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Im Rahmen des Integrierten EU-Projekts InMAR (Intelligent Materials for Active Noise Reduction), das vom Fraunhofer LBF koordiniert wird, wurde eine Kupplung entwickelt, die allein aufgrund von Erwärmung – also ohne Zufuhr sonstiger Energie von außen (mechanisch, elektrisch, hydraulisch) – selbsttätig ein- oder auskuppelt. Auf die Abtriebswelle eines Elektromotors montiert kann sie, z.B. bei Überschreiten einer bestimmten Motortemperatur, einen Ventilator zuschalten, der den Motor kühlt.

Im Inneren der Kupplung wirken Elemente aus einer Formgedächtnislegierung (shape memory alloy – SMA), die bei Erwärmung über eine materialspezifische Schalttemperatur hinaus ihre Form ändern. Diese Formänderung wird aktorisch genutzt. In der hier vorgestellten konkreten Ausführung verkürzen sich SMA-Drähte bei Erwärmung und sorgen so dafür, dass mittels eines Reibbelages eine auf der Welle frei drehbar angeordnete Scheibe gegen eine mit der Welle rotierende Scheibe gepresst und dadurch ebenfalls in Rotation versetzt wird. Je nach der für die SMA-Elemente verwendeten Legierung lässt sich der Schaltvorgang im Bereich von etwa 40 °C bis 110 °C einstellen. Bei Abkühlung der SMA-Drähte lässt deren Zugkraft nach und die Scheiben werden mittels konventioneller Druckfedern wieder auseinandergedrückt, bis sie sich trennen und die Kupplung wieder auskuppelt. Durch die Kraft der Druckfedern werden auch die SMA-Drähte wieder auf ihre ursprüngliche Länge gedehnt, sodass sie sich bei Erwärmung erneut zusammenziehen können und der Kupplungsvorgang wiederholt werden kann.

Der besondere Charme dieser Lösung liegt darin, dass zum Auslösen oder Rückgängigmachen des Schaltvorgangs weder ein zusätzlicher Temperatursensor noch eine zusätzliche Energiezufuhr erforderlich sind – die SMA-Elemente wirken als Sensor und Aktor zugleich. Die Kupplung enthält auch keine Flüssigkeiten, sodass sie nicht abgedichtet werden muss. Dadurch lässt sich ein einfacher und robuster Aufbau erreichen. Wenn die Kupplung so konstruiert wird, dass sie bei Erwärmung aus- statt einkuppelt, kann sie auch als Überlastschutz eingesetzt werden, der bei Erwärmung An- und Abtrieb voneinander trennt.

Auf ausdrücklichen Wunsch der Projektpartner wurde die Kupplung zusätzlich mit Schleifringkontakten versehen, die eine Stromzufuhr in das rotierende System ermöglichen. So können die SMA-Drähte alternativ auch mittels eines elektrischen Stromes erwärmt werden (Joulesche Wärme). Dies kann in bestimmten Anwendungen sinnvoll sein, wenn sich ein erhöhter Kühlungsbedarf abzeichnet und man die Kupplung noch unterhalb der eigentlichen Auslösetemperatur betätigen möchte.