DE4009626A1 - Friction clutch coupling - has at least one control assembly with spring, and shape memory metal - Google Patents

Friction clutch coupling - has at least one control assembly with spring, and shape memory metal

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Abstract

The frictional coupling for detachably joining two drive-pieces (1, 2, 5, 6) connected in one line incorporates at least one control (10) comprising components made of shape memory metal. Tension force in the form of a spring (8) is exerted on the drive pieces causing a 'closing' action. The control is positioned on the coupling so that, with a change in shape caused by an increase in temperature of the medium surrounding the coupling, the drive pieces are exposed to a release-force leading to 'opening'. USE/ADVANTAGE - The coupling is automatically released when the temperature rises.

Description

Die Erfindung betrifft eine reibschlüssige lösbare Kupplung ge­ mäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a frictionally releasable clutch ge according to the preamble of claim 1.

Eine Kupplung dieser Gattung ist aus der DE-OS 38 30 243 be­ kannt. Diese zeigt eine Kupplung zur lösbaren Verbindung einer Welle mit einem darauf angeordneten Rad mittels einer aus zwei Kegelscheiben und einem die letzteren umschließenden Reibring. Die Spannung bzw. Anpreßkraft des Reibringes geht von einem den Reibring umschließenden Band und einer axial auf eine der Ke­ gelscheiben wirkenden Feder aus. Tritt ein Drehmoment auf, das den Reibschluß an den Kontaktflächen übersteigt, so tritt Glei­ ten ein. Die daraus entstehende Wärmeentwicklung führt mit einem mit dem Band verbundenen thermischen Aktivierungsglied zur Unterbrechung der Antriebsverbindung. Das Aktivierungsglied besteht aus sogenanntem Memory-Metall (SMA = Shape Memory Me­ tall Alloy), das nach der Abkühlung wieder genau dieselbe Form und Lage einnimmt.A coupling of this type is from DE-OS 38 30 243 be knows. This shows a coupling for releasably connecting one Shaft with a wheel arranged on it by means of one of two Conical disks and a friction ring enclosing the latter. The tension or contact pressure of the friction ring goes from one Friction ring enclosing band and one axially on one of the ke spring washer. If a torque occurs that exceeds the frictional contact at the contact surfaces, so Glei occurs ten. The resulting heat development leads a thermal activator connected to the band to interrupt the drive connection. The activation link consists of so-called memory metal (SMA = Shape Memory Me tall alloy), which has exactly the same shape after cooling and occupies position.

Das selbsttätige Lösen der Kupplung ist mit der bekannten An­ ordnung zwar bekannt, aber dieses Lösen tritt erst ein, wenn die Kontaktflächen die Auslösetemperatur für das Aktivierungs­ glied erreicht haben. Dies kann zu einem unerwünscht langen Rutschvorgang führen, bei dem ein Verschleiß eintritt, bevor die Kupplung gelöst wird.The automatic release of the clutch is known with the order is known, but this loosening only occurs when the contact surfaces the trigger temperature for the activation have reached limb. This can become an undesirably long time Carry out a sliding process in which wear occurs before the clutch is released.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kupplung der genannten Art so zu verbessern, daß ein Lösen der Antriebsverbindung in der Art einer Sicherheitskupplung bei Temperaturerhöhung eintritt und trotzdem verschleißfrei arbeitet. It is an object of the invention to provide a clutch of the type mentioned to improve so that a loosening of the drive connection in the Type of a safety clutch occurs when the temperature rises and still works wear-free.  

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruches 1 gelöst. Mindestens ein Stellglied mit Bauteilen aus Memory-Metall ist so in einer reibschlüssigen Kupplung einge­ baut, daß dieses in derselben Wirkungsachse, aber umgekehrter Wirkungsrichtung wie die Spanneinrichtung wirkt, mit welcher die Reibglieder in Kraftschluß gehalten sind. Dabei ist das Stellglied direkt der Temperatur des Umgebungsmediums ausge­ setzt.This task is characterized by the characteristics of the contractor Proverb 1 solved. At least one actuator with components Memory metal is inserted in a frictional clutch builds that this in the same axis of action, but vice versa Direction of action acts as the tensioning device with which the friction members are held in frictional engagement. It is Actuator directly the temperature of the ambient medium puts.

Eine vorteilhafte Anwendung dieser Einrichtung ist beispiels­ weise in einer aus der DE- 37 39 692.7 bekannten Kupplung mög­ lich. Dort sind mehrere Kupplungen in Lamellenbauart in einem gemeinsamen Gehäuse mit Ölfüllung untergebracht. Eine Lösung der Aufgabe könnte bislang auch darin bestehen, daß ein Tempe­ raturfühler im umgebenden Medium, z. B. Öl, oder in der Kupplung ein Meßsignal abgibt. Dieses müßte dann in einer externen Steu­ erungseinrichtung ausgewertet und in ein Signal zum mechani­ schen oder hydromechanischen Lösen einer der Kupplungen umge­ setzt werden. Mit der Erfindung jedoch ist das Stellglied, das auf die Temperatur des umgebenden Mediums anspricht, direkt in der Kupplung selbst integriert und wirkt selbsttätig direkt auf die Spanneinrichtung. Es ist dadurch eine Sicherheitskupplung mit einfachem Aufbau und zuverlässiger Funktion geschaffen.An advantageous application of this device is an example as possible in a coupling known from DE 37 39 692.7 Lich. There are several multi-plate clutches in one common housing with oil filling housed. A solution So far the task could also be that a tempe temperature sensor in the surrounding medium, e.g. B. oil, or in the clutch emits a measurement signal. This would have to be done in an external tax evaluation device evaluated and in a signal to mechani reverse or hydromechanical release of one of the couplings be set. With the invention, however, is the actuator that responds to the temperature of the surrounding medium, directly in integrated into the coupling itself and acts directly on itself the tensioning device. This makes it a safety clutch created with simple structure and reliable function.

Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Kupplung. Gemäß den Ansprüchen 2 bis 6 kann es sich um eine Lamellenkupplung handeln, deren Lamellenpaket mittels axial wirkender Kolben oder Federn in Reibschluß gehalten sind, wobei das Stellglied vorzugsweise radial außerhalb des Lamellenpakets angeordnet ist. Es kann als langgestreckter Stab aus Memory-Me­ tall ausgebildet sein das innerhalb einer Führungshülse geführt sein kann. Dabei übt das jeweilige Memory-Metall-Teil eine Druckkraft aus. Die Wirkrichtung ist bei Temperaturerhöhung der auf die Lamellen wirkenden Kraft entgegengerichtet. Die Löse­ kraft greift an demselben verschiebbaren Bauteil, einem Druck­ ring, an, an dem auch die Schließkraft für das Lamellenpaket angreift. Das Stellglied ist nahe dem äußeren Umfang der Kupp­ lung angeordnet, so daß dieses mit dem umgebenden Medium inten­ siven Kontakt hat.The subclaims describe advantageous configurations of the Clutch. According to claims 2 to 6, it can be a Act multi-plate clutch, whose plate pack by means of axial acting pistons or springs are held in frictional engagement, wherein the actuator preferably radially outside the plate pack is arranged. It can be used as an elongated rod made from Memory-Me tall be guided within a guide sleeve can be. The respective memory metal part practices one Pressure. The direction of action is when the temperature rises force acting on the slats. The ransom force acts on the same movable component, a pressure  ring, on which also the closing force for the plate pack attacks. The actuator is near the outer periphery of the dome arranged so that this with the surrounding medium inten sive contact.

Gemäß den Ansprüchen 7 und 8 kann das Stellglied eine andere Bauform aufweisen. Die Schließfeder ist mit dem Stellglied kom­ biniert. Die das Lamellenpaket auf Reibschluß haltende Spann­ kraft der Schließfeder wird von der Lösekraft der Memory-Bau­ teile überlagert. Diese Bauteile befinden sich axial im Inneren der Schließfeder und sind so ausgebildet, daß diese bei Tempe­ raturerhöhung einer kürzeren Länge zustreben und somit die Wir­ kung der Schließfeder aufheben.According to claims 7 and 8, the actuator can be another Have design. The closing spring is with the actuator trimmed. The clamping that keeps the plate pack in frictional engagement Due to the closing spring, the release force of the memory construction parts superimposed. These components are located axially inside the closing spring and are designed so that this at Tempe strive for a shorter length and thus the we Cancel the closing spring.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Bauart liegt auch darin, daß - im Gegensatz zu Dehnungsvorgängen anderer Metalle, z. B. auch der eine Biegung hervorrufenden Bimetalle - bei Memory-Metallen nicht eine kontinuierliche, sondern in einem engen Temperatur­ bereich eine spontan einsetzende Formänderung mit kurzem Hub eintritt. Bei Reibschlußkupplungen, insbesondere naßlaufenden Lamellenkupplungen, kommt es daher nicht zu unerwünscht langen Gleitvorgängen, sondern zu schnellem, vollständigem und ver­ schließfreiem Lösen.The advantage of the design according to the invention is also that - In contrast to the expansion processes of other metals, e.g. Belly the bimetallic elements that cause bending - in the case of memory metals not a continuous one, but in a narrow temperature area a spontaneously occurring shape change with a short stroke entry. For friction clutches, especially wet-running Multi-plate clutches, there is therefore no undesirably long Gliding processes, but to fast, complete and ver release without closing.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, näher erläutert. Darin zeigt:The invention is illustrated below with the aid of a drawing Embodiment shows, explained in more detail. It shows:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Kupplungskombi­ nation mit der erfindungsgemäßen Neuerung; Fig. 1 in a schematic representation of a clutch combination nation with the innovation according to the invention;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Lamellenkupplung mit stabförmigem Stellglied;2 shows a longitudinal section through a disc clutch with rod-shaped actuator.

Fig. 3 eine Diagrammdarstellung von typischen Kennlinien. FIG. 3 is a diagrammatic representation of typical characteristics.

Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Kupplungskombination mit einer Strömungskupplung 30, der jeweils eine Lamellenkupplung 40 vorgeschaltet und eine Lamellenkupplung 50 im Kraftfluß in Serie nachgeschaltet ist. Alle Kupplungen sind in einem gemein­ samen umlaufenden Gehäuse mit Ölfüllung untergebracht. Die vor­ geschaltete Lamellenkupplung 40 ist eine mittels eines Pedales (in einem Schlepper) betätigbare Modulationskupplung, die wäh­ rend des Betriebes Schlupfvorgängen ausgesetzt ist. Die Kupp­ lung 40 umfaßt ein aus Innenlamellen 5 und Außenlamellen 6 be­ stehendes Lamellenpaket, das unter der Kraft einer Schließfeder unter Reibschluß gehalten ist. Am äußeren Umfang der Kupplung 40 befindet sich ein Stellglied 10, welches unter Entwicklung einer Druckkraft die Spannkraft der Schließfeder 8 teilweise oder ganz aufhebt, sobald das Stellglied einer entsprechenden Temperaturerhöhung ausgesetzt ist. Es kommt dadurch zu einem Lösevorgang des Lamellenpaketes und zu einer Kraftflußtrennung zur Strömungskupplung 30. Fig. 1 shows schematically a coupling combination with a fluid coupling 30 which is connected upstream in each case a multi-plate clutch 40 and a multiple disc clutch 50 is connected downstream in the force flow in series. All couplings are housed in a common all-round housing with oil filling. The before-connected multi-plate clutch 40 is a modulation clutch which can be actuated by means of a pedal (in a tractor) and which is exposed to slipping operations during operation. The hitch be 40 comprises an inner plate 5 and outer plates 6 be standing plate pack, which is held under the force of a closing spring under friction. On the outer circumference of the coupling 40 there is an actuator 10 , which partially or completely cancels the tensioning force of the closing spring 8 under the development of a compressive force as soon as the actuator is exposed to a corresponding temperature increase. This results in a release process for the disk set and a power flow separation to the fluid coupling 30 .

Die Fig. 2 zeigt am Beispiel eines anderen Anwendungsfalles eine Kupplung mit einer Nabe 2, die auf einer nicht dargestell­ ten Antriebswelle befestigt ist, sowie einen Radkörper 3, wel­ cher Teil einer Klauenkupplung ist. Die Nabe 2 und der Radkör­ per 2 sind durch Wälzlager 3 drehbar miteinander verbunden. Eine weitere Verbindung stellt ein Lamellenpaket her, welches aus Innenlamellen 5 auf der Nabe 1 und Außenlamellen 6 am Rad­ körper 2 besteht. Über einen Druckring 7 werden diese Lamellen unter der axialen Spannkraft von Schließfedern 8 auf Reibschluß gehalten. Die Schließfedern 8 stützen sich dabei an ihrem ande­ ren Ende an einem Deckel 9 ab, der Bestandteil des Radkörpers 2 ist. Radial außerhalb des Lamellenpaketes 5, 6 befindet sich das Stellglied 10, das sich auf der einen Seite im Radkörper 2 und auf der anderen Seite am Druckring 7 abstützt, jedoch auf der der Schließfeder 8 gegenüberliegenden Seite. Das Stellglied 10 umfaßt im wesentlichen ein stabförmig langgestrecktes Bau­ teil 11 aus Memory-Metall mit Formerinnerungsvermögen, welches in eine Führungshülse 13 eingelegt ist. Die Länge des Memory- Bauteiles 11 ist so bemessen, daß bei normaler Betriebstempera­ tur keine Druckkraft zwischen dem Radkörper 2 und dem axial be­ weglichen Druckring 7 auftritt, so daß die Schließfeder 8 mit ausreichender Hubreserve die volle Spannkraft auf das Lamellen­ paket 5, 6 ausüben kann. Erst bei Überschreiten einer bestimm­ ten Grenztemperatur, auf die das Memory-Bauteil 11 ausgelegt ist, reduziert das Stellglied 10 durch Längsdehnung die Spann­ kraft der Schließfeder 8 auf das Lamellenpaket und führt so zur Lösung des Kraftschlusses zwischen der Nabe 1 und dem Radkör­ per 2. Fig. 2 shows an example of another application, a clutch with a hub 2 , which is attached to a drive shaft, not shown, and a wheel body 3 , which is part of a claw clutch. The hub 2 and the Radkör by 2 are rotatably connected to each other by roller bearings 3 . Another connection is a disk pack, which consists of inner disks 5 on the hub 1 and outer disks 6 on the wheel body 2 . Via a pressure ring 7 , these lamellae are held in frictional engagement under the axial clamping force of closing springs 8 . The closing springs 8 are supported at their other end on a cover 9 , which is part of the wheel body 2 . Radially outside of the disk pack 5 , 6 is the actuator 10 , which is supported on one side in the wheel body 2 and on the other side on the pressure ring 7 , but on the side opposite the closing spring 8 . The actuator 10 essentially comprises a rod-shaped elongated construction part 11 made of memory metal with shape memory, which is inserted into a guide sleeve 13 . The length of the memory component 11 is dimensioned so that at normal operating temperature no pressure force occurs between the wheel body 2 and the axially movable pressure ring 7 , so that the closing spring 8 with sufficient stroke reserve exert the full clamping force on the plate packs 5 , 6 can. Only when a certain limit temperature is exceeded, to which the memory component 11 is designed, does the actuator 10 reduce the clamping force of the closing spring 8 on the disk pack by longitudinal expansion and thus leads to the release of the frictional connection between the hub 1 and the wheel body by 2 .

Die Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung typischer Kenn­ linien von wärmedehnbaren Materialien. Aufgetragen ist der Weg s über der Temperatur T. Die Kurve a zeigt das Dehnungsverhal­ ten einer üblichen Bimetall-Legierung, also einen im wesent­ lichen linearen Verlauf mit entsprechender Hysterese. Die Kurve b zeigt das Verhalten eines Bimetall-Elementes mit Schnappef­ fekt, bei dem größere Hübe bei kleineren Temperaturschwankungen erzielt werden können. Die Kurve c zeigt das typische Verhalten eines Memory-Metalles. Der Memory-Effekt läßt sich bei allen Beanspruchungsarten verwirklichen, der Bimetall-Effekt jedoch nur bei Biegung unter Temperatureinfluß. Fig. 3 shows a schematic representation of typical characteristics of thermally expandable materials. The path s is plotted against the temperature T. The curve a shows the elongation behavior of a customary bimetal alloy, that is to say an essentially linear course with corresponding hysteresis. Curve b shows the behavior of a bimetallic element with snap effect, in which larger strokes can be achieved with smaller temperature fluctuations. Curve c shows the typical behavior of a memory metal. The memory effect can be achieved with all types of stress, but the bimetal effect can only be achieved with bending under the influence of temperature.

Claims (8)

1. Reibschlüssige Kupplung zur lösbaren Verbindung zweier in einem Antriebsstrang eingebundenen Antriebselemente, bei welcher der Kraftfluß nach Erreichen einer durch betriebs­ bedingte Erwärmung eingetretenen Ansprechtemperatur mittels mindestens eines Stellgliedes unterbrochen wird, wobei das Stellglied Bauteile aus formerinnerungsfähigen Metall (Shape Memory Metal Alloy, SMA) umfaßt, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden weiteren Merkmale:
  • a) die Antriebselemente (1, 2, 5, 6) stehen unter der Wir­ kung einer Spannkraft (Feder 8) mit Wirkrichtung "Schließen";
  • b) das Stellglied (10) ist so an der Kupplung angeordnet, daß die Antriebselemente (5, 6) bei einer Formänderung durch eine Temperaturerhöhung des die Kupplung umgeben­ den Mediums unter einer der Spannkraft entgegengerich­ teten Lösekraft mit Wirkrichtung "Öffnen" stehen;
  • c) die Stellglieder (10) sind radial außerhalb der unter Reibschluß stehenden Antriebselemente (5, 6) nahe dem Außenumfang der Kupplung angeordnet;
  • d) die Kupplung ist eine sogenannte naßlaufende Kupplung, und die Stellglieder (10) stehen mit der sie umgebenden Flüssigkeit in unmittelbarem Kontakt.
1. Frictional coupling for the detachable connection of two drive elements integrated in a drive train, in which the force flow is interrupted by means of at least one actuator after reaching a response temperature that has arisen due to operational heating, the actuator comprising components made of shape-memory metal (Shape Memory Metal Alloy, SMA) , characterized by the combination of the following additional features:
  • a) the drive elements ( 1 , 2 , 5 , 6 ) are under the effect of a clamping force (spring 8 ) with the direction of action "close";
  • b) the actuator ( 10 ) is arranged on the coupling so that the drive elements ( 5 , 6 ) are in a change in shape by a temperature increase of the medium surrounding the coupling under one of the clamping force counteracting loosening force with the direction of action "opening";
  • c) the actuators ( 10 ) are arranged radially outside the frictional drive elements ( 5 , 6 ) near the outer circumference of the clutch;
  • d) the clutch is a so-called wet clutch, and the actuators ( 10 ) are in direct contact with the surrounding liquid.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung eine Lamellenkupplung ist mit an einer Nabe (1) angeordneten Innenlamellen (5) und an einem Radkörper (2) angeordneten Außenlamellen (6), wobei das dadurch gebildete Lamellenpaket (5, 6) unter der axialen Spannkraft wenig­ stens einer Schließfeder (8) unter Reibschluß steht. 2. Coupling according to claim 1, characterized in that the clutch is a multi-plate clutch with on a hub ( 1 ) arranged inner plates ( 5 ) and on a wheel body ( 2 ) arranged outer plates ( 6 ), the disk set thereby formed ( 5 , 6 ) under the axial clamping force is least a closing spring ( 8 ) under friction. 3. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Stellglied (10) eine Druckkraft ausübt.3. Coupling according to one of claims 1 or 2, characterized in that the actuator ( 10 ) exerts a compressive force. 4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schließfedern (8) und die Stellglieder (10) gemeinsam, aber mit entgegengesetzter Wirkrichtung an einem Druckring (7) vor dem Lamellenpaket (5, 6) angreifen, wobei der Druckring (7) wie ein Kolben in der Kupplung ge­ führt ist.4. Coupling according to one of claims 1 to 3, characterized in that the closing springs ( 8 ) and the actuators ( 10 ) act together, but with opposite directions of action on a pressure ring ( 7 ) in front of the disk pack ( 5 , 6 ), wherein the pressure ring ( 7 ) is like a piston in the clutch. 5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Stellglied (10) stabförmig langgestreckt ausgebildet ist.5. Coupling according to one of claims 1 to 4, characterized in that the actuator ( 10 ) is rod-shaped elongated. 6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied einen Stab (11) aus formerinnerungsfähigem Me­ tall umfaßt, der in einer Führungshülse (13) geführt ist.6. Coupling according to claim 5, characterized in that the actuator comprises a rod ( 11 ) made of shape-memory Me tall, which is guided in a guide sleeve ( 13 ). 7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Stellglied (15) mit der Schließfeder (8) kombiniert ist.7. Coupling according to one of claims 1 to 6, characterized in that the actuator ( 15 ) with the closing spring ( 8 ) is combined. 8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (15) ein Zugglied ist mit einer entgegen der Spannkraft der Schließfeder (8) gerichteten Kraft mit Wirk­ richtung "Öffnen", wobei das eingebaute Memory-Bauteil bei Temperaturerhöhung eine kürzere Länge einnimmt.8. Coupling according to claim 7, characterized in that the actuator ( 15 ) is a tension member with a force directed against the clamping force of the closing spring ( 8 ) with the direction of action "opening", the built-in memory component takes up a shorter length when the temperature rises .
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