des ersten Elementes und/oder des zweiten Elementes von der zweiten Schiebestellung in die erste Schiebestellung Fluid von der Fluidspeichereinrichtung in den Innenraum zurück verlagerbar ist. Vorzugsweise ist das zweite Element axial feststehend in dem Gehäuse angeordnet. In diesem Fall ist das erste Element axial verschiebbar.

Der erste Fluidkanal mündet dann vorzugsweise im Bereich der zweiten

Stirnseite in den Zwischenraum. Dies ist derart zu verstehen, dass eine Mündung des ersten Fluidkanals in einer Mantelinnenwand des Gehäuses ausgebildet ist. Die Mündung befindet sich allerdings bezogen auf die Axialerstreckung des Gehäuses im Bereich der zweiten Stirnseite. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass sich das Fluid beim axialen Verschieben des ersten Elementes von der zweiten Schiebestellung in die erste Schiebestellung entlang der zweiten Stirnseite verteilt, sodass der Zwischenraum gleichmäßig befüllt wird.

Vorzugsweise weist die Fluidspeichereinrichtung einen unterhalb des

Zwischenraums angeordneten Zylinder auf, in dem ein Kolben radialdicht und axial verschiebbar gelagert ist, der mit dem axial verschiebbaren ersten Element oder mit dem axial verschiebbaren zweiten Element gekoppelt ist. Durch die Kopplung des Kolbens mit dem axial verschiebbaren ersten Element oder mit dem axial verschiebbaren zweiten Element wird gewährleistet, dass in der zweiten Schiebestellung in dem Zylinder vorhandenes Fluid beim Verschieben des ersten Elementes beziehungsweise des zweiten Elements in den

Zwischenraum rückverlagert wird. Hierzu ist der erste Fluidkanal vorzugsweise zwischen dem Zwischenraum und dem Kolben vorgesehen.

Vorzugsweise weist die Einrichtung einen zweiten Fluidkanal auf, durch den der Zylinder mit dem Zwischenraum fluidtechnisch verbunden ist, wobei dem zweiten Fluidkanal eine betätigbare Verschlusseinrichtung zugeordnet ist, die einen Querschnitt des zweiten Fluidkanals zumindest in der ersten Schiebestellung sperrt und zumindest in der zweiten Schiebestellung freigibt. Vorzugsweise wird der Querschnitt des zweiten Fluidkanals durch die Verschlusseinrichtung beim Übergang von der ersten Schiebestellung in die zweite Schiebestellung sukzessive freigegeben und beim Übergang von der zweiten Schiebestellung in die erste Schiebestellung sukzessive gesperrt. Durch den zweiten Fluidkanal wird erreicht, dass in der zweiten Schiebestellung in dem Zwischenraum vorhandenes Fluid schnell in den Zylinder abfließen kann. Dadurch, dass der Querschnitt des zweiten Fluidkanals in der ersten Schiebestellung gesperrt ist, wird verhindert, dass das Fluid in der ersten Schiebestellung aus dem

Zwischenraum durch den zweiten Fluidkanal abfließt. Vorzugsweise weist der zweite Fluidkanal einen Querschnitt auf, der größer ist als ein Querschnitt des ersten Fluidkanals. Vorzugsweise ist die Verschlusseinrichtung als

Verschlussklappe ausgebildet, die durch den Kolben betätigbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Stirnseite des ersten Elementes und die der ersten Stirnseite zugewandte zweite Stirnseite des zweiten Elementes jeweils mehrere ringförmige Erhebungen aufweisen, wobei die Erhebungen koaxial zu der Rotationsachse des ersten Elementes angeordnet sind, und wobei die Erhebungen der einen Stirnseite zumindest in der ersten Schiebestellung in Zwischenräume zwischen

Erhebungen der anderen Stirnseite axial eingreifen. Die erste Stirnseite und die zweite Stirnseite sind demnach durch die Erhebungen uneben ausgebildet. Unter der koaxialen Anordnung der Erhebungen ist zu verstehen, dass die

Rotationsachse durch Mittelpunkte der Ringformen der Erhebungen verläuft. Durch die Erhebungen wird zum einen zumindest in der ersten Schiebestellung eine vorteilhaft große Kontaktfläche zwischen der ersten Stirnseite und dem Fluid bereitgestellt. Außerdem wird durch die Erhebungen eine vorteilhafte Ausrichtung von Magnetfeldlinien eines durch den Magnetfelderzeuger erzeugten

Magnetfelds gewährleistet. Die Magnetfeldlinien verlaufen dabei zumindest in der ersten Schiebestellung im Bereich der ersten Stirnseite und der zweiten

Stirnseite stets abwechselnd durch eine Erhebung der ersten Stirnseite und eine Erhebung der zweiten Stirnseite. Zwischen zwei Erhebungen verlaufen die Magnetfeldlinien jeweils durch den Zwischenraum. Dabei werden die

Magnetfeldlinien im Bereich jeder der Erhebungen jeweils um etwa 90° umgelenkt, sodass die Magnetfeldlinien im Bereich der Stirnseiten und des Zwischenraums insgesamt einen sinusförmigen Verlauf aufweisen, wobei eine Achse, um die die Sinusform des Verlaufs schwingt, senkrecht zu der

Rotationsachse des ersten Elementes ausgerichtet ist. Vorzugsweise ist der Magnetfelderzeuger dem zweiten Element zugeordnet. Hierzu ist der

Magnetfelderzeuger beispielsweise in das zweite Element beziehungsweise das als Stator ausgebildete zweite Element integriert. Zwischen dem

Magnetfelderzeuger und der zweiten Stirnseite ist dann vorzugsweise eine Kühleinrichtung angeordnet. Durch die Erhebungen wird gewährleistet, dass der Bereich, in dem die Kühleinrichtung angeordnet ist, im Wesentlichen

magnetfeldlinienfrei ist. Vorzugsweise weisen die Erhebungen der ersten

Stirnseite und die Erhebungen der zweiten Stirnseite jeweils einen

ferromagnetischen Werkstoff, insbesondere einen Stahl-Werkstoff, auf.

Vorzugsweise weist das erste Element abgesehen von den Erhebungen der ersten Stirnseite einen paramagnetischen Werkstoff auf.

Vorzugsweise weist ein Querschnitt zumindest einer der Erhebungen eine Dreieckform auf. Durch die Dreieckform wird eine besonders vorteilhafte

Ausrichtung der Magnetfeldlinien erreicht. Insbesondere weist zumindest ein Schenkel der Dreieckform eine Krümmung auf. Hierdurch ist die Ausrichtung der Magnetfeldlinien besonders präzise anpassbar. Vorzugsweise weist zumindest eine der Stirnseiten zumindest zwei Erhebungen auf, die sich bezüglich ihres Querschnitts voneinander unterscheiden.

Vorzugsweise weist die erste Stirnseite zumindest zwei derartige Erhebungen auf. Beispielsweise unterscheiden sich die Querschnitte insofern, als dass eine Axialerstreckung einer der Erhebungen größer ist als eine Axialerstreckung einer anderen der Erhebungen. Vorzugsweise weist dann die Erhebung, die die größere Axialerstreckung aufweist, einen geringeren Abstand zu der

Rotationsachse auf als die Erhebung, die die kleinere Axialerstreckung aufweist. Hierdurch wird ein zumindest im Wesentlichen homogener Wärmestrom von der ersten Stirnseite zu der Kühleinrichtung gewährleistet, wodurch eine Kühlung der ersten Stirnseite insbesondere in einem radial innenliegenden Bereich der ersten Stirnseite verbessert wird.

Vorzugsweise weist ein Spalt zwischen einer Erhebung der ersten Stirnseite und einer nächstgelegenen Erhebung der zweiten Stirnseite in der ersten

Schiebestellung eine Breite auf, die kleiner ist als ein Fußspalt zwischen benachbarten Erhebungen der ersten Stirnseite und/oder benachbarten

Erhebungen der zweiten Stirnseite. Unter dem Spalt ist dabei beispielsweise ein Abstand zwischen einem Schenkel der Dreiecksform einer Erhebung der ersten Stirnseite und einem dem Schenkel zugewandten Schenkel der Dreiecksform der nächstgelegenen Erhebung der zweiten Stirnseite zu verstehen. Es ergibt sich daraus der Vorteil, dass ein magnetischer Kurzschluss zwischen einzelnen Erhebungen der ersten Stirnseite beziehungsweise zwischen einzelnen

Erhebungen der zweiten Stirnseite vermieden wird.

Vorzugsweise weist die Einrichtung zumindest ein diamagnetisches oder paramagnetisches ringförmiges Element auf, das in dem Fußspalt zwischen zwei benachbarten Erhebungen angeordnet ist. Das ringförmige Element ist also zwischen benachbarten Erhebungen der ersten Stirnseite oder benachbarten Erhebungen der zweiten Stirnseite angeordnet. Auch hierdurch wird der magnetische Kurzschluss zwischen Erhebungen der ersten Stirnseite

beziehungsweise Erhebungen der zweiten Stirnseite vermieden. Optional ist der Fußspalt gemäß dieser Ausführungsform kleiner als der Spalt zwischen der Erhebung der ersten Stirnseite und der nächstgelegenen Erhebung der zweiten Stirnseite. Vorzugsweise weist zumindest eine Erhebung der zweiten Stirnseite einen Radialdurchbruch auf. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass sich das Fluid beim Verschieben des ersten Elementes und/oder des zweiten Elementes von der zweiten Schiebestellung in die erste Schiebestellung besonders schnell entlang der zweiten Stirnseite verteilt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Element zumindest einen Gaskanal aufweist, der von einer in der ersten

Stirnseite ausgebildeten ersten Öffnung zu einer zweiten Öffnung führt, die in einer von der ersten Stirnseite abgewandten weiteren Stirnseite des ersten Elementes ausgebildet ist, wobei die erste Öffnung weiter von der

Rotationsachse entfernt ist als die zweite Öffnung. Durch den Gaskanal wird ein Druckausgleich beim Verschieben des ersten Elementes und/oder des zweiten Elements erreicht. Dadurch, dass die erste Öffnung weiter von der

Rotationsachse entfernt ist als die zweite Öffnung, wird erreicht, dass im Betrieb des ersten Elementes, wenn also das erste Element durch die Antriebswelle gedreht wird, Gase oder Flüssigkeiten den Gaskanal entgegen einer

Zentrifugalbeschleunigung passieren müssen. Hierdurch wird ein Passieren des Gaskanals durch das Fluid verhindert beziehungsweise verringert.

Vorzugsweise weist das erste Element zumindest einen Radialvorsprung auf, der ein Mitnahmeelement für das Fluid bildet. Durch den Radialvorsprung wird an einer Mantelinnenwand des Gehäuses vorhandenes Fluid mitgenommen und zu der Fluidspeichereinrichtung transportiert.

Vorzugsweise weist die Einrichtung zumindest ein weiteres erstes Element auf, das in dem Innenraum des Gehäuses drehfest auf der Antriebswelle angeordnet ist, wobei das weitere erste Element einer von der zweiten Stirnseite des zweiten Elementes abgewandten dritten Stirnseite des zweiten Elementes

gegenüberliegt. Das zweite Element ist also zwischen dem ersten Element und dem weiteren ersten Element angeordnet. Zwischen dem weiteren ersten Element und der dritten Stirnseite ist dann ein weiterer, mit dem

magnetorheologischen Fluid befüllbarer oder befüllter Zwischenraum

ausgebildet, wobei durch das durch den Magnetfelderzeuger erzeugte Magnetfeld auch die Viskosität des in dem weiteren Zwischenraum vorhandenen magnetorheologischen Fluids beeinflusst wird. Verglichen mit

Ausführungsformen der magnetorheologischen Einrichtung, die lediglich ein erstes Element aufweisen, ist durch das Vorsehen des weiteren ersten

Elementes ein größeres Drehmoment von der Antriebswelle auf das zweite Element beziehungsweise von dem zweiten Element auf die Antriebswelle übertragbar. Vorzugsweise entspricht das weitere erste Element bezüglich seiner Ausgestaltung im Wesentlichen dem ersten Element. Vorzugsweise ist der Magnetfelderzeuger dazu ausgebildet das erste Element und das weitere erste Element der magnetorheologischen Einrichtung jeweils ausgehend von der zweiten Schiebestellung axial in Richtung des zweiten Elementes zu

verschieben, sodass die erste Schiebestellung eingestellt wird. Der eine

Magnetfelderzeuger bildet somit einen Aktuator zum axialen Verschieben des ersten Elementes und des weiteren ersten Elementes

Das erfindungsgemäße Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 15 durch zumindest eine erfindungsgemäß ausgebildete magnetorheologische Einrichtung aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und

Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Vorzugsweise handelt es sich bei der magnetorheologischen Einrichtung um eine magnetorheologische Bremseinrichtung.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen

Figur 1 eine Schnittdarstellung einer magnetorheologischen Einrichtung in einer ersten Schiebestellung,

Figur 2 eine Schnittdarstellung der magnetorheologischen Einrichtung in einer zweiten Schiebestellung,

Figur 3 eine erste Detailansicht der magnetorheologischen Einrichtung Figur 4 eine zweite Detailansicht der magnetorheologischen Einrichtung und

Figur 5 eine Schnittdarstellung durch eine weitere magnetorheologische

Einrichtung.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine magnetorheologische Einrichtung 1. Die Einrichtung 1 ist Teil eines nicht dargestellten Fahrzeugs. Die Einrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf. Ein erstes Element 4 der magnetorheologischen Einrichtung 1 ist in einem Innenraum 3 des Gehäuses 2 drehfest auf einer drehbar gelagerten Antriebswelle 5 angeordnet. Bei dem ersten Element 4 handelt es sich demnach um einen Rotor 4. Bei der Antriebswelle 5 handelt es sich beispielsweise um eine mit einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs verbundene Antriebswelle 5. Es wird davon ausgegangen, dass das erste Element 4 auch dann in dem Innenraum 3 gelagert ist, wenn das erste Element 4 lediglich abschnittsweise - wie in Figur 1 dargestellt - in dem Innenraum 3 gelagert ist. Die magnetorheologische Einrichtung 1 weist außerdem ein zweites Element 6 auf, das in dem Innenraum 3 angeordnet ist. Vorliegend handelt es sich bei dem zweiten Element 6 um einen drehfest an dem Gehäuse 2 angeordneten Stator 6. Bei der magnetorheologischen Einrichtung 1 handelt es sich somit um eine magnetorheologische Bremseinrichtung 1. Gemäß einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das zweite Element 6 als Rotor ausgebildet, der in dem Gehäuse drehfest auf einer drehbar gelagerten Abtriebswelle angeordnet ist. Bei der magnetorheologischen Einrichtung 1 handelt es sich dann um eine magnetorheologische Kupplungseinrichtung.

Gemäß dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel durchgreift die

Antriebswelle 5 das zweite Element 6. Zwischen der Antriebswelle 5 und dem zweiten Element 6 ist ein Lager 7 angeordnet, das radial sowohl an der

Antriebswelle 5 als auch an dem zweiten Element 6 anliegt und das eine

Drehbewegung der Antriebswelle 5 relativ zu dem zweiten Element 6 ermöglicht. Außerdem ist ein Radialwellendichtring 8 vorgesehen, sodass die Antriebswelle 5 das zweite Element 6 radialdicht durchgreift. Zur Lagerung der Antriebswelle 5 ist außerdem ein Radiallager 49 vorhanden, das vorliegend als Loslager 49 ausgebildet ist. Das erste Element 4 ist axial verschiebbar auf der Antriebswelle 5 angeordnet. Beispielsweise ist das erste Element 4 hierzu durch eine hier nur angedeutete Verzahnung 50 drehfest mit der Antriebswelle 5 verbunden. Bei der Verzahnung 50 handelt es sich beispielsweise um eine Polygonverzahnung oder eine

Keilwellenverzahnung. Zum axialen Verschieben des ersten Elementes 5 weist die magnetorheologische Einrichtung 1 einen nicht dargestellten Aktuator auf.

Der Aktuator ist dazu ausgebildet, das erste Element 4 wahlweise mit einer in Richtung des zweiten Elementes 6 wirkenden Axialkraft oder mit einer dieser Richtung entgegengesetzt wirkenden Axialkraft zu beaufschlagen. Vorliegend ist hierzu ein Bindeglied 9 vorgesehen, das eine erste Kontaktfläche 10 und eine zweite Kontaktfläche 11 für den Aktuator aufweist, und das durch ein erstes eine Axialkraft übertragendes Lager 12 und ein zweites eine Axialkraft übertragendes Lager 13 mit dem ersten Element 4 verbunden ist. Durch die Lager 12 und 13 ist eine Drehung des ersten Elementes 4 relativ zu dem Bindeglied 9 möglich. Zur Abdichtung einer Durchtrittsstelle des ersten Elementes 4 durch das Gehäuse 2 auf einer von dem zweiten Element 6 abgewandten Seite des ersten Elementes 4 weist die magnetorheologische Einrichtung 1 einen Faltenbalg 39 auf. Dieser umschließt das erste Element 4 und ist zwischen dem Gehäuse 2 einerseits und dem Bindeglied 9 andererseits vorgespannt gehalten.

Das erste Element 4 weist eine erste Stirnseite 14 auf. Die erste Stirnseite 14 verläuft senkrecht zu einer Rotationsachse 15 des ersten Elementes 4. Das zweite Element 6 weist eine zweite Stirnseite 16 auf, die der ersten Stirnseite 14 zugewandt ist. Zwischen der ersten Stirnseite 14 und der zweiten Stirnseite 16 ist ein Zwischenraum 17 vorhanden, der mit einem magnetorheologischen Fluid 18 befüllbar/befüllt ist. Gemäß der Darstellung der Figur 1 befindet sich das erste Element 4 in einer ersten Schiebestellung. In der ersten Schiebestellung entspricht ein Volumen des Zwischenraums 17 im Wesentlichen einem

Fluidvolumen des in dem Zwischenraum 17 vorhandenen magnetorheologischen Fluids 18.

Die Einrichtung 1 weist außerdem einen Magnetfelderzeuger 19 auf. Bei dem Magnetfelderzeuger 19 handelt es sich vorliegend um eine koaxial zu dem ersten Element 4 angeordnete Spule 19. Die Spule 19 ist an dem zweiten Element 6 angeordnet. Vorliegend ist die Spule 19 in das zweite Element 6 integriert. Die Spule 19 ist dazu ausgebildet, ein Magnetfeld derart zu erzeugen, dass durch das Magnetfeld eine Viskosität des in dem Zwischenraum 17 vorhandenen magnetorheologischen Fluids 18 beeinflusst wird. Beispielsweise wird durch das Magnetfeld die Viskosität des Fluids 18 erhöht. Durch die Erhöhung der

Viskosität des Fluids 18 ist dann durch das Fluid 18 ein Drehmoment von dem zweiten Element 6 auf das erste Element 4 beziehungsweise von dem ersten Element 4 auf das zweite Element 6 übertragbar. Wird durch die Spule 19 kein Magnetfeld erzeugt, so wird in der ersten Schiebestellung dennoch durch das Fluid 18 ein das erste Element 4 verzögerndes Restmoment auf das erste Element 4 übertragen.

Figur 2 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch die Einrichtung 1, wobei sich das erste Element 4 gemäß Figur 2 in einer zweiten Schiebestellung befindet. In der zweiten Schiebestellung ist ein axialer Abstand zwischen der ersten Stirnseite 14 und der zweiten Stirnseite 16 größer als in der ersten Schiebestellung. Demnach ist auch ein Volumen des Zwischenraums 17 in der zweiten Schiebstellung größer als ein Volumen des Zwischenraums 17 in der ersten Schiebestellung. In der zweiten Schiebestellung ist das Fluidvolumen des in dem Zwischenraum 17 vorhandenen Fluids 18 kleiner als das Volumen des Zwischenraums 17.

Vorliegend ist das in der ersten Schiebestellung in dem Zwischenraum 17 vorhandene Fluid 18 in der zweiten Schiebestellung im Wesentlichen in eine Fluidspeichereinrichtung 20 verlagert. Das Fluidvolumen des in der zweiten Schiebestellung in dem Zwischenraum 17 vorhandenen Fluids 18 ist somit kleiner als das Fluidvolumen des in der ersten Schiebestellung in dem

Zwischenraum 17 vorhandenen Fluids 18. Durch die Verlagerung des Fluids 18 in die Fluidspeichereinrichtung 20 ist in der zweiten Schiebestellung das das erste Element 4 verzögernde Restmoment verglichen mit der ersten

Schiebestellung verringert. In der zweiten Schiebestellung wird durch eine Drehung des ersten Elementes 4 an dem ersten Element 4 anhaftendes Fluid 18 durch eine auf das Fluid 18 wirkende Zentrifugalkraft an eine Mantelinnenwand 38 des Gehäuses 2 verlagert. Das erste Element 4 ist dann im Wesentlichen fluidfrei. Es verbleibt lediglich auf der zweiten Stirnseite 16 ein Restvolumen des Fluids 18. Die Fluidspeichereinrichtung 20 weist einen unterhalb des Zwischenraums 17 angeordneten Zylinder 21 auf. Der Zylinder 21 ist fluidtechnisch mit dem

Zwischenraum 17 verbunden, sodass ein Fluidaustausch zwischen dem Zylinder 21 und dem Zwischenraum 17 möglich ist. In dem Zylinder 21 ist ein Kolben 22 radialdicht und axial verschiebbar gelagert. Der Kolben 22 ist an dem Bindeglied 9 befestigt und somit axial mit dem ersten Element 4 gekoppelt. Wird ausgehend von der zweiten Schiebestellung das erste Element 4 in Richtung des zweiten Elementes 6 axial verschoben, so wird in dem Zylinder 21 vorhandenes Fluid 18 in den Zwischenraum 17 verlagert. Wird ausgehend von der ersten

Schiebestellung das erste Element 4 axial von dem zweiten Element 6 weg verlagert, so wird durch die Mitverlagerung des Kolbens 22 ein fluidtechnisch mit dem Zwischenraum 17 verbundenes Volumen des Zylinders 21 vergrößert und es wird insbesondere durch die Schwerkraft Fluid 18 in den Zylinder 21 verlagert.

Die erste Stirnseite 14 weist mehrere, vorliegend sechs, kreisringförmige

Erhebungen 23 auf. In den Figuren 1 und 2 ist ein Querschnitt der Erhebungen 23 dargestellt. Die Erhebungen 23 der ersten Stirnseite 14 sind aus einem ferromagnetischen Werkstoff, vorliegend aus einem Stahl-Werkstoff, gefertigt. Abgesehen von den Erhebungen 23 ist das erste Element 4 aus einem paramagnetischen Werkstoff, beispielsweise Aluminium, gefertigt. Vorliegend weist der Querschnitt jeder der Erhebungen 23 jeweils eine Dreieckform auf.

Auch die zweite Stirnseite 16 weist mehrere, vorliegend sieben, ringförmige Erhebungen 24 auf. Das zweite Element 6 ist vorliegend aus einem

ferromagnetischen Werkstoff, insbesondere einem Stahl-Werkstoff gefertigt, sodass auch die Erhebungen 24 der zweiten Stirnseite 16 aus einem

ferromagnetischen Werkstoff gefertigt sind. Abgesehen von einer innersten Erhebung 24.1 der Erhebungen 24 und einer äußersten Erhebung 24.2 der Erhebungen 24 weist auch der Querschnitt jeder der Erhebungen 24 der zweiten Stirnseite 16 jeweils eine Dreieckform auf. Die Erhebungen 23 der ersten

Stirnseite 14 und die Erhebungen 24 der zweiten Stirnseite 16 sind koaxial zu der Rotationsachse 15 des ersten Elementes 4 angeordnet. Außerdem sind die Erhebungen 23 und die Erhebungen 24 derart ausgebildet, dass in der ersten Schiebestellung zwischen zwei benachbarten Erhebungen der ersten Stirnseite 14 jeweils eine Erhebung 24 der zweiten Stirnseite 16 axial eingreift. Zwischen benachbarten Erhebungen 23 der ersten Stirnseite 14 ist jeweils ein Fußspalt 26 vorgesehen. Die Erhebungen 23 sind also an ihrer Basis radial voneinander beabstandet. Auch zwischen benachbarten Erhebungen 24 der zweiten Stirnseite 16 ist jeweils ein Fußspalt 27 vorgesehen. Somit sind auch die Erhebungen 24 an ihrer Basis radial voneinander beabstandet. In der ersten Schiebestellung weist ein Spalt 28 zwischen einer Erhebung 23 der ersten Stirnseite 14 und einer nächstgelegenen Erhebung 24 der zweiten Stirnseite 16 eine Breite auf, die kleiner als der Fußspalt 26 beziehungsweise der Fußspalt 27 ist. Der Spalt 28 entspricht dabei dem Abstand zwischen einem Schenkel der Dreieckform des Querschnitts einer der Erhebungen 23 der ersten Stirnseite 14 und einem dem Schenkel zugewandten Schenkel der Dreieckform des

Querschnitts einer nächstgelegenen Erhebung 24 der zweiten Stirnseite 16.

Durch die Dimensionierung des Spalts 28 und der Fußspalte 26 und 27 wird ein magnetischer Kurzschluss durch die Erhebungen 23 der ersten Stirnseite 14 beziehungsweise die Erhebungen 24 der zweiten Stirnseite 16 verhindert.

Durch die vorstehend beschriebene Ausgestaltung der Erhebungen 23 und 24 wird ein vorteilhafter Verlauf von Magnetfeldlinien 41 eines durch die Spule 19 erzeugten Magnetfelds gewährleistet. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, verlaufen die Magnetfeldlinien 41 stets abwechselnd durch eine Erhebung 23 und eine Erhebung 24. Zwischen einer Erhebung 23 und einer Erhebung 24 verlaufen die Magnetfeldlinien 41 jeweils durch den Spalt 28 zwischen der Erhebung 23 und der Erhebung 24. Dabei werden die Magnetfeldlinien 41 im Bereich der

Erhebungen 23 beziehungsweise 24 derart umgelenkt, dass die Magnetfeldlinien 41 senkrecht durch die Schenkel der Dreiecksform der Erhebungen 23 und 24 verlaufen. Insgesamt ergibt sich daraus im Bereich der Stirnseiten 14 und 16 ein sinusförmiger Verlauf der Magnetfeldlinien 41, wobei eine Achse, um die die Sinusform des Verlaufs schwingt, senkrecht zu der Rotationsachse 15 des ersten Elementes 4 ausgerichtet ist.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Einrichtung 1 weist eine Kühleinrichtung 25 auf. Die Kühleinrichtung 25 ist in das zweite Element 6 integriert und weist mehrere Kühlkanäle auf. Die Kühleinrichtung 25 ist zwischen den Erhebungen 24 der zweiten Stirnseite 16 und der Spule 19 angeordnet. Durch die Ausbildung der Erhebungen 23 und 24 wird erreicht, dass Magnetfeldlinien des durch die Spule 19 erzeugten Magnetfelds im Wesentlichen außerhalb der insbesondere paramagnetischen Kühleinrichtung 25 verlaufen.

Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, weist das erste Element 4 mehrere Gaskanäle 29 auf. Zur Ausbildung der Gaskanäle 29 weist jeder Gaskanal 29 eine in der ersten Stirnseite 14 ausgebildete erste Öffnung 30 und eine in einer von der ersten Stirnseite 14 abgewandten weiteren Stirnseite 31 des ersten Elementes 4 ausgebildete zweite Öffnung 32 auf. Die ersten Öffnungen 30 sind dabei jeweils im Bereich eines der Fußspalte 26 ausgebildet. Die erste Öffnung 30 jedes der Gaskanäle 29 ist weiter von der Rotationsachse 15 des ersten Elementes 4 entfernt als die zweite Öffnung 32 desselben Gaskanals 29. Dreht sich das erste Element 4 so müssen Gase und Flüssigkeiten ausgehend von dem Zwischenraum 17 die Gaskanäle 29 entgegen einer Zentrifugalkraft passieren. Durch die Anordnung der Öffnungen 30 und 32 wird demnach vermieden, dass das Fluid 18 ausgehend von dem Zwischenraum 17 die Gaskanäle 29 passiert.

Figur 3 zeigt eine Detailansicht der Einrichtung 1. Insbesondere ist in der Figur 3 die fluidtechnische Verbindung des Zylinders 21 mit dem Zwischenraum 17 dargestellt. Zur fluidtechnischen Verbindung des Zylinders 21 mit dem

Zwischenraum 17 weist die Einrichtung 1 einen ersten Fluidkanal 33 und einen zweiten Fluidkanal 34 auf. Ein Querschnitt des zweiten Fluidkanals 34 ist deutlich größer als ein Querschnitt des ersten Fluidkanals 33. Der erste Fluidkanal 33 ist offen ausgebildet. Dem zweiten Fluidkanal 34 ist eine betätigbare

Verschlusseinrichtung 35 zugeordnet, vorliegend eine Verschlussklappe 36, durch die der Querschnitt des zweiten Fluidkanals 34 wahlweise gesperrt, freigegeben oder teilweise gesperrt beziehungsweise teilweise freigegeben ist. Die Verschlusseinrichtung 35 ist vorliegend durch den Kolben 22 betätigbar. Wird das erste Element 4 ausgehend von der zweiten Schiebestellung in Richtung des zweiten Elementes 6 verlagert, so wird durch den Kolben 22 die

Verschlusseinrichtung 35 derart betätigt, dass der Querschnitt des zweiten Fluidkanals 34 sukzessive gesperrt wird. In dem Zylinder 21 vorhandenes Fluid 18 ist dann zumindest in der ersten Schiebestellung nur durch den ersten Fluidkanal 33 in den Zwischenraum 17 verlagerbar. Wird das erste Element 4 ausgehend von der ersten Schiebestellung vom zweiten Element 6 axial weg verlagert, so wird die Verschlusseinrichtung 35 durch den Kolben 22 derart betätigt, dass der Querschnitt des zweiten Fluidkanals 34 sukzessive

freigegeben wird. In dem Zwischenraum 17 vorhandenes Fluid 18 kann dann sowohl durch den ersten Fluidkanal 33 als auch durch den zweiten Fluidkanal 34 in den Zylinder 21 verlagert werden.

Wie aus Figur 3 außerdem ersichtlich ist weist das erste Element 4 mehrere Radialvorsprünge 37 auf. Dreht sich das erste Element 4, so wird durch die Radialvorsprünge 37 an der Mantelinnenwand 38 des Gehäuses 2 anhaftendes Fluid 18 durch die Radialvorsprünge 37 mitgenommen. Die Radialvorsprünge 37 bilden demnach jeweils ein Mitnahmeelement 37 für das Fluid 18.

Figur 4 zeigt eine weitere Detailansicht der Einrichtung 1. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, mündet der erste Fluidkanal 33 im Bereich der zweiten Stirnseite 16 in den Zwischenraum 17. Die Erhebungen 24 der zweiten Stirnseite 16 weisen außerdem jeweils einen Radialdurchbruch 40 auf. Lediglich die innerste Erhebung 24.1 der koaxialen Erhebungen 24 ist durchbruchsfrei ausgebildet. Durch die Radialdurchbrüche 40 und die Mündung des ersten Fluidkanals 33 im Bereich der zweiten Stirnseite 16 wird erreicht, dass sich Fluid 18, das durch den ersten Fluidkanal 33 in den Zwischenraum 17 verlagert wird, vorteilhaft entlang der zweiten Stirnseite 16 verteilt.

Figur 5 zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere magnetorheologische Einrichtung 1. Die in Figur 5 dargestellte magnetorheologische Einrichtung 1 weist zusätzlich zu dem ersten Element 4 ein weiteres erstes Element 4A auf. Das weitere erste Element 4A entspricht bezüglich seiner Ausbildung im

Wesentlichen dem ersten Element 4. Analog zu dem ersten Element 4 ist das weitere erste Element 4A in dem Innenraum 3 des Gehäuses 2 drehfest auf der Antriebswelle 5 angeordnet. Das weitere erste Element 4A ist derart angeordnet, dass es einer dritten Stirnseite 42 des zweiten Elementes 6 gegenüberliegt, sodass zwischen dem weiteren ersten Element 4A und der dritten Stirnseite 42 ein weiterer Zwischenraum 17A gebildet ist. Bei der dritten Stirnseite 42 handelt es sich um die von der zweiten Stirnseite 16 abgewandte Stirnseite des zweiten Elementes. Analog zu dem ersten Element 4 weist auch das weitere erste Element 4A eine erste Schiebestellung und eine zweite Schiebestellung auf. Der Magnetfelderzeuger 19 der in Figur 5 dargestellten magnetorheologischen Einrichtung 1 ist dazu ausgebildet, ein Magnetfeld zu erzeugen, das die

Viskosität des in dem Zwischenraum 17 und des in dem weiteren Zwischenraum 17A vorhandenen magnetorheologischen Fluids 18 beeinflusst. Verglichen mit der magnetorheologischen Einrichtung 1 der Figuren 1 und 2 ist durch die magnetorheologische Einrichtung 1 der Figur 5 ein größeres Drehmoment von der Antriebswelle 5 auf das zweite Element 6 beziehungsweise von dem zweiten Element 6 auf die Antriebswelle 5 übertragbar.

Der Magnetfelderzeuger 19 der in Figur 5 dargestellten magnetorheologischen Einrichtung 1 ist dazu ausgebildet, das Magnetfeld derart zu erzeugen, dass durch das Magnetfeld ausgehend von der zweiten Schiebestellung das erste Element 4 und das weitere erste Element 4A jeweils axial in die erste

Schiebestellung verschoben werden. Der Magnetfelderzeuger 19 bildet also einen Aktuator zum axialen Verschieben des ersten Elementes 4 und des weiteren ersten Elementes 4A.

Die magnetorheologische Einrichtung 1 weist außerdem einen ersten

Permanentmagnet 43 und einen zweiten Permanentmagnet 44 auf, wobei der erste Permanentmagnet 43 axial mit dem ersten Element 4 und der zweite Permanentmagnet 44 axial mit dem weiteren ersten Element 4A gekoppelt ist. Die Permanentmagnete 43 und 44 sind derart angeordnet und polarisiert, dass sich die Permanentmagnete 43 und 44 gegenseitig abstoßen. Die

Permanentmagnete 43 und 44 stellen demnach eine Rückstellkraft bereit, durch die das erste Element 4 und das weitere erste Element 4A ausgehend von der ersten Schiebestellung axial in die zweite Schiebestellung verschiebbar sind. Alternativ oder zusätzlich zu den Permanentmagneten 43 und 44 weist die magnetorheologische Einrichtung 1 zum Bereitstellen der Rückstellkraft eine erste, dem ersten Element 4 zugeordnete Federeinrichtung 45 und eine zweite, dem weiteren ersten Element 4A zugeordnete Federeinrichtung 46 auf. Die erste Federeinrichtung 45 weist beispielsweise eine in Figur 5 gestrichelt dargestellte Schraubenfeder 47 auf, die zwischen dem Gehäuse 2 und dem Bindeglied 9 vorgespannt angeordnet ist. Analog dazu weist die zweite Federeinrichtung 46 beispielsweise eine Schraubenfeder 48 auf, die zwischen dem Gehäuse 2 und einem axial mit dem weiteren ersten Element 4A gekoppelten weiteren Bindeglied 9A vorgespannt angeordnet ist.