Magnetorheologische DrehmomentύbertragungsVorrichtung, deren Verwendung sowie magnetorheologisches Drehmomentübertragungsverfahren

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine magnetorheologische DrehmomentübertragungsVorrichtung, deren Verwendung sowie auf ein entsprechendes magnetorheologisches Drehmomentübertragungsverfahren . Die magnetorheologische Drehmomentübertragungsvor- richtung kann hierbei insbesondere als Bremse oder als Kupplung eingesetzt werden.

Magnetorheologische Flüssigkeiten (MRF) sind Suspensionen von magnetisch polarisierbaren Teilchen in ei- ner Trägerflüssigkeit, deren Viskosität und andere rheologische Eigenschaften in einem Magnetfeld schnell und reversibel verändert werden können. Sie bieten damit eine ideale Grundlage für adaptive Drehmomentübertragungsvorrichtungen (z.B. Kupplungen oder Bremsen) , deren übertragene Drehmomente durch das

Magnetfeld gesteuert werden. So überträgt beispielsweise in einer Kupplung die MRF zwischen zwei sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit drehenden Platten (nachfolgend auch Vorrichtungsteile genannt) ü- berwiegend durch Scherung ein Drehmoment von einer Platte (Antriebsseite) auf die andere (Abtriebsseite) , wobei die Konsistenz der MRF und damit das übertragene Drehmoment über die Stärke des angelegten Magnetfeldes beeinflusst wird. Ist die Platte der Ab- triebsseite gegenüber der Rotation blockiert, entsteht eine Bremse mit steuerbarer Bremskraft. Solche magnetorheologischen Kupplungen und Bremsen sind bereits bekannt. Auch MRF, wie sie in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, sind bereits be- kannt: Das Patent DE 10 2004 041 650 B4 , welches hiermit in seiner Gesamtheit in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung eingeführt wird, zeigt solche magnetorheologischen Flüssigkeiten .

In einer magnetorheologischen (MR- ) Kupplung oder

Bremse wird das Magnetfeld durch den Strom in einer Spule erzeugt und durch den Magnetkreis in den aktiven Spalt (nachfolgend auch Drehmomentübertragungs- spalt) geführt, in dem die MRF versteift wird. Solche MR-Kupplungen bzw. -Bremsen üben ohne Strom in der

Spule eine geringe Drehmomentübertragung aus (Auskuppeln bzw. Freilauf) , während mit steigendem Spulenstrom die Drehmomentübertragung immer größer wird (Einkuppeln bzw. Bremsen) . Ohne Spulenstrom erfolgt eine minimale Drehmomentübertragung durch die Flüssigkeitsreibung (Schleppmoment) .

Die aus dem Stand der Technik bekannten MR-Kupplungen und -Bremsen erzeugen das Magnetfeld durch Elektro- magnete in Form von Spulen, d.h. ihr Magnetkreissystem enthält Spulen zur Erzeugung des magnetischen

Flusses im Drehmomentübertragungsspalt. Damit ist es nicht möglich, einen gewünschten Betriebszustand mit hoher Drehmomentübertragung ohne den Einsatz von e- lektrischer Energie zu erzeugen, und es ist kein gu- tes Fail-Safe-Verhalten der Kupplung bzw. Bremse gegeben, da im Fall eines Ausfalls der elektrischen E- nergieversorgung in der Kupplung bzw. Bremse nur das minimale Drehmoment übertragen wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine magnetorheologische DrehmomentübertragungsVorrichtung sowie ein entsprechendes Drehmomentübertragungsverfahren zur Verfügung zu stellen, welche die im vorstehenden Absatz genannten Nachteile aus dem Stand der Technik vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die magnetorheologische Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 sowie durch das magnetorheologische Drehmomentübertra- gungsverfahren nach Anspruch 25 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen hierzu beschreiben jeweils die abhängigen Ansprüche. Erfindungsgemäße Verwendungen einer erfindungsgemäßen magnetorheologischen Drehmomentübertragungsvorrichtung lassen sich dem Anspruch 24 entnehmen.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe basiert darauf, im zur Erzeugung des magnetischen Flusses im Drehmomentübertragungsspalt ausgebildeten Magnet - kreissystem der Drehmomentübertragungsvorrichtung nicht nur mindestens einen Elektromagneten (welcher eine Spule umfasst) vorzusehen, sondern darüberhinaus auch mindestens einen Permanentmagneten. Die Einstellung des magnetischen Arbeitspunktes (welcher das magnetische Grundfeld bei ausgeschaltetem Spulenstrom bestimmt) erfolgt bei der vorliegenden Erfindung so-

mit durch das Vorsehen mindestens eines Permanentmagneten, durch dessen Form und/oder Anordnung sowie vorteilhafterweise auch durch das zusätzliche Vorsehen eines nicht-magnetischen Einsatzes sowie durch dessen Form und/oder Anordnung. Es sind somit mehrere Elektromagneten und/oder Permanentmagneten im Magnet- kreissystem möglich.

Unter einem Magnetkreissystem wird im folgenden die Summe aller einzelnen Magnetkreise bzw. magnetischen Kreise der magnetorheologischen Drehmomentübertragungsvorrichtung verstanden. Ebenso steht dieser Begriff für die Summe aller einzelnen Bauelemente (z.B. also Spulen, Permanentmagnete, nicht-magnetische Ein- sätze, Flussführungselemente bzw. Jochteile (z.B. aus Eisen) ... ) , die den einzelnen Magnetkreisen angehören bzw. diese ausbilden. Was jeweils gemeint ist, erschließt sich dem Fachmann unmittelbar aus dem jeweiligen Zusammenhang. Unter einem einzelnen Magnet- kreis (der zusammen mit den anderen Magnetkreisen das Magnetkreissystem ausbildet) wird im folgenden ein definierter Raumbereich verstanden, der von den geschlossenen magnetischen Feldlinien eines Magnetfelderzeugers (Permanentmagnet oder Spule) überstrichen wird. Der definierte Raumbereich kann dabei auch durch die geschlossenen Feldlinien mehrerer Magnetfelderzeuger überstrichen werden (die geschlossenen Feldlinien der mehreren Felderzeuger verlaufen dann im wesentlichen parallel zueinander) . Es ist dabei auch nicht ausgeschlossen, dass die Feldlinien eines weiteren Magnetfelderzeugers, welcher nicht dem betrachteten, sondern einem anderen Magnetkreis angehört, abschnittsweise ebenfalls in diesem definierten Raumbereich verlaufen. Die Definition des Magnetkrei- ses bezieht sich hierbei auf einen definierten Betriebszustand des Systems (insbesondere eine defi-

nierte Stromflussrichtung in der Spule oder den Spulen des Elektromagneten oder der Elektromagnete) : Es ist also nicht ausgeschlossen, dass bei einem anderen Betriebszustand dieselbe räumliche Anordnung und kör- perliche Ausgestaltung der das System bildenden Elemente (Permanentmagnete, Elektromagnete, nicht- magnetische Einsätze,...) ein anderes Magnetkreissystem ausbildet. So bedeutet nachfolgend z.B. eine Formulierung wie „der Elektromagnet ist in einem Magnet- kreis ohne den Permanentmagnet angeordnet" lediglich, dass in einem der beiden (je nach Stromflussrichtung in der Spule des Elektromagneten) möglichen Betriebs- zustände der den Elektromagneten umfassende Magnet- kreis nicht auch den Permanentmagneten umfasst, ohne jedoch auszuschließen, dass im anderen Betriebszustand der Permanentmagnet ebenfalls von diesem Magnetkreis umfasst wird. Ebenso umfasst der Begriff des Magnetkreises all diejenigen Bauelemente oder Bauelementteile (also z.B. Spule, ferromagnetische Gehäuse- teile, z.B. als Jochteile ausgebildet, nichtmagnetische Elemente, ...) der Drehmomentübertragungsvorrichtung, welche von besagten geschlossenen Feldlinien des Magnetfelderzeugers überstrichen oder eingeschlossen werden.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsform umfasst das Magnetkreissystem der Drehmomentübertragungsvorrichtung neben der mindestens einen Spule und dem mindestens einen Permanentmagneten darüberhinaus noch mindestens einen magnetflussregulierenden, nicht-magnetischen Einsatz (es können also mehrere solche Einsätze vorhanden sein) .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungsvorrichtung so aufgebaut, dass zwei im wesentlichen ge-

trennte (dies wird nachfolgend noch näher beschrieben) Magnetkreise ausgebildet werden (das Magnetkreissystem besteht dann aus diesen beiden Einzelkreisen) .

Wesentlicher Aspekt bei der vorliegenden Erfindung ist somit, dass zur Steuerung der Drehmomentübertragung zwischen den beiden gegeneinander rotierbaren Vorrichtungsteilen der Drehmomentübertragungsvorrich- tung mittels der MRF ein von mindestens einer Spule und mindestens einem Permanentmagneten erzeugtes, sowie vorteilhafterweise darüberhinaus von mindestens einem nicht-magnetischen Einsatz reguliertes Magnetfeld verwendet wird.

Durch die Verwendung eines Permanentmagneten im Magnetkreissystem kann ein magnetisches Basisfeld auch ohne Strom in der Spule erzeugt werden. Durch den zusätzlichen Spulenstrom lässt sich das Magnetfeld, ab- hängig von der Polarität des Stromes in der Spule, entweder abschwächen oder verstärken. Durch das Basisfeld erzeugt allein der Permanentmagnet ein Grunddrehmoment ohne Energieeinsatz . Damit kann das für den normalen Betriebszustand erforderliche Drehmoment vorgegeben oder ein Fail-Safe-Verhalten für den Fall gewährleistet werden, dass die elektrische Energieversorgung ausfällt.

Die vorliegende Erfindung beschreibt somit MR-Dreh- momentübertragungsvorrichtungen, die

• die Einstellung des magnetischen Arbeitspunkts (magnetische Flussdichte im aktiven MR-Spalt) in einem sehr weiten Bereich und außerdem

• einen besonders großen Variationsbereich der mag- netischen Flussdichte im aktiven MR-Spalt (Drehmomentübertragungsspalt)

ermöglichen. Damit können das zu übertragende Drehmoment der Vorrichtung ohne Energiezufuhr in einem sehr weiten Bereich auf einen gewünschten Wert eingestellt, sehr kleine Minimaldrehmomente und gleichzei- tig eine hohe Variabilität des Drehmoments durch den Strom in der Spule erzeugt werden.

Hierzu enthält die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungsvorrichtung ein Magnetkreissystem, welches mindestens eine Spule, mindestens einen Permanentmagneten sowie vorteilhafterweise mindestens einen nicht-magnetischen Einsatz enthält. Durch die Auswahl des nicht-magnetischen Einsatzes bzw. der nichtmagnetischen Einsätze kann die magnetische Flussdich- te im aktiven MR-Spalt für den Fall, dass kein Strom in der Spule bzw. in den Spulen fließt, in genau der gewünschten Weise eingestellt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Spulen und Permanentmagnete in unterschiedlichen Magnetkreisen des Magnetkreissys- tems angeordnet werden. Damit wird die Gefahr der De- polarisierung der Permanentmagnete durch das Magnetfeld der Spulen vermieden.

In einer besonderen Ausführungsform enthält die er- findungsgemäße MR-DrehmomentübertragungsVorrichtung mindestens eine Spule, zwei Permanentmagnete und mindestens zwei aktive MR-Spalte. Hierbei wird eine symmetrische Anordnung der Spule und der Permanentmagnete auf einer Achse bevorzugt, d.h. die Spule befindet sich zwischen den beiden Permanentmagneten. Damit kann hier die magnetische Flussführung aus drei Magnetkreisen aufgebaut werden. In einem solchen Magnet- kreissystem verläuft der durch die Spule erzeugte magnetische Fluss im wesentlichen durch die beiden aktiven MR-Spalte und nicht durch die Permanentmagnete, wodurch die Gefahr der Depolarisierung der Perma-

nentmagnete vermieden wird. Außerdem verläuft der magnetische Fluss jedes der beiden Permanentmagnete nur durch jeweils einen aktiven MR-Spalt, wodurch eine höhere magnetische Flussdichte erzeugt wird als beim Durchfluss durch beide aktive MR-Spalte.

Bei der vorliegenden Erfindung können die aktiven MR- Spalte bzw. Drehmomentübertragungsspalte entweder parallel zur Rotationsachse (axiales Design entspre- chend der aus dem Stand der Technik bekannten Glockenkonfiguration) oder senkrecht zur Rotationsachse bzw. Drehachse angeordnet werden (radiales Design entsprechend der aus dem Stand der Technik bekannten Scheibenkonfiguration) . Darüberhinaus können auch mehrere einzelne MR-Spalte parallel zueinander angeordnet werden, um durch die größere Scherfläche das übertragbare Drehmoment zu erhöhen (Lamellenanordnung der die Spalte begrenzenden Wände) . Ist nachfolgend von einem Drehmomentübertragungsspalt die Rede, so wird hierunter sowohl das gesamte, durch die MRF gefüllte bzw. füllbare Volumen des Spaltes verstanden sowie auch die einzelnen (im wesentlichen parallel zueinander angeordneten) Spaltabschnitte. Was jeweils gemeint ist, erschließt sich dem Fachmann unmittelbar aus dem jeweiligen Zusammenhang.

Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung bestehen darin, dass als steuerbares Material anstatt der MRF ein magnetorheo- logisches Gel (MRG) , ein magnetorheologisches Elastomer (MRE) oder ein magnetorheologischer Schaum (MRS) verwendet wird. Ein MRG ist ein Material, welches im Gegensatz zu einer MRF zwar weich, aber nicht flüssig ist. In Analogie zu einer MRF kann es irreversibel beliebig deformiert werden und sich im Magnetfeld a- nalog zu einer MRF versteifen. Ein MRE ist ein ver-

netztes Material, welches daher eine vorgegebene Form aufweist, aus der es reversibel nur begrenzt deformiert werden kann. Ein MRS ist ein Elastomerschaum, dessen Poren mit einer MRF gefüllt sind. Wie MRE weist auch ein MRS eine vorgegebene Form auf, aus der es reversibel nur begrenzt deformiert werden kann.

Mögliche Anwendungen der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung sind elektrisch steuerba- re Kupplungen und Bremsen, bei denen das übertragene Drehmoment über das durch die Spule bzw. die Spulen erzeugte Magnetfeld verändert wird. Durch den Permanentmagneten bzw. die Permanentmagnete und den vorteilhaften nicht-magnetischen Einsatz bzw. die nicht- magnetischen Einsätze wird dabei ein gewünschtes

Grunddrehmoment ohne Spulenstrom für einen bestimmten Betriebszustand oder für ein Fail-Safe-Verhalten eingestellt .

Weitere Anwendungen sind Feststell- oder Blockiervorrichtungen. Dabei wird das Blockierdrehmoment ohne Energieeinsatz erzeugt und durch den Spulenstrom aufgehoben. Hiermit lassen sich beispielsweise Sicherheitsschalter realisieren.

Darüberhinaus können die erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtungen auch für haptische Geräte bzw. als Mensch-Maschine-Schnittstellen genutzt werden. Dabei wird ein für den Benutzer deutlich fühlbares Grunddrehmoment durch den oder die Permanentmagnete erzeugt und durch den oder die Elektro- magnete entweder abgeschwächt oder verstärkt.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen genauer dargestellt.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße magnetorheo- logische Kupplung in Schnittansicht.

Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße magnetorheolo- gische Kupplung der Figur 1 mit dem durch den Permanentmagneten hervorgerufenen Magnetfeld.

Figur 3 zeigt den Betrieb der erfindungsgemäßen magnetorheologische Kupplung aus Figur 1 unter Magnetfeldverstärkung mit der Spule.

Figur 4 zeigt die erfindungsgemäße magnetorheolo- gische Kupplung der Figur 1 im Zustand der Abschwächung der Flussdichte durch Verpolen des Elektromagneten.

Figur 5 zeigt den Drehmomentübertragungsspalt der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Figur 1 in vergrößerter Ansicht.

Figur 6 zeigt eine zweite erfindungsgemäße magnetorheologische Kupplung (symmetrische Vorrichtung) in Schnittansicht.

Figur 7 zeigt schematisch den grundlegenden Aufbau der magnetorheologische Kupplung nach Figur 6.

Figur 8 zeigt den Betrieb der erfindungsgemäßen magnetorheologische Kupplung aus Figur 6 mit dem durch die Permanentmagnete hervorgerufenen Magnetfeld.

Figur 9 zeigt den Betrieb der erfindungsgemäßen

magnetorheologische Kupplung aus Figur 6 unter MagnetfeldverStärkung mit der Spule.

Figur 10 zeigt die erfindungsgemäße magnetorheologische Kupplung der Figur 6 im Zustand der Abschwächung der Flussdichte durch Verpolen des Elektromagneten.

Ausführungsbeispiel 1:

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße magnetorheologische Kupplung in einer Schnittansicht durch die Rotationsachse R. Die gezeigte magnetorheologische Kupp- lung ist rotationssymmetrisch um die Rotationsachse R aufgebaut. Sie umfasst ein erstes Vorrichtungsteil bzw. Kupplungsteil 3a, 4, 5a, 7a sowie ein davon durch den Drehmomentübertragungsspalt 2, welcher mit einer MRF 2MRF gefüllt ist, getrenntes zweites Kupp- lungsteil 1, 3b, 5b, 6. Die beiden Kupplungsteile sind wie nachfolgend näher beschrieben aufgebaut. Beide Kupplungsteile sind hier um die Rotationsachse zentrisch angeordnet und um diese gegeneinander bzw. relativ zueinander rotierbar.

Das erste Kupplungsteil umfasst ein Gehäuse 3a aus ferromagnetischem Material. Dieses Gehäuse 3a umfasst den zentrisch auf der Rotationsachse R angeordneten Permanentmagneten 4. Dieser ist hier in Axialrichtung bzw. Rotationsachsrichtung magnetisiert . Der Permanentmagnet 4 ist radial (also an seinem Außenumfang) von einem nicht-magnetischen Einsatz 5a, welcher e- benfalls vom Gehäuse 3a umschlossen wird, umgeben. Der nicht -magnetische Einsatz 5a ist hier als dreidi- mensionaler, fester Formkörper ausgeführt. Der nichtmagnetische Einsatz besteht hier aus einem mit Luft

gefüllten Aluminiumhohlkörper (Gewichtsersparnis) , er kann aber auch ganz aus Aluminium, jeglicher Art von Kunststoff und/oder aus Edelstahl bestehen oder diese Materialien oder beliebige Kombinationen davon auf- weisen. Bei geeigneter konstruktiver Ausgestaltung

(so dass z.B. die Halterung der Elemente 7a sichergestellt ist) , kann der Einsatz auch ganz aus Luft bestehen.

Auf der dem zweiten Kupplungsteil zugewandten Seite sind in den Formkörper 5a mehrere Lamellen aus ferro- magnetischem Material 7a integriert. Diese Lamellen 7a sind radial beabstandet von der Rotationsachse R zentrisch um diese angeordnet, aufgrund der Rotati- onssymmetrie der Anordnung somit als dünnwandige

Hohlzylinder, deren Wände parallel zur Rotationsachse R verlaufen, ausgebildet. Diese Lamellen aus ferro- magnetischem Material 7a bilden zusammen mit ihren Gegenstücken 7b (siehe nachfolgend) des zweiten Kupp- lungsteils aufgrund ihres reißverschlussförmigen Ineinandergreifens den mit der magnetorheologischen Flüssigkeit 2MRF gefüllten MR-Spalt bzw. Drehmomentübertragungsspalt 2 zwischen den beiden Kupplungsteilen aus. Der Drehmomentübertragungsspalt verläuft so- mit im gezeigten Schnitt durch die Rotationsachse gesehen mäanderförmig, wobei die aktiven MR-Spaltabschnitte (also diejenigen, in die die magnetischen Feldlinien aus den benachbarten Wandungen der ferro- magnetischen Materialien 7a, 7b senkrecht eintreten) parallel zur Rotationsachse R verlaufen. Die magne- torheologische Kupplung ist somit in Glockenkonfiguration bzw. im axialen Design ausgebildet.

Das benachbart zum ersten Kupplungsteil auf der ande- ren Seite des MR-Spalts 2 angeordnete zweite Kupplungsteil weist ebenfalls ein Gehäuseteil 3b aus fer-

romagnetischem Material auf. In dieses Gehäuseteil 3b ist die Spule 1 des Elektromagneten radial beabstandet zur Rotationsachse R verlaufend eingebettet . Der Elektromagnet ist somit in Form eines im Querschnitt quaderförmigen Hohlzylinders , dessen Symmetrieachse mit der Rotationsachse zusammenfällt, angeordnet. Auf der spaltzugewandten Seite des zweiten Kupplungsteils sind angrenzend an die Spule 1 weitere nichtmagnetische Formkörper 5b aus demselben Material wie die Formkörper 5a des ersten Kupplungsteils angeordnet. In diese sind die vorbeschriebenen Lamellengegenstücke 7b aus ferromagnetischem Material eingebettet. Diese sind ebenso wie die Lamellenelemente 7a des ersten Kupplungsteils ausgebildet und so angeord- net, dass sie reißverschlussartig in die Lamellenanordnung 7a eingreifen. Auf der dem MRF-Spalt 2 zugewandten Seite weist das zweite Kupplungsteil umfangs- seitig eine radial beabstandet zur Rotationsachse R verlaufende Aussparung 6 (Luftspalt bzw. Steuerspalt) auf. Diese weist in Rotationsachsrichtung die Weite w auf. Durch Wahl dieser Weite w kann die Einstellung des stromlosen Arbeitspunkts der magnetorheologischen Kupplung gewählt werden. Ebenso dient dieser Luftspalt der Trennung der Kupplungsseiten.

Im vorliegenden Fall stellt das zweite Kupplungsteil (das in der gezeigten Figur Untenliegende) die Antriebsseite dar. Rotiert diese, so überträgt sie, bei ausreichend hoher Magnetfeldstärke, bei der sich die MRF 2MRF im Spalt 2 versteift, ein Drehmoment auf die Abtriebsseite (erstes Kupplungsteil) . Die genaue Funktionsweise der Drehmomentübertragung ist dem Fachmann hierbei bekannt. Ebenso ist dem Fachmann bekannt, dass die gezeigte Vorrichtung auch als Bremse ausgebildet sein kann bzw. verwendet werden kann. Die Kupplung/Bremse wird somit durch den Drehmomentüber-

tragungsspalt 2 in zwei Teile geteilt, wobei je nach Betriebsmodus ein Teil ruht (Bremse) oder beide Teile mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten um die Rotationsachse R rotieren (Kupplung) .

Figur 2 zeigt nun das Magnetkreissystem der erfindungsgemäßen magnetorheologischen Kupplung aus Figur 1 in dem Betriebsmodus nur mit dem Permanentmagneten 4 (also ohne Spulenstrom) . Nur im ersten Magnetkreis liegt in diesem Betriebsmodus ein magnetisches Feld vor (Feldlinien Ml) . Der erste Magnetkreis umfasst hierbei das ferromagnetische Gehäuse 3a des ersten Kupplungsteils, den Permanentmagneten 4, die Lamellenanordnung 7 sowie den von den Magnetfeldlinien des Permanentmagneten umschlossenen ersten Formkörper 5a bzw. überstreicht mit seinen geschlossenen Feldlinien diese Bauelemente oder umschließt sie. Im vorliegenden Fall ist der Formkörper 5a radial umfangsseitig des Permanentmagneten 4 angeordnet. In einer alterna- tiven Variante können der Formkörper 5a und der Permanentmagnet 4 jedoch auch so ausgebildet sein, dass sich der nicht-magnetische Formkörper im Permanentmagnet befindet bzw. von diesem umschlossen wird.

Durch die nicht-magnetische Glockenhalterung 5a und den Steuerungsluftspalt 6 wird der magnetische Fluss des Permanentmagneten 4 durch den Drehmomentübertragungsspalt 2 geführt. Ein wesentlicher Vorteil dieser Geometrieanordnung ist es, dass durch den Luftspalt 6, welcher hier ebenso wie die Formkörper 5a, 5b als nicht-magnetischer Einsatz dient, ein relativ hohes Drehmoment nur durch den Permanentmagneten 4 alleine erzeugt werden kann. Dieser stromlose Arbeitspunkt kann durch die Luftspaltweite w voreingestellt wer- den. Ein weiterer Vorteil ist es, dass der Permanentmagnet 4 durch die Trennung der beiden Magnetkreise

(hier gezeigt erster Magnetkreis mit den Magnetfeldlinien Ml ₇ zweiter Magnetkreis siehe nachfolgend) nicht entgegen seiner Magnetisierungsrichtung durchflutet wird und somit nicht irreversibel geschwächt wird. Die Trennung der beiden Magnetkreise erfolgt hier dadurch, dass der Permanentmagnet 4 und die Spule 1 in Drehachsrichtung R gesehen beabstandet zueinander und in den unterschiedlichen Kupplungsteilen angeordnet werden.

Figur 3 zeigt nun zusätzlich den zweiten Magnetkreis (Magnetfeldlinien M2), welcher durch die Spule 1, den Formkörper 5b, den Gehäuseabschnitt 3b des zweiten Kupplungsteils sowie die Lamellenanordnungen 7a und 7b ausgebildet wird bzw. welcher diese Elemente einschließt oder überstreicht. Durch Einschalten des Stroms der Spule lässt sich das Magnetfeld im MRF- Spalt somit erhöhen. Hierbei ist darauf zu achten, dass das Magnetfeld die richtige Orientierung be- sitzt, die Stromrichtung in der Spule 1 also so gewählt wird, dass sich im Bereich des Drehmomentübertragungsspalts 2 die Magnetfeldlinien Ml des ersten Magnetkreises und die Magnetfeldlinien M2 des zweiten Magnetkreises additiv überlagern. Ansonsten kommt es zu einer Abschwächung der Flussdichte im Drehmomentübertragungsspalt 2 (siehe Abbildung 4) . Die Luftspaltweite w ist so einzustellen, dass mit Hilfe des Elektromagneten (bei Stromrichtung im Elektromagnet bzw. in der Spule 1 wie gezeigt) eine Abschwächung auf ein Drehmoment nahe des Schleppmoments (Leerlauf- moment ohne Magnetfeld in der magnetorheologischen Flüssigkeit 2MRF) möglich ist.

Figur 4 zeigt den Magnetfeldlinienverlauf, wenn die Stromrichtung in der Spule 1 entgegengesetzt gewählt wird als in Figur 3 gezeigt (Verpolen des Elektromag-

neten) .

Figur 5 zeigt einen Ausschnitt des Drehmomentübertra- gungsspalts 2 der Figur 1 in Vergrößerung. Gut zu se- hen ist der im Schnitt mäanderförmige Verlauf des Drehmomentübertragungsspalts 2, welcher durch die reißverschlussartig ineinandergreifenden Lamellenanordnungen 7a, 7b der beiden Kupplungsteile realisiert wird. Der Drehmomentübertragungsspalt 2 ist hier ganz mit der MRF 2MRF gefüllt (schattierte Bereiche) . Um ein Auslaufen der MRF im Ruhezustand und/oder in der Rotation zu verhindern, ist der mit der MRF aufgefüllte Drehmomentübertragungsspaltabschnitt sowohl auf der der Drehachse R zugewandten Seite, als auch auf der gegenüberliegenden abgewandten Seite jeweils mit Dichtungselementen 8a, 8b versehen.

Ausführungsbeispiel 2 :

Figur 6 zeigt eine symmetrisch aufgebaute magnetorhe- ologische Drehmomentübertragungsvorrichtung, welche einen Elektromagneten und zwei Permanentmagneten aufweist. Mit symmetrisch ist hier gemeint, dass die gezeigte Vorrichtung nicht nur symmetrisch um die Rota- tionsachse R ist, sondern auch spiegelsymmetrisch zur Ebene A-A, welche die Vorrichtung senkrecht zur Rotationsachse R auf halber Höhe durchschneidet.

Das erste Vorrichtungsteil (nachfolgend auch als Au- ßenteil bezeichnet) ist im gezeigten Schnitt doppel- T-förmig (siehe auch Fig. 7) und besteht aus einem oberen Außenteil und einem unteren Außenteil. Das o- bere Außenteil weist die nachfolgend noch näher beschriebenen Elemente 3a-l, 3a-2, 4a, 5a, 7a sowie den oberhalb der Ebene A-A liegenden Abschnitt des Elements 5d auf. Das untere Außenteil des Außenteil

weist die nachfolgend ebenfalls noch näher beschriebenen Elemente 3c-l, 3c-2, 4c, 5c, 7c und den unterhalb der Ebene A-A liegenden Abschnitt des Elements 5d auf.

Im gezeigten Fall stellt das Außenteil die Abtriebsseite dar, das nachfolgend noch näher beschriebene Mittelteil ist dann als Antriebs-Vorrichtungsteil ausgestaltet (Kupplung) . Es ist jedoch auch möglich, das Außenteil als Antriebsseite zu betreiben und das Mittelteil als Abtriebsseite . Im Falle der Ausgestaltung als Bremse ist es möglich, das Außenteil als abzubremsendes Vorrichtungsteil (festgebremst) zu betreiben und das Mittelteil als relativ zur Umgebung feststehend angeordneter Teil. Auch ein umgekehrter Betrieb ist möglich.

Wie auch Figur 7 schematisch zeigt, unterteilt sich somit die gezeigte magnetorheologische Drehmoment- übertragungsvorrichtung (Kupplung oder Bremse) in zwei Vorrichtungsteile, das Außenteil ac und das Mittelteil b. Das Mittelteil b ist hierbei wie nachfolgend noch näher beschrieben durch den MRF-Spalt und ggf. weitere Spaltabschnitte (in denen die beiden Teile b und ac formschlüssig aneinander angrenzen, jedoch nicht miteinander verbunden sind) vom Außenteil ac getrennt und relativ zu diesem um die Rotationsachse R rotierbar. Das Mittelteil b ist außenum- fangsseitig des Jochabschnitts J des doppel-T- förmigen Außenteils beabstandet von der Rotationsachse R angeordnet .

Der obere Abschnitt des Außenteils (bzw. das obere Außenteil) weist einen ersten ferromagnetischen Ge- häuseabschnitt 3a- 1 auf, welcher wie der in Figur 1 gezeigte Gehäuseabschnitt 3a das obere Außenteil au-

ßenseitig abschließt. Darin sind (wie bereits im in Figur 1 gezeigten Fall) der nicht-magnetische Einsatz 5a, der Permanentmagnet 4a sowie die Lamellenanordnung 7a angeordnet. Der Jochabschnitt J des oberen Außenteils wird durch ein weiteres ferromagnetisches Gehäuseteil 3a-2 ausgebildet, welches sich entlang der Achse R von der Unterseite des Permanentmagneten 4a bis angrenzend an einen weiteren nichtmagnetischen Einsatz 5d (nachfolgend auch als nicht- magnetische Unterbrechung bezeichnet) erstreckt. Die nicht-magnetische Unterbrechung 5d ist Spiegelsymmetrisch zur Ebene A-A angeordnet, also so, dass ihre dem oberen Außenteil zugeordnete obere Hälfte oberhalb der Ebene A-A liegt und ihre untere, dem unteren Außenteil zugeordnete Hälfte unterhalb dieser Ebene A-A liegt. Der ferromagnetische Gehäuseteil 3a-2 ist somit konzentrisch um die Rotationsachse R innerhalb des nicht-magnetischen Einsatzes 5a und der Lamellenanordnung 7a angeordnet .

Das untere Außenteil ist ebenso wie das obere Außenteil aufgebaut (ferromagnetische Gehäuseteile 3c-l und 3c-2, Permanentmagnet 4c, nicht-magnetischer Einsatz 5c sowie Lamellenanordnung 7c und unterer Ab- schnitt des Elements 5d) , jedoch unterhalb der Ebene A-A spiegelsymmetrisch zum oberen Außenteil angeordnet .

Das relativ zum Außenteil um die Drehachse R rotier- bare Mittelteil weist außenumfangsseitig den Gehäuseabschnitt 3b aus einem ferromagnetischen Material in Form eines beabstandet von der Rotationsachse R umlaufenden Hohlzylinders auf. Innerhalb dieses Wandab- schnitts 3b und außerhalb des Jochabschnitts J des Außenteils ist spiegelsymmetrisch zur Ebene A-A und somit auf Höhe der nicht-magnetischen Unterbrechung

5d die Spule 1 des Elektromagneten angeordnet. Oberhalb der Spule 1 und somit beabstandet von der Ebene A-A ist der nicht-magnetische Einsatz 5b- 1, in welchem die Lamellenanordnung 7b- 1 angeordnet ist, posi- tioniert. Auf der gegenüberliegenden, dem unteren Außenteil zugewandten Seite ist dementsprechend beabstandet von der Ebene A-A der nicht-magnetische Einsatz 5b-2, in dem die Lamellenanordnung 7b- 2 eingreifend angeordnet ist, untergebracht. Wie dies be- reits zur Figur 1 beschrieben wurde, greifen die Lamellenabschnitte 7b-1 reißverschlussartig in die Lamellenabschnitte 7a des oberen Außenteils ein. Dasselbe gilt für den Eingriff der Lamellenabschnitte 7b-2 in die Lamellenabschnitte 7c des unteren Außen- teils.

Zwischen den Lamellenabschnitten 7a und 7b-l verläuft mäanderförmig der erste Drehmomentübertragungsspalt 2ab zwischen dem oberen Außenteil und dem Mittelteil. Ebenso verläuft zwischen dem unteren Außenteil und dem Mittelteil der zweite Drehmomentübertragungsspalt 2bc mäanderförmig zwischen den Lamellenanordnungen 7b-2 und 7c. Der erste Drehmomentübertragungsspalt ist mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit 2abMRF gefüllt, der zweite entsprechend mit der MRF 2bcMRF. Die beiden MRF-Spälte 2ab und 2bc weisen hier eine (nicht gezeigte) Verbindung auf, so dass ein gemeinsames Befüllen dieser Spalte mit der MRF möglich ist.

Die in Figur 6 gezeigte Drehmomentübertragungsvorrichtung stellt somit eine symmetrisch modifizierte Version der in Figur 1 gezeigten Drehmomentübertragungsvorrichtung dar. Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung ist die doppelte Anzahl an MRF-Spalten (zwei Spalte 2ab und 2bc) und die Hinzufügung eines weiteren Permanentmagneten (zwei Permanentmagnete 4a

und 4c) sowie die Verlagerung der nicht-magnetischen Unterbrechung 5d in die Mitte des Jochabschnitts J (in Bezug auf die Ebene A-A gesehen) . Die beiden Permanentmagnete weisen hier notwendigerweise die glei- che axiale Magnetisierungsrichtung (parallel zur Rotationsachsrichtung R) auf, hier beispielsweise nach oben, also vom unteren Außenteil zum oberen Außenteil hin gerichtet. Dies ist notwendig, da die beiden Permanentmagnete sich sonst gegenseitig schwächen wür- den. Damit ein magnetischer Schluss über die beiden MRF-Spalte möglich ist, muss die nicht-magnetische Unterbrechung 5d zwischen den beiden Permanentmagneten 4a und 4b sitzen. In Rotationsachsrichtung R gesehen sind die folgenden Elemente somit entlang der Rotationsachse R und symmetrisch um diese angeordnet: Permanentmagnet 4a, Spule 1 samt nicht-magnetischer Unterbrechung 5d und Permanentmagnet 4b. Durch die Dicke der nicht-magnetischen Unterbrechung 5d in Richtung der Achse R (also senkrecht zur Ebene A-A) ist der magnetische Arbeitspunkt der Drehmomentübertragungsvorrichtung auf gewünschte Art und Weise einstellbar.

Ist die gezeigte Drehmomentübertragungsvorrichtung als Bremse ausgebildet, so ist eines der beiden Vorrichtungsteile starr angeordnet. Vorzugsweise ist dies das Mittelteil, da so die Spule 1 sich dauerhaft in einem bezogen auf die Umgebung unbewegten Zustand befindet. Ist die gezeigte Drehmomentübertragungsvor- richtung als Kupplung ausgebildet, so bildet ein Teil der Anordnung (vorzugsweise das Mittelteil) die An- triebsseite, der andere die Abtriebsseite. In beiden Fällen können die beiden Vorrichtungsteile relativ zueinander um die Rotationsachse R rotieren.

Figur 8 zeigt die Drehmomentübertragungsvorrichtung

aus Figur 6 im Betriebsmodus, in dem lediglich durch die beiden Permanentmagneten 4a und 4c ein magnetischer Fluss erzeugt wird: In diesem Fall wird durch den Permanentmagneten 4a (Magnetfeldlinien M2) über die Elemente 3a-l, 3a-2, 5a, 7a und 7b-l ein erster Magnetkreis ausgebildet, welcher ein Magnetfeld im Spalt 2ab in der magnetorheologischen Flüssigkeit 2abMRF erzeugt. Ebenso wird ein zweiter Magnetkreis (Magnetfeldlinien M3), welcher die Elemente 3c-l, 3c- 2, 5c, 7b-2 und 7c umfasst und ein Magnetfeld im

Spalt 2bc in der MRF 2bcMRF ausbildet durch den Permanentmagneten 4c ausgebildet. Die gezeigte Feldlinienrichtung ergibt sich dadurch, dass die beiden Permanentmagnete die gleiche magnetische Orientie- rungsrichtung haben, um sich nicht gegenseitig zu schwächen bzw. zu entmagnetisieren. Im Gegensatz zur unsymmetrischen Variante (Figur 1) sitzt die nichtmagnetische Unterbrechung 5d in Bezug auf die Achse R gesehen innerhalb der Spule 1 und nicht (wie der ent- sprechende Luftspalt 6 in Figur 1) außen an der Spule. Die nicht-magnetische Unterbrechung 5d ist unbedingt notwendig, da nur so eine Führung des magnetischen Flusses über die Permanentmagnete bzw. eine Trennung der Magnetkreise des Magnetkreissystems mög- lieh ist. Die beiden Permanentmagnete 4a und 4c erzeugen somit ein stromloses Grunddrehmoment. Zur besseren übersichtlichkeit wurden hier in Figur 8 wie auch in den beiden nachfolgenden Figuren die Bezugs- zeichen der Bauelemente weggelassen.

Figur 9 zeigt die Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Figur 6 im Betriebsmodus der Verstärkung bei eingeschaltetem Magnetfeld des Elektromagneten. In diesem Falle wird durch den Stromfluss in der Spule 1 ein dritter Magnetkreis (Magnetfeldlinien Ml) ausgebildet, welcher die Elemente 3b, 5b-l, 5b-2, 3a-2,

3c-2, 7a, 7b-l, 7b-2 und 7c umfasst und somit das von den Permanentmagneten in den beiden Spalten erzeugte Magnetfeld additiv überlagert. Die Figur 9 zeigt somit die Drehmomentübertragungsvorrichtung im Verstär- kungsmodus . Zu dem vorhandenen Magnetfeld durch die

Permanentmagnete addiert sich das Magnetfeld, welches durch die Spule erzeugt wird. Diese Magnetfeldadditi- on funktioniert nur, wenn wie vorbeschrieben die beiden Permanentmagnete die gleiche magnetische Vorzugs- richtung aufweisen, da sonst ein Permanentmagnet verstärkt würde und einer geschwächt würde, es also in Summe kaum eine Veränderung geben würde. über die Dicke der nicht-magnetischen Unterbrechung 5d lässt sich die Stärke des Magnetfelds der Spule beeinflus- sen (durch den nicht-magnetischen Einsatz 5d verringert sich deren Induktivität) . Eine genaue Auslegung des Mittelteils, insbesondere in Bezug auf das Element 5d, ist also unerlässlich.

Figur 10 zeigt die Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Figur 6 im Betriebsmodus der Abschwächung: Wird das Magnetfeld, welches durch die Spule 1 erzeugt wird, verpolt, so wird der magnetische Fluss (Magnetfeldlinien M) , welcher durch die Permanentmagnete 4a und 4c erzeugt wird, aus den MRF-Spalten 2ab und 2bc herausgedrängt. Der magnetische Fluss schließt sich nun über das Außenjoch (Gehäuseteile 3a-1, 3b und 3c- 1) der Anordnung. Wird die nicht-magnetische Anordnung 5d in der Mitte zwischen der Spule 1 richtig ausgelegt, so ist eine Abschwächung der Flussdichte auf nahezu 0 Tesla möglich.