Concept of a start-up clutch with nickel-titanium shape memory alloys

Abstract

The ability of Shape Memory Alloys (SMA) to remind two different macroscopic shapes and to alter between these shapes by changing their temperature, leads to innovative approaches within drive technology. Especially Nickel-Titanium (NiTi) Shape Memory Alloys offer high actuating forces and adjustment travel in combination with high cycle stability. The shape memory effect is based on the transformation between martensitic and austenitic microstructure depending on the temperature of the actuators. The transformation temperatures in the range of 20°C to 100°C make NiTi SMA attractive for engineering applications. This paper investigates the technical use of NiTi SMA as actuators within a start-up clutch. The start-up of a drive train demands a higher torque, caused by the acceleration of the masses, than during the nominal speed. This demand can be realized with NiTi-Shape Memory Alloys (NiTi-SMA) without increasing the nominal size of the clutch appreciable.

Zusammenfassung

Formgedächtnislegierungen (FGL) besitzen die Möglichkeit, zwei makroskopische Gestalten anzunehmen und temperaturabhängig zwischen diesen zu wechseln. Dieses Verhalten führt zu innovativen Ansätzen, um bestehende Probleme in antriebstechnischen Anwendungen zu lösen oder völlig neuartige Konzepte zu entwickeln. Speziell Nickel-Titan (NiTi) Legierungen ermöglichen sehr hohe Stellkräfte und Stellwege, weshalb ihnen eine hohe Bedeutung als Aktormaterial zukommt. Der FG-Effekt basiert auf einer Gefügeumwandlung, die abhängig von der Aktortemperatur zwischen der martensitischen Tieftemperaturphase und der austenitischen Hochtemperaturphase wechselt. Umwandlungstemperaturen zwischen 20°C und 100°C ermöglichen den Einsatz in antriebstechnischen Anwendungen. Die vorliegende Arbeit untersucht ein innovatives Konzept einer Anfahrkupplung, mit Hilfe derer es möglich ist, das übertragbare Drehmoment der Kupplung durch eine Erwärmung der Aktoren vor Inbetriebnahme zu erhöhen, um so das gegenüber dem Nennmoment höhere Anfahrmoment übertragen zu können.