DE102015224068A1

DE102015224068A1 - With shape memory wire switchable freewheel

Info

Publication number: DE102015224068A1
Application number: DE102015224068.1A
Authority: DE
Inventors: Tim SCHRÖDER
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-06-08

Abstract

Freilauf (101) mit einer ersten Komponente (103), einer zweiten Komponente (105), einem ersten Sperrelement (107), und einem Formgedächtnisdraht (109); wobei die erste Komponente (103) und die zweite Komponente (105) relativ zueinander um eine Drehachse in eine erste Richtung und eine zweite Richtung verdrehbar sind, wenn das erste Sperrelement (107) sich in einer ersten Position befindet; wobei das erste Sperrelement (107) eine Verdrehung der ersten Komponente (103) und der zweiten Komponente (105) um die Drehachse relativ zueinander in die zweite Richtung sperrt, wenn das erste Sperrelement (107) sich in einer zweiten Position befindet; wobei eine Phasenänderung mit einer Längenänderung des Formgedächtnisdrahts (109) einhergeht; und wobei eine Verkürzung des Formgedächtnisdrahts (109) eine Überführung des ersten Sperrelements (107) von der ersten Position in die zweite Position oder von der zweiten Position in die erste Position bewirkt. Der Formgedächtnisdraht (109) ist in sich geschlossen.Freewheel (101) having a first component (103), a second component (105), a first blocking element (107), and a shape memory wire (109); wherein the first component (103) and the second component (105) are rotatable relative to one another about an axis of rotation in a first direction and a second direction when the first blocking element (107) is in a first position; wherein the first blocking element (107) blocks rotation of the first component (103) and the second component (105) about the axis of rotation relative to each other in the second direction when the first blocking element (107) is in a second position; wherein a phase change is associated with a change in length of the shape memory wire (109); and wherein a shortening of the shape memory wire (109) causes a transfer of the first locking element (107) from the first position to the second position or from the second position to the first position. The shape memory wire (109) is self-contained.

Description

Die Erfindung betrifft einen Freilauf nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to a freewheel according to the preamble of claim 1.

Aus der Druckschrift DE 10 2010 005 112.7 A1 ist ein mittels einer Formgedächtnislegierung schaltbarer Freilauf bekannt. Die Freilaufkupplung umfasst einen Sperrhebel, der die Drehung einer Welle und einer Nabe relativ zueinander blockiert. From the publication DE 10 2010 005 112.7 A1 is known by means of a shape memory alloy switchable freewheel. The overrunning clutch comprises a locking lever which blocks the rotation of a shaft and a hub relative to one another.

Der Sperrhebel ist in der Nabe angebracht und kann zwischen einer eingerückten Position und einer ausgerückten Position verfahren werden. Wenn sich der Sperrhebel in der ausgerückten Position befindet, sind die Welle und die Nabe relativ zueinander frei drehbar. Befindet sich der Sperrhebel in der eingerückten Position, wird eine Drehung der Welle und der Nabe relativ zueinander in genau eine Richtung blockiert. The locking lever is mounted in the hub and can be moved between an engaged position and a disengaged position. When the locking lever is in the disengaged position, the shaft and the hub are freely rotatable relative to each other. When the locking lever is in the engaged position, rotation of the shaft and hub relative to each other is blocked in exactly one direction.

Ein zwischen der Nabe und dem Sperrhebel verlaufender, aus einer Formgedächtnislegierung bestehender Aktuator, übt eine Betätigungskraft auf den Sperrhebel aus, um diesen von der eingerückten Position in die ausgerückte Position und von der ausgerückten Position zurück in die eingerückte Position zu überführen. Bei der Betätigungskraft kann es sich je nach Aktuierung der Steuervorrichtung um eine Zug- oder eine Druckkraft handeln. A shape memory alloy actuator extending between the hub and the lock lever exerts an actuating force on the lock lever to translate it from the engaged position to the disengaged position and from the disengaged position back to the engaged position. Depending on the actuation of the control device, the actuation force may be a tensile or a compressive force.

Für jeden Sperrhebel des beschriebenen Freilaufs ist eine separate Betätigungsvorrichtung erforderlich. Dies begrenzt zum einen die Anzahl der möglichen Sperrhebel und damit das übertragbare Drehmoment und verkompliziert zum anderen den Aufbau des Freilaufs. For each locking lever of the described freewheel a separate actuator is required. This limits on the one hand the number of possible locking lever and thus the transmittable torque and complicates on the other hand, the structure of the freewheel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Freilauf verfügbar zu machen, der die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll der Freilauf mit hohen Drehmomenten belastbar und günstig herzustellen sein. The invention has for its object to make available a freewheel that does not have the inherent disadvantages of the known from the prior art solutions. In particular, the freewheel with high torques should be resilient and inexpensive to manufacture.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Freilauf nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten. This object is achieved by a freewheel according to claim 1. Preferred developments are contained in the subclaims.

Unter einem Freilauf ist ein in genau eine Drehrichtung wirkende Kupplung oder Bremse zu verstehen. Vorliegend handelt es sich um einen schaltbaren Freilauf, bei dem die Kupplungs- oder Bremswirkung zu einem frei wählbaren Zeitpunkt aktiviert oder deaktiviert werden kann. A freewheel is to be understood as acting in exactly one direction of rotation clutch or brake. In the present case, it is a switchable freewheel, in which the coupling or braking effect can be activated or deactivated at a freely selectable time.

Der Freilauf umfasst eine erste Komponente, eine zweite Komponente, ein erstes Sperrelement und einen Formgedächtnisdraht. Das erste Sperrelement kann relativ zu der ersten Komponente oder relativ zu der zweiten Komponente eine erste Position und eine zweite Position einnehmen. Wenn das Sperrelement sich in der ersten Position befindet, sind die erste Komponente und die zweite Komponente relativ zueinander frei verdrehbar, d.h. die erste Komponenten und die zweite Komponente sind relativ zueinander um eine Drehachse in eine erste Richtung und eine zweite Richtung verdrehbar, wobei die zweite Richtung zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist. The freewheel comprises a first component, a second component, a first blocking element and a shape memory wire. The first blocking element may occupy a first position and a second position relative to the first component or relative to the second component. When the blocking element is in the first position, the first component and the second component are freely rotatable relative to each other, i. the first component and the second component are rotatable relative to each other about an axis of rotation in a first direction and a second direction, the second direction being opposite to the first direction.

Wenn das Sperrelement sich in der zweiten Position befindet, sperrt es eine Verdrehung der ersten Komponente und der zweiten Komponente um die Drehachse relativ zueinander in die zweite Richtung. Eine Verdrehung der ersten Komponente und der zweiten Komponente relativ zueinander um die Drehachse in die erste Richtung bleibt weiterhin möglich. When the locking member is in the second position, it locks a rotation of the first component and the second component about the axis of rotation relative to each other in the second direction. A rotation of the first component and the second component relative to each other about the axis of rotation in the first direction remains possible.

Das Sperrelement wirkt mechanisch. So erfolgt die Sperrung der Verdrehung der ersten Komponente und der zweiten Komponente um die Drehachse relativ zueinander in die zweite Richtung durch einen Kraft- und/oder Formschluss zwischen dem Sperrelement und der ersten Komponente sowie dem Sperrelement und der zweiten Komponente. The blocking element acts mechanically. Thus, the blocking of the rotation of the first component and the second component about the axis of rotation relative to each other in the second direction by a force and / or positive connection between the blocking element and the first component and the blocking element and the second component.

Bei der ersten Komponente handelt es sich vorzugsweise um eine erste Welle, bei der zweiten Komponente um eine zweite Welle oder um ein drehfestes Element, etwa ein Getriebegehäuse. Das Sperrelement kann als ein Klemmkörper, eine Klemmrolle oder eine Sperrklinke ausgebildet sein. The first component is preferably a first shaft, the second component is a second shaft or a non-rotatable element, such as a transmission housing. The blocking element may be formed as a clamping body, a pinch roller or a pawl.

Ein Formgedächtnisdraht bezeichnet einen aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden Draht. Die Formgedächtnislegierung, aus welcher der Formgedächtnisdraht besteht, befindet sich entweder in einer ersten Phase oder in einer zweiten Phase. Etwa durch Temperaturänderungen sind die beiden Phasen ineinander überführbar. So kann der Formgedächtnisdraht durch eine Temperaturerhöhung von der ersten Phase in die zweite Phase überführt werden. Durch eine Reduzierung der Temperatur wird der Formgedächtnisdraht von der zweiten Phase zurück in die erste Phase überführt. A shape memory wire refers to a wire made of a shape memory alloy. The shape memory alloy composing the shape memory wire is either in a first phase or in a second phase. For example, by temperature changes, the two phases are interconvertible. Thus, the shape memory wire can be transferred by a temperature increase from the first phase to the second phase. By reducing the temperature, the shape memory wire is transferred from the second phase back to the first phase.

Mit der Phasenänderung geht eine Längenänderung des Formgedächtnisdrahts einher. So ist etwa die Länge des Formgedächtnisdrahts in der ersten Phase größer als in der zweiten Phase. Daraus ergibt sich eine Verkürzung des Formgedächtnisdrahts bei einem Übergang von der ersten Phase in die zweite Phase und eine Verlängerung bei einem Übergang von der zweiten Phase in die erste Phase. Durch geeignete Temperaturänderung lässt sich der Formgedächtnisdraht folglich verlängern oder verkürzen. The phase change is accompanied by a change in length of the shape memory wire. For example, the length of the shape memory wire in the first phase is greater than in the second phase. This results in a shortening of the shape memory wire at a transition from the first phase to the second phase and an extension at a transition from the second phase to the first phase. By appropriate temperature change, the shape memory wire can thus be extended or shortened.

Der Formgedächtnisdraht ist so mit dem ersten Sperrelement gekoppelt, dass die Verkürzung des Formgedächtnisdrahts eine Überführung des ersten Sperrelements von der ersten Position in die zweite Position oder von der zweiten Position in die erste Position bewirkt. Im ersten Fall, d.h. wenn die Verkürzung des Formgedächtnisdrahts eine Überführung des ersten Sperrelements von der ersten Position in die zweite Position bewirkt, muss eine Überführung des ersten Sperrelements von der zweiten Position zurück in die erste Position mit einer Verlängerung des Formgedächtnisdrahts einhergehen. Bewirkt umgekehrt die Verkürzung des Formgedächtnisdrahts eine Überführung des ersten Sperrelements von der zweiten Position in die erste Position, muss eine Überführung zurück in die zweite Position mit der Verlängerung des Formgedächtnisdrahts einhergehen. The shape memory wire is coupled to the first blocking element such that the shortening of the shape memory wire effects a transfer of the first blocking element from the first position to the second position or from the second position to the first position. In the first case, ie when the shortening of the shape memory wire causes a transfer of the first locking element from the first position to the second position, a transfer of the first locking element from the second position back to the first position must be accompanied by an extension of the shape memory wire. Conversely, if the shortening of the shape memory wire causes a transfer of the first locking element from the second position to the first position, a transfer back to the second position must be accompanied by the extension of the shape memory wire.

Der Formgedächtnisdraht ist erfindungsgemäß in sich geschlossen. Hierdurch vereinfacht sich der Aufbau des Freilaufs. Insbesondere ist es möglich mehrere Sperrelemente in den Freilauf zu integrieren, die mit einem einzigen Formgedächtnisdraht aktuiert werden. The shape memory wire according to the invention is self-contained. This simplifies the structure of the freewheel. In particular, it is possible to integrate several locking elements in the freewheel, which are actuated with a single shape memory wire.

In einer bevorzugten Weiterbildung umschließt der Formgedächtnisdraht die oben genannte Drehachse, d.h. umgibt die Drehachse vollständig. Jede Ebene, welche die Drehachse vollständig beinhaltet, schneidet den Formgedächtnisdraht genau zwei Mal, d.h. in genau zwei Querschnitten. In a preferred embodiment, the shape memory wire encloses the above-mentioned axis of rotation, i. surrounds the axis of rotation completely. Each plane that completely encloses the axis of rotation cuts the shape memory wire exactly twice, i. in exactly two cross sections.

Der Formgedächtnisdraht ist in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung als Toroid ausgeformt. Insbesondere kann eine Symmetrieachse, bezüglich derer der Toroid rotationssymmetrisch ist, mit der genannten Drehachse identisch sein. The shape memory wire is formed in a further preferred development as a toroid. In particular, an axis of symmetry, with respect to which the toroid is rotationally symmetrical, may be identical to said axis of rotation.

Der Formgedächtnisdraht wirkt vorzugsweise auf Zug. Ein darüber hinaus auf Druck wirkender Formgedächtnisdraht ist in der erfindungsgemäßen Anordnung aufgrund der erforderlichen Länge des Formgedächtnisdrahts kaum realisierbar. In einer bevorzugten Weiterbildung ist daher eine Feder vorgesehene, die bei der Verlängerung des Formgedächtnisdrahts eine Überführung des ersten Sperrelements von der zweiten Position in die erste Position oder von der ersten Position in die zweite Position bewirkt. Dies geschieht durch eine aus einer Federspannung der Feder resultierende, auf das Sperrelement aufgebrachte Kraft. The shape memory wire preferably acts on tension. In addition, a shape memory wire which acts in addition to pressure can hardly be realized in the arrangement according to the invention because of the required length of the shape memory wire. In a preferred embodiment, therefore, a spring is provided, which causes the extension of the shape memory wire, a transfer of the first locking element from the second position to the first position or from the first position to the second position. This is done by a resulting from a spring tension of the spring, applied to the locking element force.

Die Feder ist so angeordnet, dass die Verkürzung des Formgedächtnisdrahts die Feder spannt, d.h. deren Federspannung und damit die resultierende Kraft erhöht. Die Verlängerung des Formgedächtnisdrahts geht entsprechend mit einer Endspannung der Feder, d.h. mit einer Verringerung ihrer Federspannung und der daraus resultierenden kraft einher. The spring is arranged so that the shortening of the shape memory wire tightens the spring, i. their spring tension and thus the resulting force increases. The extension of the shape memory wire accordingly goes with a final tension of the spring, i. associated with a reduction in their spring tension and the resulting force.

In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung ist das erste Sperrelement in der ersten Komponente, in der zweiten Komponente drehbar gelagert. In a further preferred embodiment, the first blocking element is rotatably mounted in the first component, in the second component.

Neben dem ersten Sperrelement weist der Freilauf in einer besonders bevorzugten Weiterbildung ein zweites Sperrelement auf, das auf gleiche Weise aktuiert wird. So sind die erste Komponente und die zweite Komponente relativ zueinander um die Drehachse in die erste Richtung und die zweite Richtung verdrehbar, wenn das zweite Sperrelement sich in einer ersten Position befindet. Befindet sich das zweite Sperrelement in einer zweiten Position, sperrt es eine Verdrehung der ersten Komponente und der zweiten Komponente um die Drehachse relativ zueinander in die zweite Richtung. Eine Verkürzung des Formgedächtnisdrahts bewirkt eine Überführung des zweiten Sperrelements von der ersten Position in die zweite Position oder von der zweiten Position in die erste Position. In addition to the first blocking element, the freewheel in a particularly preferred development has a second blocking element which is actuated in the same way. Thus, the first component and the second component are rotatable relative to each other about the axis of rotation in the first direction and the second direction when the second blocking element is in a first position. If the second blocking element is in a second position, it blocks a rotation of the first component and the second component about the axis of rotation relative to one another in the second direction. A shortening of the shape memory wire causes a transfer of the second locking element from the first position to the second position or from the second position to the first position.

Vorzugsweise ist neben der oben genannten Feder, die eine Überführung des ersten Sperrelements von der zweiten Position in die erste Position bewirkt, eine weitere Feder vorgesehen, die bei einer Verlängerung des Formgedächtnisdrahts eine Überführung des zweiten Sperrelements von der zweiten Position in die erste Position bewirkt. Auch das zweite Sperrelement ist vorzugsweise in der ersten Komponente oder in der zweiten Komponente drehbar gelagert. Preferably, in addition to the above-mentioned spring, which causes a transfer of the first locking element from the second position to the first position, a further spring is provided which causes an extension of the shape memory wire, a transfer of the second locking element from the second position to the first position. Also, the second blocking element is preferably rotatably mounted in the first component or in the second component.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleich oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt: Preferred embodiments of the invention are shown in the figures. Matching reference numbers identify the same or functionally identical features. In detail shows:

1 einen Freilauf mit geschlossenen Sperrelementen; und 1 a freewheel with closed locking elements; and

2 einen Freilauf mit geöffneten Sperrelementen. 2 a freewheel with open locking elements.

Der in 1 dargestellte Freilauf 101 ist ausgebildet, eine Welle 103 drehfest mit einer Nabe 105 zu verbinden. Die Welle 103 ist relativ zu der Nabe 105 gegen den Uhrzeigersinn verdrehbar. Entsprechend ist die Nabe 105 relativ zu der Welle 103 im Uhrzeigersinn verdrehbar. The in 1 illustrated freewheel 101 is trained, a wave 103 rotatably with a hub 105 connect to. The wave 103 is relative to the hub 105 rotatable counterclockwise. The hub is corresponding 105 relative to the wave 103 rotatable clockwise.

In entgegengesetzter Drehrichtung blockieren Sperrelemente 107 eine Verdrehung der Welle 103 relativ zu der Nabe 105. In the opposite direction blocking locking elements 107 a rotation of the shaft 103 relative to the hub 105 ,

Um die Welle 103 herum verläuft ein Formgedächtnisdraht 109. Bei einer Temperaturerhöhung zieht sich der Formgedächtnisdraht 109 zusammen. Die Sperrelemente 107 sind so mit dem Formgedächtnisdraht 109 verfügt, dass infolge dessen die Blockierwirkung der Sperrelemente 107 aufgehoben wird. To the shaft 103 around is a shape memory wire 109 , With a temperature increase, the shape memory wire pulls 109 together. The blocking elements 107 are so with the shape memory wire 109 has that as a result the Blocking effect of the blocking elements 107 will be annulled.

Dies ist in 2 dargestellt. Durch den zusammengezogenen Formgedächtnisdraht 109 sind die Sperrelemente 107 so positioniert, dass sie nicht mehr mit der Nabe 105 in Kontakt kommen können. Somit sind die Welle 103 und die Nabe 105 relativ zueinander frei, d.h. in beide Drehrichtungen verdrehbar. This is in 2 shown. Through the gathered shape memory wire 109 are the blocking elements 107 positioned so that they are no longer with the hub 105 can come into contact. Thus, the wave 103 and the hub 105 relative to each other freely, that is rotatable in both directions of rotation.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

101 101: Freilauf freewheel
103 103: Welle wave
105 105: Nabe hub
107 107: Sperrelement blocking element
109 109: Formgedächtnisdraht Shape memory wire

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010005112 A1 [0002]

Claims

Freewheel ( 101 ) with a first component ( 103 ), a second component ( 105 ), a first blocking element ( 107 ), and a shape memory wire ( 109 ); where the first component ( 103 ) and the second component ( 105 ) are rotatable relative to each other about a rotation axis in a first direction and a second direction, when the first blocking element ( 107 ) is in a first position; wherein the first blocking element ( 107 ) a rotation of the first component ( 103 ) and the second component ( 105 ) locks about the axis of rotation relative to each other in the second direction when the first blocking element ( 107 ) is in a second position; wherein a phase change with a change in length of the shape memory wire ( 109 ); and wherein a shortening of the shape memory wire ( 109 ) a transfer of the first blocking element ( 107 ) from the first position to the second position or from the second position to the first position; characterized in that the shape memory wire ( 109 ) is closed in itself.

Freewheel ( 101 ) according to claim 1; characterized in that the shape memory wire ( 109 ) encloses the axis of rotation.

Freewheel ( 101 ) according to any one of the preceding claims; characterized in that the shape memory wire ( 109 ) is formed as Toroiod.

Freewheel ( 101 ) according to any one of the preceding claims; characterized by at least one spring, which during an extension of the shape memory wire ( 109 ) a transfer of the first blocking element ( 107 ) from the second position to the first position.

Freewheel ( 101 ) according to any one of the preceding claims; characterized in that the first blocking element ( 107 ) in the first component ( 103 ) or in the second component ( 105 ) is rotatably mounted.

Freewheel ( 101 ) according to any one of the preceding claims; characterized by a second blocking element ( 107 ).