DE102018217419A1

DE102018217419A1 - Drehbar gelagertes Element, System mit einem drehbar gelagerten Element und einer Stromquelle, und Verfahren zum veränderlichen Koppeln einer Nabe mit einer Welle

Info

Publication number: DE102018217419A1
Application number: DE102018217419.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Baur; Erwin Biegger; Fabian Schrader
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: Microvision Inc Redmond Us; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-10-11
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2020-04-16

Abstract

Ein drehbar gelagertes Element (1000; 2000; 3000) umfasst eine Welle (100; 200; 400) mit einem Wellenkörper (10) und eine Nabe (300; 350). Das drehbar gelagerte Element umfasst ferner zumindest eine Nut (12a; 12b; 12c), die in der Nabe oder in dem Wellenkörper angeordnet ist, zumindest eine Bremsbacke (14a; 14b; 14c), die zumindest teilweise in der zumindest einen Nut (12a; 12b; 12c) angeordnet ist, und ein Zugelement (16), wobei das Zugelement (16) mit der zumindest einen Bremsbacke (14a; 14b; 14c) gekoppelt ist. Das Zugelement (16) ist zumindest teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gefertigt. Das Zugelement (16) ist dazu ausgebildet, um in einem ersten Zustand des Formgedächtnismaterials mit einer ersten größeren Zugkraft auf die zumindest eine Bremsbacke (14a; 14b; 14c) zu wirken, so dass die zumindest eine Bremsbacke vollständig in der zumindest einen Nut (12a; 12b; 12c) gehalten wird. Das Zugelement (16) ist dazu ausgebildet, in einem zweiten Zustand des Formgedächtnismaterials mit einer zweiten geringeren Zugkraft auf die zumindest eine Bremsbacke (14a; 14b; 14c) zu wirken.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein drehbar gelagertes Element mit einer Welle und einer Nabe, ein System mit einem drehbar gelagerten Element und einer Stromquelle, und auf ein Verfahren zum veränderlichen Koppeln einer Nabe mit einer Welle.
Um ein drehbar gelagertes Element in Position zu halten kann etwa ein Formschluss oder ein Kraftschluss genutzt werden. Dabei besitzt der Formschluss beispielsweise durch eine Rastierung den großen Nachteil, dass eine Inkrementierung erforderlich ist, wodurch nur in definierten Positionen eine Haltefunktion realisierbar ist. Um eine Position durch Kraftschluss zu halten sind oft große Kräfte erforderlich und einen zusätzlichen Aktor um diese aufzubringen. Ein solcher Aufbau benötigt oft einen zu großen Bauraum und ist daher besonders bei kompakt bauenden Justageeinheiten meist nicht realisierbar.
Aus dem Stand der Technik ist die Nutzung von Formgedächtnislegierungen bekannt, etwa um einen Spielausgleich bei Trommelbremsen vorzunehmen ( DE 31 00 678 A1 ), oder um eine Bremskraft auf eine rotierende Achse auszuüben ( DE 197 44 356 C1 , JPH02310856A, JPS63130935A, US 8,087,498 B2 ). In letzterem Fall wird eine Ausdehnungsänderung der Formgedächtnislegierung genutzt, um ein Bremselement in einer größeren Ausdehnung der Formgedächtnislegierung von außen gegen eine rotierende Achse zu drücken und die rotierende Achse somit abzubremsen. In einer geringeren Ausdehnung der Formgedächtnislegierung wird das Bremselement von der Achse gelöst und diese somit zur Rotation freigegeben.
Es besteht der Bedarf, ein Konzept für eine veränderbare Kopplung einer Welle mit einer Nabe bereitzustellen, das eine stufenlose Veränderung der Kopplung ermöglicht.
Diesem Bedarf wird durch das drehbar gelagerte Element, das System mit dem drehbar gelagerten Element und der Stromquelle, und das Verfahren zum veränderlichen Koppeln einer Nabe mit einer Welle Rechnung getragen.
Die Aufgabe wird durch ein Formgedächtnislegierung-aktuiertes Element gelöst. Die Erfindung basiert auf der Idee, die Kopplung zwischen Welle und Nabe durch einen Kraftschluss herzustellen, der darauf basiert, dass Bremsbacken, die in Nuten, die in einem Wellenkörper der Welle oder in der Nabe angeordnet sind, in die Nuten zurückgezogen werden, wenn eine Veränderung einer Position der der Nabe relativ zur Welle vorgenommen werden soll. Dazu werden die Bremsbacken mit einem Zugelement, das aus einem Formgedächtnismaterial gefertigt ist, gekoppelt. Das Formgedächtnismaterial kann dabei zwei Zustände annehmen - einen ersten, in dem das Zugelement eine größere Zugkraft auf die Bremsbacken ausübt, so dass diese vollständig in den Nuten gehalten werden und ein Kraftschluss zwischen Welle und Nabe aufgehoben wird, und einen zweiten, in dem das Zugelement eine geringere Zugkraft auf die Bremsbacken ausübt, so dass diese die Welle mit der Nabe kraftschlüssig koppeln. Dazu können die Bremsbacken in Nuten der Welle integriert werden und über eine Feder gegen die Nabe gedrückt werden und dadurch die Welle „festhalten“. Alternativ können die Bremsbacken in Nuten der Nabe integriert werden und durch eine Feder gegen die Welle gedrückt werden. Soll die Welle gedreht bzw. neu positioniert werden, wird das Zugelement aus Formgedächtnismaterial (etwa ein Formgedächtnislegierungs-Draht (FGL-Draht), der mit den beiden Bremsbacken verbunden ist) bestromt werden, wodurch dieser sich erwärmt und sich zusammenzieht. Durch die Längenreduktion werden die Bremsbacken zurück in die Nuten gezogen und die Welle ist „freigegeben“ bzw. kann rotiert werden. Sobald die Positionierung erfolgt ist, wird der FGL-Draht nicht mehr angesteuert, wodurch dieser seine ursprüngliche Länge einnimmt und die Bremsbacken erneut über die Feder gegen die Nabe bzw. Welle drücken und die Welle in der eingestellten Position fixieren. Der Effekt kann auch umgedreht werden, so dass das Bremselement die Welle im angesteuerten Zustand festhält und im nicht angesteuerten Zustand frei gibt.
Ausführungsbeispiele schaffen ein drehbar gelagertes Element mit einer Welle mit einem Wellenkörper und mit einer Nabe. Die Welle ist zumindest teilweise von der Nabe umschlossen. Das drehbar gelagerte Element umfasst ferner zumindest eine Nut, die in dem Wellenkörper oder in der Nabe angeordnet ist.-Das drehbar gelagerte Element umfasst ferner einer Bremsbacke, die zumindest teilweise in der zumindest einen Nut angeordnet ist, und ein Zugelement, das mit der zumindest einen Bremsbacke gekoppelt ist. Das Zugelement ist zumindest teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gefertigt. Das Zugelement ist dazu ausgebildet, um in einem ersten Zustand des Formgedächtnismaterials mit einer ersten größeren Zugkraft auf die zumindest eine Bremsbacke zu wirken, so dass die zumindest eine Bremsbacke vollständig in der zumindest einen Nut gehalten wird. Das Zugelement ist dazu ausgebildet, in einem zweiten Zustand des Formgedächtnismaterials mit einer zweiten geringeren Zugkraft auf die zumindest eine Bremsbacke zu wirken. Somit verschwinden die Bremsbacken im ersten Zustand des Formgedächtnismaterials vollständig in der Nut. Werden die Bremsbacken zum Koppeln der Welle mit einer Nabe genutzt, so wird im ersten Zustand ein Kraftschluss zwischen den Bremsbacken und der Nabe oder der Welle aufgehoben. Die Welle kann somit stufenlos neu relativ zur Nabe positioniert werden.
Das drehbar gelagerte Element kann beispielsweise zumindest eine Feder umfassen, die mit der zumindest einen Bremsbacke gekoppelt ist. Die zumindest eine Feder kann dazu ausgebildet sein, um eine Kraft auf die zumindest eine Bremsbacke auszuüben, so dass zumindest ein Teil der zumindest einen Bremsbacke aus der zumindest einen Nut hervorsteht, falls das Formgedächtnismaterial den zweiten Zustand aufweist. Steht ein Teil der zumindest einen Bremsbacke aus der zumindest einen Nut hervor, so kann dieser für einen Kraftschluss der Welle mit einer Nabe genutzt werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Feder dem Zugelement entsprechen. Dies wird beispielsweise in den 2a und 2b gezeigt. Dies ermöglicht einen vereinfachten Aufbau der Welle oder der Nabe.
Alternativ kann die zumindest eine Feder zusätzlich zu dem Zugelement ausgeführt sein. Damit wird eine größere Zahl an Freiheitsgraden in der Wahl von Materialien und Elementgrößen für das Zugelement und die Feder ermöglicht.
In manchen Ausführungsbeispielen ist die zumindest eine Nut in dem Wellenkörper angeordnet. Das Zugelement kann so ausgebildet sein, dass die zumindest eine Bremsbacke eine Kraft auf die Nabe ausübt falls das Formgedächtnismaterial den zweiten Zustand aufweist, so dass die Welle und die Nabe im zweiten Zustand des Formgedächtnismaterials kraftschlüssig gekoppelt sind. Durch die Integration der Nut in den Wellenkörper wird eine kompakte Bauweise des drehbar gelagerten Elements ermöglicht.
Alternativ kann die zumindest eine Nut in der Nabe angeordnet sein. Das Zugelement kann so ausgebildet sein, dass die zumindest eine Bremsbacke eine Kraft auf den Wellenkörper ausübt falls das Formgedächtnismaterial den zweiten Zustand aufweist, so dass die Welle und die Nabe im zweiten Zustand des Formgedächtnismaterials kraftschlüssig gekoppelt sind. Durch Anordnen der zumindest eine Nut in der Nabe wird eine erleichterter Anschluss des Zugelements an eine Stromversorgung und ein vereinfachter Aufbau des Wellenkörpers ermöglicht.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das drehbar gelagerte Elementferner eine Schnittstelle für eine Stromquelle, wobei die Schnittstelle mit dem Zugelement gekoppelt ist. Die Schnittstelle kann ausgebildet sein, um einen Stromfluss einer Stromquelle für das Zugelement bereitzustellen, so dass sich das Zugelement im ersten Zustand des Formgedächtnismaterials zusammenzieht. Die Stromquelle kann etwa genutzt werden, um durch den Stromfluss das Zugelement zu erhitzen und dadurch den ersten Zustand oder den zweiten Zustand des Formgedächtnismaterials zu aktivieren.
Ausführungsbeispiele schaffen ein System aus einem solchen drehbar gelagerten Element und der Stromquelle. Die Stromquelle ist ausgebildet, um den Stromfluss für das Zugelement über die Schnittstelle bereitzustellen.
Beispielsweise kann das Formgedächtnismaterial in einem ersten Zeitintervall den ersten Zustand aufweisen und in einem zweiten Zeitintervall den zweiten Zustand aufweisen. Die Stromquelle kann ausgebildet sein, um den Stromfluss für das Zugelement im ersten Zeitintervall bereitzustellen. Wird der Stromfluss benötigt, um das Formgedächtnismaterial in den ersten Zustand zu transformieren, so kann bei lediglich gelegentlichen Neu-Positionierungen der Welle relativ zur Nabe ein Stromverbrauch reduziert werden. Alternativ kann die Stromquelle ausgebildet sein, um den Stromfluss für das Zugelement im zweiten Zeitintervall bereitzustellen. So kann das Zugelement so ausgelegt sein, dass es den zweiten Zustand annimmt, wenn ein Stromfluss bereitgestellt wird, und so dass es den ersten Zustand annimmt, wenn kein Stromfluss bereitgestellt wird. So kann beispielsweise ein Kraftschluss zwischen der Welle und der Nabe in einem ausgeschalteten Zustand deaktiviert werden, was Anwendungen ermöglicht, die einen „Normally Open“-Zustand (Offen im Normalzustand) bei Versagen oder Abschalten der Stromversorgung voraussetzen.
Ausführungsbeispiele schaffen ferner ein Verfahren zum veränderlichen Koppeln einer Nabe mit einer Welle eines drehbar gelagerten Elements. Die Welle ist zumindest teilweise von der Nabe umschlossen. Die Welle umfasst einen Wellenkörper. Zumindest eine Nut des drehbar gelagerten Elements ist in dem Wellenkörper oder in der Nabe angeordnet. Das drehbar gelagerte Element umfasst ferner zumindest eine Bremsbacke, die zumindest teilweise in der zumindest einen Nut angeordnet ist, und ein Zugelement. Das Zugelement ist mit der zumindest einen Bremsbacke gekoppelt und zumindest teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gefertigt. Das Verfahren umfasst Transformieren des Formgedächtnismaterials des Zugelements in einen ersten Zustand, so dass das Zugelement mit einer ersten größeren Zugkraft auf die zumindest eine Bremsbacke wirkt und die zumindest eine Bremsbacke vollständig in der Nut gehalten wird. Das Verfahren umfasst ferner, nach oder während des Transformierens des Formgedächtnismaterials des Zugelements in den ersten Zustand, Verändern einer Position der Nabe relativ zur Welle während die zumindest eine Bremsbacke vollständig in der zumindest einen Nut gehalten wird. Das Verfahren umfasst ferner, nach dem Verändern der Position der Nabe relativ zur Welle, Transformieren des Formgedächtnismaterials des Zugelements in einen zweiten Zustand, so dass das Zugelement mit einer zweiten geringeren Zugkraft auf die zumindest eine Bremsbacke wirkt und die zumindest eine Bremsbacke eine Kraft auf die Nabe oder den Wellenkörper ausübt, so dass die Welle und die Nabe kraftschlüssig gekoppelt sind. Dies ermöglicht eine veränderliche kraftschlüssige Kopplung der Nabe mit der Welle.
Es zeigen:

1 a ein Ausführungsbeispiel eines drehbar gelagerten Elements mit einer Welle und einer Nabe, wobei ein Zugelement der Welle und eine Feder der Welle separat ausgeführt sind;
1 b ein Ausführungsbeispiel eines Systems einem drehbar gelagertem Element mit einer Welle und einer Nabe sowie mit einer Stromquelle, wobei ein Zugelement der Welle und eine Feder der Welle separat ausgeführt sind;
2a und 2b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines drehbar gelagerten Elements mit einer Welle und einer Nabe, wobei ein Zugelement der Welle durch eine Feder gebildet wird;
3 ein Ausführungsbeispiel eines drehbar gelagerten Elements mit einer Welle und einer Nabe, wobei eine Nut, in der eine Bremsbacke angeordnet ist, in der Nabe angeordnet ist; und
4 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum veränderlichen Koppeln einer Nabe mit einer Welle.

1a zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines drehbar gelagerten Elements 1000 mit einer Welle 100 und einer Nabe 300. Die Welle 100 umfasst einen Wellenkörper 10 mit zumindest einer Nut. Das drehbar gelagerte Element umfasst ferner zumindest eine Bremsbacke, die zumindest teilweise in der zumindest einen Nut angeordnet ist. Die in 1a gezeigte Welle weist zwei Nuten 12a und 12b auf, die an radial entgegengesetzten Seiten der Welle angeordnet sind. In den Nuten 12a; 12b sind zwei Bremsbacken 14a; 14b angeordnet. Das drehbar gelagerte Element umfasst ferner ein zumindest teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gefertigtes Zugelement 16. Das Zugelement 16 ist mit den Bremsbacken 14a; 14b gekoppelt. Das Zugelement 16 ist dazu ausgebildet, eine Zugkraft, d.h. eine von den Bremsbacken in Richtung des Zugelements 16 gerichtete Kraft, auf die Bremsbacken 14a; 14b auszuüben. Das Zugelement 16 ist dazu ausgebildet, in einem ersten Zustand des Formgedächtnismaterials mit einer ersten größeren Zugkraft auf die Bremsbacken 14a; 14b zu wirken, so dass die Bremsbacken vollständig in den Nuten gehalten werden (d.h. vollständig in den Nuten angeordnet sind). Das Zugelement 16 ist dazu ausgebildet, in einem zweiten Zustand des Formgedächtnismaterials mit einer zweiten geringeren Zugkraft auf die Bremsbacken 14a; 14b zu wirken. Wirkt das Zugelement 16 mit der zweiten geringeren Zugkraft auf die Bremsbacken 14a; 14b, so kann zumindest ein Teil der Bremsbacken aus den Nuten hervorstehen.
Dazu kann das drehbar gelagerte Element, etwa die Welle, wie in 1a gezeigt, zumindest eine Feder 18 aufweisen. Die Feder ist dabei mit den Bremsbacken 14a; 14b gekoppelt. Die Feder ist dazu ausgebildet, eine Kraft auf die Bremsbacken 14a; 14b auszuüben, so dass zumindest ein Teil der Bremsbacken aus den Nuten hervorsteht, falls das Formgedächtnismaterial den zweiten Zustand aufweist. Dabei kann die Feder, wie in 1a und 1b als Feder 18 gezeigt, zusätzlich zu dem Zugelement 16 ausgeführt sein. Alternativ kann die Feder, wie in den 2a und 2b gezeigt, dem Zugelement 16 entsprechen. Werden, wie in 1a und 1b gezeigt, die Feder und das Zugelement 16, als separate Bauelemente ausgeführt, so kann die Feder 18 so dimensioniert sein, dass die Kraft, die Feder auf die Bremsbacken 14a; 14b ausübt, größer ist als die zweite kleinere Zugkraft des Zugelements, und kleiner als die erste größere Zugkraft des Zugelements. Dies hat zur Folge, dass die Bremsbacken vollständig in den Nuten gehalten werden (d.h. einen Radius des Wellenkörpers nicht überschreiten) falls das Formgedächtnismaterial den ersten Zustand aufweist, und dass zumindest ein Teil der Bremsbacken aus den Nuten hervorsteht, falls das Formgedächtnismaterial den zweiten Zustand aufweist. Umschließt nun die Nabe 300 die Welle 100 an der Stelle des Wellenkörpers, an der die Nuten und die Bremsbacken angeordnet sind, so kann die Position der Nabe 300 relativ zur Welle geändert werden, falls das Formgedächtnismaterial den ersten Zustand aufweist (und folglich die Bremsbacken vollständig in den Nuten angeordnet sind). Weist das Formgedächtnismaterial den zweiten Zustand auf, so überwiegt die Kraft, die die Feder 18 auf die Bremsbacken ausübt, und die Bremsbacken werden gegen die Nabe 300 gedrückt, so dass die Nabe 300 (über die Bremsbacken 14a; 14b) kraftschlüssig mit der Welle 100 gekoppelt ist. Die Bremsbacken können beispielsweise Reibelemente sein, d.h. Elemente, die einen höheren Reibkoeffizienten als ein Material des Wellenkörpers aufweisen. Das Zugelement 16 des drehbar gelagerten Elements ist so ausgebildet, dass die zumindest eine Bremsbacke 14a; 14b eine Kraft auf die Nabe 300 ausübt falls das Formgedächtnismaterial den zweiten Zustand aufweist, so dass die Welle 100 und die Nabe 300 im zweiten Zustand des Formgedächtnismaterials kraftschlüssig gekoppelt sind.
Das Zugelement 16 ist zumindest teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gefertigt. In anderen Worten kann zumindest ein Teil des Zugelements 16 aus dem Formgedächtnismaterial bestehen oder das Formgedächtnismaterial umfassen. Beispielweise kann das Zugelement zwei Koppelelemente umfassen, die mit den Bremsbacken 14a; 14b mechanisch gekoppelt sind, und ein Element variabler Länge, das aus Formgedächtnismaterial besteht oder Formgedächtnismaterial umfasst. Formgedächtnismaterialien (auch Formgedächtnislegierungen, engl. shape memory alloy) sind Materialien, die in zwei unterschiedlichen Kristallstrukturen existieren können. Formgedächtnismaterialien zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich an eine frühere Formgebung trotz nachfolgender Verformung „erinnern“ können, also die frühere Formgebung bei Aktuierung erneut annehmen können. Diese Aktuierung kann etwa auf einer Erhitzung des Formgedächtnismaterials oder auf einem magnetischen Feld basieren.
Damit das Formgedächtnismaterial den ersten Zustand oder den zweiten Zustand annimmt, kann es durch eine externe Entität beeinflusst werden. In vielen Fällen ist das Formgedächtnismaterial ein temperaturabhängiges Formgedächtnismaterial. In zumindest manchen Ausführungsbeispielen ist das Formgedächtnismaterial des Zugelements auf einen Zweiweg-Formgedächtnis-Effekt ausgelegt, d.h. das Formgedächtnismaterial des Zugelements kann auf eine erste Formgebung (die etwa mit einem ersten Temperaturschwellenwert verknüpft ist) und auf eine zweite Formgebung (die etwa mit einem zweiten Temperaturschwellenwert verknüpft ist) ausgelegt sein. Die erste Formgebung kann dabei etwa dem ersten Zustand des Formgedächtnismaterials entsprechen und die zweite Formgebung kann dem zweiten Zustand des Formgedächtnismaterials entsprechen. Dabei kann die erste Formgebung eine größere Ausdehnung aufweisen als die zweite Formgebung. Beispielsweise kann das Formgedächtnismaterial den ersten Zustand oder die erste Formgebung annehmen (etwa in den ersten Zustand transformiert werden), falls eine Temperatur des Formgedächtnismaterials den ersten Temperaturschwellenwert übersteigt, und den zweiten Zustand oder die zweite Formgebung annehmen, falls die Temperatur des Formgedächtnismaterials den zweiten Temperaturschwellenwert unterschreitet (oder umgekehrt). Dies kann beispielsweise durch einen Stromfluss durch zumindest den Teil des Zugelements erreicht werden, der das Formgedächtnismaterial umfasst. Durch den Stromfluss kann zumindest der Teil des Zugelements, der das Formgedächtnismaterial umfasst, als Heizwiderstand wirken, so dass das Formgedächtnismaterial so erhitzt wird, dass die Temperatur des Formgedächtnismaterials den ersten oder zweiten Temperaturschwellenwert über- oder unterschreitet und das Formgedächtnismaterial den ersten Zustand oder den zweiten Zustand annimmt.
Dieser Stromfluss kann durch eine Stromquelle 24 hervorgerufen werden. In zumindest einigen Ausführungsbeispielen umfasst das drehbar gelagerte Element, wie in 1b gezeigt, eine Schnittstelle 22 für eine Stromquelle 24, die mit dem Zugelement 16 gekoppelt, beispielsweise ohmsch elektrisch verbunden, ist. Beispielsweise kann die Stromquelle mit der Schnittstelle vollständig in der Welle oder der Nabe angeordnet sein. So kann beispielsweise die Stromquelle eine Energiequelle, etwa eine Batterie, umfassen, die in der Welle oder Nabe angeordnet ist. Alternativ kann die Schnittstelle zur Verbindung mit einer externen Energiequelle/Stromquelle vorgesehen sein. Beispielsweise kann das drehbar gelagerte Element, etwa die Welle oder die Nabe, eine Schnittstelle 22 zu einer externen Stromquelle 24 umfassen, die als Stromquelle des drehbar gelagerten Elements fungiert. Ausführungsbeispiele schaffen ferner ein System aus dem drehbar gelagerten Element und der Stromquelle 24, wobei die Stromquelle 24 ausgebildet ist, um den Stromfluss für das Zugelement 16 über die Schnittstelle 22 bereitzustellen. Ist die Stromquelle eine externe Stromquelle, so kann die Schnittstelle für die Stromquelle beispielsweise einer induktiven Schnittstelle oder einer drahtgebundenen Schnittstelle entsprechen. Beispielsweise kann die Schnittstelle ein oder mehrere Induktionsspulen und/oder ein oder mehrere Gleitkontakte umfassen, die entlang der Welle angeordnet sind. Ist ein Rotationsgrad der Welle begrenzt, etwa auf ± 45°, so kann die Schnittstelle eine kabelgebundene Schnittstelle für ein flexibles Kabel sein.
Beispielsweise kann die Stromquelle 24 einen Steuermechanismus umfassen, der ausgebildet ist um den Stromfluss der Stromquelle zu steuern. Der Steuermechanismus kann ausgebildet sein, um durch die Kontrolle des Stromflusses das Formgedächtnismaterial in den ersten Zustand oder in den zweiten Zustand zu versetzen oder zu transformieren. Beispielsweise kann das Formgedächtnismaterial in einem ersten Zeitintervall den ersten Zustand und in einem zweiten Zeitintervall den zweiten Zustand aufweisen. Die Stromquelle, etwa der Steuermechanismus der Stromquelle, kann ausgebildet sein, um den Stromfluss für das Zugelement 16 im ersten Zeitintervall bereitzustellen, etwa das Formgedächtnismaterial im zweiten Zeitintervall durch den Stromfluss zu erhitzen. So kann in diesem Ausführungsbeispiel der erste Temperaturschwellenwert höher sein als der zweite Temperaturschwellenwert. Das Formgedächtnismaterial kann den ersten Zustand (etwa die erste Formgebung) annehmen, falls die Temperatur des Formgedächtnismaterials den ersten Temperaturschwellenwert überschreitet, und das Formgedächtnismaterial kann den zweiten Zustand (etwa die zweite Formgebung) annehmen, falls die Temperatur des Formgedächtnismaterials den zweiten Temperaturschwellenwert unterschreitet. Alternativ kann die Stromquelle ausgebildet sein, um den Stromfluss für das Zugelement 16 im zweiten Zeitintervall bereitzustellen, etwa das Formgedächtnismaterial im zweiten Zeitintervall durch den Stromfluss zu erhitzen. In diesem Ausführungsbeispiel kann der erste Temperaturschwellenwert geringer sein als der zweite Temperaturschwellenwert. Das Formgedächtnismaterial kann den ersten Zustand (etwa die erste Formgebung) annehmen, falls die Temperatur des Formgedächtnismaterials den ersten Temperaturschwellenwert unterschreitet, und das Formgedächtnismaterial kann den zweiten Zustand (etwa die zweite Formgebung) annehmen, falls die Temperatur des Formgedächtnismaterials den zweiten Temperaturschwellenwert überschreitet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie in den 1, 2a und 2b gezeigt, umfasst die Welle eine erste Nut 12a, eine zweite Nut 12b, eine erste Bremsbacke 14a und eine zweite Bremsbacke 14b. Die erste Nut 12a und die zweite Nut 12b können an entgegengesetzten (radialen) Seiten des Wellenkörpers 10 angeordnet sein. Die erste Bremsbacke 14a kann zumindest teilweise in der ersten Nut 12a und die zweite Bremsbacke 14b zumindest teilweise in der zweiten Nut 12b angeordnet sein. Das Zugelement 16 kann zwischen der ersten Bremsbacke und der zweiten Bremsbacke angeordnet sein. Durch eine solche (symmetrische) Anordnung kann das Zugelement für mehrere Bremsbacken verwendet werden.
In den 1, 2a und 2b sind Ausführungsbeispiele von Wellen mit jeweils zwei Nuten und zwei Bremsbacken dargestellt. Ferner sind auch Ausführungsbeispiele denkbar, die eine andere Zahl von Nuten/Bremsbacken aufweisen, etwa je eine Nut/Bremsbacke, drei Nuten/Bremsbacken, 4 Nuten/Bremsbacken oder mehr. In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung können an einer Welle mehrere Naben durch Bremsbacken kraftschlüssig gekoppelt werden.
Die 2a und 2b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines drehbar gelagerten Elements 2000 mit einer Welle 200 und einer Nabe 300. Das drehbar gelagerte Element 2000 kann ähnlich implementiert sein wie Das drehbar gelagerte Element 1000, das in den 1a und 1b vorgestellt wird. Insbesondere schaffen Ausführungsbeispiele auch ein System aus dem drehbar gelagerten Element 2000 und der Stromquelle 24. Dabei kann das drehbar gelagerte Element 2000 ferner die Schnittstelle 22 für die Stromquelle 24 umfassen.
Im Gegensatz zu der Welle 100 der 1a und 1b umfasst die Welle 200 der 2a und 2b keine separate Feder. In den 2a und 2b entspricht die Feder dem Zugelement 16, d.h. das Zugelement 16 ist eine Feder. Folglich kann die Feder 16 so dimensioniert sein, dass, falls das Formgedächtnismaterial den ersten Zustand aufweist, die erste größere Zugkraft der Feder 16 die Bremsbacken vollständig in den Nuten 12a; 12b hält (etwa so, dass die Bremsbacken 14a; 14b nicht über einen Radius des Wellenkörpers hervorstehen), und, falls das Formgedächtnismaterial den zweiten Zustand aufweist, die Kraft, die die Feder 16 auf die Bremsbacken 14a; 14b ausübt, die Bremsbacken 14a; 14b zumindest teilweise aus den Nuten 12a; 12b hervorstehen lässt, so dass ein Kraftschluss zwischen der Welle 200 (über die Bremsbacken 14a; 14b) und der Nabe 300 erreicht wird.
In 2a wird der zweite Zustand oder die zweite Formgebung des Formgedächtnismaterials des Zugelements/der Feder 16 gezeigt. Wie in 2a gezeigt wird, übt das Zugelement / die Feder 16 in diesem Zustand eine Kraft auf die die Bremsbacken 14a; 14b aus, so dass diese aus den Nuten 12a; 12b hervorstehen und durch einen Kraftschluss mit der Nabe 300 gekoppelt werden.
In 2b wird der erste Zustand oder die erste Formgebung des Formgedächtnismaterials des Zugelements/der Feder 16 gezeigt. Dabei überwiegt die erste größere Zugkraft des Zugelements/der Feder 16, so dass die Bremsbacken 14a; 14b vollständig in den Nuten 12a; 12b gehalten werden.
In 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines drehbar gelagerten Elements 3000 gezeigt, bei dem die zumindest eine Nut 12c in der Nabe 350 angeordnet ist. Im Gegensatz zu den drehbar gelagerten Elementen der 1a bis 2b wird somit durch die zumindest eine Bremsbacke eine Kraft auf den Wellenkörper 10 der Welle 400 ausgeübt, falls das Formgedächtnismaterial den zweiten Zustand aufweist. Ansonsten kann das drehbar gelagerte Element ähnlich implementiert sein die die drehbar gelagerten Elemente, wie sie in den 1a bis 2b gezeigt sind.
Weist das Formgedächtnismaterial den zweiten Zustand auf, so wirkt das Zugelement aus Formgedächtnismaterial mit der zweiten geringeren Zugkraft auf die Bremsbacke 14c, so dass die Bremsbacke gegen den Wellenkörper gedrückt wird und die Welle 400 und die Nabe 450 kraftschlüssig gekoppelt sind. Weist das Formgedächtnismaterial den ersten Zustand auf, so wirkt das Zugelement aus Formgedächtnismaterial mit der ersten größeren Zugkraft auf die Bremsbacke 14c, so dass die Bremsbacke vollständig in der Nut 12c gehalten wird. In diesem Zustand des Formgedächtnismaterials ragt die Bremsbacke 14c nicht über einen Innenradius der Nabe 350 hinaus in die Nabe hinein, so dass ein Kraftschluss zwischen der Nabe und der Welle aufgehoben ist. Die Bremsbacke kann dabei beispielsweise, wie gezeigt, auf der der Welle zugewandten Seite ein flaches Profil aufweisen. Alternativ kann die Bremsbacke auf der der Welle zugewandten Seite ein konkaves Profil aufweisen.
3 zeigt ferner die Schnittstelle 22 für die Stromversorgung 24 sowie die Stromversorgung 24. Somit zeigt 3 ferner das System aus dem drehbar gelagerten Element 3000 und der Stromversorgung 24.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum veränderlichen Koppeln einer Nabe mit einer Welle. Die Welle und die Nabe können ähnlich implementiert sein wie die Wellen 100; 200, 400 und die Nabe 300, 350 wie sie in den 1a bis 3 eingeführt werden. Die Welle ist zumindest teilweise von der Nabe umschlossen. Die Welle umfasst zumindest eine Nut 12a; 12b; 12c, die in einem Wellenkörper der Welle oder in der Nabe angeordnet ist, zumindest eine Bremsbacke 14a; 14b; 14c, die zumindest teilweise in der zumindest einen Nut 12a; 12b; 12c angeordnet ist, und ein Zugelement 16. Das Zugelement 16 ist mit der zumindest einen Bremsbacke 14a; 14b; 14c gekoppelt und ist zumindest teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gefertigt.
Das Verfahren umfasst Transformieren 110 des Formgedächtnismaterials des Zugelements 16 in einen ersten Zustand, so dass das Zugelement 16 mit einer ersten größeren Zugkraft auf die zumindest eine Bremsbacke 14a; 14b; 14c wirkt und die zumindest eine Bremsbacke vollständig in der Nut gehalten wird. Das Transformieren 110 des Formgedächtnismaterials in den ersten Zustand kann beispielsweise ein Bereitstellen eines Stromflusses für das Zugelement 16 umfassen, etwa über eine Schnittstelle 22 für eine Stromquelle 24, wie sie in 1b gezeigt ist. Durch den Stromfluss kann das Formgedächtnismaterial des Zugelements 16 über den ersten Temperaturschwellenwert erhitzt werden und folglich den ersten Zustand annehmen. In anderen Worten kann das Transformieren 110 des Formgedächtnismaterials in den ersten Zustand ein Bereitstellen des Stromflusses durch die Stromquelle umfassen oder diesem entsprechen. Alternativ kann das Transformieren 110 des Formgedächtnismaterials in den ersten Zustand ein Abschalten des Stromflusses umfassen oder diesem entsprechen, etwa, falls der erste Temperaturschwellenwert unterschritten werden muss, um das Formgedächtnismaterial in den ersten Zustand zu transformieren.
Das Verfahren umfasst ferner Verändern 120 einer Position der Nabe relativ zur Welle während die zumindest eine Bremsbacke 14a; 14b; 14c vollständig in der zumindest einen Nut 12a; 12b; 12c gehalten wird. Das Verändern 120 der Position der Nabe relativ zur Welle kann etwa ein Rotieren der Welle umfassen oder diesem entsprechen. Die Welle kann beispielsweise durch einen Motor rotiert werden. In zumindest manchen Ausführungsbeispielen ist der Motor mit der Stromquelle gekoppelt. So kann beispielsweise ein Stromfluss für den Motor und der Stromfluss über die Schnittstelle simultan erfolgen. In zumindest manchen Ausführungsbeispielen ist das drehbar gelagerte Element, das die Welle und die Nabe umfasst, eine Aufhängung eines Sensors. Beispielsweise kann das drehbar gelagerte Element eine Aufhängung eines LIDAR-Sensors sein, etwa für einen LIDAR-Sensor, wie er in den Patentanmeldung WO 2017/081 294 A1 beschrieben ist. Zur Justage einer Positionierung des Sensors kann die Position der Nabe relativ zur Welle verändert 120 werden, um eine stufenlose Positionsfixierung des Sensors zu erreichen.
Das Verfahren umfasst ferner Transformieren 130 des Formgedächtnismaterials des Zugelements 16 in einen zweiten Zustand, so dass das Zugelement 16 mit einer zweiten geringeren Zugkraft auf die zumindest eine Bremsbacke 14a; 14b wirkt und die zumindest eine Bremsbacke 14a; 14b; 14c eine Kraft auf die Nabe 300 oder den Wellenkörper 10 ausübt, so dass die Welle 100 und die Nabe 300 kraftschlüssig gekoppelt sind. Das Transformieren 130 des Formgedächtnismaterials des Zugelements 16 in den zweiten Zustand kann gegenteilig zum Transformieren 130 des Formgedächtnismaterials des Zugelements 16 in den ersten Zustand ausgeführt sein: Wird ein Stromfluss bereitgestellt, um das Formgedächtnismaterial in den ersten Zustand zu transformieren, so kann das Transformieren 130 des Formgedächtnismaterials in den zweiten Zustand ein Abschalten des Stromflusses umfassen oder diesem entsprechen; Wird der Stromfluss abgeschaltet, um das Formgedächtnismaterial in den ersten Zustand zu transformieren, so kann das Transformieren 130 des Formgedächtnismaterials in den zweiten Zustand ein Bereitstellen des Stromflusses umfassen, um das Formgedächtnismaterial durch den Stromfluss zu erhitzen und den zweiten Temperaturschwellenwert zu überschreiten.
Bezugszeichenliste

10: Wellenkörper
12a: Nut
12b: Nut
12c: Nut
14a: Bremsbacke
14b: Bremsbacke
14c: Bremsbacke
16: Zugelement, Feder
18: Feder
22: Schnittstelle
24: Stromquelle
100: Welle
110: Transformieren eines Formgedächtnismaterials eines Zugelements in einen ersten Zustand
120: Verändern einer Position einer Nabe relativ zu einer Welle
130: Transformieren des Formgedächtnismaterials des Zugelements in einen zweiten Zustand
200: Welle
300: Nabe
350: Nabe
400: Welle
1000: Drehbar gelagertes Element
2000: Drehbar gelagertes Element
3000: Drehbar gelagertes Element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3100678 A1 [0003]
DE 19744356 C1 [0003]
US 8087498 B2 [0003]
WO 2017/081294 A1 [0035]

Claims

Drehbar gelagertes Element (1000; 2000; 3000) umfassend eine Welle (100; 200; 400) mit einem Wellenkörper (10); eine Nabe (300; 350), wobei die Welle (100; 200; 400) zumindest teilweise von der Nabe (300; 350) umschlossen ist, zumindest eine Nut (12a; 12b; 12c), wobei die zumindest eine Nut in dem Wellenkörper (10) oder in der Nabe (350) angeordnet ist; zumindest eine Bremsbacke (14a; 14b; 14c), wobei die zumindest eine Bremsbacke (14a; 14b; 14c) zumindest teilweise in der zumindest einen Nut (12a; 12b; 12c) angeordnet ist, und ein Zugelement (16), wobei das Zugelement (16) mit der zumindest einen Bremsbacke (14a; 14b; 14c) gekoppelt ist, wobei das Zugelement (16) zumindest teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gefertigt ist, wobei das Zugelement (16) dazu ausgebildet ist, in einem ersten Zustand des Formgedächtnismaterials mit einer ersten größeren Zugkraft auf die zumindest eine Bremsbacke (14a; 14b; 14c) zu wirken, so dass die zumindest eine Bremsbacke vollständig in der zumindest einen Nut gehalten wird, und wobei das Zugelement (16) dazu ausgebildet ist, in einem zweiten Zustand des Formgedächtnismaterials mit einer zweiten geringeren Zugkraft auf die zumindest eine Bremsbacke (14a; 14b;14c) zu wirken.
Das drehbar gelagerte Element (1000; 2000; 3000) gemäß Anspruch 1, wobei das drehbar gelagerte Element zumindest eine Feder umfasst, wobei die zumindest eine Feder mit der zumindest einen Bremsbacke (14a; 14b; 14c) gekoppelt ist, wobei die zumindest eine Feder dazu ausgebildet ist, eine Kraft auf die zumindest eine Bremsbacke (14a; 14b; 14c) auszuüben, so dass ein Teil der zumindest einen Bremsbacke aus der zumindest einen Nut (12a; 12b; 12c) hervorsteht, falls das Formgedächtnismaterial den zweiten Zustand aufweist.
Das drehbar gelagerte Element (2000) gemäß Anspruch 2, wobei die Feder dem Zugelement (16) entspricht.
Das drehbar gelagerte Element (1000; 3000) gemäß Anspruch 2, wobei die zumindest eine Feder zusätzlich zu dem Zugelement (16) ausgeführt ist.
Das drehbar gelagerte Element (1000; 2000) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Nut in dem Wellenkörper (10) angeordnet ist, wobei das Zugelement (16) so ausgebildet ist, dass die zumindest eine Bremsbacke (14a; 14b) eine Kraft auf die Nabe (300) ausübt falls das Formgedächtnismaterial den zweiten Zustand aufweist, so dass die Welle (100; 200) und die Nabe (300) im zweiten Zustand des Formgedächtnismaterials kraftschlüssig gekoppelt sind.
Das drehbar gelagerte Element (3000) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Nut in der Nabe (300) angeordnet ist, wobei das Zugelement (16) so ausgebildet ist, dass die zumindest eine Bremsbacke (14c) eine Kraft auf den Wellenkörper (10) ausübt falls das Formgedächtnismaterial den zweiten Zustand aufweist, so dass die Welle (400) und die Nabe (350) im zweiten Zustand des Formgedächtnismaterials kraftschlüssig gekoppelt sind.
Das drehbar gelagerte Element (1000; 2000; 3000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend eine Schnittstelle (22) für eine Stromquelle (24), wobei die Schnittstelle mit dem Zugelement (16) gekoppelt ist, wobei die Schnittstelle (22) ausgebildet ist, um einen Stromfluss der Stromquelle (24) für das Zugelement (16) bereitzustellen, so dass sich das Zugelement (16) im ersten Zustand des Formgedächtnismaterials zusammenzieht.
System aus einem drehbar gelagerten Element gemäß Anspruch 7 und einer Stromquelle (24), wobei die Stromquelle (24) ausgebildet ist, um den Stromfluss für das Zugelement (16) über die Schnittstelle (22) bereitzustellen.
Das System gemäß Anspruch 8 wobei das Formgedächtnismaterial in einem ersten Zeitintervall den ersten Zustand aufweist und wobei das Formgedächtnismaterial in einem zweiten Zeitintervall den zweiten Zustand aufweist, wobei die Stromquelle (24) ausgebildet ist, um den Stromfluss für das Zugelement (16) im ersten Zeitintervall bereitzustellen.
Das System (20) gemäß Anspruch 8, wobei das Formgedächtnismaterial in einem ersten Zeitintervall den ersten Zustand aufweist und wobei das Formgedächtnismaterial in einem zweiten Zeitintervall den zweiten Zustand aufweist, wobei die Stromquelle (24) ausgebildet ist, um den Stromfluss für das Zugelement (16) im zweiten Zeitintervall bereitzustellen.
Verfahren zum veränderlichen Koppeln einer Nabe mit einer Welle eines drehbar gelagerten Elements, wobei die Welle zumindest teilweise von der Nabe umschlossen ist, wobei die Welle einen Wellenkörper (10) umfasst, wobei zumindest eine Nut (12a; 12b; 12c) in der Nabe (350) oder in dem Wellenkörper (10) angeordnet ist, wobei zumindest eine Bremsbacke (14a; 14b;14c) zumindest teilweise in der zumindest einen Nut (12a; 12b; 12c) angeordnet ist, und ein Zugelement (16) umfasst, wobei das Zugelement (16) mit der zumindest einen Bremsbacke (14a; 14b; 14c) gekoppelt ist und zumindest teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gefertigt ist, das Verfahren umfassend: Transformieren (110) des Formgedächtnismaterials des Zugelements (16) in einen ersten Zustand, so dass das Zugelement (16) mit einer ersten größeren Zugkraft auf die zumindest eine Bremsbacke (14a; 14b; 14c) wirkt und die zumindest eine Bremsbacke vollständig in der Nut gehalten wird; Verändern (120) einer Position der Nabe relativ zur Welle während die zumindest eine Bremsbacke (14a; 14b; 14c) vollständig in der zumindest einen Nut (12a; 12b; 12c) gehalten wird; und Transformieren (130) des Formgedächtnismaterials des Zugelements (16) in einen zweiten Zustand, so dass das Zugelement (16) mit einer zweiten geringeren Zugkraft auf die zumindest eine Bremsbacke (14a; 14b; 14c) wirkt und die zumindest eine Bremsbacke (14a; 14b; 14c) eine Kraft auf die Nabe oder auf den Wellenkörper (10) ausübt, so dass die Welle und die Nabe kraftschlüssig gekoppelt sind.